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KR-20260061946-A - Optical apparatus for lithography

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치는 기판이 상부에 배치되고, Y축 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 이송 스테이지; 및 이송 스테이지의 상부 일측에 배치되어 레이저 빔을 출사하는 레이저 광원, 및 레이저 광원에서 출사되는 레이저 빔을 기판을 향하는 Z축 방향으로 조사하는 빔 조사장치로 이루어지는 광학 헤드; 를 포함하되, 광학 헤드는 레이저 광원에서 출사되는 레이저 빔이 빔 조사장치를 향하도록 레이저 빔의 경로를 변경하는 빔 경로 변경장치를 포한다.

Inventors

  • 임형준
  • 김기홍
  • 최기봉
  • 이원섭
  • 조현민
  • 장원석

Assignees

  • 한국기계연구원

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (12)

  1. 기판이 상부에 배치되고, Y축 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 이송 스테이지; 및 상기 이송 스테이지의 상부 일측에 배치되어 레이저 빔을 출사하는 레이저 광원, 및 상기 레이저 광원에서 출사되는 레이저 빔을 상기 기판을 향하는 Z축 방향으로 조사하는 빔 조사장치로 이루어지는 광학 헤드; 를 포함하되, 상기 광학 헤드는 상기 레이저 광원에서 출사되는 레이저 빔이 상기 빔 조사장치를 향하도록 레이저 빔의 경로를 변경하는 빔 경로 변경장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광원은 상기 이송 스테이지의 Y축 방향 일측에 길게 배치되어 Y축 방향으로 레이저 빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 빔 조사장치는 레이저 빔을 상기 기판에 조사하기 위한 반사 미러인 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 빔 조사장치는 상기 기판의 상부에 배치되되, 상기 기판의 X축 방향에 대하여 회동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 빔 경로 변경장치는 레이저 빔의 경로를 변경하기 위한 반사 미러 또는 반사판 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 빔 경로 변경장치는 상기 빔 조사장치에서 상기 기판을 향하는 Z축 방향으로 수직되게 조사되는 레이저 빔의 조사각에 대하여 상기 빔 조사장치로 입사하는 레이저 빔의 입사각이 90°의 각도 범위를 갖는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 빔 경로 변경장치는 상기 빔 조사장치에서 상기 기판을 향하는 Z축 방향에 수직되게 조사되는 레이저 빔의 조사각에 대하여 상기 빔 조사장치로 입사되는 레이저 빔의 입사각이 90°미만의 각도 범위를 갖는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 빔 경로 변경장치는 레이저 광원과 Y축 방향에 대하여 동일 축선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 빔 경로 변경장치는 Y축 방향에 대하여 상기 레이저 광원의 직경 내에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광원은 X축 방향에 대하여 회동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 빔 조사장치의 폭 및 상기 빔 경로 변경장치의 폭은 회동된 상태의 레이저 광원의 폭과 동일 또는 작게 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 기판의 상부에 Y축 방향을 향하여 길게 배치되되, 상기 기판의 X축 방향에 대하여 일정간격 이격되어 다수로 배열되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 광학장치.

Description

리소그래피용 광학장치{Optical apparatus for lithography} 본 발명은 리소그래피용 광학장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학 헤드의 폭을 최소화하여 다수의 광학 헤드를 배열할 수 있어 넓은 폭을 갖는 기판을 대상으로 리소그래피 공정의 수행이 용이한 리소그래피 광학장치에 관한 것이다. 일반적으로, 레이저 리소그래피(Laser Lithography)는 레이저를 활용하여 기판에 미세 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 반도체 제조 및 미세 가공 기술에 사용되는 공정이다. 이러한 레이저 리소그래피 방식은 레이저 직접 리소그래피 및 레이저 간접 리소그래피로 나뉠 수 있다. 레이저 직접 리소그래피(Laser Direct Lithography)는 레이저 빔을 이용하여 감광성 물질에 직접 패턴을 형성하는 것으로서, 포토마스크 없이 레이저 빔을 사용하여 요구하는 패턴을 직접 생성하는 방식이다. 레이저 간접 리소그래피(Laser Indirect Lithography)는 레이저 빔을 이용하여 포토마스크를 형성한 후 포토마스크를 통하여 기판에 빛을 비추어 패턴을 전사하는 것으로서, 레이저로 포토마스크를 형성한 후 포토마스크를 전사하여 요구하는 패턴을 생성하는 방식이다. 여기서, 레이지 직접 리소그래피 방식은 레이저 광원에서 출사되어 집광된 레이저 빔을 기판에 조사하되, 기판의 위치를 변화시킴과 함께, 레이저 빔을 ON/OFF 제어하거나, 레이저 빔의 광량을 변화시키면서 요구하는 위치의 기판에 조사하여 노광하는 방식을 이용한다. 기판에 대한 레이저 빔의 위치 이동은, 이동 가능하게 이루어지는 이송 스테이지 상에 기판을 안착시킨 후 이송 스테이지를 이동시켜 기판의 위치를 변화시킴으로써 레이저 빔의 위치를 이동시키거나, 미러를 이용하여 레이저 빔의 조사 위치를 변경함으로써 레이저 빔의 위치를 이동시킬 수 있다. 이렇게, 미러와 이송 스테이지를 이용하여 레이저 광원에서 출사된 레이저 빔을 기판 상에 조사하되, 미러 또는/및 이송 스테이지를 이용하여 기판의 특정 위치에 레이저 빔을 조사하면서 기판 상에 도포된 레지스트를 선택적으로 경화하면서 공정을 수행할 수 있다. 여기서, 면적이 넓은 기판에 공정 수행 시 미러의 각도를 넓히거나, 미러와 기판 사이의 거리를 조절하고, 레이저 빔의 구동 폭을 증가시키면서 공정을 수행하도록 이루어지나, 공정 속도가 감소하고, 제작 가능한 구조체의 최소 형상 크기가 증가하는 등의 문제점이 있다. 한편, 기판 상에 레이저 광원 및 미러를 포함하는 광학 헤드를 다수로 배열하여 레이저 광원에서 출사하는 레이저 빔이 미러를 통하여 기판에 조사하면서 이송 스테이지가 일정 속도 조건 하에서 이동하면서 연속적인 공정을 수행할 수 있으나, 레이저 광원의 폭이 레이저 광원의 길이에 의해 결정됨으로써 레이저 광원을 미러의 회전 방향에 대하여 다수로 배열하는 것은 불가능하다. 또한, 이송 스테이지의 이동 방향에 대하여 다수로 배치하는 것은 가능하나, 레이저 빔의 폭이 레이저 광원 및 미러의 폭에 의해 결정됨으로써 레이저 광원에서 출사된 후 미러에 의해 수직되는 기판 상에 조사되는 레이저 빔이 미러의 회전에 의해 기판의 평면 상에 레이저 빔의 궤적이 커브지는 곡선 형태로 형성되는 문제점이 있었다. 따라서, 넓은 면적의 기판 상에 다수의 광학 헤드를 배열하여 연속적인 공정이 가능하고, 다수의 광학 헤드 배열 시 상호 간섭을 최소화하여 신속한 공정이 가능한 리소그래피용 광학장치가 요구되고 있는 실정이다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 정면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 측면도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 정면도이다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 측면도이다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 사시도이다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하기 위하여 레이저 광원의 각도가 변경된 모습을 나타내는 평면도이다. 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하기 위하여 레이저 광원의 각도가 변경된 모습을 나타내는 정면도이다. 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치가 복수로 배열되어 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 사시도이다. 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치가 복수로 배열되어 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 정면도이다. 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 본 명세서에서, X축 방향은 빔 조사장치에서 조사되는 레이저 빔이 직선 형태로 궤적으로 이동하는 이동 방향을 의미할 수 있고, Y축 방향은 레이저 광원에서 레이저 빔이 출사되는 방향 및 이동 스테이지의 이동 방향을 의미할 수 있으며, Z축 방향은 빔 조사장치에서 기판을 향하는 레이저 빔의 조사 방향을 의미할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 정면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 측면도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치를 통해 이송 스테이지의 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 모습을 나타내는 사시도이다. 도 1 내지 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 리소그래피용 광학장치(1)는 기판(20) 상에 다층의 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 이송 스테이지(10) 및 광학 헤드(30)를 포함할 수 있다. 이송 스테이지(10)는 패턴을 형성하기 위한 기판(20)이 상부에 배치되고, Y축 방향으로 이동 가능하게 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 이송 스테이지(10)의 하부에는 이송 스테이지(10)를 Y축 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단(미도시)이 구비될 수 있다. 이송 스테이지(10)는 기판(20)이 상부에 배치된 상태에서 Y축 방향을 향하여 일정 속도 조건 하에서 일방향으로 이동하거나, 연속적으로 전, 후진 반복 이동할 수 있다. 여기서, 이송 스테이지(10)는 기판(20)이 상부에 배치된 상태에서 X축 방향을 향하여 이동 가능하게 이루어지는 것도 가능하나, 이에 한정하지 아니한다. 광학 헤드(30)는 기판(20) 상에 도포된 레지스트(미도시)를 집광된 레이저 빔을 이용하여 선택적으로 경화하기 위한 것으로서, 레이저 빔이 출사되는 레이저 광원(31) 및 레이저 광원(31)에서 출사된 레이저 빔을 기판(20)에 조사하는 빔 조사장치(33)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원(31)은 레이저 빔으로 기판(20) 상에 도포된 레지스트를 경화하기 위한 것으로서, 레이저 빔을 출사하는 레이저 다이오드 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 여기서, 레이저 광원(31)은 이송 스테이지(10)의 상부 일측에 배치될 수 있다. 즉, 레이저 광원(31)은 이송 스테이지(10)의 Y축 방향 일측에 길게 배치되어 Y축 방향으로 레이저 빔을 출사할 수 있다. 레이저 광원(31)의 직경 및 길이는 레이저 빔의 세기에 대응되도록 다양하게 변경실시 가능하다. 빔 조사장치(33)는 레이저 광원(31)의 일측에 배치되되, 기판(20)의 상부에 배치되어 레이저 광원(31)에서 출사되는 레이저 빔이 입사되고, 입사된 레이저 빔을 기판(20)을 향하는 Z축 방향으로 조사할 수 있다. 빔 조사장치(33)는 레이저 광원(31)에서 출사된 후 입사되는 레이저 빔을 집광하여 기판(20)에 조사하기 위하여 레이저 빔의 방향을 변경하기 위한 원 형태의 반사 미러로 이루어질 수