KR100399813B1 - 노광장치 - Google Patents

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KR100399813B1
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

조사형 노광 장치에 있어서, 마스크 및 감광 기판은 상기 미스크 및 기판 사이에 배치된 광 투영 장치를 가지고, 사로 대향 관계로 거의 수직으로 배치된다. 광 투영 장치는 동일 크기를 투영하고, 마스크 패턴의 상을 감광 기판에 정립하는 다수의 광학 소자를 포함하는데, 상기 광학 소자들은 소정 방향으로 배열된다. 조사 장치는 소정 방향의 양쪽에 수직 방향으로 광학 투영 장치와, 이 광학 투영 장치의 광축에 관련하여 서로 동기로 상기 마스크 및 감광 기판을 조사 가능하게 이동시킨다.

Description

노광 장치{EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 액정 표시 소자 및 반도체 칩 같은 다양한 전자 장치를 제조하는데 적합하게 사용되는 주사형 노광 장치에 관한 것이다.
일본국 특허 공개번호 제 61-188933호에 개시된 바와 같은 종래의 주사형 노광 장치에 있어서, 마스터 판으로서 사용되는 마스크 및 노광시킬 부재(이하, 이것을 "노광 부재"라고 함)로서 사용되는 감광 기판은 서로에 대해 배치되거나 정합된 후에, 마스크 및 감광 기판이 투명 광학계에 대해 일체적으로 이동하여(즉, 주사되어), 마스크의 화상이 감광 기판 상으로 전사된다. 이러한 노광 장치에서, 마스크는 수평으로 지지되고, X, Y 및 θ방향으로 이동 가능한 단이 감광 기판에 설치된다. 이 단을, 주사되는 방향에 대한 수직 방향(방향 X)으로 단계적으로 이동시키는데 큰 스트로크(stroke)가 필요하다.
종래의 노광 장치에서, 마스크 및 감광 기판은 캐리지(carriage) 상에 배치되고, 캐리지를 통하여 투영 광학계에 대해 주사되면서 이동되어 전체 패턴 영역을 노광시킨다. 그러나, 최근에 패턴 영역의 크기가 증대되고 있으며, 다수의 액정 판넬이 하나의 감광 기판으로부터 얻어지거나 형성되는 방법이 점차로 많이 사용되고 있다. 이런 상황하에서, 노광량을 증가시키고 주사 길이를 증가시킬 필요가 대두되었다. 그러나, 이것은 노광 장치 자체의 크기를 증가시킨다는 문제를 일으킨다. 이러한 문제를 극복하기 위하여, 패턴 영역이 다수의 섹션으로 분리되고, 주사 노광이 각 섹션에 대하여 분리된 방식으로 수행되는 소위 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 방식의 노광법이 제안되었다. 이 방법은 액정 소자와 같은 하나의 크고 효과적인 패턴 영역을 구비한 장치를 제조하는데 사용되어 왔다.
그러나, 스텝-앤드-스캔 방식의 노광법에서, 마스크 및 투영 광학계가 주사 방향으로 뿐만 아니라 주사 방향(몇몇의 주사 방법에서, 감광 기판은 마스크에 대해서도 이동되어야 한다)에 대한 수직 방향으로 서로 단계적으로 이동되어야 한다. 이것에 의해 노광 장치의 구성이 복잡해질 뿐 아니라, 각각을 단계적으로 이동시켜 매우 밀집된 노광 영역이 합쳐지도록 마스크 및 감광 기판이 서로 정렬되어야 한다. 이것은 작업 처리량에 악영향을 미친다.
게다가, 큰 패턴 영역에 상응하는 큰 마스크가 수평으로 지지될 때, 마스크는 그 자신의 중량 때문에 구부러지거나 변형되고, 이러한 변형 때문에 마스크 패턴의 화상이 측면으로 이동되어, 이동 에러(shift error)를 발생시킨다. 이러한 이동 에러는 하기된 바와 같이 노광의 정밀도에 악영향을 미친다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 문제를 극복하는 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특성에 따라서, 하기 장치를 포함하는 주사형 노광 장치가 제공된다 :
원판 및 서로 대향되어 있는 노광 부재를 거의 수직으로 지지하기 위한 지지 구조물 ;
원판에 대한 동일한 크기의 정립된 화상을 노광 부재 상으로 투영시키기 위해 소정 방향으로 배열된 다수의 광학 소자를 포함하는 투영 광학계;
소정 방향과 투영 광학계의 광축 모두에 수직인 방향으로 투영 광학계에 대해 서로 일체적으로 원판 및 노광 부재를 주사하면서 이동시키기 위한 주사 장치.
상기 주사 장치는 공기 베어링 및 가이드를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 가이드는 노광을 수행하기 위해 마스터 판 및 노광 부재가 이동되는 동안 원판 및 노광 부재를 지지하기 위한 제 1 이동 영역, 및 제 1 이동 영역으로부터 계속하여 연장되는 제 2 이동 영역을 포함할 수 있다. 이러한 배열에 의해, 가이드가 제 1 이동 영역에서만 높은 정밀도로 작업될 필요가 있음에도 불구하고, 지지 구조물은 가이드를 통하여 넓은 범위에 걸쳐 이동될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 원판 및 노광 부재가 쉽게 교체 될 수 있고, 지지 구조물이 쉽게 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 감광 기판이 노광 위치에 수직으로 배치되는 방식으로 감광 기판을 운송하기 위한 운송 장치를 포함하는 노광 장치가 제공되는데, 상기 운송 장치는 수평 방향으로 더 작은 설비 공간을 차지한다.
본 발명의 다른 특성에 따라, 감광 기판을 노광시키기 위한 노광 장치가 제공되는데, 상기 노광 장치는,
감광 기판을 지지하기 위한 수직으로 배치된 홀더 표면을 구비한 기판 단;
감광 기판의 평면이 거의 수직으로 배치되도록, 상기 노광 장치의 외부로부터 공급된 감광 기판을 정립시키기 위한 정립 단; 및
정립된 감광 기판을 상기 기판 단 홀더 표면으로 운송시키기 위한 운송 장치를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 대해서 기술하기 전에, 수평으로 지지된 마스크의 변형이 어떻게 마스크 패턴의 이동 에러를 유발시키는 가에 대해서 먼저 설명할 것이다.
큰 패턴 영역에 상응하는 큰 마스크(M)가 흡입에 의해 수평으로 지지될 경우, 제 3도에 도시된 바와 같이 마스크는 그 자체의 중량 때문에 변형되거나 구부러진다. 투영 광학계의 원거리 중심 에러도(즉, 초점 위치로부터의 편차량에 상응하는 측면 이동량)가 a로 표시되면, 마스크의 디포커싱(defocusing) 에러는 δ로 표시되고, 마스크의 자체 중량으로 인한 마스크의 기하학적 변형에 대한 측면 이동량이 ε로 표시되어, 마스크 패턴의 이동 에러(△)는 △=aㆍδ+ε로 표시된다. 따라서, 이동 에러는 편차량에 따라 증가한다. 본 발명의 제 1의 바람직한 구현예가 제 1 및 2도를 참조하여 상세히 기술될 것이다.
제 1도는 본 발명의 주사형 노광 장치(1)의 구성을 개략적으로 도시한다. 마스크(3) 및 감광 기판(4)은 서로 대향되어 배치되고, 그 사이에 투영 광학계(2)가 배치된다. 마스크(3) 및 감광 기판(4)은 X방향으로 투영 광학계(2)에 대해 일체적으로 이동되어, 마스크(3) 상의 마스터 패턴의 정립된 상이 마스터 패턴의 그것과 동일한 비율(크기)로 감광 기판(4)을 노광하도록 투영된다.
본 구현예에서, 투영 광학계(2)는, 예를 들어 다이슨(Dyson) 광학계를 포함한다. 이 투영 광학계(2)는 동일한 크기의 정립된 화상을 투영시키기 위한 다수의 투영 렌즈를 포함한다. 결과적으로, 감광 기판(4) 상의 투영 영역에서, 인접 영역[예를 들어, 영역(PA1) 및 (PA2), 영역 (PA2) 및 (PA3)]은 서로에 대해 X방향으로 소정량만큼 오프셋되고, 인접 영역의 단부는 제 2도에서 도시된 바와 같이 Y방향(점선으로 도시됨)으로 서로 겹친다. 따라서, 투영 영역(PA1 내지 PA5)의 배열에 따라, 다수의 투영 렌즈는 이들이 X방향에서 소정량을 광학적으로 오프셋시켜 Y방향으로 겹치도록 배열된다. 따라서, 다수의 투영 렌즈가 결합되어 이루어진 투영 광기능부(2a)가 Y방향으로 마스크(3)의 영향 영역의 전반적인 길이를 커버하기 때문에, Y방향으로 단계적으로 이동시킬 필요가 없다.
이러한 노광 장치(1)에서, 마스크(3) 및 감광 기판(4)은 각각의 마스크 단(5) 및 감광 기판 단(6)을 통하여 캐리지(7) 상에 탑재되고, 상기 캐리지(7)는 X방향에서 도시된 바와 같이 대체적으로 상방으로 개구된 U형 단면을 갖는다. 마스크 단(5)은 흡입에 의해 마스크(3)를 지지하고, X, Y 및 θZ방향으로 이동되도록 구동될 수 있다. 감광 기판 단(6)은 흡입에 의해 감광 기판(4)을 지지하고, 감광 기판(4)의 노광 표면을 투영 광학계(2)의 초점 정합 위치와 일치되도록 Z, θX및 θY방향으로 이동되게 구동될 수 있다.
캐리지(7)는 일체적으로 마스크(2) 및 감광 기판을 운송하거나 이동시키고, 캐리지(7)의 하부에 설치된 공기 베어링(도시되지 않음)을 통하여 (X방향으로 연장되어 있는) 공기 베어링 가이드(8) 상을 부상하여 이동한다. 본 구현예에서, 캐리지(7)는 이들의 대향면에 각각 설치된 선형 모터(9)에 의해 구동된다. 투영 광학계(2), 공기 베어링 가이드(8) 및 선형 모터(9)의 고정자는 진동 방지 장치 상에 탑재된 장치 선반(10)상에 설치된다.
상기 구성에서, 첫째 마스크(3) 및 감광 기판(4)을 서로 배치하기 위하여, 마스크 단(5)이 감광 기판측 정렬 패턴과 마스크측 정렬 패턴을 정렬하도록 X, Y 및 θZ방향으로 이동된다. 그런 다음, 캐리지(7)는 X방향으로 주사되면서 이동되어, 마스크(3) 및 감광 기판(4)이 일정한 속도로 광학계(2)를 지나 이동한다. 결과적으로, 마스크(3) 상의 패턴 영역이 감광 기판(4)으로 모두 전사되어, 노광이 종료된다. 수직으로 마스크(3) 및 감광 기판(4)을 지지함으로써, 제 3도에서 기술된 바와 같이 마스크의 디포커싱 에러(δ) 뿐만 아니라, 마스크의 변형으로 인한 패턴의 이동 에러(△)를 0으로 감소시킬 수 있다.
마스크(3)가 수직으로 지지되는 상기 구성에서, 마스크(3)의 노광 범위 또는 크기가 크다고 하더라도, 마스크(3)의 변형으로 인한 초점 편차량 및 패턴 편차량(원거리 중심 에러 및 변형으로 인한 마스크 패턴의 이동)의 역효과가 방지되어, 노광 정밀도가 향상된다. 그 밖에, 이 노광 장치는 임의의 큰 마스크를 처리할 수 있으며 단일 주사 노광 단계에 의해 노광이 완료될 수 있으므로, 스텝 앤드 스캔 방식의 노광법과 달리 주사 방향을 교차 방향으로 단계적으로 이동시킬 필요가 없어 작업 처리량이 개선될 수 있고, 전체 구성이 간략화될 수 있다.
상기 구현예에서, 마스크 단 및 감광 기판 단이 캐리지와 함께 이동하도록 캐리지 상에 탑재될지라도, 본 발명은 상기 구성에 제한되지 않고, 마스크 단 및 감광 기판 단은 이들 단이 서로 일체적으로 주사되면서 이동되는 경우에, 캐리지와 무관하게 이동하도록 배열된다. 이 경우에도, 상기 구현예에서 달성된 바와 같은 동일한 효과는 얻어질 수 있다.
상기 구현예에서, 거의 수직으로 마스크 또는 원판(3)을 지지함으로써, 원판(3)의 변형으로 인한 다양한 에러가 투영 광학계(2)에 발생되지 않을 뿐만 아니라, 동일한 크기의 정립된 화상을 투영시키기 위한 다수의 투영 광학계의 기능부를 포함하는 투영 광학계를 사용함으로써, 노광 영역이 증가될 수 있다. 원판이 거의 수직으로 지지된다 하더라도, 노광은 기판 또는 노광 부재를 지지하는 지지 수단을 수평으로 이동시킴으로써만 수행될 수 있고, 수직 방향으로의 임의적인 단계 이동 및 주사 이동이 필요하지 않기 때문에, 전반적인 구성이 간략화될 수 있다. 게다가, 1회 정렬 및 1회 주사에 의해 노광이 완료되기 때문에, 정렬 및 주사 노광이 수회 수행되어야 하는 종래의 노광법과 비교하여 작업 처리량이 개선될 수 있다.
상기 구현예에서, 투영 광학계와 각각의 감광 기판 및 마스크 사이에 작은 갭이 존재하기 때문에, 이러한 조건에서 감광 기판과 마스크의 교체, 감광 기판 단과 마스크 단의 유지, 이들 단의 흡입 표면의 세척은 효율적으로 수행될 수 없다. 다음으로, 이 문제를 극복하기 위한 본 발명의 제 2 실시예를 제 4도를 참조로 하여 설명할 것이다.
제 4도는 본 발명의 주사형 노광 장치(20)의 주요 구성 부분을 개략적으로 나타내고, 투영 광학계(17)는 장치 선반(도시되지 않았음) 상에 지지된다. 마스크(12) 및 감광 기판(13)은 마스크 단(14) 및 감광 기판 단(15)상에 각각 탑재되고, 마스크 단(14) 및 감광 기판 단(15)은 일체적으로 이동하기 위해 캐리지(16) 상에 지지된다. 공기 베어링(도시되지 않았음)이 캐리지(16) 내에 장착됨으로써, 캐리지(16)가 주사 노광용 고정밀 가이드(21)를 따라 그리고 투영 광학계(17)로부터 감광 기판(13)과 마스크(12)를 후퇴시키는 운송 가이드(22)를 따라 주사 방향으로 이동 가능하다.
본 구현예에서, 투영 광학계(17)는 다이슨 광학계를 포함한다. 상기 투영 광학계(17)는 동일한 크기의 정렬된 화상을 투영시키기 위한 다수의 투영 렌즈를 포함한다. 따라서, 상기 제 2도에서 기술된 바와 같은 동일한 투영 영역이 감광 기판(13) 상에 형성된다.
고정밀 가이드(21) 및 운송 가이드(22)의 단면 형태는 기하학적으로 서로 동일하다. 그러나, 실제로 고정밀 가이드(21)의 가이드 표면은 고정밀 가이드(21)가 주사 노광을 실시하기 위해 캐리지(16)를 매우 정밀하게 이동시켜야 하기 때문에 보다 정밀하게 마감처리된다. 운송 가이드(22)는 고정밀 가이드(21)와 비교하여 작업 정밀도가 보다 낮은 가이드 표면을 구비하며, 비용이 적게 든다. 캐리지(16)가 운송 가이드(22)를 따라서 이동하는 제 2 이동 영역은 노광에 영향을 주지 않는다.
캐리지(16)가 캐리지(16)와 이들 가이드(21 및 22) 사이에 형성된 공기막에 의해 들어 올려지기 때문에, 챔퍼링(chamfering) 및 장치가 조립될 경우 약간의 오정렬로 인해 운송 가이드(22) 및 고정밀 가이드(21) 사이의 결합부에 형성된 단계부가 어느 정도로 허용될 수 있으며, 본 실시예에서 그러한 단계부가 허용가능한 제한치까지 억제된다. 이와는 달리, 가이드(21, 22)의 단부 표면이, 예를 들어 다량 챔퍼링되더라도, 두 단부면 사이의 결합부에 접합재(putty)를 도포함으로서 이들 결합부가 부드러워질 수 있고, 이렇게 함으로서 캐리지(16)가 어떤 문제, 즉, 진동에 의해 다양한 구성 요소 사이의 오정렬 없이, 결합부 상을 부드럽게 이동할 수 있다.
캐리지(16)를 구동시키기 위한 한 쌍의 선형 모터가 캐리지(16)의 대향면에각각 설치되고, 이 선형 모터의 각각은 이동 부재(23) 및 한 쌍의 분리된 고정자(24, 25)를 포함한다. 고정자(24)는 고정밀한 고정자를 구비한 주사 노광 영역[제 1 이동 영역(A)]에 설치되는 반면, 고정자(25)는 각각의 단(14, 15) 상에 감광 기판(13) 및 마스크(12)가 탑재되도록 캐리지(16)가 후퇴되는 운송 영역[제 2 이동 영역(B)] 상에 설치된다. 선형 모터의 이동 부재(23)는 고정자(24, 25)와 접촉되지 않고 유지될 수 있으므로, 상기 부분의 정밀성과 조립시 정밀성이 선형 모터 고정자(24, 25) 사이의 결합부에는 요구되지 않고, 두 개의 고정자를 쉽게 서로 결합시킬 수 있다. 운송 영역에 사용된 [이동 부재 (23) 및 고정자(25)로 구성된] 선형 모터는 주사 노광에 사용된 [이동 부재(23) 및 고정자(24)로 구성된] 선형 모터보다는 [트러스트 리플(thrust ripple)과 같은] 성능이 훨씬 더 낮다.
상기 구성에서, 캐리지(16)는 투영 광학계(17)로부터 완전히 이격된 위치로 움직일 수 있어서, 투영 광학계(17)를 유지하기 위한 충분한 공간이 확보될 수 있을 뿐만 아니라, 감광 기판(13) 및 마스크(12)의 로딩 및 언로딩이 투영 광학계(17)에 의해 간섭되지 않고 캐리지 면에서 수행될 수 있다. 감광 기판(13)은 차례대로 연속적으로 공급되므로, 감광 기판(13)을 지지하는 지지면이 더러워져서 청소해야 한다. 캐리지(16)가 투영 광학계(17)로부터 이격되어 유지될 수 있기 때문에, 세척 조작이 넓은 공간에서 수행되어, 유지시 효율성이 크게 향상된다.
상기 구성에서, 주사 노광 방향으로 스트로크를 증가시킴으로써, 캐리지(16)가 투영 광학계(17)로부터 분리되어 유지될 수 있으므로, 노광 후에 캐리지(16)가 하나의 이동 단계에 의해 언로딩 위치로 이동할 수 있고 중간에 정지시키지 않아도되므로, 시간 손실이 없어서 높은 작업 처리량을 얻을 수 있다. 주사 노광 영역과 운송 영역 사이의 경계에서, 가이드는 두 부분[즉, 가이드(21, 22)]으로 나뉘어지고, 선형 모터도 두 부분[즉, 고정자(24, 25)]으로 나뉘어지므로, 임의의 긴 가이드 및 긴 선형 모터 고정자가 필요없다. 특히, 공기 베어링으로 사용되는 긴 세라믹 부재는 생산하기가 어렵고, 비용이 많이 든다. 그러나, 상기 구성에서, 공기 베어링 부재의 주사 노광 영역용 부분은 일체형으로 만들어질 수 있는 반면, 이 부분을 제외한 다른 부분은 다수의 분할된 부재로 만들어질 수 있다.
더욱이, 상기 장치는 노광 부재 및 원판을 운송시키기 위한 운송 수단이 넓은 공간에서 작동될 수 있도록 설계될 수 있으므로, 노광 부재 및 원판의 위치를 효율적으로 변화시키도록 다수의 운송용 아암을 설치할 수 있어서 설계시 자유도가 향상된다. 더욱이, 운송 수단을 조립하는 경우, 투영 광학계의 손상을 방지할 수 있고, 조립시키는데 충분한 공간을 확보할 수 있다.
상기 2개의 구현예에서, 수평 배치 상태에서 수직 배치 상태로 마스크와 감광 기판의 위치를 변경시킬 필요가 있다. 따라서, 감광 기판 등을 운송하면서 이것의 위치를 변경시키는 정밀한 로봇이 공지되어 있다. 마스크와 감광 기판의 크기가 증가되면, 수평 방향으로 많은 공간을 차지하지 않는 운송 기구를 제공할 필요가 점차적으로 증가되고 있다. 제 5도 및 제 6도에서 도시된 제 3 구현예는 수평 방향으로 많은 공간을 차지하지 않는 운송 기구가 설치된 노광 장치에 관한 것이다.
제 5도는 액정 표시 소자를 제조하기 위한 큰 크기의 감광 기판(32)에 넓은 영역의 패턴을 노광시키기 위한 제 3 구현예의 주사형 노광 장치를 도시한다. 주사형 노광 장치(31)에서, 기판 정립 단(34)은 노광 유닛(33)의 (Y 방향으로의) 한측면 상에 설치되고, 제 1 기판 운송 기구(35)는 상기 노광 유닛(33) 및 (Z방향으로의) 기판 정립 단(34)상에 설치된다.
주사형 노광 장치(31)에서 제 2 기판 운송 기구(36)가 기판 정립단(34)의 (X방향으로의) 다른 측면에 설치되며, 제 2 기판 운송 기구(36) 상에 (Z방향으로의) 기판 교체부(37)가 설치된다. 감광 기판(32)은 외부 기판 운송 기구(도시되지 않음)에 의해 기판 교체부(37)에 공급되어 다시 그곳으로부터 배출되도록 되어있다.
노광 유닛(33)은 Y-Z 평면에서 대체적으로 U자형의 횡단면을 갖는 캐리지(38)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 캐리지는 노광 단을 구성하고 있으며, 이 노광 단(38)에서 마스크(39) 및 감광 기판(32)이 Z방향으로 수직으로 배치된 직사각형의 마스크 홀더 표면(40) 및 직사각형의 기판 홀더 표면(41) 상에 각각 지지된다. 제 1 및 제 2 구현예에 기술된 바와 같이, 마스크 단과 기판 단은 캐리지(38) 상에 설치되고, 이 경우 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면은 마스크 단 및 기판 단 상에 각각 형성된다. 노광 단(38)은 U자형의 몸체에 의해 형성된 홈 내에 [금속 홀더 부재(42)를 통해 고정부(도시되지 않음)에 지지되어 있는] 투영 광학계(43)를 수납하면서, X방향으로 가이드 레일(44) 위를 주사하면서 이동한다.
이때, 마스크(39)에 빛을 조사하면, (Z 방향의 전체 영역에 걸쳐 있는) 마스크 화상 부분이 감광 기판(32) 상에 투영되고, 마스크(39)의 화상이 감광 기판(32) 상으로 전사된다.
투영 광학계(43)는 제 2도에 대하여 기술된 내용과 유사하며, 이는 (Z 방향의 전체 영역에 걸쳐있는) 마스크(39) 부분이 분할되어 있는 다수의 소영역에 각각 상응하는 다수의 렌즈를 포함한다. 다수의 렌즈들은 X방향으로 서로 소정의 간격으로 배치된 제 1 및 제 2 그룹으로 분할되어 있으며, 각 렌즈 그룹에는 수직 방향으로 상호 정렬된 광축이 구비되어 있다. (예를 들면, 단면이 직사각형인) 마스크(39) 소영역에 광선을 조사함으로써, 얻어진 전사된 화상이 감광 기판(32) 상으로 투영된다.
기판 정립 단(34)은 대체적으로 U자형인 편평한 판 구조 및 기판 홀더 표면(45)을 구비한다. 상기 기판 홀더 표면(45) 상에서, 감광 기판(32)이 점선 및 실선(즉, X-Y 평면에서)으로 표시된 수평 위치로부터 수직 위치로(X방향으로 연장되어 있는) 수평축(46)을 중심으로 스윙하게 이동된다. 위치기준핀(48, 49)은 수평축(46)에 근접하게 이것의 한측면(47)에 인접한 기판 홀더 표면(45) 상에 고정적으로 탑재되어 있으며, 이 핀은 X방향으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 위치 기준핀(52)은 측면(47)과 접하고 있는 일측면(50)에 인접한 기판 홀더 표면(45) 상에 고정적으로 탑재되어 있으며, X방향으로 구동시키기 위한 구동핀(53)은 측면(47)과 접하고 있는 타측면(51)에 인접한 기판 홀더 표면(45) 상에 탑재된다.
제 6도에 도시한 바와같이, 각각의 위치 기준핀(48, 49 및 52)과 구동핀(53)은 기판 홀더 표면(45) 상에 장착된 축(54)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다. 기판 홀더 표면(45) 내에 구멍(55)이 형성되어 있으며, 감광 기판(32)은 상기 구멍(55)을 통해 진공 흡입으로 기판 홀더 표면(45) 상에 지지된다. 각각의 구멍(55)은 파이프(56)를 경유하여 압축 공기 공급원(도시되지 않음)용 솔레노이드밸브와 진공 공급원(도시하지 않음)용 솔레노이드 밸브에 연결되어 있다.
제 5도에 도시한 바와같이, 제 1 기판 운송 기구(35)에서, 구동 유닛(58)이 구동 유닛(57)에 의해 Y방향으로 이동되며, 기판 홀더 아암(59, 60)은 구동 유닛(58)에 의해 Z방향으로 각각 독립적으로 이동된다. 기판 홀더 아암(59, 60)은 감광 기판(32)을 각각 수직으로 지지한다. 따라서, 제 1 기판 운송 기구(35)는 노광 단(38) 및 기판 정립 단(34) 사이에 2개의 감광 기판을 각각 독립적으로 운송할 수 있으므로, 2개의 감광 기판(32)은 교대로 로딩되거나 언로딩된다.
제 2 기판 운송 기구(36)에서 구동 유닛(62, 63)은 구동 유닛(61)에 의해 각각 독립적으로 X방향으로 이동되도록 구동된다. 기판 홀더 아암(64, 65)은 유닛(62, 63)에 의해 각각 독립적으로 Z방향으로 이동된다. 기판 홀더 아암(64, 65)은 각각의 감광 기판(32)을 수평으로 지지한다. 이와 같은 배열에 의해 제 2 기판 운송 기구(36)는 (Z방향으로의) 다른 높이로 이러한 기판(32)들을 지지하면서 각각 독립적으로 X방향으로 감광 기판(32)을 운송할 수 있다. 그러므로, 2개의 감광 기판(32)이 각각 독립적으로 기판 교체부(37) 및 기판 정립 단(34) 사이로 운송될 수 있으므로, 교체되는 방식으로 로딩되거나 언로딩된다.
기판 정립 단(34)상에 수평으로 배치되어 있는 감광 기판(32)은 이것이 X방향과 평행한 방향으로 이동될 경우에 기판 교체부(37) 상에 배치된 감광 기판(32)과 일치한다. 기판 정립 단(34) 상에 수직으로 지지되어 있는 감광 기판(32)은 이것이 Y방향과 평행한 방향으로 이동될 경우 기판 교체 위치에서 정지한 노광 단(38)상에 지지되어 있는 감광 기판(32)과 일치된다.
상기 구성에서는, 제 5도에 도시한 바와 같이, 외부 기판 운송 기구가 기판 교체부(37)에 처리되지 않은 감광 기판(32)을 공급하고, 기판 정립 단(34)은 적절한 위치에 있는 처리되지 않은 감광 기판(32)을 수직으로 지지하며, 제 1 기판 운송 기구(35)는 처리되지 않은 감광 기판(32)이 노광 단(38) 상에서 지지되도록 남겨두고, 기판 홀더 아암(59)로 처리된 감광 기판(32)을 지지하면서 기판 정립 단(34)쪽으로 이동하는 것을 가정할 수 있다.
이러한 상태에서, 노광 단(38)은 처리되지 않은 감광 기판(32)을 투영 광학계(43)에 대하여 이동시켜서 노광을 시작하며, 이와 동시에 구동 유닛(57, 58)에 의해 기판 홀더 아암(59, 60)이 구동된다. 그 결과, 기판 홀더 아암(60)은 기판 정립 단(34)으로부터 처리되지 않은 감광 기판(32)을 수납하고 흡입으로 상기 기판을 지지한 후, 처리된 감광 기판(32)은 기판 홀더 아암(59)으로부터 기판 홀더 표면(45)으로 이송된다.
후속적으로, 노광 단(38)은 감광 기판(32)의 노광을 종료하고, 기판 교체 위치로 이동됨과 동시에 기판 홀더 아암(59, 60)이 노광 단(38) 상부의 위치로 이동된다. 빈 상태에 있는 기판 홀더 아암(59)은 구동 유닛(58)에 의해 구동되어, 노광 단(38)의 기판 홀더 표면(41)내의 2개의 수직 홈속으로 삽입된다.
이후, 구동 유닛(57)이 구동됨과 동시에 노광 단(38)에 사용되는 진공 흡입관의 작동이 멈추어지면서 기판 홀더 아암(59)에 사용되는 진공 흡입관이 작동되어, 기판 홀더 아암(50)이 흡입에 의해 처리된 감광 기판(32)을 지지한다. 이후, 흡입에 의해 처리되지 않은 감광 기판(32)을 지지하는 기판 홀더 아암(60)이 이 기판(32)을 노광 단(38)으로 이송하여 감광 기판(32)의 교체가 완료된다. 다음, 노광 단(38)은 처리되지 않은 감광 기판(32)을 노광시키기 위한 동작을 재개시하며, 제 1 기판 운송 기구(35)는 제 5도에 도시된 위치로 재이동된다.
한편, 캐리지(38) 상의 감광 기판(32)을 교체시키는 동안, 기판 정립 단(34)은 처리된 감광 기판(32)을 지지하면서 수평축(46)에 대해 선회가능하게 이동되어, 이 감광 기판을 수평위치로 이동시킨다. 동시에, 제 2 기판 운송 기구(36)의 기판 홀더 아암(65)은 기판 정립 단(34) 하부로 이동한다.
이후, 기판 홀더 아암(65)은 처리된 감광 기판(32)을 수납하고 지지도록 상방으로 이동한다. 또한, 기판 교체부(37) 바로 아래의 대기 위치에 있는 기판 홀더 아암(64)은 처리되지 않은 감광 기판(32)을 수납하고 지지하도록 상방으로 이동한다. 이후, 홀더 아암(65, 64)은 반대방향(X방향)으로 각각 이동하여 서로의 위치를 바꾼 다음, 이들 홀더 아암은 하방으로 이동한다. 결과적으로, 기판 정립 단(34)은 처리되지 않은 감광 기판(32)을 기판 홀더 표면(45) 상에 지지시키면서, 기판 교체부(37)는 처리된 감광 기판(32)을 수납하고 지지한다.
이후, 기판 정립 단(34)은 처리되지 않은 감광 기판(32)을 수직 상태로 정립시킨다. 한편으로, 외부 기판 운송 기구는 기판 교체부(37)로부터 처리된 감광 기판(32)을 운송하여, 처리되지 않은 새로운 감광 기판(32)을 기판 교체부(37)에 공급한다.
이러한 방식으로, 기판 운송 기구(35, 36)는 상기 각각의 초기 상태로 복귀되어, 감광 기판(32)을 교체하는 한 주기가 완료된다.
처리되지 않은 감광 기판(32)이 수평으로 배치된 기판 정립 단(34) 상에 위치할 경우, 기판 정립 단(34)은 구동 기구(도시되지 않음)에 의해 화살표 방향(제 6도)으로 수평축(45)을 중심으로 선회가능하게 이동되기 시작한다. 기판 정립 단(34)의 선회 이동각이 커짐에 따라, 감광 기판(32)은 그 자체의 무게 때문에 하방으로 이동하여, 감광 기판의 하부가 기준핀(48, 49)에 인접한다. 두 개의 핀(48, 49)이 접촉됨으로서, 감광 기판(32)이 기판 홀더 표면(45)의 평면에서 수직 방향(Z방향) 및 각 운동 방향에 대해 배치된다.
따라서, 감광 기판(32)은 기준핀(48, 49)에 인접하며, 상기 기판 정립 단(34)의 선회 이동(정립)각이 소정값을 초과할 경우 구동핀(53)이 수평방향(X방향)으로 감광 기판(32)을 이동시켜서, 감광 기판(32)은 수평방향으로 적절하게 배치된다. 이렇게 배치되는 중에 감광 기판(32)이 기판 홀더 표면(45) 위를 부드럽게 슬라이딩되지 않을 경우, 구멍(55)으로부터 주입된 압축 공기가 감광 기판(32)을 부드럽게 슬라이딩 시키는데 도움을 준다. 배치가 완료된 후, 감광 기판(32)은 진공 흡입에 의해 기판 정립 단(34)의 기판 홀더 표면(45) 상에 지지된다. 따라서, 감광 기판이 수직 위치에 있다 하더라도 떨어지지 않는다.
상기 구성에 있어서, 수평으로 공급된 감광 기판(32)을 수직으로 정립시키는 기판 정립 단(34)이 설치되며, 제 1 기판 운송 기구(35)는 수직으로 지지된 감광 기판(32)을 선형이동시켜 노광 단(38)의 수직 기판 홀딩 표면(41)으로 이송하기 위한 기판 정립 단(34) 상에 설치된다. 이러한 배열에 의해, 다축(multi-axis) 운송 장치는 정교한 로봇과 비교하여 보다 작은 수평의 설비 공간을 점유하도록 콤팩트하게 구성된다. 따라서, 비록 외부로부터 운송된 감광 기판(32)의 크기가 커지더라도, 설비 공간이 증가되는 것을 억제할 수 있다.
상기와 같이 정립되는 동안 기판(32)이 그 자체의 무게에 때문에 배치되어, 노광 단(38)에 감광 기판이 용이하게 운송될 수 있을 뿐만 아니라 배치에 관련된 설비 기구도 간략화될 수 있다.
상기 구현예에 있어서, 감광 기판(32)이 공급 및 배출 모두를 수행하도록 기판 교체부(37)가 설계될지라도, 본 발명은 이러한 구성에 제한되지 않으며, 한쌍의 개별적인 기판 교체부가 기판 정립 단(34)의 반대 측면에 각각 설치될 수 있다. 이 경우, 상기한 바와 유사한 효과가 달성될 수 있다.
상기 구현예에 있어서, 기판 정립 단(34)에 의해 수직으로 지지된 기판이 노광 단(38)에 의해 지지된 기판과 동일한 (Z 방향으로의) 높이 또는 준위에 있으며, 기판 정립 단(34) 상에 수평으로 지지된 기판은 기판 교체부(37)에 위치한 기판과 동일한 준위에 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 배열에 제한되지 않으며, 운송 전 및 후에 감광 기판(32) 평면이 평행하게 유지되고 기판(32)의 평면에서 각 운동의 방향이 일정하게 유지된다면, 상기 높이는 상이할 수 있다. 이 경우, 이것은 구동 유닛(58, 62, 63)을 적절하게 제어함으로서 용이하게 처리될 수 있다.
상기 구현예에 있어서, 감광 기판(32)이 액정 표시 소자를 생산하기 위해 노광된다 하더라도, 본 발명은 이것에 제한되지 않으며, 예를 들어 플라즈마 표시 소자, 반도체 등을 생산하는데 사용된 감광 기판의 노광 장치에 적용될 수 있다.
상기 구현예가 마스크(39) 및 감광 기판(32)이 노광을 목적으로 고정된 투영광학계(43)에 대해 동일한 방향으로 주사되면서 이동되는 노광 장치에 관한 것일지라도, 본 발명은 이것에 제한되지 않으며, 마스크(39) 및 감광 기판(32)이 고정된 투영 광학계(43)에 대해 반대방향으로 각각 주사되면서 이동되는 유형의 노광 장치에도 적용될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 감광 기판이 거의 수직으로 지지되면서 노광되는, 거울 투영형 노광 장치 및 근접 노광 장치와 같은 그밖의 적절한 노광 장치에 적용될 수 있다.
제 1도는 본 발명의 주사형 노광 장치의 바람직한 일 구현예의 사시도이다.
제 2도는 감광 기판 상에 투영된 영역을 도시한 도면이다.
제 3도는 수평으로 지지된 마스크에서 발생하는 변형(deflection)을 도시한 도면이다.
제 4도는 본 발명의 주사형 노광 장치의 다른 구현예의 사시도이다.
제 5도는 본 발명의 주사형 노광 장치의 추가 구현예의 전반적인 구성을 도시한 도면이다.
제 6도는 기판 정립 단의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 주사형 노광 장치 2 : 투영 광학계
3 : 마스크 4 : 감광 기판
7 : 캐리지 10 : 장치 선반
23 : 이동 부재 37 : 기판 교체부

Claims (33)

  1. 서로 대향되어 있는 원판과 노광 부재를 수직으로 지지하기 위한 지지 구조물;
    원판에 대한 동일한 크기의 정립된 상을 노광 부재 상으로 투영시키기 위해 소정 방향으로 배열된 다수의 광학 소자를 구비하는 투영 광학계; 및
    소정 방향과 투영 광학계의 광축 모두에 수직 방향으로 투영 광학계에 대해 서로 일체적으로 원판 및 노광 부재를 주사하면서 이동시키기 위한 주사 장치를 포함함을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 지지 구조물이 일체형 장치로서 원판 및 노광 부재를 지지하여, 일체형 장치가 주사 장치에 의해 투영 광학계에 대해 이동됨을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 주사 장치가 공기 베어링 및 가이드를 포함하며, 가이드가 노광을 수행하기 위해 원판 및 노광 부재를 이동시키는 중에 원판 및 노광 부재를 지지하는 제 1 이동 영역 및 제 1 이동 영역으로부터 계속해서 연장되는 제 2 이동 영역을 구비함을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 가이드의 제 1 이동 영역의 작업 정밀도가 제 2 이동 영역의 작업 정밀도보다 더 높음을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 주사 장치가 이동 부재 및 제 1 고정자를 포함하는 제 1 선형 모터와, 이동 부재 및 제 2 고정자를 포함하는 제 2 선형 모터를 포함하며, 이동 부재는 지지 구조물 상에 설치되고, 제 1 및 제 2 고정자는 연속 방식으로 함께 접속되며, 지지 구조물은 제 1 이동 영역에서의 제 1 선형 모터와 제 2 영역에서의 제 2 선형 모터에 의해 구동됨을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 제 2 선형 모터에 의한 이동 정밀도가 제 1 선형 모터에 의한 이동 정밀도보다 더 낮음을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  7. 감광 기판을 지지하기 위하여 수직으로 배치된 홀더 표면을 구비한 기판 단 ;
    외부로부터 공급되며, 감광 기판의 평면이 수직으로 배치되도록 감광 기판을 정립시키기 위한 정립 단 ; 및
    정립된 감광 기판을 기판 단의 홀더 표면에 운송시키기 위한 운송 장치를 포함함을 특징으로 하는 감광 기판의 노광 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 운송 장치가 서로 독립적으로 다수의 감광 기판을 지지하고 운송하는 다수의 운송 장치를 포함함을 특징으로 하는 감광 기판의 노광 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 외부로부터 수평적으로 배치된 감광 기판을 수납하고, 감광 기판을 정립 단에 이송하기 위한 기판 이송 기구가 설치됨을 특징으로 하는 감광 기판의 노광 장치.
  10. 제 7항에 있어서, 정립 단이 감광 기판을 지지하기 위한 홀더 표면을 구비하며, 정립 단의 홀더 표면이 감광 기판이 정립되도록 수평 회전축을 중심으로 선회가능하게 이동됨을 특징으로 하는 감광 기판의 노광 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 정립 단이 홀더 표면 상에 설치되어 회전축을 따라 서로 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2 기준핀, 및 정립 단의 홀더 표면에 형성된 제 3 기준핀을 구비하며, 제 1 및 제 2 기준핀은 직사각형의 한측면 상에 배치되고, 제 3 기준핀은 직사각형의 한측면에 인접하는 직사각형의 타측면 상에 배치되며,
    감광 기판이 정립 단에 의해 정립되는 동안, 감광 기판의 한측면은 자체 무게에 의해 제 1 및 제 2 기준핀에 대하여 접하게 되고, 제 3 기준핀은 직사각형의 한측면에 인접하는 감광 기판의 타측면에 대하여 접하게 됨으로써, 감광 기판이 배치됨을 특징으로 하는 감광 기판의 노광 장치.
  12. 마스크 패턴을 노광에 의해 기판에 전사시키기 위한 노광 장치에 있어서,
    소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 마스크를 지지하는 마스크 홀더 표면 및 소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 기판을 지지하는 기판 홀더 표면을 포함하며,
    소정 방향으로 마스크 및 기판을 일체적으로 이동가능한 캐리지; 마스크의 패턴을 기판 상으로 투영시키기 위하여 캐리지를 이동시킴으로써 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면 사이에 배치되는 투영 광학계; 및 투영 광학계가 캐리지의 이동에 의해 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면 사이를 벗어난 위치에 배치될 경우, 캐리지의 기판 홀더 표면으로 다른 기판을 운송시키는 제 1 기판 운송 장치를 포함함을 특징으로 하는 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 캐리지가 마스크 및 기판을 수직 위치로 지지함을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 투영 광학계의 투영 영역이 직사각형 형상임을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 캐리지가 소정 방향으로 이동되는 동안, 패턴이 기판 상으로 전사됨을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 패턴이 겹침 전사 기술(overlapping transfer technique)에 의해 기판 상으로 전사됨을 특징으로 하는 노광 장치.
  17. 마스크 패턴을 노광에 의해 기판 상으로 전사시키기 위한 노광 장치로서,
    소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 마스크를 지지하는 마스크 홀더 표면 및 소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 기판을 지지하는 기판 홀더 표면을 포함하며, 소정 방향으로 마스크 및 기판을 일체적으로 이동가능한 캐리지;
    캐리지를 이동시킴으로써 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면 사이에 배치되어, 기판 상으로 마스크 패턴을 투영시키는 투영 광학계; 및
    투영 광학계가 캐리지의 이동에 의해 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면 사이를 벗어난 위치에 배치될 경우에, 기판 홀더 표면으로부터 기판을 운송하는 제 1 기판 운송 장치를 포함함을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 캐리지가 마스크 및 기판을 수직 위치로 지지함을 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 투영 광학계의 투영 영역이 직사각형 형상임을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 캐리지가 소정 방향으로 이동되는 동안, 패턴이 기판 상으로 전사됨을 특징으로 하는 노광 장치.
  21. 제 17 항에 있어서, 패턴이 겹침 전사 기술에 의해 기판상으로 전사됨을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 투영 장치를 통해 기판 상으로 마스크 패턴을 전사시키는 방법으로서,
    소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 마스크를 지지하도록 하는 마스크 홀더 표면 및 소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 기판을 지지하도록 하는 기판 홀더 표면을 구비하며, 제 1 방향으로 이동가능한 캐리지를 설치하는 단계;
    투영 장치가 전사 작동 동안에 마스크 및 기판 사이에 배치되며, 패턴을 기판 상으로 전사시키는 단계;
    투영 장치가 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면 사이의 위치를 벗어난 위치에 배치되도록 캐리지를 이동시키는 단계; 및
    기판 홀더 표면으로부터 기판을 운송시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 캐리지가 마스크 및 기판을 수직 위치로 지지함을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 투영 장치의 투영 영역이 직사각형 형태임을 특징으로하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 캐리지가 제 1 방향으로 이동되는 동안, 기판 상으로 전사됨을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 패턴이 겹침 전사 기술에 의해 기판상으로 전사됨을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  27. 제 22 항에 있어서, 기판이 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 운송됨을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  28. 마스크 패턴을 투영 장치를 통해 기판 상으로 전사시키는 방법으로서,
    소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 마스크를 지지하도록 하는 마스크 홀더 표면 및 소정 각도 만큼 수평 위치로부터 각적으로 변위된 위치에서 기판을 지지하도록 하는 기판 홀더 표면을 구비하며, 제 1 방향으로 이동가능한 캐리지를 설치하는 단계;
    투영 장치가 전사 작동 중에 마스크 및 기판 사이에 배치되며, 패턴을 기판 상으로 전사시키는 단계;
    투영 장치가 마스크 홀더 표면 및 기판 홀더 표면 사이의 위치를 벗어난 위치에 있도록 캐리지를 이동시키는 단계; 및
    기판을 처리되지 않은 기판으로 교체시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 캐리지가 마스크 및 기판을 수직 위치로 지지함을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 투영 장치의 투영 영역이 직사각형 형태임을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  31. 제 28 항에 있어서, 캐리지가 제 1 방향으로 이동되는 동안, 패턴이 기판 상으로 전사됨을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  32. 제 28 항에 있어서, 패턴이 겹침 전사 기술에 의해 기판상으로 전사됨을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
  33. 제 28 항에 있어서, 기판이 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 운송됨을 특징으로 하는 마스크 패턴의 전사 방법.
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