KR100854878B1 - 반도체 소자의 노광 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 노광 방법에 관한 것으로, 반도체 소자의 게이트 포토 공정시 다이폴 Y 조명계를 사용한 노광 공정 대신 다이폴 X 조명계를 사용하여 노광 공정을 실시하며, 이를 위하여 웨이퍼 얼라인을 실시하는 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 90°회전시켜 노광 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 수가 증가하여도 렌즈가 가열되어 패턴 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 노광 방법을 개시한다.
노광 장치, 다이폴X, 조명계

Description

반도체 소자의 노광 방법{Method for exposing of semiconductor device}
도 1은 다이폴 Y 조명계 사용시 포커스 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 2는 다이폴 Y 조명계 사용시 웨이퍼수의 증가에 따라 패턴 불량이 나타난 모습을 나타내는 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 다이폴 X 조명계와 다이폴 Y 조명계를 사용하였을 경우 노광 공정을 진행한 웨이퍼 수에 따른 포커스를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 노광 장비의 구성도이다.
도 5는 광원이 다이폴 X 조명계를 통과하는 모습을 나타내는 구성도이다.
도 6은 레티클 스테이지의 회전을 나타내는 구성도이다.
도 7은 웨이퍼 스테이지의 회전을 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 노광 장치 11 : 다이폴 X 조명계
12 : 렌즈 13 : 레티클 스테이지
14 : 노광 렌즈 15 : 웨이퍼 스테이지
본 발명은 반도체 소자의 노광 방법에 관한 것으로, 특히 렌즈가 가열되어 패턴의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 노광 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 적은 공간에서 미세한 구조로 형성되기 때문에 반도체 소자를 제조하는 공정에는 패턴을 형성하기 위해 노광 공정이 필수적으로 사용된다. 이와 같은 노광 공정에서는 패턴의 크기와 패턴의 형태에 따라 패턴의 왜곡이 발생된다. 따라서 노광시 발생하는 왜곡들을 최소화하기 위하여 해상력이 더 좋은 노광 장치로 작은 패턴을 노광하여 전체적으로 원하는 패턴을 형성시킨다. 그러나 이와 같이 해상력이 더 좋은 노광 장치를 이용하여 노광하는 방법은 전체 패턴 형성에 많은 시간이 걸리게 된다.
예를 들면, DRAM 메모리 소자의 노광은 DRAM의 특성상 반복 패턴의 노광에 주안점을 두어 왔다. 이런 패턴을 노광하기 위해 패턴 크기에 상관없이 전체 패턴을 한 번에 찍은 스캔너(scanner)나 스텝퍼(stepper)가 사용되고 있다. 즉, 다시말하면 한 칩(chip)을 형성하는 패턴이 한 번에 형성된다. 이런 방법은 패턴의 사이즈(size)가 클 경우에는 별 무리가 없이 사용될 수 있지만, 패턴이 복잡한 경우에는 왜곡이 발생한다.
이와 같이 단일 노광장치로 노광시 마스크상의 패턴과 웨이퍼 상의 패턴과의 관계는 노광하고자하는 패턴에 의존한다.
반도체 소자 중 플래시 메모리 소자는 공정 중에 게이트 포토 공정은 공정 마진이 매우 취약하다. 대부분의 셀 마스크 공정이 X 방향 마스크로 패턴이 형성되어 있는 반면, 게이트 마스크는 Y 방향의 셀 마스크로 구성되어 있어 마스크 공정시 다이폴 X 조명계를 구비한 노광 장비를 사용한다.
노광 장치중 가장 중요한 부분은 렌즈 부분인데 레이저 소스를 이용한 노광 공정시 웨이퍼 노광이 진행되면서 노광 레이저에 의해 렌즈부가 가열되는 문제점이 발생한다. 노광 렌즈가 가열되면 웨이퍼 노광 진행시 베스트 포커스라는 최적 조건으로 노광 공정을 실시하지 못하고 포커스 변화로 인하여 패턴의 불량이 발생할 수 있다. 따라서 이를 개선하고자 노광 장치 보정을 통하여 안정화를 확보한다. 그러나 안정화 시스템은 X 방향 셀 마스크에 맞추어 셋팅이 되고, 이는 스캐너 노광 장치의 경우 스캐닝하는 방향이 Y 방향으로 움직이기 때문에 X 방향으로만 최적화 되어 있는 상태로써 Y 방향 셀 마스크의 경우 이를 개선할 수 없다.
도 1은 다이폴 Y 조명계 사용시 포커스 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 게이트 마스크 진행시 노광하는 웨이퍼 수가 많아 짐에 따라 노광 포커스가 변화한다. 이처럼 노광 장치에 다이폴 Y를 사용하는 경우 웨이퍼의 수가 증가할수록 도 2처럼 패턴 불량이 발생한다. 따라서, 웨이퍼의 진행에 따라 로트 진행에 따른 패턴 불량이 발생하여 디바이스 수율 절하가 야기된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 소자의 게이트 포토 공정시 다이폴 Y 조명계를 사용한 노광 공정 대신 다이폴 X 조명계를 사용하여 노광 공정을 실시하며, 이를 위하여 웨이퍼 얼라인을 실시하는 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 90°회전시켜 노광 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 수가 증가하여도 렌즈가 가열되어 패턴 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 노광 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 노광 방법은 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼가 제공되는 단계와, 레피클과 상기 웨이퍼를 상기 레티클을 통과하는 광원의 스윙 방향이 상기 웨이퍼 상에 형성되는 워드라인 방향과 일치하도록 회전시켜 정렬하는 단계와, 다이폴 X 조명계에 광원을 입사하여 X 방향의 편광원을 이용하여 노광 공정을 실시하는 단계를 포함한다.
상기 광원은 I선(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(157nm) 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 레티클과 상기 웨이퍼는 같은 방향으로 회전시켜 정렬하는 것이 바람직하다. 상기 레티클 및 상기 웨이퍼를 정렬시키는 단계는 상기 레티클 및 상기 웨이퍼 각각을 상기 다이폴 Y 조명계 사용시보다 일방향으로 90°회전시켜 정렬시키는 것이 바람직하다.
상기 노광 공정을 실시하는 단계는 상기 다이폴 X 조명계에 광원을 입사하여 X 방향의 상기 편광원을 출력하는 단계와, 상기 레티클에 상기 편광원을 조사하여 통과시키는 단계와, 상기 레티클을 통과한 상기 편광원이 노광 렌즈에 입사시켜 상 기 편광원을 포커싱하는 단계, 및 상기 웨이퍼에 상기 노광 렌즈를 통과한 상기 편광원을 조사하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 3a 및 도 3b는 다이폴 X 조명계와 다이폴 Y 조명계를 사용하였을 경우 노광 공정을 진행한 웨이퍼 수에 따른 포커스를 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반도체 소자의 노광 공정은 대부분의 셀 마스크 공정이 X 방향 마스크로 패턴이 형성되어있으므로, 노광 장치의 안정화 시스템은 X 방향 셀 마스크에 맞추어 셋팅이 되고, 이는 스캐너 노광 장치의 경우 스캐닝하는 방향이 Y 방향으로 움직이기 때문에 X 방향으로만 최적화되어 있는 상태이므로 다이폴 X 조명계를 사용하였을 경우 다이폴 Y 조명계를 사용한 경우보다 웨이퍼 수가 증가하여도 포커스의 변화량이 적다.
도 4는 노광 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
노광 장치(10)는 광원을 입사받아 X 방향의 광원만 통과시키는 다이폴 X 조 명계(11), 다이폴 X 조명계(11)를 통과한 광원의 초점을 맞추는 렌즈(12), 레티클이 장착되어 있는 레티클 스테이지(13), 레티클을 통과한 광원을 웨이퍼에 조사하기 위한 노광 렌즈(14), 및 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 스테이지(15)를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 소자의 게이트 포토 공정의 노광 방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 광원이 다이폴 X 조명계를 통과하는 모습을 나타내는 구성도이다.
도 5를 참조하면, 다이폴 X 조명계를 통과한 광원은 X 방향의 편광 성분을 갖는 빛으로 렌즈(12)를 통과하여 레티클에 조사된다. 광원은 I선(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(157nm) 중 하나를 사용한다.
도 6은 레티클 스테이지의 회전을 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 레티클 스테이지를 일방향으로 90°회전시켜 정렬시킨다. 이는 다이폴 Y 조명계 대신 다이폴 X 조명계를 사용하기 위하여 이에 따라 레티클의 방향을 90°회전시켜 다이폴 Y 조명계를 사용하였을 때와 같은 방향으로 맞추기 위함이다. 바람직하게는 다이폴 X 조명계를 통과한 광의 스윙 방향이 레티클의 패턴(워드라인 패턴)에 조사되는 방향으로 맞추기 위함이다.
도 7은 웨이퍼 스테이지의 회전을 나타내는 구성도이다.
도 7을 참조하면, 웨이퍼 스테이지를 레티클 스테이지를 회전시킨 방향으로 90°회전시켜 정렬시킨다. 이는 다이폴 Y 조명계 대신 다이폴 X 조명계를 사용하기 위하여 이에 따라 레티클의 방향을 90°회전시켜 다이폴 Y 조명계를 사용하였을 때와 같은 방향으로 맞추기 위함이다. 바람직하게는 레티클을 통과한 광의 스윙 방향 이 웨이퍼 상에 형성되는 워드라인 방향과 일치하도록 웨이퍼 스테이지를 회전시킨다.
통상적으로 웨이퍼 정렬은 X, Y 방향 각각 8개의 정렬키를 사용하여 정렬하는데, 정렬시 각각의 좌표는 회전에 의해 변경된 좌표를 사용하여 정렬시킨다. 레티클 스테이지를 통과한 광원은 노광 렌즈에 의해 웨이퍼 스테이지 상에 배치된 웨이퍼에 조사되어 노광 공정이 실시된다.
상술한 레티클과 웨이퍼는 회전을 한 후 정렬을 시키는데 이것은 회전시 나타날 수 있는 스테이지의 흔들림을 제어하기 위함이다.
상술한 바와 같이 게이트 포토 공정시 다이폴라 X 조명계를 사용하여 광원을 조사하고 레티클과 웨이퍼를 일방향으로 90°회전시켜 다이폴라 Y 조명계를 사용하였을 경우와 동일한 공정으로 변경함으로써, 노광 렌즈의 가열 없이 노광 공정을 실시할 수 있다. 이로 인하여 노광 렌즈의 가열에 의한 불량 패턴의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 반도체 소자의 게이트 포토 공정시 다이폴 Y 조명계를 사용한 노광 공정 대신 다이폴 X 조명계를 사용하여 노광 공정을 실시하며, 이를 위하여 웨이퍼 얼라인을 실시하는 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 90°회전시켜 노광 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 수가 증가하여도 렌즈가 가열되어 패턴 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 반도체 소자의 게이트 노광 공정에 있어서,
    포토레지스트가 코팅된 웨이퍼가 제공되는 단계;
    레피클과 상기 웨이퍼를 상기 레티클을 통과하는 광원의 스윙 방향이 상기 웨이퍼 상에 형성되는 워드라인 방향과 일치하도록 회전시켜 정렬하는 단계; 및
    다이폴 X 조명계에 광원을 입사하여 생성된 X 방향의 편광원을 이용한 노광 공정을 실시하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 I선(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(157nm) 중 하나를 사용하는 반도체 소자의 노광 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레티클과 상기 웨이퍼는 같은 방향으로 회전시켜 정렬하는 반도체 소자의 노광 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레티클 및 상기 웨이퍼를 정렬시키는 단계는
    상기 레티클 및 상기 웨이퍼 각각을 상기 다이폴 Y 조명계 사용시보다 일방향으로 90°회전시켜 정렬시키는 도체 소자의 노광 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 공정을 실시하는 단계는
    상기 다이폴 X 조명계에 광원을 입사하여 X 방향의 상기 편광원을 출력하는 단계;
    상기 레티클에 상기 편광원을 조사하여 통과시키는 단계;
    상기 레티클을 통과한 상기 편광원이 노광 렌즈에 입사시켜 상기 편광원을 포커싱하는 단계; 및
    상기 웨이퍼에 상기 노광 렌즈를 통과한 상기 편광원을 조사하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 노광 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이폴 X 조명계는 상기 광원의 X 방향의 광원만 통과시키는 반도체 소자의 노광 방법.
  7. 반도체 소자의 노광 공정에 있어서,
    노광 공정의 안정화 시스템을 X방향의 셀 마스크에 설정하는 단계;
    다이폴 X 조명계와 레티클을 웨이퍼의 워드라인 방향과 일치하도록 회전시켜 정렬하는 단계; 및
    광원을 상기 다이폴 X 조명계에 입사하여 생성된 평광원을 이용하여 게이트 노광 공정을 실시하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 노광 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레티클과 상기 웨이퍼는 같은 방향으로 회전시켜 정렬하는 반도체 소자의 노광 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 레티클 및 상기 웨이퍼를 정렬시키는 단계는 상기 레티클 및 상기 웨이퍼 각각을 상기 X방향에서 일방향으로 90°회전시켜 정렬시키는 도체 소자의 노광 방법.
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