KR100845761B1 - 주사노광방법 및 주사형 노광장치 - Google Patents

Abstract

노광영역의 일부를 중복시켜 노광해도 디바이스의 품질을 저하시키지 않고, 또한 노광공정의 처리량 저하방지에도 기여한다.

마스크와 기판을 동기이동시켜 투영광학계를 통하여 마스크의 패턴을 기판상에 노광한다. 투영광학계로 투영노광된 기판의 노광영역 (34c, 34d) 의 일부를 중복시켜 노광할 때, 기판과 마스크의 패턴의 결상면을 기판과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시킨다.

Description

주사노광방법 및 주사형 노광장치{SCANNING EXPOSURE METHOD AND SCANNING TYPE EXPOSURE APPARATUS}

도 1 은 본 발명의 실시형태를 나타내는 도로서, 주사형 노광장치의 개략적인 구성을 나타내는 외관사시도이다.

도 2 는 동 주사형 노광장치의 개략구성도이다.

도 3 은 본 발명의 실시형태를 나타내는 도로서, 투영계 모듈로 설정되는 투영영역의 평면도이다.

도 4 는 유리기판이 광축방향으로 상대변위하는 위치와 시간과의 관계도이다.

도 5 는 본 발명의 실시형태를 나타내는 도로서, 투영계 모듈의 투영영역과 유리기판의 평면도이다.

도 6 은 투영영역을 통과하는 동안에 유리기판이 1 행정(行程)의 상대변위를 행하는 것을 나타내는 관계도이다.

도 7 은 유리기판이 광축방향으로 상대변위하는 위치와 시간과의 관계도이다.

도 8 은 투영영역을 통과하는 동안에 유리기판이 2 행정의 상대변위를 행하는 것을 나타내는 관계도이다.

도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 도로서, 제 1 노광영역, 제 2 노광영역을 갖는 유리기판과 투영계 모듈의 투영영역과의 관계를 나타내는 평면도이다.

도 10 은 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 도로서, 투영영역을 통과하는 동안에 유리기판이 1 행정의 상대변위를 행하는 것을 나타내는 관계도이다.

도 11 은 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 도로서, 제 1 노광영역, 제 2 노광영역을 갖는 유리기판과 단일의 투영영역과의 관계를 나타내는 평면도이다.

도 12 는 액정표시 디바이스의 제조공정의 한 예를 나타내는 플로우차트도이다.

도 13 은 다이슨형 광학계를 조합한 투영광학계의 한 예를 나타내는 개략구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

L : 피치 M : 마스크 (레티클)

P : 유리기판 (기판) 1 : 주사형 노광장치

3 : 투영광학계 17 : 제어장치 (변위조정장치)

23 : 제 1 투영광학군 24 : 제 2 투영광학군

33 : 비중복영역 36a~36d, 53 : 중복영역

51 : 제 1 노광영역 52 : 제 2 노광영역

본 발명은 마스크와 기판을 소정방향으로 동기기동하여 마스크에 형성된 패턴을 기판에 노광하는 주사노광방법 및 주사형 노광장치에 관한 것이며, 특히 기판의 노광영역을 일부 중복시켜 노광할 때에 이용하기에 적합한 주사노광방법 및 주사형 노광장치에 관한 것이다.

최근 퍼스널컴퓨터나 TV 등의 표시소자로서 박형화를 가능하게 하는 액정표시 패널이 많이 이용되게 되었다. 이 종류의 액정표시 패널은 평면으로 보아 직사각형 형상의 감광기판, 예를 들면 유리기판상에 투명박막전극을 포토리소그래피 수법으로 원하는 형상으로 패터닝함으로써 제조되고 있다. 그리고 이 포토리소그래피의 장치로서 마스크 (레티클) 상에 형성된 패턴을 투영광학계를 통하여 유리기판상의 포토레지스트층에 노광하는 노광장치가 이용되고 있다.

상기 액정표시 패널은 화면의 보기편함에서 대면적화가 진행되고 있다. 이 요청에 응하는 노광장치로는 예를 들면, 일본 공개특허공보 평7-57986 호에 개시되어 있는 바와 같이, 마스크의 패턴을 정립상(正立像)으로 기판상에 투영하는 복수의 투영광학계를 조합하여 마스크와 유리기판을 소정방향으로 동기이동하여 투영광학계에 대하여 주사함으로써, 동기이동방향과 직교하는 방향으로 큰 노광영역을 갖는, 즉 마스크에 형성된 LCD (Liquid Crystal Dispaly) 등의 패턴을 유리기판상의 노광영역에 순차적으로 전사하는 주사형 노광장치가 고안되어 있다.

이 때, 투영영역이 커도 장치를 대형화시키지 않고, 또한 양호한 결상(結像)특성을 얻는 투영광학계로서 복수의 투영광학계를 인접하는 노광영역이 주사방향으 로 소정량 변위하도록, 또한 인접하는 노광영역의 단부끼리가 주사방향과 직교하는 방향으로 일부 중복하도록 배치된 것이 사용되고 있다. 이 경우, 각 투영광학계의 시야조리개는 예를 들면, 사다리꼴형상으로 주사방향의 시야조리개의 개구폭의 합계는 항상 동일하게 되도록 설정되어 있다. 그로 인하여 상기와 같은 주사형 노광장치는 인접하는 투영광학계의 연결부가 중복하여 노광되며, 투영광학계의 광학수차(收差)나 노광조도가 순조롭게 변화한다는 이점을 갖고 있다.

그러나 상술한 바와 같은 종래의 주사노광방법 및 주사형 노광장치에는 이하와 같은 문제가 존재한다.

복수의 투영광학계는 결상위치가 유리기판상의 노광면에 일치하도록 각각 캘리브레이션되는데, 각 투영광학계에 있어서의 조정오차, 유리기판 자체의 뒤틀림이나 평면도, 유리기판에 도포되는 포토레지스트층의 두께의 편차 등에 기인하여 복수의 투영광학계간에 노광면에 대한 결상위치가 어긋나는 경우가 있다. 이 경우, 복수의 투영광학계에 대응하는 투영영역간에 부여되는 노광 에너지량에 차가 발생하게 된다. 그로 인하여 인접하는 투영광학계로 노광되는 연결부에서 색얼룩이 발생하여, 제조된 디바이스의 품질이 저하된다는 문제가 있었다.

이 문제는 투영광학계를 복수 갖춘 노광장치를 사용하는데 한정되지 않고, 단일 조명영역을 갖는 투영광학계를 이용하여 마스크와 유리기판을 동기이동하여 제 1 주사노광을 행한다. 그 후, 마스크와 유리기판을 동기이동과 직교하는 방향으로 조명영역의 길이분의 거리만큼 스텝이동하고, 다시 한번 마스크와 유리기판 을 동기이동하여 제 2 주사노광을 행한다. 그 제 2 주사노광의 공정을 1 회 또는 수회 반복함으로써 복수의 분할패턴을 상호 일부 중복시킨 상태에서 서로 연결하는 경우에도, 제 1 주사노광시와 제 2 주사노광시에 결상면의 위치가 어긋나 노광될 가능성이 있으므로, 상기 색얼룩이 동일하게 발생하는 부분이 있었다.

한편, 상기 문제를 해결하는 방법으로서, 유리기판의 포커스위치를 바꾸어 복수회의 주사노광을 실시하는 것이 행해지고 있다. 이 방법은 예를 들면, 투영광학계의 결상면의 위치에 대하여 유리기판의 노광면을 광축방향으로 소정량 저하시킨 상태에서 1 회째의 주사노광을 행하고, 그 후 결상위치에 대하여 유리기판의 노광면을 광축방향으로 상기 소정량 상승시킨 상태에서 2 회째의 주사노광을 행함으로써 유리기판상에 패턴을 중복노광하는 것이다. 이 방법에 의하면 초점심도가 향상되어 복수의 노광영역간의 노광에너지량의 차를 적게할 수 있으므로, 색얼룩을 억제할 수 있게 된다.

그런데, 이 방법으로는 유리기판의 포커스위치를 바꾼 상태에서 복수회의 주사노광을 행할 필요가 있으므로, 그 만큼 노광시간이 길어져 노광공정의 처리량(throughput)이 저하된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 노광영역의 일부를 중복시켜 노광해도 디바이스의 품질을 저하시키지 않고, 또한 노광공정의 처리량 저하방지에도 기여하는 주사노광방법 및 주사형 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실시형태를 나타내는 도 1 내지 도 11 에 대응한 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 주사노광방법은 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기이동시켜, 투영광학계 (3, 3a~3e) 를 통하여 마스크 (M) 의 패턴을 기판 (P) 상에 노광하는 주사노광방법에 있어서, 투영광학계 (3, 3a~3e) 로 투영노광된 기판 (P) 의 노광영역의 일부를 중복시켜 노광할 때, 기판 (P) 과 마스크 (M) 의 패턴의 결상면을 기판 (P) 과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명의 주사형 노광장치는 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기이동시켜 투영광학계 (3, 3a~3e) 를 통하여 마스크 (M) 의 패턴을 기판 (P) 상에 노광하는 주사형 노광장치 (1) 에 있어서, 투영광학계 (3, 3a~3e) 로 투영노광된 노광영역의 일부를 중복시켜 중복노광할 때에 기판 (P) 과 마스크 (M) 의 패턴의 결상면을 기판 (P) 과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시키는 변위조정장치 (17) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서 본 발명의 주사노광방법 및 주사형 노광장치에서는 마스크 (M) 의 패턴의 결상위치와 기판 (P) 을 결상면의 위치를 중심으로 하여 기판 (P) 과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 소정의 주기로 상대변위시킴으로써 변위의 단부에 있어서 노광되고 있는 시간이 길어지므로, 포커스위치에 있어서의 노광 에너지량의 분포는 변위의 단부에서 큰 값이 되어 중복노광하였을 때와 동일하게 초점심도가 실질적으로 깊어진다. 이로 인하여 노광영역을 일부 중복시켜 노광할 때 에도 연결부에서의 노광 에너지량의 차가 작아져 색얼룩을 억제할 수 있다. 또한 마스크 (M) 의 패턴의 결상위치와 기판 (P) 의 상대변위는 1 회의 노광동작중에 실행하므로, 노광공정의 처리량 저하를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 주사노광방법 및 주사형 노광장치의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 8 을 참조하여 설명한다. 여기서는 기판으로서의 액정표시 패널 제조에 이용되는 각형(角形)의 유리기판을 이용하여 마스크에 형성된 액정표시 디바이스의 회로패턴을 유리기판상에 전사하는 경우의 예를 이용하여 설명한다. 또한 여기서는 투영광학계가 5 개의 투영계 모듈로 이루어지는 경우의 예를 이용하여 설명한다.

도 1 은 본 발명에 의한 주사형 노광장치 (1) 의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다. 주사형 노광장치 (1) 는 조명광학계 (2) 와, 복수의 투영계 모듈 (3a~3e) 로 이루어지는 투영광학계 (3) 와, 마스크 (레티클) (M) 를 유지하는 마스크스테이지 (4) 와, 유리기판 (기판)(P) 을 유지하는 기판스테이지 (5) 를 주체로 하여 구성되어 있다. 또한 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 이 XY 평면을 따라 배치되며, XY 평면중 주사방향 (동기이동방향) 을 X 방향, X 방향과 직교하는 비주사방향을 Y 방향으로 한다. 또한 XY 평면에 직교하고 투영광학계 (3) 로 유리기판 (P) 에 투영되는 사다리꼴형상시야의 거의 중심을 통과하는 주광선을 광축이라 칭하고, 유리기판 (P) 에 대하여 거의 수직이 되는 광축방향을 Z 방향으로 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 조명광학계 (2) 는 초고압 수은램프 등의 광원 (6) 으로부터 사출된 광속(光束) (노광광) 을 마스크 (M) 상에 조명하는 것이다. 또한 조명광학계 (2) 는 다이크로익미러 (7), 파장선택필터 (8), 라이트가이드 (9) 및 투영계 모듈 (3a~3e) 의 각각에 대응하여 설치된 조명계 모듈 (10a~10e) (단, 도 2 에 있어서는 편의상 조명광학계 (10a) 에 대응하는 것만을 나타내고 있다) 로 구성되어 있다.

그리고 광원 (6) 에서 사출한 광속은 타원미러 (6a) 에서 집광된 후에 다이크로익미러 (7) 에 입사된다. 다이크로익미러 (7) 는 노광에 필요한 파장의 광속을 반사하고, 그 밖의 파장의 광속을 투과시키는 것이다. 다이크로믹미러 (7) 에서 반사된 광속은 파장선택필터 (8) 에 입사하고, 투영광학계 (3) 가 노광을 행하기에 적합한 파장 (통상적으로는 g, h, i 선중 적어도 하나의 대역) 의 광속이 되어, 라이트가이드 (9) 에 입사한다. 라이트가이드 (9) 는 입사한 광속을 5 개로 분기하여, 반사미러 (11) 를 통하여 각 조명계 모듈 (10a~10e) 에 입사시키는 것이다.

각 조명계 모듈 (10a~10e) 은 조명셔터 (12), 릴레이렌즈 (13), 플라이아이렌즈 (14) 및 콘덴서렌즈 (15) 로 개략 구성되어 있다. 또한 본 실시형태에서는 이 조명계 모듈 (10a) 과 동일한 구성의 조명계 모듈 (10b~10e) 이 X 방향과 Y 방향으로 일정한 간격을 갖고 배치되어 있다. 그리고 각 조명계 모듈 (10a~10e) 로부터의 광속은 마스크 (M) 가 다른 조명영역을 조명하는 구성이 되어 있다.

조명셔터 (12) 는 라이트가이드 (9) 의 후방에 광속의 광로에 대하여 진퇴가 자유롭게 배치되어 있다. 조명셔터 (12) 는 광로를 차폐(遮蔽)하였을 때 이 광로에서 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 에 도달하는 광속을 차광하고, 광로를 개방하였을 때 광속으로의 차광을 해제하여 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 으로의 광속을 조사시키는 것이다. 또한 조명셔터 (12) 에는 이 조명셔터 (12) 를 상기 광로에 대하여 진퇴이동시키는 셔터구동부 (16) 가 구비되어 있다. 셔터구동부 (16) 는 제어장치 (17) 에 의하여 그 구동을 제어받고 있다.

한편, 각 조명계 모듈 (10a~10e) 에는 광량조정기구 (18) 가 부설되어 있다. 광량조정기구 (18) 는 광로마다 광속의 조도를 설정함으로써 각 광로마다 노광량을 조정하는 것이다. 또한 광량조정기구 (18) 는 하프미러 (19), 디텍터 (20), 필터 (21) 및 필터구동부 (22) 로 구성되어 있다. 하프미러 (19) 는 필터 (21) 와 릴레이렌즈 (13) 사이의 광로중에 배치되어 필터 (21) 를 투과한 광속의 일부를 디텍터 (20) 로 입사시키는 것이다. 디텍터 (20) 는 입사한 광속의 조도를 검출하고, 검출한 조도신호를 제어장치 (17) 로 출력하는 것이다.

필터 (21) 는 유리판상에 Cr 등으로 발(簾)형상으로 패터닝된 것으로, 투과율이 Y 방향을 따라 어느 범위에서 선형으로 점차 변화하도록 형성되어 있으며, 각 광로중의 조명셔터 (12) 와 하프미러 (19) 사이에 배치되어 있다. 이들 하프미러 (19), 디텍터 (20) 및 필터 (21) 는 복수의 광로마다 각각 설치되어 있다. 필터구동부 (22) 는 제어장치 (17) 의 지시에 기초하여 필터 (21) 를 Y 방향을 따라 이동시키는 것이다.

따라서 디텍터 (20) 가 검출한 광속의 조도에 기초하여, 제어장치 (17) 가 필터구동부 (22) 를 제어함으로써, 각 광로마다 유리기판 (P) 상에서의 조도가 소정값이 되도록 광로마다의 광량을 조정할 수 있다.

광량조정기구 (18) 를 투과한 광속은 릴레이렌즈 (13) 를 통하여 플라이아이렌즈 (14) 에 달한다. 이 플라이아이렌즈 (14) 의 사출면측에는 2 차광원이 형성되어, 콘덴서렌즈 (15) 를 통하여 마스크 (M) 의 조명영역을 균일한 조도로 조사할 수 있게 되어 있다.

마스크 (M) 를 투과한 광속은 투영계 모듈 (3a~3e) 에 각각 입사한다. 그리고 조명영역의 마스크 (M) 의 패턴은 소정의 결상특성을 가지고, 레지스트가 도포된 유리기판 (P) 상에 전사된다. 각 투영계 모듈 (3a~3e) 은 마스크 (M) 의 패턴상(像)을 X 방향 또는 Y 방향으로 쉬프트시키는 상(像)쉬프트기구, 마스크 (M) 의 패턴의 중간상(像)을 형성하는 반사굴절형 광학계, 유리기판 (P) 상에서 사다리꼴형상의 투영영역을 설정하는 시야조리개 및 마스크 (M) 의 패턴상(像)의 배율을 변화시키는 배율조정기구 (모두 도시하지 않음) 로 구성되어 있다.

도 3 은 투영계 모듈 (3a~3e) 로 투영되는 유리기판 (P) 상의 투영영역 (34a~34e) 의 평면도이다. 이 도에 나타내는 바와 같이, 각 투영영역 (34a~34e) 은 X 방향의 폭이 (L0) 의 사다리꼴형상을 나타내고 있으며, X 방향으로 피치 (L) 떨어져 배치된 투영영역 (34a, 34c, 34e) 으로 이루어지는 제 1 투영광학군 (23) 과 투영영역 (34b, 34d) 으로 이루어지는 제 2 투영광학군 (24) 으로 군분류되어 있으며, 투영영역 (34a, 34c, 34e) 과 투영영역 (34b, 34d) 은 짧은 변측을 대향시켜 배치되어 있다.

또한 투영영역 (34a~34e) 은 인접하는 투영영역의 단부끼리 (35a 와 35b, 35c 와 35d, 35e 와 35f, 35g 와 35h) 가 2 점쇄선으로 나타내는 바와 같이, Y 방향에서 중복하도록 병렬배치되어 X 방향의 폭의 총계가 거의 동등하게 되도록 설정되어 있다. 즉 각 투영영역 (34a~34e) 은 유리기판 (P) 상에서 중복하여 노광되는 중복영역 (36a~36d) 에 투영하는 단부 (35a~35k) 와 중복하지 않고 노광되는 비중복영역 (33) 에 투영하는 중앙부 (41a~41e) 를 갖고 있으며, X 방향으로 주사노광하였을 때 중복영역의 노광량의 합과 비중복영역의 노광량이 동등해지도록 되어 있다.

이와 같이, 유리기판 (P) 상에서 투영영역 (34a~34e) 이 중복하는 중복영역 (36a~36d) 을 설치함으로써, 중복영역 (36a~36d) 에 있어서의 광학수차의 변화나 조도변화를 순조롭게 할 수 있도록 되어 있다. 또한 본 실시형태의 투영영역 (34a~34e) 의 형상은 대형인데, 육각형이나 마름모꼴, 평행사변형 등이어도 상관없다.

마스크스테이지 (4) 는 마스크 (M) 를 유지하는 것으로, 1 차원의 주사노광을 행하는 X 방향으로 긴 스트로크와 주사방향과 직교하는 Y 방향으로 수 mm 정도의 미소량의 스트로크를 갖고 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 마스크스테이지 (4) 를 X 방향 및 Y 방향으로 구동하는 마스크스테이지 구동부 (37) 가 구비되어 있다. 이 마스크스테이지 구동부 (37) 는 제어장치 (17) 에 의하여 제어되고 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 마스크스테이지 (4) 상의 단둘레에는 직교하는 방향으로 이동미러 (38a, 38b) 가 각각 설치되어 있다. 이동미러 (38a) 에는 레이저 간섭계 (39a) 가 대향하여 배치되어 있다. 또한 이동미러 (38b) 에는 레이저 간섭계 (39b) 가 대향하여 배치되어 있다. 이들 레이저 간섭계 (39a, 39b) 는 각각 이동미러 (38a, 38b) 에 레이저광을 사출하여 해당 이동미러 (38a, 38b) 사이의 거리를 계측함으로써, 마스크스테이지 (4) 의 X 방향, Y 방향의 위치, 즉 마스크 (M) 의 위치를 고분해능, 고정밀도로 검출할 수 있게 되어 있다. 그리고 레이저 간섭계 (39a, 39b) 의 검출결과는 도 1 에는 나타내고 있지 않으나, 제어장치 (17) 로 출력된다.

기판스테이지 (5) 는 유리기판 (P) 을 유지하여 이동하는 것으로, 마스크스테이지 (4) 와 동일하게 1 차원의 주사노광을 행하는 X 방향으로 긴 스트로크와 주사방향과 직교하는 Y 방향으로 스텝이동하기 위한 긴 스트로크를 갖고 있다. 또한 기판스테이지 (5) 에는 이 기판스테이지 (5) 를 X 방향 및 Y 방향으로 구동하는 기판스테이지 구동부 (40) 가 구비되어 있다 (도 2 참조). 이 기판스테이지 구동부 (40) 는 제어장치 (17) 에 의하여 제어되고 있다. 또한 기판스테이지 (5) 는 기판스테이지 구동부 (40) 의 제어에 의하여 Z 방향으로도 이동이 자유롭게 되어 있다. 그리고 기판스테이지 (5) 는 마스크 (M) 의 패턴면과 유리기판 (P) 의 노광면의 Z 방향의 위치를 계측하는 계측수단 (도시하지 않음) 을 구비하고 있으며, 계측수단에 의한 계측결과는 변위조정장치로서의 제어장치 (17) 로 출력된다. 또한 실제로는 기판스테이지 (5) 에 있어서의 Z 방향으로의 이동은 기판스테이지 (5) 에 지지되어 유리기판 (P) 을 유지하는 홀더에 의하여 행해지는데, 여 기서는 편의상 기판스테이지 (5) 에 의하여 Z 방향으로의 이동이 행해지는 것으로서 설명한다. 또한 도시하지 않았으나, 기판스테이지 (5) 의 Z 방향의 이동은 예를 들면, 기판스테이지를 지지하고 있는 지지점을 Z 방향으로 구동하는 액추에이터나 쐐기형의 캠을 설치하여 구동하도록 한다. 그리고 액추에이터로는 모터, 피에조소자나 전자석을 이용하도록 하면 된다.

또한 기판스테이지 (5) 상의 단둘레에는 직교하는 방향으로 이동미러 (42a, 42b) 가 각각 설치되어 있다. 이동미러 (42a) 에는 레이저 간섭계 (43a) 가 대향하여 배치되어 있다. 또한 이동미러 (42b) 에는 레이저 간섭계 (43b) 가 대향하여 배치되어 있다. 이들 레이저 간섭계 (43a, 43b) 는 각각 이동미러 (42a, 42b) 에 레이저광을 사출하여 해당 이동미러 (42a, 42b) 사이의 거리를 계측함으로써, 기판스테이지 (5) 의 X 방향, Y 방향의 위치, 즉 유리기판 (P) 의 위치를 고분해능, 고정밀도로 검출할 수 있게 되어 있다. 그리고 레이저 간섭계 (43a, 43b) 의 검출결과는 도 1 에는 나타내고 있지 않으나, 제어장치 (17) 로 출력된다.

마스크 (M) 의 상방에는 마스크 (M) 에 형성된 마스크 얼라인먼트 마크 (도시하지 않음) 와 유리기판 (P) 에 형성된 기판 얼라인먼트 마크 (도시하지 않음) 를 검출하는 얼라인먼트계 (49a, 49b) 가 설치되어 있다. 얼라인먼트계 (49a, 49b) 는 마스크 얼라인먼트 마크에 검지광을 조사하고, 마스크 얼라인먼트 마크의 반사광과 마스크 얼라인먼트 마크 및 외측의 투영계 모듈 (3a 또는 3e) 을 통하여 얻어지는 기판 얼라인먼트 마크의 반사광을 수광함으로써, 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 의 위치어긋남량을 계측하는 구성으로 되어 있다. 또한 도 2 에 나타내는 바와 같이, 얼라인먼트계 (49a, 49b) 의 계측결과는 제어장치 (17) 로 출력된다. 또한 얼라인먼트계 (49a, 49b) 는 X 방향으로 이동하는 구동기구 (도시하지 않음) 를 갖고 있으며, 주사노광시에는 조명영역내로부터 퇴피가능한 구성으로 되어 있다.

제어장치 (17) 는 레이저 간섭계 (39a, 39b) 의 출력으로부터 마스크스테이지 (4) 의 XY 평면내의 위치를 모니터하고, 마스크스테이지 구동부 (37) 를 제어함으로써 마스크스테이지 (4) 를 원하는 위치로 이동시킴과 동시에 레이저 간섭계 (43a, 43b) 의 출력으로부터 기판스테이지 (5) 의 XY 평면내의 위치를 모니터하고, 기판스테이지 구동부 (40) 를 제어함으로써 기판스테이지 (5) 를 원하는 위치로 이동시킨다. 즉 제어장치 (17) 는 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5) 의 위치를 모니터하면서 양구동부 (37, 40) 를 제어함으로써 마스크 (M) 와 유리플레이트 (P) 를 투영계 모듈 (3a~3e) 에 대하여 임의의 주사속도 (동기이동속도) 로 X 방향으로 동기이동시키도록 되어 있다.

또한 제어장치 (17) 는 계측수단에 의하여 계측된 유리기판 (P) 의 노광면의 위치에 기초하여 기판스테이지 구동부 (40) 를 제어함으로써, 기판스테이지 (5) 의 노광면을 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상면의 위치에 대하여 소정의 주기로 변위시키는 구성으로 되어 있다.

상기 구성의 주사형 노광장치 (1) 에 의하여 유리기판 (P) 상에 LCD 패턴을 주사노광하는 순서를 설명한다. 또한 이하에 있어서는, 마스크스테이지 (4), 기판스테이지 (5) 의 이동 및 각 조명계 모듈 (10a~10e) 에 있어서의 조명셔터 (12) 의 구동은 마스크스테이지 구동부 (37), 기판스테이지 구동부 (40) 및 셔터구동부 (16) 를 통하여 행해지며, 각각의 구동은 각각의 구동부 (37, 40, 16) 를 제어하는 제어장치 (17) 의 제어에 기초하여 행해지는 것으로 한다.

먼저, 노광처리를 실행하기 전에 미리 테스트노광 등을 행함으로써, 계측용 유리기판의 노광면이 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상면의 위치에 있을 때의 포커스위치 (베스트 포커스위치) (Z0) 를 계측해 둔다.

다음으로 얼라인먼트계 (49a, 49b) 로 마스크 얼라인먼트마크 및 기판 얼라인먼트마크를 계측하여 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 의 위치어긋남량을 구하여, 이 결과로부터 마스크스테이지 (4) 또는 기판스테이지 (5) 를 미동시켜 위치를 맞춤과 동시에, 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 에 대한 각 투영계 모듈 (3a~3e) 마다의 상대적인 쉬프트, 회전, 스케일링 보정량을 산출하여, 이 보정량에 기초하여 각 투영계 모듈 (3a~3e) 의 상쉬프트기구, 배율조정기구, 반사굴절형 광학계의 보정을 행한다.

계속해서 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5) 를 구동하여 주사개시위치에 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 을 이동시킨다. 그리고 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 투영계 모듈 (3a~3e) 에 대하여 동일한 속도 (V) 로 동일방향, 예를 들면 -X 방향으로 동기이동한다. 또한 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 의 -X 방향으로의 동기이동과 동기하여 계측수단에 의하여 유리기판 (P) 의 노광면의 위치를 계측하면서 기판스테이지 (5) 를 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상면의 위치에 대하여 Z 방향을 따른 (Z0+b) 와 (Z0-b) 사이를 주기 (Tn) 으로 상대적으로, 또한 연속적으로 변위시킨다. 또한 (Z0+b) 와 (Z0-b) 는 유리기판 (P) 의 초점심도내의 위치에 설정된다.

이 주기 (Tn) 는 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역을 통과하는 동안에 유리기판 (P) 이 Z 방향으로 n 행정 변위하는 것을 나타내고 있다 (n 은 1 이상의 정수). 바꿔말하면 유리기판 (P) 이 Z 방향을 따라 상대변위하는 주기 (Tn) 는 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역을 통과하는 시간의 1/n 에 설정된다.

여기서 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역을 통과하는 시간 (T0) 은 다음식으로 표시된다.

T0 = L0/V --- (1)

따라서 시간 (T0) 동안에 유리기판 (P) 이 Z 방향을 따라 상대변위하는 주기 (Tn) 는 다음식으로 표시된다.

Tn = (1/n) ×T0

= (1/n) ×(L0/V) --- (2)

또한 제 1 투영광학군 (23) 과 제 2 투영광학군 (24) 의 배치간격인 피치 (L) 는 m 을 1 이상의 정수로 하면 다음식으로 표시되는 값으로 설정된다.

L = m ×Tn ×V

= m ×(L0/n) --- (3)

식 (3) 에서 알 수 있듯이, 피치 (L) 는 주기 (Tn) 사이에 마스크 (M) 와 유 리기판 (P) 이 동기이동하는 거리의 정수배로 설정된다. 즉 제 1 투영광학군 (23) 의 투영영역을 통과할 때의 유리기판 (P) 의 주기 (Tn) 의 상대변위와 제 2 투영광학군 (24) 의 투영영역을 통과할 때의 유리기판 (P) 의 주기 (Tn) 의 상대변위는 그 위상이 일치하게 된다.

이하, 구체예를 들어 상세히 설명한다.

<n = 1 이고, 주기 Tn = T0 인 경우>

여기서는 기판스테이지 (5), 즉 유리기판 (P) 을 Z 방향으로 변위시키는 주기 (Tn) 를 식 (1) 의 시간 (T0) 에 일치시킨다. 즉 Tn = T1 = T0 이 되며, 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (LO) 의 투영영역 (34a~34e) 을 통과하는 동안에 도 4 에 나타내는 바와 같이, 유리기판 (P) 을 Z 방향으로 1 행정 (n = 1) 변위시킨다.

여기서 노광영역중 비중복영역 (33) 에 위치하는 유리기판 (P) 상의 점 (61a) 과, 중복영역 (36c) 에 위치하며 투영영역 (34c) 의 단부 (35e) 및 투영영역 (34d) 의 단부 (35f) 쌍방에서 중복하여 노광되는 유리기판 (P) 상의 점 (61b) 을 고려한다 (도 5 참조).

점 (61a, 61b) 은 주사노광시에 도 6 에 나타내는 바와 같이, 베스트포커스 위치 (Z0) 를 기준으로 하여 포커스 위치 (Z+b, Z-b) 사이를 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상면의 위치에 대하여 주기 (T1) 으로 Z 방향을 따라 상대변위한다. 이 때, 점 (61a) 은 투영영역 (34c) 의 중앙부 (41c) 에 의하여 시간 (T1) 의 노광시간으로 노광된다.

한편, 점 (61b) 은 투영영역 (34c) 의 단부 (35e) 에 의하여 (Ta) 시간 노광되며, 조명영역 (34d) 의 단부 (35f) 에 의하여 (Tb) 시간 노광된다. Ta+Tb=T1 이 되므로 점 (61b) 은 점 (61a) 과 동일한 노광시간으로 노광된다. 또한 투영영역 (34c) 과 (34d) 을 통과할 때의 유리기판 (P) 상의 임의의 위치에 있어서의 상대변위의 위치는 일치하고 있으므로, 점 (61b) 이 단부 (35e, 35f) 에 의하여 노광되는 동안에 Z 방향을 따라 상대변위하는 전(全)행정은 점 (61a) 이 중앙부 (41c) 에 의하여 노광되는 동안에 Z 방향을 따라 상대변위하는 전행정과 일치하여 1 행정이 된다. 이로 인하여, 중복하여 노광되는 점 (61b) 은 점 (61a) 과 마찬가지로 상대변위의 단부인 포커스 위치 (Z0+b) 및 (Z0-b) 에 있어서 노광시간이 길어져 노광 에너지량이 커지게 되어, 초점심도를 실질적으로 깊게 할 수 있다.

<n=2 이고, 주기 T2 = T0/2 인 경우>

여기서는 기판스테이지 (5), 즉 유리기판 (P) 을 Z 방향으로 변위시키는 주기 (Tn) 를 식 (1) 의 시간 (T0/2) 에 일치시킨다. 즉 Tn=T2=(T0/2) 가 되어 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역 (34a~34e) 을 통과하는 시간 (T0) 에, 도 7 에서 나타내는 바와 같이 유리기판 (P) 을 Z 방향으로 2 행정 (n=2) 변위시킨다.

이 때, 점 (61a, 61b) 은 주사노광시에 도 8 에 나타내는 바와 같이, 베스트 포커스위치 (Z0) 를 기준으로 하여 포커스위치 (Z+b, Z-b) 사이를 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상면의 위치에 대하여 주기 (T2) 로 Z 방향을 따라 상대변위하는데, 점 (61a) 은 투영영역 (34c) 의 비중복영역 (41c) 에 의하여 시간 (T0) 의 노광시 간으로 노광된다.

한편, 점 (61b) 은 투영영역 (34c) 의 단부 (35e) 에 의하여 Ta 시간 노광되어 투영영역 (34d) 의 단부 (35f) 에 의하여 Tb 시간 노광된다. Ta+Tb=T0 이 되므로, 점 (61b) 은 점 (61a) 과 동일한 노광시간으로 노광된다. 또한 투영영역 (34c) 과 (34d) 을 통과할 때의 유리기판 (P) 상에 있어서의 임의의 위치의 상대변위의 위상은 일치하고 있으므로, 점 (61b) 이 단부 (35e, 35f) 에 의하여 노광되는 동안에 Z 방향을 따라 상대변위하는 전행정은 점 (61a) 이 중앙부 (41c) 에 의하여 노광되는 동안에 Z 방향을 따라 상대변위하는 전행정과 일치하여 2 행정이 된다. 이로 인하여, 중복하여 노광되는 점 (61b) 은 점 (61a) 과 마찬가지로 상대변위의 단부인 포커스 위치 (Z0+b) 및 (Z0-b) 에 있어서 노광시간이 길어져 노광 에너지량이 커지게 되어, 초점심도를 실질적으로 깊게 할 수 있다.

본 실시형태의 주사노광방법 및 주사형 노광장치에서는 투영영역 (34a~34e) 의 일부를 중복시켜 노광할 때에도 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상면의 위치와 유리기판을 광축방향을 따라 상대변위시키므로, 비중복영역 또는 중복영역에 의하여 노광된 유리기판 (P) 상의 노광영역 쌍방에서 초점심도가 커져, 복수의 노광영역간이나, 중복영역, 비중복영역간의 노광에너기량의 차를 작게 할 수 있으며, 색얼룩의 발생을 억제함으로써 디바이스의 품질저하를 방지할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는 복수회의 주사노광을 행하는 일 없이, 유리기판 (P) 을 소정의 주기로 연속적으로 변위시켜 상기 초점심도를 깊게 하고 있으므로, 노광시간이 필요이상으로 길어지지 않고 노광공정의 처리량 저하를 미연에 방지할 수 있다.

더불어, 본 실시형태의 주사노광방법 및 주사형 노광장치에서는 비중복영역에서 노광되는 점 (61a) 과 중복영역에서 노광되는 점 (61b) 의 상대변위의 전행정이 일치하고 있으므로, 각 영역간에 노광 에너지량의 차가 없어져, 투영영역이 일부중복하는 복수의 투영계 모듈 (3a~3e) 을 이용한 경우라도 각 모듈간의 노광 에너지량의 차에 기인하는 색얼룩을 배제할 수 있어, 디바이스의 품질향상에 기여할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역을 통과하는 동안에 유리기판 (P) 이 Z 방향으로 정수회(整數回) 변위하는 구성으로 하였으므로, 노광 에너지량의 분포가 베스트 포커스위치 (Z0) 를 중심으로 하여 Z 방향에서 대칭이 되어, 치우침이 없는 초점심도를 얻을 수 있다.

또한 상기 실시형태에서는 포커스위치 조정기능을 갖는 기판스테이지 (5) 를 Z 방향으로 이동시킴으로써 패턴의 결상면의 위치와 유리기판 (P) 을 Z 방향을 따라 상대적으로 변위시키고 있으므로, 승강기구 등을 별도 설치할 필요가 없어 장치의 소형화, 저가격화를 실현할 수 있다.

또한 상기 제 1 실시형태에서는 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역을 통과하는 동안에, 유리기판 (P) 이 Z 방향으로 n 행정 변위하는 구성으로서 설명하였는데, 반드시 이 관계를 만족할 필요는 없으며 제 1 투영광학군 (23) 과 제 2 투영광학군 (24) 의 배치피치 (L) 와 유리기판 (P) 의 상대변위의 주기 (Tn) 가 상기 식 (3) 을 만족하면 제 1 투영광학군 (23) 의 투영영역을 통과할 때의 유리기판 (P) 의 상대변위와 제 2 투영광학군 (24) 을 통과할 때의 유리기판 (P) 의 상대변위의 위상이 일치하므로, 비중복영역에 위치하는 점과 중복영역에 위치하는 점의 상대변위의 전행정을 일치시킬 수 있다. 이 때 유리기판 (P) 상의 임의의 위치는 상대변위의 1 주기중 적어도 70 % 이상의 행정을 거치는 것이 바람직하다.

도 9 내지 도 11 은 본 발명의 주사노광방법 및 주사형 노광장치의 제 2 실시형태를 나타내는 도이다. 이들 도에 있어서, 도 1 내지 도 8 에 나타내는 제 1 실시형태의 구성요소와 동일한 요소에 관해서는 동일부호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 제 2 실시형태와 상기 제 1 실시형태가 다른 점은 제 1 노광으로 유리기판 (P) 에 제 1 패턴을 노광한 후에 제 2 노광으로 제 1 패턴에 일부 중복시켜 제 2 패턴을 노광하는 것이다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 유리기판 (P) 상에 노광되는 LCD 패턴 (LP) 은 제 1 노광에 의하여 제 1 노광영역 (51) 에 노광되는 제 1 패턴과 제 2 노광에 의하여 제 2 노광영역 (52) 에 노광되는 제 2 패턴으로 구성되어 있으며, 제 1 노광영역 (51) 과 제 2 노광영역 (52) 은 중복영역 (53) 에서 중복되어 있다. 각 노광영역 (51, 52) 은 마스크스테이지 (4) 를 Y 방향으로 이동시켜 마스크 (M) 에 대한 조명영역을 이동시킴과 동시에 기판스테이지 (5) 를 Y 이동시켜 투영영역 (34a~34e) 에 대한 유리기판 (P) 의 위치를 이동시켜 설정된다.

상기 LCD 패턴 (LP) 을 노광할 때에는 먼저, 상기 제 1 실시형태와 동일한 순서로 제 1 노광영역 (51) 에 제 1 패턴을 노광한다. 또한 여기서는 Tn=T1=T0 으로 하고, 유리기판 (P) 상의 임의의 위치가 폭 (L0) 의 투영영역 (34a~34e) 을 통과하는 동안에 유리기판 (P) 을 Z 방향으로 1 행정 (n=1) 변위시키는 것으로 한다.

이 때, 유리기판 (P) 상의 중복영역 (53) 은 투영영역 (34e) 의 단부 (35k) 에서 투영노광된다. 또한 도 10 에 나타내는 바와 같이, 중복영역 (53) 내의 점 (K) (도 10 중에서는 이 점의 이동궤적(軌跡)을 나타내고 있다) 은 투영영역 (34e) 의 -X 측 단부 (도 10 중 좌측단부) 에 도달하였을 때에 베스트 포커스위치 (Z0) 를 기점으로 하여 주사노광이 진행됨에 수반하여 포커스위치 (Z+b) 를 향하는 행정을 더듬어 간다.

한편, 도 9 에 나타내는 바와 같이 제 2 노광영역 (52) 에 제 2 패턴을 노광할 때는 유리기판 (P) 상의 중복영역 (53) 은 투영영역 (34a) 의 단부 (35j) 에서 투영노광된다. 이 때, 점 (K) 이 투영영역 (34a) 의 -X 측 단부에 도달하였을 때에 베스트 포커스위치 (Z0) 를 기점으로 하여 주사노광이 진행됨에 수반하여 포커스위치 (Z-b) 를 향하는 행정을 더듬어 가도록, 즉 유리기판 (P) 의 제 2 노광시의 상대변위가 제 1 노광시의 상대변위와 역위상의 관계가 되도록 유리기판 (P) 을 Z 방향을 따라 상대변위시킨다.

이로 인하여 점 (K) 은 투영영역 (34e) 의 단부 (35k) 에 의하여 Ta 시간 노광되며, 투영영역 (34a) 의 단부 (35j) 에 의하여 Tb 시간 노광된다. Ta+Tb=T1 이 되므로, 점 (K) 은 비중복영역에 위치하는 다른 점과 동일한 노광시간으로 노광된다. 또한 점 (K) 이 단부 (35k, 35j) 에 의하여 노광되는 동안에 Z 방향을 따라 상대변위하는 전행정은, 비중복영역에 위치하는 다른 점이 상대변위하는 전행정과 동일한 1 행정이 된다.

또한 제 1 노광과 제 2 노광에 의하여 중복영역 (53) 에 위치하는 임의의 점이 상대변위하는 전행정을, 비중복영역에 위치하는 다른 점이 상대변위하는 전행정과 일치시키려면, 상술한 형태에 한정되지 않고 제 1 노광영역 (51) 에 있어서의 노광개시시 또는 노광종료시의 상대적 변위가, 제 2 노광영역에 있어서의 노광개시시 또는 노광종료시의 상대적 변위의 적어도 한 쪽과 거의 일치하면 된다.

본 실시형태의 주사노광방법 및 주사형 노광장치에서는 상기 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어지는 데 더하여, 제 1 노광종료후에 스텝이동을 끼워 제 2 노광을 실행하는 이른바 스텝 앤드 스캔 방식으로 노광영역을 중복시켜 노광할 때에도 비중복영역 또는 중복영역에 의하여 노광된 유리기판 (P) 상의 노광영역 쌍방에서 초점심도가 깊어져 색얼룩의 발생을 억제할 수 있는 동시에, 노광시간이 필요이상으로 길어지지 않아 노광공정의 처리량 저하를 미연에 방지할 수 있다.

또한 상기 제 2 실시형태에서는 투영계 모듈 (3a~3e) 로 이루어지는 투영과학계 (3) 를 이용하여 제 1 노광 및 제 2 노광을 실시하는 구성으로 하였는데, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들면 도 11 에 나타내는 바와 같이, 단일로 사다리꼴형상의 투영영역 (34f) 을 갖는 투영광학계를 이용해도 된다. 이 경우 유리기판 (P) 상의 중복영역 (53) 에 위치하는 임의의 점은 투영영역 (34f) 의 단부 (35m, 35n) 에서 각각 투영노광되는데, 제 1 노광시 및 제 2 노광시의 유리기판 (P) 의 상대변위는 제 2 실시형태와 동일하게 행하면 된다.

즉, 중복영역에 있어서의 제 1 노광시의 투영영역의 형상과 제 2 노광시의 투영영역의 형상이 주사방향과 평행한 축에 대하여 선대칭인 경우는 제 2 실시형태와 동일하게 행하고, 선대칭이 아닌 경우는 제 1 실시형태와 동일하게 행하면 된다. 이와 같이, 중복영역을 노광하는 투영영역의 형상에 따라 제 1 노광시와 제 2 노광시의 변위를 동위상 또는 역위상의 관계로 설정한다.

또한 상기 실시형태에서는 기판스테이지 (5) 를 통하여 유리기판 (P) 을 정현파(正弦波)형상으로 변위시키는 구성으로 하였는데, 이에 한정되지 않고 예를 들면 계단형으로 변위시키는 구성으로 해도 된다. 또한 유리기판 (P) 을 Z 방향을 따라 변위시킬 때는 포커스위치 조정기능을 이용하는 일 없이, 예를 들면 피에조소자에 의하여 Z 방향으로 승강시키는 구성으로 해도 된다.

또한 상기 실시형태에서는 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상위치에 대하여 기판스테이지 (5) 를 Z 방향으로 이동시키는 구성으로 하였는데, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들면 기판스테이지 (5) 의 Z 방향의 위치를 고정함과 동시에 마스크스테이지 (4) 를 Z 방향으로 이동시키는 승강기구를 설치하여 주사노광중에 마스크스테이지 (4) 를 통하여 마스크 (M) 을 Z 방향을 따라 상대변위시켜도 된다. 이 경우도 유리기판 (P) 을 상대변위시켰을 때와 동일한 작용·효과가 얻어진다.

또한 마스크 (M) 의 패턴의 결상위치와 유리기판 (P) 을 Z 방향을 따라 상대변위시키는 방법으로는 유리기판 (P) 이나 마스크 (M) 를 변위시키는 방법 이외에도, 투영계 모듈 (3a~3e) (즉 투영광학계) 의 결상위치 자체를 변위시켜도 된다. 이것은 투영계 모듈 (3a~3e) 내에 설치되어 있는 복수의 광학렌즈간의 거리를 예를 들면 피에조소자 등으로 소정의 주기로 변위시킴으로써 실현가능하다.

이와 같이, 투영계 모듈 (3a~3e) 의 결상위치를 각 모듈마다 변위시키는 경우에는 제 1 투영광학군 (23) 의 투영영역의 단부 및 제 2 투영광학군 (24) 의 투영영역의 단부에서 노광되는 유리기판 (P) 상의 점 (임의의 위치) 이 거치는 상대변위의 전행정이, 각 투영광학군 (23, 24) 의 투영영역의 중앙부에서 노광되는 점이 거치는 상대변위의 전행정과 일치하면, 각 투영광학군 (23, 24) 의 배치피치 (L) 는 상기 식 (3) 을 반드시 만족할 필요는 없다. 또한 도 4, 도 6 ~ 도 8, 도 10 에서는 상대변위시키는 행정을 Sin 파형상의 것으로 나타내었는데, z0+b 에서 z0-b 사이를 거의 직선적으로 변위하는 삼각파형상, 사다리꼴형상의 변위행정으로서 소정의 주기로 상대변위시키도록 해도 된다.

또한 본 실시형태의 기판으로는, 액정표시 디바이스용 유리기판 (P) 뿐만 아니라 반도체 디바이스용 반도체 웨이퍼나 박막자기헤드용 세라믹웨이퍼, 또는 노광장치에 이용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다.

또한 투영광학계 (3) 로는 도 13 에 나타내는 바와 같은 투영광학계를 이용할 수 있다. 도 13 에는 도 1 에 나타내는 투영광학계 (3a~3e) 로서, 변형한 2 조(組)의 다이슨형 광학계를 조합한 구조의 투영광학계의 한 예를 나타낸다. 또한 각 투영광학계 (3a~3e) 는 각각 동일한 구성을 가지므로 대표로서 하나의 투영광학계의 구조를 나타내고, 이하에 그 설명을 한다.

이 투영광학계는 제 1 부분광학계 (61~64), 시야조리개 (65) 및 제 2 부분광학계 (66~69) 를 갖고 있으며, 이들 제 1 및 제 2 부분광학계는 각각 다이슨형 광학계를 변형한 것으로 되어 있다.

제 1 부분광학계는 마스크에 대향하는 직각프리즘 (61) 과, 볼록면을 직각프리즘 (61) 의 반대측을 향한 평볼록렌즈 성분 (62) 과, 오목면을 평볼록렌즈 성분 (62) 측을 향한 메니스커스(meniscus)렌즈 성분 (63) 과, 직각프리즘 (61) 의 하방에 배치된 직각프리즘 (64) 을 갖는다.

마스크 (M) 를 통과한 조명광학계로부터의 광은 직각프리즘 (61) 에 의하여 광로를 90 °편향되어, 평볼록렌즈 성분 (62) 으로 입사한다. 평볼록렌즈 성분 (62) 을 통과한 광은 접합면 (62a) 에서 굴절하여 반사면 (63a) 에 달한다. 반사면 (63a) 에서 반사된 광은 접합면 (62a) 에서 다시 굴절되어 평볼록렌즈 성분 (62) 에 접합된 직각프리즘 (64) 에 달한다. 이 광은 직각프리즘 (64) 에 의하여 광로를 90 °편향되어, 이 직각프리즘 (64) 의 사출면측에 마스크 (M) 의 1 차상(像)을 형성한다. 여기서 제 1 부분광학계 (61~64) 가 형성하는 마스크 (M) 의 1 차상(像)은 X 방향 (광축방향) 의 횡배율이 정(正)이며, 또한 Y 방향의 횡배율이 부(負)가 되는 등배상이다.

1 차상으로부터의 광은 제 2 부분광학계 (66~69) 를 통하여 마스크 (M) 의 2 차상을 유리기판 (P) 상에 형성한다. 또한 제 2 부분광학계의 구성은 제 1 부분광학계 (61~64) 와 동일구조를 가지므로 설명을 생략한다. 이 제 2 부분광학계 (66~69) 는 제 1 부분광학계와 마찬가지로 X 방향이 정(正), 그리고 Y 방향이 부(負)가 되는 횡배율의 등배상을 형성한다. 따라서 유리기판 (P) 상에 형성되는 2 차상은 마스크 (M) 의 등배의 정립상이 된다. 또한 상세한 설명은 생략하 나, 투영광학계 ( 제 1 및 제 2 부분광학계) 는 양측 텔레센트릭 광학계로 되어 있다. 또한 제 1 부분광학계 (61~64) 가 형성하는 1 차상의 위치에 배치되는 시야조리개 (65) 는 예를 들면 사다리꼴형상의 개구부를 갖는다. 이 시야조리개 (65) 에 의하여 유리기판 (P) 상의 각 노광영역이 사다리꼴형상으로 규정된다.

이와 같이 다이슨형 광학계를 이용한 경우에 있어서도, 유리기판 (P) 에 투영되는 사다리꼴형상 시야의 거의 중심을 통과하는 주광선을 광축으로 하면 유리기판 (P) 에 대하여 거의 수직이 되는 Z 방향으로 유리기판 (P) 을 소정의 범위에 걸쳐 소정의 주기로 변위시킴으로서 마스크 (M) 의 패턴의 결상면과 유리기판 (P) 을 광축방향으로 상대적으로 변위시키는 것이 된다.

주사형 노광장치 (1) 의 종류로는 유리기판 (P) 에 액정표시 디바이스 패턴을 노광하는 액정표시 디바이스 제조용 노광장치에 한정되지 않고, 웨이퍼에 반도체 디바이스 패턴을 노광하는 반도체 디바이스 제조용 노광장치나 박막자기헤드, 촬상소자 (CCD) 또는 레티클 등을 제조하기 위한 노광장치 등에도 폭넓게 적용할 수 있다.

또한 광원 (6) 으로서 초고압 수은램프에서 발생하는 휘선 (g 선 (436 nm), h 선 (404.7 nm), i 선 (365 nm)), KrF 엑시머레이저 (248 nm), ArF 엑시머레이저 (193 nm), F2 레이저 (157 nm) 를 이용할 수 있다.

투영계 모듈 (3a~3e) 의 배율은 등배계 뿐만 아니라 축소계 및 확대계 어느것이어도 된다. 또한 투영계 모듈 (3a~3e) 로는 엑시머레이저 등의 원자외선을 이용하는 경우에는 초재(硝材)로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료 를 이용하고, F2 레이저나 X 선을 이용하는 경우에는 반사굴절계 또는 굴절계의 광학계 (마스크 (M) 도 반사형 타입의 것을 이용한다) 를 이용하면 된다. 또한 투영계 모듈 (3a~3e) 을 이용하는 일 없이, 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 밀접시켜 마스크 (M) 의 패턴을 노광하는 프록시미티 노광장치에도 적용가능하다.

기판스테이지 (5) 나 마스크스테이지 (4) 에 리니어모터 (USP 5,623,853 또는 USP 5,528,118 참조) 를 이용하는 경우에는 에어베어링을 이용한 에어부상형 및 로렌츠힘 또는 리액턴스힘을 이용한 자기부상형중 어느 것을 이용해도 된다. 또한 각 스테이지 (4, 5) 는 가이드를 따라 이동하는 타입이어도 되며 가이드를 설치하지 않는 가이드리스 타입이어도 된다.

각 스테이지 (4, 5) 의 구동기구 (37, 40) 로는 2 차원으로 자석을 배치한 자석유닛 (영구자석) 과 2 차원으로 코일을 배치한 전기자(電機子)유닛을 대향시켜 전자석에 의하여 각 스테이지 (4, 5) 를 구동하는 평명모터를 이용해도 된다. 이 경우, 자석유닛과 전기자유닛중 어느 한 쪽을 스테이지 (4, 5) 에 접속하고, 자석유닛과 전기자유닛의 다른 쪽을 각 스테이지 (4, 5) 의 이동면측 (베이스) 에 설치하면 된다.

기판스테이지 (5) 의 이동에 의하여 발생하는 반력은 투영광학계 (3) 에 전해지지 않도록, 일본 공개특허공보 평8-166475 호 (USP 5,528,118) 에 기재되어 있는 바와 같이 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 마루 (대지) 로 빠져나가게 해도 된다. 본 발명은 이와 같은 구조를 갖춘 노광장치에 있어서도 적용가능하다.

마스크스테이지 (4) 의 이동에 의하여 발생하는 반력은 투영광학계 (3) 에 전해지지 않도록, 일본 공개특허공보 평8-330224 호 (US S/N 08/416,558) 에 기재되어 있는 바와 같이 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 마루 (대지) 로 빠져나가게 해도된다. 본 발명은 이와 같은 구조를 갖춘 노광장치에 있어서도 적용가능하다.

이상과 같이, 본원 실시형태의 기판처리장치인 주사형 노광장치 (1) 는 본원 특허청구의 범위에 언급된 각 구성요소를 포함하는 각종 서브시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록, 조립하여 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위하여 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템에서 노광장치로의 조립공정은 각종 서브시스템 상호의 기계적 접속, 전기회로의 배선접속, 기압회로의 배관접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템에서 노광장치로의 조립공정 전에, 각 서브시스템 개개의 조립공정이 있음은 당연하다. 각종 서브시스템의 노광장치로의 조립공정이 종료하면 종합조정이 이루어져 노광장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한 노광장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 행해지는 것이 바람직하다.

액정표시 디바이스나 반도체 디바이스 등의 디바이스는 도 12 에 나타내는 바와 같이, 액정표시 디바이스 등의 기능·성능설계를 행하는 스텝 (201), 이 설계스텝에 기초한 마스크 (M) (레티클) 를 제작하는 스텝 (202), 석영등으로 유리기판 (P), 또는 실리콘 재료로 웨이퍼를 제작하는 스텝 (203), 전술한 실시형태의 주사형 노광장치 (1) 에 의하여 마스크 (M) 의 패턴을 유리기판 (P) (또는 웨이퍼) 에 노광하는 스텝 (204), 액정표시 디바이스 등을 조립하는 스텝 (웨이퍼의 경우, 다이싱공정, 본딩공정, 패키지공정을 포함한다) (205), 검사 스텝 (206) 등을 거쳐 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 제 1 항과 관련되는 주사노광방법은 기판의 노광영역의 일부를 중복시켜 노광할 때, 기판과 마스크의 패턴의 결상면을 기판과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시키는 순서로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 기판상에서 초점심도가 깊어져, 복수의 노광영역간이나 중복영역, 비중복영역간의 노광에너지량의 차를 작게 할 수 있으므로, 색얼룩의 발생을 억제함으로써 디바이스의 품질저하를 방지할 수 있는 동시에 노광공정의 처리량 저하를 미연에 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제 2 항과 관련되는 주사노광방법은 상대적으로 변위시킬 때에 마스크와 기판의 적어도 한쪽의 위치를 기판과 거의 수직인 방향으로 변위시키는 순서로 되어 있다.

이로 인하여 이 주사노광방법으로는 패턴의 결상위치와 기판이 광축방향을 따라 상대적으로 변위하므로, 초점심도가 커져 기판상에서의 노광에너지량의 차를 작게 함으로써 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제 3 항과 관련되는 주사노광방법은 상대적으로 변위시키는 동작이 중복노광 을 이루는 제 1 노광과 제 2 노광으로 행해지는 순서로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 기판에 대하여 복수회의 주사노광을 행하는, 소위 스텝 앤드 스캔 방식으로 노광영역을 중복시켜 노광할 때에도 기판상의 초점심도가 깊어져, 색얼룩의 발생을 억제할 수 있는 동시에 노광시간이 필요이상으로 길어지지 않으며, 노광공정의 처리량 저하를 미연에 방지할 수 있다.

제 4 항과 관련되는 주사노광방법은 상대적으로 변위시키는 동작이 연속된 변화, 또한 소정의 주기로 행해지는 순서로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 노광시간이 필요이상으로 길어지지 않으며, 노광공정의 처리량 저하를 미연에 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제 5 항과 관련되는 주사노광방법은 중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상대위치가 변위하는 전행정과 비중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상대위치가 변위하는 전행정을 일치시키는 순서로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 각 영역간에서 노광에너지량의 차가 없어져 투영영역이 일부중복하는 복수의 투영광학계를 이용한 경우에도 각 투영광학계간의 노광에너지량의 차에 기인하는 색얼룩을 배제할 수 있어, 디바이스의 품질향상에 기여할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제 6 항과 관련되는 주사노광방법은 중복영역의 임의의 위치에 있어서의 제 1 노광시의 변위의 주기와 제 2 노광시의 변위의 주기가 동위상 또는 역위상의 관계로 하는 순서로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 기판에 대하여 복수회의 주사노광을 행 하는, 소위 스텝 앤드 스캔 방식으로 노광영역을 중복시켜 노광할 때에도 중복영역과 비중복영역 사이에서 노광에너지량의 차가 없어져, 노광에너지량의 차에 기인하는 색얼룩을 배제할 수 있어, 디바이스의 품질향상에 기여한다는 효과가 얻어진다.

제 7 항과 관련되는 주사노광방법은 중복영역의 임의의 위치에 있어서의 제 1 노광영역에 있어서의 노광개시시 또는 노광종료시의 상대적 변위가 제 2 노광영역에 있어서의 노광개시시 또는 노광종료시의 상기 상대적 변위의 적어도 한 쪽과 거의 일치하는 순서로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 제 1 노광영역과 제 2 노광영역의 중복영역과 비중복영역 사이에서 노광에너지량의 차가 없어져, 노광에너지량의 차에 기인하는 색얼룩을 배제할 수 있어, 디바이스의 품질향상에 기여한다는 효과가 얻어진다.

제 8 항과 관련되는 주사형 노광장치는 투영광학계로 투영노광된 노광영역의 일부를 중복시켜 중복노광할 때, 변위조정장치가 기판과 마스크의 패턴의 결상면을 기판과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시키는 구성으로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 기판상에서 초점심도가 깊어져, 복수의 노광영역간이나 중복영역, 비중복영역간의 노광에너지량의 차를 작게 할 수 있으므로, 색얼룩의 발생을 억제하여 디바이스의 품질저하를 방지할 수 있는 동시에, 노광공정의 처리량 저하를 미연에 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제 9 항과 관련되는 주사형 노광장치는 변위조정장치가 제 1 투영광학군과 제 2 투영광학군의 소정의 피치에 기초하여, 상대적 변위의 주기를 설정하는 구성으로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광방법으로는 제 1 투영광학군과 제 2 투영광학군의 중복영역과 비중복영역에서 노광되는 점의 상대변위의 전행정이 일치하여, 각 영역간에서 노광에너지량의 차가 없어져 투영영역이 일부중복하는 복수의 투영광학계를 이용한 경우라도, 각 투영광학계간의 노광에너지량의 차에 기인하는 색얼룩을 배제할 수 있어, 디바이스의 품질향상에 기여할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제 10 항과 관련되는 주사형 노광장치는 소정의 피치와 소정의 주기 사이에 기판이 동기이동으로 이동하는 거리와의 관계가 m 배 (m 은 1 이상의 정수) 가 되도록, 상대적 변위의 주기를 설정하는 구성으로 되어 있다.

이에 의하여 이 주사노광장치에서는 제 1 투영광학군의 투영영역과 제 2 투영광학군의 투영영역에 있어서의 기판의 상대변위가 동위상이 되어, 중복영역과 비중복영역에서 노광되는 점의 상대변위의 전행정을 일치시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

Claims (16)

1. 마스크와 기판을 동기이동시켜 투영광학계를 통하여 상기 마스크의 패턴을 상기 기판상에 노광하는 주사노광방법으로서,

   상기 기판상에 상기 투영광학계로 투영노광되는 투영영역의 일부를 중복시켜 노광할 때, 상기 기판과 상기 마스크의 패턴의 결상면을 상기 기판과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시키는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상대적으로 변위시킬 때는 상기 마스크와 상기 기판의 적어도 한 쪽의 위치를 상기 기판과 거의 수직인 방향으로 변위시키는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 상대적으로 변위시키는 동작은 상기 중복노광을 이루는 제 1 노광과 제 2 노광으로 행해지는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 상대적으로 변위시키는 동작은 연속한 변화, 또한 소정의 주기로 행해지는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 상대적으로 변위시키는 동작은 연속한 변화, 또한 소정의 주기로 행해지는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판상에 투영노광되는 상기 투영영역은 상기 기판상에서 상기 투영영역이 상호 중복하여 노광되는 중복영역과 상기 기판상에서 상기 투영영역이 상호 중복되지 않고 노광되는 비중복영역을 가지며,

   상기 중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상기 상대위치가 변위하는 전행정(全行程)과, 상기 비중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상기 상대위치가 변위하는 전행정을 일치시키는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 기판상에 투영노광되는 상기 투영영역은 상기 기판상에서 상기 투영영역이 상호 중복하여 노광되는 중복영역과 상기 기판상에서 상기 투영영역이 상호 중복되지 않고 노광되는 비중복영역을 가지며,

   상기 중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상기 상대위치가 변위하는 전행정과, 상기 비중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상기 상대위치가 변위하는 전행정을 일치시키는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 중복하여 노광되는 중복영역은 제 1 노광과 제 2 노광에 의하여 노광되며, 상기 중복영역의 임의의 위치에 있어서의 상기 제 1 노광시의 변위의 주기와 상기 제 2 노광시의 변위의 주기는 동위상 또는 역위상의 관계로 하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 중복노광되는 중복영역은 제 1 노광영역과 제 2 노광영역에서 중복노광되며, 상기 중복영역의 임의의 위치에 있어서 상기 제 1 노광영역에 있어서의 노광개시시 또는 노광종료시의 상기 상대적 변위가, 상기 제 2 노광영역에 있어서의 노광개시시 또는 노광종료시의 상기 상대적 변위의 적어도 한쪽과 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
10. 마스크와 기판을 동기이동시켜 투영광학계를 통하여 상기 마스크의 패턴을 상기 기판상에 노광하는 주사형 노광장치로서,

    상기 기판상에 상기 투영광학계로 투영노광되는 투영영역의 일부를 중복시켜 노광할 때에, 상기 기판과 상기 마스크의 패턴의 결상면을 상기 기판과 거의 수직인 방향으로 소정의 범위에 걸쳐 상대적으로 변위시키는 변위조정장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 투영광학계는 상기 이동방향으로 소정의 피치 떨어져 위치하고, 또한 각각의 투영영역이 중복되도록 배치된 제 1 투영광학군과 제 2 투영광학군을 구비하며,

    상기 변위조정장치는 상기 제 1 투영광학군과 상기 제 2 투영광학군의 상기 소정의 피치에 기초하여, 상기 상대적 변위의 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 변위조정장치는 상기 소정의 피치와 상기 소정의 주기 사이에 상기 기판이 상기 동기이동으로 이동하는 거리와의 관계가 m 배 (m 은 1 이상의 정수) 가 되도록 상기 상대적 변위의 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 변위조정장치는 상기 투영광학계에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 변위조정장치는 상기 투영광학계에 형성된 광학렌즈간의 거리를 변위시키는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 기판은, 표시소자용 유리 기판인 것을 특징으로 하는, 주사형 노광장치.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 기판은, 표시소자용 유리 기판인 것을 특징으로 하는 주사노광방법.

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