KR100416870B1 - 노광장치및노광방법 - Google Patents

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Abstract

현미경에 의해 기판상에 이미 형성된 직교 2축방향 각각에 따른 얼라이먼트 마크가 검출되면, 주제어부에서는 각 마크의 위치 및 개수를 검출하여 검출된 특정 마크의 위치 정보와 상기 특정 마크의 설계상 위치 정보에 의거하여 기판의 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하고, 산출된 각 축방향의 신축율을 검출된 직교 2축방향 각각의 축방향에 따른 마크 수에 따라 가중 처리하여 그 평균치를 구하고, 상기 구해진 신축율의 가중 평균치를 배율 보정치로서 설정한다. 배율 콘트롤러에서는 상기 설정된 배율 보정치에 의거하여 배율 조정 기구를 거쳐 투영 광학계의 배율을 보정한다. 기판의 신축이 있는 경우에, 중시하고자 하는 방향의 패턴의 연속성, 중첩 정밀도의 향상을 도모한다.

Description

노광 장치 및 노광 방법{Exposure apparatus and exposure method}
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 노광 장치에 관한 것이며, 상세하게는 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 연결하여 순차 전사하는 노광 장치에 관한 것이다.
종래 기술
종래, 액정 디스플레이(LCD)를 제조하는 노광 장치로서, 래티클(마스크)상에 형성된 패턴을 액정용 유리 플레이트(이하, 적합하게는 [플레이트]라 한다)의 소정 영역에 노광한 후, 해당 플레이트를 일정 거리만큼 스텝핑시켜서 다시 래티클 패턴을 노광하는 것을 반복하는 소위 스텝 앤드 리피트 방식의 것이 있다.
이러한 노광 장치에는 래티클과 플레이트의 정확한 위치 맞춤을 행하기 위한 래티클을 투영 광학계의 광축에 수직인 면내로 이동시키는 래티클 스테이지나, 플레이트를 투영 광학계의 광축에 대해 수직인 면내로 이동시키는 플레이트 스테이지가 구비되어 있다. 노광 장치는 또한 투영 광학계의 투영 배율을 제어하여 래티클 상의 패턴을 소정의 배율로 플레이트에 투영하는 배율 콘트롤러가 구비되어 있다. 투영 배율의 제어는 이하의 경우에 필요하게 된다.
액정 디스플레이 제조를 위해서는 플레이트상에 형성된 패턴상에 또한 겹쳐서 래티클 패턴을 투영할 필요가 있다. 그러나, 전층 노광시 이후의 프로세스에 의해 플레이트가 신출함에 의해, 전층 노광시에 패턴이 전사된 플레이트상의 영역(쇼트 영역)이 신축되는 것이 있다. 이러한 중첩 노광시에, 투영 광학계의 투영 배율이 고정된 채로는 래티클의 패턴을 쇼트 영역에 정확히 중첩시켜 전사할 수 없다. 이러한 경우에 배율 콘트롤러에 의해 투영 배율을 조정한다.
상술된 종래의 노광 장치에서는 투영 배율의 저하는 이하와 같이하여 행해지고 있다. 2회째 도포된 레지스트막(최초에 도포된 레지스트막을 노광, 현상한 후에 도포되는 레지스트막) 이후를 노광할 때에 각 층마다 노광에 앞서 플레이트상에 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출한다. 상기 결과에 의거하여 플레이트의 2차원 방향의 신축율, 구체적으로는 플레이트 스테이지의 이동 방향인 x 방향의 스켈링( y라 한다)과 y 방향의 스켈링( x라 한다)을 산출한다. 이들 단순 평균치 m(m=( x+ y) x)을 배율 보정치로서 설정하고, 상기 배율 보정치 m에 의거하여 배율 콘트롤러가 투영 광학계의 투영 배율을 제어함으로써, 자동적으로 투영 배율을 보정하는 것이 행해지고 있다.
그러나, 상기 종래 기술과 같이 x 방향과 y 방향의 스켈링의 단순 평균치를 배율 보정치로서 투영 광학계의 투영 배율을 보정한 것에서는 x 방향, y 방향 어느 방향에 있어서도 정확히 패턴을 중첩시킬 수 없는 경우가 많았다.
즉, 제 7도에 도시된 바와 같이, 원래는 점선 S로 나타낸 영역이었던 쇼트 영역이 프로세스에 의해 플레이트가 팽창하여 2층째 이후의 노광시에 실선으로 나타낸 영역 S'까지 확대된 것으로 하면, x 방향과 y 방향의 스켈링의 단순 평균치 m에 관해 투영 배율의 보정을 행하였을 경우에는 동 도면내에 사선부로 나타낸 바와같이, x 방향에서는 각 쇼트 영역보다 좁은 영역에서만 패턴이 전사되며, y 방향에서는 각 쇼트 영역이 불거져서 패턴이 전사된다고 하는 불합리함이 종종 발생하고 있었다.
그런데, 액정 디스플레이 제조를 위한 노광에 있어서는 서로 인접하는 쇼트 영역끼리의 이음매 부분에 있어서의 패턴의 연속성, 중첩 정밀도에 대한 요구는 x 방향, y 방향에서 반드시 같은 레벨이 아니고 패턴 방향에 따라 x 방향 혹은 y 방향의 어느 한 방향의 패턴의 연속성, 중첩 정밀도가 중시되는 일이 많다. 예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 형성하는 경우에는 1회째의 노광으로 형성된 게이트 층에 소스-드레인 층을 겹쳐 노광한다. 이 경우에는 소스 층과 드레인 층의 겹치는 방향을 중시할 필요가 있다. 이러한 경우에는 상기 종래 기술에서는 만족할 수 있는 효과를 얻을 수 없음은 명백하다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 결점을 해소하고, 기판의 신축이 있는 경우에 중시하려는 방향의 패턴 연속성, 중첩 정밀도의 향상을 꾀할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 순차 전사하는 노광 장치에 있어서, 상기 기판이 적재되는 직교 2축방향으로 이동가능한 스테이지와, 상기 기판상에서 직교 2축방향으로 미리 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 마크 검출기와, 설정된 배율 보정치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과, 상기 검출기에 의해 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 해당 얼라이먼트 마크의 설계상의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 연산 수단과, 상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 소정의 비율로 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하여, 상기 평균치를 상기 배율 보정치로서 설정하는 설정 수단을 갖는 노광 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 마크 검출 수단에 의해 기판상에 이미 형성된 직교 2축방향 각각에 따라 얼라이먼트 마크의 위치가 검출되면, 연산 수단에서는 검출에 의해 검출된 특정 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 특정 얼라이먼트 마크의 설계상 위치 정보에 의거하여 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출한다. 상기 신축율의 산출이 이루어지면, 설정 수단에서는 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 특정 비율로, 예를 들면, 엄밀한 패턴의 연속성이 요구되는 방향에 따라 가중 처리하여 그 평균치를 구하고, 이 구한 신축율의 가중 평균치를 배율 보정치로서 설정하여, 배율 보정 수단에서는 상기 설정된 배율 보정치에 의거하여 투영 광학계의 배율을 보정한다.
이것에 의하면, 이미 우선하고자 하는 방향에 따라 그 방향의 신축율을 중시한 투영 광학계의 투영 배율의 보정이 행해지기 때문에, 상기 배율 보정이 이루어진 상태에서 마스크에 형성된 패턴이 상기 투영 광학계를 거쳐 기판상에 전사된 경우, 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역 상호간의 우선하고자 하는 방향에 있어서의 패턴의 연속성 및 중첩 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 마스크 검출기가 마크 개수를 검출하고, 상기 설정 수단이 상기 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출된 마크의 개수에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구할 수 있다. 이것에 의하면, 이미 우선하고자 하는 방향에 따른 얼라이먼트 마크 수를 많게 기판상에 형성해 둠으로써, 그것에 따라 그 방향의 신축율을 중시한 투영 광학계의 투영 배율의 보정이 행해진다.
본 발명의 노광 장치는 스텝 앤드 래피트형 또는 스텝 앤드 스캔형의 투영 노광 장치로 할 수 있다. 또한, 반도체 소자 또는 액정 기판 제조용의 어느 것에도 적용 가능하다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 연결시켜 순차 전사하는 노광 장치에 있어서, 상기 기판이 적재되는 직교 2축방향으로 이동가능한 스테이지와, 상기 기판상에 이미 형성된 상기 직교 2축방향 각각에 따른 얼라이먼트 마크의 위치 및 개수를 검출하는 마크 검출기와, 설정된 배율 보정치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과, 상기 검출기에 의해 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 얼라이먼트 마크의 설계상 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 연산 수단과, 상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출기에 의해 검출된 각각의 축방향에 따른 얼라이먼트 마크 수에 따라 가중 처리하여 그 평균치를 구하고, 구해진 상기 신축율의 가중 평균치를 상기 배율 보정치로서 설정하는 설정 수단을 갖는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 연결하여 순차 전사하는 노광 방법에 있어서, 상기 기판상의 직교 2축방향으로 미리 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 단계와, 상기 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 얼라이먼트 마크의 설계상 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 단계와, 상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 우선시키고자 하는 축방향에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 단계와, 구해진 신축율의 가중 평균치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 조정하는 단계와, 상기 조정된 배율하에서 마스크에 형성된 패턴을 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 연결하여 투영 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 노광 방법에 의하면, 이미 우선하고자 하는 방향에 따라 그 방향의 신축율을 중시한 투영 광학계의 투영 배율의 보정이 행해지기 때문에, 상기 배율 보정이 이루어진 상태에서 마스크에 형성된 패턴이 상기 투영 광학계를 거쳐 기판상에 전사된 경우, 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역 상호간의 우선하고자 하는 방향에 있어서의 패턴의 연속성 및 중첩 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 노광 방법에 있어서, 얼라이먼트 마크의 위치만이 아니라 개수도 검출하고, 상기 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출된 마크 개수에 따라 가중 처리 하여도 무방하고, 또한, 직교 2축방향중 한쪽의 축방향의 신축율의 가중 처리 계수를 1로 하여 다른 쪽의 축방향의 신축율의 가중 처리 계수를 0으로 하여도 무방하다.
본 발명의 제 4 특징에 따르면, 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서, 상기 마스크의 직교 2축방향으로 형성된 얼라이먼트 마크를 포함한 패턴을 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 연결하여 순차 전사하는 단계와, 상기 기판상의 직교 2축방향으로 전사된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 단계와, 상기 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 얼라이먼트 마크의 설계상 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 단계와, 상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 우선하고자 하는 방향에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 단계와, 구해진 신축율의 가중평균치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 조정하는 단계와, 상기 조정된 배율하에서 마스크에 형성된 다른 패턴을 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 연결하여 전사하는 것을 포함한 노광 방법이 제공된다.
적합한 실시예의 상세한 설명
이하, 본 발명의 일 실시예를 제 1도 내지 제 6도에 의거하여 설명하지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않는다.
제 1도에는 일 실시예에 따른 노광 장치(10)의 개략 구성이 도시되어 있다. 상기 노광 장치(10)는 투영 광학계(PL)와, 상기 투영 광학계(PL)의 상방에 배치되어 투영 광학계(PL)의 광축(AX)의 방향인 Z축 방향에 직교하는 내면을 x, y 2차원 방향으로 이동 가능함과 동시에 2면내에서 회전가능하게 구성된 래티클 스테이지(12)와, 투영 광학계(PL)의 하방에 배치되어 래티클 스테이지(12)의 이동면과 평행인 면내를 x, y 2차원 방향으로 이동가능한 플레이트 스테이지(14)를 구비하고 있다.
상기 래티클 스테이지(12)상에는 마스크로서의 래티클(R)이 적재되어 도시되지 않은 진공 흡착 수단을 거쳐 흡착되어 있다. 상기 래티클(R)의 이면은 소정 영역에 회로 패턴이 형성된 패턴면으로 되어 있다.
한편, 플레이트 스테이지(14)상에는 표면에 포토레지스트가 도포된 기판으로서의 액정 플레이트(이하, [플레이트]라 한다)(16)가 적재되며, 도시되지 않은 플레이트 홀더에 흡착되어 고정되고 있다.
플레이트(16) 표면은 투영 광학계(PL)에 관해서 래티클(R)의 패턴면과 공역으로 되어 있다. 이 때문에, 도시되지 않은 조사 광학계로부터 사출된 노광 광에 의해 래티클(R)의 패턴면이 조명되면, 상기 래티클(R)에 형성된 패턴이 투영 광학계(PL)를 거쳐 플레이트(16)상에 투영되어 전사된다.
래티클 스테이지(12)는 제 1도에서는 도시를 생략하였지만, 실제로는 래티클 스테이지 구동계(18)에 의해 상기와 같이 x, y 2차원 방향 및 z축 회전의 회전 방향(θ 방향)으로 구동되도록 되고, 래티클 스테이지 구동계(18)가 래티클 스테이지 콘트롤러(20)에 의해 제어되도록 되어 있다(제 3도 참조).
플레이트 스테이지(14)는 제 1도에서는 도시를 생략하였지만, 실제로는 플레이트 스테이지 구동계(22)에 의해 상기와 같이 x, y 2차원 방향으로 구동되도록 되어 있고, 플레이트 스테이지 콘트롤러(24)에 의해 제어되도록 되어 있다(제 3도 참조). 또한, 상기 플레이트 스테이지(14)의 이동 위치는 제 1도에서는 도시를 생략하였지만, 실제로는 고정밀도의 위치 계측수단, 예를 들면, 레이저 간섭계(26)에 의해 계측되도록 되어 있다(제 3도 참조).
투영 광학계(PL)는 제 1도에서는 도시를 생략하였지만, 실제에는 배율 조정 기구(28)에 의해 배율이 조정되도록 되어 있고, 배율 조정기구(28)가 배율 콘트롤러(30)에 의해 제어되도록 되어 있다. 여기서, 배율 조정기구로서는 예를 들면, 일본 특개소60-78454호(미국 특허 제4,666,273호)에 개시되어 있는 바와 같은 [투영 광학계를 구성하는 다수의 렌즈 얼라이먼트간의 특정 공간에 밀봉된 기체(공기등)의 압력을 바꾸어 그 공간의 굴절률을 바꿈으로써, 배율(초점 위치)을 변화시킨다] 배율 조정기구가 사용된다. 그 외에 미국 특허 제5,117,255호에 개시되어 있는 바와 같은 투영 광학계를 구성하는 특정 렌즈 얼라이먼트를 광축 방향으로 이동시킴으로써 투영 배율을 변화시키는 배율 조정기구를 사용하여도 무방하다.
투영 광학계(PL)의 근처에는 투영 광학계(PL)의 광축에 대해 소정의 관계로 얼라이먼트 현미경(32)이 배치되고, 플레이트 스테이지(14)상에 적재된 플레이트(16)상에 형성된 얼라이먼트 마크(이것에 관해서는 후술한다)가 얼라이먼트 현미경(32)으로 계측되도록 되어 있다.
또한, 플레이트 스테이지(14)상에는 래티클(R)에 형성된 래티클 얼라이먼트 마크를 계측하기 위한 래티클 얼라이먼트 계를 구성하는 기준 광원(34)이 설치되어 있다. 래티클 스테이지(12)로의 래티클(R)의 탑재시에는 플레이트 스테이지 콘트롤러(24)(제 3도 참조)에서는 제 2도에 도시된 바와 같이, 기준 광원(34)으로부터의 광이 투영 광학계(RL)를 거쳐 래티클(R)상에 형성된 래티클 얼라이먼트 마크를 주시하도록 플레이트 스테이지 구동계(22)(제 3도 참조)를 거쳐 플레이트 스테이지(14)의 이동을 제어한다. 이때, 얼라이먼트 센서(36)에서 수광하는 투과 광량과 레이저 간섭계(26)의 출력에 의거하여 플레이트 스테이지(14)의 이동 좌표계에 있어서의 래티클 얼라이먼트 마크의 위치를 알 수 있도록 되어 있고, 이것에 의거하여 래티클 스테이지 콘트롤러(20)에서는 래티클 스테이지 구동계(18)를 거쳐 래티클 스테이지(12)를 x, y, θ 방향으로 구동하여 래티클(R)의 얼라이먼트를 행한다. 또한, 래티클 스테이지(12)가 x, y 방향으로 이동할 수 없는 구성으로 되어 있는 경우는 그 이동량에 대응한 량만큼 플레이트 스테이지(14)측을 이동하는 것으로 보정하면 무방하다.
제 3도에는 노광 장치(10)의 제어계의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 제어계는 마이크로 컴퓨터 또는 미니 컴퓨터로 구성된 주제어계(50)를 중심으로 하여 구성되고, 상기 주제어부(50)의 입력측에는 레이저 간섭계(26), 얼라이먼트 현미경(32) 및 얼라이먼트 센서(36) 등이 접속되어 있다. 또한, 주제어부(50)의 출력측에는 래티클 스테이지 콘트롤러(20), 플레이트 스테이지 콘트롤러(24) 및 배율 콘트롤러(30) 등이 접속되어 있다. 래티클 스테이지 콘트롤러(20), 플레이트 스테이지 콘트롤러(24), 배율 콘트롤러(30)는 주제어계(50)로부터의 제어 신호에 의거하여 래티클 스테이지 구동계(18), 플레이트 스테이지 구동계(22), 배율조정기구(28)에 각각 제어 지령을 송출하도록 구성되어 있다.
다음에 상술한 바와 같이하여 구성된 노광 장치(10)의 동작을 설명한다.
<제 1층째의 노광>
상기와 같이 하여 래티클 얼라이먼트가 행해진 후, 플레이트 스테이지(14)상에 플레이트가 적재된다. 플레이트(16)상에는 제 1층째의 포토레지스트가 이미 도포되어 있다. 주제어부(50)에 의해 소정의 순서로 플레이트 스테이지 콘트롤러(20) 등이 제어되며, 소위 스텝 앤드 래피트 동작에 의해 플레이트 스테이지(14)의 스텝핑과 노광이 반복되고, 1층째의 래티클 패턴(1층째의 레지스트를 노광하기 위한 래티클 패턴)의 전사가 행해진다. 이것에 의해, 예를 들면 제 4A도에 도시된 바와 같이, 플레이트(16)상의 소정 영역에 다수(여기서는 4개)의 쇼트 영역(S1, S2, S3, S4)이 형성된다. 이 경우, 인접하는 쇼트 영역에는 연속된 패턴이 존재한다. 또한, 상기 1층째의 레지스트의 노광시에, 플레이트(16)상에는 얼라이먼트 마크, 예를 들면 x 방향 위치 결정용 얼라이먼트 마크(Mx1, Mx2, Mx3, M4), y 방향 위치 결정용 얼라이먼트 마크(My1, My2, My3, My4, My5, My6)가 형성된다.
상기 제 1층째의 레지스트의 노광 후, 현상, 에칭, 그 이외의 프로세스 처리가 행해지고, 상기 프로세스에 의해 제 4B도에 도시된 바와 같이 플레이트(16)가 팽창하여 점선으로 나타낸 쇼트 영역(S1, S2, S3, S4)이 실선으로 나타내는 쇼트 영역(S1', S2', S3', S4')과 같이 확대한 것으로 한다.
<제 2층째의 노광>
여기서는 주제어부(50)의 주요한 제어 알고리즘을 나타내는 제 5도의 플로우 챠트를 따라 설명한다. 여기서는 오퍼레이터는 우선 방향 및 투영 배율을 하등 지정하고 있지 않는 것으로 한다. 또한, 전제로서 표면에 포토레지스트(제 2층째의 레지스트)가 도포된 제 4B도에 도시된 플레이트(16)가 플레이트 스테이지(14)상에 적재된 도시되지 않은 홀더에 흡착 고정되는 것으로 한다.
주제어부(50)는 스텝(100)에서 플레이트(16)상의 얼라이먼트 마크의 위치 및 수를 계측(검출)한다. 상기 얼라이먼트 마크의 위치 및 수의 계측은 구체적으로는 주제어부(50)가 얼라이먼트 현미경(32)과 레이저 간섭계(26)의 출력을 모니터하면서 스테이지 콘트롤러(24)를 거쳐 플레이트 스테이지 구동계(22)를 제어하여 플레이트 스테이지(14)를 x, y 2차원 방향으로 이동함으로써 이루어진다. 그리고, 상기 계측 결과는 주제어부(50)의 도시되지 않은 메모리에 기억된다.
다음 스텝(102)에서는 스텝(100)의 계측치에 의거하여 각 보정 파라메터를 산출한다. 보정 파라메터는 플레이트(16)의 신축 및 얼라이먼트 오차 등에 의해 얼라이먼트 마크의 위치에 오차가 생기고, 얼라이먼트 마크의 설계상의 배열 좌표에 대한 위치를 중첩해야 할 실제의 배열 좌표를 결정하기 위한 파라메터이다. 보정 파라메터는 얼라이먼트 마크의 설계상의 배열 좌표에 대한 위치를 중첩해야 할 배열 좌표(보정 파라메터에 의해 보정된 얼라이먼트 마크 위치)를 다음 식(1)에 대응시켜 주제어부(50)에 있어서 산출한다. 이하, 각 보정 파라메터의 산출 방법에 관해 상세히 기술한다. 산출 방법(해석 방법)으로서는 최소 2제곱법이 이용된다.
(X1, Y1) : 얼라이먼트마크설계 위치
(X1', Y1'): 보정 파라메터에 의해 보정된 얼라이먼트 마크위치
여기서, 각 보정 파라메터는 다음과 같이 플레이트의 팽창에 의해 플레이트가 신축율( x, y) 신축하거나, 플레이트의 얼라이먼트 오차 등에 의해 플레이트가 각도(θ)로 플레이트 평면내에서 회전하거나, 또는 εx, εy의 거리로 위치 이동된 것으로 한다.
① 플레이트 스켈링(신축) : x(x 방향), y(y 방향)[ppm]
② 플레이트 회전 : θ[μrad]
③ 직교도(x축을 기준으로 한 직교도 오차) : ω[μrad]
④ 플레이트 이동 : εx(x방향), εy(y방향)[μm]
각 보정 파라메터는 다음식(2)으로 표시된다. 상기 식(1)에 의거하여 변환된 실제의 배열 좌표와 계측치와의 차의 2제곱 합이 최소로 되도록 한 변환 행렬의 각 요소를 구함으로써 결정된다.
Xi" : X 방향의 얼라이먼트 마크의 계측 위치
Yj" : Y 방향의 얼라이먼트 마크의 계측 위치
Xi' : 수 1에 의해 변환된 X 방향의 얼라이먼트 마크의 계측 위치
Yj' : 수 1에 의해 변환된 Y 방향의 얼라이먼트 마크의 계측 위치
Xi', Yj'는 보정 파라메터의 함수이다.
상기와 같이 하여 구해진 각 보정 파라메터의 값은 메모리에 기억된다.
다음에 스텝(104)에서, 주제어부(50)는 소정 메모리 영역을 억세스하여 그 내용을 확인함으로써, 우선 방향은 오퍼레이터의 설정에 따를 것인가 아닌가를 판단한다. 여기서는 상기와 같이 오퍼레이터는 하등의 지정도 하지 않기 때문에, 상기 스텝(104)에 있어서의 판단은 부정되며, 스텝(106)으로 진행하여 계측된 얼라이먼트 마크 수에 따라 x 방향, y 방향의 가중 처리 계수(α, β)를 결정한다.
구체적으로는 스텝(100)에서 메모리에 수납된 x 방향에 대응하는 얼라이먼트 마크 수를 N개, y 방향에 대응하는 얼라이먼트 마크 수를 M개로 하면, 각각의 방향에 부가되는 중량은 x 방향에서는 α=N/(N+M), y 방향에서는 β=M/(N+M)으로 한다. 제 4도에서는 N=4, M=6이기 때문에, α=0.4, β=0.6으로 한다.
스텝(110)에서, 주제어부(50)는 구해진 가중 처리 계수(α, β)에 따라 배율 보정치(m[ppm])를 결정한다. 구체적으로는 상기 스텝(102)에 있어서 구해진 플레이트 스켈링 보정 파라메터(신축율)( x, y)에 가중 처리 계수(α, β)에 의해 가중 처리를 한 가중 평균치 m=α x+ β y를 구한다. 제 4도의 경우는 m=0.4 x+0.6 y로 되어, y 방향을 중시한(우선한) 배율 보정치가 산출된다.
최후의 스텝(112)에서, 주제어부(50)는 스텝(110)에서 구한 배율 보정치(m)를 배율 콘트롤러(20)에 보낸 후, 본 루틴의 일련의 처리를 종료한다. 이것에 의해, 배율 콘트롤러(30)에 의해 배율 보정치(m)에 따라 배율 조정기구(28)가 제어되고, 투영 광학계(PL)의 투영 배율이 조정된다.
상기 투영 배율의 조정 후, 2층째의 노광을 위한 스텝 앤드 래피트 운동이 행해지지만, 이때, 각 쇼트의 위치 결정시에, 먼저 스텝(102)에서 산출되어 메모리에 기억된 각 보정 파라메터의 값에 따라 위치 결정이 행해진다. 또한, 래티클 스테이지(12)가 x, y 방향으로 이동할 수 없는 경우는 목표 위치로부터의 x, y 각 방향의 어긋남 량을 위치 결정할 때의 오프셋으로서 보정하면 무방하다.
제 6도에는 상기와 같이 하여 y방향을 대단히 중시한 배율 보정치(m)에 의거하여 배율 조정이 이루어진 상태에서 노광된 2층째의 패턴의 일 예가 예시되어 있다. 상기 도면에 있어서, 사선으로 나타낸 영역이 2층째의 패턴의 전사 영역을 나타낸다. 상기 도면에 의하면, 중시하고자 하는 방향(y 방향)의 패턴의 연속성 및 중첩 정밀도가 제 7도의 종래 예와 비교하여 특히 양호하게 되어 있음을 알 수 있다.
여기까지의 설명으로부터 명확해지듯이, 본 실시예에서는 배율 조정기(28)와 배율 콘트롤러(30)에 의해 배율 보정 수단이 실현되고, 얼라이먼트 현미경(32)과 주제어부(50)의 기능에 의해 마크 검출기가 실현되며, 주제어부(50)의 기능에 의해 연산 수단, 설정 수단이 실현되고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 얼라이먼트 마크 계측으로부터얻어진 x 방향, y 방향의 스켈링( x, y)의 범위내, 즉,
x≤m≤ x( y≤ x의 경우)
x≤m≤ y( x≤ y의 경우)
의 범위에서 적당한 배율 보정(m)이 자동적으로 설정되며, 이것에 따라 투영 광학계(PL)의 투영 배율이 조정된다. 따라서, 중시하려는 방향에 따라 얼라이먼트 마크의 수를 결정해 놓는 것만으로, 그 방향의 패턴의 연속성, 중첩 정밀도를 향상시킬 수 있다. 특히, x 방향과 y 방향과의 스켈링 차가 클 때만큼, 적당한 배율 보정치를 설정할 수 있는 가능성이 넓어지는 것으로 생각할 수 있다.
또한, 얼라이먼트 마크의 x 방향, y 방향의 마크 수보다 가중을 행한 상기 실시예의 방법에서는 마크수가 증가함으로써, 우선 방향의 플레이트 스켈링의 값은 소위 평균화 효과에 의해 그 정밀도가 향상되도록 한다.
또한, 상기의 플로우챠트 중에서는 우선 방향을 오퍼레이터가 설정할 수 있는 경우를 설치해두고, 따라서, 오퍼레이터가 임의의 방향을 우선하여 배율 보정할 때는 미리 도시되지 않은 키보드로부터 얼라이먼트 마크 수에 상당하는 파라메터(N, M)로서 임의의 값을 입력하면 무방하다. 예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하는 경우에는 이미 노광된 게이트층상에 소스-드레인 충을 겹쳐서 노광한다. 이 경우에는 소스 층과 드레인 층과의 겹치는 방향을 우선하여 파라메터(N, M)를 입력하면 무방하다. 상기와 같이, 오퍼레이터 입력에 의해, 배율보정치를 설정가능하도록 하는 것은 우선도에 따라 마크 수를 설정하여 시험한 결과, 어떠한 원인에 의해, 반드시 만족한 결과를 얻을 수 없었던 경우를 고려하여 용이하게 배율을 변경할 수 있도록 한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 프로세스에 의해 기판의 신축이 있는 경우에 중시하고자 하는 방향의 패턴의 연속성, 중첩 정밀도의 향상을 꾀할 수 있는 바와 같이 종래에 없는 뛰어난 효과가 있다.
상기 실시예에서는 스텝 앤드 래피트형의 투영 노광 장치를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은 그것에 한정되지 않고, 스텝 앤드 스캔형의 투영 노광 장치에 적용할 수 있다. 특히, 스텝 앤드 스캔형의 일종으로서 노광 에리어 영역을 맞불여 노광하는 스캔 앤드 스텝형의 투영 노광 장치에 적용할 수 있다. 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은 액정 플레이트만이 아니라 반도체 기판의 노광에도 적용할 수 있음은 말할 나위도 없다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 정신을 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경 및 개량할 수 있다. 당업자에 의해 행할 수 있는 그와 같은 변경 및 개량은 본 발명의 범위에 포함된다.
제 1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치의 개략 구성을 도시한 사시도.
제 2도는 래티클 얼라이먼트 마크의 계측 방법을 설명하기 위한 도면.
제 3도는 제 1도의 장치의 제어계의 개략 구성을 도시한 블록도.
제 4A도 및 제 4B도는 플레이트의 팽창에 의한 쇼트 영역의 확대 상태를 설명하기 위한 도면.
제 5도는 주제어부의 주요한 제어 알고리즘을 도시한 플로우챠트.
제 6도는 투영 배율이 보정된 상태에서 플레이트상에 패턴이 겹쳐서 전사된 상태를 도시한 도면.
제 7도는 종래 기술에 있어서의 중첩 노광 상태를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 노광 장치 14 : 플레이트 시스템
16 : 플레이트 28 : 배율조정기구
30 : 배율 콘트롤러 32 : 얼라이먼트 현미경

Claims (24)

  1. 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐서 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 차례로 전사하는 노광 장치에 있어서,
    상기 기판이 적재되는 직교 2축방향으로 이동가능한 스테이지와,
    상기 기판상에 상기 직교 2축방향으로 미리 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 마크 검출기와,
    설정된 배율 보정치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과,
    상기 검출기에 의해 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 얼라이먼트 마크의 설계상의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 연산 수단과,
    상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 소정의 비율로 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하고, 상기 평균치를 상기 배율 보정치로서 설정하는 설정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마크 검출기가 마크의 개수를 검출하고, 상기 설정 수단이 상기 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출된 마크의 개수에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 설정 수단이 상기 직교 2축방향중 한쪽의 축방향의 신축율의 가중 처리 계수를 1로 하고, 다른 쪽의 축방향의 신축율의 가중 처리 계수를 0으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배율 보정 수단이 투영 광학계를 구성하는 광학 소자사이에 존재하는 기체의 압력을 조정함으로써 배율을 보정하는 장치 및 투영 광학계를 구성하는 특정의 광학 소자를 광축 방향으로 이동시킴으로써 배율을 보정하는 장치중 한쪽에 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    스텝 앤드 래피트형의 투영 노광 장치인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    스텝 앤드 스캔형의 투영 노광 장치인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐서 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 차례로 전사하는 노광 장치에 있어서,
    상기 기판이 적재되는 직교 2축방향으로 이동가능한 스테이지와,
    상기 기판상에 미리 형성된 상기 직교 2축방향 각각에 따른 얼라이먼트 마크의 위치 및 개수를 검출하는 마크 검출기와,
    설정된 배율 보정치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과,
    상기 검출기에 의해 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 해당 얼라이먼트 마크의 설계상의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 연산 수단과,
    상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출기에 의해 검출된 각각의 축방향에 따른 얼라이먼트 마크 수에 따라 가중 처리하여 그 평균치를 구하고, 구해진 상기 신축율의 가중 평균치를 상기 배율 보정치로서 설정하는 설정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배율 보정 수단이 투영 광학계를 구성하는 광학 소자사이에 존재하는 기체의 압력을 조정함으로써 배율을 보정하는 장치 및 투영 광학계를 구성하는 특정의 광학 소자를 광축 방향으로 이동시킴으로써 배율을 보정하는 장치중 한쪽에 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    스텝 앤드 래피트형의 투영 노광 장치인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    스텝 앤드 스캔형의 투영 노광 장치인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  11. 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 차례로 전사하는 노광 방법에 있어서,
    상기 기판상의 직교 2축방향으로 미리 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 해당 얼라이먼트 마크의 설계상의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 단계와,
    상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 우선시키고자 하는 축방향에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 단계와,
    구해진 신축율의 가중 평균치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 조정하는 단계와,
    상기 조정된 배율하에서 마스크에 형성된 패턴을 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 투영 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 얼라이먼트 마크의 개수를 검출하고, 상기 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출된 마크의 개수에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 직교 2축방향중 한쪽의 축방향 신축율의 가중 처리 계수를 1로 하고, 다른 쪽의 축방향 신축율의 가중 처리 계수를 0으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  14. 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐서 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
    상기 마스크의 직교 2축방향으로 형성된 얼라이먼트 마크를 포함하는 패턴을 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 차례로 전사하는 단계와,
    상기 기판상의 직교 2축방향으로 전사된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 얼라이먼트 마크와 설계상의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 2축방향의 신축율을 각각 산출하는 단계와,
    상기 산출된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 우선시키고자 하는 축방향에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 단계와,
    구해진 신축율의 가중 평균치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 조정하는 단계와,
    상기 조정된 배율하에서 마스크에 형성된 다른 패턴을 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 얼라이먼트 마크의 개수를 검출하고, 상기 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 상기 검출된 마크의 개수에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 직교 2축방향중 한쪽의 축방향 신축율의 가중 처리 계수를 1로 하고, 다른 쪽의 축방향 신축율의 가중 처리 계수를 0으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    스텝 앤드 래피트형의 투영 노광 방법인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    스텝 앤드 스캔형의 투영 노광 방법인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 투영 광학계를 구성하는 광학 소자사이에 존재하는 기체의 압력을 조정함으로써 배율을 보정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 투영 광학계를 구성하는 특정의 광학 소자를 광축 방향으로 이동시킴으로써 배율을 보정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  21. 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거처서 기판상에 연속적으로 존재하는 다수의 영역에 맞추어 연결하여 차례로 전사하는 노광 장치에 있어서,
    상기 기판이 적재되는 직교 2축방향으로 이동가능한 스테이지와,
    상기 기판상에 상기 직교 2축방향으로 미리 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 마크 검출기와,
    설정된 배율 보정치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과,
    상기 검출기에 의해 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 상기 얼라이먼트마크의 설계상의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 각각 연산함과 함께, 상기 연산된 직교 2축방향의 각 축방향의 신축율을 소정의 비율로 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하고, 상기 가중 평균치에 의거하여 상기 투영 광학계의 배율을 조정하기 위해 배율 조정 유닛을 제어하기 위한 콘트롤러를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 마크 검출기가 마크의 개수를 검출하고, 상기 설정 수단이 상기 직교 2축방향의 각 축방향의 신축을 상기 검출된 마크의 개수에 따라 가중 처리하여 신축율의 가중 평균치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  23. 마스크의 패턴을 기판에 차례로 전사하는 노광 장치에 있어서,
    상기 기판이 적재되는 직교 2축방향으로 이동가능한 스테이지와,
    상기 기판상에 상기 2축방향으로 미리 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 마크 검출기와,
    상기 마크 검출기에 접속되고, 상기 검출기에 의해서 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보에 의거하여 상기 기판의 상기 직교 2축방향의 신축율을 계산함과 함께, 패턴이 갖는 방향 특성에 의거하여 상기 직교 2축방향의 상기 계산된 각 축방향의 신축율로 가중 처리하기 위한 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 기판상에 형성된 제 1 패턴상에 제 2 패턴이 덮여서 노광됨과 함께, 제어부는 상기 제 2 패턴의 직교 방향의 특성에 의거하여 상기 직교 2축방향의 상기 계산된 각 축방향의 신축율로 가중 처리하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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