KR101764169B1 - 마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 방법 - Google Patents

마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 방법 Download PDF

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Abstract

마스크를 사용하지 않는 노광 장치에서 복수 광학계의 스팟 빔 위치를 정확하고 신속하게 계측하기 위한 마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 방법을 제안한다.
이동 테이블 위의 기준 마크 어레이에 새겨진 복수 개의 기준 마크를 이용하여 각 측정계의 위치를 구하고, 각 측정계의 중심과 복수 개의 기준 마크 중 임의의 기준 마크의 중심을 최대한 일치시킨다. 이후 각 측정계의 위치와 측정계에서 계측한 기준 마크의 위치에 따라 복수 광학계로부터 조사되는 스팟 빔의 위치를 빠른 시간 내에 정확히 계측함으로써 마스크리스 노광을 위해서 마스크 데이터를 생성하는 시간을 단축할 수 있고, 기판의 가공/제조/검사 등을 수행하는 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.

Description

마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 방법{MASKLESS EXPOSURE APPARATUS AND METHOD FOR GETTING SPOT BEAM POSITION USING THE SAME}
마스크를 사용하지 않는 노광 장치에서 복수 광학계의 스팟 빔 위치를 정확하고 신속하게 계측하기 위한 마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 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 장치가 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.
마스크리스 노광 장치는 DMD(Digital Micro-mirror Device)와 같은 광 변조소자(SLM;Spatial Light Modulator)를 이용하여 제어신호로 만들어진 패턴 정보를 가지고 스팟 빔을 기판(Glass)에 전사시키는 방식을 통해 패턴을 형성한다.
이러한 마스크리스 노광에서는 패턴에 따라 스팟 빔을 변조시키는 광 변조소자의 크기가 작기 때문에 하나의 광학계가 커버하는 노광 폭이 일반적으로 60~70mm 수준이다.　따라서 대형 기판(Glass;예를 들어, 2m 이상)의 경우 복수 개의 광학계를 이용하여 복수 개의 광학계로부터 투사된 스팟 빔의 위치를 계측하고, 그 위치 정보로부터 마스크 데이터를 생성하여 패터닝한다. 따라서 복수 개의 광학계로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 정확히 계측해야 하며, 이를 위해 측정계(Beam Measurement system)를 이용하여 스팟 빔의 위치를 계측한다.
이와 같이, 측정계를 이용하여 스팟 빔의 위치를 계측하고자 하는 경우, 측정계는 기판이 올려지는 이동 테이블에 대해 가로 방향과 세로 방향이 일치하도록 장착해야 기판에 전사되는 스팟 빔의 위치를 정확히 계측할 수 있다.
그러나, 실제 측정계를 장착하게 되면 일반적으로 설계대로 즉, 이동 테이블에 대해 가로 방향과 세로 방향이 일치되게 장착되지 않는다. 따라서 실제 장착된 측정계의 위치를 우선 알아야 한다. 특히, 스팟 빔의 위치 정보를 빠른 시간 내에 계측하기 위하여 복수 개의 측정계를 장착하는 경우에는 각 측정계의 위치를 알아야 스팟 빔의 위치를 정확히 계측할 수 있게 된다.
복수 개의 측정계를 이용하여 복수 개의 광학계로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 정확하고 신속하게 계측하기 위한 마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 방법을 제안하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면은　마스크리스 노광에서 광학계의 스팟 빔 위치를 계측하는 방법에 있어서, 이동 테이블에 복수 개의 기준 마크가 새겨진 기준 마크 어레이와 복수 개의 측정계를 장착하고; 복수 개의 측정계를 이용하여 기준 마크 어레이에 새겨진 복수 개의 기준 마크의 위치를 계측하고; 기준 마크 어레이의 기준 마크 간 위치 정보와 각 측정계에서 계측된 기준 마크의 변위량를 이용하여　측정계의 위치를 구하고; 측정계를 이용하여 광학계로부터 조사되는 스팟 빔의 화상 정보를 취득하고;　이동 테이블의 위치,　측정계의 위치 및 측정계에서 취득한 화상 정보를 이용하여 스팟 빔의 위치를 계측하는 것을 포함한다.
측정계는 기준 마크 어레이의 하단에 장착되고, X방향, Y방향, Z방향으로 이동하는 3자유도(X, Y, Z)를 가진다.
측정계는 X방향과 Y방향의 미세 조정을 통해 측정계의 중심과 임의의 기준 마크의 중심을 일치시킨다.
측정계는 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 빔 위치 계측 방법은, 광학계가 복수 개인 경우, 측정계의 개수는 광학계의 개수와 동일하거나 그 이상 또는 그 이하로 설치하는 것이 바람직하다.
측정계의 위치를 구하는 것은, 기준 마크 어레이의 기준 마크 간 위치 정보와 각 측정계에서 계측된 기준 마크의 변위량를 이용하여　측정계의 중심 위치 좌표를 구하는 것이다.
스팟 빔의 위치를 계측하는 것은, 이동 테이블의 위치 좌표, 측정계의 중심 위치 좌표 및 측정계에서 취득한 화상 정보를 통해 광학계로부터 조사되는 스팟 빔의 위치 좌표를 계측하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 빔 위치 계측 방법은, 계측한 스팟 빔의 위치 정보로부터 마스크 데이터를 생성하여 이동 테이블에 올려진 기판에 패터닝하는 것을 더 포함한다.
기판에 패터닝하는 것은, 스팟 빔의 위치 좌표를 2개 이상 취득하여 기판에 마스크 데이터를 패터닝하는 것이다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 마스크리스 노광 장치는, 기판을 이송시키는 이동 테이블; 기판에 패터닝하기 위해 스팟 빔을 투사하는 광학계; 이동 테이블에 장착되고, 복수 개의 기준 마크가 새겨진 기준 마크 어레이; 기준 마크 어레이에 새겨진 복수 개의 기준 마크의 위치를 계측하는 측정계; 기준 마크 어레이의 기준 마크 간 위치 정보와 각 측정계에서 계측된 기준 마크의 변위량를 이용하여 측정계의 위치를 구하고, 측정계를 이용하여 스팟 빔의 화상 정보를 취득한 후 상기 측정계의 위치와 상기 측정계에서 취득한 화상 정보를 이용하여 스팟 빔의 위치를 계측하는 제어부를 포함한다.
측정계는 복수 개의 기준 마크의 위치 좌표를 측정하는 2D 영상 장치이다.
제어부는 기준 마크 어레이의 기준 마크 간 위치 정보와 각 측정계에서 계측된 기준 마크의 변위량를 이용하여 측정계의 중심 위치 좌표를 구한다.
또한, 제어부는 이동 테이블의 위치 좌표, 측정계의 중심 위치 좌표 및 측정계에서 취득한 화상 정보를 통해 광학계로부터 조사되는 스팟 빔의 위치 좌표를 취득한다.
또한, 제어부는 스팟 빔의 위치 좌표를 2개 이상 취득하여 기판에 마스크 데이터를 패터닝한다.
제안된 마스크리스 노광 장치와 이를 이용한 빔 위치 계측 방법에 의하면, 복수 개의 측정계의 중심 위치 좌표를 취득하여 복수 개의 광학계로부터 투사된 스팟 빔의 위치를 빠른 시간 내에 정확히 계측함으로써 마스크리스 노광을 위해서 마스크 데이터를 생성하는 시간을 단축할 수 있고, 기판의 가공/제조/검사 등을 수행하는 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 일부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 기준 마크 어레이가 장착된 이동 테이블을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 기준 마크 어레이의 각 식별자별 공칭 위치 대비 제작 오차를 측정하여 교정한 테이블을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 제어 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에 설치된 복수 개의 측정계 중 k번째 측정계에서 계측된 마크 위치를 나타낸 제1도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에 설치된 복수 개의 측정계 중 k번째 측정계에서 계측된 마크 위치를 나타낸 제2도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 설치 오차를 가지는 측정계를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 복수 개의 기준 마크가 새겨진 기준 마크 어레이를 이용하여 측정계의 위치 좌표를 취득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 복수 개의 측정계를 이용하여 복수 개의 광학계로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 구하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 일부 구성도이다.
도 1 및 도 2에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치(10)는 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 등 소정의 패턴을 형성하고자 하는 모든 시료: W)이 올려지는 이동 테이블(100)과, 이동 테이블(100)의 상부에 설치되어 이동 테이블(100) 위에 올려진 기판(W)에 스팟 빔을 조사하기 위한 광학계(130)를 포함한다. 광학계(130)는 겐트리(12)에 고정 설치되어 기판(W)에 스팟 빔을 조사하여 원하는 패턴 형상으로 마스크 데이터를 형성한다. 이 광학계(130)는 단수 개 또는 복수 개로 구성된다.
또한, 이동 테이블(100)에는 각 광학계(130)로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 계측하기 위한 측정계(120, BMS; Beam Measurement system)와, 측정계(120)의 위치를 측정하기 위해 복수 개의 기준 마크(FM)가 어레이 형태로 새겨진 기준 마크 어레이(FBA)가 장착된다. 기준 마크 어레이(FBA)에 대해서는　도 3을 참조하여 설명한다.
측정계(120)는 단수 개 또는 복수 개로 구성된 광학계(130)의 개수에 따라 단수 개 또는 복수 개로 구성되고, 단수 개 또는 복수 개의 측정계(120)가 기준 마크 어레이(FBA)의 하단에 위치한다.
이러한 측정계(120)는 X방향과 Y방향으로 이동하는 2자유도(X, Y)를 가지며, 기판(W)이 올려지는 이동 테이블(100)은 XY 스테이지(110;이하, 스테이지라 한다)의 동작에 따라 X방향과 Y방향으로 이동하는 2자유도(X, Y)를 가진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 기준 마크 어레이가 장착된 이동 테이블을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 기준 마크 어레이의 각 식별자별 공칭 위치 대비 제작 오차를 측정하여 교정한 테이블을 나타낸 도면이다.
도 3에서, 기준 마크 어레이(FBA; Fiducial BMS mark Array)는 각 측정계(120)의 위치 좌표(구체적으로, 중심 좌표)를 취득하기 위해 측정계(120)의 위치 측정을 위한 기준 마크(FM; Fiducial Mark)를 복수 개로 구성하고, 복수 개의 기준 마크(FM)를 어레이 형태로 제작하여 이동 테이블(100) 위에 장착한다.
기준 마크 어레이(FBA)에는 복수 개의 기준 마크(FM)가 서로 정해진 간격을 가지면서 M(rows) ×　n(columns) 형태의 2차원 배열로 새겨져 있다. 복수 개의 기준 마크(FM)는 각 측정계(120)의 위치 좌표를 취득하기 위한 기준 마크로 사용된다. 이때 기준 마크 어레이(FBA)에 2차원 배열로 새겨지는 복수 개의 기준 마크(FM)는 기준 마크(FM)의 각 식별자별 공칭 위치 대비 제작 오차를 측정하여 도 4에 도시한 바와 같이, 교정 정보를 확보한 교정 테이블을 가지고, 이 교정 테이블에 따라 제작 오차에 대한 교정이 완료된 기준 정렬 마크의 역할을 수행할 수 있어야 한다.
한편, 실제 제작에서는 복수 개의 측정계가 위치하는 근방에만 기준 마크 어레이(FBA)를 배치하는 것이 효율적이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치의 제어 구성도이다.
도 5에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치(10)는　스테이지(110), 측정계(120), 광학계(130), 정렬계(140), 마크 촬상부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
스테이지(110; stage)는 노광하고자 기판(W)을 이동 테이블(100) 위에 올려 놓고 X방향과 Y방향으로 이송하는 장치로, 이동 테이블(100) 위의 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM) 내에 스팟 빔이 측정계(120)의 화상 영상(F.O.V:Field Of View) 내에 위치하도록 제어부(160)의 지시에 따라 이동 테이블(100)을 이송시킨다.
측정계(120)는 이동 테이블(100)의 하측에 장착되고, 스테이지(110)의 동작에 따라 X방향과 Y방향으로 이동하면서 이동 테이블(100) 위의 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM)의 위치와 스팟 빔의 위치를 계측하는 2D 영상 장치이다.
이러한 측정계(120)는 XY의 자유도가 있어 미세 조정이 가능하고, XY 미세 조정을 통해 측정계(120)의 중심과 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM)의 중심을 최대한 일치시킨다. 또한 측정계(120)는 광축(Z) 방향으로 오토 포커스(Auto Focus) 기능을 갖는다.
광학계(130)는 스테이지(110)의 일측에 고정 설치되고, 가상의 마스크(VM)의 패턴을 형성시키기 위한 패턴 형성광을 복수의 스팟 빔으로 기판(W)에 노광하는 것으로, 노광을 위한 레이저 광을 출력하는 광원(135), 광원(135)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, ±2˚)의 범위에서 기울어진다. 각 마이크로 미러의 온/오프 제어는 후술하는 제어부(170)에 의해 각각 제어된다. 온 상태의 마이크로 미러에 의해 반사된 광은 기판(W) 위의 노광 대상물(보통 PR:Photoresist)을　노광시키고, 오프 상태의 마이크로 미러에 의해 반사된 광은 기판(W)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.
광원(135)은 반도체 레이저 또는 자외선 램프 등을 포함한다. 이 레이저 광은 광학계(130)를 통해 이동 테이블(100)에 올려진 기판(W)으로 출력된다.
그리고, 광학계(130)는 제2프로젝션 렌즈(134)에서 투과된 복수의 스팟 빔에 의해 형성된 패턴을 갖는 가상의 마스크(VM)를 생성한다.
가상의 마스크(VM)는　물리적으로 존재하는 마스크가 아닌, 복수의 스팟 빔이 미리 저장된 패턴에 대응하여 광 변조소자(131)에서 온/오프되어 패턴을 형성하여 만들어진 것이다. 가상의 마스크(VM)는 스테이지(110)를 주사 방향(Y축 방향)으로 스캐닝하고 부주사 방향(X축 방향)으로 스텝핑하여 기판(S)에 형성시킬 패터닝 크기를 갖는다.
이렇게 구성된 마스크리스 노광 장치(10)는 광원(135)에서 광을 출력하고, 광 변조소자(131)에서 광원(135)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 스팟 빔들로 분리하여 집광시키고, 제2프로젝션 렌즈(134)에서 멀티 렌즈 어레이(133)에서 집광된 광의 해상도를 조정하여 투과시킴으로써 노광을 수행한다.
정렬계(140)는 스테이지(110)의 상측에 마련되어 있고, 기판(W)에 새겨진 정렬 마크(AM; Align Mark)의 위치를 계측하는 오프 액시스(off-axis) 방식의 스코프(ASU; Alignment Scope Unit)이다.
마크 촬상부(150)는 정렬계(140)의 상측에 마련되어, 기판(W)에 새겨진 정렬　마크(AM)를 촬상하고, 촬상된 영상을 제어부(160)로 전송한다. 이때, 제어부(160)의 지시에 따라 마크 촬상부(150)를 통해 정렬 마크(AM)가 촬상될 때까지 스테이지(110)의 이동이 제어된다.
제어부(160)는 이동 테이블(100) 위의 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 복수 개의 기준 마크(FM)를 이용하여 각 측정계(120)의 위치 좌표를 구한다. 이는 각 측정계(120)의 XY 미세 조정을 통해 측정계(120)의 중심과 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM)의 중심을 최대한 일치시켜 각 측정계(120)의 위치 좌표를 취득하는 것이다. 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM) 내에 스팟 빔이 측정계(120)의 화상 영상(F.O.V:Field Of View) 내에 위치하도록 이동 테이블(100)을 이송시켜　각 측정계(120)를 통해 각각의 광학계(130)로부터 조사되는 스팟 빔의 위치를 계측한다.
따라서, 제어부(160)는 각 측정계(120)의 위치 좌표와 각 측정계(120)에서 계측한 스팟 빔의 위치에 따라 마스크 데이터를 생성하여 미세 패턴을 기판(W)에 패터닝한다.
이하에서는 복수 개의 측정계(120)와 복수 개의 광학계(130)를 설치한 마스크리스 노광 장치(10)에서 각 광학계(130)로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 계측하는 방법을 설명하도록 한다.
각 광학계(130)로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 계측하기에 앞서 각 측정계(120)의 설치 오차에 따른 기준 마크(FM)의 위치와 각 측정계(120)의 위치를 알아야 한다.
먼저, 각 측정계(120)의 설치 오차에 따른 기준 마크(FM)의 위치를 구하는 방법을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에 설치된 복수 개의 측정계 중 k번째 측정계에서 계측된 마크 위치를 나타낸 제1도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에 설치된 복수 개의 측정계 중 k번째 측정계에서 계측된 마크 위치를 나타낸 제2도면이다.
도 6 및 도 7에서, k번째 측정계(120)의 화상 영상(F.O.V)에서 이동 테이블(100) 위의 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM)를 계측하는데, 기준 마크(FM)를 계측하기 위하여 정의된 물리량은 아래와 같다.
Σ S (X S , Y S )는 스테이지(110)의 동체 고정 좌표계(이하, 스테이지 좌표계라 한다)이다.
Σ BMS (Σ V )는 k번째 측정계(120; BMS)의 동체 고정 좌표계(이하, 화상 좌표계라 한다)이다.
여기서, k는 0, 1, 2 .... 이다.
도 6은 k번째 측정계(120)가 이상적으로 장착된 경우를 나타낸 것으로, k번째 측정계(120)의 각 방향(i, j)에 대한 자세가 스테이지 좌표계(Σ S )와 일치하게 장착된 즉, 측정계(120)의 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00001
)가 0인 이상적인 경우를 나타낸 것이다.
도 7은 k번째 측정계(120)가 일반적으로 장착된 경우를 나타낸 것으로, k번째 측정계(120)의 각 방향(i, j)에 대한 자세가 스테이지 좌표계(Σ S )에 대해 조립 및 장착 시 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00002
)의 각도를 가지고 장착된 경우를 나타낸 것이다.
일반적으로, 각 측정계(120)는 도 6에 도시한 바와 같이 스테이지 좌표계(Σ S )와 자세가 일치하게 장착되지 않고, 도 7에 도시한 바와 같이 스테이지 좌표계(Σ S )를 기준으로 할 때 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00003
)의 각도로 회전하여 장착된다.
이러한 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00004
)로 각각의 측정계(120)에서 각 광학계(130)로부터 기판(W)에 조사된 스팟 빔의 위치를 정확히 계측할 수 없기 때문에 각각의 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00005
)를 가지고 장착된 복수 개의 측정계(120)의 위치 좌표를 취득해야 한다. 이를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 설치 오차를 가지는 측정계를 나타낸 도면이다.
도 8에서, 측정계(120)는 측정계(120)의 중심과 기준 마크 어레이(FBA)에 새겨진 기준 마크(FM)의 중심이 최대한 일치되도록 X방향과 Y방향으로 미세 조정시켰으나, 설명의 편의상 과장하여 표현한 것으로　이동 테이블(100)에 대해 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00006
)와 정렬 오차(mis-alignment: dk)를 가지고 있는 경우를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 복수 개의 기준 마크가 새겨진 기준 마크 어레이를 이용하여 측정계의 위치 좌표를 취득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 9에서, 측정계(120)는 복수 개(예를 들어, 6개)의 측정계(120)를 사용하며, 각각의 측정계(120)는 설치 오차(
Figure 112011064511137-pat00007
)를 가지고 있다고 가정한다.
도 9의 이동 테이블(100) 위의 기준 마크 어레이(FBA) 내에 있는 사각형은 각 측정계(120)의 화상 영상(F.O.V)을 의미한다. 복수 개의 측정계(120)를 사용하는 이유는 복수 개의 광학계(130)로부터 조사되는 스팟 빔의 위치를 동시에 취득하기 위함이며, 더 많은 측정계(120)를 사용할수록 복수 개의 광학계(130)로부터 조사되는 스팟 빔의 위치를 취득하는 시간을 그만큼 감소할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 복수 개의 기준 마크(FM)를 이용하여 각 측정계(120)의 중심 위치 좌표를 취득하기 위하여 정의된 물리량은 아래와 같다.
Σ FBA (Σ F )는 기준 마크 어레이(FBA)의 동체 고정 좌표계(이하, 어레이 좌표계라 한다)이다.
Σ M (X M , Y M )는 이동 테이블(100)의 동체 고정 좌표계(이하, 이동 좌표계라 한다)이다. 이동 좌표계(Σ M )의 원점은 이동 테이블(100) 위에 있는 임의의 점으로, 이동 좌표계(Σ M )의 원점은 설계상의 의미있는 임의의 위치일 수 있으며 기준 마크 어레이(FBA)의　왼쪽 상단의 기준 마크(FM)일 수도 있다.
Σ O (X O , Y O )는 이동 테이블(100)에 놓여진 작업 대상물(W)의 위치 및 자세 취득을 위한 기준 좌표계로, 이동 테이블(100)에 마련되어 있다.
이때, 이동 좌표계(Σ M )에 대한 각 측정계(120)의 중심 위치 좌표를 M qk =0,1,....라고 하고, 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 각 측정계(120)의 중심 위치 좌표를 S qk =0,1,....라고 한다.
M qk, S qk는 k번째 측정계(120)의 중심 위치 좌표로서, 기준 마크 어레이(FBA)의 기준 마크(FM) 간 위치 정보와 각 측정계(120)에서 취득된 화상 정보를 통해 측정계(120)의 중심 위치 좌표로부터 벗어난 기준 마크(FM)의 변위량를 구하여　아래의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 정의된다.
[수학식 1]
Figure 112011064511137-pat00008
[수학식 2]
Figure 112011064511137-pat00009
[수학식 1]과 [수학식 2]에서, F Pk, F PF는 도 3의 교정 테이블에서 제공하는 제작 오차를 교정시킨 위치 벡터로, F Pk는 어레이 좌표계(Σ F )에 대한 이동 테이블(100) 위의 k번째 측정계(120)의 기준 마크 위치 벡터이고, F PF는 어레이 좌표계(Σ F )에 대한 이동 테이블(100) 위의 임의의 기준 마크의 위치 벡터이며, 본 실시예에서는 기준 마크 어레이(FBA)의 왼쪽 상단의 기준 마크 위치 벡터로 설명하였다.
또한, α는 기준 마크 어레이(FBA)를 이동 테이블(100)에 장착 시, 스테이지 좌표계(Σ S ) 대비 틀어진 조립 오차 각도이고, 는 k번째 측정계(120)의 스테이지 좌표계(Σ S ) 대비 틀어진 조립 오차 각도이며, R은 회전 변환 행렬이고, BMSK dk는 k번째 측정계(120)에서 측정된 기준 마크 어레이(FBA) 위에 위치한 기준 마크(FM)의 　측정계(120) 중심으로부터 벗어난 변위량이고, S rM은 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 이동 테이블(100)의 위치이다.
이와 같이, 각 측정계(120)의 설치 오차(
Figure 112017015537104-pat00010
)와 기준 마크 어레이(FBA)의 조립 오차(α)에 따른 각 측정계(120)의 중심 위치 좌표를 취득하면, 각 측정계(120)를 이용하여 복수 개의 광학계(130)로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 취득할 수 있게 된다. 이를 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크리스 노광 장치에서 복수 개의 측정계를 이용하여 복수 개의 광학계로부터 조사된 스팟 빔의 위치를 구하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10에서, 각 측정계(120)에서 계측된 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 스팟 빔의 위치( S r i)는 아래의 [수학식 3]과 같이 정의한다.
[수학식 3]
Figure 112011064511137-pat00011
[수학식 3]에 위의 [수학식 1]를 통해 구해진 이동 좌표계(Σ M )에 대한 각 측정계(120)의 중심 위치 좌표( M qk)를 대입하면, 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 스팟 빔의 위치를 아래의 [수학식 4]와 같이 취득할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011064511137-pat00012
[수학식 4]에서, S ri는 각 측정계(120)에서 측정된 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 i번째 스팟 빔의 위치이고, S rM은 스테이지(110)의 피드백 신호를 통해 취득한 이동 테이블(100)의 위치이고,
Figure 112011064511137-pat00013
는 이동 좌표계(Σ M )에 대한 각 측정계(120)의 중심 위치 좌표이고, R(
Figure 112011064511137-pat00014
)· BMSK di는 각 측정계(120)에서 취득한 i번째 스팟 빔의 변위량에 대한 화상 정보( S d)이다.
[수학식 4]와 같이, 이동 테이블(100)의 위치( S r M), 각 측정계(120)의 위치( M qk), 각 측정계(120)에서 취득한 화상 정보( S d)를 통해 복수 개의 광학계(130)로부터 기판(W)에 조사된 i번째 스팟 빔의 위치( S r i)를 최종적으로 취득한다.
S r i에서 i=1, 2.....번째 스팟 빔의 변위를 의미한다.
복수 개의 광학계(130)로부터 기판(W)에 조사된 스팟 빔의 위치( S r i =1,2)를 2개 취득하면 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 스팟 빔의 위치를 계측할 수 있다. 한편 2개를 초과하는 스팟 빔의 위치( S r i =1,2...)를 취득하면 최소자승법을 이용하여 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 스팟 빔의 위치를 계측할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 복수 개의 측정계(120) 중 k번째 측정계(120)를 이용하여 복수 개의 광학계(120)로부터 조사된 스팟 빔의 위치( S r i)를 취득하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 복수 개의 측정계(120)를 이용하여 복수 개의 광학계(120)로부터 조사된 스팟 빔의 위치( S r i)를 각각 취득할 수 있다. 이 경우 복수 개의 측정계(120)의 위치( M qk =0,1,2...)는 미리 결정되어 있어야 하며, 각 측정계(120)에서 취득한 화상 정보( S d)도 병렬 처리가 가능해야 한다(만일 각 측정계에서 화상 정보를 순차적으로 빨리 처리할 수 있다면 준-병렬 처리로 간주할 수 있다). 복수 개의 측정계(120)를 이용하면 복수 개의 광학계(120)로부터 조사된 스팟 빔의 위치( S r i)를 보다 빨리 취득할 수 있어 빠른 시간 내에 스테이지 좌표계(Σ S )에 대한 스팟 빔의 위치를 계측할 수 있게 된다.
10　: 마스크리스 노광 장치　　　100 : 이동 테이블
110 : 스테이지　　　　　　　　　　　　　　120 : 측정계
130 : 광학계　　　　　　　　　　　　　　　　140 : 정렬계
160 : 제어부　　　　　　　　　　　

Claims (21)

  1. 마스크리스 노광에서 광학계의 스팟 빔 위치를 계측하는 방법에 있어서,
    이동 테이블에 복수 개의 기준 마크가 새겨진 기준 마크 어레이와 복수 개의 측정계를 장착하고;
    복수 개의 상기 측정계를 이용하여 상기 기준 마크 어레이에 새겨진 복수 개의 상기 기준 마크의 위치를 계측하고;
    상기 기준 마크 어레이의 상기 기준 마크 간 위치 정보와 상기 각 측정계에서 계측된 상기 기준 마크의 변위량를 이용하여 상기 측정계의 중심 위치 좌표를 구하고;
    상기 측정계를 이용하여 상기 광학계로부터 조사되는 상기 스팟 빔의 화상 정보를 취득하고;
    상기 이동 테이블의 위치,　상기 측정계의 위치 및 상기 측정계에서 취득한 화상 정보를 이용하여 상기 스팟 빔의 위치를 계측하는 것을 포함하는 빔 위치 계측 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정계는 X방향과 Y방향의 미세 조정을 통해 상기 측정계의 중심과 임의의 상기 기준 마크의 중심을 일치시키는 빔 위치 계측 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정계의 위치를 구하는 것은,
    상기 기준 마크 어레이의 상기 기준 마크 간 위치 정보와 상기 각 측정계에서 취득된 화상 정보를 통해 상기 측정계의 중심 위치 좌표로부터 벗어난 상기 기준 마크의 변위량를 구하여 상기 측정계의 중심 위치 좌표를 구하는 빔 위치 계측 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스팟 빔의 위치를 계측하는 것은,
    상기 이동 테이블의 위치 좌표, 상기 측정계의 중심 위치 좌표 및 상기 측정계에서 취득한 상기 스팟 빔의 화상 정보를 통해 상기 광학계로부터 조사되는 상기 스팟 빔의 위치 좌표를 계측하는 빔 위치 계측 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 계측한 스팟 빔의 위치 정보로부터 마스크 데이터를 생성하여 상기 이동 테이블에 올려진 기판에 패터닝하는 것을 더 포함하는 빔 위치 계측 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판에 패터닝하는 것은,
    상기 스팟 빔의 위치 좌표를 2개 이상 취득하여 상기 기판에 상기 마스크 데이터를 패터닝하는 빔 위치 계측 방법.
  11. 기판을 이송시키는 이동 테이블;
    상기 기판에 패터닝하기 위해 스팟 빔을 투사하는 광학계;
    상기 이동 테이블에 장착되고, 복수 개의 기준 마크가 새겨진 기준 마크 어레이;
    상기 기준 마크 어레이에 새겨진 상기 복수 개의 기준 마크의 위치를 계측하는 측정계;
    상기 기준 마크 어레이의 상기 기준 마크 간 위치 정보와 상기 측정계에서 계측된 상기 기준 마크의 변위량를 이용하여　상기 측정계의 위치를 구하고, 상기 측정계를 이용하여 상기 스팟 빔의 화상 정보를 취득한 후 상기 측정계의 위치와 상기 측정계에서 취득한 화상 정보를 이용하여 상기 스팟 빔의 위치를 계측하는 제어부를 포함하는 마스크리스 노광 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측정계는 상기 기준 마크 어레이의 하단에 장착되는 마스크리스 노광 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 측정계는 X방향, Y방향, Z방향으로 이동하는 3자유도(X, Y, Z)를 가지는 마스크리스 노광 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    상기 복수 개의 측정계는 상기 광학계의 개수와 동일하거나 그 이상 또는 그 이하로 설치하는 마스크리스 노광 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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