KR20090039602A - 노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 재료로 된 프린트 배선 기판에 특유의 불균일과 또 비교적 큰 변형을 갖는 기판에 대해서도 최적의 위치맞춤이 가능한 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전체변배 유니트(2)는 xy 방향 동일의 배율로 포토 마스크(7)의 패턴을 배율 Sw로 확대 축소시키고, 편변배 유니트(1)는 전체변배 유니트(2)와 독립하여 임의의 일 방향 ω에서 소정의 배율 So로 포토 마스크 패턴을 신축시키고, 얼라이먼트 스코프(4)는 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)의 위치 어긋남 αi, βi를 검출한다. 위치 어긋남 신호 αi, βi는 연산 제어장치(3)에 보내지고, 얼라이먼트에 필요한 파라미터인 편변배 배율 Sw,, 편변배 방향 ω가 계산되고, 또 전체변배 배율 Sw, 기판의 회전량 θ, 기판의 트랜스레이션 Ox, Oy가 계산되어, 여기에 근거하여 편변배 유니트(1), 전체변배 유니트(2), 노광 스테이지(6)가 제어되어 얼라이먼트가 이루어진다.

노광장치, 얼라이먼트, 위치맞춤, 프린트 배선기판.

Description

노광장치{Exposing device}

본 발명은 프린트 배선 기판용 노광장치에 관한 것이다.

포토 레지스트(photo resist)와 같은 감광재료를 도포한 기판의 표면에 소정의 패턴(pattern)을 노광시키고, 레지스터를 감광시킨 후 에칭공정에 의해서 기판 위에 패턴을 형성하는 포토리소그라피 방법(photolithographic method)은 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 분야에서 널리 알려져 왔으나, 최근의 전자 기기의 고성능, 다기능, 소형화에 맞지 않는 배선 패턴이 세선화되고, 프린트 배선 기판(print circuit board)의 형성에도 이 포토리소그라피 방법이 사용되어 지고 있다.

프린트 배선 기판은 그 기재(기판)가 유기 재료로 이루어지기 때문에, 반도체 웨이퍼 기재인 실리콘이나 액정 기판의 기재인 유리와는 다르고, 기재의 신축량이 크며, 또한 프린트 배선 기판의 패턴 배치에 따라서는 동박(銅箔)의 유무 등에 의해 그 신축에 큰 방향성을 가지는 경우가 있다.

또 상기 패턴 배선의 미세화에 맞지 않는 포토 마스크 패턴과 기판 패턴과의 얼라이먼트 정밀도도 점점 더 엄격하게 요구되어 지고 있다.

이와 같이 프린트 배선 기판에 특유의 기판 신축·변형을 흡수하여 고 정밀도의 얼라이먼트를 실현시키기 위해서 본 출원인은 일본국 특개2003-222795호, 특개2003-223003호에서 포토마스크의 패턴을 광학적으로 전방향 동일의 신축량으로 배율 보정시키고, 동시에 이들과 독립하여 임의의 방향으로 소정의 신축량으로 배율을 보정하여 기판 상에 노광시키는 기술을 제안한 바 있다.

한편, 반도체 웨이퍼의 투영 노광장치로는, 예를 들어 일본국 특개소 61-44429호와 특공평 6-69017호에서 포토 마스크 패턴과 기판의 위치 어긋남 검출 데이터로부터 최적의 얼라이먼트를 이룰 수 있도록 위치 맞춤 모델과 위치 맞춤이 쓰이는 파라미터와 최적의 얼라이먼트 풀이를 도출하는 방법이 제안되어 있다.

(특허문헌 1)일본국 특개2003-222795호

(특허문헌 2)일본국 특개2003-223003호

(특허문헌 3)일본국 특개소 61-44429호

(특허문헌 4)일본국 특공평 6-69017호

그러나, 상기 특허문헌 1 및 2에 나타나 있는 기술에 있어서는 최적의 얼라이먼트를 가능케 하는 배율 보정량을 결정하기 위한 명확한 방법이 없고, 얼라이먼트의 정밀도 향상에 한계가 있는 문제점이 있다.

그 때문에 특허문헌 3 및 4에서 개시된 바와 같은 반도체 웨이퍼 투영 노광장치의 얼라이먼트 모델 식을 적용하는 방법이 고려되어 지고 있으나, 반도체 웨이퍼의 투영 노광장치의 얼라이먼트 모델 식은 기판 신축이 적은 반도체 웨이퍼를 전제로 한 것이기 때문에 기판 신축이 크고, 또 신축량이 기판의 방향성에 따라 틀리는 프린트 배선 기판의 노광에는 적용될 수 없다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결함을 그 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 패턴을 프린트 배선 기판에 노광시키는 투영 노광장치로서, 소정의 패턴을 그린 포토 마스크와 상기 포토 마스크의 패턴을 프린트 배선 기판에 투영 노광시키는 투영 노광 수단과, 상기 포토 마스크에 그려진 위치 맞춤용 마스크 마크와 상기 프린트 배선 기판에 설치된 위치 맞춤용 기판 마크와, 상기 포토 마스크와 프린트 배선 기판과의 사이에 위치하여 상기 패턴을 광축 중심을 원점으로 하는 xy 좌표계에 있어서 임의의 일 방향에 임의의 배율로 보정하는 광학계와, 상기 마스크 마크와 기판 마크와의 어긋남을 검출하는 수단과, 상기 검출된 어굿남에 근거하여 상기 임의의 일 방향인 편변배방향(片變倍方向) ω와 상기 임의의 배율로 된 편변배배율 S₀를 결정하는 수단과, 상기 결정수단에 의한 결정에 근거하여 편변배방향 ω와 편변배배율 S₀를 설정하는 수단 등을 구비하고, 상기 결정수단이 편변배배율 S₀와 편변배방향 ω를 계수로 하여 이를 포함하는 프린트 배선 기판의 변형 모델 관수를 설정하고, 이 변형 모델 관수에 근거하여 최소 2승법에 의해 상기 편변배배율 S₀와 편변배방향 ω를 구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포토 마스크와 프린트 배선 기판과의 사이에 위치하고, 상기 패턴을 광축 중심을 원점으로 하는 xy 좌표계에 있어서, 전 방향으로 동일한 임의의 배율로 보정된 전체변배광학계를 구비하고, 상기 결정수단이 상기 편변배배율 S₀와 편변배방향 ω에 추가하여 여기에 이 전체변배 광학계에 의해 보정되는 상기 임의의 배율인 전체 변배배율 Sw를 계수로 하여 이를 포함하는 변형 모델관수를 설정하는 구성을 갖도록 하는 것도 가능하다.

여기에, 투영렌즈 광학계의 광축 중심을 원점으로 하는 x-y좌표계에 있어서, 임의의 일 방향에 대해서만 소정의 스케일링으로 배율 보정을 하는 것을 편변배라 한다. 또한, 투영 렌즈 광학계의 광축 중심을 원점으로 하는 x-y좌표계에 있어서, 전 방향에 대해서 동일의 스케일링으로 배율 보정을 하는 것을 전체변배라 한다.

더욱이, 상기 결정수단은 프린트 배선 기판을 회전시키는 로테이션 θ와 프 린트 배선을 xy 방향으로 평행 이동시키는 트랜스레이션 Ox, Oy를 다시 계수로 하여 이를 포함하는 변형 모델관수를 설정하는 하는 것도 가능하다.

상기한 관수(關數)로는 바람직한 실시형태에서는 다음의 식과 같이 사용된다.

여기서, xi, yi는 포토 마스크에 배치시키는 마스크 마크를 포함하는 패턴의 보정전 좌표이고, Xi, Yi는 포토 마스크에 배치되는 마스크 마크를 포함하는 패턴의 보정후 좌표이다. 이들 xi, yi 및 Xi, Yi와 상기 검출수단에 의해 검출되는 마스크 마크와 기판 마크와의 어긋남 αi, βi는 다음 식으로 표시할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 노광장치에 의하면, 신축량이 크고 또 이 신축량이 기판의 방향성에 따라 서로 다른 프린트 배선 기판인 경우에도 기판의 신축 특성에 합치하는 얼라이먼트가 가능하고, 고 정밀도의 얼라이먼트를 수행할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1에서, 노광 스테이지(6)에 얹혀 있는 프린트 배선 기판(8) 위에 포토 마스크(7)에 그려진 소정의 패턴을 광원(도시 생략)에서의 노광 광에 의해 편변배 유니트(1)와 전체변배 유니트(2)와 투영 렌즈(5)에 의해서 노광하도록 구성되어 있다.

포토 마스크(7)는 마스크 스테이지(도시 생략) 위에 고정되어 있다.

포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)에는 각각의 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)가 형성되어 있고, 상기 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)를 얼라이먼트 스코프(4)를 써서 촬상시키고, 연산 제어장치(3)에 의해 스테이지 구동장치(60)를 제거하며, 노광 스테이지(6)를 xy 방향 및 θ 방향으로 이동시켜 포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)과의 위치 맞춤을 하도록 구성되어 있다. 즉, 투영 렌즈(5)의 광축 중심과 포토 마스크(7)의 중심이 합치되도록 하여 노광 스테이지(6)의 xy 방향과 포토 마스크(7)의 패턴이 합치되도록 마스크 얼라이먼트 동작이 이루어지도록 구성되어 있다.

연산 제어장치(3)는 이 노광장치의 전체 제어를 행하도록 되어 있고, 편변배 구동장치(10)와 전체변배 구동장치(20)의 제어로 편변배 유니트(1) 및 전체변배 유니트(2)의 배율 조정을 하도록 구성되어 있다.

전체변배 유니트(2)는 xy 방향 동일 배율로 포토 마스크(7)의 패턴을 확대 축소하는 구성으로 되어 있고, 전체변배 구동장치(20)에 의해서 연산 제어장치(3)에 의해 제어되고, 소정의 배율로 포토 마스크(7)의 패턴을 전방향 동일하게 확대 축소시킨다. 이 배율(스케일링)을 Sw라 한다.

편변배 유니트(1)는 전체변배 유니트(2)와는 독립하여 임의의 일 방향 ω로 소정의 배율(스케일링) So를 이용하여 포토 마스크 패턴을 신축시킬 수 있게 되고, 편변배 구동장치(10)를 통해서 연산 제어장치(3)에 의해 제어되며, 소정의 방향 ω로 배율 So로 포토 마스크(7)의 패턴을 신축시켜 프린트 배선 기판(8) 위에 노광하도록 구성되어 있다.

얼라이먼트 스코프(4)는 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)의 위치 어긋남 αi, βi를 검출하기 위한 것이고, 마스크 마크(70) 및 기판 마크(80)의 수에 대응하는 개수로 설치되어 있다. 도 1에 있어서는 간단하게 하기 위해, 얼라이먼트 스코프(4)를 1개만 도시하고 있으나, 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)는 통상 노광 에리어 내에 복수 개소에 배치되어 있고, 그 배치 개수 분 만큼 얼라이먼트 스코프(4)가 존재한다.

복수의 얼라이먼트 스코프(4)에 의해 검출된 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)의 위치 어긋남 신호 αi, βi는 연산 제어장치(3)로 보내어져 얼라이먼트에 필요한 파라미터가 계산되어 지고, 얼라이먼트를 행하는 각 유니트에 전달된다.

노광 스테이지(6)는 스텝과 리프트 노광 동작을 하기 위한 기판의 스텝 동작을 하도록 함과 동시에 얼라이먼트 동작 시에는 프린트 배선 기판(8)의 패턴의 회 전 θ와 트랜스레이션 동작, 즉 x 방향 및 y 방향의 평행 이동을 하도록 한다. 이 회전 θ는 포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)의 회전 방향의 어긋남을 해소시키기 위해서 행하여 지며, 또 트랜스레이션은 포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)의 중심이 서로 어긋나는 것을 해소하기 위해서 행하여 지는 것으로 시프트(오셋트 량)를 보정하는 동작이다. 이 트랜스미션을 Ox, Oy라고 한다.

이상의 동작을 행하기 위하여 노광 스테이지(6)는 스테이지 구동장치(60)에 의해 xy 방향의 평행이동 및 θ 방향의 회동을 하도록 구성되어 있다.

이상의 구성에 의해서 복수의 얼라이먼트 스코프(4)에 의해 검출된 포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)과의 위치 어긋남 신호 αi, βi에 의해 포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)은 최적의 위치 맞춤이 이루어지도록 노광 스테이지(6)와 편변배 구동장치(10) 및 전체변배 구동장치(20)의 구동 제어량을 산출하고, 이 구동제어량에 근거하여 얼라이먼트가 이루어진다. 얼라이먼트 결과가 소정의 정밀도 범위 내에 있게 되면 포토 마스크(7) 위에 있는 패턴을 프린트 배선 기판(8) 위에 투영 렌즈(5)에 의해 전사되고 노광 동작이 이루어지게 된다.

연산 제어장치(3)의 얼라이먼트에 필요한 파라미터의 연산처리에 대해 설명한다.

먼저, 전체변배 유니트(2)의 얼라이먼트 모델을 구축한다. 전체변배 유니트(2)는 포토 마스크(7)의 패턴을 전 방향 동일의 배율로 확대 축소시키는 광학계이고, x 방향과 y 방향 다 같이 동일한 스케일링을 하기 위해 상기 특허문헌 등에서 예시된 종래 모델의 x 방향 스케일링 Sx와 y 방향의 스케일링 Sy가 Sx = Sy = Sw가 되도록 한다(도 2의 1).

이때의 모델은 식 1의 매트릭스로 나타낼 수 있다.

다음에 편변배 유니트(1)에 대해서는 기판이 임의의 각도 ω로 변형된 것을 가정하여 편변배 배율 So를 적용한다. 모델로서는 일도 각도 ω 회전시켜 편의적으로 x 방향만을 편변배 배율 So를 적용하는 것을 고려한다. 그 후로 본래의 임의의 각도 ω 방향의 스케일링으로 변환시키기 위하여 다시 각도 ω 회전시켜 임의의 각도 ω 방향만을 편변배 배율 So를 적용하는 것이 가능하게 된다. 최종의 스케일링 이메이지는 도 2의 3과 같이 나타낼 수 있다.

이상의 조작을 매트릭스 형식의 모델로 나타내면 식 2와 같이 된다. 또한 편의적으로 y 방향만을 편변배 배율 So를 적용하는 것을 고려하더라도 결과는 같게 된다는 것은 매트릭스의 간단한 계산으로부터 쉽게 알 수 있다.

최후로, 기판 위의 패턴의 로테이션 θ(도 2의 2)와 트랜스레이션 Ox, Oy는 반도체 웨이퍼의 얼라이먼트 모델과 동일하기 때문에 종래 기술의 모델을 그대로 이용할 수 있다.

이상을 모두 총합하여 보면, 도 1에 도시된 실시예에서 얼라이먼트 모델 식은 식 3으로 나타내어 질 수 있다.

연산 제어장치(3)는 상기 모델 식에 얼라이먼트 스코프(4)로 검출된 포토 마스크(7)와 프린트 배선 기판(8)의 각각의 위치에서 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)의 어긋남 데이터를 적용하여 최소 2승법을 적용하는 것으로 얼라이먼트의 합에 필요한 각 파라미터: So, ω, Sw, θ, Ox, Oy를 산출한다.

연산 제어장치(3)는 이 산출 결과에 근거하여 편변배 구동장치(10), 전체변배 구동장치(20), 스테이지 구동장치(60)에 지령을 주어, 편변배 유니트(1), 전체변배 유니트(2), 및 노광 스테이지(6)를 구동시켜 고정밀도의 얼라이먼트를 실행할 수 있다.

그러나, 수학식 3에 나타나 있는 얼라이먼트 모델 식은 본 발명의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 편변배 유니트(1)와 전체변배 유니트(2)와 동등한 기능을 가지며, 또 각 유니트가 독립한 구성으로 되어 있으면 다른 실시예의 경우에도 적 용이 가능하다.

도 3에 상기 동작의 플로우챠트를 나타낸다.

얼라이먼트 스코프(4)에 의해 복수의 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)의 어긋남 량을 검출하고(스텝 S1), 상기 어긋남 량이 정밀도의 범위 이내인가 아닌가를 체크한다(스텝 S2). 정밀도의 범위 이내이면 노광을 실행한다(스텝 S5).

정밀도 이내가 아닌 경우, 검출한 어긋남 량과 상기한 모델 식에 근거하여 노광 스테이지(6)의 xy 방향 및 회전 방향의 보정량 Ox, Oy 및 θ를 산출한다. 동시에 편변배 배율 So, 편변배 방향 ω, 전체변배 배율 Sw를 산출하고(스텝 S3), 이 산출 결과에 근거하여 편변배 유니트(1), 전체변배 유니트(2), 노광 스테이지(6)를 제어한다(스텝 S4).

다시 얼라이먼트 스코프(4)에 의해서 복수의 마스크 마크(70)와 기판 마크(80)의 어긋남 량을 검출하고(스텝 S1), 이 어긋남 량이 정밀도 이내에 있으면 노광을 실행한다(스텝 S5). 정밀도 이내가 아닌 경우, 정밀도 이내가 될 때까지 스텝 S3, 스텝 S4를 반복하도록 한다.

상기 수학식 3의 각 파라미터 So, ω, Sw, θ, Ox, Oy를 최소 2승법으로 푼 결과의 식을 얼라이먼트 어긋남 데이터와의 관수로 하여 아래에 기술한다.

수학식 3은 다음과 같이 바꾸어 기술할 수 있다.

θ를 1차로 근사치로 하면

여기서,

로 치환하면, (계측이 되지 않는 진짜 관계식)

계측되는 것은 계측 등의 오차를 포함하는 마스크 마크(70)와 기판 마크(80) 와의 어긋남 량 αi, βi이고, 다음 식으로 표시할 수 있다.

로 치환하여,

최소 2승법을 사용하여 각각 0이 되는 A, B, C, D, E, F를 구한다.

식을 정리하면 아래와 같다. 다만, N은 마스크 마크(70) (또는 기판 마크(80))의 마크 갯수이다.

A, B, C, D, E, F는 위에서 정의한 바와 같기 때문에, 각 파라미터 So, ω, Sw, θ, Ox, Oy를 구할 수 있다.

각 파라미터를 A, B, C, D, E, F를 써서 표시하면 다음과 같다.

ω에 대하여,

Sw, So에 대하여

도 1은 본 발명의 일 실시형태를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 얼라이먼트 모델의 각 변수의 설명도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시형태의 동작을 나타내는 플로우 챠트 도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 편변배 유니트 2 : 전체변배 유니트

3 : 연산 제어 장치 4 : 얼라이먼트 스코프

5 : 투영 렌즈 6 : 노광 스테이지

7 : 포토 마스크 8 : 프린트 배선 기판

10 : 편변배 구동장치 20 : 전체변배 구동장치

60 : 스테이지 구동장치 70 : 마스크 마크

80 : 기판 마크

Claims (4)

1. 소정의 패턴을 프린트 배선 기판에 노광시키는 투영 노광장치로서,

   소정의 패턴을 그린 포토 마스크와,

   상기 포토 마스크의 패턴을 프린트 배선 기판에 투영 노광시키는 투영 노광 수단과,

   상기 포토 마스크에 그려진 위치 맞춤용 마스크 마크와,

   상기 프린트 배선 기판에 설치된 위치 맞춤용 기판 마크와,

   상기 포토 마스크와 프린트 배선 기판과의 사이에 위치하여, 상기 패턴을 광축 중심을 원점으로 하는 xy 좌표계에 있어서 임의의 일 방향으로 임의의 배율로 보정하는 광학계와,

   상기 마스크 마크와 기판 마크와의 어긋남을 검출하는 수단과,

   상기 검출된 어굿남에 근거하여 상기 임의의 일 방향인 편변배방향(片變倍方向) ω와 상기 임의의 배율인 편변배배율 S₀를 결정하는 수단과,

   상기 결정수단에 의한 결정에 근거하여 편변배방향 ω와 편변배배율 S₀를 설정하는 수단을 구비하고,

   상기 결정수단이 편변배배율 S₀와 편변배방향 ω를 계수로 하여 포함하는 프린트 배선 기판의 변형 모델 관수를 설정하고, 이 관수를 근거로 하여 최소 2승법에 의해 상기 편변배배율 S₀와 편변배방향 ω를 구하는 것을 특징으로 하는 투영 노 광장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 포토 마스크와 프린트 배선 기판과의 사이에 위치하고, 상기 패턴을 광축 중심을 원점으로 하는 xy 좌표계에서 전 방향으로 동일한 임의의 배율로 보정되는 전체변배광학계를 구비하고,

   상기 결정하는 수단이 상기 편변배배율 S₀와 편변배방향 ω에 추가하여 다시 이 전체변배 광학계에 의해 보정되는 상기 임의의 배율인 전체 변배배율 Sw를 계수로 하여 포함하는 변형 모델관수를 설정하는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 결정하는 수단은 프린트 배선 기판을 회전시키는 로테이션 θ와 프린트 배선을 xy 방향으로 평행 이동시키는 트랜스레이션 Ox, Oy를 다시 계수로 하여 포함하는 변형 모델관수를 설정함을 특징으로 하는 투영 노광장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 증 어느 한 항에 있어서,

   상기한 관수(關數)가 다음 식으로 표현됨을 특징으로 하는 투영 노광장치.

   

   단:

   xi, yi: 포토 마스크에 배치시키는 마스크 마크를 포함하는 패턴의 보정전 좌표,

   Xi, Yi: 포토 마스크에 배치되는 마스크 마크를 포함하는 패턴의 보정후 좌표임.

Images