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KR20170136445A - 노광 장치, 노광 방법 및 물품 제조 방법 - Google Patents

노광 장치, 노광 방법 및 물품 제조 방법 Download PDF

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KR20170136445A
KR20170136445A KR1020170067383A KR20170067383A KR20170136445A KR 20170136445 A KR20170136445 A KR 20170136445A KR 1020170067383 A KR1020170067383 A KR 1020170067383A KR 20170067383 A KR20170067383 A KR 20170067383A KR 20170136445 A KR20170136445 A KR 20170136445A
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KR
South Korea
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substrate
measurement
exposure
semiconductor chip
height
Prior art date
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Inventor
신이치로 히라이
준이치 모토지마
나오토 오카와
Original Assignee
캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

반도체 칩과 해당 반도체 칩의 주위에 배치되는 몰드재를 갖는 기판의 노광 영역을 노광하는 노광 장치가 제공된다. 해당 노광 장치는 상기 기판을 보유 지지하여 이동하는 스테이지와, 상기 스테이지에 보유 지지된 상기 기판의 상기 노광 영역의 복수의 계측점에 있어서 해당 기판의 높이를 계측하는 계측부와, 제어부를 갖는다. 상기 제어부는 상기 기판에 있어서의 상기 반도체 칩의 배치에 관한 설계 데이터에 기초하여, 상기 복수의 계측점에 있어서의 각각의 계측 결과에 가중치 부여를 행하고, 해당 가중치 부여가 된 계측 결과에 기초하여, 상기 스테이지의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어한다.

Description

노광 장치, 노광 방법 및 물품 제조 방법 {EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 노광 장치, 노광 방법 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
최근, FOWLP(Fan Out Wafer Level Packaging)라고 불리는 반도체 디바이스의 패키징 방법이, 반도체 디바이스 제조 공정에 도입되고 있다. FOWLP에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같은, 전공정 처리가 종료되어 다이싱된 복수의 반도체 칩(101)을 배열하여 몰드재(102)로 굳힌 기판(100)이 구성된다. 이와 같은 기판(100)은 재구성 기판이라고도 불린다. 그리고, 이 기판(100)에 대해, 노광 장치 등에 의한 마이크로리소그래피 기술을 사용하여, 도 2에 도시한 바와 같은 배선층(103), 전극 패드(104) 등이 형성된다. FOWLP에 있어서는, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 배선층(103), 전극 패드(104)는 반도체 칩(101) 위뿐만 아니라, 몰드재(102) 위에도 형성된다.
패키징의 고밀도화로 인해, 특히 배선층(103)은 미세한 것이 많고, 선 폭은 수㎛ 정도가 된다. 이로 인해, 노광 장치를 사용하여 이들의 패터닝을 행하는 경우, 기판의 높이 방향의 위치 정렬이 중요해진다. 이 높이 방향의 위치 정렬에 있어서는, 기판의 높이를 미리 계측하고, 기판을 보유 지지하는 스테이지의 높이를 조정하는 것이 일반적이다.
그러나, 몰드재(102)의 평탄화는 어렵고, 도 3에 도시한 바와 같이, 몰드재(102)에는 표면의 거칠기(3a), 오목부(3b), 혹은 볼록부(3c) 등이 존재하기 때문에, 고정밀도의 기판의 높이 계측이 어렵다. 이와 같은 과제에 대해서는, 종래, 기판의 높이 계측에 의해 얻어진 계측값이 이상이라고 판단되는 경우, 기판의 높이 방향의 위치 정렬 제어에 있어서는 그 계측값을 제외하는 등의 대책이 행해진다. 예를 들어, 특허문헌 1은 기판의 높이를 계측하기 위한 복수의 센서로 노광 영역 내의 단차 형상을 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여, 복수의 센서 중 기판의 높이 방향의 위치 정렬 제어에 사용하는 센서를 선택하는 기술을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2002-100552호 공보
그러나, 종래 기술에 의하면, 기판의 상태에 따라서는, 기판의 높이 계측의 결과의 정상, 이상의 판단이 정확하게 행해지지 않아, 부적절한 기판의 높이 위치 정렬이 행해지고, 미세한 패터닝을 할 수 없는 경우가 있었다.
본 발명은 반도체 칩과 몰드재를 포함하는 기판에 형성되는 배선층의 고정밀도화에 유리한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 의하면, 반도체 칩과 해당 반도체 칩의 주위에 배치되는 몰드재를 갖는 기판의 노광 영역을 노광하는 노광 장치이며, 상기 기판을 보유 지지하여 이동하는 스테이지와, 상기 스테이지에 보유 지지된 상기 기판의 상기 노광 영역의 복수의 계측점에 있어서 해당 기판의 높이를 계측하는 계측부와, 제어부를 갖고, 상기 제어부는 상기 기판에 있어서의 상기 반도체 칩의 배치에 관한 설계 데이터에 기초하여, 상기 복수의 계측점에 있어서의 각각의 계측 결과에 가중치 부여를 행하고, 해당 가중치 부여가 된 계측 결과에 기초하여, 상기 스테이지의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 반도체 칩과 몰드재를 포함하는 기판에 형성되는 배선층의 고정밀도화에 유리한 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명에 의해 명백해질 것이다. 또한, 첨부 도면에 있어서는, 동일하거나 혹은 마찬가지의 구성에는 동일한 참조 번호를 부여한다.
첨부 도면은 명세서에 포함되고, 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 그 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된다.
도 1은 재구성 기판을 설명하는 도면.
도 2는 재구성 기판을 설명하는 도면.
도 3은 재구성 기판에 있어서의 몰드재의 표면의 거칠기, 요철의 예를 도시하는 도면.
도 4는 실시 형태에 있어서의 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 5는 노광 영역 내의 포커스 계측점의 예를 도시하는 도면.
도 6은 반도체 칩과 포커스 계측점의 배치예를 도시하는 도면.
도 7은 반도체 칩과 포커스 계측점의 배치예를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 실시에 유리한 구체예를 도시하는 것에 지나지 않는다. 또한, 이하의 실시 형태 중에서 설명되어 있는 특징의 조합의 전부가 본 발명의 과제 해결을 위해 필수인 것이라고는 할 수 없다.
도 4는 실시 형태에 있어서의 노광 방법을 실시하는 노광 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 노광 장치는 광원(401)을 갖는다. 광원(401)은 i선 수은 램프나 엑시머 레이저 등으로 구성될 수 있다. 조명 광학계(402)는 광원(401)으로부터의 광을 도광하여 마스크(403)를 조명한다. 마스크(403)에는 투영되어야 할 패턴이 그려져 있다. 마스크(403)를 통과한 광은 투영 광학계(404)를 통해, 기판(100)에 도달한다. 본 실시 형태에 있어서, 기판(100)은 FOWLP에 의해 얻어진, 소위 재구성 기판이다. 이 재구성 기판은 도 1에 도시된 바와 같이, 전공정 처리가 종료되어 다이싱된 하나 이상의 반도체 칩(101)을 배치하고, 반도체 칩(101)의 주위에 몰드재(102)(예를 들어, 에폭시 수지)를 배치함으로써 구성된다. 그리고, 이 기판(100)에 대해, 노광 장치를 사용하여, 도 2에 도시한 바와 같은 배선층(103), 전극 패드(104) 등이 형성된다. FOWLP에 있어서는, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 배선층(103), 전극 패드(104)는 반도체 칩(101) 위뿐만 아니라, 몰드재(102) 위에도 형성된다. 도 1에서는 반도체 칩(101) 사이는 배선층(103)으로 접속되어 있지 않지만, 경우에 따라서는, 다른 특성의 복수의 반도체 칩이 배선층에 의해 접속되는 것도 있다.
마스크(403)에 그려진 패턴이 투영 광학계(404)를 통해 기판(100)의 표면에 투영된다. 투영된 마스크 패턴의 위는, 미리 기판(100)의 표면에 도포되어 있던 레지스트나 폴리이미드 등의 감광성의 재료를 반응시킨다. 그것을 현상함으로써, 기판(100)의 표면에 패턴이 형성된다.
기판(100)은 기판을 보유 지지하여 이동하는 기판 스테이지(405)에 보유 지지되어 있고, 기판 스테이지(405)를 스텝 이동시켜 소정의 노광 영역을 노광하는 것을 반복하여 기판(100)의 표면 전체에 걸쳐 노광을 행할 수 있다. 기판 스테이지(405)는 도시하지 않은 간섭계나 인코더 등의 위치 계측 장치를 통해, 그 위치나 자세가 고정밀도로 관리되고 있고, 그것에 의해 고정밀도의 중첩 노광을 실현하고 있다.
노광 시에는, 마스크 패턴 위의 위치에 기판의 높이 및 기울기를 맞추기 위해, 계측부(406)(예를 들어, 포커스 센서)에서 기판의 높이를 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지(405)의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것이 제어된다. 또한, 이하에서는, 기판 스테이지(405)의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어하는 것을, 단순히 「기판의 높이 위치 정렬」이라고 하는 경우도 있다.
또한, 도 4에 있어서, 계측부(406)는 광학적인 검출을 행하는 포커스 센서로서 그려져 있지만, 이에 한정되지 않고, 정전 용량 센서나 압력 센서 등을 사용한 다른 검출 방식이어도 된다. 기판의 높이 및 기울기를 계측하기 위해, 도 5에 도시한 바와 같이, 노광 영역(501) 내에는 계측부(406)에 의해 포커스 상태가 계측되는 복수의 계측점(502)이 포함된다. 도 5에서는 9개의 계측점(502)이 격자상으로 배치되어 있지만, 배치수, 배치 위치는 이에 한정되지 않는다.
또한, 계측부(406), 기판 스테이지(405), 투영 광학계(404) 등은 제어부(407)에 접속되어 있다. 제어부(407)는 도시하지 않은 기억부를 포함하고, 계측부(406)에서 계측된 기판의 높이나 기울기의 정보 등 다양한 정보를 기억함과 함께, 기판 스테이지(405) 등에 구동 명령을 내어 제어한다. 제어부(407)는, 예를 들어 기판 스테이지(405)를 스텝 이동시켜 노광 영역(501)을 노광하는 것을 반복하여 기판 전체를 노광하는, 소위 스텝 앤드 리피트 방식으로 노광을 행하도록 제어할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서의 노광 장치의 구성은 대략 이상과 같다. 이하, 이 노광 장치에 의한 노광 방법을 설명한다.
제어부(407)는 노광 영역(501)의 크기 및 위치의 정보 및 노광 영역(501)에 있어서의 계측점(502)의 위치의 정보를, 미리 보유 지지하고 있다. 통상, 도 6에 도시한 바와 같이, 반도체 칩(101)에 대해 노광 영역(501)의 쪽이 크고, 하나의 노광 영역(501)에 반도체 칩(101)이 복수 포함된다. 즉, 이 경우에는 1회의 노광으로 복수의 반도체 칩이 동시에 노광될 수 있다.
제어부(407)에는 기판(100)에 있어서의 반도체 칩(101)의 배치에 관한 설계 데이터가 입력된다. 설계 데이터는, 예를 들어 도시하지 않은 조작 화면을 통해 유저에 의해 입력되어, 제어부(407)의 기억부에 기억된다. 설계 데이터는, 예를 들어 개개의 반도체 칩(101)의 사이즈 및 기판(100)에 있어서의 배치 위치의 정보, 또는 반도체 칩(101)의 외형 형상의 정보를 포함한다. 제어부(407)는 복수의 계측점의 각각이, 반도체 칩(101) 위에 위치하는지 몰드재(102) 위에 위치하는지를 판정한다. 이것은, 예를 들어 노광 영역(501)의 크기 및 위치, 노광 영역(501)에 있어서의 계측점(502)의 위치 등의 기지의 정보와, 입력된 설계 데이터에 포함되는 반도체 칩(101)의 사이즈 및 배치 위치의 정보에 기초하여 판정된다. 도 6에 있어서는, 반도체 칩(101) 위에 위치하는 계측점이 601로, 몰드재(102) 위에 위치하는 계측점이 602로 나타나 있다. 예를 들어, 9개의 계측점(502)이 도 5에 도시된 바와 같이 배치되어 있는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 그들 중 4개의 계측점(601)이 반도체 칩(101) 위에 위치하고, 5개의 계측점(602)이 몰드재(102) 위에 위치한다.
전술한 바와 같이, 몰드재(102)의 평탄화는 어렵고, 반도체 칩(101)에 비해, 표면이 거칠며, 요철이 있기 때문에, 고정밀도의 기판의 높이 계측이 어렵다는 과제가 있다. 그래서 본 실시 형태의 노광 방법에 있어서는, 제어부(407)가 반도체 칩(101) 위에 위치하는 계측점에서의 계측 결과에만 기초하여, 노광 시의 기판의 높이 위치 정렬을 실시한다. 반도체 칩(101)에 비해 평탄하지 않은 몰드재(102) 위의 계측점(602)의 계측 결과를 노광 시의 기판의 높이 위치 정렬에 사용하지 않음으로써, 고정밀도의 포커스 제어가 가능하고, 미세한 배선층의 형성을 실현할 수 있다.
도 6에서는 하나의 노광 영역(501)에 반도체 칩(101)이 복수 포함되는 예를 도시했지만, 도 7과 같이, 하나의 노광 영역(501)에 포함되는 반도체 칩(101)이 하나뿐인 경우라도, 상기와 동일한 방법을 적용할 수 있다. 도 7의 예에 있어서도, 제어부(407)는 복수의 계측점의 각각에 대해, 반도체 칩(101) 위에 위치하는지 몰드재(102) 위에 위치하는지를 판정한다.
상술한 설명에서는, 제어부(407)가 반도체 칩(101) 위에 위치하는 계측점의 계측 결과에만 기초하여, 노광 시의 기판의 높이 위치 정렬을 실시하도록 했다. 그러나, 몰드재(102) 위에 위치하는 계측점의 계측 결과를 완전히 무효로는 하지 않고, 복수의 계측점에 있어서의 각각의 계측 결과에 가중치 부여를 행하고, 해당 가중치 부여가 된 계측 결과에 기초하여, 상기 기판의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어하도록 해도 된다. 예를 들어, 반도체 칩(101) 위에 위치하는 계측점보다도, 몰드재(102) 위에 위치하는 계측점의 계측 결과에 대한 가중치를 작게 한다. 이와 같이 함으로써, 예를 들어 반도체 칩(101) 위에 위치하는 계측점의 수를 충분히 확보할 수 없는 경우에, 몰드재(102) 위에 위치하는 계측점이 가중치를 작게 한 후에 이용되고, 기판의 높이 위치 정렬의 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 상술한 설명과 같이 몰드재(102) 위에 위치하는 계측점의 계측 결과를 완전히 무효로 하는 경우에는, 몰드재(102) 위에 위치하는 계측점의 계측 결과에 대한 가중치를 0으로 하면 된다. 이에 의해, 해당 계측점의 계측 결과가 제외된다. 또한, 반도체 칩(101)의 배치에 관한 설계 데이터에 기초하여, 계측부(406)에 의한 복수의 계측점(502)이 반도체 칩(101) 위에만 배치되도록 계측부(406)를 조정해도 된다. 또한, 반도체 칩(101)의 배치에 관한 설계 데이터에 기초하여, 반도체 칩(101) 위의 계측점(502)을 추가하고, 계측점의 수를 증가시켜, 계측해도 된다.
<물품 제조 방법의 실시 형태>
본 발명의 실시 형태에 관한 물품 제조 방법은, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는 데 적합하다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은 기판에 도포된 감광제에 상기의 노광 장치를 사용하여 잠상 패턴을 형성하는 공정(기판을 노광하는 공정)과, 이러한 공정에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상하는 공정을 포함한다. 또한, 이러한 제조 방법은 현상된 기판을 가공하는 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은 종래의 방법에 비해, 물품의 성능ㆍ품질ㆍ생산성ㆍ생산 비용 중 적어도 하나에 있어서 유리하다.
본 발명은 상기 실시 형태로 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 공표하기 위해, 이하의 청구항을 첨부한다.

Claims (8)

  1. 반도체 칩과 해당 반도체 칩의 주위에 배치되는 몰드재를 갖는 기판의 노광 영역을 노광하는 노광 장치이며,
    상기 기판을 보유 지지하여 이동하는 스테이지와,
    상기 스테이지에 보유 지지된 상기 기판의 상기 노광 영역의 복수의 계측점에 있어서 해당 기판의 높이를 계측하는 계측부와,
    제어부
    를 갖고,
    상기 제어부는 상기 기판에 있어서의 상기 반도체 칩의 배치에 관한 설계 데이터에 기초하여, 상기 복수의 계측점에 있어서의 각각의 계측 결과에 가중치 부여를 행하고, 해당 가중치 부여가 된 계측 결과에 기초하여, 상기 스테이지의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설계 데이터는 상기 반도체 칩의 사이즈 및 상기 기판에 있어서의 배치 위치의 정보를 포함하는 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 노광 영역에 있어서의 상기 복수의 계측점의 위치와, 상기 설계 데이터에 포함되는 상기 반도체 칩의 사이즈 및 상기 기판에 있어서의 배치 위치의 정보에 기초하여, 상기 복수의 계측점의 각각에 대해, 상기 반도체 칩 위에 위치하는지 상기 몰드재 위에 위치하는지를 판정하고,
    상기 반도체 칩 위에 위치하는 계측점의 계측 결과보다도, 상기 몰드재 위에 위치하는 계측점의 계측 결과에 대한 가중치를 작게 하는 노광 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 몰드재 위에 위치하는 계측점의 계측 결과에 대한 가중치를 0으로 함으로써 해당 계측점의 계측 결과를 제외하고 상기 스테이지의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어하는 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노광 영역에 상기 반도체 칩이 복수 포함되는 노광 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 노광 영역에 상기 반도체 칩이 하나 포함되는 노광 장치.
  7. 반도체 칩과 해당 반도체 칩의 주위에 배치되는 몰드재를 갖는 기판의 노광 영역을 노광하는 노광 방법이며,
    스테이지에 보유 지지된 상기 기판의 복수의 계측점에 있어서 해당 기판의 높이를 계측하는 공정과,
    상기 기판에 있어서의 상기 반도체 칩의 배치에 관한 설계 데이터에 기초하여, 상기 복수의 계측점에 있어서의 각각의 계측 결과에 가중치 부여를 행하고, 해당 가중치 부여가 된 계측 결과에 기초하여, 상기 스테이지의 높이 및 기울기 중 적어도 어느 것을 제어하는 공정을 갖는 노광 방법.
  8. 물품 제조 방법이며,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 공정과,
    상기 공정에서 상기 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함하고,
    상기 현상된 기판을 가공함으로써 물품을 제조하는 물품 제조 방법.
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