KR101295700B1 - 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 ｌｃｄ 경화 시스템에서의 램프 - Google Patents

포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 ｌｃｄ 경화 시스템에서의 램프 Download PDF

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Abstract

포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프가 개시된다. 본 발명은 램프의 표면에 코팅처리에 의해 형성된 코팅막이 노광 필터의 기능을 수행하게 된다. 본 발명에 따르면, 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프가 필터를 구비하지 않을 수 있게 됨으로써 필터의 교체가 필요없게 되어 장비의 유지비를 절감할 수 있게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 필터의 교체로 인해 장비의 가동이 중단되는 경우가 없게 되어 반도체 및 LCD의 제조작업 시간을 단축하고 공정의 신뢰성을 증대시킬 수 있게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 필터를 구비하지 않을 수 있게 됨으로써 반도체 공정 적용시 설계 자유도를 확보할 수 있게 된다.

Description

포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 ＬＣＤ 경화 시스템에서의 램프{Lamp of Exposure Apparatus in Photo Lithography System or LCD Hardening System}
본 발명은 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노광 필터를 구비하지 않을 수 있게 됨으로써 노광 필터의 교체가 필요없어 장비의 유지비를 절감하고, 노광 필터의 교체로 인해 장비의 가동이 중단되는 경우가 없게 되어 반도체 제조작업 시간을 단축하고 공정의 신뢰성을 증대시킬 수 있으며, 반도체 공정 적용시 설계 자유도를 확보할 수 있도록 하는 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터 등과 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 메모리 등과 같은 반도체 소자의 기능도 비약적으로 발전하고 있다. 최근의 반도체 제품들의 경우, 경쟁력 확보를 위해 낮은 비용, 고품질을 위해 필수적으로 제품의 고집적화가 요구된다.
고집적화를 위해서는 트랜지스터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조 공정 및 제조 시스템(장비)도 다양한 형태로 발전되어 지고 있는 추세이다.
특히, 하이 퍼포먼스 디바이스를 사용자들이 요구함에 따라 그러한 반도체 소자를 제조하는 제조 장비의 기능이나 동작 퍼포먼스는 매우 중요하게 대두되고 있다.
통상적으로 반도체 집적회로 소자는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 확산, 및 금속증착 등의 공정을 선택적 및 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어진다.
반도체 집적회로 소자를 대량으로 제조하는데 사용되는 반도체 웨이퍼 상에 설정된 소자 패턴을 형성하기 위해서는 웨이퍼상에 도포된 감광막 예컨대 포토 레지스트에 설정된 패턴을 노광하고 현상하는 포토리소그래피 공정이 대부분 사용된다.
그러한 포토리소그래피 공정은 비교적 간단한 제조 공정들과 저비용 등과 같은 이점들을 가지고 있기 때문에 반도체 소자 등의 제조 초기부터 널리 사용되어 왔다.
일반적인 포토리소그래피 공정은 다음과 같이 진행된다. 먼저, HMDS 세정공정을 거친 웨이퍼 상에 포토레지스트를 코팅하는 공정은 통상적인 스피너 설비라고 불리우는 레지스트 코팅장치에 의해 수행된다. 다양한 막들이 형성된 웨이퍼 또는 기판상에 코팅된 감광막 예컨대 포토 레지스트 막은 레지스트 막 안정화를 위한 소프트 베이크 공정에 의해 열처리된다.
소프트 베이크 공정이 완료된 웨이퍼 상의 레지스트 막은 스텝퍼 등의 노광장치에 의해 일정 타임으로 노광된다. 마스크 또는 레티클을 통과한 광원은 상기 레지스트 막을 화학적으로 변화시켜 잠상이 형성된 막을 만든다.
노광공정이 완료되면, 상기 레지스트 막은 후노광 베이크(post exposure bake)공정에 의해 열처리된다. 상기 후노광 베이크 공정에 의해 열처리된 레지스트막은 현상장치에 의해 현상된 후 하드 베이크 공정에 의해 열처리된다.
하드 베이크 공정을 거친 웨이퍼는 계측 및 모니터링된 후, 선택적으로 자외선(UV)에 의해 경화된다. 선택적 UV 경화공정은 감광막의 높은 저항성을 필요로 할 시에 수행되는 공정으로 식각공정 이전에 행하여진다. 경화공정을 거친 상기 웨이퍼는 식각(에칭)공정으로 제공되어 상기 현상된 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 식각되어진다.
한편, 도 1에서와 같은 종래 기술에 따른 포토 리소그래피 시스템의 노광장치에 사용되는 광원인 램프(10)에는 램프(10)로부터 생성된 빛 중에서 원하는 파장의 빛만을 투과시키도록 하는 노광 필터(20)가 구비되어 있다.
이와 같은 노광 필터(20)는 램프(10)에서 나오는 빛에 의해 오염이 쉽게 되기 때문에 일정한 수명을 갖는다. 즉, 노광 필터(20)를 일정한 시간을 사용하고 나서 새 필터로 교체하여 주어야 한다.
그런데, 노광 필터(20)는 개당 수백만원 이상의 가격을 갖는 고가품이므로 잦은 교체는 설비의 가동율을 저하시키고 제품의 원가를 상승시키는 요인이 된다.
아울러, 종래 기술에 따른 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display:LCD) 경화 시스템에서도 LCD용 접착제인 실란트의 경화를 위해 UV 램프 등이 사용되는데 LCD 경화 시스템에서의 램프에도 별도의 고가의 필터가 사용된 관계로 필터의 교체에 따른 설비의 가동율 저하 및 제품의 원가 상승을 유발시킨다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 필터를 구비하지 않을 수 있게 됨으로써 필터의 교체가 필요없어 장비의 유지비를 절감하고, 필터의 교체로 인해 장비의 가동이 중단되는 경우가 없게 되어 반도체 및 LCD 제조작업 시간을 단축하고 공정의 신뢰성을 증대시킬 수 있으며, 반도체 공정 적용시 설계 자유도를 확보할 수 있도록 하는 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프는, 상기 램프의 표면은 코팅처리되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 코팅처리에 의해 형성된 코팅막은 노광 필터의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코팅처리에 의해 형성된 코팅막은 유전체 박막인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체 박막은 이산화티타늄(TIO2)으로 이루어진 하부층과 이산화규소(SIO2)로 이루어진 상부층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코팅 처리는 스퍼터링 방식 또는 진공 증착 방식으로 코팅 처리되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 램프의 전극부에는 금속 박막이 증착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프가 필터를 구비하지 않을 수 있게 됨으로써 필터의 교체가 필요없게 되어 장비의 유지비를 절감할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 필터의 교체로 인해 장비의 가동이 중단되는 경우가 없게 되어 반도체 및 LCD의 제조작업 시간을 단축하고 공정의 신뢰성을 증대시킬 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 필터를 구비하지 않을 수 있게 됨으로써 반도체 공정 적용시 설계 자유도를 확보할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프의 구조를 나타내는 도면, 및
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프의 구조를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 광원인 램프(100)의 표면은 코팅 처리가 되어 있다.
램프(100)의 표면을 코팅함에 있어서는, 진공 증착(Vacuum Deposition) 방법을 통해 금속이나 화합물을 증발시켜 램프(100)의 표면에 박막을 형성하는 진공 챔버에서의 열 증착법을 이용하게 된다.
우선, 챔버는 먼저 회전펌프로 약 5~8×10-2 torr의 저진공 상태를 만들고, 확산펌프, 크라이오 펌프, 분자 펌프 등의 고진공 펌프로 10-6 ~ 10-7torr 정도의 고진공 상태를 만들어 증착에서의 기본 진공으로 사용한다.
진공 챔버에서 고체 물질에 열에너지를 공급하여 물질을 녹이면 고체는 액체가 되고 액체 표면에서 원자들이 기체 상태로 증발하며, 승화 물질은 고체 상태에서 열을 받아 바로 기체 상태로 바뀌어 증발하게 된다.
구체적으로 물질을 증발시킴에 있어서는 도가니(Crucible)에 증착하려는 물질을 넣고 전자빔으로 물질을 녹여 증발시키는 전자빔 증발법이나, 선(Wire), 판(Plate), 보트(Boat), 배스킷(Basket) 등의 금속 증발원에 증착하려는 물질을 넣고 전류를 흘리면, 금속 증발원의 저항에 의하여 발생하는 열이 물질을 녹이고 기체 상태로 증발시키는 열저항 증발법이 사용될 수 있을 것이다.
램프(100) 표면에서의 박막의 증착률과 물리 두께는 수정 진동자로 측정하게 되며, 광학 두께는 광학 감시기와 기준 기판을 이용하여 측정하게 되며, 박막의 두께가 균일해지도록 기판 지지대를 회전시키게 된다.
이와 같이 램프(100) 표면에 형성된 박막은 유전체 박막으로서, 박막 물질로서는 유전체 물질인 이산화티타늄(TIO2), 이산화규소(SIO2), 지르코니아(ZrO2), 플루오르화마그네슘(MgF2)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
구체적으로, 이산화티타늄(TIO2)은 투과영역 파장이 400nm~3000nm로서, 내구성이 높으며, 다층박막 코팅에서 굴절률이 낮은 이산화규소(SIO2)와 같이 고굴절 박막물질로 사용된다.
이산화규소(SIO2)는 투과영역 파장이 200nm~4500nm로서, 내구성이 높고 외부환경에 강해 무반사 코팅 및 금속박막의 보호층에 사용되며, 다층박막 코팅에서 저굴절 박막으로 이산화티타늄(TIO2) 지르코니아(ZrO2), 산화 탄탈륨(Ta2O2), 산화 하프늄(HfO2) 등의 고굴절률 박막과 한 쌍으로 많이 이용된다.
지르코니아(ZrO2)는 투과영역 파장이 340nm(자외선)~12000nm(적외선)으로, 고굴절율 물질으로서 내구성이 강하며, 다층 박막용 물질로 전자빔을 사용한다. 한편, 지르코니아(ZrO2)는 증착할때마다 새물질을 사용해야 안정되고 높은 박막을 증착할 수 있다.
플루오르화마그네슘(MgF2)은 투과영역 파장이 120nm~9000nm로, 저굴성 물질으로서 가시광선에서 무반사 코팅용 물질로 사용된다. 내구성이 높아 보호막으로 주로 사용되며, 상온에서 만든 플루오르화마그네슘(MgF2) 박막은 물을 잘 흡수하므로 굴절률 및 기계적 강도가 약해진다. 따라서, 플루오르화마그네슘(MgF2)은 기판의 온도를 높여서 증착해야 한다. 또한, 플루오르화마그네슘(MgF2)은 인장응력이 커서 1μm 이상의 다층박막에서는 박막이 쉽게 깨지고 산란이 커지는 단점이 있다.
즉, 본 발명을 실시함에 있어서는, 램프(100)의 표면에 여러 굴절률을 갖는 유전체를 입혀서 표면에서 빛의 반사가 거의 일어나지 않는 반사방지 박막(anti-reflecting film)을 형성하거나, 반사가 최대한 일어나지 않는 고반사 박막(high-reflecting film)을 형성할 수 있다.
아울러, 본 발명을 실시함에 있어서는, 수십 층을 입혀서 상당히 넓은 파장영역에서 작동되는 박막을 형성할 수도 있을 것이다.
서로 다른 유전체의 층을 적층함으로써 램프(100) 표면의 박막을 설계하는 경우에는 스넬의 법칙이 활용될 것이다.
램프(100)의 표면에서의 코팅 처리에 의해 형성된 코팅막(200)은 종래의 노광 필터의 기능을 수행하므로, 본 발명에서의 노광 장치에서는 별도의 노광 필터를 구비할 필요가 없게 된다.
램프(100)의 표면에서 발생하는 열에 의해 램프(100) 표면의 코팅막(200)이 손상되는 것을 방지하기 위해서, 본 발명을 실시함에 있어서 램프(100)의 표면에서의 코팅 처리는 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
스퍼터링 방식에 의하면 플라즈마 중의 이온화된 아르곤 등의 불활성 가스 이온을 타켓에 가속시키면 탄성이론에 의해 타겟의 물질이 기판방향으로 코팅이 되고, 이 때 챔버 내부에 산소나 질소 등 이온을 주입하면서 원하는 물질을 생성시키게 된다.
스퍼터링 방식에 의하면 램프(100) 표면에 코팅되는 물질이 높은 에너지를 갖게 되므로 박막의 내구성이 우수하게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 램프(100)의 표면에서의 코팅 처리를 함에 있어서, 진공 내에서 물질을 가열하여 증발시킨 다음 그 증발물을 표면에 입혀 붙임으로써 코팅막을 만드는 방식인 진공 증착(vacuum evaporation) 방식에 의할 수도 있을 것이다.
종래 기술에 따른 램프(100) 표면의 온도는 1000℃ 이상인 경우가 일반적이지만, 본 발명에서는 램프(100) 표면에서의 코팅 처리가 가능함과 동시에 코팅 처리후 램프(100)의 사용이 가능하도록 램프(100) 표면에서의 온도가 발광 상태에서 300℃~400℃를 초과하지 않도록 램프(100)를 설계함이 바람직할 것이다.
상술한 스퍼터링 방법에 의해 유리 재질의 램프(100) 표면에 이산화티타늄(TIO2)으로 이루어진 하부층(두께는 0.26μm)을 형성하고, 그 위에 이산화규소(SIO2)로 이루어진 상부층(두께는 0.39μm)구비하는 유전체 박막을 형성한 상태에서 사용각도를 0°로 하여 공기(air) 매질의 외부로 방출되는 주파수 대역을 측정한 결과, 365nm이하의 주파수 대역은 측정되지 않았으며, 또한 450nm 이상의 주파수 대역은 측정되지 않았다.
한편, 종래의 380nm 필터는 투과영역이 380nm~430nm이며, 코팅 설계시 0°에 맞추어 차단과 투과 영역을 지정하므로, 상기의 실험결과로부터 본 발명에서의 램프(100) 표면에 형성된 유전체 박막 필터는 종래의 380nm 필터의 기능을 대체할 수 있음이 확인되었다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 380nm~450nm의 대역 통과 필터의 기능을 갖기 위해서는 장파대역필터(long wave pass filter)의 경우에는 690nm 두께의 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5)의 하부층과 1206nm 두께의 이산화규소의 상부층을 구비하는 유전체 박막 필터가 유리 재질의 램프(100) 표면에 형성되어야 하며, 단파대역필터(short wave pass filter)의 경우에는 2025nm 두께의 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5)의 하부층과 2945nm 두께의 이산화규소의 상부층을 구비하는 유전체 박막 필터가 유리 재질의 램프(100) 표면에 형성되어야 함이 실험적으로 규명되었다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 400nm~450nm의 대역 통과 필터의 기능을 갖기 위해서는 장파대역필터(long wave pass filter)의 경우에는 713nm 두께의 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5)의 하부층과 1247nm 두께의 이산화규소의 상부층을 구비하는 유전체 박막 필터가 유리 재질의 램프(100) 표면에 형성되어야 하며, 단파대역필터(short wave pass filter)의 경우에는 2025nm 두께의 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5)의 하부층과 2945nm 두께의 이산화규소의 상부층을 구비하는 유전체 박막 필터가 유리 재질의 램프(100) 표면에 형성되어야 함이 실험적으로 규명되었다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 400nm~500nm의 대역 통과 필터의 기능을 갖기 위해서는 장파대역필터(long wave pass filter)의 경우에는 713nm 두께의 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5)의 하부층과 1247nm 두께의 이산화규소의 상부층을 구비하는 유전체 박막 필터가 유리 재질의 램프(100) 표면에 형성되어야 하며, 단파대역필터(short wave pass filter)의 경우에는 2157nm 두께의 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5)의 하부층과 2990nm 두께의 이산화규소의 상부층을 구비하는 유전체 박막 필터가 유리 재질의 램프(100) 표면에 형성되어야 함이 실험적으로 규명되었다.
또한, 본 발명을 실시함에 있어서는, 램프(100) 양단의 전극부(130)에는 알루미늄(Al) 등의 금속 박막을 증착시킴으로써 전극부(130)가 과냉각되는 것을 방지할 수 있을 것이다.
유전체 박막으로 구성된 다층 박막 거울은 반사율이 높지만, 반사 대역은 사용한 물질의 굴절률의 차이에 의해 결정되는 것이므로 반사 대역은 넓지 못하다는 한계가 있다. 따라서, 넓은 파장 대역에서 반사율이 높아야 함과 동시에 입사각이 큰 경우에는 금속 박막을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 금속 박막은 외부 환경에 약하고 공기 중에서 쉽게 산화하므로 유전체 박막으로 보호 코팅을 하는 것이 바람직하며, 유전체 박막의 층수와 두께를 조절함으로써 반사율을 증가시킬 수 있게 된다.
즉, 알루미늄 박막의 경우에는 공기에 노출되면 표면에 산화막이 형성되며, 습기나 자외선에 노출되면 산화막의 형성이 더욱 촉진된다. 수 nm 두께의 얇은 산화막은 가시광선보다는 진공 자외선의 반사율을 크게 감소시킨다.
한편, 산화막은 알루미늄 박막을 외부환경으로부터 보호하는 역할을 수행하기도 한다.
참고로, 알루미늄 박막은 자외선부터 적외선까지의 넓은 파장 대역의 반사영역을 가지며, 이러한 알루미늄 박막을 램프(100) 양단의 전극부(130)에 증착시킴에 있어서는 전자빔이나 텅스텐 필라멘트를 사용하는 열 증발법이나, 스퍼터링 방법을 이용하는 것이 바람직할 것이다.
특히 열증발법으로 알루미늄 박막을 증착하는 경우에는 진공 자외선과 자외선 대역에서 반사율이 높아지고 부착력이 높아진다는 이점이 있다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 알루미늄 박막의 기계적, 화학적 수명을 높이기 위해 전극부(130)와 알루미늄 박막 사이에 2~4nm 정도의 크롬을 결합층으로 활용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 알루미늄 박막의 반사율은 증착조건에 민감하므로, 증착률은 20~40nm/s 정도로 높은 것이 바람직하며, 잔류가스의 압력은 10-5torr 이하로 낮은 것이 바람직하고, 기판의 온도는 50℃ 이하가 되는 것이 바람직하며, 증착입자의 입사각은 실질적으로 수직이 되도록하는 것이 바람직할 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10,100: 램프, 13,130: 전극부,
20: 노광 필터, 200: 코팅막.

Claims (6)

  1. 포토 리소그래피 시스템의 노광장치 또는 LCD 경화 시스템에서의 램프에 있어서,
    상기 램프의 표면은 코팅처리되고,
    상기 램프의 전극부에는 알루미늄 박막이 증착되며,
    상기 알루미늄 박막과 상기 전극부의 사이에 결합층이 구비되고,
    상기 결합층은 크롬 결합층인 것인 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅처리에 의해 형성된 코팅막은 노광 필터의 기능을 수행하는 것인 램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅처리에 의해 형성된 코팅막은 유전체 박막인 것인 램프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체 박막은 이산화티타늄(TIO2)으로 이루어진 하부층과 이산화규소(SIO2)로 이루어진 상부층을 구비하는 것인 램프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 처리는 스퍼터링 방식 또는 진공 증착 방식으로 코팅 처리되는 것인 램프.
  6. 삭제
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