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KR100865554B1 - 노광 장치 - Google Patents

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KR100865554B1
KR100865554B1 KR1020070063924A KR20070063924A KR100865554B1 KR 100865554 B1 KR100865554 B1 KR 100865554B1 KR 1020070063924 A KR1020070063924 A KR 1020070063924A KR 20070063924 A KR20070063924 A KR 20070063924A KR 100865554 B1 KR100865554 B1 KR 100865554B1
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조병호
장동숙
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Abstract

노광 광원과, 노광 광원으로부터 방출된 광의 세기를 비대칭적으로 조절하는 비대칭 조절필터와, 비대칭조절필터에 의해 광의 세기가 조절된 광이 투과되는 포토마스크와, 포토마스크를 통과하는 광이 투영되는 투영렌즈와, 투영렌즈로부터 투영되는 광이 결상되는 웨이퍼와, 그리고 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 스테이지를 구비하는 반도체소자의 노광 장치를 제시한다.
노광 장치, 명암, 노광 도즈량, 필드 내 불균일도

Description

노광 장치{Exposure apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 노광 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 노광 장치를 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 노광 장치에 관한 것이다.
포토리소그라피 공정은 회로 패턴이 그려진 포토마스크를 이용해 반도체소자에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 이용되고 있다. 예컨대, 포토리소그라피 공정은 웨이퍼 상에 레지스트막을 형성하고, 노광 장치를 이용해 포토마스크 상에 구현된 패턴을 웨이퍼의 레지스트막으로 전사하여 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하고 있다.
그런데, 노광 공정 수행 시 노광 광원으로 부터 생성된 광의 세기가 불균일할 경우, 노광 광원으로부터 방출된 광이 포토마스크를 통과하기 전에는 조명 강도의 분포가 동일하나, 포토마스크를 투과하면서 다양한 광학적 현상으로 인해 위치 별로 그 조명 강도가 달라지면서 웨이퍼의 패턴의 선폭(CD;Critical Demesion)이 위치에 따라 달라질 수 있다. 게다가, 포토마스크 상에 구현된 패턴의 선폭 균일도는 웨이퍼 상에 형성되는 회로 패턴 균일도에 영향을 미치기 때문에, 포토마스크의 패턴 균일도는 매우 중요하다. 포토마스크가 제작되어 입고되면, 포토마스크의 임계치수 균일도가 변하지 않기 때문에 패턴 균일도가 저하된 포토마스크를 사용하여 노광 공정을 수행하게 되면, 포토마스크의 패턴 균일도에 의해 웨이퍼 필드 내 균일도(intra field uniformity)가 저하된다.
특히, 포토마스크의 패턴 균일도 및 노광 슬릿의 균일도에 따라 웨이퍼 필드 내 패턴의 선폭이 비대칭적으로 불균일하게 나타나게 되면, 현재의 노광 장치로는 웨이퍼 패턴의 CD 불균일도를 보정할 수 없는 문제점이 발생되고 있다. 이에 따라, 웨이퍼 필드 내 패턴 CD가 비대칭적으로 불균일할 경우 웨이퍼 패턴의 CD를 보정할 수 있는 연구가 이루어지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 웨이퍼 패턴의 선폭 균일도를 향상시킬 수 있는 노광 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 노광장치에 따르면, 포토마스크를 통과하여 웨이퍼 상으로 전달되는 광을 방출하는 노광 광원; 상기 노광 광원으로부터 방출된 광의 세기를 비대칭적으로 조절하되, 일 측에서 다른 측으로 갈수록 점점 증가되는 명암 프로파일과, 일 측에서 다른 측으로 갈수록 점점 감소되는 명암 프로파일이 상하로 배치된 비대칭 조절필터; 상기 비대칭조절필터 위에서 수평이동되어, 상기 비대칭 조절필터로 광이 투과되는 영역을 선택하는 스캔슬릿; 상기 스캔 슬릿에 의해 선택된 영역의 명암 프로파일을 따라 비대칭적으로 광의 세기가 조절된 광이 투영되는 투영렌즈; 및 상기 투영렌즈로부터 투영되는 광이 결상되는 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 스테이지를 구비한다.
상기 노광 광원으로부터 방출된 광의 조명모드를 선택하는 ADE(Aotomatic DOE Exchanger) 조명계; 및 상기 ADE 조명계로부터 선택된 조명모드의 광의 형상을 조절하는 성형 광학계를 더 구비할 수 있다.
상기 ADE 광학계는 다수 개의 회절 광학 소자가 리볼버에 장착되어 노광 장치 내에서 회전되도록 이루어진 것이 바람직하다.
삭제
삭제
상기 웨이퍼 스테이지는 한쪽방향으로 수평이동하게 구성된 것이 바람직하다.
상기 비대칭조절필터 하부에 배치되며, 투과되는 광의 세기를 대칭적으로 조절하는 대칭조절필터를 더 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 노광 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 노광 장치를 구체적으로 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 노광 장치는 노광 광 원(110), 노광광원(110)으로부터 방출된 광을 집광시키는 레마렌즈(150), 레마렌즈(150)로부터 통과한 조명강도를 포토마스크의 위치별로 조절하는 비대칭조절필터(160), 비대칭조절필터에 의해 광의 세기가 변형된 광이 투과하는 포토마스크(180), 포토마스크(180)를 통과한 광이 투영되는 투영렌즈(190), 그리고 투영렌즈(190)로부터 투영된 광이 결상되는 웨이퍼(200)를 구비한다.
노광 광원(110)은 예컨대, KrF 또는 ArF와 같은 레이저 광을 사용하여 포토마스크(180)에 광을 공급한다.
이때, 노광광원(180)으로부터 방출된 광의 조명모드를 선택할 수 있는 ADE(Aotomatic DOE Exchanger)조명계(120)와, AED 조명계(120)로부터 선택된 조명모드의 조건에 따라 광의 모양을 조절하는 성형 광학계(130)를 더 구비할 수 있다. ADE 조명계(120)는 서로 다른 조명 모드를 제공하는 다수 개의 회절 광학 소자(DOE;Diffractive Optical Element)가 리볼버에 장착되어 있다.
레마(REMA;Reticle Masking) 렌즈(150)는 성형 광학계에 의해 조절된 광이 투과된다.
비대칭조절필터(160)는 필터의 명암이 비대칭적으로 제작되어 있어 레마 렌즈(150)를 통과한 광의 세기(intensity)를 비대칭적으로 조절한다. 비대칭조절필터(160)는 비대칭조절필터에 입사되는 광을 포토마스크 또는 웨이퍼의 소정영역에만 통과시키는 스캔 슬릿(slit)을 포함한다. 이에 따라, 비대칭조절필터(160)로 입사되는 광의 세기 예컨대, 노광 도즈를 포토마스크 또는 웨이퍼의 위치별로 조절하여 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 CD를 보정 할 수 있다.
한편, 비대칭 조절필터(160) 하부에는 필터의 명암이 대칭적으로 제작되어 있어, 레마 렌즈를 통과한 광의 세기를 대칭적으로 조절할 수 있는 대칭조절필터(161)를 더 구비할 수 있다.
포토마스크(180)는 웨이퍼(200) 상으로 전사하고자 하는 패턴과 동일한 형상으로 형성된 임의의 패턴이 배치되어 있다.
웨이퍼(200)는 웨이퍼 스테이지(210)에 장착되어 있다. 여기서, 웨이퍼(200)는 포토마스크(180) 상에 구현된 패턴이 노광 과정에 의해 웨이퍼(200)의 레지스트막에 전사되도록 레지스트막이 형성되어 있다. 웨이퍼 스테이지(210)는 노광 시 한쪽 방향으로만 수평이동하도록 구성되어 있다.
이와 같은 구성을 가진 스캐너 노광 장치의 노광 과정을 살펴보면, 노광 광원(110)으로 부터 제공된 광은 ADE 조명계(120)를 통과하면서 원하는 조명 모드로 구현되어 성형광학계(130)를 통과하게 된다. 성형광학계(130)를 통과한 광은 제1 반사미러(140)에 의해 반사되면서 레마렌즈(150)를 통과하게 되고, 레마렌즈(150)를 통과한 광은 비대칭조절필터(160)에 입사된다.
비대칭조절필터(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 필터의 명암 프로파일이 좌우 비대칭성을 가지게 제작되어 있어, 비대칭조절필터(160)를 통과하면서 광의 세기는 좌우로 달라지게 된다. 여기서, 비대칭 조절필터(160)에는 노광 광을 포토마스크 또는 웨이퍼의 소정영역에만 통과시키는 스캔 슬릿(160a)이 포함된다. 스캔 슬릿(160a)은 대략 13nm* 26nm 크기를 갖고 있으며, 웨이퍼(200) 필드 면적과 대응 되어 웨이퍼(200) 필드 영역 별로 웨이퍼 노광 과정이 수행되도록 한다. 이러한 비대칭조절필터(160)에 포함된 스캔 슬릿(160a)의 위치 포인트에 따른 광의 세기를 측정해 보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 위치 포인트에 따른 서로 다른 광의 세기를 투과시켜 서로 다른 노광 도즈를 포토마스크에 공급한다.
한편, 스캔 슬릿(160a)은 노광 공정을 수행하기 이전에, 포토마스크 패턴 CD 정도 또는 웨이퍼(200)패턴 CD를 노광 장치 내의 데이터 분석부에 입력하게 되면, 데이터 분석부에서 정보를 분석한 후, 스캔 슬릿을 비대칭조절필터 위에 적절하게 위치시킨다.
예컨대, 포토마스크 제작 단계에서 여러 가지 원인으로 인해 포토마스크의 패턴이 웨이퍼 필드 영역별로 패턴 CD가 큰 영역과 작은 영역이 비대칭적으로 배치될 수 있다. 이때, 레마렌즈(160)로부터 입사되는 광은 비대칭조절필터(160)를 통과하면서, 필터의 명암 프로파일로 인해 좌우 비대칭적으로 조절되어 포토마스크를 투과하게 된다.
또한, 비대칭조절필터(160) 하부에는 대칭조절필터(161)가 배치될 수도 있다. 대칭조절필터(161)는 포토마스크 상에 구현된 패턴이 웨이퍼 필드 영역별로 패턴의 CD가 대칭적으로 구현될 경우, 대칭조절필터(161)의 명암프로파일에 의해 웨이퍼의 패턴 CD를 보정할 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 레마렌즈(160)로부터 입사되는 광은 대칭조절필터(161)를 통과하면서, 필터의 명암 프로파일로 인해 좌우 대칭적으로 조절되어 포토마스크(180)를 통과하게 된다. 여기서, 대칭조절필터(161)에도 노광 광을 포토마스크 또는 웨이퍼의 소정영역에만 통과시 키는 스캔 슬릿(161a)이 포함된다. 대칭조절필터(161)에 포함된 스캔 슬릿(161a)도 대략 13nm* 26nm 크기를 갖고 있으며, 스캔 슬릿(161a)의 위치 포인트에 따른 광의 세기를 측정해 보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 위치 포인트에 따른 서로 다른 광의 세기를 투과시키게 된다.
이때, 비대칭조절필터에 포함된 스캔 슬릿의 위치와 대칭조절필터에 의해 포함된 스캔 슬릿의 위치를 같은 위치에 배치될 수 있다.
이처럼 비대칭조절필터(160) 및 대칭조절필터(161)를 통과한 광은 필터의 명암프로파일로 인해 스캔 슬릿의 위치별로 포토마스크(180)에 유입되는 노광 도즈량을 변화시킬 수 있다. 즉, 비대칭조절필터(160) 및 대칭조절필터(161)를 통과하면서, 패턴 선폭을 크게 보정하고자 하는 영역은 높은 도즈량으로 노광시켜 웨이퍼 패턴의 CD 보다 큰 CD를 가지게 패터닝하고, 패턴 CD를 작게 보정하고자 하는 영역은 낮은 도즈량으로 노광시켜 웨이퍼 패턴의 CD 보다 작은 CD를 가지게 패터닝할 수 있다.
계속해서, 비대칭조절필터(160)에 의해 광의 세기가 조절된 광은 제2 미러(170)에 의해 반사되어 포토마스크(180)를 통과하게 된다. 이때, 포토마스크(180)의 패턴 CD가 불균일하더라도 비대칭조절필터(160)의 명암프로파일로 인해 포토마스크(180) 상에 구현된 패턴에 따라 광의 세기 예컨대, 노광 도즈량이 달라지면서 프로젝션(190)를 통과하게 된다. 투영렌즈(190)를 통과한 광은 웨이퍼(200)의 레지스트막으로 전사되면서 웨이퍼 레지스트 패턴이 형성된다.
이와 같은 노광 과정은 웨이퍼 스테이지(210)가 일정한 속도 비율을 갖고 수 평이동하면서 웨이퍼(200) 전체 영역이 노광될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노광 장치는 레마렌즈를 통과한 광의 프로파일을 비대칭적으로 조절하는 비대칭조절필터를 제작하여 장착함으로써, 웨이퍼 필드내 비대칭적으로 불균일한 패턴 선폭을 보정할 수 있다. 즉, 비대칭조절필터는 반도체 필드 내의 각 위치에 따라 조절필터의 스캔 슬릿에 유입되는 노광 원의 노광 도즈량을 변화시킨다. 그 결과, 반도체소자 필드 내의 각 위치마다 포토마스크의 위치 별로 최적의 노광에너지로 노광하여 웨이퍼 필드 내 균일도를 향상시킬 수 있다.
비대칭조절필터는 일례로서 레마 렌즈와 포토마스크 사이에 도시하였으나 그 위치에 제한이 있는 것은 아니다. 또한, 도 1에 도시한 노광 장치의 구성은 일반적인 예를 든 것이며, 본 발명은 도 1과 같은 구성을 가지는 노광 장치에 제한되는 것은 아니며, 장치 구성요소의 배열 순서에는 무관하게 적용할 수 있다. 즉, 노광 장치의 구성 차이 내지는 얼라이너, 스텝퍼, 스캐너와 같이 노광 방식의 차이에 따른 노광 장치의 구성 차이에 관계없이 적용 가능하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 바람직한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광 장치에 따르면, 비대칭조절필터를 노광 장치내에 배치시켜 포토마스크로 입사되는 광의 세기를 포토마스크 위치 별로 다르게 노광함으로써, 웨이퍼 패턴의 CD를 보정할 수 있다.
이에 따라, 웨이퍼 상에 형성된 패턴 선폭 균일도를 개선시켜 공정 수율 및 반도체소자의 신뢰성을 향상시키 수 있다.

Claims (7)

  1. 포토마스크를 통과하여 웨이퍼 상으로 전달되는 광을 방출하는 노광 광원;
    상기 노광 광원으로부터 방출된 광의 세기를 비대칭적으로 조절하되, 일 측에서 다른 측으로 갈수록 점점 증가되는 명암 프로파일과, 일 측에서 다른 측으로 갈수록 점점 감소되는 명암 프로파일이 상하로 배치된 비대칭 조절필터;
    상기 비대칭조절필터 위에서 수평이동되어, 상기 비대칭 조절필터로 광이 투과되는 영역을 선택하는 스캔슬릿;
    상기 스캔 슬릿에 의해 선택된 영역의 명암 프로파일을 따라 비대칭적으로 광의 세기가 조절된 광이 투영되는 투영렌즈; 및
    상기 투영렌즈로부터 투영되는 광이 결상되는 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 스테이지를 구비하는 반도체소자의 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노광 광원으로부터 방출된 광의 조명모드를 선택하는 ADE(Aotomatic DOE Exchanger) 조명계; 및
    상기 ADE 조명계로부터 선택된 조명모드의 광의 형상을 조절하는 성형 광학계를 더 구비하는 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 ADE 광학계는 다수 개의 회절 광학 소자가 리볼버에 장착되어 노광 장치 내에서 회전되도록 이루어진 노광 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지는 한쪽방향으로 수평이동하게 구성된 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비대칭조절필터 하부에 배치되며, 투과되는 광의 세기를 대칭적으로 조절하는 대칭조절필터를 더 구비하는 노광 장치.
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