KR100724637B1

KR100724637B1 - 노광장치 및 디바이스의 제조방법

Info

Publication number: KR100724637B1
Application number: KR1020060005146A
Authority: KR
Inventors: 미츠로 스기타; 카즈아키 오미; 타카오 요네하라; 토시히코 츠지; 타카아키 테라시; 토오루 코오타; 신지 츠츠이
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-06-04
Also published as: TWI342985B; KR20060084800A; CN1808282A; US20060158504A1; JP2006201476A; CN1808282B; TW200636393A; JP4587170B2; US8035668B2

Abstract

물체 위에 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서, 각각 적어도 1개의 광원과, 상기 광원의 화상을 상기 물체 위에 형성하는 광학 소자를 포함하는 복수의 요소 노광 유닛이 배열되어 있는 노광 헤드 구조체; 상기 물체의 표면 위치를 검출하는 센서; 및 상기 센서에 의한 검출 결과에 의거해서 상기 노광 헤드 구조체에 의한 노광을 제어하는 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 물체 위에 패턴을 형성하면서, 소정의 조건을 만족하는 상기 복수의 요소 노광 유닛 중의 하나를 선택적으로 작동시킨다.

Description

노광장치 및 디바이스의 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1A 내지 도 1C는 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치의 전체 구성을 표시한 모식도;

도 2A 및 도 2B는 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치의 결상 광학계의 일례를 표시한 모식도;

도 3은 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치를 표시한 모식도;

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치의 주사 노광과, 광원 및 결상 광학계의 어레이 배열을 설명하는 모식도;

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치의 주사노광 및 광원의 어레이 배열을 설명하는 모식도;

도 6은 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치의 센서의 구성을 설명하는 모식도;

도 7은 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에 의한 노광장치의 결상 광학계의 결상 위치를 조정하기 위한 배열을 설명하는 모식적 단면도;

도 8은 본 발명의 바람직한 제 2실시형태에 의한 노광장치의 주사 노광과, 광원 및 결상 광학계의 어레이 배열을 설명하는 모식도;

도 9는 본 발명의 바람직한 제 2실시형태에 의한 노광장치의 주사노광 및 광원의 어레이 배열을 설명하는 모식도;

도 10은 본 발명의 바람직한 제 2실시형태에 의한 노광장치의 주사 노광과, 광원 및 결상 광학계의 어레이 배열의 다른 예를 설명하는 모식도;

도 11은 본 발명의 바람직한 제 2실시형태에 의한 노광장치의 주사노광 및 광원의 어레이 배열의 또 다른 예를 설명하는 모식도;

도 12는 본 발명의 바람직한 제 3실시형태에 의한 노광장치의 주사노광과, 광원 및 결상 광학계의 어레이 배열을 설명하는 모식도;

도 13A 및 도 13B는 본 발명의 바람직한 제 3실시형태에 의한 노광장치의 주사 노광과, 광원 및 결상 광학계의 어레이 배열의 다른 예를 설명하는 모식도;

도 14는 본 발명의 바람직한 제 3실시형태에 의한 노광장치의 주사 노광과, 광원 및 결상 광학계의 어레이 배열의 또 다른 예를 설명하는 모식도;

도 15는 본 발명에 의한 노광장치의 LED 광원 어레이의 디바이스 배열의 일례의 모식도;

도 16은 본 발명에 의한 노광장치의 LED 광원 어레이 및 결상 광학계의 일부가 일체화되어 있는 배열의 일례를 표시한 모식도;

도 17은 본 발명에 의한 디바이스의 제조방법을 표시한 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101: 노광 헤드 구조체 102: 노광 표적 기판

103: 기판 스테이지 104: 노광 헤드 어레이

105: 광학계 106: LED 광원

108: 센서 301: 노광 헤드 기판

302: LED 광원 어레이 303: 광학 소자 어레이 기판

304: 본체 받침대 305, 306: 광학 소자

307: 제어기 1101: 결상 광학계

1501: LED 면 광원 웨이퍼 1502: LED 광원부

1503: LED 능동층 1504: 절연/전류 억제 구조체

1505: 독립 구동전극 1506: 구동회로층

1507: 기판 1601: LED 소자

1602: 렌즈 1604: 기판

1605: 냉각채널 1606: 스페이서

1607: 이랑 구조체

발명의 기술 분야

본 발명은, 노광장치 및 디바이스의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 물체 위에 광원 화상을 형성하고 스테이지를 이용해서 물체를 이동시켜 물체 위에 패턴을 형성하는 노광장치 및 이러한 노광장치를 이용한 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.

발명의 배경 기술

최근의 IT(정보기술: Information Technology)의 발전과 그의 시장성의 확대에 따라, 반도체 소자, 액정 표시 소자 등을 제조하는 제조장치에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 이러한 장치를 제조하는 데 있어서 특히 중요한 장비는, 패턴을 형성하는 데 이용되는 노광장치이다. 노광장치와 관련해서, 노광성능이 강조될 뿐만 아니라, 완성품의 가격경쟁력, 예를 들면, 제조장치의 전체 조작 비용을 지원하는 COO(Cost Of Ownership)도 강조되고 있다.

노광장치로서, 1 대 1 결상(imaging) 노광 장치는 일반적으로 투영결상계에 있어서의 양호한 화상 영역 내에서 기판 위의 마스크의 소정 범위 내에 패턴을 형성하도록 마스크를 조사하는 데 이용된다. 그러나, 상기 1 대 1 결상 노광 장치에 있어서, 회로 패턴을 지닌 마스크의 비용은, 기판 크기가 커지면 대폭 증가하는 경향이 있다. 이것은 1 대 1 결상이 기본적으로 기판과 같은 크기를 지닌 마스크를 필요로 하기 때문이다. 따라서, 마스크의 비용 절감은, 액정 디스플레이 등의 대형 디스플레이를 개발하는 데 중대한 과제이다.

첨단 VLSI 서브미크론 리소그라피의 개발에 있어서도, 그의 기술 분야가 선폭, 노광면적 및 소자 사양에 있어서 액정 디스플레이와 상이하지만, 마스크의 비용을 감소시키는 것은 까다로운 일이다. VLSI에 있어서, 상기 문제는, 기판 크기가 커질 때 마스크의 크기가 증대하는 점이 아니라 미세패턴화에 의한 비용 증가이다. 특히, VLSI는 마스크 세트에 포함될 마스크의 수가 많은 예를 들면, 20개 이상일 필요가 있으므로, 마스크 비용이 중대한 문제로 존재하고 있다.

마스크 비용에 대한 상기 문제를 해소하기 위해, 마스크 리소그라피 노광 장치를 이용하는 기술이 제안되어 있다(미국 특허 제 6,133,986호 공보 참조).

상기 미국 특허 제 6,133,986호 공보에는, DMD(Digital Micromirror Device)를 이용해서 광의 일부를 선택적으로 반사해서 기판 표면을 노광하는 마스크 없는 리소그라피 노광장치가 개시되어 있다.

유리기판이 노광 표적 기판으로서 이용될 경우, 해당 유리 기판 표면 위에 존재하는 전형적으로 크기가 약 20㎛인 기복(undulation)에 의해 작동거리(working distance)가 변할 경우도 있다. 상기 작동거리가 변하면, 광원 화상이 노광 표적 기판의 표면의 바깥쪽에 있는 위치에 형성되어버려, 노광 표적 기판의 표면 위에 형성된 광원 화상의 정밀도가 감소하게 된다.

상기 미국 특허 제 6,133,986호 공보에 있어서는, 작동 거리가 광 센서를 이용해서 검출된다. 그러나, 광 센서를 이용해서 얻어진 화상 데이터가 처리될 필요가 있으므로, 응답 속도는 자연적으로 낮아진다. 따라서, 별개의 화상 데이터처리장치가 필요하다. 또한, 광로 길이가 확보될 필요가 있다. 이들 요구조건은 장치 구성을 복잡하게 한다.

발명의 개요

본 발명은 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 고속 응답을 행하는 것이 가능한 노광장치 및 간단한 구성을 지닌 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1측면에 의하면, 물체 위에 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서, 각각 적어도 1개의 광원과, 상기 광원의 화상을 상기 물체 위에 형성하는 광학 소자를 포함하는 복수의 요소 노광 유닛이 배열되어 있는 노광 헤드 구조체; 상기 물체의 표면 위치를 검출하는 센서; 및 상기 센서에 의한 검출 결과에 의거해서 상기 노광 헤드 구조체에 의한 노광을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 물체 위에 패턴을 형성하면서, 소정의 조건을 만족하는 상기 복수의 요소 노광 유닛 중의 하나를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다

본 발명의 제 2측면에 의하면, 물체 위에 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서, 복수의 광원을 지닌 광원 어레이; 상기 물체 위에 광원의 화상을 형성하는 광학 소자; 전자기에너지 또는 다이내믹(dynamic) 에너지를 이용해서 물체의 표면 위치를 측정하는 센서; 및 상기 센서에 의한 검출 결과에 의거해서, 상기 광학 소자를 경유해서 상기 물체 위에 형성될 화상의 위치를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.

본 발명의 제 3측면에 의하면, 상기 노광장치를 이용해서 기판 위에 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 패턴을 지닌 상기 기판을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 기타 특징과 이점은, 첨부도면과 관련하여 취한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이며, 첨부 도면에 있어서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 부분을 나타낸다.

[제 1실시형태 ]

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 노광장치에 대해 도 1A 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 기판 등의 물체 위에, 본 실시형태에 의한 노광장치는 마스크패턴 CAD 등의 소프트웨어 툴(software tool)에 의해 설계된 회로 패턴에 의해 변환함으로써 얻어진, 광원 어레이에 있어서의 각 광원의 온/오프 정보에 의거해서 방출된 광원 화상을 형성한다. 더욱 구체적으로는, 본 실시형태의 노광장치는, 반도체 소자 등의 디바이스의 제조용의 주사형 투영노광장치로서 바람직하게 이용될 수 있다. 특히, 이 장치는, 예를 들면, IC 또는 LSI 등의 반도체 소자, CCD 등의 촬상 소자, 액정 패널 및 자기 헤드 등의 표시소자와 같은 디바이스의 제조에 채용될 수 있다.

도 1A 내지 도 1C는 본 실시형태에 의한 노광장치의 전체 구성을 표시한 모식도이다. 도 1A는 평면도, 도 1B는 사시도, 도 1C는 부분 확대도이고, 이들은 각각 본 실시형태에 의한 노광장치를 표시한 것이다. 도 1B에 표시한 바와 같이, 본 실시형태에 의한 노광장치는 기판 스테이지(103)에 유지된 노광 표적 기판(102) 위의 노광 헤드 구조체(101)로부터 복수의 노광광 스폿의 상을 형성할 수 있다. 본 실시형태에 의한 노광장치는, 노광광 스폿의 온/오프에 의해 기판 스테이지(103)의 동기주사에 의해 노광에 의한 회로 패턴을 형성할 수 있다. 도 1A에 표시한 바와 같이, 예를 들면, 상기 노광 헤드 구조체(101)는 복수의 노광 헤드(104a) 내지 (104d)를 포함하는 노광 헤드 어레이(exposure head array)(104)를 구 비하고 있다. 도 1A에 있어서는, 4개의 노광 헤드가 배치되어 있지만, 1개 내지 3개 또는 5개 이상의 노광 헤드가 배치되어 있어도 된다. 또는, 노광 헤드는 전체 면에 배열되어 있다. 이 구성에 의하면, 중첩 노광은 노광 표적 기판(102)의 크기의 증가 및 높은 스루풋(throughput)에 대응할 수 있다. 도 1C에 표시한 바와 같이, 노광 헤드 어레이(104) 내의 각 노광 헤드(104a) 내지 (104d)는, 각각 광학계(105)와 LED 광원(106)을 포함하는 요소 노광 유닛을 구비하고 있다. LED 광원(106)은, 노광 표적 기판(102)의 감광체 표면이 화상 면으로서 기능하도록 구성되어 있다. LED 광원(106) 및 LED 광원(106)에 대응하는 광학계(105)를 각각 포함하는 요소 노광 유닛은 노광 표적 기판(102) 위에 LED 광원(106)의 각각의 화상들을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 광학계(105)는 주사방향에 수직인 방향으로 좁은 피치로 노광에 의해 패턴을 형성하도록 주사방향(도 1B에서 화살표 A)에 대해서 경사지게 배열되어 있다.

예를 들면, 본 실시형태에 의한 노광장치는 대형 액정 표시패널용의 TFT 어레이를 제조하는 데 이용될 수 있다. 이 경우, LED 광원(106) 및 광학계(105)의 복수의 어레이가, 각 화소(107)를 제어하는 TFT 회로패턴을 노광에 의해 형성하도록 액정 표시화소(107)(3색의 R, G, B 화소를 모식적으로 나타냄)에 배치되어 있다. 액정 디스플레이용의 TFT 회로는 각 화소용의 데이터를 반복해서 전송하므로, 대형 기판내의 모든 화소로 각각의 패턴 데이터, 즉, LED 광원의 온/오프 제어신호를 전송할 필요는 없다. 동일한 데이터가 각 화소에 전송되어 LED 광원의 온/오프를 제어한다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면, 대형 기판으로서의 노광 표적 기판의 크기는 약 700 ㎜ × 900 ㎜(소위 46 인치 패널 크기)이고, 액정 디스플레이의 화소크기는 200㎛ × 600㎛이고, TFT 회로 패턴의 최소 선폭은 3㎛이다. 그러나, 본 발명은 이들 크기로 제한되지 않는다.

도 2A는 본 실시형태에 의한 LED 광원, 광학계 및 노광 표적 기판의 배열을 표시한 모식도이다. LED 광원(106)의 광원 화상은 축소광학계(105)에 의해 노광 표적 기판(102) 위에 축소 결상된다. 상기 축소 광학계(105)는, 빔(201), (202)으로 표시한 바와 같이 물체쪽 개구수(NA)보다 큰 상측 개구수(NA)를 지니도록 설계된다. 이 배열에 의하면, 광원쪽 작동거리(204)는 필연적으로 노광 표적 표면쪽 작동거리(205)보다도 크다.

광원 화상의 해상도에 관해서는, LED 광원(106)의 발광영역 내의 상이한 발광부가 빔(202)으로 표시한 바와 같이 서로 간섭하지 않으므로, 간섭성 화상이 형성된다. 발광부의 상기 각 점은 각각 축소 광학계(105)의 성능에 의존하는 확장 점 화상들을 형성한다. 얻어진 점 화상들은, LED 광원(106)의 크기와 축소광학계(105)의 배율에 따라 결정된 위치로 이동해서 조정된다. 상기 점 화상들의 강도의 총합은 전체 광원 화상(203)을 형성한다(도 2B 참조). 상기 설명한 축소 광학계(105)의 성능은 축소 광학계(105)의 화상쪽 개구수(NA)와 집광소자의 배열에 따라 결정되는 회절한계 및 수차 성능을 포함한다.

도 3은 본 실시형태에 의한 노광장치의 노광부를 표시한 단면도이다. 노광 헤드 기판(301)은 본체 받침대(304)로부터 고정되어 유지된다. 상기 노광 헤드 기판(301) 밑에는, LED 광원 어레이(302) 및 LED 광원을 온/오프 절환하는 전기 제 어시스템(도시생략)이 배치되어 있다. 상기 전기제어시스템은, 데이터변환라인을 통해서 회로패턴 대 온/오프 신호변환기(도시생략)에 접속된다. 광학 소자 어레이 기판(303)은 LED 광원 어레이(302) 밑에 배치되는 한편, 광학계의 대략 광원쪽 작동 거리의 거리만큼 상기 어레이(302)로부터 이간되어 있다. 광학 소자(305), (306) 그룹은 광학 소자 어레이 기판(303) 위에 어레이로 배열되어 있다. 상기 노광 표적 기판(102)은 기판 스테이지(103) 위에 유지되어 있는 한편 소정의 노광 표적 기판쪽 작동거리만큼 광학 소자(305), (306)로부터 이간되어 있다. 기판 스테이지(103)는 받침대(304) 위에서 이동하면서 주사한다. 레이저 간섭계 또는 엔코더(도시생략)는 주사 이동 동안 기판 스테이지(103)의 위치를 피드백 제어한다.

도 4는 본 실시형태에 의한 주사 노광을 설명하는 도면이다. 도 4는 위에서부터 보았을 때의 LED 광원(106)을 표시한 모식도이다. 도 4는 복수의 LED 광원(106) 및 광학계(105)가 어레이로 배열되어 있는 상태를 표시하고 있다. 본 실시형태에 있어서, 요소 노광 유닛은 LED 광원(106)과 광학계(105)를 1 대 1 대응으로 조합함으로써 형성된다. 즉, 하나의 요소 노광 유닛은 노광 표적 기판(도시생략) 위에 하나의 LED 광원의 화상을 형성한다. 이들 조합은 2차원 어레이로 배열된다. 더욱 구체적으로는, 도 4에 표시한 바와 같이, 하나의 열(row)에 있어서의 LED 광원(106)은, 도 4에 있어서(주사방향에 있어서) 왼쪽으로부터 오른쪽으로 경사지게 배열되어 있다. 제 1열에 있어서의 가장 오른쪽 LED 광원(106)의 높이(주사방향에 수직인 방향의 위치)는 제 2열에서의 가장 왼쪽의 광원(106)의 것과 거의 같다. 상기 요소 노광 유닛은 주사시 문제인 공간을 형성하지 않도록 연속적 으로 배열되어 있다.

도 5A는 LED 광원(106)의 광원 화상의 연속성을 강조한다. 따라서, 상기 LED 광원(106)은 도 1A에 표시한 노광 헤드 어레이(104)에 있어서 노광 헤드(104a) 내지 (104d)를 개별적으로 형성할 수 있도록 배열된다. 다른 배열 예로서, 도 5B는 제 1열에서의 LED 광원(106)의 높이가 오른쪽 단부에 도달하기 전에 제 2열에서의 광원(106)의 높이에 도달하는 배열을 표시하고 있다. 이 경우, 도 1A에 표시한 노광 헤드 어레이(104)에 있어서의 개별의 노광 헤드(104a) 내지 (104d)는 주사방향에서 중첩 주사노광을 수행할 수 있다. LED 광원(106)의 상기 어레이는, 최적의 LED 광원 디바이스 또는 다른 배열을 선택함으로써 형성될 수 있다. 렌즈 및 영역 판 등의 광학 소자의 설계치는, 광 이용효율, 형성조건, 기계적 강도, 설치 정확도 및 비용 등의 각종 인자를 고려해서, 노광장치의 구성시 적절하게 조합될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 노광 표적 기판(102)과 노광 헤드 구조체(101) 사이의 간격을 조절하기 위한 센서로서, 전자기에너지(예를 들면, 자계, 전계 또는 전파)를 이용하는 센서 또는 다이내믹 에너지(예를 들면, 액체, 소리 또는 위치)를 이용하는 센서를 채용할 수 있다. 이러한 센서는, 검출 표적과 센서 사이의 용량변화를 검출하기 위한 용량 센서, 자석을 이용한 자기 근접 센서, 전자기 유도를 이용하는 와전류(eddy current)변이 센서, 초음파를 이용하는 초음파 변이 센서 및 차동변압기를 이용한 차동 변압기 접촉형 변이 센서를 포함한다.

상기 용량 센서는 검출 표적에 따라 변화하는 감도를 지니는 근접 센서이다. 공기의 유전율(permittivity)을 1로 가정하면, 용량 센서에 의해 검출가능한 유전율은 1.5 이상으로 생각된다. 유리 기판의 유전율이 약 5 내지 10이고, 유리기판 위에 형성된 금속층의 유전율이 약 50이므로, 상기 용량 센서는 유리 기판을 이용한 액정표시 노광장치에 적합하다.

자기 근접 센서는, 검출 표적이 자석과 자기검출소자를 조합함으로써 센서에 접근할 경우의 자속의 변화를 검출하는 근접 스위치이다.

와전류 변이 센서는 고주파 자계를 이용하는 근접 센서이다. 상기 와전류 변이센서는 센서 헤드의 코일에 고주파 전류를 공급해서 고주파 자계를 생성시킨다. TFT 회로 또는 컬러필터 매트릭스가 노광 표적 기판으로서의 유리 기판 위에 형성된 경우, 금속 필름층을 유리 기판의 표면에 형성한다. 이 경우, 이하의 이유 때문에 와전류 변이 센서를 이용하는 것이 가능하다. TFT 회로에 있어서, 게이트 전극과, 게이트 및 소스의 배선부는 금속으로 이루어져 있다. 컬러 필터에 있어서, 흑색 매트릭스용의 차광체는 크롬 등의 금속으로 이루어져 있다. 금속이 패턴화된 후 노광 처리가 수행되면, 금속형상(패턴)은 갭의 검출시 센서에 영향을 준다. 따라서, 거의 동일한 패턴이 나란히 형성되면, 패턴 피치의 정수배에 대응하는 위치에 센서들을 배열함으로써, 각각의 패턴상의 거의 동일한 위치에 복수의 센서를 배열한다. 액정 디스플레이에 있어서, 문자나 화상을 표시하기 위한 최소 단위로서 작용하는 복수의 도트(화소)는 나란히 2차원적으로 배열된다. 그러므로, 복수의 센서가 화소 피치의 정수배에 대응하는 위치에 배열되는 한편 게이트 배선을 추적해서 각 센서가 갭을 측정하면, 그 갭들은 거의 동일한 조건하에 비교 되어 보정될 수 있다.

초음파 변이센서는 센서헤드로부터 초음파를 전송하고, 상기 센서헤드를 이용하는 물체에 의해 반사된 초음파를 입수함으로써 갭을 측정한다.

차동 변압기 접촉식 변이 센서는, 1차 코일이 교류전류에 의해 여기된 경우 2차 코일에 발생된 유도전류를 차동 결합하고, 얻어진 전류를 전압차로서 추출하여 변이 출력을 얻는 접촉 센서이다. 본 실시형태에 의한 센서에 의하면, 근접 센서 등의 비접촉식 센서가 바람직하다. 그러나, 레지스트로 피복된 노광 표적 기판의 표면이 측정 프로브와 접촉하게 되면, 그의 자취의 깊이와 폭은 약 10 내지 100㎚일 것이다. 그러므로, 접촉 센서는 선폭 3㎛의 TFT 패턴을 형성하는 데 이용될 수 있다.

도 3에 표시한 바와 같이, 상기 유형의 센서(108)는 노광 헤드 구조체(101)에 배열되는 동시에 노광 표적 기판(102)에 대면하고 있다. 도 6은 센서(108)의 배열을 더욱 상세히 표시한 도면이다. 도 6에서의 x방향은 주사방향에 대응하고, y방향은 주사방향에 수직인 방향에 대응한다. 센서(108a), (108b) 및 (108c)는 y방향으로 병렬배치되어 있다. 액정표시화소(107a₁), (107a₂), (107a₃) 및 (107a₄)는 센서(108a)에 대응하는 열의 x방향(주사방향)에 병렬배치되어 있다.

광학계(105a₁)는 x방향에 대해서 경사진 방향으로 액정표시화소(107a₁)에 대해서 배열되어 있다. 마찬가지로, 광학계(105a₂)는 x방향에 대해서 경사진 방향으로 액정표시화소(107a₂)에 대해서 배열되어 있다. 광학계(105a₃)는 x방향에 대해 서 경사진 방향으로 액정표시화소(107a₃)에 대해서 배열되어 있다. 광학계(105a₄)는 x방향에 대해서 경사진 방향으로 액정표시화소(107a₄)에 대해서 배열되어 있다. LED 광원(106a₁) 내지 (106a₄)은, 상기 배열에 대응해서, 각각의 광학계(105a₁) 내지 (105a₄)에 대응하는 위치에 배열되어 있다. LED 광원(106a₁) 내지 (106a₄)은 대응하는 광학계(105a₁) 내지 (105a₄)와 조합되어 요소 노광 유닛을 형성한다. 각 요소 노광 유닛은 노광 표적 기판(102) 위에 대응하는 LED 광원의 화상을 형성한다.

센서(108a), (108b) 및 (108c)는 노광 표적 기판(102)이 x방향으로 이동할 경우 x방향에 있어서 그들과 노광 표적 기판(102)의 표면 사이의 간격을 시계열적으로 측정할 수 있다. 제어기(307)는 광학계(105a₁) 내지 (105a₄)의 z 방향의 광원 화상이 형성될 위치들을, 센서(108a), (108b) 및 (108c)에 의한 검출결과에 의거해서 조정할 수 있다. 결상 광학계(105a₁) 내지 (105a₄)의 z 방향의 광원 화상이 형성될 위치들을 조정하는 방법으로서는, 광학계(105a₁) 내지 (105a₄)를 형성하는 광학소자(도 3의 (305) 및 (306))의 렌즈 굴절력을 조정하는 방법, 또는 도 7에 표시한 바와 같이 z방향으로 광학소자(306)의 위치를 이동해서 조정하는 방법을 이용하는 것이 가능하다.

또는, 광학소자의 z 방향의 광원 화상이 형성될 위치들은, LED 광원을 선택적으로 온/오프 제어함으로써 센서(108a), (108b) 및 (108c)에 의한 검출결과에 의 거해서 미리 서로 상이하게 조정해 두어도 된다. 예를 들면, 도 7을 참조하면, 센서(108a)에 대응하는 열에 배열된 결상 광학계(105a₁) 내지 (105a₄)중, 적어도 1개의 결상 광학계는 나머지 결상 위치들과는 다른 결상 위치를 지니도록 미리 조정된다. 센서(108a)와 노광 표적 기판(102)의 표면 사이의 간격이 센서(108a)를 이용해서 x방향으로 시계열적으로 측정될 경우, 결상 광학계(105a₃)가 원하는 노광조건을 충족시키지 않는다면, 제어기(307)는 결상 광학계(105a₃)에 대응하는 LED 광원(106a₃)을 선택적으로 오프상태로 하고, 선택적으로 LED 광원(106a₁), (106a₂) 및 (106a₄)을 온상태로 한다.

본 실시형태에 의하면, 응답속도가 증가될 수 있고, 상기 센서를 이용함으로써 장치 배열을 간단화 할 수 있다. 또, 광학 소자의 광원 화상이 형성될 위치가 미리 나머지 결상 위치들과는 다르게 조정되고, 원하는 노광조건을 충족시키는 요소노광 유닛의 LED 광원이 선택적으로 작동되는 경우, 갭 조정 프로세스가 간략화될 수 있다.

[제 2 실시형태]

이하, 본 발명에 의한 제 2바람직한 실시형태에 대해 도 8 내지 11을 참조해서 설명한다. 도 8은 제 1실시형태에서 설명한 도 4와 마찬가지로 본 실시형태의 주사노광을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 LED 광원(106)과 결상 광학계(105)의 어레이 배열을 위에서 본 경우를 모식적으로 표시한 것이다. 본 실시형태는 LED 광원(106)의 배열이 제 1실시형태와 다르다. 더욱 구체적으로는, LED 광원(106)은 복수의 블록(701)의 각각에 대해 그룹화되고, 화상은 결상 광학계(105)에 의해 형성된다. 즉, 도 8은, 하나의 열에 있어서의 LED 광원(106)이 각각 4개의 LED 광원(106)을 지닌 블록(701)으로 분할되고, LED 광원(106)의 각 그룹의 화상이 1 대 1 결상 광학계 또는 축소 결상 광학계에 의해 형성되는 배열을 표시하고 있다. 도 9는 LED 광원(106) 단독의 광원 화상들을 표시한 도면이다. 도 9에 표시한 바와 같이, 하나의 열에 있어서의 LED 광원(106)은 도 9(주사방향)에서 왼쪽으로부터 오른쪽으로 경사지게 배열되어 있다. 제 1열에서의 가장 오른쪽의 LED 광원(106)의 높이(주사방향에 수직인 방향의 위치)는 제 2열에서의 가장 왼쪽 광원(106)의 것과 거의 동일하다.

도 8 및 도 9에 있어서는 4개의 광원이 하나의 블록에 포함되어 있지만, 본 실시형태는 이 개수로 제한되지 않는다. 예를 들면, 1 내지 3 또는 5개 이상의 광원이 그룹화되어 있어도 된다. 광원의 개수는, 바람직하게는, 주로 결상 광학계의 수차 및 노광 패턴의 해상도에 의거해서 결정된다. 즉, 결상 광학계에 있어서, 수차성능 및 해상도는 광축 위에 화상을 결상함으로써 최대로 된다. 그러나, 광축으로부터 결상위치까지의 거리가 길어지면, 수차성능이 악화되어 저해상도로 되어 버린다.

본 실시형태는, 광원 화상의 개수를 감소시키는 일없이 결상 광학계의 합계 개수를 감소시킬 수 있는 점에서 편리하다. 이것은, 도 1A에 표시한 노광 헤드 어레이(104)에 있어서의 노광 헤드(104a) 내지 (104d)를 축소시키는 것에 상당한 다. 그러므로, 동일한 면적 내의 노광 헤드(104a) 내지 (104d)의 수가 증가될 수 있어, 노광 스루풋을 향상시킬 수 있다.

도 8 및 도 9에 표시한 구성에 있어서, 블록(701)은 주사방향에만 복수의 노광 광원을 포함하고 있다. 그러나, 도 10 및 도 11에 표시한 바와 같이, 요소 노광 유닛은 주사방향 및 해당 주사방향에 수직인 방향에 있어서 복수의 노광 광원을 포함하는 블록을 지니도록 설계되어 있어도 된다. 상기 요소 노광 유닛은 전체 장치 크기, 스루풋, 결상 광학계의 형성조건 및 비용 등의 각종 인자를 고려해서 적절하게 형성될 수 있다.

[제 3실시형태 ]

이하, 도 12 내지 도 14를 참조해서 제 3실시형태를 설명한다. 도 12는 제 1실시형태에서 설명한 도 4와 유사한 본 실시형태에 의한 주사노광을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 위에서 보았을 때의 LED 광원(106)과 결상 광학계(1101)의 어레이 배열을 모식적으로 표시한 것이다. 본 실시형태는 LED 광원(106)의 배열에 있어서 제 1실시형태와 다르다. 더욱 구체적으로는, LED 광원(106)은 결상 광학계(1101) 사이에도 삽입되어 있다. 도 13에 표시한 바와 같이, 본 실시형태에서 사용될 결상 광학계는 1 대 1 직립 결상 광학계이다. 이러한 광학계로서는, 예를 들면, 도 13에 표시한 바와 같이, 2단계(two-step) 결상 광학계를 이용해서, LED 광원(106)의 중간상을 형성하고 재차 해당 중간상을 노광 표적 기판(102) 위에 형성한다. 노광 표적 기판(102) 쪽의 것과 대칭인 광원(106) 쪽의 광학계는 1 대 1 결상을 수행하는 데 이용될 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 어레이에 배열된 결 상 광학계(1101a)와 (1101b) 사이의 공간부분에 위치된 LED 광원(106')의 광원 화상이 두 결상 광학계(1101a)와 (1101b)에 의해 노광 표적 기판(102) 위에 중첩된다. 이 배열에 의하면, LED 광원(106)은 단순한 어레이에 규칙적으로 배열될 수 있다. 어레이 피치는 짧은 간격으로 설정될 수 있다. 따라서, 광원의 수에 대해서 결상 광학계의 수를 감소시킬 수 있으므로, 컴팩트한 장치를 얻을 수 있다. 컴팩트한 노광장치의 실현에 부가해서, 노광 스루풋은, 동일한 면적 내의 노광 헤드의 수를 증가시키는 동시에 도 1A에 표시한 노광 헤드 어레이(104)에 있어서의 하나의 노광 헤드의 축소화를 이용함으로써 향상될 수 있다.

도 12 및 도 13에 있어서, 주사방향의 하나의 열에서의 광원(106)은 공간을 형성하는 일없이 어레이에 연속적으로 배열된다. 그러나, 도 14에 표시한 바와 같이, 2차원 어레이의 광원(106)은 투영 광학계의 공간 사이에 연속적으로 배열되어 있어도 된다. 본 실시형태의 배열은, 결상 광학계의 수차성능 및 높은 노광패턴해상도에 대한 요구를 고려해서 적절하게 선택할 수 있다. 하나의 광원의 화상은, 도 12 및 도 13에 표시한 바와 같이 2개의 투영광학계에 의해 동시에 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들면, 보다 높은 해상도를 지닌 결상 광학계를 이용하는 예를 들면 4개의 투영광학계에 의해 형성될 수도 있다.

[기타 실시형태]

본 발명은 상기 실시형태로 제한되지 않고, 순서 등은 다양하게 변경가능하다. 또, LED 광원 및 광원 어레이의 디바이스 배열로서, 이하의 디바이스 배열이 적절하게 선택되어 이용될 수 있다.

예를 들면, 광원(106)은 자발 발광에 의해 광을 방출하는 고체촬상소자를 포함한다. 고체촬상소자로서는, 발광 다이오드 소자(이하, "LED 소자"라고도 칭함) 또는 EL 소자를 이용할 수 있다. LED 소자로서는, 각종 발광파장을 지닌 LED 소자, 예를 들면, GaAs, GaAlAs, GaP/GaP, GaAlAs/GaAs, InGaAlP, InGaAlP/GaP, InGaAlP/GaAs, AlInGaN, AlGaN, InGaN, GaN, AlN, ZnO, ZnSe 또는 다이아몬드가 이용될 수 있다. 레지스트를 노광하는 데 적합한 발광파장을 지닌 LED 소자, 예를 들면, AlInGaN, AlGaN 또는 InGaN을 이용하는 것이 더욱 바람직하지만, 본 발명은 이것으로 특히 제한되지 않는다. EL 소자로서는, 유기 EL 및 무기 EL을 사용할 수 있다.

LED 소자의 발광파장은, 노광 표적으로서 레지스트의 선택성에 따라 바람직하게 설정된다. 365㎚의 중심 파장을 지닌 발광 파장 및 약 10㎚ 내지 20㎚의 스펙트럼 절반치폭 Δλ를 가진 LED 소자가 이용될 수 있다. LED 소자의 발광파장을 선택할 경우, 최적의 발광 파장 및 파장 폭을 지닌 LED 소자가, 레지스트의 종류에 관계없이 레지스트의 감도 곡선에 따라 선택될 수 있다. 또한, 상기 중첩 노광 프로세스를 이용하는 배열에 있어서, 피조사 면에 원하는 노광파장분포를 발휘하도록 상이한 발광파장을 지닌 복수의 LED 소자가 혼합되어 있어도 된다.

상기 실시형태에 있어서, LED로부터의 광은 직접 노광에 이용된다. 즉, 특정 파장 영역을 선택하는 데는 파장 필터가 필요 없다. 실제로, 파장 필터는 필요한 경우 이용하면 된다. 파장 필터는 각 LED 소자와 함께 단일체로(monolithically) 형성되어 있어도 된다. (비특허 문헌 1: Science Vol. 265, pp. 943, 1994)에 개시된 공진기 LED를 이용해도 된다.

LED 광원은 전형적으로 10㎒ GaN 계 내에 기판을 제거/전송함으로써 최대 ㎓ 차원까지 변조 주파수를 취할 수 있으므로, 매우 고속으로 온/오프시킬 수 있다. 이 특성을 이용함으로써, 원래 펄스발광을 행하기 위한 미세 펄스 구동에 의해 일단 수행된 온(ON) 동작인 노광 동작의 수행에 의해 고출력을 얻을 수 있다. 그 이유는, LED 소자가 펄스 구동 프로세스를 효과적으로 이용해서 방열하므로, 보다 큰 평균 전류 및 평균 전력이 LDE 광원에 공급될 수 있기 때문이다. 반복 주파수가 노광장치의 노광시간에 비해서 충분히 높을 경우, 레지스트는 연속 광에 의한 것과 같은 방식으로 노광될 수 있다. 노광량은, 펄스 수에 따라 조정될 수 있다.

LED에 의해 방출된 광의 이용효율을 향상시키기 위해, 광 수렴 분포를 지닌 LED 소자가 이용될 수 있다. 광 수렴 분포를 지닌 LED 소자로서는, 예를 들면, 자발 방출에 의해 LED소자로부터 방출된 광의 공간 모드를 제어하는 LED 소자를 이용해서 자발 발광광의 분포를 변경해도 된다. 더욱 구체적으로는, 방출된 광의 공간 모드는, 전술한 바와 같은 상기 비특허문헌 1에 개시된 공진기 QED 효과를 이용하는 자발 발광 제어 등에 따라 공진기와 일체로 된 LED에 의해 직접 제어해서 자발 발광광의 분포를 변경해도 된다.

LED 어레이 광원으로서, 웨이퍼 규모를 지닌 광원으로서 형성된 LED 어레이 광원을 이용하면 된다. 하나의 LED 광원을 위해 하나의 칩에 포함되는 최적 개수의 LED 어레이는 디바이스 수율 및 장착 비용을 고려해서 선택할 수 있다.

도 15는 LED 면 광원의 배열의 일례의 모식도를 표시한 것이다. 도 15는 웨이퍼 규모로 형성된 광원도 표시하고 있다. 도 15의 상면도 중의 평면도에 표시한 바와 같이, 각각의 LED 소자는, 소정의 디바이스 프로세스에 의해 하나의 LED 면 광원 웨이퍼(1501) 상의 LED 광원부(1502) 위에 형성된다. 도 15의 아래쪽에 있는 도면은 도 15의 평면도에 있어서 A-A'선을 따라 취한 단면도이다. LED 소자구동용의 구동 회로층(1506)은 기판(1507) 위에 형성되고, LED 소자는 상기 구동회로층(1506) 위에 형성된다. 각 LED 소자는, pn 접합을 지닌 LED 능동층(1503), 절연/전류 억제 구조체(1504), 독립 구동전극(1505) 및 구동 IC회로층(1506)을 포함한다.

도 16은 LED 광원(1601)이 결상 광학계의 일부로서의 평철(planoconvex) 렌즈에 일체화되어 있다. 도 16은 LED 소자(1601)를 냉각시키는 냉각유닛을 포함하는 배열을 표시한 것이다. 냉각 유닛은, 바람직하게는, LED 소자(1601)를 지지해서 기판(1604)을 냉각시키고 이어서 LED 소자(1601)를 냉각시키는 지지유닛으로서 기능한다. 이 경우, LED 소자(1601)가 장착될 기판(1604)으로서는, 방열성능이 양호한 금속판(예를 들면, 구리 및 텅스텐의 합금 등으로 이루어진 기판)을 이용할 수 있다. 금속판은, 바람직하게는, LED 소자(1601)의 발광면에 대해서 반대쪽에 배열되는 것이 바람직하다. 기판(1604)을 직접 냉각시키는 냉각 소자가 기판(1604) 위에 배열되어 있어도 된다. 기판(1604)은 금속판으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 필요하다면, 방열성능 및 예를 들면, 가공성을 고려해서, 반도체 기판 (예를 들면, 실리콘 기판), 다이아몬드 기판 또는 그래파이트 기판을 이용해도 된다.

도 16에 표시한 바와 같이, LED 소자(1601)를 냉각시키기 위한 유체가 흐르는 냉각 채널(1605)은 기판(1604)에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, LED 소자(1601)에 근접한 위치에서 수냉이 수행되므로, 냉각효과가 향상된다. 냉각 유체는 파이프 등(도시 생략)으로부터 냉각 채널(1605)로 공급된다. 상기 유체로서는, 예를 들면, 냉각 용액(예를 들면, 물, 순수 또는 초순수) 및/또는 냉각기체(예를 들면, Ar 등의 불활성 기체 또는 N₂ 등의 기체)를 사용할 수 있다.

기판(1604)과 렌즈(1602) 사이의 갭을 채우기 위해, 스페이서(1606)가 이들 사이에 배치되어 있어도 된다. 광축 방향에 있어서 LED 소자(1601)로부터 광각 출사 광(1608)을 반사시키기 위해, 렌즈(1602)의 기판(1604) 쪽 부분은 4각형 프리즘 상태로 절삭되어 있어도 있고, 이랑(ridge) 구조체(1607)는 얻어진 공간을 따라 배열되어도 된다. 상기 렌즈(1602)와 상기 이랑 구조체(1607) 사이의 경계면에는 알루미늄막을 형성해서 그 경계면이 높은 반사율을 지니도록 해도 된다. 이랑 구조체(1607)는 중공(hollow)이어도 된다. 이 경우, 경사진 경계면은 렌즈(1602)와 공기공간 간의 굴절률차에 따라 전반사 또는 프레넬 반사(Fresnel reflection)의 반사면으로서 기능한다. 또, 렌즈(1602)의 경사면 위에는 미리 알루미늄, 로듐, 은 등의 고반사율 금속막이 형성되어 있어도 된다.

[ 응용예 ]

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 노광장치를 이용한 반도체 디바이스 제조방법을 설명한다. 도 17은 반도체 디바이스의 전체적인 제조방법의 흐 름을 표시한 순서도이다. 스텝 1(회로설계)에 있어서, 반도체 디바이스 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제조)에서는, 상기에서 설계한 회로 패턴을 노광장치에 등록하여, 패턴데이터를 노광 광원 어레이 온/오프 데이터로 변환시킨다. 스텝 3(기판 제조)에서는, 유리 또는 반도체 등의 재료를 이용해서 노광 표적 기판을 제조한다. 전공정(preprocess)이라 불리는 스텝 4(반도체 디바이스 프로세스)에서는, 전술한 패턴 및 노광 표적 기판을 이용해서 리소그라피에 따라 상기 노광장치에 의해 기판 위에 실제의 회로를 형성한다. 후공정이라 불리는 스텝 5(조립)에서는, 스텝 4에서 제작된 회로 기판을 이용해서 디바이스 패널을 형성한다. 이 스텝은 조립 및 포장 공정 등의 조립 공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스 및 디바이스 패널의 동작검사 시험 및 내구성 시험 등의 검사를 행한다. 이와 같이 해서 이들 스텝에 의해 디바이스 패널을 완성하고 스텝 7에서 출하한다.

스텝 4에서의 반도체 디바이스 공정은, 반도체 층의 표면을 산화시키는 산화공정; 상기 표면 위에 절연막을 형성하는 CVD 공정; 상기 표면 위에 기상 증착법에 의해 전극을 형성하는 전극형성공정; 상기 반도체 층에 이온을 주입하는 이온 주입 공정; 상기 기판에 감광제를 도포하는 레지스트 처리 공정; 상기 레지스트 처리공정을 거친 기판 위에 상기 노광 장치에 의해 회로패턴을 형성시키는 노광 공정; 상기 노광 공정에서 노광된 기판을 현상하는 현상 공정; 상기 현상공정에서 현상된 레지스트 상 이외의 레지스트를 에칭하는 에칭 공정; 및 불필요한 에칭된 레지스트를 제거하는 레지스트 제거공정을 포함한다. 이들 공정을 반복해서 기판 위에 회 로 패턴을 다중으로 형성한다.

본 발명의 정신과 범주로부터 벗어남이 없이 본 발명의 많은 명백하게 광범위하게 상이한 실시형태를 행할 수 있으므로, 본 발명은 청구범위에 정의된 바를 제외하고 그의 구체적인 실시형태로 제한되지 않는 것으로 이해할 필요가 있다.

이상 본 발명에 의하면, 고속 응답을 행하는 것이 가능한 노광장치 및 간단한 구성을 지닌 노광 방법을 제공하는 것이 가능하다.

Claims

물체 위에 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서,

각각 적어도 1개의 광원과, 상기 광원의 화상을 상기 물체 위에 형성하는 광학 소자를 포함하는 복수의 요소 노광 유닛이 배열되어 있는 노광 헤드 구조체;

상기 물체의 표면 위치를 검출하는 센서; 및

상기 센서에 의한 검출 결과에 의거해서 상기 노광 헤드 구조체에 의한 노광을 제어하는 제어기를 포함하고,

상기 제어기는 상기 물체 위에 패턴을 형성하면서, 소정의 조건을 만족하는 상기 복수의 요소 노광 유닛 중의 하나를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 노광장치.
물체 위에 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서,

복수의 광원을 지닌 광원 어레이;

상기 물체 위에 광원의 화상을 형성하는 광학 소자;

전자기에너지 또는 다이내믹 에너지를 이용해서 물체의 표면 위치를 측정하는 센서; 및

상기 센서에 의한 검출 결과에 의거해서, 상기 광학 소자를 경유해서 상기 물체 위에 형성될 화상의 위치를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 광학 소자는 상기 물체 위에 상기 광원의 화상을 소정의 배율로 형성하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 배율은 등배율 또는 축소배율인 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 광원은 상기 광원을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 광원을 펄스 구동해서 상기 광원으로부터 임시 불연속 펄스광을 방출시키는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 광원은 EL 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 광원은 부등 간격(unequal interval)으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나의 광학 소자를 이용해서 상기 물체 위에 상기 복수의 광원의 화상들을 형성하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 광원은 각각 상이한 발광 파장을 지닌 복수 종류의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항에 의한 노광장치를 이용해서 기판 위에 패턴을 형성하는 공정; 및

상기 패턴을 지닌 기판을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
제 1항 또는 제 11항에 있어서, 상기 노광장치는 액정표시 노광장치인 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1항 또는 제11항에 있어서, 상기 노광장치는 레지스트를 노광하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 노광장치.