KR101059811B1

KR101059811B1 - 마스크리스 노광 장치와 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법

Info

Publication number: KR101059811B1
Application number: KR1020100042384A
Authority: KR
Inventors: 안성민; 최호석; 장상돈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-08-26
Also published as: EP2385426A2; EP2385426A3; US20110273690A1; US8675180B2; JP2011237781A

Abstract

마스크리스 노광 공정에서 가상의 마스크를 이용하여 레이어별로 오버레이하는 방법을 통해 마스크리스 적층 노광을 수행할 수 있는 정렬 방법을 제안한다.
마스크리스 노광에서 기존 마스크 노광의 마스크와 같은 역할을 하는 가상의 마스크라는 개념을 도입하고, 기존 마스크 노광의 정렬 마크와 같은 역할을 하는 가상의 타켓 마크라는 개념을 도입하여 레이어별로 오버레이를 수행함으로써 마스크리스 노광에서도 적층 노광을 할 수 있다.

Description

마스크리스 노광 장치와 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법{MASKLESS EXPOSURE APPARATUS AND METHOD OF ALIGNMENT FOR OVERLAY IN MASKLESS EXPOSURE}

마스크리스(Maskless) 노광에서 가상의 마스크를 이용하여 오버레이(overlay)를 수행하기 위한 정렬 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display)나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel), 평판 디스플레이 패널(FPD; Flat Panel Display)을 구성하는 기판(또는 반도체 웨이퍼)에 패턴을 형성하는 방법은 먼저 기판에 패턴 재료를 도포하고, 포토 마스크를 사용하여 패턴 재료에 선택적으로 노광을 하여 화학적 성질이 달라진 패턴 재료 부분 또는 그 외의 부분을 선택적으로 제거함으로서 패턴을 형성한다.

그러나, 기판이 점차 대형화되고 패턴이 정밀화되어 감에 따라 포토 마스크를 사용하지 않고 기판(또는 반도체 웨이퍼)에 원하는 패턴을 형성하는 마스크리스 노광 공정이 개발되고 있다. 마스크리스 노광은 무엇보다 마스크 제작/세정/보관 등과 같은 비용이 들지 않고 자유로운 패널 설계가 가능하며, 마스크 제작 기간이 소요되지 않기 때문에 리드 타임(lead time)이 단축되며, 마스크 결함(mask defect)이 없기 때문에 공정 유실이 없고 하이브리드 설계(hybrid layout) 적용으로 생산 유연성(flexibility)을 높이는 등 여러 장점이 있다.

기판에는 복수 개의 레이어(layer)가 적층되어 있는데, 이 레이어는 노광 공정을 통해 기판 위에 패턴을 형성시킨다. 패턴이 점차 미세화되어 감에 따라 패턴이 형성된 레이어의 개수도 증가하는 추세이다. 하나의 기판에 복수 개의 레이어를 적층할 경우, 마스크와 기판(또는 웨이퍼)의 정렬 마크를 이용하여 정렬하는 것이 기존 마스크 노광의 일반적인 방법이다.

그러나, 마스크리스 노광의 경우 마스크가 물리적으로 존재하지 않기 때문에 마스크와 기판의 정렬 마크간의 상대 위치를 알 수가 없다.

마스크리스 노광에서 가상의 마스크(virtual mask)를 이용하여 레이어별로 오버레이하는 방법을 통해 마스크리스 적층 노광을 할 수 있는 정렬 방법을 제안하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 마스크리스 노광 장치는, 기판을 이동시키는 스테이지; 기판에 적층되는 레이어; 레이어에 패턴을 노광하기 위해 노광 빔을 빔 스팟 어레이 형태로 전사하여 가상의 마스크를 생성하는 광 변조소자; 레이어에 새겨진 정렬 마크의 위치를 계측하는 정렬부; 계측된 정렬 마크의 위치를 이용하여 가상의 마스크에 존재하는 타겟 마크의 위치를 계산하고, 계산된 타겟 마크의 위치를 이용하여 가상의 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 제어부를 포함한다.

레이어는 복수 개로 구성되며, 각 레이어에는 정렬 마크가 2개 이상 존재하는 것이 바람직하다.

정렬부는 각 레이어별 정렬 마크의 위치를 계측하는 스코프이다.

정렬부는 복수 개의 레이어 중 i번째 레이어에 노광, 현상, 식각, 증착, PR 도포 등 일련의 공정이 끝나고, (i+1)번째 레이어를 노광하기 바로 직전의 기판에서 i번째 레이어에 존재하는 정렬 마크의 위치를 계측하는 것이 바람직하다.

제어부는 계산된 타겟 마크의 위치와 계측된 정렬 마크의 위치 사이의 상대 위치를 계산하고, 계산된 상대 위치에 따라 각 레이어별로 오버레이하도록 스테이지의 이송량을 결정한다.

제어부는 (i+1)번째 레이어를 노광하기 전에 계산된 상대 위치량만큼 스테이지의 이송량을 보상하여 가상의 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 것이 바람직하다.

타겟 마크는 오버레이 정렬 시 기준이 되는 가상의 정렬 마크이다.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법은, 기판을 스테이지 위에 올려 놓고; 기판에 레이어를 적층할 경우, 레이어에 패턴을 노광하기 위해 광 변조소자를 이용하여 가상의 마스크를 생성하고; 레이어에 새겨진 정렬 마크의 위치를 계측하고; 계측된 정렬 마크의 위치를 이용하여 가상의 마스크에 존재하는 타겟 마크의 위치를 계산하고; 계산된 타겟 마크의 위치를 이용하여 가상의 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법은, 계산된 타겟 마크의 위치와 상기 계측된 정렬 마크의 위치 사이의 상대 위치를 계산하고; 계산된 상대 위치에 따라 스테이지의 이송량을 결정하고; 결정된 스테이지의 이송량을 보상하여 복수 개의 레이어를 오버레이하는 것을 더 포함한다.

제안된 마스크리스 노광 장치와 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법에 의하면, 마스크리스 노광에서 기존 마스크 노광의 마스크와 같은 역할을 하는 가상의 마스크라는 개념을 도입하고, 기존 마스크 노광의 정렬 마크와 같은 역할을 하는 가상의 타켓 마크라는 개념을 도입하여 레이어별로 오버레이를 수행함으로써 마스크리스 노광에서도 적층 노광을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에에 의한 마스크리스 노광에서 가상의 마스크를 생성하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 마크 위치에 대한 정의를 예시한 제1도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 마크 위치에 대한 정의를 예시한 제2도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 타겟 마크에 대한 확장을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 노광하고자 하는 패턴이 디자인된 CAD 파일(이하, 마스크 설계를 위한 도면 파일을 통칭한다.)로부터 정렬 마크의 공칭 위치 좌표(nominal position)를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 구성도이다.

도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치(100)는 이동부(110), 광원부(120), 투영부(130), 정렬부(140), 마크 촬상부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.

이동부(110)는 노광하고자 하는 기판(웨이퍼, 글라스 등 소정의 패턴을 형성하고자 하는 모든 시료: S)을 지지하는 스테이지(stage)로 노광 전 가상의 마스크(VM: virtual mask)와 기판(S)의 정렬을 수행할 때 제어부(160)의 지시에 따라 이동됨으로써, 가상의 마스크(VM)와 기판(S)의 정확한 정렬을 수행한다. 여기서 기판(S)에는 노광층인 레이어(L)가 적층되어 있는데, 이 레이어(L)는 노광 공정을 통해 기판(S)에 패턴을 형성시킨다.

광원부(120)는 노광을 위한 레이저 광을 출력하는 것으로, 반도체 레이저 또는 자외선 램프 등을 포함한다. 이 레이저 광은 투영부(130)을 통해 이동부(120)에 놓여진 기판(S)으로 출력된다.

투영부(130)는 이동부(110)의 일측에 고정 설치되고, 가상의 마스크(VM)의 패턴을 형성시키기 위한 패턴 형성광을 복수의 스폿 빔으로 기판(S)에 투영한다.

이러한 투영부(130)는 광원부(120)에서 출력된 광을 가상의 마스크(VM)의 패턴을 갖는 광으로 변조시키는 광 변조소자(131)와, 광 변조소자(131)에서 변조된 광을 확대하는 제1프로젝션 렌즈(132)와, 복수의 렌즈들이 어레이 형태로 형성되어 있고 제1프로젝션 렌즈(132)에서 확대된 가상의 마스크(VM) 패턴을 갖는 광을 복수 개의 광으로 분리하여 집광시키는 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array, MLA: 133)와, 멀티 렌즈 어레이(133)에서 집광된 광의 해상도를 조정하여 투과시키는 제2프로젝션 렌즈(134)를 포함한다.

광 변조소자(131)는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)를 포함한다. 광 변조소자(131)는 예를 들어, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 타입의 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micro-mirror Device, DMD), 2차원 GLV(Grating Light Valve), 투광성 세라믹인 PLZT(lead zirconate titantate)를 이용한 전기광학소자, 강유전성 액정(Ferroelectric Liquid Crystal, FLC) 등이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 DMD가 사용될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 DMD로 이루어진 광 변조소자(131)를 이용하여 본 발명을 설명한다.

DMD는 메모리 셀과, 메모리 셀 상에 L행×M열의 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 마이크로 미러(micro mirror)를 포함하여 이루어진 미러 디바이스이다. 화상 데이터에 따라 생성된 제어신호에 기초하여 각 마이크로 미러의 각도를 달리하여 원하는 광은 제1프로젝션 렌즈(132)로 반사시켜 보내고, 그 외의 광은 다른 각도로 보내어 차단시킨다.

DMD로 이루어진 광 변조소자(131)의 메모리 셀에 디지털 신호가 기록되면 마이크로 미러가 대각선을 중심으로 해서 일정각도(예를 들면, ㅁ12˚)의 범위에서 기울어진다. 각 마이크로 미러의 온/오프 제어는 후술하는 제어부(170)에 의해 각각 제어된다. 온 상태의 마이크로 미러에 의해 반사된 광은 기판(S) 위의 노광 대상물(보통 PR:Photoresist)을 노광시키고, 오프 상태의 마이크로 미러에 의해 반사된 광은 기판(S)에 노광 대상물을 노광시키지 않게 된다.

제1프로젝션 렌즈(132)는 양측 텔레센트릭(double telecentric) 광학계로 이루어져 있고, 광 변조소자(131)를 거친 상을 예를 들어, 약 4배로 확대하여 멀티 렌즈 어레이(133)의 개구면(aperture plane)에 결상한다.

제2프로젝션 렌즈(134)도 양측 텔레센트릭(double telecentric) 광학계로 이루어져 있고, 멀티 렌즈 어레이(133)의 초점 면에 형성된 복수의 스폿 빔을 예를 들어 약 1배로 기판(S) 상에 결상한다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1프로젝션 렌즈(132) 및 제2프로젝션 렌즈(134)의 배율을 각각 4배, 1배인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1프로젝션 렌즈(132) 및 제2프로젝션 렌즈(134)의 배율은 원하는 스폿 빔의 크기, 노광할 패턴의 최소 형상 사이즈(minimum feature size)에 따라 최적의 배율 조합을 도출할 수 있다.

멀티 렌즈 어레이(133)는 광 변조소자(131)의 마이크로 미러에 대응하는 복수의 마이크로 렌즈가 2차원으로 배열되어서 이루어지는 것이다. 예를 들어, 광 변조 소자(131)가 1920개×400개의 마이크로 미러로 이루어져 있는 경우, 이에 대응하여 마이크로 렌즈도 1920개×400개가 배치된다. 또 마이크로 렌즈의 배열 피치는 광 변조소자(131)의 마이크로 미러의 배열 피치에 제1프로젝션 렌즈(132)의 배율을 곱한 값과 실질적으로 동일할 수 있다.

그리고, 투영부(130)는 제2프로젝션 렌즈(134)에서 투과된 복수의 스폿 빔에 의해 형성된 패턴을 갖는 가상의 마스크(VM)를 도 2에 도시한 바와 같이, 생성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시에에 의한 마스크리스 노광에서 가상의 마스크를 생성하는 개념도이다.

도 2에서, 가상의 마스크(VM)는 물리적으로 존재하는 마스크가 아닌, 복수의 스폿 빔이 미리 저장된 패턴에 대응하여 광 변조소자(131)에서 온/오프되어 패턴을 형성하여 만들어진 것이다. 가상의 마스크(VM)는 이동부(110)를 주사 방향(Y축 방향)으로 스캐닝하고 부주사 방향(X축 방향)으로 스텝핑하여 기판(S)에 형성시킬 패터닝 크기를 갖는다. 그리고 가상의 마스크(VM) 위에는 가상의 타겟 마크(TM: virtual target mark)가 존재한다. 가상의 타겟 마크(TM)는 기존 마스크 노광의 정렬 마크와 같은 역할을 하는 가상의 기준 정렬 마크이다.

이렇게 구성된 마스크리스 노광 장치(100)는 광원부(120)에서 광을 출력하고, 광 변조소자(131)에서 광원부(120)의 출력 광을 가상의 마스크(VM)의 패턴을 갖는 광으로 변조시킨다. 그리고, 광 변조소자(131)에서 변조된 가상의 마스크(VM)의 패턴을 가진 광을 제1프로젝션 렌즈(132)에서 확대하고, 확대된 가상의 마스크(VM)의 패턴을 가진 광을 멀티 렌즈 어레이(133)에서 복수의 스폿 빔들로 분리하여 집광시키고, 제2프로젝션 렌즈(134)에서 멀티 렌즈 어레이(133)에서 집광된 광의 해상도를 조정하여 투과시킴으로써 노광을 수행한다.

도 1에서, 정렬부(140)는 투영부(130)의 일측에 마련되어 있고, 오버레이 정렬을 수행하기 위해 각 레이어별 정렬 마크(AM; current align mark)의 위치를 계측하는 스코프이다. 각 레이어에는 최소 2개 이상의 정렬 마크(AM)가 존재한다.

마크 촬상부(150)는 정렬부(140)의 상측에 마련되어, 가상의 마스크(vm)와 기판(S)의 정확한 정렬을 위해 기판(S)에 새겨진 정렬 마크(AM) 즉, 해당 레이어[예를 들어, (i+1)번째 레이어]를 노광하기 바로 직전의 레이어(i번째 레이어)에 새겨진 현재 정렬 마크를 촬상하고, 촬상된 영상을 제어부(160)로 전송한다. 이때, 제어부(160)의 지시에 따라 마크 촬상부(150)를 통해 해당 레이어[(i+1)번째 레이어]를 노광하기 바로 직전의 레이어(i번째 레이어)에 새겨진 현재 정렬 마크(AM)가 촬상될 때까지 이동부(110)의 이동이 제어된다.

제어부(160)는 정렬부(140)에서 계측된 정렬 마크(AM)의 위치로부터 기구학적 관계(kinematic relation)를 이용하여 타겟 마크(TM;오버레이 정렬 시 기준이 되는 가상의 타겟 마크)의 위치에 대한 상대 위치 및 자세를 계산하고, 해당 레이어[(i+1)번째 레이어]를 노광하기 전에 상대 위치량만큼 보상하여 가상의 마스크(VM)와 기판(S) 간의 정렬을 수행한다.

즉 제어부(160)는 해당 레이어[(i+1)번째 레이어]를 노광하기 바로 직전의 레이어(i번째 레이어)에 새겨진 현재 정렬 마크(AM)의 위치를 이용하여 오버레이 정렬 시 기준이 되는 가상의 타겟 마크(TM; 본 발명의 일 실시예에서 제안한 방법에 의해 구해진 정렬 마크)와 비교하여, 해당 레이어[(i+1)번째 레이어]를 노광하기 전에 오버레이 정렬을 수행하는 것이다.

이와 같이, 제어부(160)는 계산된 가상의 타겟 마크(TM)와 해당 레이어[(i+1)번째 레이어]를 노광하기 바로 직전의 레이어(i번째 레이어)간 정렬 마크(AM)의 상대 거리를 계산하여 이동부(110)의 이동을 제어함으로써 가상의 마스크(VM)와 기판(S)의 정렬이 정확하게 이루어지도록 한다.

이하에서는 마스크리스 노광에서 오버레이(overlay)를 위하여 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 가상의 타겟 마크(TM)를 찾고 정의하는 방법을 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 마크 위치에 대한 정의를 예시한 제1도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 마크 위치에 대한 정의를 예시한 제2도면이다.

도 3 및 도 4에서, 정렬 마크(AM)는 기판(S) 위에 배치된 i번째 레이어[예를 들어, 1번째 레이어(L1)]에 새겨진 마크이며, 물리적으로 존재한다.

타겟 마크(TM)는 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 가상의 기준 정렬 마크이며, 물리적으로 존재하지 않는다.

도 3 및 도 4에서, 타겟 마크(TM)를 찾기 위하여 정의된 물리량은 아래와 같다.

아래의 물리량은 2차원 벡터량(위치 벡터)으로 간주 될 수 있다.

엄밀하게는 3차원 벡터(X, Y, Z)이나, Z좌표 값은 모두 같도록 XY평면의 레벨링(Leveling)이 이루어져 Z=상수이므로 편의상 'Z = 0'으로 표기한다.

Σ _O 은 가상의 마스크(VM)와 기판(S) 간의 정렬을 위한 오버레이에 대한 시스템 좌표계(이하, 오버레이 좌표계라 한다)로, 이동부(110)에 마련되어 있다.

^O r _ij은 오버레이 좌표계(Σ _O )에 대해서 계측된 i번째 레이어의 j번째 정렬 마크(AM) 위치이다.

^O r' _ij은 기판(S)의 현상(developing) 후 로딩(loading) 된 오버레이 좌표계(Σ _O )에 대해서 계측된 i번째 레이어의 j번째 정렬 마크(AM) 위치이다.

^O t _j은 오버레이 좌표계(Σ _O )에 대해서 계산된 가상의 마스크(VM)의 j번째 타겟 마크(TM) 위치이다.

기판(S; 웨이퍼 또는 글라스)을 이동부(110) 위에 올려 놓고 이 기판(S)에 복수 개의 레이어(L;L1, L2....)를 적층할 경우, 기판(S)과 가상의 마스크(VM) 간의 정렬을 위하여 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 가상의 타겟 마크(TM)를 찾아야 한다.

가상의 타겟 마크(TM)를 찾기 위해 먼저, 정렬부(140)를 이용하여 각 레이어별 정렬 마크(AM)의 위치를 계측한다.

정렬부(140)에서 각 레이어별 정렬 마크(AM)의 위치를 계측하면, 아래의 방법으로 가상의 타겟 마크(TM) 위치를 계산할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여 i=1인 경우를 예로 들어 i번째는 1번째, (i+1)번째는 2번째로 표현하여 본 발명을 설명한다.

먼저, 1번째 레이어(L1)에 노광, 현상, 식각, 증착까지 끝나고, PR(Photoresist; 감광액) 도포가 되어 2번째 레이어(L2)를 노광하기 바로 직전의 기판(S)에서 1번째 레이어(L1)에 존재하는 ^O r ₁₁, ^O r ₁₂의 좌표 값을 정렬부(140)를 이용하여 아래의 [수학식 1]과 같이 계측한다(도 3 참조).

[수학식 1]

[수학식 1]과 같이, 1번째 레이어(L1)에서 계측된 ^O r ₁₁, ^O r ₁₂의 좌표 값을 통해 정렬 마크(AM) 간의 X축(X _O ) 각도 α를 아래의 [수학식 2]와 같이 계산한다.

[수학식 2]

α = arg( ^O r ₁₂- ^O r ₁₁)

위와 같이, 1번째 레이어(L1)에 노광, 현상, 식각, 증착, PR 도포 등 일련의 공정이 끝나면, 2번째 레이어(L2)를 노광한다.

2번째 레이어(L2)를 노광한 후 PR을 현상하고 다시 이동부(110) 위에 기판(S)을 올려 놓는다(로딩한다). 로딩 후 ^O r' ₁₁, ^O r' ₁₂, ^O r' ₂₁, ^O r' ₂₂의 좌표 값을 정렬부(140)를 이용하여 아래의 [수학식 3]과 같이 계측한다(도 4 참조).

[수학식 3]

[수학식 3]과 같이, 로딩 후에 1번째 레이어(L1)에서 계측된 ^O r' ₁₁, ^O r' ₁₂를 통해 정렬 마크(AM) 간의 X축(X _O ) 각도 β를 아래의 [수학식 4]와 같이 계산한다.

[수학식 4]

β = arg( ^O r' ₁₂- ^O r' ₁₁)

[수학식 1] 및 [수학식 3]을 통해 계측된 위치 벡터 ^O r ₁₁, ^O r ₁₂, ^O r' ₁₁, ^O r' ₁₂, ^O r' ₂₁, ^O r' ₂₂의 좌표 값과, [수학식 2] 및 [수학식 4]를 통해 계산된 α, β의 각도 값을 이용하여 가상의 마스크(VM)에 존재하는 타겟 마크(TM)의 위치 ^O r ₂₁, ^O r ₂₂의 좌표 값을 아래의 [수학식 5]와 같이 계산한다.

[수학식 5]

[수학식 5]를 통해 계산된 ^O r ₂₁, ^O r ₂₂의 좌표 값으로부터 아래의 [수학식 6]과 같이 타겟 마크(TM)의 위치 벡터 ^O t ₁, ^O t ₂를 정의한다.

[수학식 6]

^O t ₁≡ ^O r ₂₁

^O t ₂≡ ^O r ₂₂

타겟 마크(TM)의 위치 벡터 ^O t ₁, ^O t ₂의 좌표 값을 통해 임의의 타겟 마크(TM)의 위치를 정의하게 되면 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 타겟 마크(TM)의 위치를 확장할 수 있다. 이를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 타겟 마크에 대한 확장을 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 노광하고자 하는 패턴이 디자인된 CAD 파일로부터 정렬 마크의 공칭 위치 좌표(nominal position)를 예시한 도면이다.

도 5 및 도 6에서, 타겟 마크(TM)의 위치 벡터 ^O t ₁, ^O t ₂의 좌표 값에 대응되는 CAD상의 좌표 값(설계치)을 통해 상대 거리를 이용하여 임의의 타겟 마크(TM) 위치를 아래의 [수학식 7]과 같이 계산한다.

[수학식 7]

^O t _i = ^O t ₁ + ( ^CAD r _i- ^CAD r ₁)

[수학식 7]에서 ^O t ₁는 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 1번째 타겟 마크(TM)의 위치 벡터이고, ^O t _i는 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 i번째 타겟 마크(TM)의 위치 벡터이며, ( ^CAD r _i- ^CAD r ₁)는 도 5의 CAD 파일로부터 i번째 정렬 마크(AM)의 공칭 위치 좌표와 1번째 정렬 마크(AM)의 공칭 위치 좌표의 차이를 나타낸 것이다.

가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 타겟 마크(TM)의 위치가 계산되면, 계산된 타겟 마크(TM)의 위치를 이용하여 각 레이어별(L;L1, L2....) 오버레이를 위한 가상의 마스크(VM)와 기판(S) 간의 정렬을 수행한다. 마스크리스 노광에서 타켓 마크(TM)와 기판(S) 간 정렬 마크(VM)의 상대 위치를 계산하게 되면, 기존의 마스크 노광에서 수행되는 일반적인 정렬 방식을 이용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 가장 기본적인 정렬 방식인 2Point Global Alignment를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 기존의 마스크 노광에서 수행하는 2개를 초과하는 정렬 마크(VM)를 통해 최소자승법을 이용하는 정렬 방식 등 마스크 노광에서 사용하는 전통적인 정렬 방식을 모두 적용할 수 있다.

이를 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법을 예시한 도면이다.

도 7에서, 가상의 타겟 마크(TM)를 이용한 오버레이 정렬을 위하여 정의된 물리량은 아래와 같다.

아래의 물리량은 2차원 벡터량(위치 벡터)이다.

^O r _c는 오버레이를 위한 이동부(110)의 회전 중심 위치로, 이미 알고 있는 값이다.

^O r ₁₁은 1번째 레이어의 1번째 정렬 마크(AM) 위치이다.

^O r ₁₂는 1번째 레이어의 2번째 정렬 마크(AM) 위치이다.

^O t ₁은 가상 마스크(VM)의 1번째 타겟 마크(TM)이다.

^O t ₂는 가상 마스크(VM)의 2번째 타겟 마크(TM)이다.

기판(S; 웨이퍼 또는 글라스)을 이동부(110) 위에 올려 놓고 이 기판(S)에 레이어(L)가 배치되면, 기판(S)과 가상의 마스크(VM) 간의 정렬을 수행하여 하나의 기판(S)에 복수 개의 레이어(L;L1, L2....)를 적층시키는 것이 가능하다.

위에서, 정의된 물리량은 아래의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 8]

1번째 레이어(L1)에 노광, 현상, 식각, 증착까지 끝나고, PR 도포가 되어 2번째 레이어(L2)를 노광하기 바로 직전의 기판(S)에서 1번째 레이어(L1)에 존재하는 ^O r ₁₁, ^O r ₁₂의 좌표 값을 정렬부(140)를 이용하여 위의 [수학식 8]과 같이 계측한다(도 3 참조).

[수학식 8]과 같이, 1번째 레이어(L1)에서 계측된 ^O r ₁₁, ^O r ₁₂의 좌표 값을 통해 정렬 마크(AM) 간의 X축(X _O ) 각도 θ_g를 아래의 [수학식 9]와 같이 계산할 수 있다.

[수학식 9]

θ_g = arg( ^O r ₁₂- ^O r ₁₁)

그리고, 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 1번째, 2번째 타겟 마크(TM)의 위치 벡터 ^O t ₁, ^O t ₂의 좌표 값을 통해 타겟 마크(TM) 간의 X축(X _O ) 각도 θ_g'를 아래의 [수학식 10]과 같이 계산할 수 있다.

[수학식 10]

θ_g' = arg( ^O t ₂- ^O t ₁)

[수학식 9]와 [수학식 10]을 통해 계산된 θ_g, θ_g'의 값으로부터 오버레이를 위한 이동부(110)의 회전 이송량 △θ(Z축에 대해 회전하는 이동부의 이송량)를 아래의 [수학식 11]과 같이 계산한다.

[수학식 11]

△θ = θ_g' - θ_g

이어서, 오버레이를 위한 이동부(110)의 XY 이송량 △X, △Y(X축, Y축에 대해 이동하는 이동부의 이송량)을 아래의 [수학식 12]와 같이 계산한다.

[수학식 12]

[수학식 12]를 통해 계산된 오버레이를 위한 이동부(110)의 이송량 △θ, △X, △Y를 이용하여 제어부(160)는 기판(S)에 새겨진 정렬 마크(AM)와 가상의 마스크(VM) 위에 존재하는 타겟 마크(TM)가 정렬될 때까지 이동부(110)의 구동을 제어한다.

이와 같이, 제어부(160)는 이동부(110)의 구동을 제어하여 기판(S)과 가상의 마스크(VM) 간의 정렬을 수행함으로써 하나의 기판(S)에 복수 개의 레이어(L;L1, L2....)를 적층시키는 것이 가능하게 된다.

한편, 본 발명의 타겟 마크(TM)를 찾는 일 실시예에서는 기판(S)에 적층되는 레이어(L)의 PR 현상 후 다시 이동부(110) 위에 기판(S)을 로딩하여 타겟 마크(TM)의 위치를 찾는 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 폴라로이드의 원리를 적용할 수 있다. 폴라로이드의 원리를 적용하여 기판(S)에 노광에 의해 바로 식별되는 물질이 도포되어 있다면 현상을 할 필요가 없게 되므로 본 발명의 일 실시예와 같이 로딩 후에 정렬 마크(AM)의 위치를 계측하는 과정을 생략할 수 있게 된다.

100 : 마스크리스 노광 장치 110 : 이동부
120 : 광원부 130 : 투영부
131 : 광 변조소자 140 : 정렬부
160 : 제어부

Claims

기판을 이동시키는 스테이지;
상기 기판에 적층되는 레이어;
상기 레이어에 패턴을 노광하기 위해 노광 빔을 빔 스팟 어레이 형태로 전사하여 가상의 마스크를 생성하는 광 변조소자;
상기 레이어에 새겨진 정렬 마크의 위치를 계측하는 정렬부;
상기 계측된 정렬 마크의 위치를 이용하여 상기 가상의 마스크에 존재하는 타겟 마크의 위치를 계산하고, 상기 계산된 타겟 마크의 위치를 이용하여 상기 가상의 마스크와 상기 기판의 정렬을 수행하는 제어부를 포함하는 마스크리스 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이어는 복수 개로 구성되는 마스크리스 노광 장치.
제2항에 있어서,
상기 각 레이어에는 상기 정렬 마크가 2개 이상 존재하는 마스크리스 노광 장치.
제2항에 있어서,
상기 정렬부는 상기 각 레이어별 상기 정렬 마크의 위치를 계측하는 스코프인 마스크리스 노광 장치.
제2항에 있어서,
상기 정렬부는 상기 복수 개의 레이어 중 i번째 레이어에 노광, 현상, 식각, 증착, PR 도포 등 일련의 공정이 끝나고, (i+1)번째 레이어를 노광하기 바로 직전의 기판에서 상기 i번째 레이어에 존재하는 상기 정렬 마크의 위치를 계측하는 마스크리스 노광 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 계산된 타겟 마크의 위치와 상기 계측된 정렬 마크의 위치 사이의 상대 위치를 계산하고, 상기 계산된 상대 위치에 따라 상기 각 레이어별로 오버레이하도록 상기 스테이지의 이송량을 결정하는 마스크리스 노광 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 (i+1)번째 레이어를 노광하기 전에 상기 계산된 상대 위치량만큼 상기 스테이지의 이송량을 보상하여 상기 가상의 마스크와 상기 기판의 정렬을 수행하는 마스크리스 노광 장치.
제6항에 있어서,
상기 타겟 마크는 상기 오버레이 정렬 시 기준이 되는 가상의 정렬 마크인 마스크리스 노광 장치.
기판을 스테이지 위에 올려 놓고;
상기 기판에 레이어를 적층할 경우, 상기 레이어에 패턴을 노광하기 위해 광 변조소자를 이용하여 가상의 마스크를 생성하고;
상기 레이어에 새겨진 정렬 마크의 위치를 계측하고;
상기 계측된 정렬 마크의 위치를 이용하여 상기 가상의 마스크에 존재하는 타겟 마크의 위치를 계산하고;
상기 계산된 타겟 마크의 위치를 이용하여 상기 가상의 마스크와 상기 기판의 정렬을 수행하는 것을 포함하는 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법.
제9항에 있어서,
상기 레이어는 복수 개로 구성되는 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법.
제10항에 있어서,
상기 정렬 마크의 위치를 계측하는 것은,
상기 복수 개의 레이어 중 i번째 레이어에 노광, 현상, 식각, 증착, PR 도포 등 일련의 공정이 끝나고, (i+1)번째 레이어를 노광하기 바로 직전의 기판에서 상기 i번째 레이어에 존재하는 상기 정렬 마크의 위치를 계측하는 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법.
제11항에 있어서,
상기 계산된 타겟 마크의 위치와 상기 계측된 정렬 마크의 위치 사이의 상대 위치를 계산하고;
상기 계산된 상대 위치에 따라 상기 스테이지의 이송량을 결정하고;
상기 결정된 스테이지의 이송량을 보상하여 상기 복수 개의 레이어를 오버레이하는 것을 더 포함하는 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법.
제12항에 있어서,
상기 타겟 마크는 상기 오버레이 정렬 시 기준이 되는 가상의 정렬 마크인 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법.