KR20060001577A - 노광시스템용 포커스 테스트마스크 및 이를 이용한노광시스템의 최적 포커스 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광시스템의 최적포커스를 손쉽게 측정할 수 있는 노광시스템용 포커스 테스트마스크에 관한 것으로, 빛에 대해 투명한 기판과 상기 기판 상에 형성되고, 가운데를 중심을 기준으로 양측으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 감소하는 차광패턴을 포함하여 구성된다.

Description

노광시스템용 포커스 테스트마스크 및 이를 이용한 노광시스템의 최적 포커스 측정방법{TEST MASK FOR FOCUSING OF EXPOSING SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING OPTIMUM FOCUS OF EXPOSING SYSTEM}

도1~도3은 종래 포커스 테스트마스크에 형성된 차광패턴의 모양을 나타낸 도면.

도4는 본 발명에 의한 포커스 테스트마스크에 형성된 차광패턴의 모양을 나타낸 도면.

도5는 도4에 도시된 차광패턴의 상세도면.

도6은 본 발명에 의한 노광장치의 최적포커스 측정방법을 나타낸 흐름도.

도7은 포커스변화에 따른 대상물에 형성된 감광패턴의 길이를 그래프로 나타낸 도면.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 투명기판 150: 차광패턴

본 발명은 테스트마스크(test mask for focusing)에 관한 것으로, 특히, 노 광시스템의 최적포커스를 정확하고, 용이하게 측정할 수 있는 노광시스템용 포커스 테스트마스크 및 이를 이용한 포커스측정방법에 관한 것이다.

고화질, 저전력의 평판표시소자(flat panel display device)로서 주로 액정표시소자가 사용되고 있다. 액정표시소자는 박막트랜지스터 어레이기판과 칼라필터 기판이 대향하여 균일한 간격을 갖도록 합착되며, 그 박막트랜지스터 어레이 기판과 칼라필터 기판 사이에 액정층이 형성된다.

박막트랜지스터 어레이기판은 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 그 단위화소에는 박막트랜지스터, 화소전극 및 커패시터가 형성되고, 상기 칼라필터기판은 상기 화소전극과 함께 액정층에 전계를 인가하는 공통전극과 실제 칼라를 구현하는 RGB 칼라필터 및 블랙매트릭스가 형성되어 있다.

한편, 상기 박막트랜지스터 어레이기판과 칼라필터기판의 대향면에는 배향막이 형성되고, 러빙이 실시되어 상기 액정층이 일정한 방향으로 배열되도록 한다. 이때, 액정은 박막트랜지스터 어레이 기판의 단위 화소별로 형성된 화소전극과 칼라필터 기판의 전면에 형성된 공통전극 사이에 전계가 인가될 경우에 유전 이방성에 의해 회전함으로써, 단위화소별로 빛을 통과사키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.

이와 같이 구성된 액정표시소자는 노광시스템을 이용한 포토리소그래피공정(photolithography process)에 의해서 제작되며, 상기 포토리소그래피공정은 감광(Photo-Resist) 도포공정, 정렬과 노광 및 현상으로 이루어지는 사진공정, 세정공정등과 같은 연속공정으로 이루어진다. 실질적으로, 포토리소그래 피공정은 액정표시소자 뿐만 아니라, 반도체소자를 제작하는 공정에서 사용되고 있다.

특히, 액정표시소자 및 반도체소자를 제조하기 위한 사진공정에 있어서, 패턴의 임계치수(Critical Dimension) 및 프로파일(profile)은 사용되는 노광시스템의 포커싱 정도에 따라 크게 변화한다. 이러한 변화는 노광 파장이 짧아질수록 더욱 심해지기 때문에 노광시스템의 포커스측정 및 관리는 사진공정에 있어서 대단히 중요하다.

현재 사용되는 노광시스템은 대부분 자동 포커싱장치를 구비하여 노광공정이 진행되는 동안 최적의 포커싱이 이루어지도록 조절된다. 그러나, 노광공정이 계속적으로 진행됨에 따라, 자동 포커싱장치가 최적의 포커싱으로 감지하였음에도 불구하고 실제 패턴에서는 최적의 포커싱이 이루어지지 않아 불량한 패턴이 형성될 수 있다. 따라서, 자동 포커싱장치는 최적의 포커싱을 감지할 수 있도록 일정한 주기로 또는 가끔씩 적절한 값으로 보정될 필요가 있다. 이러한 자동 포커싱장치의 최적 포커싱 감지기준의 변화는 피사체인 기판표면의 단차와 기판 위에 형성되어 있는 박막의 불균일성 때문에 발생된다. 또한, 상기 최적 포커싱 감지기준의 변화는, 패턴이 투영(projection) 광학계에 의해 형성되는 반면에 자동 포커싱은 이와는 별도의 광학계에 의해 이루어짐으로써, 두 광학계 사이의 보정이 잘못되었을 경우에도 발생될 수 있다.

투영 광학시스템의 최적 포커싱을 측정하는 가장 일반적인 방법으로는 노광장치에서 포커싱을 바꾸어가며 특정한 형태의 테스트패턴을 기판 위에 형성한 후, 패턴의 임계치수와 프로파일의 변화를 확인하는 방법이 있다.

도1~도3은 종래 포커스 테스트패턴 형성용 마스크의 패턴을 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래는 테스트패턴 형성용 마스크의 패턴은 일정한 두께를 갖는 스트라이프 구조(10,20)(도1 및 도2참조), 또는 콘택홀형태의 구조(30)로 형성된다(도3참조).

상기한 바와 같이, 패터닝된 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 테스트패턴이 형성되는 정도를 측정하고, 패턴의 정밀도가 가장 높은 패턴을 선정한 후, 이 패턴이 형성된 포커스 설정치의 중심지점을 최적의 포커스로 판단하여 이를 노광시스템에 보정하게 된다.

그러나, 이러한 방법은 보통 주사 전자 현미경을 이용하여 작업자가 육안으로 판별하기 때문에 장시간이 소요되며 작업자마다 개인차가 존재하여 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 노광시스템의 최적포커스를 정확하고, 용이하게 측정할 수 있는 노광시스템용 포커스 테스트마스크를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 포커스 테스트마스크를 이용한 포커스측정방법을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광시스템용 포커스 테스트마스크는 빛에 대해 투명한 기판 및 상기 기판 상에 형성되고, 가운데를 기준으로 양측으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 감소하는 차광패턴을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 차광패턴은 가운데를 기준으로 좌우대칭이거나, 상하대칭인 구조를 가진다. 또한, 상기 차광패턴의 총길이는 100㎛의 길이로 형성할 수 있으나, 상기 차광패턴의 길이는 얼마든지 변경할 수 있으며, 본 발명에서 상기 차광패턴의 길이를 한정하지는 않는다.

또한, 본 발명에 의한 노광시스템의 포커스 측정방법은빛에 대해 투명한 기판 및 상기 기판 상에 형성되고, 가운데를 중심을 기준으로 양측으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 감소하는 차광패턴이 형성된 포커스 테스트마스크를 노광시스템의 포커스랜즈 상부에 제공하는 단계와, 상기 포커스 테스트마스크를 노광하여 상기 포커스 테스트패턴을 상기 포커스렌즈를 통하여 감광막이 도포된 기판의 표면에 투영시키는 단계 및 상기 기판의 표면에 투영된 포커스 테스트패턴의 길이를 측정하는 단계로 이루어진다.

이때, 상기 포커스렌즈의 포커스를 달리하면서 상기 포커스 테스트마스크를 노광하여 상기 포커스 테스트패턴을 상기 포커스렌즈를 통하여 감광막이 도포된 기판의 표면에 투영시키는 단계 및 상기 기판의 표면에 투영된 포커스 테스트패턴의 길이를 측정하는 단계를 반복하여 실시하며, 상기 기판 상에 형성된 포커스테스트 패턴의 길이가 가장 길게 측정된 포커스를 최적의 포커스로 선택한다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 노광시스템의 최적포커스를 쉽고 신속하게 측정할 수 있는 포커스 테스트마스크를 제공한다. 본 발명에 의한 포커스 테스트마스크는 양측으로 갈수록 그 두께가 점점 감소하는 차광패턴이 형성되기 때문에, 상기 테스트마스크를 통해 대상물에 형성된 테스트패턴의 길이를 측정함으로써, 정확한 포커스를 측정할 수 있도록 한다. 즉, 대상물, 예컨데 감광막이 도포된 기판 상에 포커스 테스트마스크를 투영시켜 기판 상에 포커스 테스트패턴을 형성할 경우, 포커스의 차이에 따라 상기 기판에 형성되는 테스트패턴의 길이가 달라지게 된다. 예를 들어, 포커스 테스트마스크에 형성된 차광패턴의 길이를 100㎛로 가정할 때, 디포커스가 발생할 경우에는 기판에 형성된 패턴의 길이가 100㎛보다 짧게 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 통해 본 발명에 대하여 좀더 좀더 상세하게 설명하도록 한다.

도4는 본 발명에 의한 포커스 테스트마스크의 일부를 나타낸 평면도이다.

도4를 참조하며, 본 발명에 따른 노광시스템용 포커스 테스트마스크(100)는 빛에 대해 투명한 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 형성된 포커스 테스트용 차광패턴(150)으로 구성된다. 이때, 상기 차광패턴(150)은 가운데를 기준으로 양측으로 갈수록 두께가 점점 작아지는 형태로 형성되며, 가운데를 중심으로 좌우패턴의 형태가 대칭을 이룬다.

상기한 바와 같은 차광패턴(150)은 투명한 기판(110) 상에 반복적으로 형성되며, 그 양쪽 끝단의 형태가 미세한 돌출형태를 이룬다.

도5는 차광패턴(150)을 상세하게 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 차광패턴(150)은 양측 말단으로 갈수록 두께가 얇게 형성되는 다이아몬드 형태를 가진다. 이때, 상기 차광패턴(150)은 가운데를 기준으로 좌우방향의 패턴이 대칭을 이루고 있으나, 상기 차광패턴(150)은 세로방향으로 배열될 수도 있다.

즉, 도면에 나타내진 않았지만, 상기 차광패턴(150)이 세로방향으로 형성된 경우, 차광패턴(150)의 상하방향으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태를 가지게 되며, 가운데를 기준으로 상하방향의 패턴이 대칭을 이루게된다.

한편, 상기 차광패턴(150)의 길이는 예를들어, 100㎛로 형성할 수 있으며, 상기 차광패턴(150)의 길이는 얼마든지 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 차광패턴(150)의 길이를 특정한 값으로 한정하지는 않는다.

상기한 바와 같은 포커스 테스트마스크의 차광패턴은 포커스변화에 민감하게 변화하는 구조로, 이를 사용하면, 노광시스템의 포커스를 정확하게 측정할 수가 있게 된다.

즉, 상기 도4 및 도5에 도시된 포커스 테스트마스크와 일반적인 노광시스템을 사용하여 대상물(여기서, 대상물은 포토레지스타막이 도포된 기판을 의미한다.) 상에 차광패턴을 투영시킬 경우, 포커스가 최적의 상태를 유지하면, 차광패턴 동일한 형태의 테스트패턴이 형성된다.

그러나, 노광시스템에서 디포커스가 발생할 경우에는, 정상패턴에 비해 말단이 짧아진 패턴이 형성된다. 특히, 디포커스 정도가 클수록 테스트패턴의 길이는 짧아지게 된다. 여기서, 정상패턴은 최적의 포커스가 이루어진 상태에서 상기 차광 패턴과 동일한 길이를 갖도록 형성된 패턴을 의미한다.

도6은 최적 포커스를 측정하는 방법을 나타낸 흐름도로, 상기 도면을 통해 본 발명의 포커스 테스트패턴을 이용한 노광시스템의 포커스측정방법을 좀더 상세하도록 한다. 여기서, 일반적인 노광시스템은 광을 제공하는 광원, 그리고 포커스렌즈 및 노광될 투영대상물, 예컨데 감광막이 도포된 기판을 포함하게 된다.

먼저, 포커스 테스트마스크와 투명 대상을 노광시스템의 스테이지에 로딩한다(S1).

그리고, 광원으로부터 빛을 포커스 테스트마스크에 조사하여 상기 마스크에 형성되어 있는 차광패턴을 포커스렌즈를 통해 대상물에 투영시킨 후, 베이킹 및 현상공정등과 같은 통상적인 공정을 거쳐 대상물 상에 투영된 테스트패턴, 예컨데 기판 표면에 감광패턴을 형성한다(S2).

이어서, 상기 대상물에 형성된 감광패턴의 길이를 측정한다(S3). 이때, 포커스를 바꾸어가며 S2와 S3단계를 반복하여 실시한다.

그리고, 상기 감광패턴의 길이가 상기 포커스 테스트패턴의 길이와 가장 인접하는 포커스를 최적의 포커스로 선택한다(S4). 이때, 상기 감광의 패턴은 별도로 마련된 CD(Critical Demension)측정기로 측정하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 대상물에 형성된 패턴에 대하여 작업자가 현미경을 사용하지 않고, CD측정기를 통해 패턴의 길이를 측정하기 때문에 종래에 비해 측정시간을 단축시킬 수 있는 잇점이 있다.

도7은 상기 S2~S3단계를 통해 포커스 변화에 따른 감광패턴의 길이를 측정한 그래프를 개략적으로 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 대상물에 형성된 테스트패턴(감광패턴)의 길이가 가장 길게 측정된 지점의 포커스가 최적의 포커스가 된다. 아울러, 상기 포커스 마스크에 형성된 차광패턴은 포커스의 변동에 따라 대상물에 형성되는 테스트패턴의 길이가 크게 변화하기 때문에, 최적포커스를 용이하게 찾을 수가 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기본 개념은 포커스의 변화에 따라 민감하게 반응할 수 있는 포커스 테스트마스크를 제공하는 것으로, 특히, 양측으로 갈수록 그 양측으로 갈수록 두께가 점차적으로 작아지는 구조를 갖는 차광패턴이 형성된 포커스 테스트마스크를 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 포커스의 미세한 변화에 대하여 패턴의 길이가 크게 변화하는 형태의 마스크패턴을 사용함에 따라, 노광장치의 최적포커스를 용이하게 선택할 수가 있다. 따라서, 작업자의 숙련도에 상관없이 누구나 최적포커스를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명은 CD측정기를 통해 패턴의 길이를 측정하기 함으로써, 종래에 비해 최적으로 포커스를 측정하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 빛에 대해 투명한 기판; 및

   상기 기판 상에 형성되고, 가운데를 중심을 기준으로 양측으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 감소하는 차광패턴을 포함하여 구성된 노광시스템용 포커스 테스트마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 차광패턴은 가운데를 기준으로 좌우대칭인 구조인 것을 특징으로 하는 노광시스템용 포커스 테스트마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 차광패턴은 가운데를 기준으로 상하대칭인 구조인 것을 특징으로 하는 노광시스템용 포커스 테스트마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 차광패턴의 총길이는 100㎛인 것을 특징으로 하는 노광시스템용 포커스 테스트마스크.
5. 빛에 대해 투명한 기판 및 상기 기판 상에 형성되고, 가운데를 중심을 기준으로 양측으로 갈수록 그 두께가 점점 감소하는 차광패턴이 형성된 포커스 테스트마스크를 노광시스템의 포커스랜즈(focus lense) 상부에 제공하는 단계;

   상기 포커스 테스트마스크를 노광하여 상기 포커스 테스트패턴을 상기 포커 스렌즈를 통하여 감광막이 도포된 기판의 표면에 투영시키는 단계; 및

   상기 기판의 표면에 투영된 포커스 테스트패턴의 길이를 측정하는 단계로 이루어지는 노광시스템의 포커스 측정방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 포커스렌즈의 포커스를 달리하면서 상기 포커스 테스트마스크를 노광하여 상기 포커스 테스트패턴을 상기 포커스렌즈를 통하여 감광막이 도포된 기판의 표면에 투영시키는 단계 및 상기 기판의 표면에 투영된 포커스 테스트패턴의 길이를 측정하는 단계를 반복하여 실시하는 것을 특징으로 하는 노광시스템의 포커스 측정방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 포커스테스트패턴의 길이가 가장 길게 측정된 포커스를 최적의 포커스로 선택하는 것을 특징으로 하는 포커스 측정방법.

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