JP3312387B2 - パターニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パターニング装置に
関し、例えばジャイアントマイクロエレクトロニクスに
おいて大面積の基板上に微細なパターンを形成するのに
適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、基板上にパターンを形成する場
合には、基板上にレジストを塗布し、その露光及び現像
を行うことによりレジストパターンを形成した後、この
レジストパターンをマスクとして基板に対してエッチン
グやイオン注入などの処理を行う。

【０００３】従来、上述のレジストの露光は、マスク密
着型（ハードコンタクト型またはプロキシミティーコン
タクト型）マスクアライナーやプロジェクション型マス
クアライナーなどを用いて行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のマスク密
着型マスクアライナーは、製造プロセスの各ステップで
生じる基板の熱的または機械的な変形に対応することが
できないため、処理可能な基板の大きさは４００ｍｍ×
４００ｍｍ程度が限界である。

【０００５】一方、上述の従来のプロジェクション型マ
スクアライナーは、露光フィールドを大きくすることに
より大面積の基板に対応することが可能であるが、この
ように露光フィールドを大きくすると投影光学系に高い
精度が要求され、また基板の変形に対応するために自動
倍率調整機構が必要となることなどにより、マスクアラ
イナーが高価になってしまう。

【０００６】なお、特開昭５６−１０５６３４号公報に
おいては、露光試料が載置されたステージを連続的に移
動させ、露光試料上のアラインメントマークとＸ線マス
ク上のアラインメントマークとが一致した時点をとらえ
てＸ線源を駆動することによりパルス状のＸ線露光を行
うようにしたＸ線転写装置が開示されているが、このＸ
線転写装置は、露光基板上に形成されたトラックを光ピ
ックアップ手段により追尾しながら所定のタイミングで
露光を行うようにしたこの発明のパターニング装置と
は、構成も効果も大きく異なるものである。

【０００７】従って、この発明の目的は、基板の変形の
有無にかかわりなく、大面積の基板上にパターンを高い
位置精度で形成することができ、しかも低コストで構成
することができるパターニング装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のパターニング装置は、少なくとも二つの
光ピックアップ手段（１１、１２、１３）と、マスク
（８）が装着される露光光学系とを有し、露光光学系は
光ピックアップ手段（１１、１２、１３）と連動するよ
うに構成され、パターニングを行うべき基板（５）上に
形成された所定のトラック（１７、１８）を、基板
（５）に光を照射したときの光ピックアップ手段（１
１、１２、１３）の検出結果に応じて光ピックアップ手
段（１１、１２、１３）により追尾しながらマスク
（８）が装着された露光光学系を基板（５）に対して相
対的に移動し、マスク（８）が基板（５）の所定位置に
来たときにマスク（８）を用いて基板（５）を露光する
ようにしている。

【０００９】ここで、基板（５）上に塗布したレジスト
に対して露光を行う場合には、露光後にレジストの現像
を行うことによりレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクとして基板（５）に対してエッチ
ングやイオン注入などの処理を行うことにより、基板
（５）上にパターンを形成することができる。また、基
板（５）自身またはその上に形成した物質層と熱的また
は化学的に相互作用する光を露光用の光として用い、原
料ガス、エッチングガス、ドーピングガスなどの必要な
ガスを導入した真空容器内で基板（５）に対して露光を
行うことにより、使用するガスに応じた処理を基板
（５）に対して行うことができ、これによってパターン
を形成することができる。

【００１０】

【作用】上述のように構成されたこの発明のパターニン
グ装置によれば、基板（５）上に形成された所定のトラ
ック（１７、１８）を光ピックアップ手段（１１、１
２、１３）により追尾しながら基板（５）に対してマス
ク（８）を相対的に移動するようにしていることから、
マスク（８）を常にトラック（１７、１８）に沿って移
動させることができる。そして、このようにマスク
（８）をトラック（１７、１８）に沿って移動させてマ
スク（８）が基板（５）の所定の位置に来たときに露光
光学系によりマスク（８）を用いて基板（５）を露光す
ることにより、基板（５）が大面積であっても、また基
板（５）の変形の有無にかかわらず、下層のパターンや
隣接するパターンに対して高い位置精度でマスク（８）
のマスクパターンを基板（５）上に転写することがで
き、それによってパターンを形成することができる。

【００１１】この場合、基板（５）の変形に対応するた
めに自動倍率調整機構を設ける必要はなく、しかも大面
積の基板（５）に対応するために露光フィールドを大き
くする必要がないために露光光学系に高い精度が要求さ
れず、従ってパターニング装置を低コストで構成するこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。この実施例は、ジャイアントマイ
クロエレクトロニクスにおいて大面積の基板上に微細な
パターンを形成するためのパターニング装置に適用した
実施例である。なお、実施例の全図において、同一の部
分には同一の符号を付す。

【００１３】図１はこの実施例によるパターニング装置
の全体構成を示す。また、図２はこの実施例によるパタ
ーニング装置において基板上を光学ヘッドが走査してい
る状態を示す。

【００１４】図１に示すように、この実施例によるパタ
ーニング装置は、光学ヘッド１と、光学ヘッド１を平面
内でＸ及びＹ方向に走査するためのＸ−Ｙステージ２
と、光学ヘッド１及び後述の光源部７の動作を制御する
ための光学ヘッド／光源制御装置３と、Ｘ−Ｙステージ
２の動作を制御するためのステージ制御装置４と、パタ
ーニングを行うべき基板５が収容されるプロセスチャン
バー６と、光源部７とにより構成されている。

【００１５】光学ヘッド１は、基板５の露光に用いられ
るマスク８及び投影レンズ９を有するマスクパターン投
影露光光学系１０と、それぞれ半導体レーザーＬＤ及び
フォトダイオードＰＤを有する三つの光ピックアップ１
１、１２、１３と、マスクパターン投影露光光学系１０
を光学ヘッド１の走査面内で微動させるためのアクチュ
エータ１４とを有する。

【００１６】光ピックアップ１１、１２、１３のうち光
ピックアップ１１、１２は、基板５上に形成される後述
のアラインメント用トラック１７を追尾するためのセン
サーとして用いられる（図２参照）。これらの光ピック
アップ１１、１２は、少なくとも光学ヘッド１の走査方
向に対して垂直な方向に微動可能に構成されている。一
方、光ピックアップ１３は、基板５上に形成される後述
の露光タイミング検出用トラック１８を追尾するための
センサーとして用いられる（図２参照）。この光ピック
アップ１３は、光ピックアップ１１、１２と同様に、少
なくとも光学ヘッド１の走査方向に対して垂直な方向に
微動可能に構成されている。

【００１７】アクチュエータ１４としては、モータ、ピ
エゾアクチュエータ、電磁誘導コイルなどを用いること
ができる。このアクチュエータ１４は、光学ヘッド／光
源制御装置３により制御される。この場合、二つのアク
チュエータ１４が用いられ、そのうちの一つによりマス
クパターン投影露光光学系１０の平行移動を行い、他の
一つによりその回転移動を行う。ただし、基板５の変形
が小さく、マスク８の大きさの範囲ではアラインメント
精度が問題とならない場合にはこのように二つのアクチ
ュエータ１４を用いる必要はなく、一つのアクチュエー
タ１４をマスクパターン投影露光光学系１０の平行移動
用または回転移動用にのみ用いることができる。

【００１８】プロセスチャンバー６は、真空ポンプ（図
示せず）により真空排気することができるようになって
いる。これによって、例えばエキシマーレーザーのよう
な短波長光源を用いて基板５またはその上に形成された
物質と熱的または化学的に相互作用する光を照射するこ
とによりその照射パターンに応じた選択的処理（例え
ば、アニール、結晶化、ドーピング、膜堆積、エッチン
グなど）を行う際に、基板５の表面を外気から遮断する
ことができる。なお、このプロセスチャンバー６の上部
には、レーザー光源１５からのレーザー光Ｌ１及び光ピ
ックアップ１１、１２、１３の半導体レーザーＬＤから
のレーザー光Ｌ２に対して透明な材料から成る窓６ａが
形成されている。

【００１９】一方、光源部７は、連続発振可能なレーザ
ー光源１５と、このレーザー光源１５から出射されるレ
ーザー光Ｌ１に対するシャッタ１６とを有する。

【００２０】図２においてもその一部を示したが、この
実施例においては、図２に示すように、パターニングを
行うべき基板５上に、アラインメント用トラック１７を
あらかじめ形成しておく。後述のように、マスク８はこ
のアラインメント用トラック１７に対して位置合わせさ
れる。このアラインメント用トラック１７の間隔は、マ
スク８の大きさに応じた間隔、例えば１ｃｍ程度に選ば
れる。また、このアラインメント用トラック１７は、パ
ターニングを行う前に基板５上にマスクを用いずに形成
される。具体的には、このアラインメント用トラック１
７は、基板５に直接レーザー光を照射したり、基板５上
に例えばポリマーなどの薄膜を形成し、これにレーザー
光を照射したりして基板５またはその上の薄膜を選択的
に除去することにより溝として形成したり（図４）、例
えば印刷などの方法により突起（バンプ）として形成し
たり（図５）することができる。

【００２１】図６はアラインメント用トラック１７の具
体例を詳細に示し、アクティブマトリクス型液晶ディス
プレイに用いられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板に
アラインメント用トラック１７を形成した例を示す。

【００２２】図６において、符号１９は絵素、２０は垂
直アドレスライン、２１は水平アドレスラインを示す。
この場合、アラインメント用トラック１７は基板５の有
効領域内に形成するが、基板５上に形成される素子の領
域を減少させないようにする必要がある。基板５が大面
積でかつＴＦＴや配線のパターンが大きいときはこのア
ラインメント用トラック１７をどこに形成するかはあま
り問題とならないが、これらのパターンが小さいときは
このアラインメント用トラック１７をどこに形成するか
は重要である。この図６に示す例では、アラインメント
用トラック１７は、通常アルミニウムなどの高反射率の
金属により形成される水平アドレスライン２１上に形成
されている。このようにすることにより、このアライン
メント用トラック１７を追尾する光ピックアップ１１、
１２の動作が確実となり、しかもこのアラインメント用
トラック１７のために特別にスペースをとる必要がなく
なる。

【００２３】また、この場合、このアラインメント用ト
ラック１７は、例えば矩形のパターン１７ａの列として
形成されている。ただし、このパターン１７ａは矩形以
外の形状、例えば楕円形状であってもよい。これらのパ
ターン１７ａの大きさは、位置合わせの精度によるが、
例えば１μｍの位置合わせ精度を必要とするときには１
μｍ以下の大きさにする必要がある。また、これらのパ
ターン１７ａのピッチは、光ピックアップ１１、１２が
追尾することができるように十分に小さくする必要があ
る。

【００２４】この実施例において、基板５上には、上述
のアラインメント用トラック１７とともに、露光タイミ
ング検出用トラック１８も形成される（図２参照）。そ
して、光ピックアップ１３によりこの露光タイミング検
出用トラック１８を追尾し、光源部７のシャッタ１６を
開いて露光を行うタイミングを検出する。この露光タイ
ミング検出用トラック１８は、アラインメント用トラッ
ク１７と同様に、例えば矩形や楕円などのパターンの列
として形成される。また、この露光タイミング検出用ト
ラック１８の間隔は、マスク８の大きさと同程度に選ば
れ、具体的には例えば数ｍｍ程度に選ばれる。

【００２５】次に、上述のように構成されたこの実施例
によるパターニング装置の動作について説明する。な
お、プロセスチャンバー６内には、パターニングを行う
べき基板５が所定の試料台（図示せず）上にあらかじめ
載置されているものとする。

【００２６】図１及び図２に示すように、この実施例に
よるパターニング装置においては、光ピックアップ１
１、１２のそれぞれの半導体レーザーＬＤから出射され
るレーザー光Ｌ２を基板５に当ててその反射光をフォト
ダイオードＰＤで検出することにより、光学ヘッド１が
アラインメント用トラック１７を追尾するようにする。
すなわち、フォトダイオードＰＤから出力される電気信
号を光学ヘッド／光源制御装置３に入力し、この光学ヘ
ッド／光源制御装置３からの出力信号に応じてステージ
制御装置４でＸ−Ｙステージ２を移動させることによ
り、光ピックアップ１１、１２、従って光学ヘッド１が
アラインメント用トラック１７を追尾するようにする。
この場合、アラインメント用トラック１７の部分の反射
率とその他の部分の反射率とが異なることを利用し、例
えば光ピックアップ１１、１２で検出される反射光の強
度が最も大きくなるように光学ヘッド１を移動する。こ
のようにして、光学ヘッド１を常に基板５上に形成され
たアラインメント用トラック１７に沿って移動させる。

【００２７】この時、光ピックアップ１１、１２が光学
ヘッド１の走査方向と垂直な方向に微動し、この微動が
電気信号に変換されてこの電気信号によりアクチュエー
タ１４が作動することにより、マスクパターン投影露光
光学系１０、従ってマスク８がアラインメント用トラッ
ク１７に対して高精度で位置合わせされる。

【００２８】そして、マスクパターン投影露光光学系１
０のマスク８が基板５上の所定の位置に来たときに、光
学ヘッド／光源制御装置３から光源部７のシャッター１
６に信号を供給してこの信号によりシャッター１６を開
く。これによって、光源部７のレーザー光源１５からの
レーザー光Ｌ１がミラーＭを介してマスクパターン投影
露光光学系１０のマスク８に入射し、レンズ９を介して
基板５上にマスク８のマスクパターンが投影露光され
る。そして、これによって、下層のパターンとの位置合
わせ（オーバレイ・アラインメント）及び隣接するパタ
ーンとの位置合わせ（バッティング）を高精度で確実に
行うことができる。

【００２９】この場合、露光のタイミング、すなわちシ
ャッター１６を開くタイミングは、露光タイミング検出
用トラック１８を光ピックアップ１３により追尾し、こ
の露光タイミング検出用トラック１８のあらかじめ決め
られた基準位置からのパターン数をカウントすることに
より検出することができる。

【００３０】以上のようにして、光学ヘッド１をアライ
ンメント用トラック１７に沿って移動させながら、基板
５の必要な位置で露光を行い、マスク８のマスクパター
ンを転写する。これによって、すでに基板に形成された
下層のパターンや隣接するパターンと高精度に位置合わ
せされて、光学ヘッド１が走査した領域の所定部分にマ
スク８のマスクパターンを単位とした連続パターンが転
写される。なお、基板５の別の部分に別のパターンを形
成する場合には、マスク８を交換してから露光を行うよ
うにすればよい。

【００３１】基板５上に塗布されたレジストに対して上
述のようにして露光を行った場合には、その後にこのレ
ジストの現像を行ってレジストパターンを形成し、この
レジストパターンをマスクとして基板５に対してエッチ
ングやイオン注入などの処理を行って所望のパターンを
形成する。なお、この場合には、必ずしもプロセスチャ
ンバー６は真空排気しなくてもよい。一方、基板５に対
して膜堆積、エッチング、ドーピングなどを選択的に行
ってパターンを形成する場合には、真空排気されたプロ
セスチャンバー６内に原料ガス、エッチングガス、ドー
ピングガスなどの必要なガスを導入した状態で上述と同
様な露光を行うようにすればよい。

【００３２】図７は基板５上での光学ヘッド１の走査経
路の例を示す。図７に示すように、光学ヘッド１は、Ｘ
−Ｙステージ２により、一方向には連続移動を行い、そ
れと垂直な方向にはステップ移動を行って、基板５のあ
らかじめ決められた所定の部分に対してだけマスク８を
用いて投影露光を行う。

【００３３】なお、プロセスが進行するにつれて基板５
上に形成される薄膜の材料が異なってくると表面の反射
率が異なってくるが、一般に、デバイス製造プロセスに
用いられる薄膜材料の反射率は光ピックアップ１１、１
２、１３が反射光を検出することができなくなるほど小
さくなく、従って光ピックアップ１１、１２によるアラ
インメント用トラック１７の追尾及び光ピックアップ１
３による露光タイミング検出用トラック１８の追尾は支
障なく行うことができる。

【００３４】以上のように、この実施例によれば、光ピ
ックアップ１１、１２を用いてアラインメント用トラッ
ク１７を追尾することにより光学ヘッド１、従ってマス
クパターン投影露光光学系１０を常にこのアラインメン
ト用トラック１７に沿って移動させ、光ピックアップ１
３を用いて露光タイミング検出用トラック１８を追尾す
ることによりシャッター１６を開くタイミング、すなわ
ち露光のタイミングを検出して露光を行うようにしてい
ることから、基板５がプロセスの各ステップで熱的ある
いは機械的に変形を生じても、またこの基板５が大面積
であっても、基板５上に高い位置精度でマスク８のマス
クパターンを転写することができ、これによって目的と
するパターンを形成することができる。

【００３５】また、この実施例によるパターニング装置
は、基板５の変形に対応するための自動倍率調整機構は
不要であり、マスクパターン投影露光光学系１０の精度
もさほど要求されないので、低コストで構成することが
できる。

【００３６】この実施例によるパターニング装置は、液
晶ディスプレイやラインセンサーを始めとする各種のデ
バイスの製造に適用して好適なものである。

【００３７】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。

【００３８】例えば、上述の実施例においては、三つの
光ピックアップ１１、１２、１３を用いているが、基板
５に対するマスク８のアラインメントの精度が粗くても
よい場合には、マスクパターン投影露光光学系１０の微
動を行う必要がないため、光ピックアップ１１、１２は
なくてもよく、光ピックアップ１３だけで光学ヘッド１
のトラッキングと露光タイミング検出とを行うことが可
能である。

【００３９】また、アクチュエータ１４によりマスクパ
ターン投影露光光学系１０の微動を行う方法としては、
アラインメント用トラック１７を追尾する光ピックアッ
プ１１、１２の微動を機械的にマスクパターン投影露光
光学系１０に伝達することによってこのマスクパターン
投影露光光学系１０をアラインメント用トラック１７に
対して位置合わせする方法を用いてもよい。

【００４０】また、連続発振可能なレーザー光源１５の
代わりにパルスレーザー光源を用いることも可能であ
る。この場合、マスク８が基板５上の所定の位置に来た
ときにこのパルスレーザー光源のトリガを行ってレーザ
ー発振を起こさせることにより露光を行う。この場合に
は、シャッター１６は不要となる。

【００４１】さらに、上述の実施例においては、マスク
パターン投影露光光学系１０を用いて投影露光を行って
いるが、このマスクパターン投影露光光学系１０を用い
ないで、マスク８を基板５に近接させて露光を行うよう
にしてもよい（プロキシミティーコンタクト方式）。

【００４２】また、上述の実施例においては、基板５を
固定し、この基板５に対して光学ヘッド１を移動させる
ようにしているが、マスクパターン投影露光光学系１０
と光ピックアップ１１、１２、１３とを固定し、これら
に対して基板５を移動させることによりアラインメント
を行うようにしてもよい。

【００４３】さらに、光学ヘッド１の光ピックアップ１
１、１２、１３を基板５の裏側に配置し、マスクパター
ン投影露光光学系１０（近接露光の場合はマスク８の
み）を光ピックアップ１１、１２、１３からの信号に応
じて微動させながら走査するようにしてもよい。この場
合、アライメント用トラック１７及び露光タイミング検
出用トラック１８は、基板５の裏面に形成される。この
ようにすれば、光ピックアップ１１、１２、１３からの
信号の強度は常に一定になり、プロセスステップと無関
係になる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
基板の変形の有無にかかわりなく、大面積の基板上にパ
ターンを高い位置精度で形成することができ、かつパタ
ーニング装置を低コストで構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるパターニング装置を
示す略線図である。

【図２】この発明の一実施例によるパターニング装置に
おいて基板上を光学ヘッドが走査している状態を示す要
部平面図である。

【図３】基板上に形成されたアラインメント用トラック
の例を示す平面図である。

【図４】アラインメント用トラックの断面形状の例を示
す断面図である。

【図５】アラインメント用トラックの断面形状の他の例
を示す断面図である。

【図６】液晶ディスプレイ基板におけるアラインメント
用トラックの形成例を示す要部平面図である。

【図７】この発明の一実施例によるパターニング装置に
おいて基板上を光学ヘッドが走査する経路の例を示す平
面図である。

【符号の説明】

１ 光学ヘッド ２ Ｘ−Ｙステージ ３ 光学ヘッド／光源制御装置 ４ ステージ制御装置 ５ 基板 ６ プロセスチャンバー ８ マスク １０ マスクパターン投影露光光学系 １１、１２、１３ 光ピックアップ １４ レーザー光源 １５ シャッター １７ アラインメント用トラック １８ 露光タイミング検出用トラック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 昌輝 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 佐野 直樹 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−218091（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−296603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−181319（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−10612（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも二つの光ピックアップ手段
   と、 マスクが装着される露光光学系とを有し、 上記露光光学系は上記光ピックアップ手段と連動するよ
   うに構成され、 パターニングを行うべき基板上に形成された所定のトラ
   ックを、上記基板に光を照射したときの上記光ピックア
   ップ手段の検出結果に応じて上記光ピックアップ手段に
   より追尾しながら上記マスクが装着された上記露光光学
   系を上記基板に対して相対的に移動し、上記マスクが上
   記基板の所定位置に来たときに上記マスクを用いて上記
   基板を露光するようにしたパターニング装置。