KR20190054815A - 마스크리스 노광 방법, 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

마스크리스 노광 방법, 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마스크리스 노광 방법에 있어서, 광원으로부터 출력된 광을 마스크 패턴을 갖도록 패턴화된 빔으로 공간적으로 변조시킨다. 상기 변조된 패턴 빔을 노광면에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광한다. 상기 제1 및 제2 그룹들의 스팟 빔들을 높이 단차를 갖는 대상막 상에서 각각 스캐닝한다.

Description

마스크리스 노광 방법, 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법{MASKLESS EXPOSURE METHOD, MASKLESS EXPOSURE APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 마스크리스 노광 방법, 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 공간 광 변조기를 이용한 마스크리스 노광 방법, 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이 패널(FPD, flat panel display)이나 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 노광 장치가 이용될 수 있다. 기판이 점차 대형화되고 패턴이 미세화되어 감에 따라 포토 마스크의 제작 비용이 증가하게 되는 데 이러한 제작 비용을 절감할 수 있는 마스크리스(maskless) 노광 장치가 개발되고 있다. 이러한 마스크리스 노광 장치는 광 변조기(SLM, spatial light modulator)를 포함한 광학계를 이용하여 스팟 빔 다발을 이용하여 패턴을 노광할 수 있다. 전체 스팟 빔들의 초점들은 오토포커스 기능에 의해 조절될 수 있다. 그러나, 스캔 노광 폭 이내에서 대상막에 높이 단차가 존재하는 경우, 상기 오토포커스 기능을 이용하여 전체 스팟 빔들이 초점 위치가 동시에 변하기 때문에 높이 단차가 있는 부분들을 동시에 포커싱할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 스캔 노광 폭 보다 작은 영역에서 높이 단차에 의해 디포커스(defocus)에 따른 분해능 저하를 방지할 수 있는 마스크리스 노광 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 마스크리스 노광 방법을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 과제는 상술한 마스크리스 노광 방법을 수행하기 위한 마스크리스 노광 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 방법에 있어서, 광원으로부터 출력된 광을 마스크 패턴을 갖도록 패턴화된 빔으로 공간적으로 변조시킨다. 상기 변조된 패턴 빔을 노광면에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광한다. 상기 제1 및 제2 스팟 빔들을 높이 단차를 갖는 대상막 상에서 각각 스캐닝한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 높이 단차를 갖는 대상막을 형성한다. 상기 대상막의 높이 단차를 측정한다. 상기 측정된 단차 정보로부터 노광 데이터를 생성한다. 광원으로부터 출력된 광을 마스크 패턴을 갖는 패턴화된 빔으로 공간적으로 변조시킨다. 상기 변조된 패턴 빔을 노광면에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광한다. 상기 노광 데이터에 따라 제1 높이를 갖는 상기 대상막의 일부를 상기 제1 그룹의 스팟 빔들로 상기 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 상기 대상막의 다른 일부를 상기 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 스캐닝한다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 장치는 노광하고자 하는 대상체를 지지하고 적어도 일 방향으로 이동시키기 위한 스테이지, 노광을 위한 광을 출력하기 위한 광원, 상기 출력된 광을 마스크 패턴을 갖는 패턴화된 빔으로 공간적으로 변조시키기 위한 광 변조 소자, 및 상기 변조된 패턴 빔을 노광면에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광시키기 위한 제1 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이들을 구비하는 멀티 렌즈 어레이를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 마스크 패턴을 갖도록 패턴화된 빔을 노광면에 대하여 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광하고, 상기 제1 및 제2 스팟 빔들을 서로 다른 높이를 갖는 대상막의 부분들을 각각 스캐닝할 수 있다.
따라서, 상기 대상막이 광학 헤드의 노광 스캔 폭보다 작은 영역에서 단차가 존재할 경우, 서로 다른 높이의 초점면들을 갖는 스팟 빔들로 서로 다른 높이를 갖는 대상막 부분들을 각각 노광할 수 있다. 이에 따라, 디포커스(defocus)에 따른 분해능 저하를 방지하여 노광 장치의 해상도를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1는 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2은 도 1의 마스크리스 노광 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드로부터 출사된 스팟 빔 다발을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 마스크리스 노광 장치의 광학계를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 도 4의 광학계의 광 변조 소자의 마이크로 미러 어레이를 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 4의 광학계의 제1 투영 렌즈에 의해 확대된 마이크로 미러 어레이를 나타내는 도면이다.
도 5c는 도 4의 광학계의 멀티 렌즈 어레이에 의해 형성된 빔 어레이를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 광학계의 멀티 렌즈 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 멀티 렌즈 어레이를 나타내는 단면도들이다.
도 10은 도 7의 멀티 렌즈 어레이 후단에 인접하게 배치된 공간 필터 어레이를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 공간 필터 어레이를 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 9의 멀티 렌즈 어레이 후단에 인접하게 배치된 공간 필터 어레이를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 공간 필터 어레이를 나타내는 단면도이다.
도 14a 내지 도 14d는 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학계로부터 출사되어 특정 높이의 노광면에 집광된 스팟 빔들을 나타내는 도면들이다.
도 15는 도 1의 광학계의 초점 조절 장치를 나타내는 단면도이다.
도 16은 도 1의 광학계로부터 출사된 스팟 빔들에 의해 노광되는 대상막을 나타내는 단면도이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 방법을 나타내는 순서도이다.
도 18 내지 도 20은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1는 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2은 도 1의 마스크리스 노광 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 1의 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드로부터 출사된 스팟 빔 다발을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 1의 마스크리스 노광 장치의 광학계를 나타내는 단면도이다. 도 5a는 도 4의 광학계의 광 변조 소자의 마이크로 미러 어레이를 나타내는 도면이다. 도 5b는 도 4의 광학계의 제1 투영 렌즈에 의해 확대된 마이크로 미러 어레이를 나타내는 도면이다. 도 5c는 도 4의 광학계의 멀티 렌즈 어레이에 의해 형성된 빔 어레이를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 4의 광학계의 멀티 렌즈 어레이를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 멀티 렌즈 어레이를 나타내는 단면도들이다. 도 10은 도 7의 멀티 렌즈 어레이 후단에 인접하게 배치된 공간 필터 어레이를 나타내는 도면이다. 도 11은 도 10의 공간 필터 어레이를 나타내는 단면도이다. 도 12는 도 9의 멀티 렌즈 어레이 후단에 인접하게 배치된 공간 필터 어레이를 나타내는 도면이다. 도 13은 도 12의 공간 필터 어레이를 나타내는 단면도이다. 도 14a 내지 도 14d는 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학계로부터 출사되어 특정 높이의 노광면에 집광된 스팟 빔들을 나타내는 도면들이다. 도 15는 도 1의 광학계의 초점 조절 장치를 나타내는 단면도이다. 도 16은 도 1의 광학계로부터 출사된 스팟 빔들에 의해 노광되는 대상막을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 16을 참조하면, 마스크리스 노광 장치(100)는 노광하고자 하는 대상막(L)이 형성된 기판(S)을 지지하기 위한 스테이지(110), 광을 출력하기 위한 광원(120), 및 대상막(L) 상에 패턴을 노광하기 위하여 상기 출력된 광을 패턴화된 빔으로 변조시키고 상기 패턴 빔을 복수 개의 스팟 빔들(210)로 출사하기 위한 광학계(130)를 더 포함할 수 있다. 또한, 마스크리스 노광 장치(100)는 스테이지(110) 및 광학계(130)를 제어하기 위한 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 마스크리스 노광 장치(100)는 대상막(L)으로서의 광감성막이 도포된 기판(S) 상에 패턴을 라이팅(writing)하기 위한 패턴 발생 장치일 수 있다. 마스크리스 노광 장치(100)는 평판 디스플레이 패널(FPD, flat panel display)이나 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 공정에 이용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지(110)는 기판(S)을 지지하며 적어도 일 방향으로 이동 가능한 이동 테이블일 수 있다. 스테이지(110)는 스테이지 구동부(112) 상에서 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 스테이지(110)은 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 스테이지 구동부(112)는 스테이지(110)을 이동시키기 위한 스테이지 구동 메커니즘을 포함하고, 제어부(150)는 상기 스테이지 구동 메커니즘을 제어하여 스테이지(110)을 이송시킬 수 있다. 예를 들면,
도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 광학계(광학 헤드)(130)는 복수 개의 스팟 빔들(210)을 출사시키고, 스테이지(110)를 상기 제2 방향(Y 방향)을 스캔 방향으로 하여 스테이지(110)를 광학계(130)에 대하여 상대 이동시키면서 복수 개의 스팟 빔들(210)을 광감성막(L) 상에서 스캐닝할 수 있다. 이 때, 광학 헤드(130)에 의해 출사된 스팟 빔들(210)이 한번에 스캐닝할 수 있는 폭을 스캔 노광 폭(scan exposure width)으로 정의할 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 복수 개의 광학계들(130)이 스테이지(110) 상부에 설치될 수 있다. 복수 개의 광학계들(130)는 스테이지 갠트리에 서로 이격되어 고정 설치될 수 있다. 복수 개의 광학계들(130)을 포함하는 멀티 노광 헤드는 광원(120)으로부터 출력된 광으로부터 공간 변조된 빔을 기판(S) 상에 출사할 수 있다.
광학계(130)는 상기 출력된 광으로부터 가상의 마스크 패턴(VM)을 형성하기 위한 패턴 형성 광으로 변조시키고 상기 패턴 형성 광을 복수개의 스팟 빔들(210)로 집광하여 기판(S) 상에 노광할 수 있다. 구체적으로, 광학계(130)는 광원(120)으로부터 출력된 광을 마스크 패턴(VM)을 갖는 패턴화된 빔으로부터 공간적으로 변조시키는 광 변조 소자(132), 및 상기 변조된 패턴 빔을 기판(S) 표면 상에 복수 개의 스팟 빔들(210)로 투영시키기 위한 투영 광학계를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 투영 광학계는 상기 변조된 패턴 빔을 확대하는 제1 투영 렌즈(134), 상기 확대된 패턴 빔을 복수 개의 스팟 빔들로부터 분리하여 집광시키는 복수 개의 마이크로 렌즈들(137)을 갖는 멀티 렌즈 어레이(136), 및 상기 집광된 광의 해상도를 조정하여 투과시키는 제2 투영 렌즈(138)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 광 변조 소자(132)는 공간 광 변조기(SLM, spatial light modulator)를 포함할 수 있다. 광 변조 소자(132)는 MEMS(micro electro mechanical system) 타입의 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD, digital micro-mirror device)를 포함할 수 있다. DMD는 매트릭스 타입으로 배열된 복수 개의 마이크로 미러들을 포함하고, 제어부(150)는 노광 데이터에 따라 각 마이크로 미러의 온/오프를 제어하기 위한 노광 제어 신호를 출력할 수 있다. 광 변조 소자(132)가 M×N(예를 들면, 1920×400)개의 마이크로 미러들을 사용할 경우, 멀티 렌즈 어레이(136)는 이에 대응하여 M×N(예를 들면, 1920×400)개의 마이크로 렌즈들(137)을 포함할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, DMD의 상기 마이크로 미러들은 기 설정된 피치(P)와 폭(W)을 갖는 마이크로 미러 어레이를 구성할 수 있다. 상기 마이크로 미러들은 제어부(150)의 노광 제어 신호에 따라 광원(120)으로부터의 광을 복수 개의 빔들(200)로 이루어진 패턴화된 빔으로 공간 변조시킬 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 투영 렌즈(134)에 의해 상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200)은 기 설정된 배율(M)로 각각 확대될 수 있다. 이 때, 복수 개의 빔들(200)의 피치(P)와 폭(W)은 제1 투영 렌즈(134)에 의해 동일 배율(M)로 확대될 수 있다. 따라서, 제1 투영 렌즈(134)에 의해 복수 개의 확대된 빔들(202)의 피치와 폭은 각각 P*M, W*M일 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 멀티 렌즈 어레이(136)의 마이크로 렌즈들(137)에 의해 복수 개의 확대된 빔들(202)은 복수 개의 스팟 빔들(210)로 집광될 수 있다. 이 때, 스팟 빔들(210)의 피치(P*M)는 유지되고 폭(d)은 감소될 수 있다. 이어서, 제2 투영 렌즈(138)를 통해 스팟 빔들(210)을 추가적으로 축소 또는 확대시켜 노광면(ES)에 스팟 어레이를 형성시킬 수 있다.
스팟 빔(210)의 직경은 스팟 빔(210)의 초점면을 기준으로 상기 초점면에서 멀어질수록 커지게 되고 노광면(ES)이 상기 초점면에 위치할 때 스팟 빔(210)의 직경은 최소가 되어 노광 장비의 최대 분해능을 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 멀티 렌즈 어레이(136)는 적어도 2 그룹들의 마이크로 렌즈 어레이들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 멀티 렌즈 어레이(136)는 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a) 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)를 포함할 수 있다. 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)는 상기 변조된 패턴 빔을 노광면(ES)에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들(제1 스팟 빔들)(210a)로 집광시키는 위한 제1 마이크로 렌즈들(137a)을 포함하고, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)는 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들(제2 스팟 빔들)(210b)로 집광시키기 위한 제2 마이크로 렌즈들(137b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 마이크로 렌즈들(137a)은 제1 굴절률을 가지고, 제2 마이크로 렌즈들(137b)은 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)는 제1 두께(T1)를 갖는 제1 마이크로 렌즈들(137a)을 포함하고, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)는 제1 두께(T1)와 다른 제2 두께(T2)를 갖는 제2 마이크로 렌즈들(137b)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(137a, 137b)은 동일한 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중에서 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)에 대응하는 제1 빔들은 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)로 집광되고 상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)에 대응하는 제2 빔들은 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)로 집광될 수 있다.
제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)를 통과한 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)은 제1 높이의 초점면(F1)을 가지며, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)를 통과한 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)은 상기 제1 높이와 다른 제2 높이의 초점면(F2)을 가질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)는 제1 곡률 반경(R1)을 갖는 제1 마이크로 렌즈들(137a)을 포함하고, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)는 제1 곡률 반경(R1)과 다른 제2 곡률 반경(R2)을 갖는 제2 마이크로 렌즈들(137b)을 포함할 수 있다.
상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중에서 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)에 대응하는 제1 빔들은 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)로 집광되고 상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)에 대응하는 제2 빔들은 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)로 집광될 수 있다.
제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)를 통과한 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)은 제1 높이의 초점면(F1)을 가지며, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)를 통과한 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)은 상기 제1 높이와 다른 제2 높이의 초점면(F2)을 가질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)는 Z축 상에서 제1 위치를 갖는 제1 마이크로 렌즈들(137a)을 포함하고, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)는 상기 제1 위치와 다른 Z축 상에서의 제2 위치를 갖는 제2 마이크로 렌즈들(137b)을 포함할 수 있다.
상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중에서 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)에 대응하는 제1 빔들은 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)로 집광되고 상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)에 대응하는 제2 빔들은 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)로 집광될 수 있다.
제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)를 통과한 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)은 제1 높이의 초점면(F1)을 가지며, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)를 통과한 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)은 상기 제1 높이와 다른 제2 높이의 초점면(F2)을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)의 상기 제1 초점 위치들 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)의 상기 제2 초점 위치들은 대상막(L)의 높이 단차에 따라 각각 변경하도록 설치될 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(137a, 137b)은 Z축 위치가 조절 가능하도록 각각 설치될 수 있다. 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(137a, 137b)은 Z축 상에서 상대적으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈들(137a)과 제2 마이크로 렌즈들(137b)의 높이 차이(ΔZ)는 대상막(L)의 높이 단차에 따라 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(150)는 대상막(L)의 높이 단차에 대한 정보로부터 제1 높이를 갖는 대상막(L)의 일부를 제1 스팟 빔들(210a)로 노광하고 상기 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 대상막(L)의 다른 일부를 제2 스팟 빔들(210b)로 노광시키도록 대응시키는 노광 데이터를 생성할 수 있다. 상기 노광 데이터에 따라 상기 패턴 빔의 복수 개의 빔들(200) 중 상기 제1 및 제2 빔들은 제1 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이들(136a, 136b)에 각각 대응될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 마스크리스 노광 장치(100)는 멀티 렌즈 어레이(136)에 의해 집광된 스팟 빔들을 필터링하기 위한 공간 필터 어레이(160)를 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 공간 필터 어레이(160)는 스팟 빔들을 각각 필터링하기 위한 필터 홀들(165, 167)을 가질 수 있다. 공간 필터 어레이(160)는 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)을 각각 필터링하기 위한 제1 필터 홀들(165a, 167a) 및 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)을 각각 필터링하기 위한 제2 필터 홀들(167a, 167b)을 가질 수 있다.
공간 필터 어레이(160)는 투명 부재(162) 및 투명 부재(162)의 적어도 일면에 형성되어 필터 홀들(165, 167)을 정의하는 차단 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 부재는 석영 유리(fused silica glass)를 포함할 수 있다. 상기 차단 패턴은 빛을 차단할 수 있는 크롬과 같은 금속을 포함할 수 있다.
상기 차단 패턴은 투명 부재(162)의 제1 면에 형성된 제1 차단 패턴(164) 및 투명 부재(162)의 상기 제1 면에 반대하는 제2 면에 형성된 제2 차단 부재(166)를 포함할 수 있다. 제1 차단 패턴(164)은 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)을 각각 필터링하기 위한 제1 상부 필터 홀들(165a) 및 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)을 각각 필터링하기 위한 제2 상부 필터 홀들(165b)을 정의할 수 있다. 제2 차단 패턴(166)은 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)을 각각 필터링하기 위한 제1 하부 필터 홀들(167a) 및 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)을 각각 필터링하기 위한 제2 상부 필터 홀들(167b)을 정의할 수 있다.
따라서, 제1 마이크로 렌즈들(137a)에 의해 집광된 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)은 기 설정된 크기를 갖는 제1 상부 및 하부 필터 홀들(165a, 167a)을 통과하면서 노이즈가 제거될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈들(137b)에 의해 집광된 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)은 기 설정된 크기를 갖는 제2 상부 및 하부 필터 홀들(165b, 167b)을 통과하면서 노이즈가 제거될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 공간 필터 어레이(160)는 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)을 각각 필터링하기 위한 제1 필터 어레이(160a) 및 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)을 각각 필터링하기 위한 제2 필터 어레이(160b)를 포함할 수 있다.
제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)가 Z축 상에서 제1 위치를 갖고, 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)는 상기 제1 위치와 다른 Z축 상에서의 제2 위치를 가질 때, 제1 필터 어레이(160a)는 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136a)에 대응하여 Z축 상에서 제3 위치를 갖고, 제2 필터 어레이(160b)는 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이(136b)에 대응하여 상기 제3 위치와 다른 Z축 상에서의 제4 위치를 가질 수 있다.
제1 필터 어레이(160a)는 제1 투명 부재(162a) 및 제1 투명 부재(162a)의 제1 면에 형성되어 제1 필터 홀들(165a)을 정의하는 제1 차단 패턴(164a)을 포함할 수 있다. 제2 필터 어레이(160b)는 제2 투명 부재(162b) 및 제2 투명 부재(162b)의 제2 면에 형성되어 제2 필터 홀들(167b)을 정의하는 제2 차단 패턴(166b)을 포함할 수 있다.
따라서, 제1 마이크로 렌즈들(137a)에 의해 집광된 제1 그룹의 스팟 빔들(210a)은 기 설정된 크기를 갖는 제1 필터 홀들(165a)을 통과하면서 노이즈가 제거될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈들(137b)에 의해 집광된 제2 그룹의 스팟 빔들(210b)은 기 설정된 크기를 갖는 제2 필터 홀들(167b)을 통과하면서 노이즈가 제거될 수 있다.
도 14a 내지 도 14d에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이들(136a, 136b)은 다양한 배열을 가질 수 있다. 제1 및 제2 마이크로 렌즈들(137a, 137b)의 배열에 따라, 제1 및 제2 스팟 빔들(210a, 210b)의 배열이 결정될 수 있다. 특정 높이의 노광면(ES)에서의 제1 스팟 빔(210a)의 직경은 제2 스팟 빔(210b)의 직경과 다를 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 광학계(130)는 초점 조절 장치(autofocus device, 140)를 더 포함할 수 있다. 초점 조절 장치(140)는 전체 스팟 빔들(210)의 초점들을 조절할 수 있다. 노광 스캔 폭(SW) 내에서 전체 스팟 빔들(210)의 초점들은 초점 조절 장치(140)에 의해 Z축 방향을 따라 동일하게 조정될 수 있다.
광학 헤드(130)가 제1 위치(X1)에서 Y축 방향으로 스캐닝할 때 노광면(ES)이 노광 스캔 폭(SW) 내에 동일한 제1 높이(H1)를 가질 경우, 광학 헤드(130)로부터 출사된 전체 스팟 빔들(210)의 초점들은 초점 조절 장치(140)에 의해 조절될 수 있다. 이와 유사하게, 광학 헤드(130)가 제2 위치(X2)에서 Y축 방향으로 스캐닝할 때 노광면(ES)이 노광 스캔 폭(SW) 내에 동일한 제2 높이(H2)를 가질 경우, 광학 헤드(130)로부터 출사된 전체 스팟 빔들(210)의 초점들은 초점 조절 장치(140)에 의해 조절될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 기판(S) 상의 광감성막(L)이 노광 스캔 폭(SW) 내에서 높이 단차(H)를 가질 경우, 제1 높이를 갖는 광감성막(L)의 일부는 상기 제1 높이에서 최적의 분해능을 갖는, 즉, 상기 제1 높이에서 초점면을 갖는 제1 스팟 빔들(210a)로 노광하고, 제2 높이를 갖는 광감성막(L)의 일부는 상기 제2 높이에서 최적의 분해능을 갖는, 즉, 상기 제2 높이에서 초점면을 갖는 제2 스팟 빔들(210b)로 노광할 수 있다.
따라서, 오토 포커스 기능으로 대응하기 어려운 노광 스캔 폭(SW)보다 작은 영역에서 단차가 존재할 경우, 서로 다른 높이의 초점면들을 갖는 스팟 빔들로 노광함으로써, 디포커스(defocus)에 따른 분해능 저하를 방지하여 노광 장치의 해상도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 상술한 마스크리스 노광 장치를 이용하여 기판 상의 대상막을 노광하는 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다. 상기 마스크리스 노광 방법은 패널 레벨 패키지(Panel Level Package)를 제조하는 데 이용될 수 있다. 이하에서는, 반도체 장치가 패널 레벨 패키지인 경우에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법이 이에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 방법을 나타내는 순서도이다. 도 18 내지 도 20은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 17 내지 도 20을 참조하면, 먼저, 기판(10) 상에 대상막(40)을 형성한 후(S100), 대상막(40)의 단차를 측정하고(S110), 상기 측정된 단차 정보로부터 노광 데이터를 형성할 수 있다(S120).
도 18에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 복수 개의 다이들(20)로 다이싱하고, 개별 다이들(20)을 기판(10) 상에 배치시킬 수 있다. 이어서, 다이들(20)을 커버하는 도전막(30)을 형성한 후, 도전막(30) 상에 상기 대상막으로서의 포토레지스트 층(40)을 형성할 수 있다.
다이(20)의 일면 상의 얼라인 키들(K)을 이용하여 다이(20) 및 다이(20) 상의 포토레지스트 층(40)의 위치 좌표(X, Y 좌표값들)을 획득하고, 각 좌표에서의 포토레지스트 층(40)의 높이 단차에 대한 정보를 획득할 수 있다.
상기 높이 단차에 대한 정보로부터 제1 높이를 갖는 포토레지스트 층(40)의 일부를 제1 스팟 빔들(210a)로 노광하고 상기 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 포토레지스트 층(40)의 다른 일부를 제2 스팟 빔들(210b)로 노광시키도록 대응시키는 노광 데이터를 생성할 수 있다.
이어서, 마스크 패턴을 갖는 변조된 광을 생성한 후(S130), 상기 변조된 광의 복수 개의 빔들을 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 집광하고(S140), 상기 제1 및 제2 그룹의 스팟 빔들로 단차를 갖는 대상막(40)을 스캐닝할 수 있다(S150).
도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 노광 데이터에 따라 상기 변조된 패턴 빔의 복수 개의 빔들을 제1 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이들(136a, 136b)에 각각 대응시킨 후, 제1 높이를 갖는 포토레지스트 층(40)의 일부를 제1 스팟 빔들(210a)로 스캐닝하고 제2 높이를 갖는 포토레지스트 층(40)의 다른 일부를 제2 스팟 빔들(210b)로 스캐닝할 수 있다.
따라서, 대상막에서 노광 스캔 폭(SW)보다 작은 영역에서 높이 단차가 존재할 경우, 서로 다른 높이의 초점면들을 갖는 스팟 빔들로 노광함으로써, 노광 장치의 해상도를 향상시킬 수 있다.
이후, 기판(10)을 개별적인 칩들로 다이싱하여 반도체 패키지를 제조할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 마스크리스 노광 장치를 사용하여 가상 마스크 패턴을 유리 기판이나 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상으로 전사할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 상에 회로 층을 형성하기 위하여, 포토레지스트 층이 상기 웨이퍼 상에 증착되고, 상기 마스크리스 노광 장치를 이용하여 마스크 패턴을 상기 포토레지스트 층으로 전사될 수 있다. 이어서, 상기 포토레지스트 층 상에 현상 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각 공정을 수행하여 상기 기판 상에 원하는 회로 패턴을 형성할 수 있다.
상기 노광 장치를 이용하여 디스플레이 장치, 반도체 장치 등을 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 디스플레이 장치는 유기 발광 표시(OLED) 장치를 포함할 수 있다. 상기 반도체 장치는 fin FET, DRAM, VNAND 등을 포함할 수 있다. 상기 장치들은 TV, 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 개인휴대단말기, 태블릿, 휴대폰, 디지털 음악 재생기 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 기판 20: 다이
30: 도전막 40: 포토레지스트 층
100: 마스크리스 노광 장치 110: 스테이지
112: 스테이지 구동부 120: 광원
130: 광학계 132: 광 변조 소자
134: 제1 투영 렌즈 136: 멀티 렌즈 어레이
136a: 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이
136b: 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이
137: 마이크로 렌즈 137a: 제1 마이크로 렌즈
137b: 제2 마이크로 렌즈 138: 제2 투영 렌즈
140: 초점 조절 장치 150: 제어부
160: 공간 필터 어레이 160a: 제1 필터 어레이
160b: 제2 필터 어레이 162: 투명 부재
162a: 제1 투명 부재 162b: 제2 투명 부재
164: 차단 패턴 164a: 제1 차단 패턴
164b: 제2 차단 패턴 165a, 167a: 제1 필터 홀
165b, 167b: 제2 필터 홀 200: 빔
210: 스팟 빔 210a: 제1 그룹의 스팟 빔
210b: 제2 그룹의 스팟 빔

Claims (20)

  1. 광원으로부터 출력된 광을 마스크 패턴을 갖는 패턴화된 빔으로 공간적으로 변조시키고;
    상기 변조된 패턴 빔을 노광면에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광하고; 그리고
    상기 제1 및 제2 스팟 빔들을 높이 단차를 갖는 대상막 상에서 각각 스캐닝하는 것을 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹의 스팟 빔들을 형성하는 것은 상기 변조된 패턴 빔을 제1 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이들을 통과시켜 상기 제1 및 제2 그룹의 스팟 빔들을 각각 형성하는 것을 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 제1 두께를 갖는 제1 마이크로 렌즈들을 포함하고 상기 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 두께와 다른 제2 두께를 갖는 제2 마이크로 렌즈들을 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 제1 곡률 반경을 갖는 제1 마이크로 렌즈들을 포함하고 상기 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 곡률 반경과 다른 제2 곡률 반경을 갖는 제2 마이크로 렌즈들을 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 Z축 상에서의 제1 위치를 갖도록 설치되는 제1 마이크로 렌즈들을 포함하고 상기 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 위치와 다른 Z축 상에서의 제2 위치를 갖도록 설치되는 제2 마이크로 렌즈들을 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들은 Z축 위치가 조절 가능하도록 설치되는 마스크리스 노광 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    노광하고자 하는 대상체의 높이 단차를 측정하고; 그리고
    상기 측정된 단차 정보로부터 제1 높이를 갖는 상기 대상막의 일부를 상기 제1 그룹의 스팟 빔들로 노광하고 상기 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 상기 대상막의 다른 일부를 상기 제2 그룹의 스팟 빔들로 노광시키도록 대응시키는 노광 데이터를 생성하는 것을 더 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 높이 단차는 상기 제1 및 제2 스팟 빔들의 스캔 노광 폭 내에 존재하는 마스크리스 노광 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 노광하고자 하는 대상체의 높이 단차에 따라 상기 제1 그룹의 스팟 빔들의 제1 초점 위치들 및 제2 그룹의 스팟 빔들의 제2 초점 위치들을 각각 변경하는 것을 더 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 멀티 렌즈 어레이에 의해 집광된 제1 및 제2 그룹들의 스팟 빔들을 각각 필터링하는 것을 더 포함하는 마스크리스 노광 방법.
  11. 기판 상에 높이 단차를 갖는 대상막을 형성하고;
    상기 대상막의 높이 단차를 측정하고;
    상기 측정된 단차 정보로부터 노광 데이터를 생성하고;
    광원으로부터 출력된 광을 마스크 패턴을 갖는 패턴화된 빔으로 공간적으로 변조시키고;
    상기 변조된 패턴 빔을 노광면에 대하여 직교하는 Z축 상에서의 제1 초점 위치를 갖는 제1 그룹의 스팟 빔들 및 상기 제1 초점 위치와 다른 제2 초점 위치를 갖는 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 집광하고; 그리고
    상기 노광 데이터에 따라 제1 높이를 갖는 상기 대상막의 일부를 상기 제1 그룹의 스팟 빔들로 상기 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 상기 대상막의 다른 일부를 상기 제2 그룹의 스팟 빔들로 각각 스캐닝하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹의 스팟 빔들을 형성하는 것은 상기 변조된 패턴 빔을 제1 및 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이들을 통과시켜 상기 제1 및 제2 그룹의 스팟 빔들을 각각 형성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 제1 두께를 갖는 제1 마이크로 렌즈들을 포함하고 상기 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 두께와 다른 제2 두께를 갖는 제2 마이크로 렌즈들을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 제1 곡률 반경을 갖는 제1 마이크로 렌즈들을 포함하고 상기 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 곡률 반경과 다른 제2 곡률 반경을 갖는 제2 마이크로 렌즈들을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 Z축 상에서의 제1 위치를 갖도록 설치되는 제1 마이크로 렌즈들을 포함하고 상기 제2 그룹의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 위치와 다른 Z축 상에서의 제2 위치를 갖도록 설치되는 제2 마이크로 렌즈들을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들은 Z축 위치가 조절 가능하도록 설치되는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 높이 단차는 상기 제1 및 제2 스팟 빔들의 스캔 노광 폭 내에 존재하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 높이 단차에 따라 상기 제1 그룹의 스팟 빔들의 제1 초점 위치들 및 제2 그룹의 스팟 빔들의 제2 초점 위치들을 각각 변경하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 광을 공간적으로 변조시키는 것은 디지털 마이크로 미러 장치를 이용하여 상기 마스크 패턴을 갖는 복수 개의 빔들을 형성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 기판 상에 대상막을 형성하는 것은
    상기 기판 상에 복수 개의 다이들을 배치시키고;
    상기 다이들을 커버하는 도전막을 형성하고; 그리고
    상기 도전막 상에 상기 대상막으로서의 포토레지스트 층을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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