KR100589108B1 - 패터닝 에러를 방지할 수 있는 노광장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 엣지 구역에서 패터닝 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 노광장치가 개시되어 있다. 상기 노광장치는 웨이퍼의 상면에 소정의 패턴이 형성될 수 있도록 상기 웨이퍼의 상면으로 빔을 조사하는 빔 조사장치를 구비한다. 포커스 계측부에 의해 상기 웨이퍼의 각 위치별 포커싱 값의 차이가 파악되며, 상기 포커스 계측부에 의해 파악된 포커싱 값은 제어부로 입력된다. 상기 제어부는 상기 포커싱 값의 차이에 근거하여 기울기 보정장치를 작동시키며, 상기 기울기 보정장치는 웨이퍼 지지부의 기울기를 보정하므로써 웨이퍼의 각 위치별 포커싱 값을 균일하게 유지시켜준다. 포커싱의 자동 조정이 가능하게 되며, 웨이퍼의 엣지 구역에서의 포커싱 차이로 인한 패터닝 불량이 방지될 수 있다.

Description

패터닝 에러를 방지할 수 있는 노광장치{EXPOSURE APPARATUS FOR PREVENTING PATTERNING ERROR ON A WAFER}

도1은 웨이퍼 내의 포커싱 구역과 포커싱 불가구역을 보여주는 평면도이다.

도2는 종래 노광장치의 개략도이다.

도3은 종래 노광장치에서 발생하는 웨이퍼의 각 위치별 포커스 차이를 보여주는 평면도이다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 노광장치 210 : 광원

220 : 포토 마스크 230 : 렌즈

240 : 웨이퍼 250 : 웨이퍼 척

255 : 에어 마운트 260 : 스톤(STONE)

270 : 자동 포커스 광원 280 : 포커스 디텍터

300 : 포커스 계측부 310 : 제어부

320 : 기울기 보정장치

본 발명은 반도체 소자 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 소정의 패턴을 형성시키기 위한 노광장치에 관한 것이다.

일반적으로, 노광 공정은 웨이퍼에 마스크의 상이 옮겨질 수 있도록 포토레지스트가 적층된 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 정렬시킨 후, 상기 웨이퍼를 자외선에 노출시키는 공정이다. 상기 노광공정은 웨이퍼 정렬공정 및 자외선 조사공정으로 구성된다.

상기 노광공정 및 노광공정을 수행하는 장치들은 미합중국 특허 제5,706,076호(issued to Minoru Takeda on Jan. 6, 1998), 제5,781,277호(issued to Kazunori Iwamoto on July 14, 1998), 제5,526,093호(issued to Kazhiro Takahachi on June 11, 1996) 및 제5,842,824호(issued to Kenji Nishi on Dec. 1, 1998)에 상세히 개시되어 있다.

통상적으로 상기 웨이퍼 정렬공정은 웨이퍼 예비정렬 스테이지에서 수행되는 웨이퍼 예비정렬 단계와 웨이퍼 스테이지에서 수행되는 웨이퍼 주 정렬단계로 나뉘어 진다. 상기 웨이퍼 예비정렬 단계에서는 일차적으로 엣지센서를 사용하여 웨이퍼의 엣지부를 검출하고, 얼라인마크 센서를 사용하여 웨이퍼의 얼라인마크를 검출한다.

상기 예비정렬 단계를 거쳐 웨이퍼 스테이지로 이송된 웨이퍼는 주 정렬단계를 거치게 되는데, 여기서 주 정렬단계란 다수개의 정밀 센서를 이용하여 웨이퍼 스테이지 상에 놓여진 웨이퍼의 위치를 검출하고, 상기 검출된 위치에 근거하여 상 기 웨이퍼 스테이지 상의 정위치에 배열되도록 상기 웨이퍼를 미세조정하는 작업을 말한다.

웨이퍼 스테이지 상의 정위치에 웨이퍼가 정열되면, 자외선 조사 공정이 수행된다. 상기 자외선 조사 공정은 웨이퍼 상에 소정의 패턴을 형성시키기 위한 공정이다. 이하, 본 명세서에서 언급하는 노광장치는 상기 자외선 조사 공정을 수행하는 장치를 의미하는 것이다.

최근 들어, 256M DRAM 이상의 고집적 장비를 제조함에 있어서, 수율 향상의 가장 큰 변수는 웨이퍼 엣지 구역을 균일하게 패터닝하는 문제이다. 웨이퍼의 엣지 구역은 자동 포커싱이 불가하여 불량이 더욱 많이 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해서는 웨이퍼의 엣지 구역에 대한 자동 포커싱을 가능하게 하거나 또는 다른 샷(shot) 값으로 노광을 해야한다.

도1은 일반적인 웨이퍼(10) 내에 형성되는 포커싱 가능 구역(4)과 포커싱 불가 구역(2)을 보여주고 있다. 웨이퍼(10)의 엣지 구역에 위치하고 있는 포커싱 불가 구역(2)에 대해서는 정상적인 포커싱을 실시할 수 없는데, 그 이유는 노광장치 및 스캐너의 포커스 계측광의 사이즈가 너무 커서 상기 포커싱 불가 구역(2)의 사이즈를 초과하기 때문이다.

이러한 이유로 인하여, 상기 포커싱 불가 구역(2)에 대한 노광 작업은 상기 포커싱 가능 구역(4)의 포커싱 데이터를 피드백(feed-back) 받아 수행하게 된다.

도2에는 이러한 종래 노광장치(100)의 개략도가 도시되어 있다. 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 노광장치(100)는 지지대의 역할을 하는 스톤(stone; 160)을 구비한다. 상기 스톤(160)의 상부에는 에어 마운트(air mount; 155)가 안착되어 있으며, 상기 에어 마운트(155)의 상부에는 웨이퍼(10)를 수납하기 위한 웨이퍼 척(150)이 설치된다.

상기 웨이퍼(10)의 상부에는 렌즈(130), 포토 마스크(120) 및 광원(110)이 정열되어 있다. 상기 광원(110)으로부터 조사되는 자외선은 소정의 패턴이 형성되어 있는 포토 마스크(120)를 통과하여 렌즈(130)로 가이드되며, 상기 렌즈(130)는 상기 자외선을 집속하여 상기 웨이퍼(10)의 상면으로 조사하므로써 상기 웨이퍼(10)의 상면에 소정의 패턴을 형성시킨다.

이때, 상기 웨이퍼(10)로 조사되는 자외선은 포커스 광원(170)으로부터 조사되는 빔에 의해 자동 포커싱되도록 되어 있다. 또한, 상기 포커스 광원(170)에 대향된 위치에 설치되는 포커스 디텍터(180)는 상기 웨이퍼(10) 상에 자외선이 적절하게 포커싱되고 있는 가의 여부를 검출한다.

그러나, 상기 구성을 갖고 있는 종래 노광장치(100)는 웨이퍼(10)의 엣지구역에 대한 노광을 웨이퍼(10) 중심구역의 포커싱 데이터를 피드백 받아 수행하고 있기 때문에 웨이퍼(10)의 평편도(flatness)가 균일하게 되어있지 않은 경우에는 상기 엣지 구역에서 패터닝 불량이 발생하게 된다.

도3은 종래 노광장치(100)를 사용할 경우, 웨이퍼(10)의 각 위치별 포커스 차이가 발생하는 것을 보여주는 도면이다. 본 발명의 발명자가 실험한 바에 따르면, 종래 노광장치(100)를 사용하여 포커싱을 수행할 경우 상기 웨이퍼(10)의 엣지 구역과 중심구역 사이에 수 내지 수십 ㎛정도의 포커스 차이가 발생하였다. 이는 웨이퍼(10)의 엣지 구역에서의 패터닝 불량이 발생할 수 있다는 것을 의미하는 것이다.

이렇게 위치별 포커스의 차이가 발생하는 이유는 상기 스톤(160)을 포함한 에어 마운트(155) 및 웨이퍼 척(150)의 평편도에 차이가 발생하여 웨이퍼(10)의 평편도가 균일하게 형성되지 않기 때문이다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 엣지 구역에서의 패터닝 불량을 방지할 수 있는 노광장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼의 상면에 소정의 패턴이 형성될 수 있도록 상기 웨이퍼의 상면으로 빔을 조사하는 제1 수단, 상기 웨이퍼의 각 위치별 포커싱 값의 차이를 파악하기 위한 제2 수단, 및 상기 포커싱 값의 차이에 근거하여 웨이퍼 지지부의 기울기를 보정하므로써 웨이퍼의 각 위치별 포커싱 값을 균일하게 하는 제3 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.

상기 제1 수단은 자외선을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 조사되는 자외선을 선택적으로 투과시키는 패턴이 형성되어 있는 포토 마스크 및 상기 포토 마스크를 통과한 자외선을 집속하여 상기 웨이퍼의 상면에 조사하는 렌즈를 포함한다.

상기 제2 수단은 상기 웨이퍼 상에 자외선이 자동 포커싱되고 있는 지의 여 부를 검출하는 포커싱 디텍터 및 상기 포커싱 디텍터로부터 빔을 전달받아 상기 웨이퍼 상면의 각 위치에서의 포커싱 값의 차이를 계측하는 포커스 계측부를 포함한다. 상기 포커스 계측부는 상기 웨이퍼 상의 각 위치의 포커싱 값을 약 0.1-50mm의 계측 피치로 계측한다.

상기 웨이퍼 지지부는 상기 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼 척의 하부에 배치되는 에어 마운트 및 상기 에어 마운트가 안착되는 스톤을 포함한다. 상기 제3 수단은 상기 포커스 계측부로부터 데이터를 입력받는 제어부 및 상기 제어부로부터 작동 신호를 인가받아 상기 웨이퍼 척, 에어 마운트 및 스톤의 기울기를 보정하는 기울기 보정장치를 포함한다.

웨이퍼의 엣지 구역에서의 포커싱을 자동으로 보정할 수 있기 때문에 웨이퍼 엣지 구역에서의 패터닝 불량을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치(200)가 도시되어 있다. 도4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 노광장치(200)는 지지대의 역할을 하는 스톤(260)을 구비한다. 상기 스톤(260)의 상부에는 에어 마운트(255)가 안착되어 있으며, 상기 에어 마운트(255)의 상부에는 웨이퍼(240)를 수납하기 위한 웨이퍼 척(250)이 설치된다.

상기 웨이퍼(240)는 로봇 아암에 의해 웨이퍼 예비 정렬 스테이지로부터 사익 웨이퍼 척(250)상으로 전달된다. 상기 웨이퍼(240)의 상부에는 빔을 집속하기 위한 렌즈(230)가 설치되어 있으며, 상기 렌즈(230)의 상부에는 포토 마스크(220) 및 광원(210)이 정열되어 있다.

상기 광원(210)으로부터 조사되는 자외선은 소정의 패턴이 형성되어 있는 포토 마스크(220)를 통과하여 렌즈(230)로 가이드되며, 상기 렌즈(230)는 상기 자외선을 집속하여 상기 웨이퍼(240)의 상면으로 조사하므로써 상기 웨이퍼(240)의 상면에 소정의 패턴을 형성시킨다.

이때, 상기 웨이퍼(240)로 조사되는 자외선은 포커스 광원(270)으로부터 조사되는 빔에 의해 상기 웨이퍼(240)의 상면에 자동 포커싱되도록 되어 있다. 또한, 상기 포커스 광원(270)에 대향된 위치에 설치되는 포커스 디텍터(280)는 상기 웨이퍼(240) 상에 자외선이 적절하게 포커싱되고 있는 가의 여부를 검출한다.

상기 포커스 디텍터(280)에는 포커스 계측부(300)가 연결되어 있다. 상기 포커스 계측부(300)는 상기 웨이퍼(240) 상에 포커싱되는 빔의 포커싱 값을 계측한 후 그 데이터를 제어부(310)에 전달하는 역할을 한다.

한편, 상기 제어부(310)는 기울기 보정장치(320)와 연결되어 있다. 상기 기울기 보정장치(320)는 상기 웨이퍼 척(250), 에어 마운트(255) 및 상기 스톤(260)에 연결되어 있으며, 상기 제어부(310)로부터 입력되는 데이터에 근거하여 상기 요소들의 기울기를 보정하는 역할을 한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 노광장치(200)는 다음과 같이 작동한다.

먼저, 웨이퍼(240)가 웨이퍼 척(250)상에 안착되면, 상기 광원(210)으로부터 자외선이 조사된다. 상기 광원(210)으로부터 조사되는 자외선은 상기 포토 마스크(220)를 통과하게 되는데, 상기 포토 마스크(220)에는 빔 투과영역 및 빔 불투과 영역으로 구성된 패턴이 형성되어 있기 때문에, 상기 빔 투과영역을 통과하는 자외선만이 상기 렌즈(230)로 가이드 된다.

이어서, 상기 렌즈(230)는 상기 자외선을 집속하여 상기 웨이퍼(240)의 상면으로 조사하게 된다. 따라서, 상기 웨이퍼(240) 상에는 상기 포토 마스크(220)와 동일한 형태의 패턴이 형성된다.

이때, 상기 포커스 광원(270)으로부터 상기 웨이퍼(240) 상으로 포커싱 빔이 조사되어 상기 자외선을 자동 포커싱 시킨다. 이러한 자동 포커싱 작동은 포커스 디텍터(280)에 의해 검출된다.

한편, 상기 포커스 디텍터(280)에 연결되어 있는 포커스 계측부(300)는 상기 포커스 디텍터(280)로 입력되는 빔의 성분을 분석하여, 웨이퍼(240) 상의 각 위치에서의 포커싱 상태를 파악한 후 그 데이터를 제어부(310)로 전송한다.

상기 제어부(310)는 상기 포커스 계측부(300)로부터 입력되는 데이터에 근거하여 상기 기울기 보정장치(320)에 작동 신호를 인가하며, 이에 따라 상기 기울기 보정장치(320)가 작동하여 상기 웨이퍼 척(250), 에어 마운트(255) 및 스톤(260)의 기울기를 보정시키므로써 상기 웨이퍼(240) 상에 균일한 포커싱이 이루어 지도록 한다.

따라서, 웨이퍼(240)의 중심 구역과 엣지 구역 사이의 포커싱 차이가 해소될 수 있게 되므로, 웨이퍼 엣지 구역에서의 패터닝 불량이 발생하지 않게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 웨이퍼(240) 상의 각 위치별 포커스 값을 제어 계 측부(300)를 이용하여 미리 구한 후, 이를 제어부(310)에서 소프트웨어(software)적으로 보정할 수 있도록 프로그램화하여 노광 설비의 기울기를 자동으로 보정하는 것도 가능하다.

상기 웨이퍼(240)의 위치별 포커스 값을 측정하는 피치는 작게하면 작게할수록 정밀도가 향상될 수 있으나, 너무 작은 피치로 측정하면 측정시간이 너무 많이 소요되어 효율적이지 못하다. 상기 피치는 약 2.5mm의 간격을 유지하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 엣지 구역에서의 포커싱을 자동으로 보정할 수 있기 때문에 웨이퍼 엣지 구역에서의 패터닝 불량을 방지할 수 있다.

또한, 웨이퍼의 불량률이 현저하게 감소하므로, 수율을 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명이 바람직한 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 웨이퍼의 상면에 소정의 패턴이 형성될 수 있도록 상기 웨이퍼의 상면으로 빔을 조사하는 제1 수단;

   상기 웨이퍼의 각 위치별 포커싱 값의 차이를 파악하기 위한 제2 수단; 및

   상기 포커싱 값의 차이에 근거하여 웨이퍼 지지부의 기울기를 보정하므로써 웨이퍼의 각 위치별 포커싱 값을 균일하게 하는 제3 수단을 구비하되,

   상기 제1 수단은 자외선을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 조사되는 자외선을 선택적으로 투과시키는 패턴이 형성되어 있는 포토 마스크 및 상기 포토 마스크를 통과한 자외선을 집속하여 상기 웨이퍼의 상면에 조사하는 렌즈를 포함하며, 상기 제2 수단은 상기 웨이퍼 상에 자외선이 자동 포커싱되고 있는 지의 여부를 검출하는 포커싱 디텍터 및 상기 포커싱 디텍터로부터 빔을 전달받아 상기 웨이퍼 상면의 각 위치에서의 포커싱 값의 차이를 계측하는 포커스 계측부를 포함하고, 상기 포커스 계측부는 상기 웨이퍼 상의 각 위치의 포커싱 값을 약 0.1-50mm의 계측 피치로 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지부는 상기 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼 척의 하부에 배치되는 에어 마운트 및 상기 에어 마운트가 안착되는 스톤을 포함하며, 상기 제3 수단은 상기 포커스 계측부로부터 데이터를 입력받는 제어부 및 상기 제어부로부터 작동 신호를 인가받아 상기 웨이퍼 척, 에어 마운트 및 스톤의 기울기를 보정하는 기울기 보정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.

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