KR20170101971A - 얼라인먼트를 갖는 마스크리스 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

마스크리스 노광 장치는 노광 빔(306)을 제공하는 광원(302); 노광 패턴에 따라 노광 빔(306)을 변조하는 광 변조기(302); 광 변조기에 의해 제공되는 이미지(311)로서 변조된 노광 빔을 기판(307) 상에 전달하는 노광 광학 시스템(303, 304, 308); 및 기판 상에 이전에 패턴화된 얼라인먼트 마크의 포지션을 측정하도록 구성되는 측정 시스템(303, 304, 305, 308, 309)을 포함한다. 노광 광학 시스템 및 측정 시스템은 적어도 부분적으로 동시 광학 경로들을 가진다.

Description

얼라인먼트를 갖는 마스크리스 노광 장치
본 발명은 얼라인먼트(alignment)를 갖는 마스크리스 노광 장치(maskless exposure apparatus)에 관한 것이다.
PCB 리소그래피 다이렉트 이미징 노광(direct imaging exposure) 기계들과 같은 리소그래피 기계들(lithography machines)에서, 컴퓨터 제너레이티드 아트워크(computer generated artwork) (CAD) 파일들(files)이 PCB 패널들 상에 노광된다. 여러 이유들로 PCB 패널 상에 아트워크(artwork)를 정확히 배치하는 것은 중요하다:
- 아트워크는 PCB 패널 외측에 노광되지 않아야 함
- 아트워크는 층들 사이의 정확한 전기 접속이 존재하는 것을 보장하기 위해 다중층 PCB 패널들 상에 정확히 배치되어야 함
리소그래피 기계에 의해 노광될 물리적 PCB 패널은, 노광 전에, PCB 패널 상에서 수행되는 상이한 프로세스들, 예를 들어 적층, 구리 에칭 등으로 인한 비선형성들 및 변형들을 겪을 수 있다. 그러므로, 물리적 패널들 상에 노광될 아트워크는 물리적 패널에 피팅하도록(fit) 조절될 필요가 있다.
다양한 리소그래피 기계들, 예를 들어 PCB 리소그래피 다이렉트 이미징 프린터들은 PCB 패널 층(외부-, 내부 층) 상에 수 개의 기준 마크들의 포지션들을 캡처하기 위해, 예를 들어, CCD, CMOS, 또는 유사한 카메라들을 활용하고 있다. 이러한 프로세스(process)는 리소그래피 산업에서 레지스트레이션(registration)으로서 공지되어 있다. 이러한 기준 마크들, 예를 들어 패턴들, 마크들, 드릴링된 홀들 등은 PCB 패널 상에 주어진 좌표들(coordinates)을 가지는 상이한 그리고 전용(dedicated) 포지션들(positions) 상에 배치되도록 규정된다. 리소그래피 기계는 PCB 패널 상에 이러한 다중의 기준 마크 좌표들을 모으고, 이러한 측정된 기준 마크 좌표들을 기계에 저장된 상응하는 아트워크 (CAD) 파일에서 규정된 상응하는 기준 마크 좌표들과 비교한다. 그러므로, 레지스트레이션 카메라들로부터 캡처된 측정된 (관찰된) 기준 마크들의 세트는 아트워크 (CAD) 파일로부터의 상응하는 세트의 기준 마크 좌표들과 비교되어, 노광 전에, 패널들 상에서 노광될 아트워크(CAD) 파일의 회전, 스케일링(scaling), 및 래핑(warping)을 계산할 수 있다. 물리적 패널에 대해 아트워크 (CAD) 파일을 피팅(fit)하게 만드는 다중의 알고리즘들(algorithms) 및 레시피들(recipes)이 시장에 존재한다.
레지스트레이션 카메라들은, 레지스트레이션 카메라들이 기준 마크들을 캡처할 수 있는 방식으로 기계 내에 배치된다. 레지스트레이션 카메라(들)는 리소그래피 기계에서 전자 투광기(light projector)(들) 또는 노광 유닛, 예를 들어 레이저 스캐닝 빔(laser scanning beam) 외측에 배치된다.
기계 내의 레지스트레이션 카메라들의 포지션들 및 좌표들이 공지된 경우, 캡처된 기준 마크 좌표들은 계산될 수 있다.
이에 대응하여, 기계 내의 노광 유닛(전자 투광기 또는 예를 들어 레이저 스캐닝 유닛(laser scanning unit)의 포지션 및 좌표들이 공지된 경우, 투영된 이미지 패턴 포지션이 계산될 수 있다.
이러한 정보를 기초로 하여, 아트워크는 PCB 패널 상의 정확한 포지션 상에 노광될 수 있다.
그러나, 레지스트레이션 카메라 및 노광 유닛은 기계의 2 개의 상이한 유닛들로 물리적으로 분할되는(split) 경우, 이러한 유닛들 사이의 상대적인 포지션은 온도 및 습도 편차들과 같은 환경적 매개변수들로 인해, 그리고 기계 작동 중에 노광 유닛 및 레지스트레이션 카메라 상에서 발생되는 기계적인 힘들(예를 들어, 모션(motion) 중의 디바이스들의 가속) 때문에 변할 수 있다.
리소그래피 기계들에 대한 정확도 요건이 μm인 경우, 노광 유닛과 레지스트레이션 카메라 사이의 임의의 상대적인 포지션 편차는 PCB 패널 상의 노광된 이미지 상에서 너무 큰 허용공차들을 생성할 수 있다. 그러므로, 노광 유닛 및 레지스트레이션 카메라 상에서 발생되는 힘들 및 환경적 매개변수들의 광범위한 제어에 대한 필요가 존재할 것이다. 빈번한 포지션 보정은 디바이스들에 대해 요구될 것이며, 이는 시간 소모적이고 이러한 보정 중에 기계가 작동하지 않는 것을 유발할 것이다.
이러한 문제는 상이한 방식들로 해결될 수 있다. 하나의 해결책은, 환경적 및 물리적 영향들에 의해 유발되는 외부 레지스트레이션 카메라 조립체와 노광 유닛 조립체 사이에서 포지션 오프셋(offset)을 최소화하기 위해, 노광 유닛 외부에 레지스트레이션 카메라들을 직접적으로 장착하는 것이다. 그러나, 환경적 매개변수 변화들로 인해, 예를 들어 투영 렌즈 및 프리즘 장착 유닛과 같은 노광 유닛 내부에 의해 유발되는 임의의 부가적인 노광 이미지 포지션 오프셋, 예컨대 광기구의(optomechanical) 허용공차들이 존재한다면, 이는 노광 유닛 외부 상에 레지스트레이션 카메라를 장착시킴으로써 보정될 수 없다. 본 특허에서 설명된 해결책은 또한 노광 유닛 내부 허용공차들로 인한 임의의 노광 이미지 오프셋들을 처리할 수 있을 것이다.
US2003/0211409는, 메인 투영 이미징 광학부가 마스크(mask) 및 기판을 정렬하기 위한 형광(fluorescence) 마크를 생성하는데 사용되는 레이저 스캐너를 사용하는 투영 포토리소그래피(projection photolithograpy) 기술을 설명한다. 이러한 디바이스에서, 얼라인먼트 마크가, 형광 재료의 필요로 인해, 리소그래픽 마스크와 상이한 마스크 상에서 노광된다. 얼라인먼트 마크들을 위한 메인 투영 이미징 광학부를 사용하기 위해, 다이크로익 미러(dichroic mirror)가 광 경로에 배열된다. 이러한 미러들의 사용은 노광될 이미지의 왜곡들을 유발시킬 수 있으며, 따라서 덜 정확한 리소그래픽 노광으로 이어진다.
US 2013/044300 및 CN 102556340은 투영 렌즈보다 광 경로에서 더 먼저 배열되는 미러 엘리먼트(mirror element)를 포함하는 노광 시스템들을 설명한다. 이것 때문에, 렌즈 및 렌즈의 체결에 도입되는 어떠한 에러(error)도 카메라에 의해 잡히지 않을 것이며, 그리고 따라서 보상되지 않을 것이다.
본 발명의 목적은 위에서 언급된 과제들을 충족하는 마스크리스 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 특허 청구항의 특징들에 의해 달성된다.
일 실시예에서, 마스크리스 노광 장치는 노광 빔을 제공하는 광원; 노광 패턴(pattern)에 따라 노광 빔을 변조하는 광 변조기; 기판 상에서 광 변조기에 의해 제공되는 이미지(image)로서 변조된 노광 빔을 전달하는 노광 광학 시스템(exposure optical system); 및 기판 상에 이전에 패턴화된(patterned), 예를 들어 드릴 홀(drill hole)과 같은 얼라인먼트 (기준) 마크(mark), 대상물 또는 다른 아이템의 포지션을 측정하도록 구성되는 측정 시스템을 포함하며, 여기서 노광 광학 시스템 및 측정 시스템은 적어도 부분적으로 동시(concurrent) 광학 경로들을 가진다.
노광 빔 광원은, 예를 들어, UV 광원일 수 있다. 측정 시스템은, 예를 들어, 가시 광의 빔, 또는 광의 임의의 다른 편리한 파장을 사용할 수 있다.
청구항들에 따른 본 발명은, 측정 시스템의 부품으로서의 카메라가 노광 유닛의 광학 경로 내에 그 화상 경로와 함께 배치되는 것을 용이하게 한다. 카메라는 노광 유닛과 동일한 광학부(예컨대, 다이크로익 빔스플리터 프리즘 및 투영 렌즈 등)를 공유한다. 이는 종래 기술의 외부 레지스트레이션 카메라에 대한 필요를 제거할 것이다. 이러한 카메라는 광기계 구조체(광학 부품 장착 유닛들(optical parts mounting units))를 전자 광원 변조기와 공유할 것이다. 전자 광원 변조기는, 예를 들어, DMD 기술 등을 기초로 하는 전자 투광기(electronic light projector)이다. 노광 내부(광기구(optomechanics), 예컨대 광학 부품 장착 유닛들) 및 외부(노광 유닛 프레임워크(framework) 및 샤시 기구(chassis mechanics)) 양자 모두에 의해 유발되는 노광 유닛에 의해 제공되는 노광된 이미지에 대한 포지션의 임의의 편차는, 동일한 기구 및 광학 경로가 노광 유닛 및 레지스트레이션 카메라 양자 모두에 대해 공유되는 경우, 또한 레지스트레이션 카메라의 포지션에 적용될 것이다. 따라서, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같은 노광 유닛 및 레지스트레이션 카메라의 상대적인 포지션 오프셋들의 빈번한 보정에 대한 요건이 요구되지 않는다.
본 발명은, 이제, 첨부 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1 및 도 2는 노광 유닛 및 레지스트레이션 카메라를 위한 종래 기술의 기법들을 예시한다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 카메라를 갖는 마스크리스 노광 장치의 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3의 실시예의 레지스트레이션 카메라의 광학 경로를 예시한다.
도 1은, 테이블(table)(108) 상에 배치되는 UV 감지 매체(107) 상에 투영된(projected) 광 패턴(103)으로서 투영된 광 빔(light beam)(102)을 생성하는, 종래 기술에 따른 전자 투광기(electronic light projector)(101)를 설명한다. 광원(105)을 갖는 전자 카메라 디바이스(104)는 반사된 광 빔(106)으로부터 기준 대상물들(109)을 캡처한다(capture).
도 2는, 환경적 그리고 물리적 영향들에 의해 유발되는 노광 유닛 조립체와 외부 레지스트레이션 카메라 조립체 사이에 포지션 오프셋을 최소화하기 위해 전자 투광기(204) 상에 직접적으로 장착되는 카메라를 위한 광원(202)을 갖는 종래 기술의 다른 전자 카메라 디바이스(201)를 설명한다. UV 감지 매체(207)로부터 반사된 광 빔(203)은 기준 마크(mark)가 검출될 때 카메라 상에 패턴을 생성할 것이다. 전자 투광기는 테이블(208) 상에 놓이는 UV 감지 매체(207) 상에 노광 패턴(206)을 생성하는 광 빔(205)을 제공하고 있다. 도 1 및 도 2의 투광기들의 단점들은 본 문헌에서 보다 일찍 논의되었다.
도 3 및 도 4는 노광 빔(306)을 제공하는 광원(302), 노광 패턴에 따른 노광 빔(306)을 변조하는 광 변조기(modulator)(301, 302) 및 광 변조기에 의해 제공되는 이미지(311)로서 변조되는 노광 빔을 기판(307) 상에 전달하는 노광 광학 시스템(303, 304, 308)을 포함하는 마스크리스 노광 장치의 실시예를 도시한다. 측정 시스템(303, 304, 305, 308, 309)이 노광 장치에 포함되고, 그리고 기판 상에 이전에 패턴화된 얼라인먼트 (기준) 마크의 포지션을 측정하도록 구성된다. 노광 광학 시스템 및 측정 시스템은 적어도 부분적으로 동시(concurrent) 광학 경로들을 가진다.
도 3 및 도 4는 노광 빔 및 측정 빔 각각의 광학 경로들을 별도로 예시한다. 따라서, 이는 측정 시스템의 일부로서 빌트-인(built-in) 레지스트레이션 카메라 모듈(309)을 갖는 전자 투광기를 함께 형성한다. 전자 광 변조 제어기(301)는 제어 신호들 및 데이터를 전자 광원 및 변조기(302)에 제공한다. 변조된 광 빔(306)은, 변조된 광 빔이 UV 감지 매체/기판(307)에 진입하기 전에, 다이크로익 빔 스플리터 프리즘(dichroic beam splitter prism)(303) 및 투영 렌즈(304)를 통과한다. 광학 부품들 장착 유닛들(308), 투영 렌즈(304) 및 다이크로익 빔 스플리터 프리즘(303)은 빌트-인 CCD 카메라(409)에 의해 캡처되는 반사된 광 빔(408)(도 4 참조) 및 투영된 광 빔(306) 양자 모두에 대해 공통이다. 그러므로, 광 변조기 그리고 광원(302), 광학기구 부품들(예컨대, 308), 및 광학부들(303, 304)에서의 허용공차들에 의해 유발되는 노광된 이미지(311)를 위한 포지션의 임의의 변동이 또한 레지스트레이션 카메라의 포지션에 적용될 것이며, 이는 전자 투광기 대 카메라 모듈의 정기적인 보정에 대한 필요를 최소화할 것이다. CCD 카메라는 광원(405)에 의해 제공되는 부가적인 광을 요구할 것이다. CCD 카메라는 추가의 이미지 프로세싱을 위해 표준 인터페이스(interface)(이더넷(Ethernet), USB 등)를 통해 PC에 접속된다.
노광 유닛이 노광될 패널을 향하는 상대적인 모션을 위한 모션 시스템을 항상 가질 것이기 때문에, 노광 유닛의 일체형 카메라는 도 1에서 설명된 바와 같은 기계의 레지스트레이션 카메라(들)에 대한 잠재적인 제 2 모션 시스템에 대한 필요를 감소시킬 것이다. 따라서, 본 발명은 부품들의 수 및 시스템의 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 마스크리스 노광 장치(maskless exposure apparatus)로서,
    노광 빔(beam)(306)을 제공하는 광원(302);
    노광 패턴(pattern)에 따라 상기 노광 빔(306)을 변조하는 광 변조기(302);
    상기 광 변조기에 의해 제공되는 이미지(image)(311)로서 변조되는 노광 빔을 기판(307) 상에서 전달하는 노광 광학 시스템(exposure optical system)(303, 304, 308); 및
    상기 기판 상에서 이전에 패턴화된(patterned) 얼라인먼트 마크(alignment mark)의 포지션(position)을 측정하도록 구성되는 측정 시스템(303, 304, 305, 308, 309)을 포함하며, 상기 노광 광학 시스템 및 상기 측정 시스템은 적어도 부분적으로 동시(concurrent) 광학 경로들을 가지는,
    마스크리스 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스테이지(stage) 더 포함하며, 상기 스테이지는 상기 스테이지의 이동 테이블(moving table) 상에 기판을 수용하고 X 방향 및 Y 방향으로 상기 기판을 이동시키도록 구성되는,
    마스크리스 노광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 시스템은 광원(305), 빔 스플리터(splitter)(303), 투영 광학부(projection optics)(304), 및 카메라(camera)(309)를 포함하는,
    마스크리스 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원은 가시광의 광원이며, 그리고 상기 노광 빔의 광원은 UV 광원인,
    마스크리스 노광 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 시스템은, 상기 광 변조기(302)에 의해 제공되는 매체 상에 투영되는(projected) 광 및, 광원(405)이 인에이블링될(enabled) 때, 매체로부터 CCD 카메라(409) 상에 반사되는 가시광을 분할하는(splitting) 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함하는,
    마스크리스 노광 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정 시스템은 빔스플리터 프리즘(beamsplitter prism)을 포함하는,
    마스크리스 노광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 시스템으로부터의 피드 백(feed back)을 기초로 하여 상기 광 변조기(302) 및 상기 이동 테이블의 이동을 제어하기 위한 제어 유닛(control unit)을 더 포함하는,
    마스크리스 노광 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크는 예를 들어, 드릴 홀(drill hole)과 같은 기준(fiducial) 마크(mark), 대상물, 또는 다른 아이템(item)인,
    마스크리스 노광 장치.
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