KR20140062600A - 마스크리스 노광장비 및 이의 왜곡차 측정 및 매칭방법 - Google Patents

마스크리스 노광장비 및 이의 왜곡차 측정 및 매칭방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크리스 노광장비에 관한 것으로, 특히 오버레이 매칭 성능이 향상된 마스크리스 노광장비 및 이의 왜곡차 측정 및 매칭방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 마스크리스 노광장비의 일측에 빔 위치 측정부를 더욱 구비하여, 마스크리스 노광장비를 셋업(setup)한 후, 또는 노광공정 전, 후에 기판 상에 조사되는 노광빔의 위치 및 사이즈 등을 수시로 검사함으로써, 마스크 없이 원하는 패턴 형상으로 기판 상의 포토레지스트를 노광할 수 있는 동시에 마이크로 미러의 위치 및 각도 오차를 반영한 노광빔의 위치를 신속하게 측정할 수 있다.
이를 통해, 마스크리스 노광공정의 노광빔의 크로스토크 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하는 패턴을 형성할 수 있다.

Description

마스크리스 노광장비 및 이의 왜곡차 측정 및 매칭방법{Maskless lithographic apparatus and inspecting method of distrosion and matching thereof}
본 발명은 마스크리스 노광장비에 관한 것으로, 특히 오버레이 매칭 성능이 향상된 마스크리스 노광장비 및 이의 왜곡차 측정 및 매칭방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
한편, 이 같은 평판표시장치 제조공정에는 기판 표면에 박막트랜지스터와 같이 소정물질의 박막층을 형성하는 박막증착(deposition)공정, 박막의 선택된 일부를 노출시키는 포토리소그라피(photo lithography)공정, 박막의 노출된 부분을 제거하여 목적하는 형태로 패터닝(patterning) 하는 식각(etching) 공정이 수 차례 반복 포함되며, 그 외에도 세정과 절단 등의 수많은 공정이 수반된다.
여기서 포토리소그라피 공정은 박막이 증착된 기판 상에 포토레지스트(photo-resist, 이하 PR이라 함)를 도포 한 후, 목적하는 형태의 패턴이 형성된 마스크(mask)를 대면시켜 노광(exposing) 및 현상(developing)함으로써, 마스크의 패턴과 동일한 형상의 PR 패턴을 형성하는 것이다.
그러나, 이러한 노광공정은 그 공정이 매우 까다롭고 복잡하여 긴 제조시간을 필요로 하고 높은 제조비용을 요하게 되며, 특히, 최근 고해상도의 표시장치가 요구됨에 따라 고해상도의 미세회로 패턴을 노광하기 위한 마스크의 제작비용 및 관리비용 또한 증가하게 되므로, 마스크 방식 노광공정의 제조비용은 기하급수적으로 증가하게 된다.
따라서, 최근에는 마스크 방식의 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 마스크제작비용이 들지 않으며, 초미세회로를 구현할 수 있는 마스크리스(maskless) 노광공정이 부각되고 있는 추세이다.
마스크리스 노광공정은 DMD(Digital Micro-mirror Device)을 이용하여 제어신호로 만들어진 패턴 정보를 가지고, DMD의 다수의 마이크로 미러가 일정한 각도를 가지고 입사되는 빔을 원하는 각도로 보내고, 그 외의 빔은 다른 각도로 보냄으로써 필요한 빔만을 이용하여 기판에 전사시키는 방식을 통해 패턴을 노광한다.
한편, 평판표시장치의 박막트랜지스터와 같은 다층의 박막층을 형성하기 위해서는 적어도 20개 이상의 상이한 패턴을 기판 상에 조사해야 한다.
이때, 각 공정 단계에 따라 요구되는 정밀도를 고려하여 서로 다른 마스크리스 노광장비를 사용하게 되는데, 이러한 마스크리스 노광장비는 공정의 효율성을 향상시키기 위하여 여러 번의 스텝(step)이동 및 스캔(scan)이 필수적이다.
그러나, 다수개의 노광장비들은 여러 번의 이동 및 스캔을 진행해야 하므로, 노광장비들 간의 기계적 특성차 또는 광학적 특성차에 의해 얼라인 오차가 발생하게 된다.
특히, 프로젝션 렌즈의 왜곡(distortion) 차가 발생하게 되는데, 이를 통해 여러 종류의 노광장비를 통해 형성된 층들 간 중첩 오정렬에 의한 오버레이 미스 매칭(overlayer mis matching)이 발생하게 된다.
이를 통해 최종적으로 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하지 않게 되는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마스크 없이 원하는 패턴 형상으로 기판 상의 포토레지스트를 노광할 수 있는 동시에 노광장비들 간의 오버레이 매칭(overlayer matching) 성능을 향상시키고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 공정의 효율성을 향상시키고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, 최종적으로 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하는 패턴을 형성하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판이 안착되는 스테이지와; 상기 스테이지 상부에 위치하며, 복수의 마이크로 미러를 포함하는 DMD(digital micro-mirror device)와, 상기 마이크로 미러(micro-mirror)로부터 반사된 노광빔의 해상도를 조정하여 투과시키는 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함하는 제 1 노광헤드부와; 상기 스테이지의 일측의 상기 프로젝션 렌즈 상부에 위치하며, 상기 노광빔의 위치 좌표를 검출하는 좌표마스크와, 상기 프로젝션 렌즈를 투과하는 상기 노광빔의 위치 오차 및 방향 위치를 검출하는 슬릿마스크와, 상기 슬릿마스크에 의해 검출되는 상기 노광빔의 광량 신호를 검출하는 카메라를 포함하는 오버레이 매칭부를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비를 제공한다.
이때, 상기 노광빔의 상기 위치 오차 및 상기 방향 위치를 통해 상기 프로젝션 렌즈의 왜곡(distortion)차를 산출하며, 상기 좌표마스크와 상기 슬릿마스크는 상기 제 1 노광헤드부의 노광유효영역에 대응되는 사이즈를 갖는다.
그리고, 상기 좌표마스크 상에는 상기 마이크로 미러와 대응되며 제 1 사이즈를 갖는 좌표슬릿홀이 형성되어 있으며, 상기 슬릿마스크 상에는 상기 좌표슬릿홀과 대응되며, 상기 제 1 사이즈에 비해 큰 제 2 사이즈를 갖는 검출용 슬릿홀이 형성되어 있으며, 상기 카메라는 상기 검출용 슬릿홀을 투과하는 상기 노광빔의 위치를 통해 광량 신호를 검출하며, 상기 광량 신호를 통해 상기 노광빔의 상기 위치 오차 및 상기 방향 위치를 산출한다.
또한, 상기 제 1 노광헤드부의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출한 후, 제 2 노광헤드부의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출하고, 상기 제 1 노광헤드부와 상기 제 2 노광헤드부의 프로젝션 렌즈의 왜곡차가 매칭(matching)되도록 보정하며, 상기 카메라는 이동부에 장착된다.
또한, 상기 노광헤드부는 상기 마이크로 미러로 노광빔을 제공하는 광원과, 상기 마이크로 미러에 의해 반사된 상기 노광빔을 빔스폿 어레이(beam spot array) 형태로 상기 기판 상에 전달하고자 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array), 스페셜 필터(special filter)를 포함한다.
또한, 본 발명은 기판이 안착되는 스테이지와; 상기 스테이지 상부에 위치하며, 복수의 마이크로 미러를 포함하는 DMD(digital micro-mirror device)와, 상기 마이크로 미러(micro-mirror)로부터 반사된 노광빔의 해상도를 조정하여 투과시키는 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함하는 제 1 노광헤드부와; 상기 스테이지의 일측의 상기 프로젝션 렌즈 상부에 위치하며, 상기 노광빔의 위치 좌표를 검출하는 좌표마스크와, 상기 프로젝션 렌즈를 투과하는 상기 노광빔의 위치 오차 및 방향 위치를 검출하는 슬릿마스크와, 상기 슬릿마스크에 의해 검출되는 상기 노광빔의 광량 신호를 검출하는 카메라를 포함하는 오버레이 매칭부를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비를 이용한 마스크리스(maskless) 노광장비의 왜곡차 측정 및 매칭방법에 있어서, 상기 노광빔을 상기 좌표마스크에 대응하여 조사하여, 상기 노광빔의 위치 좌표를 검출하는 단계와; 상기 노광빔을 상기 프로젝션 렌즈와 상기 슬릿마스크를 순차적으로 투과시키는 단계와; 상기 카메라를 이용하여 상기 슬릿마스크를 투과하는 상기 노광빔의 광량 신호를 검출하는 단계와; 상기 광량 신호를 통해 상기 노광빔의 위치 좌표 및 방향 위치를 산출하는 단계와; 상기 노광빔의 위치 좌표 및 방향 위치를 통해 상기 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출하는 단계와; 상기 산출된 상기 프로젝션 렌즈의 왜곡차와 제 2 노광헤드부의 프로젝션 렌즈 왜곡차를 보정하여 매칭시키는 단계를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비의 왜곡차 측정 및 매칭방법을 제공한다.
이때, 상기 좌표마스크 상에는 상기 마이크로 미러와 대응되며 제 1 사이즈를 갖는 좌표슬릿홀이 형성되어 있으며, 상기 슬릿마스크 상에는 상기 좌표슬릿홀과 대응되며, 상기 제 1 사이즈에 비해 큰 제 2 사이즈를 갖는 검출용 슬릿홀이 형성되어 있다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 마스크리스 노광장비의 스테이지의 일측으로 오버레이 매칭부를 더욱 구비하여, 다수의 마스크리스 노광장비의 스텝이동 또는 스캔 후의 노광공정 전에 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 검사하여, 다수의 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 매칭시킨 후, 노광공정을 진행함으로써, 이를 통해, 오버레이 미스 매칭이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 최종적으로는 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하는 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장비를 개략적으로 도시한 정면도.
도 2는 도 1의 마스크리스 노광장비에 의한 빔스폿 어레이를 나타낸 평면도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 매칭부를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3b와 도 3c는 본 발명의 실시예에 의한 오버레이 매칭부를 통해 프로젝션 렌즈의 왜곡차을 검출하는 개념을 설명한 도면.
도 4a ~ 4c는 본 발명의 실시예에 의한 오버레이 매칭부에서 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 보정하는 개념을 설명하기 위한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장비를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 2는 도 1의 마스크리스 노광장비에 의한 빔스폿 어레이를 나타낸 평면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장비(100)는 크게 하나 이상의 노광헤드부(200)와, 처리대상물인 기판(111)을 이동시키는 스테이지(120)를 포함한다.
여기서, 처리대상물인 기판(111) 상에는 패턴 형성 재료 즉, 포토레지스트가 도포된 상태이며, 이러한 기판(111)은 스테이지(120) 상에 안착된 상태로 도면상으로 정의한 Y축 방향으로 왕복 이동 가능하다.
이러한 기판(111) 상부에는 포토레지스트를 노광하기 위한 노광헤드부(200)가 위치하며, 각 노광헤드부(200)는, 노광빔(L)을 제공하는 광원(210), 광원(210)으로부터 제공된 노광빔(L)을 노광 패턴에 따라 변조하는 디지털 마이크로 미러 디바이스(digital micro-mirror device : DMD, 220), DMD(220)로부터 전달된 변조된 노광빔(L)을 빔스폿 어레이(beam spot array : 240) 형태로 기판(111) 상에 전달하는 노광 광학계(230)를 포함한다.
광원(210)은 반도체 레이저 또는 자외선 램프 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, DMD(220)는 SRAM 셀 과 같은 메모리 셀과, 메모리 셀 상에 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 마이크로 미러를 포함하여 이루어지는데, 일예로 마이크로 미러는 1024개 × 768개로 배열될 수 있으며, 각 마이크로 미러의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다.
여기서, 마이크로 미러의 반사율은 약 90%이상인 것이 바람직하며, 그 배열 간격은 세로방향과 가로방향으로 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 일예로 배열 간격은 약 13.7㎛을 가질 수 있다. 이러한 마이크로 미러는, 힌지(hinge) 등의 지지부에 의해 메모리 셀 상에 배치된다.
이러한 DMD(220)는 메모리 셀에 디지털신호가 인가되면, 지지부에 의해 지지된 마이크로 미러가 메모리 셀 표면에 대하여 ±α도(예를 들면 ±12도)의 범위에서 기울어지게 된다. 따라서, 노광 패턴의 정보에 따라 DMD(220)를 구성하는 마이크로 미러의 경사를 제어하게 됨으로써, DMD(220)에 입사하는 노광빔(L)은 각각의 마이크로 미러의 경사에 따라 특정한 방향으로 반사되게 된다.
DMD(220)를 구성하는 각각의 마이크로 미러의 온/오프(on/off) 상태는 외부의 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 일예로 마이크로 미러가 +α도로 경사져 있을 경우 노광빔(L)은 마이크로 미러에 반사되어 노광 광학계(230)를 향하게 되고, 이러한 상태를 온(on) 상태라고 한다. 반대로, 마이크로 미러가 -α도로 경사져 있을 경우 노광빔(L)은 마이크로 미러에 반사되어 광흡수체(미도시)로 향하게 되고, 이러한 상태를 오프(off) 상태라고 한다.
이러한 DMD(220)로부터 반사된 노광빔(L)은 노광 광학계(230)로 전달되어 빔스폿 어레이(240) 형태로 기판(111) 상에 조사되는데, 노광 광학계(230)는 노광빔(L)이 지나가는 경로를 따라 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array : 231), 스페셜 필터(special filter : 233) 그리고 프로젝션 렌즈(projection lens : 235)를 포함한다.
마이크로 렌즈 어레이(231)는 DMD(220)의 마이크로 미러에 대응하는 다수의 마이크로 렌즈가 2차원으로 배열되어서 이루어지는데, DMD(220)가 1024개×768개의 마이크로 미러로 이루어져 있는 경우, 이에 대응하여 마이크로 렌즈도 1024개 × 768개가 배치된다.
이러한 마이크로 렌즈는 배열 간격 또한 DMD(220)의 마이크로 미러의 배열 간격과 대응된다.
이러한 마이크로 렌즈 어레이(231)는 DMD(220)로부터 반사된 노광빔(L)을 복수개의 광들로 분리하여 집광시키는 역할을 한다.
스페셜 필터(233) 또한 마이크로 렌즈 어레이(231)의 마이크로 렌즈에 대응하여 다수의 핀홀이 마이크로 렌즈의 초점면에 2차원적으로 배열된 것으로, 핀홀은 마이크로 렌즈를 통해 포커싱된 빔스폿(241)의 크기를 일정한 크기로 정형화하거나 광학계에서 발생한 잡광(noise)를 차단하는 역할을 한다.
그리고, 프로젝션 렌즈(235)는 마이크로 렌즈 어레이(231)에서 집광된 노광빔(L)들의 해상도를 조정하여 투과시키는 역할을 한다. 예를 들어 마이크로 렌즈 어레이(231)의 초점면에 형성된 다수의 빔스폿(241)을 예를 들어 약 1 배로 기판(111) 상에 결상한다.
여기서, DMD(220) 및 마이크로 렌즈 어레이(231)를 포함하는 노광헤드부(200)는 기판(111)의 스캔방향 즉, 도면상으로 정의한 Y축 방향에 대해 소정의 정렬각으로 기울어져 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 노광헤드부(200)의 배치 각도에 의존하는 빔스폿 어레이(240)의 배열 방향(Y')은 스캔 방향(Y축 방향)에 대하여 소정의 정렬각(θ)으로 기울어져 배치될 경우, 마스크리스 노광장비(100)의 해상도(resolution)를 높일 수 있다.
이때, 마이크로 렌즈 어레이(231)의 초점면에 포커싱되는 노광빔(L)은 원형 또는 타원 형상을 가지게 된다.
이러한 노광빔(L)이 스페셜 필터(233)와 프로젝션 렌즈(235)를 거쳐 기판(111) 상에 결상된 것을 도 2에 도시한 바와 같이 빔스폿 어레이(beam spot array)(240)라고 하며, 빔스폿 어레이(240)는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 빔스폿(241)으로 이루어진다.
즉, DMD(220)에 의해 기판(111) 상에 다수의 빔스폿(241)으로 이루어진 빔스폿 어레이(240)가 형성된다. 빔스폿 어레이(240)의 빔스폿(241)은 DMD(220)의 마이크로 미러 및 마이크로 렌즈 어레이(231)의 마이크로 렌즈에 대응한다. 따라서, DMD(220), 마이크로 렌즈 어레이(231) 및 빔스폿 어레이(240)는 모두 실질적으로 동일한 배열 방향(Y')을 가진다.
본 발명의 실시예에 있어서, DMD(220)가 M 열(column)× N 행(row)의 마이크로 미러로 이루어져 있는 경우, 빔스폿 어레이(240)도 M 열 × N 행의 마이크로 렌즈로 이루어진다. 이때, 빔스폿(241)은 가로 및 세로 방향으로 동일한 간격(D)으로 이격되어 배치될 수 있다.
일예로, 빔스폿(241)의 배열 간격은 약 55㎛이고, 빔스폿(241)은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 약 2.5㎛인 가우시안 분포를 가지는 원형 형성을 가질 수 있다.
그리고, 빔스폿 어레이(240)의 배열방향(Y')은 기판(111)의 스캔방향(Y)에 대하여 소정의 정렬각(θ)을 이루도록 스테이지(120) 또는 노광헤드부(200)가 회전되어, 기판(111)이 스캔 방향(Y)을 따라 움직이는 동안 빔스폿(241)이 기판(111) 상에 결상되는 영역을 따라 스캔라인(243)이 형성된다.
따라서, 스캔방향(Y)과 배열방향(Y')이 소정의 정렬각(θ)을 이루고 배치되면, 빔스폿(241)의 간격(D)은 그대로 유지되지만 이웃하는 스캔라인(243) 간의 거리(A)는 줄어들게 된다. 따라서, 마스크리스 노광장비(100)의 해상도(resolution)를 높이게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에서는 DMD(220)와 마이크로 렌즈 어레이(231)가 1024개 × 768개로 배열되며, 프로젝션 렌즈(235)의 배율을 1배인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 DMD(220)와 마이크로 렌즈 어레이(231)의 배열 및 프로젝션 렌즈(235)의 배율은 원하는 빔스폿(241)의 크기, 노광할 패턴의 최소 형상 사이즈(minimum feature size), 및 노광장치(100)에서 사용할 노광헤드부(200)의 개수에 따라 최적의 배율 조합을 도출할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 기판(111)이 안착된 스테이지(120)가 노광헤드부(200)에 대하여 이동하는 것을 일예로 하였으나, 이에 한정되지 않으며 스테이지(120)는 고정되고 노광헤드부(200)가 이동할 수도 있다. 나아가, 스테이지(120) 및 노광헤드부(200)가 모두 이동할 수도 있다.
또한, 하나의 노광헤드부(200)가 기판(111) 상에 배치되어 있는 것을 일예로 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다수의 노광헤드부(200)가 스테이지(120)의 스캔 방향(Y)에 대하여 수직으로 배열됨으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
따라서, 이러한 마스크리스 노광장비(100)는 노광헤드부(200)의 광원(210)에서 노광빔(L)을 출사하고, DMD(220)에서 광원(210)에서 출사된 노광빔(L)을 적어도 둘 이상의 연속적인 중첩된 패턴들을 갖는 노광빔(L)으로 반사시킨다.
그리고, DMD(220)에 반사된 노광빔(L)을 마이크로 렌즈 어레이(231)에서 복수개의 노광빔(L)으로 분리하여 집광시키고, 스페셜 필터(233)와 프로젝션 렌즈(235)는 마이크로 렌즈 어레이(231)에서 집광된 노광빔(L)들의 해상도를 조정하여 투과시킴으로써, 기판(111) 상의 포토레지스트를 원하는 형태로 노광할 수 있는 것이다.
특히, 본 발명의 실시예에 마스크리스 노광장비(100)는 다수의 마스크리스 노광장비(100)들 간의 기계적 특성차 또는 광학적 특성차에 의한 얼라인 오차를 보상하기 위한 오버레이 매칭부(300)가 스테이지(120)의 일측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 평판표시장치의 박막트랜지스터와 같은 다층의 박막층을 기판(111) 상에 형성하기 위해서는 적어도 20개 이상의 상이한 패턴을 갖는 노광빔(L) 기판(111) 상으로 조사해야 한다.
이때, 각 공정 단계에 따라 요구되는 정밀도를 고려하여 서로 다른 다수의 마스크리스 노광장비(100)를 사용하는 것이 바람직한데, 이러한 다수의 마스크리스 노광장비(100)는 공정의 효율성을 향상시키기 위하여 여러 번의 스텝(step)이동 및 스캔(scan)이 필수적이다.
따라서, 이러한 다수의 마스크리스 노광장비(100)는 얼라인 공정이 매우 중요한데, 각 노광장비(100)들 간의 기계적 특성차 또는 광학적 특성차에 의해 얼라인 오차가 발생하게 된다.
특히, 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡(distortion)차에 의해, 여러 종류의 노광장비(100)를 통해 형성된 층들 간 중첩 오정렬에 의한 오버레이 미스 매칭(overlayer mis matching)이 발생하게 되며, 이를 통해 최종적으로 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하지 않게 된다.
따라서, 본 발명은 스테이지(120)의 일측으로 오버레이 매칭부(300)를 설치함으로써, 다수의 마스크리스 노광장비(100)의 스텝이동 또는 스캔 후의 노광공정 전에 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 검사하여, 다수의 마스크리스 노광장비(100)의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 보정하여 매칭시킨 후, 노광공정을 진행하는 것이다.
이를 통해, 오버레이 미스 매칭이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 최종적으로는 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하는 패턴을 형성할 수 있다.
여기서, 오버레이 매칭부(300)는 노광헤드부(200)의 프로젝션 렌즈(235)의 상부에 위치하여 노광빔(L)의 좌표를 설정하는 좌표마스크(310)와, 스테이지(120)에 고정되거나 또는 분리되게 설치된 슬릿마스크(320) 그리고 슬릿마스크(320)에 천공된 검출용 슬릿홀(321, 도 3a 참조)을 통해 프로젝션 렌즈(235)를 투과한 노광빔(L)의 광량 신호를 검출하는 카메라(330)로 이루어진다.
이에 대해 도 3a ~ 3c를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 매칭부를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3b와 도 3c는 본 발명의 실시예에 의한 오버레이 매칭부를 통해 프로젝션 렌즈의 왜곡차을 검출하는 개념을 설명한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 매칭부(300)는 노광 광학계(도 1의 230)의 상부로 좌표마스크(310)가 위치하고, 노광 광학계(도 1의 230)의 하부로는 슬릿마스크(320)와 슬릿마스크(320)를 투과하는 노광빔(L)의 광량 신호를 검출하기 위한 카메라(330)가 위치한다.
여기서, 노광 광학계(도 1의 230)는 노광빔(L)이 지나가는 경로를 따라 마이크로 렌즈 어레이(도 1의 231), 스페셜 필터(도 1의 233) 그리고 프로젝션 렌즈(235)로 이루어지는데, 좌표마스크(310)는 스페셜 필터(도 1의 233)와 프로젝션 렌즈(235) 사이에 위치할 수도 있으며, 마이크로 렌즈 어레이(도 1의 231) 상부에 위치할 수도 있다.
이러한 좌표마스크(310)는 노광헤드부(도 1의 200)의 유효노광영역에 대응되는 사이즈로 이루어지며, 복수의 좌표슬릿홀(311)이 일정간격 이격하여 형성되어 있다.
복수의 좌표슬릿홀(311)은 좌표마스크(310)의 두께를 가지는 원 모양의 개구부로 이루어지며, 좌표슬릿홀(311)은 DMD(도 1의 220)의 마이크로 미러와 대응되어 위치하며, 구조 및 개수는 DMD(도 1의 220)의 마이크로 미러의 구조와 개수와 동일하게 형성된다.
이때, 좌표슬릿홀(311)의 사이즈는 DMD(도 1의 220)의 마이크로 미러로부터 투영되는 노광빔(L)의 사이즈 보다 작게 형성된다. 따라서, 좌표마스크(311)를 투과하는 노광빔(L)은 좌표슬릿홀(311)에 대응되는 위치를 가지며 좌표마스크(310)를 투과하게 된다.
이를 통해, 좌표마스크(310)를 투과하는 노광빔(L)의 위치 좌표를 확인할 수 있다.
그리고, 슬릿마스크(320) 또한 노광헤드부(도 1의 200)의 유효노광영역에 대응되는 사이즈로 이루어지며, 복수의 검출용 슬릿홀(321)이 일정간격 이격하여 형성되어 있다.
복수의 검출용 슬릿홀(321) 또한 슬릿마스크(320)의 두께를 가지는 원 모양의 개구부로 이루어지며, 검출용 슬릿홀(321)은 좌표마스크(310)의 좌표슬릿홀(311)과 대응되어 위치하며, 구조 및 개수 또한 좌표슬릿홀(311)의 구조와 개수와 동일하게 형성된다.
이때, 검출용 슬릿홀(321)과 좌표슬릿홀(311)의 중심은 서로 대응된다.
그리고 검출용 슬릿홀(321)의 사이즈는 좌표슬릿홀(311)의 사이즈 보다 크게 형성된다. 즉, 검출용 슬릿홀(321)의 지름은 H값을 가지며, 좌표슬릿홀(311)은 지름 h값을 가질 때, 검출용 슬릿홀(321)의 H값은 h값의 2배보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
이를 통해, 좌표슬릿홀(311)을 투과하여 슬릿마스크(320) 상으로 조사되는 노광빔(L)의 구별력을 향상시켜, 보다 정확하게 노광빔(L)의 위치 오차를 파악할 수 있다. 또한, 노광빔(L)의 방향 위치 또한 손쉽게 파악할 수 있다.
따라서, 노광빔(L)의 위치 오차 및 노광빔(L)의 방향 위치를 통해 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡(distortion)차를 산출하게 되고, 이를 통해서 다수의 마스크리스 노광장비(도 1의 100)의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차가 보정되어 매칭되도록 하는 것이다.
이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
여기서, 슬릿마스크(320)는 마스크리스 노광장비(도 1의 100)의 스테이지(도 1의 120)의 일측에 고정되거나 또는 분리되어 설치될 수 있다.
그리고 이러한 슬릿마스크(320) 하부에 위치하는 카메라(330)는 스테이지(도 1의 120)에 고정되거나 또는 분리되어 설치될 수 있으며, 이동부(도 1의 340)를 통해 슬릿마스크(320)의 하부에서 자유로이 이동가능하다.
카메라(330)는 슬릿마스크(320)의 검출용 슬릿홀(321)을 통과한 노광빔(L)을 촬상하여 광량 신호를 검출하게 되며, 검출된 광량 신호를 제어부(미도시)로 전달하여 제어부(미도시)에 의해 노광빔(L)의 위치 오차 및 노광빔(L)의 방향 위치를 검출하게 된다.
또한, 카메라(330)를 통해 검출된 신호의 강도나 편광 방향을 변화시킴으로써, 화상 관찰을 할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장비(도 1의 100)는 스텝이동 또는 스캔한 마스크리스 노광장비(도 1의 100)가 기판(도 1의 111) 상에 노광빔(L)을 조사하기 이전에, 오버레이 매칭부(300)를 통해 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 산출하고, 산출된 왜곡차를 다른 마스크리스 노광장비(도 1의 100)와 매칭되도록 보정한 후, 노광공정을 진행하도록 하는 것이다.
이때, 오버레이 매칭부(300)는 좌표마스크(310)를 통해 일정 위치 좌표를 갖게 되는 노광빔(L)이 프로젝션 렌즈(235)를 투과 후 슬릿마스크(320)의 검출용 슬릿홀(321)에 결상되는 위치를 검출함으로써, 이를 통해 노광빔(L)의 위치 오차 및 방향 위치를 파악하게 된다.
이렇게 검출된 노광빔(L)의 위치 오차 및 방향 위치를 통해 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡(distortion)차를 산출하게 되고, 산출된 왜곡차를 통해 다수의 마스크리스 노광장비(도 1의 100)의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 보정하여 매칭되도록 하는 것이다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 제 1 마스크리스 노광장비가 기판(도 1의 111) 상에 패턴을 형성하기 위하여 위치하면, 제 1 마스크리스 노광장비는 먼저 오버레이 매칭부(300)를 통해 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 산출하게 된다.
즉, 제 1 마스크리스 노광장비의 DMD(도 1의 220)의 마이크로 미러로부터 투영되는 노광빔(L)이 좌표마스크(310)를 투과하도록 하는데, 좌표마스크(310)를 투과하는 노광빔(L)은 좌표마스크(310)의 사이즈 및 위치에 대응되어 좌표마스크(310)를 투과하게 된다.
이렇게 좌표마스크(310)의 좌표슬릿홀(311)을 투과한 노광빔(L)은 좌표슬릿홀(311)의 위치에 대응되어 위치 좌표를 갖게 된다.
이때, 좌표슬릿홀(311)은 슬릿마스크(320)의 검출용 슬릿홀(321)의 중심과 대응되므로, 좌표슬릿홀(311)을 투과하는 노광빔(L)의 좌표는 검출용 슬릿홀(321)의 중심과 대응되게 된다.
그리고 좌표마스크(310)를 투과한 노광빔(L)은 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)를 투과하게 되고, 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)를 통해 해상도가 조정된 노광빔(L)은 슬릿마스크(320)를 투과하게 되는데, 슬릿마스크(320)의 검출용 슬릿홀(321)을 투과하는 노광빔(L)의 위치를 카메라(330)를 통해 촬상하여 광량 신호를 검출하게 된다.
검출된 광량 신호는 제어부(미도시)로 전달되어 이를 통해 제 1 마스크리스 노광장비의 노광빔(L)의 위치 오차 및 노광빔(L)의 방향 위치를 검출하게 되는 것이다.
이때, 좌표슬릿홀(311)의 중심은 검출용 슬릿홀(321)의 중심과 대응되므로, 슬릿마스크(320)를 투과하는 노광빔(L)의 위치가 검출용 슬릿홀(321)의 중심에 정확하게 매칭되어 투과할 경우 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡이 발생되지 않음을 알 수 있다.
그러나, 슬릿마스크(320)를 투과하는 노광빔(L)의 위치가 검출용 슬릿홀(321)의 중심으로부터 벗어나 위치할 경우, 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡이 발생된 것으로, 이때, 발생된 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차의 데이터를 제어부(미도시)로 전달하게 된다.
그리고, 동일 기판(도 1의 111) 상에 다음 공정을 진행하기 위한 제 2 마스크리스 노광장비가 위치하면, 제 2 마스크리스 노광장비 또한 오버레이 매칭부(300)를 통해 프로젝션 렌즈(235) 왜곡차를 산출하게 된다.
이때, 제어부(미도시)에 저장된 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차의 데이터를 통해, 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)와 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 산출하게 되고, 산출된 데이터를 통해 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)와 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차가 매칭되도록 보정하는 것이다.
이때, 제어부에는 왜곡 보정기능을 갖는 수퍼왜곡매칭(super distortion matching : SDM) 서버를 포함할 수 있으며, 프로젝션 렌즈(235)에는 매칭조정 제어기가 구비될 수 있다.
따라서, 슈퍼왜곡매칭 서버는 각 마스크리스 노광장비 마다의 프로젝션 렌즈(235) 데이터를 통해, 프로젝션 렌즈(235)에 탑재된 매칭조정 제어기를 이용해 각 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈(235) 왜곡차를 매칭되도록 할 수 있다.
이를 통해, 다른 마스크리스 노광장비를 통해 형성된 층들 간 중첩 오정렬에 의한 오버레이 미스 매칭(overlayer mis matching)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 최종적으로 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하게 형성할 수 있다.
여기서, 도 4a ~ 4c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 매칭부에서 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 보정하는 원리에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 4a ~ 4c는 본 발명의 실시예에 의한 오버레이 매칭부에서 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 보정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈의 왜곡차가 나타나고, 도 4b에 도시한 바와 같이 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈의 왜곡차가 나타나면, 제 1 및 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈 왜곡차 데이터가 저장된 제어부는 제 1 마스크리스 노광장비와 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출하게 되고, 이때 산출된 왜곡차를 제 2 마스크리스 노광장비로 전달하게 된다.
이를 통해, 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 제 1 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈의 왜곡차와 유사하도록 보정하여 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 매칭시키게 된다.
이와 같은 제 1 및 제 2 마스크리스 노광장비의 프로젝션 렌즈 왜곡차를 매칭시킨 후에는 도 4c에 도시한 바와 같이 제 1 마스크리스 노광장비와 제 2 마스크리스 노광장비 간 프로젝션 렌즈의 왜곡차 패턴이 비슷하도록 조정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장비(도 1의 100)는 스테이지(도 1의 120)의 일측으로 오버레이 매칭부(300)를 더욱 구비함으로써, 다수의 마스크리스 노광장비(도 1의 100)의 스텝이동 또는 스캔 후의 노광공정 전에 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차를 검사하여, 다수의 마스크리스 노광장비(도 1의 100)의 프로젝션 렌즈(235)의 왜곡차가 매칭되도록 보정한 후, 노광공정을 진행하는 것이다.
이를 통해, 오버레이 미스 매칭이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 최종적으로는 설계된 회로패턴과 정밀하게 일치하는 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
235 : 프로젝션 렌즈
300 : 오버레이 매칭부
310 : 좌표마스크, 311 : 좌표슬릿홀
320 : 슬릿마스크, 321 : 검출용 슬릿홀
330 : 카메라

Claims (10)

  1. 기판이 안착되는 스테이지와;
    상기 스테이지 상부에 위치하며, 복수의 마이크로 미러를 포함하는 DMD(digital micro-mirror device)와, 상기 마이크로 미러(micro-mirror)로부터 반사된 노광빔의 해상도를 조정하여 투과시키는 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함하는 제 1 노광헤드부와;
    상기 스테이지의 일측의 상기 프로젝션 렌즈 상부에 위치하며, 상기 노광빔의 위치 좌표를 검출하는 좌표마스크와, 상기 프로젝션 렌즈를 투과하는 상기 노광빔의 위치 오차 및 방향 위치를 검출하는 슬릿마스크와, 상기 슬릿마스크에 의해 검출되는 상기 노광빔의 광량 신호를 검출하는 카메라를 포함하는 오버레이 매칭부
    를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광빔의 상기 위치 오차 및 상기 방향 위치를 통해 상기 프로젝션 렌즈의 왜곡(distortion)차를 산출하는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표마스크와 상기 슬릿마스크는 상기 제 1 노광헤드부의 노광유효영역에 대응되는 사이즈를 갖는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표마스크 상에는 상기 마이크로 미러와 대응되며 제 1 사이즈를 갖는 좌표슬릿홀이 형성되어 있으며, 상기 슬릿마스크 상에는 상기 좌표슬릿홀과 대응되며, 상기 제 1 사이즈에 비해 큰 제 2 사이즈를 갖는 검출용 슬릿홀이 형성되어 있는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 검출용 슬릿홀을 투과하는 상기 노광빔의 위치를 통해 광량 신호를 검출하며, 상기 광량 신호를 통해 상기 노광빔의 상기 위치 오차 및 상기 방향 위치를 산출하는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 노광헤드부의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출한 후, 제 2 노광헤드부의 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출하고, 상기 제 1 노광헤드부와 상기 제 2 노광헤드부의 프로젝션 렌즈의 왜곡차가 매칭(matching)되도록 보정하는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 이동부에 장착되는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광헤드부는 상기 마이크로 미러로 노광빔을 제공하는 광원과, 상기 마이크로 미러에 의해 반사된 상기 노광빔을 빔스폿 어레이(beam spot array) 형태로 상기 기판 상에 전달하고자 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array), 스페셜 필터(special filter)를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비.
  9. 기판이 안착되는 스테이지와; 상기 스테이지 상부에 위치하며, 복수의 마이크로 미러를 포함하는 DMD(digital micro-mirror device)와, 상기 마이크로 미러(micro-mirror)로부터 반사된 노광빔의 해상도를 조정하여 투과시키는 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함하는 제 1 노광헤드부와; 상기 스테이지의 일측의 상기 프로젝션 렌즈 상부에 위치하며, 상기 노광빔의 위치 좌표를 검출하는 좌표마스크와, 상기 프로젝션 렌즈를 투과하는 상기 노광빔의 위치 오차 및 방향 위치를 검출하는 슬릿마스크와, 상기 슬릿마스크에 의해 검출되는 상기 노광빔의 광량 신호를 검출하는 카메라를 포함하는 오버레이 매칭부를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비를 이용한 마스크리스(maskless) 노광장비의 왜곡차 측정 및 매칭방법에 있어서,
    상기 노광빔을 상기 좌표마스크에 대응하여 조사하여, 상기 노광빔의 위치 좌표를 검출하는 단계와;
    상기 노광빔을 상기 프로젝션 렌즈와 상기 슬릿마스크를 순차적으로 투과시키는 단계와;
    상기 카메라를 이용하여 상기 슬릿마스크를 투과하는 상기 노광빔의 광량 신호를 검출하는 단계와;
    상기 광량 신호를 통해 상기 노광빔의 위치 좌표 및 방향 위치를 산출하는 단계와;
    상기 노광빔의 위치 좌표 및 방향 위치를 통해 상기 프로젝션 렌즈의 왜곡차를 산출하는 단계와;
    상기 산출된 상기 프로젝션 렌즈의 왜곡차와 제 2 노광헤드부의 프로젝션 렌즈 왜곡차를 보정하여 매칭시키는 단계
    를 포함하는 마스크리스(maskless) 노광장비의 왜곡차 측정 및 매칭방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 좌표마스크 상에는 상기 마이크로 미러와 대응되며 제 1 사이즈를 갖는 좌표슬릿홀이 형성되어 있으며, 상기 슬릿마스크 상에는 상기 좌표슬릿홀과 대응되며, 상기 제 1 사이즈에 비해 큰 제 2 사이즈를 갖는 검출용 슬릿홀이 형성되어 있는 마스크리스(maskless) 노광장비의 왜곡차 측정 및 매칭방법.
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