KR100993822B1 - 노광 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR100993822B1
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Abstract

기판 상에 균일한 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 노광 장치는 광원으로부터 제공되는 광의 진행 방향과 수직 방향으로 구동하며, 제1 및 제2 블라인더 영역 사이에 광 투과 영역을 포함하는 블라인더 셔터를 구비한다. 광원으로부터 제공되는 광을 선택적으로 투영시켜 기판의 노광 영역을 한정하는 레티클 및 레티클을 투과한 광을 기판에 축소투영하기 위한 렌즈부를 포함한다. 기판을 지지하고, 렌즈부를 투과하여 레티클의 이미지를 갖는 광이 기판에 조사되도록 기판을 얼라인시키는 기판 스테이지를 포함하는 구성을 갖는다. 이와 같은 구성을 갖는 노광 장치는 패턴 이미지의 선폭이 일정하게 형성되며, 이후의 현상 공정에서 일정한 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴이 형성된다.

Description

노광 장치 및 그 방법{apparatus and method for lithographing}
도 1은 일반적인 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 노광 장치의 셔터 개폐 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4a 내지 4e는 상기 도 3에 도시된 노광 장치의 노광 공정시 블라인더 셔터의 구동을 나타내는 공정 순서도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
W : 반도체 기판 200 : 노광 장치
212 : 광원 214 : 타원형 미러
216 : 입력 렌즈 218 : 플라이 아이 렌즈
228 : 집광 렌즈 230 : 반사판
220 : 블라인더 셔터 222 : 제1 차광막
224 : 광 투과막 226 : 제2 차광막
240 : 레티클 스테이지 242 : 레티클
250 : 축소 투영 렌즈 260 : 기판 스테이지
280 : 제어부
본 발명은 노광 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균일한 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 공정을 수행하는 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다.
최근 정보 매체의 급속한 보급에 따른 정보화 사회에서 전자 디스플레이 장치(electronic display device) 및 반도체 장치의 역할은 갈수록 중요해지며, 각종 전자 디스플레이 장치가 다양한 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다.
현재 디스플레이 장치 중에서 액정표시장치는 두 장의 기판에 각각 전극이 형성되어 있고 각 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 구비하는 장치이며, 상기 박막 트랜지스터는 두 장의 기판 중 하나에 형성되는 것이 일반적이다. 상기 박막 트랜지스터를 이용하는 액정표시장치는 노트북 PC, 모니터 및 TV 뿐만 아니라, 휴대폰과 같은 중소형 제품까지 그 영역이 확대되고 있다.
이에 따라, 상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 및 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 포토리소그라피(photo lithography) 기술과 같은 미 세 가공 기술에 대한 요구가 엄격해지고 있다. 상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 및 반도체 장치는 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 패턴은 막 형성, 포토리소그래피, 식각, 이온주입 등과 같은 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들 중에서 포토리소그라피 공정은 기판 상에 포토레지스트 도포하여 포토레지스트 막을 형성하고, 이를 경화시키는 공정과 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 원하는 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위해 소정 부위를 제거하는 노광 공정 및 현상 공정을 포함한다.
상기 노광 공정은 마스크 패턴을 이용하여 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 선택적으로 노광함으로서 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분의 포토레지스트 막을 다중체(polymer)로 형성하거나 다중체를 끊어주는 공정이다. 상기와 같이 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분의 포토레지스트 막이 이후의 현상 공정에서 제거됨으로서 반도체 기판 상에는 목적하는 포토레지스트 패턴이 형성된다.
상기와 같은 포토레지스트 패턴을 형성하는 기술은 박막 트랜지스터 회로 및 반도체 장치의 고집적화에 따라 노광 공정에서 미세 패턴의 형성하기 위한 요소들이 중요한 요인으로 대두되고 있는 실정이다. 상기 요소로는 노광량, 포커싱, 오버레이 및 레티클 패턴의 선폭 균일도(uniformity)등 이다.
상기와 같은 노광 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 장치는 노광 패턴이 형성된 레티클이 장착되는 레티클 스테이지, 기판이 놓여지는 기판 스테이지, 레티클 스테이지와 기판 스테이지를 동시에 구동시키는 구동 유닛, 기판에 광을 제공하기 위한 조명 광학 시스템 및 투영 이미지를 형성하기 위한 투영 광학 시스템을 포함하는 구성을 갖는다.
도 1은 일반적인 노광 공정을 설명하기 위한 노광 장치의 개략적인 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 일반적인 노광 장치의 셔터 개폐 동작을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 광원(110)으로부터 제공되는 광은 광량을 조절하기 위한 셔터(140)의 동작에 의해 집광 렌즈로 제공되고, 상기 집광 렌즈로 제공된 광은 집광 렌즈(114)를 통해 평행하게 형성되며, 반사판(116)으로 조사된다. 반사판(116)에 의해 반사된 평행광(130)은 레티클 스테이지(118)에 놓여진 레티클(120)과 축소 투영 렌즈(122)를 통해 포토레지스트 막이 도포된 기판(10)으로 조사된다.
이때, 레티클(120)로 조사되는 광 량을 조절하기 위한 셔터(140)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 직선 왕복운동 또는 타원형 왕복운동으로 개폐(open/close) 동작이 수행된다. 이로 인해, 셔터(140)의 오픈(open) 동작시 상기 기판의 A 영역에 근접할수록 셔터의 오픈(open)시간이 빠르고, 셔터(112)의 클 로즈(close) 동작시 상기 기판의 A 영역에 근접할수록 셔터의 클 로즈(close) 시간이 짧기 때문에 기판의 B영역에 비해 상기 기판의 A 영역에 광의 조사량이 상대적으로 많다.
상술한 바와 같이, 상기 셔터의 개폐 동작에 의해 상기 기판에 조사되는 광량의 변화는 상기 기판의 영역에 따라 패턴의 임계 선폭(Critical Dimension ; CD) 불 균일한 포토레지스트 패턴이 형성된다.
상기와 같이 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 선폭이 불균일한 경우 후속 공정의 식각, 금속 배선 형성 공정에서 공정 불량이 초래되기 때문에 디스플레이 장치 및 반도체 장치의 성능을 저하시키며, 포토레지스트 패턴 선폭의 불 균일한 경우 형성된 포토레지스트 패턴을 제거하는 리워크(rework) 공정을 수행해야 하는 문제점이 발생된다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 기판 상에 해상도가 우수하고, 패턴의 선폭이 균일한 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 노광 장치의 노광 방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 장치는, 광원으로부터 제공되는 광의 진행 방향에 위치하고, 상기 광의 진행방향과 수직되는 방향으로 구동하며, 제1 및 제2 블라인더 영역 사이에 광 투과 영역을 포함하는 블라인더 셔터; 상기 광원으로부터 제공되는 광을 선택적으로 투영시켜 기판의 노광 영역을 한정하기 위한 패턴이 형성된 레티클; 상기 레티클을 투과한 광을 상기 기판에 축소투영하기 위한 렌즈부; 및 상기 기판을 지지하고, 상기 렌즈부를 투과하여 상기 패턴의 이미지를 갖는 광이 기판에 조사되도록 상기 기판을 얼라인시키는 기판 스테이지를 포함하는 구성을 갖는다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 방법은 기판에 광을 선택적으로 투영시켜 노광 영역을 한정하는 패턴이 형성된 레티클과, 상기 기판을 지지하고, 상기 패턴의 이미지를 갖는 광이 상기 기판에 조사되도록 상기 기판을 얼라인시키는 기판 스테이지를 갖는 노광 장치의 노광 방법에서 상기 기판 스테이지에 기판이 정렬됨에 따라, 상기 광을 블라인더 셔터에 제공하는 단계; 및 제1 및 제2 블라인더 영역 사이에 광 투과 영역을 포함하는 블라인더 셔터를 제1 방향으로 이송시켜 상기 레티클에 광을 조사하는 단계를 포함한다.
따라서, 상술한 구성을 갖는 노광 장치는 포토레지스트가 도포된 기판에 동일한 광량을 제공됨으로서, 상기 기판 상에 형성되는 포토레지스트 패턴의 선폭의 균일도가 보장된다. 즉, 본 발명의 블라인더 셔터의 개폐 동작시 셔터 오픈 및 클 로즈되는 시간이 동일하기 때문에 기판의 노광 영역 전체에 동일한 광량이 제공되어 광의 조사량의 변화에 따른 선폭의 공정 산포를 근본적으로 제거할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 노광 장치(200)는 광을 제공하는 광원(212)과 상기 광원으로부터 제공된 광을 균일하게 분산되는 평행광으로 형성하기 위한 조명 광학 시스템(210)을 포함한다. 상기 조명 광학 시스템(210)에서 형성된 평행광을 선택적으로 차단하여 광량을 조절하는 블라인더 셔터(220)를 포함한다. 레티클(242)을 지 지하는 레티클 스테이지(240)와, 레티클(242)을 투과한 광을 축소시켜 기판(10)으로 제공하는 축소 투영 렌즈(250) 및 기판(W)을 지지하는 기판 스테이지(260)를 포함한다. 또한, 기판 스테이지(260)를 이동 및 회전시키기 위한 제1 구동부(262) 및 제2 구동부(264)와, 레티클 스테이지(240)를 이동시키기 위한 제3 구동부(244)와, 블라인더 셔터(220)를 구동시키기 위한 제4 구동부(272)등을 제어하는 제어부(280)를 더 포함하는 구성을 갖는다.
광원(212)은 수은 증기 램프(mercury vapor lamp)가 적용되고, 타원형 미러(214)는 상기 광원으로부터 제공된 광이 타원형 미러(214)에 반사되어 입력 렌즈(input lens)(216)에 조사되도록 광원(212)을 둘러싸는 구조를 갖는다.
입력 렌즈(216)는 상기 광원과 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)(218) 사이에 구비되며, 상기 광원에서 조사된 광을 평행광으로 변형시키는 역할을 갖는다. 플라이 아이 렌즈(218)는 상기 입력 렌즈에 의해 형성된 평행광을 균일한 분포를 갖는 광으로 변형시키는 역할을 갖고, 상기 플라이 아이 렌즈(218)를 통과한 평행광은 콘덴서 렌즈(condenser lens)(228)를 통해 반사판(230)으로 조사된다.
반사판(230)은 상기 콘덴서 렌즈를 통과한 평행광을 블라인더 셔터(220)로 조사될 수 있도록 상기 광을 반사시키는 반사 부재이다. 블라인더 셔터(220)로 조사되는 평행광은 상기 블라인더 셔터의 광 투과 영역을 일정 시간동안 투과하여 소정의 광량을 갖고, 레티클 스테이지(240) 상에 지지된 레티클(242)로 조사된다.
블라인더 셔터(200)는 광원으로부터 제공되는 광의 진행 방향에 위치하며, 상기 광의 진행 방향과 수직되는 방향으로 이동하며, 제1 및 제2 블라인더 영역(또 는 제1 및 제2 차광막)(222, 226)과 상기 제1 및 제2 블라인더 영역 사이에 존재하는 광 투과 영역(또는 투과막)(224)을 포함하는 구조를 가지고 있다. 또한, 상기 블라인더 셔터는 제4 구동부(272)에 의해 상기 광의 진행방향과 수직되는 방향으로 이동함으로서, 상기와 같이 반도체 기판(W) 상에 조사되는 광량을 조절한다. 이때, 제4 구동부(272)는 제어부(280)의 제어 신호에 따라 블라인더 셔터(220)의 이동 속도를 조절함으로서, 상기 광이 기판에 제공되는 시간을 선택적으로 제어한다. 여기서, 상기 광이 제공되는 시간은 기판(10)에 조사되는 광량과 비례한다.
레티클(242)은 유기 기판에 광을 차단하는 크롬금속 패턴이 형성되어 있는 구조를 갖고, 광이 조사되는 영역에 위치할 수 있도록 레티클 스테이지(240) 상에 지지되어 있다. 여기서, 레티클 스테이지(240)는 상기 레티클의 로딩 및 상기 기판의 하부에 형성된 배선층과 상기 레티클에 형성된 금속 패턴을 얼라인시키는 역할을 한다.
기판 스테이지(250)는 상기 광을 제공받고, 상기 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성할 수 있도록 기판(W)을 Y-축 방향과, Y-축에 직교하는 X-축 방향으로 정렬하는 역할을 수행하며, 상기 기판은 그 위에 감광막이 도포되어 있는 반도체 장치의 실리콘 기판 또는 그 위에 감광막이 도포되어 있는 액정표시장치의 절연 기판이며, 상기 감광막은 네가티브형 또는 포지티브형 포토레지스트이다.
따라서, 상술한 구성을 갖는 노광 장치에 의해 기판에 조사되는 광량은 기판의 전체에서 동일하기 때문에 상기 기판에 형성되는 포토레지스트 패턴은 균일한 선폭을 갖는다.
도 4a 내지 도 4e는 상기한 도 3에 도시된 노광 장치의 노광 공정시 블라인더 셔터의 구동을 나타내는 공정 순서도들이다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 발명의 블라인더 셔터(220)는 광원으로부터 생성된 광의 진행하는 위치 및 레이클(242)에 상부에 구비되며, 광의 진행 방향과 수직되는 방향으로 구동한다. 여기서, 상기 블라인더 셔터(220)는 도면에 도시하지 않았지만 상기 레티클(242)의 하부에 구비되어, 상기 광의 진행 방향과 수직되는 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 블라인더 셔터(220)는 제1 및 제2 블라인더 영역(222, 226)과 상기 제1 및 제2 블라인더 영역 사이에 존재하는 광 투과 영역(224)을 포함하는 구조를 가지고 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 블라인더 영역은 제1 및 제2 차광막(222,226)을 나타내고, 상기 광 투과 영역은 광 투과막 또는 개구부(224)를 나타낸다.
상기 기판으로 조사되는 광 량을 선택적으로 조절하기 위한 블라인더 셔터(220)는 도 4a 내지 4e에 도시된 바와 같이, 광이 진행하는 방향으로 수직되는 방향으로 직선 운동함에 따라 광을 소정시간 동안 오픈(open)시켜 상기 기판으로 일정량의 광이 제공되도록 한 후 다시 광을 차단(close)하도록 구동된다.
보다 상세하게는 먼저, 상기 기판을 향해 조사되는 광은 제1 블라인더 영역(또는 제1 차광막)(222)에서 차단된 상태를 갖는다. 이어서, 제어부(280)의 제어신호에 따라 구동하는 제4 구동부의 동작으로 상기 블라인더 셔터가 이동함에 따라 상기 광은 제1블라인더 영역(222)을 지나 광 투과 영역(224)으로 조사된 후 제2 블 라인더 영역(226)으로 조사된다.
따라서, 상술한 구조를 갖고 구동하는 블라인더 셔터(220)는 광을 오픈(open) 및 클 로즈(close)시키는 구동이 직선라인 상에서 연속적으로 이루어지기 때문에 블라인더 셔터에서 광이 기판으로 조사되는 시간과 차단되는 시간이 동일하다. 즉, 상기 기판의 A영역과 B영역에 조사되는 광 량이 동일하기 때문에 상기 기판에 임계 선폭(Critical Dimension ; CD)이 균일한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 먼저 기판(W)을 기판 스테이지(260) 상에 정렬시킨다(단계 S100). 이때, 상기 기판(W)은 에지 센서와 얼라인 마크 센서를 구비하는 기판의 예비정렬 시스템에 의해 예비 정렬된 상태에서 기판 스테이지(260) 상으로 이송되어 위치된다.
상기 기판 스테이지(260)에는 기판의 정렬을 위한 다양한 센서들이 구비되며, 상기 센서들의 신호에 따라 기판 스테이지는 기판의 정렬을 위해 구동된다. 상기 기판 스테이지에는 직교 좌표계에 따라 기판 스테이지(260)를 이동시키기 위한 제1 구동부(262)와 반도체 기판 스테이지를 회전시키기 위한 제2 구동부(264)가 연결되어 있다.
여기서, 상기 기판은 그 위에 감광막이 도포되어 있는 반도체 장치의 실리콘 기판 또는 그 위에 감광막이 도포되어 있는 액정표시장치의 절연 기판이며, 상기 감광막은 네가티브형 또는 포지티브형 포토레지스트이다.
이어서, 상기 광원(212)으로부터 기판(W)을 노광하기 위한 광 생성되어 광학 시스템(210)으로 제공된다(단계 S200). 상기 광은 집광 렌즈(228) 등을 통해 평행광으로 형성된다. 이때, 광원으로부터 제공된 광은 다양한 광학 부품들을 통해 제공되지만, 이는 널리 공지되어 있는 방법이므로 기재를 생략한다.
이어서, 상기 광은 제1 및 제2 블라인더(222,226) 및 광 투과영역(224)으로 구성된 블라인더 셔터(220)로 제공된 후 블라인더 셔터(220)의 이동에 의해 상기 기판(W)을 노광하기 위한 일정한 광량을 갖는다(단계 S300, 단계 S400). 이때, 제어부(280)는 블라인더 셔터(220)의 이동속도 및 이동 방향을 조절하기 위해 상기 블라인더 셔터(220)를 구동시키기 위한 제4 구동부(272)의 동작을 제어한다.
이어서, 일정 광량을 갖는 광은 레티클 스테이지(240)에 지지된 레티클(242)에 조사되어 상기 레티클(242)에 형성된 패턴의 이미지 상을 갖는 광으로 변화된다(단계 S500).
이어서, 이미지 상을 갖는 광은 축소 투영 렌즈(250)에 조사되어, 상기 기판 스테이지(260)에 얼라인된 기판(W)에 상기 이미지 상을 갖는 광으로 축소 투영된다(S600). 이때, 기판(W) 상에는 포토레지스트 막이 형성되어 있으며, 축소 투영된 이미지 광이 제공되는 기판의 포토레지스트 막은 다중체화 되거나 다중체가 끊어지는 광 반응이 일어난다.
여기서, 슬릿광의 광량은 레티클 패턴의 선폭 균일도에 의해 조절되므로 기판 상에는 균일한 선폭을 갖는 이미지 패턴이 형성되고, 이후의 현상 공정에서 균 일한 포토레지스트 패턴이 형성된다(단계 S700).
상기와 같은 본 발명에 따른 구성을 갖는 노광 장치는 블라인더 셔터의 개폐 동작시 셔터의 오픈 및 클 로즈 되는 시간이 동일하기 때문에 기판의 노광영역 전체에 동일한 광량이 제공할 수 있어 광의 조사량의 변화에 따른 선폭의 공정 산포를 근본적으로 제거할 수 있다. 따라서, 포토레지스트가 도포된 기판의 전면에 동일한 광 량을 제공함으로서, 균일한 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 블라인더 영역 사이에 광 투과 영역을 포함하고, 광원으로부터 제공되는 광의 진행 방향에 위치하여 상기 광의 진행방향과 수직되는 방향으로 구동되는 블라인더 셔터;
    상기 광원으로부터 제공되는 광을 선택적으로 투영시켜 기판의 노광 영역을 한정하는 패턴이 형성된 레티클;
    상기 레티클을 투과한 광을 상기 기판에 축소투영하기 위한 렌즈부; 및
    상기 기판을 지지하고, 상기 렌즈부를 투과하여 상기 패턴의 이미지를 갖는 광이 기판에 조사되도록 상기 기판을 얼라인시키는 기판 스테이지를 포함하며,
    상기 블라인더 셔터는 상기 레티클과 상기 렌즈부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판으로 진행하는 광이 상기 블라인더 셔터의 제1 블라인터 영역에서 광 투과 영역을 지나 제2 블라인더 영역에 조사되도록, 상기 블라인더 셔터를 구동시키는 구동부를 더 포함하는 노광장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 블라인더 셔터는 상기 구동부로 인해 상기 광의 진행방향과 수직되는 단일 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 블라인더 셔터는 상기 광원과 상기 레티클 사이에 구 비되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 레티클의 고정 및 얼라인시키기 위한 레티클 스테이지를 더 포함하는 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 그 위에 감광막이 도포되어 있는 액정표시장치의 절연 기판인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감광막은 네거티브 또는 포지티브 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판은 그 위에 감광막이 도포되어 있는 반도체 장치의 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 삭제
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