KR100306838B1 - 노광장치및디바이스제조방법 - Google Patents

노광장치및디바이스제조방법 Download PDF

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Abstract

노광장치는, 노광스테이션에서 기판을 유지하는 스테이지와, 노광될 기판을 스테이지위에 반송하는 암기구 및 스테이지와 암기구중에서 어느 한쪽위에 설치되어 노광될 기판의 온도를 측정하는 센서를 구비하고 있다. 측정온도에 의거하여, 예를 들면 워크피스에 대한 패턴투영배율을 보정한다.

Description

노광장치 및 디바이스제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 노광장치 및 이 노광장치를 사용한 디바이스제조방법에 관한 것이다.
반도체소자, 특히 워크피스가 외부환경의 온도에 의해 영향을 받는 액정패널, 실리콘웨이퍼 또는 유리기판을 제조하기 위한 노광장치에서는, 팽창이나 수축이 발생한다. 온도변화에 의해 팽창이나 수축되는 경우의 워크피스는 그 위에 형성된패턴의 배율이 변화된다. 따라서, 노광장치는 배율을 측정하여 보정하면서 노광처리를 행한다. 종래에는, 배율변화를 최소화하기 위하여, 워크피스의 온도는 기준온도로서 설정된 23℃에서 제어된다.
워크피스의 공지된 온도제어방법은 다음과 같다. 즉, 열용량이 큰 금속부재(이제부터는 "냉각판"으로 칭함)는 기준온도로 설정되고, 워크피스는 이 냉각판에 접촉되거나, 또는 대안으로 온도제어된 공기가 워크피스에 인접한 공간에 불어넣는다. 실리콘웨이퍼에 대해서는 실리콘웨이퍼는 열전도계수가 높고 선형열팽창계수가 낮기 때문에, 상기한 방법으로 웨이퍼의 온도는 짧은 시간내에 소정의 온도에서 안정화될 수 있다.
한편, 액정패널의 워크피스인 유리재는 열전도계수가 낮고 선형열팽창계수가 높다. 즉, 온도가 작게 변화되어도 배율변화가 크다. 또한, 온도변화가 일단 발생하면, 소정의 온도를 제어에 의해 회복할때까지 장시간이 걸린다. 또한, 유리에 대해서는, 유리자체의 크기는 온도처리의 시간경과에 따라 감소되는 경향이있다. 노광장치에서는, 이와 같은 온도변화에 기인한 배율변화와 유리재의 상기 감소를 일치시키기 위해 배율보정이 행해진다. 또한, 동일시간에서 작업처리량이 크게 된다. 이 때문에, 워크피스를 노광장치에 도입하기 직전에 워크피스가 소정의 온도로 제어되어야 하고, 또한 작업처리량의 감소를 방지하기 위해 복수의 냉각판이 사용되어야 한다.
최근, 액정표시패널의 유리의 크기가 상당히 확대되는 결과로서, 냉각판을 위해 큰 공간이 필요하고, 이에 의해 장치가 확대되고 따라서 냉각실이 확대된다. 이에 의해 패널의 제조비용이 상승된다. 또한, 온도가 제어된 공기를 사용함으로써 워크피스의 온도를 안정화하기 위해 장시간이 걸리고 또한 장치의 작업처리량을 고려하면 실제로 사용가능한 방법이 되지 않는다.
한편, 많은 경우에 정합에러가 다음의 단계(후공정)에서 발견되므로, 결함이 있는 패널이 처리된때의 온도와 배율보정조건에 관한 데이터가 생산제어를 위해 기억되는 것이 바람직하다.
종래의 노광장치에서는, 워크피스의 온도가 일정한 것으로 가정한다. 온도를 일정하게 하기 위해 분리장치(예를 들면,레지스트 도포기용 냉각판)을 사용할 필요성이 있거나 또는 워크피스의 온도를 일정하게 하기 위한 설비를 노광장치내에설치할 필요성이 있지만, 온도를 일정하게 유지하는 장비를 설치하여도, 워크피스의 온도에는 작은 에러가 여전히 남아있다. 또한, 노광처리를 개시할때까지 시간이 길게 걸리수록 워크피스중에 온도분산의 가능성이 크게 된다.
또한, 종래의 노광장치에서는, 온도변화에 의해 확장되거나 또는 수축된 워크피스에 마스크패턴을 정합하기 위해서 기판배율의 측정이 워크피스마다 행해지고 또한 측정결과에 대응하는 배율보정이 워크피스마다 행하여야 한다.
종래의 일부의 노광장치에서는, 작업처리량을 개선하기 위해 워크피스의 로트중에서 첫 번째의 워크피스에 대해서 배율측정을 행하거나, 또는 대안으로 워크피스로트중에서 첫 번째부터 서너개의 워크피스에 대해서 측정된 배율의 평균을 산출한다. 다음에, 이후에 도입된 워크피스에 대해서는, 배율측정을 행함이 없이 정합만을 행한다. 이 경우에는, 배율측정에 의해 각각의 워크피스에서 오버레이정밀도를 검사하는 방법에 비해서, 정합정밀도는 워크피스의 온도차이의 결과로서 열화된다.
노광장치에서는, 배율보정을 행한 다음에 노광처리를 행한다. 그러나, 배율보정이 정확하게 되었는지의 여부를 검사하는 대책이 없다. 정합오차가 나중의 공정에서 발견된 경우, 이와 같은 오차가 노광장치에 관련된 문제에 기인하는지 워크피스에 기인하는지를 검사할 수 없다.
또한, 종래의 노광장치에서는, 워크피스를 측정하는 수단이 있다. 따라서, 노광장치의 배율보정이 가능한 범위를 초월하는 워크피스가 도입되는 경우에도, 워크피스자체에 기인하는 문제인지 워크피스의 온도에 기인하는 문제인지를 판정할수 없다.
본 발명의 한측면에 의하면, 노광스테이션에서 기판을 유지하는 스테이지와; 노광될 기판을 상기 스테이지위에 반송하는 암기구와; 상기 스테이지와 상기 암기구중에서 어느 한쪽에 설치되어 노광될 기판의 온도를 측정하는 센서를 구비한 것을특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 기판의 온도를 측정한 다음에, 기판의 노광처리를 행하는 것을 특징으로 디바이스제조방법을 제공한다. 기판의 측정온도는 예를 들면 노광처리를 하는 동안 배율보정을 위해 사용되어도 된다.
본 발명의 바람직한 한 형태에서는, 상기한 바와 같이 스테이지나 암에 설치되어 있고 스테이지나 암에 의해 유지된 기판의 온도를 측정하는 각각의 센서에 대해서 복수의 센서가 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면, 소정의 배율로 기판위에 패턴을 투영하는 투영광학계와, 기판의 측정온도에 따라서 배율을 보정하는 보정수단을 구비하고 있다. 상기 배율보정수단은, 기판의 온도가 소정의 기준온도로부터 측정된온도까지 변화함에 따라 기판의 크기의 변화를 일치하기 위하여 상기 투영광학계의 배율을 변화시켜도 된다. 상기 배율보정수단은, 1로트의 기판중에서 최초로 노광되는 제 1기판의 온도를 상기 센서에 의해 측정하고, 측정된 온도를 기준온도로서 사용되어도 된다. 상기 배율보정수단은 기판에 관련된 소정의 처리에 대해서 설정된 기준온도를 기준온도로서 사용되어도 된다.
상기한 바와 같은 배율보정은, 각각의 기판마다 투영배율의 보정값을 광학적으로 측정할 필요성이나 냉각판을 통하여 기판의 온도를 소정의 온도로 제어할 필요성을 회피할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또다른 형태에서는, 각각의 기판의 측정온도를 기억하는기억수단을 구비한다. 다음의 단계에서 비정합이 발견되는 경우, 이에 대한 원인을 조사할 수 있다. 본 발명의 바람직한 또다른 형태에서는, 기판의 측정온도가소정의 범위를 벗어나는 경우 소정의 출력을 발생하는 출력수단을 구비한다. 이에 의해 예를 들면 비정합을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 상기 목적, 기타 목적, 특징 및 이점은, 첨부도면과 관련하여 취해진 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명을 고려하면 한층더 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 노광장치의 개략적인 사시도
도 2는 도 1의 노광장치에서의 센서의 배치를 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 3은 도 1의 노광장치의 배율보정기구의 개략적인 사시도
도 4는 도 1의 노광장치에서 행해지는 온도측정과 배율보정을 포함하는 노광순서의 흐름도
도 5는 도 1의 노광장치가 사용되는 마이크로디바이스의 제조공정의 흐름도
도 6은 도 5의 순서에 포함된 웨이퍼공정의 상세를 설명하는 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 노광기 2: 노광스테이지
3: 워크피스 4a, 4b, 4c, 4d: 카세트
5: 인터페이스암 6a, 6b: 센서
7: 마스크 8: 투영광학계
9: X축배율보정수단 10: Y축배율보정수단
(제 1실시예)
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 노광장치의 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 액정패널기판이나 반도체웨이퍼등과 같이 1로트를 구성하는 복수의 워크피스(노광될 기판)이 카세트(4a)∼(4c)중에서 해당 카세트에 수납되어 있다. 따라서, 각각의 카세트는 내부에 1로트의 워크피스가 수납된다. 이들의 카세트(4a)∼(4c)에 수납된 워크피스는 하나씩 카세트로부터 인출되고, 또한 각각의 워크피스는 인터페이스암(5)에 의해 노광장치의 노광스테이지(2)에 도입된다.
도 2는 노광장치의 온도센서의 배열을 설명하기 위한 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이 인터페이스암(5)이나 노광스테이지(2)에 장착되는 온도센서(6a), (6b)가 있다.
도 3은 상기 노광장치의 배율보정수단의 사시도이다. 도면에서, (7)는 워크피스(3)위에 프린트될 패턴을 가지는 마스크이다. (8)은 마스크의 패턴의 상을 워크피스에 투영하는 투영광학계이고, (9)는 마스크와 투영광학계(8)사이에 배치된 X축배율보정수단이다. (10)은 투영광학계(8)와 워크피스(3)사이에 배치된 Y축배율보정기구이다. 각각의 배율보정기구(9),(10)는, 예를 들면, 투명한 판형상부재 및 이 판형상부재를 구부리는 수단으로 이루어지고, 이 배율보정기구는, 판형상부재의 곡률을 변경시킴으로써 투영배율을 보정하도록 기능한다. 이들의 배율보정기구는 배율보정수단을 구비하고 있다.
상기한 구성에 의해, 도 4에 도시한 바와 같이, 제 2층의 노광처리 즉, 다음층의 노광처리를 위해, 카세트(4a)∼(4c)중에서 어느 한 카세트의 제 1워크피스를 인터페이스암(5)에 의해 노광장치에 도입된다(스텝S1). 이 워크피스의 온도를 센서(6a)나 센서(6b)에 의해 측정한다(스텝S2). 측정된 온도는 기준온도로서 노광장치에 등록된다(스텝S3). 다음에, 측정된 온도가 소정의 허용범위내에 있는지의 여부를 판정하고(스텝S4), 소정의 허용범위내에 없으면, 경보가 발생된다(스텝S5). 다음에, 노광순서에 따라서, 워크피스와 마스크의 정렬동작을 행한 후에, 워크피스에 대해 배율측정을 행한다(스텝S6). 측정결과에 의거하여, 배율보정을 행하고 노광을 행한다(스텝S8). 워크피스의 측정배율은 기준배율로서 노광장치에 등록된다(스텝S7).
다음에, 인터페이스암(5)에 의해 노광스테이지(2)에 다음의 워크피스를 반송하고 또한 이 워크피스의 온도를 센서(6a) 또는 센서(b)에 의해 측정한다(스텝S10). 측정된 온도는 기억된다(스텝S11). 또한, 측정된 온도가 허용범위내에 있는지의 여부를 판정하고(스텝S12), 허용범위내에 있지 않는 경우대응하는 경보가 발생된다(스텝S13).
다음에, 워크피스와 마스크사이의 패턴정합을 행한다. 다음에, 배율측정을 행하지 않고, 스텝S8에서 기억된 기준배율에 의거하여 또한 측정온도(스텝S10)와 스텝S3에서 기록된 기준온도사이의 온도차에 의거하여, 배율보정을 행한다. 다음에, 노광처리를 행한다. 보다 상세하게는, 기준온도와의 온도차이에 대응하는 배율변화를 산출하고(스텝S14), 또는 기준배율에 대한 증가배율이나 감소배율을 결정하는 배율보정데이터가 생성된다. 이와 같이 준비된 보정데이터에 의거하여,배율보정수단이 작동하고 노광처리를 행한다(스텝S15).
다음에, 순서는 스텝S9로 복귀하고 스텝S9내지 스텝S15의 순서를 반복하여, 해당로트의 나머지 워크피스의 각각에 대해 노광공정을 행한다.
여기서, 스텝S11에 기억된 워크피스의 온도는, 다음의 공정에서 각각의 워크피스에 대해서 행해진 배율보정에 관한 노광의 이력으로서 알아내기 위한 비정합등의 어떤 문제를 조사하기 위해 사용되어도 된다.
(제 2실시예)
상기한 제 1실시예는, 마스크와 워크피스의 패턴을 정합시키는 것을 특징으로 하는 제 2층노광 즉 다음층의 노광의 순서에 관한 것이다. 이하에 설명하고자 하는 제 2실시예는, 각각의 워크피스위에 패턴이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 제 1층노광의 순서에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체노광계에 노광장치와 워크피스로 이루어진 반도체노광계는 23℃의 설정기준온도를 가진다. 이것을 고려하여, 또한 제 1층의 노광처리시에, 23℃의 동일한 기준온도와의 온도차에 대응하는 배율보정에 의해 노광처리를 행하여도 된다. 이에 의해, 이들의 워크피스에 대해서 기준온도에서 일정하고 정확한 치수정밀도로 최종단계까지 처리될수 있다. 즉, 제 1워크피스의 온도를 사용하는 대신에, 23℃의 설정된 기준온도를 사용하여도 된다. 이를 제외하고는, 도 4에 도시한 순서와 실질적으로 동일한 순서로 행한다.
상기한 바와 같이, 워크피스의 노광을 위해, 워크피스의 온도를 측정하고, 또한 측정된 온도에 의거하여 투영배율이 보정된다. 이에 의해, 각각의 워크피스마다 투영배율의 보정값을 측정하지 않고, 오버레이정밀도(overlay precision)를 유지할 수 있다. 따라서, 작업처리량이 증가될 수 있다. 또한, 처리를 위한 온도제어 즉 노광처리전의 처리가 완화되어도 된다. 더욱이, 노광장치의 내부에서 워크피스의 온도를 극히 엄격하게 유지하는 특정한 수단을 사용할 필요가 없으므로, 노광장치에 의해 점유되는 공간이 작게 될 수 있다.
또한, 워크피스의 노광시에 워크피스의 온도를 측정하고 측정된 온도를 기억하므로, 다음 단계에서 발견되는 비정합 등의 문제가 있는 경우, 각각의 워크피스에 배율보정을 행하였던 것에 관한 노광의 이력이 문제를 조사하기 위해 참조될 수 있다. 이것은 생산관리에 효과적으로 기여한다.
또한, 워크피스의 노광처리시에 워크피스의 온도는 측정되고, 또한 측정된 온도가 소정의 범위를 벗어나는 경우 대응출력이 생성된다. 이것은 예를 들면 비정합을 효과적으로 방지할 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같은 노광장치를 사용하는 디바이스제조방법의 예에 대해서 설명한다.
도 5는 예를 들면 반도체칩(즉, IC나 LSI), 액정패널, CCD, 박막자기헤드 또는 마이크로기계 등의 마이크로디바이스의 제조를 위한 순서의 흐름도이다. 스텝31은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이다. 스텝32는 회로패턴설계에 의거하여 마스크를 형성하는 공정이다. 스텝 33은 실리콘 등의 재료를 사용함으로써 웨이퍼를 제조하는 공정이다. 스텝34는 이와 같이 준비된 마스크와 웨이퍼를 사용함으로써 리스그래피에 의해 회로가 웨이퍼위에 실제로 형성되는 전공정으로 칭하는 웨이퍼공정이다. 이 공정다음의 스텝35은 스텝34에 의해 처리된 웨이퍼가 반도체칩에 형성되는 후공정으로 칭하는 조립공정이다. 이 공정은 조립공정(다이싱과 접착공정)과 패키징공정(칩밀봉공정)으로 이루어진다. 스텝36은 스텝35에 의해 형성된 반도체소자에 대한 동작검사, 내구성검사 등을 행하는 검사공정이다. 이들의 공정에 의해, 반도체장치는 완성되어 출하된다(스텝37).
도 6은 웨이퍼공정의 상세를 도시한 흐름도이다. 스텝41은 웨이퍼의 표면을 산화하는 산화공정이다. 스텝42는 웨이퍼의 표면에 절연막을 형성하는 CVD공정이다. 스텝43은 기상퇴적에 의해 전극을 웨이퍼위에 형성하는 전극형성공정이다. 스텝44는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 스텝45는 웨이퍼에 레지스트(감광재)를 도포하는 레지스트공정이다. 스텝46은 상기한 노광장치의 노광에 의해 웨이퍼위에 마스크의 회로패턴을 프린트하는 노광공정이다. 스텝47은노광웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 스텝48은 형상된 레지스트상이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝49는 에칭공정을 행한 후에 웨이퍼에 남아있는 레지스트재를 박리하는 레지스트박리공정이다. 이들의 공정을 반복함으로써,회로패턴이 웨이퍼위에 중첩해서 형성된다.
이들의 공정에 의해 고밀도의 마이크로디바이스를 한층더 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
상기한 바와 같이, 워크피스의 노광을 위해, 워크피스의 온도를 측정하고, 또한 측정된 온도에 의거하여 투영배율이 보정된다. 이에 의해, 각각의 워크피스마다 투영배율의 보정값을 측정하지 않고, 오버레이정밀도를 유지할 수 있다. 따라서, 작업처리량이 증가될 수 있다. 또한, 처리를 위한 온도제어 즉 노광처리전의 처리가 완화되어도 된다. 더욱이,노광장치의 내부에서 워크피스의 온도를 극히 엄격하게 유지하는 특정한 수단을 사용할 필요가 없으므로, 노광장치에 의해 점유되는 공간이 작게 될 수 있다.
또한, 워크피스의 노광시에 워크피스의 온도를 측정하고 측정된 온도를 기억하므로, 다음 단계에서 발견되는 비정합등의 문제가 있는 경우, 각각의 워크피스에 배율보정을 행하였던 것에 관한 노광의 이력이 문제를 조사하기 위해 참조될 수 있다. 이것은 생산관리에 효과적으로 기여한다.
또한, 워크피스의 노광처리시에 워크피스의 온도가 측정되고, 또한 측정된 온도가 소정의 범위를 벗어나는 경우 대응출력이 생성된다. 이것은 예를 들면 비정합을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 여기서 설명한 상세에 한정되지 않고 또한 본출원은 개량의 목적이나 다음의 클레임의 범위내에서 수정이나 변경을 포함하도록 의도되어 있다.

Claims (15)

  1. 노광스테이션에서 기판을 유지하는 스테이지와;
    노광될 기판을 상기 스테이지에 반송하는 암기구와;
    노광될 기판의 온도를 측정하기 위해 상기 스테이지와 상기 암기구중에서 어느 한쪽위에 형성된 센서와,
    기판위에 소정의 배율로 패턴을 투영하는 투영광학계와,
    상기 센서에 의해 측정된 기판의 온도에 따라서 상기 투영광학계의 배율을 보정하는 배율보정수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 센서는 복수의 센서로 되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배율보정수단은, 기판의 온도가 소정의 기준온도로부터 측정된 온도로 변화함에 따라 기판의 크기의 변화에 일치되도록 상기 투영광학계의 배율을 변경하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 배율보정수단은, 1로트의 기판중에서 최초로 노광된 제 1기판의 온도를 상기 센서에 의해 측정하고 이 측정된 제 1기판의 온도를 기준온도로서 사용하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 배율보정수단은, 기판에 관련된 소정의 처리에 대해서 설정되는 기준온도를 기준온도로서 사용하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 센서에 의해 측정된 온도를 기억하는 기억수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 제 1항에 있어서, 기판의 측정온도가 소정의 범위를 벗어나는 경우는 소정의 출력을 생성하는 출력수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 1항에 있어서, 기판은 액정패널을 제조하기 위한 유리기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 기판의 온도를 측정하는 단계와;
    측정된 온도에 따라서 기판위에 패턴을 투영하는 것에 관련된 배율을 보정하는 단계와;
    기판의 노광을 행하는 단계
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 배율보정단계에서는, 기판의 온도가 소정의 기준온도로부터 측정된 온도로 변화함에 따라 기판의 크기의 변경에 일치하도록 배율이 변경되는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 1로트의 기판중에서 최초로 노광되는 제 1기판의 측정온도를 기준온도로서 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  12. 제 10항에 있어서, 기판에 관련된 소정의 처리에 대해서 설정되는 기준온도를 기준온도로서 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  13. 제 9항에 있어서, 기판의 측정온도는 기억되는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  14. 제 9항에 있어서, 기판의 측정온도가 소정의 범위를 나타날 때에 소정의 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  15. 제 9항에 있어서, 기판은 액정패널을 제조하기 위한 유리기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
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