KR100729263B1 - 기판 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

레티클 패턴 이미지들을 포토레지스트 막에 효과적으로 전사할 수 있는 기판 노광 장치에 의하면, 기판 노광 장치는, 제1 및 제2 조명광들을 생성하기 위한 조명 모듈과, 상기 조명 모듈과 상기 제1 레티클 사이에 배치되고, 상기 제1 조명광이 투과되는 광 투과부와, 상기 광 투과부의 개방 면적을 조절하는 블라인더 세트와, 상기 광 투과부를 선택적으로 개폐하는 셔터 세트를 포함하여 구성되는 제1 조명 슬릿과, 상기 제2 조명광이 조사되어 제2 이미지 정보를 갖는 제2 투영광을 생성하는 제2 레티클과, 상기 조명 모듈과 상기 제2 레티클 사이에 배치되고, 상기 제2 조명광이 투과되는 광 투과부와, 상기 광 투과부의 개방 면적을 조절하는 블라인더 세트와, 상기 광 투과부를 선택적으로 개폐하는 셔터 세트를 포함하여 구성되는 제2 조명 슬릿을 포함하는 제1 광학부 및 상기 제1 및 제2 투영광들을 서로 다른 광 경로들을 따라 기판 상으로 각각 투영하기 위한 제2 광학부를 포함한다. 따라서, 복수개의 레티클 패턴 이미지들을 기판 상에 효과적으로 노광할 수 있어, 노광 공정에 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있다.

Description

기판 노광 장치{SUBSTRATE EXPOSURE APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 조명 슬릿을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 투영 슬릿을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 노광 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 제1 레티클 패턴 이미지의 일예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 4에 나타낸 제2 레티클 패턴 이미지의 일예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 4에 나타낸 기판 상에 투영되는 제1 및 제2 레티클 패턴의 이미지들을 설명하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100：기판 노광 장치 110：제1 광학부
122：단일 광원 124：제1 빔 스플릿터
125：제2 빔 스플릿터 126：광학 시스템
130：제1 조명 슬릿 131：불투명 플레이트
132：셔터 세트 133：블라인더 세트
134：광 투과부 135：제2 조명 슬릿
140：제1 레티클 145：제1 레티클 스테이지
150：제2 레티클 155：제2 레티클 스테이지
160：제2 광학부 170：집광 모듈
171：제1 축소 미러 173：제1 반사 미러
175：제2 축소 미러 177：제2 반사 미러
180：투영 슬릿 181：제1 광 투과부
182：제2 광 투과부 185：센서 모듈
190：제어부 195：기판 스테이지
201：제1 레티클 패턴 이미지 202：제2 레티클 패턴 이미지
203：투영 레티클 패턴 이미지 W：기판
본 발명은 반도체 장치의 제조를 위한 노광공정에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판 상에 레티클(reticle) 패턴을 전사하기 위한 노광 장치에 관한 것이다.
사진 식각 공정은 기판 상에 포토레지스트 조성물 층을 형성하기 위한 코팅 공정, 코팅된 포토레지스트 용액을 포토레지스트 막으로 경화시키기 위한 베이크 공정, 레티클의 패턴을 상기 포토레지스트 막에 전사하기 위한 노광공정 및 전사된 레티클 패턴을 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위한 현상 공정을 포함한다.
사진 식각 공정 중에서 노광공정을 수행하기 위한 장치는 광원(light source), 광원으로부터 방출된 점광을 면광으로 변환하여 일정크기로 집속시키기 위한 조명 유닛(illumination unit), 레티클을 지지하기 위한 레티클 스테이지, 레티클을 통과한 면광을 기판 상에 조사하기 위한 투영 광학 유닛(projection optical unit), 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지 등을 포함한다. 투영 광학 유닛의 상부에는 레티클이 배치되고, 투영 광학 유닛의 하부에는 기판이 배치된다.
광원으로부터 방출된 점광은 조명 유닛을 통하여 면광으로 변환된 후, 일정 크기로 집속되어 레티클에 조사된다. 레티클을 통과한 광은 상기 레티클에 형성된 패턴의 이미지 정보를 포함한다. 상기 이미지 정보를 포함하는 광은 투영 광학 유닛을 통하여 기판 상에 조사된다.
일반적으로, 반도체 장치는 이온주입 공정, 증착 공정, 확산 공정, 사진 식각 공정 등과 같은 다수의 공정을 통하여 제조된다. 이러한 공정들 중에서 사진 식각 공정은 기판 상에 소정의 패턴을 형성하기 위하여 수행된다.
기판 표면에서 상기 패턴이 전사되는 샷 영역들은 목적하는 반도체 장치에 따라 각각의 크기 및 전체 수량이 결정된다. 노광공정은 상기 샷 영역들에 대한 1차 노광공정과, 상기 기판의 에지 부위에 대한 2차 노광공정으로 구분된다. 2차 노광공정은 기판의 에지 부위에 경계하는 에지 샷 영역들에 대하여 수행된다. 이 경 우, 2차 노광공정은 기판의 에지 부위에 형성된 포토레지스트 막을 선택적으로 제거하기 위하여 수행된다.
일반적인 노광 공정은 패턴 영역(pattern area)을 갖는 패턴 레티클(patterned reticle)을 이용하여 1차 노광 공정을 수행하고, 패턴이 없는 무패턴 레티클(non-patterned reticle)을 이용하여 2차 노광한다. 이를 위하여, 1차 노광공정이 종료된 후에는 패턴 레티클을 무패턴 레티클로 교체하여 2차 노광공정을 수행한다. 그리고 후속 기판에 대한 1차 노광 공정을 수행하기 위하여 무패턴 레티클을 패턴 레티클로 교체한다. 당연히 레티클을 교체한 후에는 교체된 레티클과 기판과의 얼라인(align) 공정을 수행하여야 한다.
전술한 바와 같이 레티클의 교체 및 얼라인 공정을 수행하기 위하여 소요되는 시간적, 재정적 손실은 막대하다. 이를 개선하기 위하여 에이에스엠엘사(ASML INC)가 출원한 미합중국 공개특허 2001-271380호(2001.02.27)에는 이중 레티클 이미지 노출 방법 및 시스템이 개시되어 있고, 에스브이지 리소그래피 시스템사(SVG LITHOGRAPHY SYSTEMS INC)가 출원한 일본 공개특허 2002-252171(2002.02.18)에는 포토리소그래피 디바이스 및 레티클 스테이지가 개시되어 있다.
상기 공개특허들은 두개의 레티클들을 이용하는 기술을 포함하고 있지만 레티클들의 이미지들을 기판 상에 머지(merge)시켜 투영하고 있다. 투영 광학계에서 머지된 광들은 기판 상의 일 지점에 조사된다. 레티클들의 이미지들은 머지시킬 경우 투영광들은 서로 간섭현상을 일으키게 되어, 해상도가 저하되는 문제가 발생된다. 즉, 상기 공개특허들은 두 레티클 이미지들을 기판 상에 같이 전사시킬 수 있 지만, 노광공정의 정밀도가 저하됨은 물론, 시간적, 재정적으로 막대한 손실의 우려가 있다.
현재 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 진행되는 반도체 장치의 연구 추세에 비추어볼 때, 전술한 바와 같은 문제점들은 반드시 해결해야할 과제로 부각되고 있으며, 이에 대한 시급한 대책 마련이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서 본 발명의 일 목적은, 복수개의 레티클 패턴 이미지들을 기판 상에 효과적으로 노광할 수 있는 기판 노광 장치를 제공하는 것이다.
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상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따른 기판 노광 장치는, 제1 및 제2 조명광들을 생성하기 위한 조명 모듈과, 상기 조명 모듈과 상기 제1 레티클 사이에 배치되고, 상기 제1 조명광이 투과되는 광 투과부와, 상기 광 투과부의 개방 면적을 조절하는 블라인더 세트와, 상기 광 투과부를 선택적으로 개폐하는 셔터 세트를 포함하여 구성되는 제1 조명 슬릿과, 상기 제2 조명광이 조사되어 제2 이미지 정보를 갖는 제2 투영광을 생성하는 제2 레티클과, 상기 조명 모듈과 상기 제2 레티클 사이에 배치되고, 상기 제2 조명광이 투과되는 광 투과부와, 상기 광 투과부의 개방 면적을 조절하는 블라인더 세트와, 상기 광 투과부를 선택적으로 개폐하는 셔터 세트를 포함하여 구성되는 제2 조명 슬릿을 포함하는 제1 광학부 및 상기 제1 및 제2 투영광들을 서로 다른 광 경로들을 따라 기판 상으로 각각 투영하기 위한 제2 광학부를 포함한다.
조명 모듈은 제1 조명광을 생성하기 위한 제1 광원 및 제2 조명광을 생성하기 위한 제2 광원을 포함할 수 있다. 또는, 조명 모듈은 이니셜 광(initial light)을 생성하기 위한 광원 및 이니셜 광을 분할하여 제1 및 제2 조명광들을 생성하기 위한 빔 스플릿터를 포함할 수 있다. 제1 레티클을 제1 조명광의 입사각에 수직한 방향으로 이동시키기 위한 제1 레티클 스테이지 및 제2 레티클을 제2 조명광의 입사각에 수직한 방향으로 이동시키기 위한 제2 레티클 스테이지를 포함할 수 있다.
제2 광학부는 상기 투영광들을 각각 집광시키기 위한 집광 모듈 및 상기 집광 모듈과 기판 사이에 배치되며, 상기 집광된 투영광들을 각각 투과시키는 리본 형상의 광 투과부들을 갖는 투영 슬릿을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 집광 모듈은, 반구 형상을 가지며 상기 투영광들을 집광시키는 축소 미러들과, 상기 집광된 투영광의 경로를 변경시키는 반사 미러들을 포함할 수 있다. 투영 슬릿에는 상기 기판 상으로 신호를 방출하여 상기 투영 슬릿과 상기 기판 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈이 설치될 수 있다. 기판은 하부에 설치된 기판 스테이지에 의하여 지지 및 수평 이동할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수개의 레티클 패턴 이미지들을 기판 상에 효과적으로 노광할 수 있어, 노광 공정에 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있다. 또한, 노광 공정의 해상도도 종래보다 최소 두배 이상 향상시킬 수 있다. 결과적으로는 노광 공정의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있어 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 관점들에 따른 기판 노광 장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 구 성도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 기판(W) 상에는 포토레지스트 막(도시되지 않음)이 형성되어 있으며, 상기 포토레지스트 막은 노광 공정 및 현상 공정을 통해 포토레지스트 패턴으로 형성된다. 상기 포토레지스트 막은 포토레지스트 조성물 코팅 공정 및 소프트 베이크 공정을 통해 기판(W) 상에 형성될 수 있으며, 본 노광 공정 및 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴은 식각 마스크 또는 이온 주입 마스크 등으로 사용될 수 있다.
기판(W) 상에는 다수의 샷 영역이 설정되어 있으며, 각각의 샷 영역은 적어도 하나 이상의 다이(die) 영역을 포함한다. 상기 다이 영역의 크기는 목적하는 반도체 장치의 종류에 따라 변화될 수 있으며, 다이 영역의 크기에 따라 각각의 샷 영역의 크기 및 샷 영역들의 수량이 결정될 수 있다.
기판 노광 장치(100)는 제1 광학부(110) 및 제2 광학부(160)를 포함한다.
제1 광학부(110)는 이미지 정보들을 갖는 투영광들을 생성하기 위한 장치로서, 조명 모듈(120), 제1 조명 슬릿(130) 및 제2 조명 슬릿(135), 제1 레티클(140) 및 제2 레티클(150), 제1 레티클 스테이지(145) 및 제2 레티클 스테이지(155)를 포함한다.
조명 모듈(120)은 제1 및 제2 조명광들을 생성한다. 제1 및 제2 조명광들로서는 300 내지 100nm 파장 대역의 원자외선(Deep U.V)이나, 100nm 이하 파장 대역의 극자외선(Extream U.V)이 선택될 수 있다. 제1 및 제2 조명광들은 실질적으로 동일한 파장 및 강도(intensity)를 갖는 것이 바람직하다. 그러나 제1 및 제2 조명광들은 실질적으로 서로 다른 파장 및 강도를 가질 수도 있다.
제1 및 제2 조명광들은 독립된 광원들로부터 각각 생성될 수 있다. 하지만 기판 노광 장치(100)의 규모 및 제조단가를 줄이기 위하여 단일 광원(122)으로부터 생성된 이니셜 광(initial light)을 분할하여 제1 및 제2 조명광들을 생성하는 것이 바람직하다. 이하, 단일 광원(122)을 갖는 조명 모듈(120)에 대하여 설명하지만 이로써 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 또한, 이니셜 광은 레티클들(140,150)의 수와 동일한 수만큼의 분할될 수 있다.
단일 광원(122)은 이니셜 광을 생성하기 위한 장치로서, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저, F2 레이저, KrF 엑시머 레이저, 야그(YAG) 레이저 또는 수은 램프 등이 사용될 수 있다.
단일 광원(122)으로부터 생성된 이니셜 광의 진행경로 상에는 제1 빔 스플릿터(beam splitter:124)가 배치된다. 제1 빔 스플릿터(124)는 이니셜 광의 일부를 반사시키고 나머지 광을 투과시켜 제1 조명광을 생성한다. 제1 빔 스플릿터(124)에서 반사되는 광의 경로 상에는 제2 빔 스플릿터(125)가 배치된다. 제2 빔 스플릿터(125)는 제1 빔 스플릿터(124)에서 반사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과시켜 제2 조명광을 생성한다. 여기서, 제1 및 2 조명광들은 동일한 강도를 갖는 것이 바람직하나, 제1 및 제2 레티클 패턴들의 종류에 따라서 다른 강도를 가질 수 있다. 제1 및 제2 빔 스플릿터들(124,125)로서는 일반적인 노광 또는 검사 장치에서 사용되는 5:5 빔 스플릿터를 선택할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 및 2 조명광들을 생성하기 위하여 제1 및 제2 빔 스플릿터들(124,125)을 선택한 경우에 대하여 설명하지만, 제2 빔 스플릿터(125)를 반사 미러로 대체할 수도 있다. 즉, 제1 빔 스플릿터(124)로부터 반사된 광을 제2 조명광으로 선택하고, 나머지 투과된 광을 제1 조명광으로 선택할 수 있다.
조명 모듈(120)은 제1 및 제2 조명광들이 진행방향이 서로 평행하고, 단위면적당 실질적으로 동일한 밀도를 갖도록 처리하기 위한 광학 시스템(126)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 모듈(120)은 빔 매칭 유닛(beam matching unit; BMU), 가변 빔 감쇠기(variable beam attenuator), 빔 형상 최적화 시스템(beam shaping optical system), 플라이아이 렌즈(fly-eye lens), 콘덴서 렌즈 등과 같은 광학 시스템(126)을 더 포함할 수 있다. 광학 시스템(126)에 의하여 진행방향이 서로 평행하고, 단위면적당 실질적으로 동일한 밀도를 갖도록 처리된 제1 및 제2 조명광들은 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)에 각기 조사된다.
제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)은 제1 및 제2 조명광들의 단면 사이즈를 각각 조절하기 위한 장치로서, 실질적으로 동일한 구조를 가지며 실질적으로 동일한 기능을 할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 제1 조명 슬릿(130)에 대하여 설명하며, 제1 조명 슬릿(130)에 대한 설명으로서 제2 조명 슬릿(135)에 대한 설명을 대체한다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 조명 슬릿(130)을 설명하기 위한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 2를 더 참조하면, 제1 조명 슬릿(130)은 불투명 플레이트(131), 셔터 세트(132) 및 블라인더 세트(133)를 포함한다.
불투명 플레이트(131)의 중심부에는 리본 형상의 광 투과부(134)가 형성된 다. 광 투과부(134)는 직사각 홀 형상을 갖는다. 광 투과부(134)의 세로 폭은 이후 설명할 제1 레티클(140)의 패턴의 세로 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
불투명 플레이트(131) 상에는 광 투과부(134)를 개폐하기 위한 셔터 세트(132) 및 광 투과부(134)의 세로 폭을 조절하는 블라인더 세트(133)가 설치된다.
셔터 세트(132)는 광 투과부(134)에 인접하게 설치되어 광 투과부(134)를 개폐한다. 즉, 제1 조명광의 차단 여부를 셔터 세트(132)에 의해 결정한다. 경우에 따라서, 셔터 세트(132)가 가까워지도록 이동하거나, 멀어지도록 이동하며 광 투과부(134)의 폭을 조절할 수도 있다. 블라인더 세트(133)는 제어부(190)에 의하여 제어된다.
제어부(190)는 전체적인 노광 공정을 통제하기 위한 전자 시스템으로서, 블라인더 세트(133)를 포함한 기판 노광 장치(100)의 전체의 동작을 제어한다.
제1 조명 슬릿(130)에 조사된 제1 조명광은 셔터 세트(132)에 의해서 제1 조명 슬릿(130)의 투과 여부가 결정되고, 블라인더 세트(133) 의하여 투과되는 광의 단면 사이즈가 조절된다. 이와 유사하게, 제2 조명 슬릿(135)에 조사된 제2 조명광은 블라인더 세트(도시되지 않음) 및 셔터 세트(도시되지 않음)에 의하여 투과 여부 및 투과되는 광의 단면 사이즈가 조절된다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)이 동일한 형상을 갖는 경우에 대해서만 설명하지만, 경우에 따라서 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)은 실질적으로 다른 형상을 갖거나 다양한 위치에 형성될 수 있음을 밝혀둔다. 또한, 제1 및 제2 조명 슬릿들(130,135)은 셔터 세트(132)에 의하여 동시에 또는 순차적으로 개방 및 차단될 수 있다.
제1 조명 슬릿(130)을 통과한 제1 조명광은 제1 레티클(140)에 조사되고, 제2 조명 슬릿(135)을 통과한 제2 조명광은 제2 레티클(150)에 조사된다. 이 경우, 제1 레티클(140)은 제1 레티클 스테이지(145) 상에 배치되고, 제2 레티클(150)은 제2 레티클 스테이지(155) 상에 배치된다. 제1 및 제2 레티클들(140,150)은 동일할 수 있다.
제1 및 제2 조명광들이 제1 및 제2 레티클들(140,150)에 스캐닝 방식(scanning manner)으로 조명될 수 있다. 즉, 제1 레티클 스테이지(145)는 제1 레티클(140)을 제1 조명광의 입사방향에 수직한 방향으로 이동시킬 수 있으며, 제2 레티클 스테이지(155)는 제2 레티클(150)을 제2 조명광의 입사방향에 수직한 방향으로 이동시킬 수 있다. 이외에도, 제1 및 제2 레티클들(140,150)을 불연속적으로 이동시키며 제1 및 제2 조명광들을 스텝핑 방식(stepping manner)으로 조사하거나, 상기 스텝핑과 스캐닝 방식들을 혼용(step and scan manner)하여 제1 및 제2 조명광들을 조사할 수 있다.
여기서, 제1 레티클(140)은 제1 레티클 패턴을 갖는다. 이와 유사하게 제2 레티클(150)은 제2 레티클 패턴을 갖는다. 제1 및 제2 조명광들이 각각 제1 및 제2 레티클들(140,150)을 통과하기 때문에, 제 1 및 제2 조명광들은 제1 및 제2 레티클 패턴들의 이미지 정보들이 갖는 제1 및 제2 투영광들이 된다. 제1 및 제2 투영광들은 제2 광학부(160)에 조사된다.
제2 광학부(160)는 집광 모듈(170) 및 투영 슬릿(180)을 포함한다.
집광 모듈(170)은 제1 및 제2 투영광들이 각각 조사되는 제1 및 제2 축소 미 러들(171,175), 그리고 제1 및 제2 반사 미러들(173,177)을 포함한다.
제1 및 제2 축소 미러들(171,175), 그리고 제1 및 제2 반사 미러들(173,177)은 제1 및 제2 투영광들의 단면 사이즈를 축소시키기 위한 장치들로서, 제1 투영광은 제1 축소 미러(171) 및 제1 반사 미러(173)에 순차적으로 입사한다. 마찬가지로, 제2 투영광은 제2 축소 미러(172) 및 제2 반사 미러(174)에 순차적으로 입사한다.
제1 및 제2 축소 미러들(171,175)은 실질적으로 동일한 반구 형상을 가지며 실질적으로 동일한 기능을 한다. 또한, 제1 및 제2 반사 미러들(173,177)은 실질적으로 동일한 평판 형상을 가지며 실질적으로 동일한 기능을 한다.
제1 축소 미러(171)에 조사된 제1 투영광은 제1 반사 미러(173)로 반사되고, 제2 축소 미러(175)에 조사된 제2 투영광은 제2 반사 미러(177)로 반사된다. 이 경우, 제1 투영광과 제2 투영광은 서로 교차되거나 중첩되지 않는다. 즉, 제1 투영광과 제2 투영광은 축소과정에서 서로에게 영향을 미치지 않는다. 이하, 제1 축소 미러 및 제1 반사 미러(171,173)에 대하여 설명하며, 제1 축소 미러 및 제1 반사 미러(171,173)의 설명으로서 제2 축소 미러 및 제2 반사 미러(175,177)의 설명을 대체한다.
제1 축소 미러(171)는 제1 레티클(140)을 통과한 제1 투영광의 경로 상에 배치된다. 제1 축소 미러(171)는 실질적으로 균일한 방향으로 입사된 제1 투영광이 제1 반사 미러(173)으로 수렴하도록 반사한다. 즉, 제1 축소 미러(171)는 제1 투영광을 집광(축소)시켜 집광된 제1 투영광을 형성한다. 집광된 제1 투영광의 경로 상에는 제1 반사 미러(173)가 배치된다. 제1 반사 미러(173)는 집광된 제1 투영광의 경로를 변환시켜 투영 슬릿(180)에 조사한다.
제1 투영광의 축소 비율은 제1 축소 미러(171)의 곡률 반경, 또는 제1 반사 미러(173)와 제1 축소 미러(171)의 간격을 변화시켜 조절할 수 있다. 또한, 제1 반사 미러(173)와 제1 축소 미러(171) 사이에는 집광된 제1 투영광의 광학 특성을 향상시키기 위한 광학 부재들이 더 배치될 수도 있다.
본 실시예에서는 하나의 제1 축소 미러(171)와 하나의 제1 반사 미러(173)를 이용하여 제1 투영광을 집광시키는 경우에 대하여 설명하였지만, 실제로는 복수개의 축소 미러들과 반사 미러들이 이용하여 다단계에 걸쳐서 제1 투영광을 축소시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 기판 노광 장치(100)의 규모 및 단가를 줄이기 위하여 축소 미러와 반사 미러를 이용하지만, 콘덴서 렌즈(condenser lens)를 포함하는 집광 부재들을 이용하여 투영광들을 각각 집광할 수도 있음을 밝혀둔다.
집광 모듈(170)에 의하여 집광된 제1 및 제2 투영광들은 독립된 광 경로들을 통하여 투영 슬릿(180)에 각각 조사된다.
투영 슬릿(180)은 기판(W) 상부에 배치되어 일정 면적의 제1 및 제2 투영광들을 기판(W)으로 조사한다.
도 3은 도 1에 도시한 투영 슬릿을 설명하기 위한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 투영 슬릿(180)에는 리본 형상의 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)이 형성된다. 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 도시된 바와 같이 일종의 직사각 홀들로서 서로 동일한 형상 및 면적을 갖는다. 또한, 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 도시된 바와 같이 투영 슬릿(180)에 나란하게 형성된다. 동일한 레티클 패턴들을 기판(W)에 노광할 경우 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 동일한 형상 및 면적을 갖는 것이 바람직하지만, 상이한 레티클 패턴들을 기판(W)에 노광할 경우 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 상이한 형상 및 면적을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 동일한 형상 및 면적을 갖는 경우에 대해서 설명한다.
제1 및 제2 투영광들은 투영 슬릿(180)의 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)에 조사된다. 제1 및 제2 투영광들은 투영 슬릿(180)의 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)을 각각 통과하여 일정 면적의 제1 및 제2 투영광들이 기판(W)에 투영된다. 즉, 제1 및 제2 레티클 패턴들의 이미지 정보들을 갖는 제1 및 제2 투영광들이 서로 다른 광 경로들을 따라 기판(W) 상으로 각각 투영된다. 이에 따라 제1 및 제2 레티클 패턴들의 이미지들이 기판(W) 상의 포토레지스트 막에 전사된다.
제1 및 제2 투영광들은 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)의 간격만큼 이격되게 기판(W) 상에 투영된다. 제1 및 제2 레티클들(140,150)의 패턴 이미지들이 한번에 기판(W) 상에 투영될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 투영광들은 기판(W) 상에 동시에 또는 순차적으로 투영될 수 있다. 투영 슬릿(180)에는 하방으로 신호를 방출하여 기판(W)과의 거리를 측정하는 센서 모듈(185)이 설치될 수 있다.
센서 모듈(185)은 투영 슬릿(180)의 하면에 설치된다. 또한, 센서 모듈(185)은 투영 슬릿(180)의 둘레를 따라서 다수개가 설치될 수 있다. 센서 모듈(185)은 기판(W)으로 신호를 방출하고, 기판(W)으로부터 반사된 신호를 수집하여 투영 슬릿(180)과 기판(W)과의 간격을 측정한다. 상기 신호로서는 광, 초음파, 전자파 등과 같은 신호를 선택할 수 있다. 상기 신호는 스팟(spot) 형태로 기판(W)에 조사되거나, 빔(beam) 형태로 기판(W)에 조사될 수 있다. 센서 모듈(185)은 제어부(190)에 측정한 거리 정보를 제공한다. 제어부(190)는 제공된 거리 정보에 따라 투영 슬릿(180)과 기판(W) 사이의 간격 및 투영 슬릿(180)의 기판(W)에 대한 기울기를 조절한다.
기판(W)은 기판 스테이지(195) 상에 배치된다. 기판 스테이지(195)는 기판(W)을 지지할 뿐만 아니라 수평방향으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 기판(W)의 이동 방향은 제1 및 제2 레티클들(140,150)의 이동 방향과 반대일 수 있다. 기판(W)의 이동 속도는 제1 및 제2 레티클들(140,150)의 이동 속도에 대응하게 조절될 수 있다. 기판(W)은 제1 및 제2 레티클들(140,150)의 이동 방향과 반대 방향으로 연속적으로 이동되며 스캐닝 방식으로 노광된다. 본 실시예에서는 스캐닝 방식으로 기판(W)을 노광하는 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 스텝퍼(stepper) 방식 또는 본 발명의 또다른 실시예에 따르면 스텝 앤드 스캔(step and scan) 방식으로도 노광할 수 있음을 밝혀둔다. 또한, 기판(W) 상에 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성하기 위하여, 기판(W)으로부터 반사되는 광의 세기를 측정하여 제1 및 제2 투영광들의 세기를 조절할 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 노광 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 노광 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 및 제2 레티클 스테이지들(145,155) 상에 제1 및 제2 레티클들(140,150)을 각각 로딩한다(S110). 제1 및 제2 레티클들(140,150)은 동일한 패턴들이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 동일한 패턴들은 제1 및 제2 레티클들(140,150)에 반드시 동일한 위치에 동일한 형상으로 형성되어야 하는 것은 아니다.
기판 스테이지(195) 상으로 기판(W)을 로딩한다(S120). 기판(W) 상에는 포토레지스트 막(도시되지 않음)이 형성되어 있으며, 상기 포토레지스트 막은 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴으로 형성된다. 상기 포토레지스트 막은 포토레지스트 조성물 코팅 공정 및 소프트 베이크 공정을 통해 기판(W) 상에 형성될 수 있으며, 본 노광 공정 및 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴은 식각 마스크 또는 이온 주입 마스크 등으로 사용될 수 있다. 또한, 기판(W) 상에는 다수의 샷 영역들이 설정될 수 있고, 각각의 샷 영역은 적어도 하나 이상의 다이 영역을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 조명광들을 생성한다(S130). 제1 및 제2 조명광들은 독립된 광원들을 이용하여 각각 생성하거나, 단일 광원(122)으로부터 생성된 이니셜 광을 분할하여 생성할 수 있다. 조명광들은 레티클들(140,150)의 수와 동일한 수만큼 생성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 두 레티클들(140,150)을 이용하는 바, 두개의 조명광들을 생성하는 경우에 대해서만 설명하지만, 세 개 이상의 레티클들(140,150)을 이용할 수 있으며, 조명광들도 이에 대응한 수만큼 생성할 수 있다.
제1 및 제2 조명광들은 300 내지 100nm의 원자외선(Deep U.V) 파장을 갖거나, 100nm 이하의 극자외선(Extream U.V) 파장 대역을 가질 수 있다. 제1 및 제2 조명광들은 실질적으로 동일한 파장 및 강도(intensity)를 갖는 것이 바람직하나, 제1 및 제2 조명광들이 실질적으로 서로 다른 파장 및 강도를 가질 수 있다.
제1 및 제2 조명광들을 이용하여 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)을 각각 조사한다(S140). 보다 바람직하게는 제1 및 제2 조명광들은 진행방향이 서로 평행하고, 단위면적당 실질적으로 동일한 밀도를 가질 수 있다.
제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)을 각각 통과하는 제1 및 제2 조명광들의 투과 여부 및 투영 단면적들을 조절한다(S150). 이 경우, 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)에 설치된 셔터 세트(132) 및 블라인더 세트(133)를 이용할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)이 동일한 형상을 갖는 경우에 대해서만 설명하지만, 경우에 따라서 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)은 실질적으로 서로 다른 형상을 갖거나 다양한 위치에 형성될 수 있음을 밝혀둔다. 예를 들어, 제2 조명 슬릿(135)은 제1 조명 슬릿(130)에 수직으로 형성되거나, 제2 조명 슬릿(135)이 제1 조명 슬릿(130)보다 더 길게 형성될 수 있다.
제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)을 통과한 제1 및 제2 조명광들을 제1 및 제2 레티클들(140,150)에 각각 조사된다(S160). 이 경우, 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)을 순차적으로 개폐하여 제1 및 제2 조명광들이 제1 및 제2 레티클들(140,150)에 조사되는 시점을 조절하는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 레티클들(140,150)을 제1 및 제2 조명광들의 입사각들에 수직한 방향으로 각각 이동시킨다(S170). 제1 및 제2 레티클들(140,150)을 동시에 이동시킬 수 있고, 소정의 시간차를 두고 이동시킬 수 있다.
제1 및 제2 조명광들이 제1 및 제2 레티클들(140,150)을 각각 통과하여, 제1 및 제2 레티클 패턴들의 이미지 정보들이 반영된 제1 및 제2 투영광들의 투영 단면을 축소(집광)한다(S180). 이 경우, 반구 형상을 갖는 제1 및 제2 축소 미러들(171,175)을 이용하거나, 콘덴서 렌즈(condenser lens)를 포함하는 광학 부재들을 이용하여 투영광들을 각각 집광할 수 있다. 제1 및 제2 투영광들의 축소 비율은 제1 및 제2 축소 미러들(171,175)의 곡률 반경, 또는 제1 및 제2 반사 미러들(173,177)과의 간격을 각각 변화시켜 조절할 수 있다. 또한, 제1 반사 미러(173)와 제1 축소 미러(171) 사이에 광학 부재들을 더 배치하여 축소된 제1 투영광의 특성들을 더 향상시킬 수도 있다. 마찬가지로, 제2 반사 미러(174)와 제2 축소 미러(172) 사이에 광학 부재들을 더 배치하여 축소된 제2 투영광의 특성들을 더 향상시킬 수 있다.
축소된 제1 및 제2 투영광들을 독립된 광 경로들을 따라 투영 슬릿(180)에 각각 조사한다(S190). 투영 슬릿(180)에는 리본 형상의 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)이 형성될 수 있으며, 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 동일한 형상 및 면적을 갖는 것이 바람직하지만, 서로 다른 레티클 패턴들을 기판(W)에 노광할 경우 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)은 서로 다른 형상 및 면적을 가질 수 있다.
제1 및 제2 투영광들은 투영 슬릿(180)의 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)을 각각 통과시켜 일정 면적의 제1 및 제2 투영광들을 기판(W)에 투영한다(S200). 즉, 제1 및 제2 레티클 패턴들의 이미지 정보들을 갖는 제1 및 제2 투영광들을 서로 다른 광 경로들로 기판(W) 상에 각각 투영한다. 기판(W) 상에는 제1 투영광에 의하여 제1 레티클 패턴이 노광되고, 제2 투영광에 의하여 제2 레티클 패턴이 노광 된다.
도 5는 도 4에 나타낸 제1 레티클 패턴 이미지의 일예를 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이며, 도 6은 도 4에 나타낸 제2 레티클 패턴 이미지의 일예를 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이고, 도 7은 도 4에 나타낸 기판 상에 투영되는 제1 및 제2 레티클 패턴의 이미지들을 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이다.
도 1 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 레티클 패턴 이미지(201)는 제1 간격(W1)을 갖는 라인형 패턴들의 이미지 정보이고, 제2 레티클 패턴 이미지(202)는 제2 간격(W2)을 갖는 라인형 패턴들의 이미지 정보이다.
제1 투영광은 제1 레티클 패턴 이미지(201)를 기판(W) 상에 투영하고, 제2 투영광은 제2 레티클 패턴 이미지(202)를 기판(W) 상에 투영한다. 이 경우, 제1 및 제2 레티클들(140,150)을 제1 방향(D1)으로 이동시키고, 기판(W)은 제1 방향(D1)에 대향하는 제2 방향(D2)으로 이동시킨다.
제2 레티클 패턴 이미지(202)는 제1 레티클 패턴 이미지(201)의 제1 간격(W1) 구간에 라인형 패턴이 위치하도록 제3 간격(W3)만큼 쉬프트되어 기판(W) 상에 투영된다. 제3 간격(W3)은 제1 및 제2 간격(W1,W2)보다 좁다. 바람직하게는, 제1 및 제2 간격(W1,W2)은 실질적으로 동일하고, 제3 간격(W3)은 제1 또는 제2 간격(W1,W2)의 반으로 설정한다.
제2 레티클 패턴 이미지(202)를 쉬프트 되게 투영하기 위해서, 제1 및 제2 레티클들(140,150)이 이동 시점을 조절하거나, 투영 슬릿(180)에 형성된 제1 및 제2 광 투과부들(181,182)의 간격을 조절하거나. 제1 및 제2 레티클(140,150)이 쉬프 트된 패턴 이미지들을 갖도록 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 투영광들을 모두 기판(W)에 투영할 경우, 제3 간격(W3)을 갖는 투영 레티클 패턴 이미지(203)를 투영하는 경우와 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 제1 투영광만을 기판(W) 상에 투영할 경우, 제1 간격(W1)과 실질적으로 동일한 임계치수(critical dimension, CD)를 갖는 라인형 패턴들을 형성할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 투영광만을 기판(W) 상에 투영할 경우, 제2 간격(W2)과 실질적으로 동일한 임계치수를 갖는 라인형 패턴들을 형성할 수 있다. 하지만, 제1 및 제2 투영광들을 모두 기판(W)에 투영할 경우, 제1 및 2 간격(W1,W2)보다 훨씬 좁은 제3 간격(W3)을 갖는 라인형 패턴들을 형성할 수 있다. 이 경우, 노광 장치의 해상도는 제3 간격(W3)보다 큰 제1 또는 2 간격(W1,W2) 정도의 해상도를 가져도 실질적으로 무관하다. 또한, 제1 및 제2 투영광들을 각기 독립된 광 경로들을 통하여 기판(W) 상에 투영됨으로써 레티클 패턴들의 특성은 매우 우수하다.
제1 및 제2 투영광들을 동시에 투영하며 스캐닝 방식으로 기판(W)을 노광할 경우, 다이와 다이의 경계부위에서 제1 및 제2 투영광들이 중복되게 투영될 수 있다. 예를 들어, 제1 투영광이 새로운 다이에 투광되기 시작하는 시점에 제2 투영광은 이전 다이에 투영되고 있거나, 다이와 다이의 경계부위에 투영될 수 있다. 즉, 후속하는 제2 투영광이 이전 다이나, 다이의 경계부위에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 제1 및 제2 투영광들을 기판(W)에 투영되는 시점을 조절하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 셔터 세트(132)를 이용하여 제1 및 제2 조명 슬릿(130,135)을 순차적으로 개폐할 수 있다.
기판(W) 상이 이미 미세 구조물들이 형성되어 있을 경우, 기판(W)의 상면은 평평하지 않다. 또한, 기판(W)의 상면에 소정의 박막이 형성된 경우라도 상기 박막의 표면이 평평하지 않을 수 있다. 이 경우, 기판(W)의 상면과 투영 슬릿(180)의 간격은 일정하지 않다. 기판(W)의 상면과 투영 슬릿(180)의 간격이 불균일할 경우, 노광 초점(DOF)도 불균일해진다. 이를 개선하기 위하여, 기판(W)의 상에 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성하기 위해서는 기판(W)과 투영 슬릿(180)의 간격을 일정하게 조절하는 것이 무엇보다 중요하다. 기판(W)과 투영 슬릿(180)의 간격은 투영 슬릿(180)에 설치된 센서 모듈(185)을 이용하여 조절할 수 있다.
본 실시예에서는, 동일한 레티클 패턴들을 기판(W) 상에 노광하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상이한 레티클 패턴들을 기판(W) 상에 노광하는 경우에도 적용할 수 있음을 밝혀둔다.
본 발명에 따르면, 적어도 두개 이상의 레티클 패턴들의 이미지들을 기판 상에 신속하게 노광시킬 수 있다. 또한, 레티클 패터들의 이미지들이 서로 간섭되는 것을 억제할 수 있어, 우수한 포토레지스트 패턴들을 형성할 수 있다. 나아가 노광 공정의 해상도도 종래보다 최소한 두배 이상 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 노광 방법 및 이를 수행하기 위한 노광 장치는 우수한 노광 효과를 얻을 수 있으면서도 단위 시간당 처리량을 향상시키는 효과를 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 및 제2 조명광들을 생성하기 위한 조명 모듈과,
    상기 제1 조명광이 조사되어 제1 이미지 정보를 갖는 제1 투영광을 생성하는 제1 레티클과,
    상기 조명 모듈과 상기 제1 레티클 사이에 배치되고, 상기 제1 조명광이 투과되는 광 투과부와, 상기 광 투과부의 개방 면적을 조절하는 블라인더 세트와, 상기 광 투과부를 선택적으로 개폐하는 셔터 세트를 포함하여 구성되는 제1 조명 슬릿과,
    상기 제2 조명광이 조사되어 제2 이미지 정보를 갖는 제2 투영광을 생성하는 제2 레티클과,
    상기 조명 모듈과 상기 제2 레티클 사이에 배치되고, 상기 제2 조명광이 투과되는 광 투과부와, 상기 광 투과부의 개방 면적을 조절하는 블라인더 세트와, 상기 광 투과부를 선택적으로 개폐하는 셔터 세트를 포함하여 구성되는 제2 조명 슬릿을 포함하는 제1 광학부; 및
    상기 제1 및 제2 투영광들을 서로 다른 광 경로들을 따라 기판 상으로 각각 투영하기 위한 제2 광학부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 조명 모듈은,
    제1 조명광을 생성하기 위한 제1 광원; 및
    제2 조명광을 생성하기 위한 제2 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 조명 모듈은,
    이니셜 광(initial light)을 생성하기 위한 광원; 및
    상기 이니셜 광을 분할하여 상기 제1 및 제2 조명광들을 생성하기 위한 빔 스플릿터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 레티클을 상기 제1 조명광의 입사방향과 수직한 방향으로 이동시키기 위한 제1 레티클 스테이지; 및
    상기 제2 레티클을 상기 제2 조명광의 입사방향과 수직한 방향으로 이동시키기 위한 제2 레티클 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 제2 광학부는,
    상기 투영광들을 각각 집광시키기 위한 집광 모듈; 및
    상기 집광 모듈과 기판 사이에 배치되며, 상기 집광된 투영광들을 각각 투과시키는 리본 형상의 광 투과부들을 갖는 투영 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 집광 모듈은, 반구 형상을 가지며 상기 투영광들을 집광시키는 축소 미러들과, 상기 집광된 투영광의 경로를 변경시키는 반사 미러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 투영 슬릿은, 상기 기판 상으로 신호를 방출하여 상기 투영 슬릿과 상기 기판 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
  17. 제 7 항에 있어서, 상기 기판을 지지 및 수평 이동시키기 위한 기판 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 장치.
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