KR100978303B1 - 노광 방법 및 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

특성을 보정하면서 주사 노광할 때 정밀도 좋은 보정을 행함으로써 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층시킬 수 있고, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동시키면서 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 마스크(M)의 패턴을 감광 기판(P)에 투영하는 노광 장치(EX)는 투영 광학계(PL1∼PL5)에 설치되고, 감광 기판(P)에 투영되는 패턴의 상 특성을 보정하는 보정 기구와, 보정 기구를 구동하는 구동 장치와, 동기 이동 속도에 따라 구동 장치에 구동 속도 및 구동량 중 적어도 어느 한 쪽을 설정하는 제어 장치(CONT)를 구비하고 있다.

Description

노광 방법 및 노광 장치{EXPOSURE METHOD AND EXPOSURE APPARATUS}
도 1은 본 발명의 노광 장치의 일실시예를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 노광 장치의 일실시예를 도시하는 개략 사시도.
도 3은 보정 기구를 구비한 투영 광학계를 도시하는 구성도.
도 4는 투영 영역을 도시하는 평면도.
도 5의 (a)는 시프트 조정 기구를 도시하는 모식도이고, 도 5의 (b)는 시프트 조정된 패턴상을 설명하는 도면.
도 6의 (a)는 로테이션 조정된 패턴상을 설명하는 도면이고, 6의 (b)는 스케일링 조정된 패턴상을 설명하는 도면.
도 7은 마스크의 패턴을 도시하는 평면도.
도 8은 감광 기판의 패턴을 도시하는 평면도.
도 9는 본 발명의 노광 방법의 제1 실시예를 도시하는 흐름도.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는 보정 속도 및 보정량을 조정하면서 패턴상을 노광한 상태를 설명하는 모식도.
도 11은 본 발명의 노광 방법의 제2 실시예를 도시하는 흐름도.
도 12는 반도체 디바이스 제조 공정의 일례를 도시하는 흐름도.
도 13의 (a) 내지 도 13의 (c)는 종래의 노광 방법의 과제를 설명하는 모식 도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
23 : 시프트 조정 기구(보정 기구)
27 : 스케일링 조정 기구(보정 기구)
28, 31 : 로테이션 조정 기구(직각 프리즘, 보정 기구)
49a, 49b : 얼라인먼트계(위치 검출부)
50A, 50B : 구동 장치
51A, 51B : 구동 장치
52 : 구동 장치
CONT : 제어 장치
EX : 노광 장치
M : 마스크
P : 감광 기판(기판)
PL1∼PL5 : 투영 광학계
본 발명은 노광 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 마스크와 기판을 동기 이동시키면서 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 주사형 노광 방법 및 노광 장치에 관한 것이다.
액정 표시 디바이스나 반도체 디바이스 등의 전자 디바이스는 마스크상에 형성된 패턴을 감광 기판상에 전사하는, 소위 포토리소그래피 방법에 의해 제조된다. 이 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치는 패턴을 갖는 마스크를 얹어 놓고 2차원으로 이동하는 마스크 스테이지와 감광 기판을 얹어 놓고 2차원으로 이동하는 기판 스테이지를 갖고, 마스크상에 형성된 패턴을 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 순차적으로 이동시키면서 투영 광학계를 통해 감광 기판에 투영 노광하는 것이다. 노광 장치로서는, 감광 기판상에 마스크 패턴 전체를 동시에 전사하는 일괄형 노광 장치와, 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 동기 주사하면서 마스크 패턴을 연속적으로 감광 기판상에 전사하는 주사형 노광 장치 2 종류가 주로 알려져 있다. 이 중, 액정 표시 디바이스를 제조할 때에는 표시 영역의 대형화의 요구로부터 주사형 노광 장치가 주로 이용되고 있다.
전자 디바이스는 포토리소그래피 공정을 포함한 각 프로세스 처리에 의해 기판상에 복수의 패턴을 소정의 위치 관계로 적층함으로써 형성되지만, 기판은 프로세스 처리에 의해 변형되는(일그러지는) 경우가 있다. 예컨대, 기판이 액정 표시 디바이스용 유리 기판인 경우, 각 프로세스 처리의 열의 작용에 의해 변형되거나 또는 유리 기판상에 금속층을 형성했을 때에 유리 기판이 금속층으로 인장되도록 하여 면 방향으로의 힘의 작용을 받아 변형되거나 하는 경우가 있다. 프로세스 처리에 의해 기판이 변형되면, 기판상에 패턴을 적층할 때, 패턴끼리 어긋나 버리는 경우가 있다. 그래서, 종래부터, 노광 장치의 투영 광학계에는 기판상에 투영되는 상 특성을 보정하는 보정 기구가 설치되어 있고, 이 보정 기구를 이용하여 기판의 비선형인 변형에 따른 패턴상(像)의 기판상에 있어서의 위치나 형상의 보정을 행하면서 노광 처리가 행해지고 있다. 즉, 노광 장치는 기판의 비선형인 변형에 따라 시프트[상(像)의 X축 방향 및 Y축 방향으로의 위치 오차], 스케일링(상의 확대 또는 축소 오차), 로테이션(Z축 주위의 회전 오차), 로테이션(상의 X축을 기준으로 한 Y축 방향으로 쓰러지는 양) 등이라는 상 특성을 보정 기구를 이용하여 보정하면서, 패턴의 상을 기판상에 투영 노광하고 있다.
여기서, 보정 기구로서는, 예컨대 투영 광학계에 설치되는 평행 평면 유리판 등을 들 수 있고, 이 평행 평면 유리판을 모터 등의 구동 장치로 회전시킴으로써 상 특성이 보정되도록 되어 있다. 그리고, 마스크와 기판을 동기 이동시키면서 투영 광학계를 통해 마스크의 패턴을 감광 기판에 투영하는 주사형 노광 장치에 있어서는 기판의 비선형인 변형에 따라 상기 보정 기구를 구동하면서 주사 노광이 행해지게 되어 있다. 이 때, 종래의 보정 기구는 모터 등의 구동 장치에 의해 일정 속도로 구동(회전)되도록 되어 있다.
도 13의 (a)는 기판의 비선형인 변형에 따라 패턴의 상 특성(상의 위치)을 보정하면서 주사 노광을 행했을 때의 기판상에 있어서의 패턴상을 도시하는 모식도이다. 도 13의 (a)에 있어서, 화살표 x1은 기판의 주사 방향을 나타내고 있다. 그리고, 패턴상은 기판을 주사하면서 구동 장치를 일정 속도로 구동(회전)하면서 기판상에 투영된다. 상기한 바와 같이, 보정 기구의 구동 속도(보정 속도)는 일정하며, 도 13의 (a)에서는 기울기 Vd로 도시되어 있다. 또한, 기판의 주사 속도(동기 이동 속도) Va는 일정하며, 위치 P1∼P5는 주사 방향에 있어서 기판상에 등간격으 로 설정된 위치를 나타내고 있다. 그리고, 도 13의 (a)에 있어서의 간격 Ta는 기준점(예컨대, 투영 광학계의 광축)을 위치 P1(P2, P3, P4)이 통과하고 나서부터 위치 P2(P3, P4, P5)가 통과할 때까지의 시간을 나타내고 있다. 즉, 시간 Ta가 짧은 경우에는 주사 속도가 빠른 것을 나타내고 있고, 시간 Ta가 긴 경우에는 주사 속도가 느린 것을 나타내고 있다. 또한, 점선은 목표 비선형 보정량(목표 패턴)을 나타내고 있고, 실선은 실제의 비선형 보정량(실제의 패턴)을 나타내고 있다. 그리고, 보정 기구의 구동 개시점은 기판이 주사 방향으로 소정량만큼 이동한 시점, 즉 기준점을 위치 P1∼P5의 각각이 통과한 시점으로 설정되어 있다. 도 13의 (a)에 도시하는 예에서는 기판의 주사 속도 Va와 기판의 변형에 따른 보정 기구의 구동 속도(보정 속도) Vd와의 관계가 적절하며, 목표 비선형 보정량과 실제의 비선형 보정량은 일치하고 있다.
그런데, 종래의 노광 장치의 보정 기구에서는 이하에 기술하는 문제가 발생하게 되었다.
노광 장치는 마스크에 대하여 노광광을 조사하기 위한 광원을 갖고 있지만, 이 광원은 사용 시간의 경과와 함께 열화하여 광량(조도)을 저하한다. 따라서, 마스크와 기판을 동기 이동시키면서 투영 광학계를 통해 마스크의 패턴을 감광 기판에 투영 노광하는 주사형 노광 장치에 있어서는 광원의 광량 변화에 따라 동기 이동 속도를 변화시킴으로써, 구체적으로는 광원의 광량 저하에 따라 동기 이동 속도를 느리게 함으로써, 기판상에 있어서의 노광량이 원하는 값이 되도록 제어된다.
그런데, 종래의 보정 기구는 일정한 구동 속도 Vd로 구동하도록 되어 있기 때문에, 도 13의 (b)에 도시하는 모식도와 같이, 원하는 노광량을 얻기 위해서 감광 기판의 주사 속도를 Va보다 느리게 하여 Vb로 하면(이 때, 시간 Tb는 시간 Ta보다 길다), 보정 기구의 구동 개시점은 기준점을 위치 P1∼P5의 각각이 통과한 시점으로 설정되어 있기 때문에, 기준점에 대하여 기판상의 위치 P1이 통과하고 나서부터 위치 P2가 통과할 때까지의 사이에 보정 기구의 구동이 정지해 버리고(구동 속도 Vd가 0이 되어 버리고), 목표 비선형 보정량과 실제의 비선형 보정량이 일치하지 않는 상태가 된다. 특히 이 경우, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 보정량은 단속적으로 되어 순조롭게 행해지지 않는다.
한편, 예컨대, 다른 레시피에 의해 광원의 출력을 변화시킬 때에 주사 속도를 빠르게 하는 경우를 생각할 수 있지만, 이 경우, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 감광 기판의 주사 속도를 Va보다 빠르게 하여 Vc로 하면(이 때, 시간 Tc는 시간 Ta보다 짧다), 보정 기구의 구동 개시점은 기준점을 위치 P1∼P5의 각각이 통과한 시점으로 설정되어 있는 동시에 구동 속도 Vd는 일정하기 때문에, 기준점에 대하여 기판상의 위치 P1이 통과하고 나서부터 위치 P2가 통과할 때까지의 사이에 보정 기구의 구동이 완료되지 않고, 실제의 비선형 보정량과 목표 비선형 보정량이 일치하지 않는 상태가 된다.
이와 같이, 목표 보정량과 실제의 보정량이 어긋나 버리면, 기판에 이미 형성되어 있는 패턴에 대하여 다음 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층하지 않는다는 문제도 발생하게 되어 있다. 종래에 있어서는, 상기한 바와 같이 목표 비 선형 보정량과 실제의 비선형 보정량의 차이는 허용되는 범위였지만, 최근에 있어서의 패턴이 미세화의 요구에 의해 목표 비선형 보정량에 대한 실제의 비선형 보정량의 차이는 무시할 수 없는 레벨이 되게 되었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상 특성을 보정하면서 주사 노광할 때, 정밀도 좋은 보정을 행함으로써 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층할 수 있고, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있는 노광 방법 및 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 실시예에 도시한 도 1∼도 12에 대응시킨 이하의 구성을 이용하고 있다.
본 발명의 노광 방법은 마스크(M)와 기판(P)을 동기 이동시키면서 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 마스크(M)의 패턴을 기판(P)에 투영하는 노광 방법에 있어서, 투영 광학계(PL1∼PL5)에 설치된 보정 기구(23, 28, 31, 27)에 의해 기판(P)에 투영되는 패턴의 상의 위치를 보정하는 동시에, 상의 위치를 보정하는 보정 속도(Vx34a, Vy34a, VR34a, VSk) 또는 보정량(x34a, y34a , R34a, Sk)을 동기 이동 속도에 따라 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 마스크와 기판과의 동기 이동 속도에 따라 기판에 투영되는 패턴의 상의 위치를 보정하는 보정 속도 또는 보정량을 설정하도록 하였기 때문에, 동기 이동 속도가 변화되더라도 목표 보정량과 실제의 보정량을 일치시킬 수 있다. 따라서, 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층할 수 있고, 정밀도 좋 은 노광 처리를 행할 수 있다.
본 발명의 노광 장치(EX)는 마스크(M)와 기판(P)을 동기 이동시키면서 투영 광학계(PL)를 통해 마스크(M)의 패턴을 기판(P)에 투영하는 노광 장치에 있어서, 투영 광학계(PL1∼PL5)에 설치되고, 기판(P)에 투영되는 패턴의 상 특성을 보정하는 보정 기구(23, 28, 31, 27)와, 보정 기구(23, 28, 31, 27)를 구동하는 구동 장치(50A, 50B, 51A, 51B, 52)와, 동기 이동 속도에 따라 구동 장치(50A, 50B, 51A, 51B, 52)에 구동 속도 및 구동량 중 적어도 어느 한 쪽을 설정하는 제어 장치(CONT)를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 투영 광학계에 기판에 투영되는 패턴의 상 특성을 보정하는 보정 기구를 설치하고, 마스크와 기판과의 동기 이동 속도에 따라 보정 기구를 구동하는 구동 장치의 구동 속도 또는 구동량을 설정하도록 하였기 때문에, 동기 이동 속도가 변화되어도 목표 보정량과 실제의 보정량을 일치시킬 수 있다. 따라서, 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층할 수 있고, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있다.
본 발명의 노광 장치(EX)는 마스크(M)와 기판(P)을 동기 이동시키면서 투영 광학계(PL)를 통해 마스크(M)의 패턴을 기판(P)에 투영하는 노광 장치에 있어서, 투영 광학계(PL1∼PL5)에 설치되고, 기판(P)에 투영되는 패턴의 상 특성을 보정하는 보정 기구(23, 28, 31, 27)와, 보정 기구(23, 28, 31, 27)를 구동하는 구동 장치(50A, 50B, 51A, 51B, 52)와, 마스크(M) 또는 기판(P)의 위치에 따라 구동 장치(50A, 50B, 51A, 51B, 52)에 구동 속도 및 구동량 중 적어도 어느 한 쪽을 설 정하는 제어 장치(CONT)를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 투영 광학계에 기판에 투영되는 패턴의 상 특성을 보정하는 보정 기구를 설치하고, 마스크 또는 기판의 위치에 따라 보정 기구를 구동하는 구동 장치의 구동 속도 또는 구동량을 설정하도록 하였기 때문에, 기판이 변형되었을 때에도 목표 보정량과 실제의 보정량을 일치시키며 비선형 보정을 양호하게 행할 수 있다. 따라서, 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층할 수 있고, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있다.
이하, 본 발명의 노광 방법 및 노광 장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 노광 장치의 일실시예를 도시하는 개략 구성도이고, 도 2는 도 1의 개략 사시도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 노광 장치(EX)는 노광광으로 마스크(M)를 조명하는 복수의 조명계 모듈(10a∼10e)을 구비한 조명 광학계(IL)와, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와, 조명계 모듈(10a∼10e)의 각각에 대응하여 배치되고, 노광광으로 조명된 마스크(M)의 패턴의 상을 감광 기판(기판)(P)상에 투영하는 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5)와, 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)와, 레이저광을 이용하여 마스크 스테이지(MST)의 위치를 검출하는 마스크측 레이저 간섭계(39a, 39b)와, 레이저광을 이용하여 기판 스테이지(PST)의 위치를 검출하는 기판측 레이저 간섭계(43a, 43b)를 구비하고 있다. 이 실시예에 있어서, 조명계 모듈은 10a∼10e의 5개이며, 도 1에는 편의상 조명계 모듈(10a)에 대응하는 것만이 도시되어 있지만, 조명계 모듈(10a∼10e)의 각각은 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 감광 기판(P)은 유리 플레이트에 레지스트(감광제)를 도포한 것이다.
이 실시예에 있어서의 노광 장치(EX)는 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)와 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 감광 기판(P)을 동기 이동시키면서 투영 광학계(PL)를 통해 마스크(M)의 패턴을 감광 기판(P)에 투영 노광하는 주사형 노광 장치이다. 이하의 설명에 있어서, 투영 광학계(PL)의 광축 방향을 Z축 방향으로 하고, Z축 방향으로 수직인 방향에서 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 동기 이동 방향(주사 방향)을 X축 방향으로 하며, Z축 방향 및 X축 방향으로 직교하는 방향(비주사 방향)을 Y축 방향으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 조명 광학계(IL)는 노광용 광원(6)과, 광원(6)으로부터 사출된 광속을 집광하는 타원경(6a)과, 타원경(6a)에 의해 집광된 광속중 노광에 필요한 파장의 광속을 반사하고, 그 밖의 파장의 광속을 투과시키는 다이크로익 미러(7)와, 다이크로익 미러(7)로 반사한 광속 중 노광에 더 필요한 파장만을 통과시키는 파장 선택 필터(8)와, 파장 선택 필터(8)로부터의 광속을 복수 개(이 실시예에서는 5개)로 분기하여 반사 미러(11)를 통해 조명계 모듈(10a∼10e)의 각각으로 입사시키는 가이드(9)를 구비하고 있다. 이 실시예에 있어서의 노광용 광원(6)에는 수은 램프가 이용되고, 노광광으로서는 파장 선택 필터(8)에 의해 노광에 필요한 파장인 g선(436 nm), h선(405 nm) 및 i선(365 nm) 등이 이용된다.
조명계 모듈(10a)은 조명 셔터(12)와, 릴레이 렌즈(13)와, 릴레이 렌즈(13)를 통과한 광속을 거의 균일한 조도 분포의 광속으로 조정하여 노광광으로 변환하는 광 인티그레이터(integrator)(14)와, 광 인티그레이터(14)로부터의 노광광을 집 광하여 마스크(M)를 균일한 조도로 조명하는 콘덴서 렌즈(15)를 구비하고 있다. 이 실시예에 있어서, 조명계 모듈(10a)과 동일한 구성의 조명계 모듈(10b∼10e)이 X축 방향과 Y축 방향으로 일정한 간격을 두고 배치되어 있다.
조명 셔터(12)는 라이트 가이드(9)의 광로 하류측에 광속의 광로에 대하여 진퇴 가능하게 배치되어 있고, 광속의 차폐·해제를 행한다. 조명 셔터(12)에는 이 조명 셔터(12)를 광속의 광로에 대하여 진퇴 이동시키는 셔터 구동부(12D)가 설치되어 있고, 제어 장치(CONT)에 의해 그 구동이 제어된다.
조명계 모듈[10a(10b∼10e)]은 광량 조정 기구(18)를 구비하고 있다. 광량 조정 기구(18)는 광로마다 광속의 조도를 설정함으로써 각 광로의 노광량을 조정하는 것으로서, 하프 미러(19)와, 디텍터(20)와, 필터(21)와, 필터 구동부(21D)를 구비하고 있다. 하프 미러(19)는 필터(21)와 릴레이 렌즈(13) 사이의 광로 중에 배치되며, 필터(21)를 투과한 광속의 일부를 디텍터(20)로 입사한다. 디텍터(20)의 각각은 항상 입사한 광속의 조도를 독립적으로 검출하고, 검출한 조도 신호를 제어 장치(CONT)로 출력한다.
필터(21)는 유리판상에 Cr 등으로 발형상으로 패터닝된 것으로서, 투과율이 Y축 방향을 따라 어떤 범위에서 선형으로 점차 변화되도록 형성되어 있고, 각 광로중의 조명 셔터(12)와 하프 미러(19) 사이에 배치되어 있다. 이들 하프 미러(19), 디텍터(20) 및 필터(21)는 복수의 광로마다 각각 설치되어 있다. 필터 구동부(21D)는 제어 장치(CONT)의 지시에 기초하여 필터(21)를 Y축 방향으로 이동한다. 필터 구동부(21D)에 의해 필터(21)가 구동됨으로써 각 광로마다의 광량이 조정된다.
광량 조정 기구(18)를 투과한 광속은 릴레이 렌즈(13)를 통해 광 인티그레이터(14)에 도달한다. 광 인티그레이터(14)의 사출면 측에는 2차 광원이 형성되고, 광 인티그레이터(14)로부터의 노광광은 콘덴서 렌즈(15)를 통해 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)를 균일한 조도로 조사한다. 그리고, 조명계 모듈(10a∼10e)의 각각으로부터 사출된 노광광은 마스크(M)상의 다른 조명 영역의 각각을 조명한다.
마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)는 이동 가능하게 설치되어 있고, 1차원의 주사 노광을 행하도록 X축 방향으로의 긴 스트로크와, 주사 방향과 직교하는 Y축 방향으로의 소정 거리의 스트로크를 갖고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마스크 스테이지(MST)는 이 마스크 스테이지(MST)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 구동하는 마스크 스테이지 구동부(MSTD)를 갖고 있다. 마스크 스테이지 구동부(MSTD)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마스크 레이저 간섭계는 마스크 스테이지(MST)의 X축 방향에 있어서의 위치를 검출하는 X 레이저 간섭계(39a)와, 마스크 스테이지(MST)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 검출하는 Y 레이저 간섭계(39b)를 구비하고 있다. 마스크 스테이지(MST)의 +X측의 단부 가장자리에는 Y축 방향으로 연장되어 있는 X 이동경(38a)이 설치되어 있다. 한편, 마스크 스테이지(MST)의 +Y측의 단부 가장자리에는 X 이동경(38a)에 직교하도록 X축 방향으로 연장되어 있는 Y 이동경(38b)이 설치되어 있다. X 이동경(38a)에는 X 레이저 간섭계(39a)가 대향하여 배치되어 있고, Y 이동경(38b)에는 Y 레이저 간섭계(39b)가 대향하여 배치되어 있다.
X 레이저 간섭계(39a)는 X 이동경(38a)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 X 이동경(38a)에서 발생한 빛(반사광)은 X 레이저 간섭계(39a) 내부의 디텍터에 수광된다. X 레이저 간섭계(39a)는 X 이동경(38a)로부터의 반사광에 기초하여, 내부의 참조경의 위치를 기준으로서 X 이동경(38a)의 위치, 즉 마스크 스테이지(MST)의 X축 방향에 있어서의 위치를 검출한다. 또한, 마스크(M)의 위치는 마스크 스테이지(MST)에 대한 마스크(M)의 각 위치를 계측해 둠으로써 레이저 간섭계의 검사치로 모니터할 수 있다.
Y 레이저 간섭계(39b)는 Y 이동경(38b)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 Y 이동경(38b)에서 발생한 빛(반사광)은 Y 레이저 간섭계(39b) 내부의 디텍터에 수광된다. Y 레이저 간섭계(39b)는 Y 이동경(38b)로부터의 반사광에 기초하여, 내부의 참조경의 위치를 기준으로서 Y 이동경(38b)의 위치, 즉 마스크 스테이지(MST)(나아가서는 마스크(M))의 Y축 방향에 있어서의 위치를 검출한다.
레이저 간섭계(39a, 39b) 각각의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(39a, 39b) 각각의 검출 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동부(MSTD)를 통해 마스크 스테이지(MST)를 구동하고, 마스크(M)의 위치 제어를 행한다.
마스크(M)를 투과한 노광광은 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 입사된다. 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각은 마스크(M)의 조명 영역에 존재하는 패턴의 상을 감광 기판(P)에 투영 노광하는 것으로서, 조명계 모듈(1Oa∼10e)의 각각에 대응하여 배치되어 있다. 투영 광학계(PL1, PL3, PL5)와 투영 광학계(PL2, PL4)는 2열로 지그재그형상으로 배열되어 있다. 즉, 지그재그형상으로 배치되어 있는 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각은 인접하는 투영 광학계끼리(예컨대, 투영 광학계 PL1와 PL2, PL2와 PL3)를 X축 방향으로 소정량 변위시켜 배치되어 있다. 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각을 투과한 노광광은 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 감광 기판(P)상의 상이한 투영 영역에 마스크(M)의 조명 영역에 대응한 패턴의 상을 결상한다. 조명 영역의 마스크(M)의 패턴은 소정의 결상 특성을 가지며, 레지스트가 도포된 감광 기판(P)상에 전사된다.
감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)는 이동 가능하게 설치되어 있고, 1차원의 주사 노광을 행하도록 X축 방향으로의 긴 스트로크와, 주사 방향과 직교하는 방향으로 단계 이동하기 위한 Y축 방향으로의 긴 스트로크를 갖고 있다. 또한, 기판 스테이지(PST)는 이 기판 스테이지(PST)를 X축 방향 및 Y축 방향, 또한 Z축 방향으로 구동하는 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 갖고 있다. 기판 스테이지 구동부(PSTD)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판측 레이저 간섭계는 기판 스테이지(PST)의 X축 방향에 있어서의 위치를 검출하는 X 레이저 간섭계(43a)와, 기판 스테이지(PST)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 검출하는 Y 레이저 간섭계(43b)를 구비하고 있다. 기판 스테이지(PST)의 +X측의 단부 가장자리에는 Y축 방향으로 연장되어 있는 X 이동경(42a)이 설치되어 있다. 한편, 기판 스테이지(PST)의 -Y측의 단부 가장자리에는 X 이동경(42a)에 직교하도록 X축 방향으로 연장되어 있는 Y 이동경(42b)이 설치 되어 있다. X 이동경(42a)에는 X 레이저 간섭계(43a)가 대향하여 배치되어 있고, Y 이동경(42b)에는 Y 레이저 간섭계(43b)가 대향하여 배치되어 있다.
X 레이저 간섭계(43a)는 X 이동경(42a)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 X 이동경(42a)에서 발생한 빛(반사광)은 X 레이저 간섭계(43a) 내부의 디텍터에 수광된다. X 레이저 간섭계(43a)는 X 이동경(42a)로부터의 반사광에 기초하여, 내부의 참조경의 위치를 기준으로서 X 이동경(42a)의 위치, 즉 기판 스테이지(PST)[또한, 감광 기판(P)]의 X축 방향에 있어서의 위치를 검출한다.
Y 레이저 간섭계(43b)는 Y 이동경(42b)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 Y 이동경(42b)에서 발생한 빛(반사광)은 Y 레이저 간섭계(43b) 내부의 디텍터에 수광된다. Y 레이저 간섭계(43b)는 Y 이동경(42b)로부터의 반사광에 기초하여, 내부의 참조경의 위치를 기준으로서 Y 이동경(42b)의 위치, 즉 기판 스테이지(PST)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 검출한다. 또한, 감광 기판(P)의 위치는 기판 스테이지(PST)에 대한 감광 기판(P)의 각 위치를 계측해 둠으로써 레이저 간섭계의 검사치로 모니터할 수 있다.
레이저 간섭계(43a, 43b) 각각의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다.
또한, 기판 스테이지(PST)에 유지된 감광 기판(P)의 Z축 방향에 있어서 위치는 경사 입사 방식의 초점 검출계의 하나인 다점 포커스 위치 검출계(도시되지 않음)에 의해 검출된다. 다점 포커스 위치 검출계의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(43a, 43b) 및 다점 포커스 위치 검출계의 각각의 검출 결과에 기초하여, 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 통해 기판 스테 이지(PST)를 구동하고 감광 기판(P)의 위치 제어를 행한다.
마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 각각은 제어 장치(CONT)의 제어를 기초로 마스크 스테이지 구동부(MSTD) 및 기판 스테이지 구동부(PSTD)에 의해 독립적으로 이동 가능하게 되어 있다. 그리고, 이 실시예에서는, 마스크(M)를 지지한 마스크 스테이지(MST)와 감광 기판(P)을 지지한 기판 스테이지(PST)가 투영 광학계(PL)에 대하여 임의의 주사 속도(동기 이동 속도)로 X축 방향으로 동기 이동하도록 되어 있다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 노광 장치(EX)는 마스크 스테이지(MST)의 X축 방향에 있어서의 이동 속도(즉, 동기 이동 속도)를 검출하는 마스크 스테이지속도 검출 장치(71)와, 기판 스테이지(PST)의 X축 방향에 있어서의 이동 속도(즉, 동기 이동 속도)를 검출하는 기판 스테이지 속도 검출 장치(72)를 구비하고 있다. 마스크 스테이지 속도 검출 장치(71) 및 기판 스테이지 속도 검출 장치(72)의 각각의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되도록 되어 있다.
도 3은 투영 광학계[PL1(PL2∼PL5)]의 개략 구성도이다. 여기서, 도 3에는 투영 광학계(PL1)에 대응하는 것만이 도시되어 있지만, 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각은 동일한 구성을 갖고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각은 시프트 조정 기구(보정 기구)(23)와, 2 그룹의 반사 굴절형 광학계(24, 25)와, 시야 조리개(26)와, 스케일링 조정 기구(보정 기구)(27)를 구비하고 있다.
마스크(M)를 투과한 광속은 시프트 조정 기구(23)에 입사한다. 시프트 조정 기구(23)는 Y축 주위로 회전 가능하게 설치된 평행 평면 유리판(보정 기구)(23A)과, X축 주위로 회전 가능하게 설치된 평행 평면 유리판(보정 기구)(23B)을 갖고 있다. 평행 평면 유리판(23A)은 모터 등의 구동 장치(50A)에 의해 Y축 주위로 회전하고, 평행 평면 유리판(23B)은 모터 등의 구동 장치(50B)에 의해 X축 주위로 회전한다. 평행 평면 유리판(23A)이 Y축 주위로 회전함으로써 감광 기판(P)상에 있어서의 마스크(M)의 패턴의 상은 X축 방향으로 시프트하고, 평행 평면 유리판(23B)이 X축 주위로 회전함으로써 감광 기판(P)상에 있어서의 마스크(M)의 패턴의 상은 Y축 방향으로 시프트된다. 구동 장치(50A, 50B)의 구동 속도 및 구동량은 제어 장치(CONT)에 의해 각각 독립적으로 제어되도록 되어 있다. 구동 장치(50A, 50B)의 각각은 제어 장치(CONT)의 제어에 기초하여 평행 평면 유리판(23A, 23B)의 각각을 소정 속도로 소정량(소정 각도) 회전한다.
시프트 조정 기구(23)를 투과한 광속은 1 그룹째의 반사 굴절형 광학계(24)에 입사한다. 반사 굴절형 광학계(24)는 마스크(M)의 패턴의 중간상을 형성하는 것으로서, 직각 프리즘(보정 기구)(28)과, 렌즈(29)와, 오목면경(30)을 구비하고 있다.
직각 프리즘(28)은 Z축 주위로 회전 가능하게 설치되어 있고, 모터 등의 구동 장치(51A)에 의해 Z축 주위로 회전한다. 직각 프리즘(28)이 Z축 주위로 회전함으로써 감광 기판(P)상에 있어서의 마스크(M)의 패턴의 상은 Z축 주위로 회전한다. 즉, 직각 프리즘(28)은 로테이션 조정 기구로서의 기능을 갖고 있다. 구동 장치(51A)의 구동 속도 및 구동량은 제어 장치(CONT)에 의해 제어되도록 되어 있 다. 구동 장치(51A)는 제어 장치(CONT)의 제어에 기초하여 직각 프리즘(28)을 소정 속도로 소정량(소정 각도) 회전한다.
반사 굴절형 광학계(24)에 의해 형성되는 패턴의 중간상 위치에는 시야 조리개(26)가 배치되어 있다. 시야 조리개(26)는 감광 기판(P)상에 있어서의 투영 영역을 설정하는 것이다. 시야 조리개(26)를 투과한 광속은 2 그룹째의 반사 굴절형 광학계(25)에 입사한다.
반사 굴절형 광학계(25)는 반사 굴절형 광학계(24)와 마찬가지로 로테이션 조정 기구로서의 직각 프리즘(보정 기구)(31)과, 렌즈(32)와, 오목면경(33)을 구비하고 있다. 직각 프리즘(31)도 모터 등의 구동 장치(51B)의 구동에 의해 Z축 주위로 회전하도록 되어 있고, 회전함으로써 감광 기판(P)상에 있어서의 마스크(M)의 패턴의 상을 Z축 주위로 회전한다. 구동 장치(51B)의 구동 속도 및 구동량은 제어 장치(CONT)에 의해 제어되도록 되어 있고, 구동 장치(51B)는 제어 장치(CONT)의 제어에 기초하여 직각 프리즘(31)을 소정 속도로 소정량(소정 각도) 회전한다.
반사 굴절형 광학계(25)로부터 사출한 광속은 스케일링 조정 기구(보정 기구)(27)를 통하고, 감광 기판(P)상에 마스크(M)의 패턴의 상을 정립 등배로 결상한다. 스케일링 조정 기구(27)는, 예컨대 평(平) 볼록 렌즈, 양(兩) 볼록 렌즈, 평 볼록 렌즈의 3장의 렌즈로 구성되고, 평 볼록 렌즈와 평 볼록 렌즈 사이에 위치하는 양 볼록 렌즈를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 마스크(M)의 패턴의 상의 배율(스케일링) 조정을 행하도록 되어 있다. 이 때, 양 볼록 렌즈는 구동 장치(52)에 의해 이동하도록 되어 있고, 구동 장치(52)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다. 구동 장치(52)는 제어 장치(CONT)의 제어에 기초하여 양 볼록 렌즈를 소정 속도로 소정량 이동시킨다.
도 4는 감광 기판(P)상에 있어서의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 의한 투영 영역(34a∼34e)을 도시하는 평면도이다.
각 투영 영역(34a∼34e)의 각각은 시야 조리개(26)에 의해 소정의 형상으로 설정되도록 되어 있고, 이 실시예에 있어서는 사다리꼴 형상을 갖고 있다. 투영 영역(34a, 34c, 34e)과 투영 영역(34b, 34d)은 X축 방향에 대향하여 배치되어 있다. 또한, 투영 영역(34a∼34e)의 각각은 인접하는 투영 영역의 단부(경계부)끼리(35a와 35b, 35c와 35d, 35e와 35f, 35g와 35h)가 2점 쇄선으로 도시하는 바와 같이, Y축 방향으로 겹치도록 병렬 배치되고, X축 방향에 있어서의 투영 영역의 폭의 총계가 거의 같아지도록 설정되어 있다. 즉, X축 방향으로 주사 노광했을 때의 노광량이 같아지도록 설정되어 있다.
이와 같이, 투영 영역(34a∼34e)의 각각이 겹쳐지는 이음부(36a∼36d)에 의해 이음부(36a∼36d)에 있어서의 광학 수차의 변화나 조도 변화가 순조롭게 된다. 또한, 이 실시예의 투영 영역(34a∼34e)의 형상은 사다리꼴이지만, 육각형이나 능형, 또는 평행 사변형이어도 상관없다.
도 1을 다시 참조하면, 기판 스테이지(PST)상에는 감광 기판(P)의 노광면과 거의 동일한 높이로 디텍터(41)가 설치되어 있다. 디텍터(41)는 감광 기판(P)상의 노광광의 광량에 관한 정보(조도)를 검출하는 조도 센서로서 CCD 센서에 의해 구성되어 있고, 감광 기판(P)상의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 대응하는 위치의 노 광광의 조도를 검출하고, 검출한 검출 신호를 제어 장치(CONT)로 출력한다. 디텍터(41)는 기판 스테이지(PST)상에 Y축 방향으로 설치된 가이드축(도시되지 않음)에 의해 감광 기판(P)과 동일 평면의 높이로 설치되어 있고, 디텍터 구동부에 의해 주사 방향(X축 방향)에 직교하는 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 디텍터(41)는 1회 또는 복수회의 노광에 앞서 기판 스테이지(PST)의 X축 방향의 이동과 조도 센서 구동부에 의한 Y축 방향의 이동에 의해 투영 광학계(PL1∼PL5)에 대응하는 투영 영역(34a∼34e)의 각각의 아래에서 주사한다. 따라서, 감광 기판(P)상의 투영 영역(34a∼34e) 및 이들 각 투영 영역(34a∼34e)의 각 경계부(35a∼35h)에 있어서의 노광광의 조도는 디텍터(41)에 의해 2차원적으로 검출되도록 되어 있다. 디텍터(41)에 의해 검출된 노광광의 조도는 제어 장치(CONT)로 출력된다. 이 때, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지 구동부(PSTD) 및 디텍터 구동부의 각 구동량에 의해 디텍터(41)의 위치를 검출 가능하도록 되어 있다.
도 5는 투영 광학계(PL1)의 시프트 조정 기구(23)에 의해 감광 기판(P)상에 있어서의 투영 영역(패턴상)(34a)의 위치가 보정되는 상태를 도시하는 모식도이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 시프트 조정 기구(23) 중 평행 평면 유리판(23A)이 도면 중 실선으로 도시되는 기준 위치에 있는 경우에는, 즉 평행 평면 유리판(23A)의 법선이 Z축과 평행인 경우에는 도 5의 (b)에 실선으로 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에 있어서 투영 영역[34a(34a1)]은 소정 위치로 설정된다. 한편, 도 5의 (a)의 점선으로 도시된 바와 같이, 평행 평면 유리판(23A)이 구동 장 치(50A)의 구동에 의해 Y축 주위로 소정량 회전한 경우에는, 도 5의 (b)에 점선으로 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에 있어서의 투영 영역[34a(34a2)]의 위치는 X축 방향으로 소정량 이동(시프트)한다. 여기서, 감광 기판(P)상에 있어서의 투영 영역(34a1)으로부터 투영 영역(34a2)으로의 이동량(보정량)(x34a), 즉 감광 기판(P)상에서의 투영 영역(34a)의 X축 방향에 있어서의 위치는 평행 평면 유리판(23A)의 Y축 주위의 회전량(각도)(θ), 즉 구동 장치(50A)의 구동량에 따라 설정된다. 또한, 투영 영역(34a1)으로부터 투영 영역(34a2)으로의 이동 속도(보정 속도)(Vx34a )는 평행 평면 유리판(23A)의 Y축 주위의 회전 속도(Vθ), 즉 구동 장치(50A)의 구동 속도에 따라 설정된다.
마찬가지로, 감광 기판(P)상에서의 투영 영역(34a)의 Y축 방향에 있어서의 이동량(보정량)(y34a)은 평행 평면 유리판(23B)의 X축 주위의 회전량, 즉 구동 장치(50B)의 구동량에 따라 설정되고, 투영 영역(34a)의 Y축 방향에 있어서의 이동 속도(보정 속도)(Vy34a)는 평행 평면 유리판(23B)의 X축 주위의 회전 속도, 즉 구동 장치(50B)의 구동 속도에 따라 설정된다.
또한, 로테이션 보정에 대해서도 마찬가지이며, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에서의 투영 영역(34a)의 회전량(보정량)(R34a), 즉 감광 기판(P)상에서의 투영 영역(34a)의 Z축 주위 방향에 있어서의 위치는 삼각 프리즘(28, 31)의 Z축 주위의 회전량, 즉 구동 장치(51A, 51B)의 구동량에 따라 설 정되고, 투영 영역(34a)의 회전 속도(보정 속도)(VR34a)는 삼각 프리즘(28, 31)의 Z축 주위의 회전 속도, 즉 구동 장치(51A, 51B)의 구동 속도에 따라 설정된다.
스케일링 보정에 대해서도 마찬가지이며, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에서의 투영 영역(34a)의 배율(보정량)(Sk)은 스케일링 조정 기구(27)의 Z축 방향으로의 이동량, 즉 구동 장치(52)의 구동량에 따라 설정되고, 투영 영역의 배율 변화 속도(보정 속도)(VSk)는 스케일링 조정 기구(27)의 Z축 방향으로의 이동 속도, 즉 구동 장치(52)의 구동 속도에 따라 설정된다.
그리고, 이들 각 시프트 조정 기구, 로테이션 조정 기구 및 스케일링 조정 기구의 각각을 동시에 또는 선택적으로 구동함으로써 투영 영역(34a)의 감광 기판(P)상에 있어서의 위치 및 형상을 임의로 설정할 수 있다.
이상, 투영 영역(34a)에 대해서 설명하였지만, 다른 투영 영역(34b∼34e)에 대해서도 투영 광학계(PL2∼PL5)의 각각에 설치되어 있는 각 시프트 조정 기구, 로테이션 조정 기구 및 스케일링 조정 기구의 각각을 동시에 또는 선택적으로 구동함으로써 감광 기판(P)상에 있어서의 위치 및 형상을 임의로 설정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 마스크(M)의 패턴 영역에는 화소 패턴(공통 패턴)(44)과, 그 화소 패턴(44)의 Y 방향 양단에 위치하는 주변 회로 패턴(비공통 패턴)(45a, 45b)이 형성되어 있다. 화소 패턴(44)에는 복수의 화소에 따른 복수의 전극이 규칙 바르게 배열된 패턴이 형성되어 있다. 주변 회로 패턴(45a, 45b)에는 화소 패턴(44)의 전극을 구동하기 위한 드라이버 회로 등이 형성되어 있다.
또한, 마스크(M)의 패턴 영역의 주위에는 그 마스크(M)의 코너부에 위치하여 마스크 마크(46a∼46d)가 형성되어 있다. 마스크 마크(46a∼46d)는 마스크(M)의 얼라인먼트시의 각종 보정량 산출에 이용되는 것으로서, Cr 등에 의해 십자 형상으로 형성되어 있다.
흔히, 마스크(M)에는 X축 방향을 따른 양측 가장자리 중앙[즉, 마스크(M)의 Y축 방향 양단의 중앙] 근방에 위치하여 마스크 얼라인먼트 마크(56a, 56b)가 각각 형성되어 있다. 마스크 얼라인먼트 마크는 감광 기판(P)과의 위치를 맞출 때에 이용되는 것으로서, 상기 마스크 마크(46a∼46d)와 마찬가지로 Cr 등에 의해 십자 형상으로 형성되어 있다.
마스크(M)와 마찬가지로 도 8에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)의 투영 영역 주위에는 그 감광 기판(P)의 코너부에 위치하여 기판 마크(47a∼47d)가 형성되어 있다. 기판 마크(47a∼47d)는 감광 기판(P)의 얼라인먼트시의 각종 보정량 산출에 이용되는 것으로서, Cr 등에 의해 십자 형상의 투과부(48)가 형성된 것이다.
감광 기판(P)에도 X축 방향을 따른 양측 가장자리 중앙[즉, 감광 기판(P)의 Y축 방향 양단의 중앙] 근방에 위치하여 기판 얼라인먼트 마크(57a, 57b)가 각각 형성되어 있다. 기판 얼라인먼트 마크는 마스크(M)와의 위치를 맞출 때에 이용되는 것으로서, 상기 기판 마크(47a∼47d)와 마찬가지로 Cr 등에 의해 십자 형상의 투과부가 형성된 것이다.
이들 마스크 마크(46a∼46d), 기판 마크(47a∼47d) 및 마스크 얼라인먼트(56a, 56b), 기판 얼라인먼트 마크(57a, 57b)는 도 1에 있어서 마스크(M)의 상측에 설치된 얼라인먼트계(위치 검출부)(49a, 49b)에 의해 검출되도 록 되어 있다. 얼라인먼트계(49a, 49b)는 X축 방향으로 이동하는 구동 장치(도시되지 않음)를 갖고 있고, 주사 노광시에는 조명 영역내에서 후퇴하는 구성으로 되어 있다.
다음에, 상기한 노광 장치(EX)를 이용하여 마스크(M)의 패턴을 감광 기판(P)에 노광하는 방법에 대해서 설명한다.
여기서, 이하의 설명에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 형상의 투영 영역(34a∼34e)에 있어서의 긴 변의 길이를 L1로, 짧은 변의 길이를 L2로, 인접하는 투영 영역의 간격(투영 영역의 Y축 방향에 있어서의 피치)을 L3으로 한다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)에는 화소 패턴(50)과 화소 패턴(50)의 Y축 방향 양단에 주변 회로 패턴(51a, 51b)이 형성되고, 감광 기판(P)의 주변 회로 패턴(51a, 51b)은 도 7에 도시되는 마스크(M)의 주변 회로 패턴(45a, 45b)이 복수의 투영 광학계 중 양단 외측의 투영 광학계(PL1, PL5)에서 투영 노광됨으로써 형성되는 것으로 한다. 이 때, 마스크(M)의 주변 회로 패턴(45a, 45b)은 투영 광학계(PL1, PL5)를 통해 감광 기판(P)에 투영 노광되어 주변 회로 패턴(51a, 51b)을 형성하도록 마스크(M)상에 형성되어 있다. 그리고, 감광 기판(P)의 주변 회로 패턴(51a, 51b)과 마스크(M)의 주변 회로 패턴(45a, 45b)은 동일 치수 및 동일 형상으로 형성된다. 또한, 감광 기판(P)의 화소 패턴(50)에 있어서, X축 방향의 길이를 L5로, Y축 방향의 길이를 L6으로 한다. 한편, 마스크(M)의 화소 패턴(44)에 있어서, Y축 방향의 길이를 L9로 하고, 양단 외측의 투영 광학계(PL1, PL5)에서만 노광되는 Y축 방향의 길이를 각각 L10 및 L11로 한다. 여기서, 마스크(M)의 화소 패 턴(44)의 X축 방향에 있어서의 길이는 감광 기판(P)의 화소 패턴(50)과 동일한 L5이다.
이 실시예에 있어서의 노광 처리에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상의 전체의 노광 패턴을, Y축 방향으로 길이 L12를 갖고, 주변 회로 패턴(51a) 및 화소 패턴(50)의 일부를 포함하는 분할 패턴(53)과, Y축 방향으로 길이 L13을 가지며 화소 패턴(50)의 일부를 갖는 분할 패턴(54)과, Y축 방향으로 길이 L13을 갖고 주변 회로 패턴(51b) 및 화소 패턴(50)의 일부를 포함하는 분할 패턴(55)의 3개의 영역으로 분할하며, 모두 3회째 주사 노광을 행하는 것으로 한다.
길이 L12는 투영 영역(34a)의 짧은 변의 +Y 방향 끝점과 투영 영역(34d)의 긴 변의 -Y 방향 끝점 사이의 Y축 방향에 있어서의 거리이다. 길이 L13은 투영 영역(34b)의 긴 변의 +Y 방향 끝점과 투영 영역(34c)의 긴 변의 -Y 방향 끝점 사이의 Y축 방향에 있어서의 거리이다. 길이 L14는 투영 영역(34b)의 긴 변의 +Y 방향의 끝점과 투영 영역(34e)의 짧은 변의 -Y 방향 끝점 사이의 Y축 방향에 있어서의 거리이다.
또한, 분할 패턴(53)과 분할 패턴(54)은 이음부(58a)에서 겹쳐지고, 분할 패턴(54)과 분할 패턴(55)은 이음부(58b)에서 겹쳐지는 것으로 한다. 또한, 이음부(58a, 58b)는 투영 영역(34a∼34e)의 이음부(36a∼36d)와 동일 거리로 각각 겹쳐지는 것으로 한다.
도 9는 본 발명에 따른 노광 방법을 도시하는 흐름도이다. 이하, 도 9를 참조하면서 본 발명의 노광 방법의 제1 실시예에 관해서 설명한다.
노광 장치(EX)는 노광 동작을 개시한다(단계 SA0).
우선, 기판 스테이지(PST)에 설치되어 있는 디텍터(41)가 투영 영역(34a∼34e)의 조도를 검출한다(단계 SA1).
구체적으로는, 제어 장치(CONT)가 필터 구동부(21D)로 지시를 내리고, 광원(6)으로부터의 광속이 최대 투과율로 필터(21)를 투과하도록 필터(21)를 이동시킨다. 필터(21)가 이동하면, 광원(6)으로부터 타원경(6a)을 통해 광속이 조사된다. 조사된 광속은 필터(21), 하프 미러(19), 마스크(M) 및 투영 광학계(PL1∼PL5) 등을 투과한 후, 기판 스테이지(PST)상에 도달한다. 이 때, 마스크(M)는 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있지 않거나 또는 조명 영역에 패턴 등이 형성되어 있지 않은 위치가 되도록 후퇴하고 있는 동시에, 감광 기판(P)도 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있지 않다.
이와 동시에, 디텍터(41)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하고, 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 대응한 투영 영역(34a∼34e)을 주사한다. 주사하는 디텍터(41)에 의해 각 투영 영역(34a∼34e)에 있어서의 조도 및 경계부(35a∼35h)에 있어서의 조도(Wa∼Wh)가 순차적으로 검출된다. 디텍터(41)는 경계부(35a∼35h)를 포함하는 투영 영역(34a∼34e)의 조도의 검출 결과를 제어 장치(CONT)로 출력한다.
동시에, 광원(6)으로부터 조사된 광속은 하프 미러(19)에 의해 그 일부가 디텍터(20)로 입사한다. 디텍터(20)는 입사한 광속의 조도를 검출하고, 조도의 검출 결과를 제어 장치(CONT)로 출력한다. 제어 장치(CONT)는 디텍터(20, 41)로 계측한 각 광로마다의 조도 및 경계부(35a∼35h)에 있어서의 조도(Wa∼Wh)를 기억한다.
제어 장치(CONT)는 디텍터(41)의 검출 결과에 기초하여 각 투영 영역(34a∼34e)의 조도가 대략 동일해지도록, 또한 (｜Wa-Wb｜, ｜Wc-Wd｜, ｜We-Wf｜)가 최소로 되도록 디텍터(41)에 의해 조도를 계측하면서 각 조명계 모듈(10a∼10e)마다 필터(21)를 구동시킨다. 이것에 의해, 각 광로 마다의 광속의 광량이 보정된다.
또한, 이 때 광원(6)으로부터 조사된 광속은 하프 미러(19)에 의해 그 일부가 디텍터(20)로 입사되고 있고, 디텍터(20)는 입사한 광속의 조도를 검출하며, 검출한 조도 신호를 제어 장치(CONT)로 출력하고 있다. 따라서, 제어 장치(CONT)는 디텍터(20)가 검출한 광속의 조도에 기초하여 이 조도가 소정치로 되도록 필터 구동부(21D)를 제어함으로써 각 광로마다의 광량을 조정하여도 좋다.
제어 장치(CONT)는 디텍터(41)로 검출한 투영 영역(34a∼34e)에 있어서의 조도의 검출 결과와 감광 기판(P)상에 노광하는 노광량의 목표 노광량에 기초하여, 마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동 속도를 설정한다(단계 SA2).
즉, 감광 기판(P)상에 있어서의 노광량은 조도와 시간의 곱이므로, 디텍터(41)로 검출한 감광 기판(P)상에 있어서의 조도와 미리 설정한 목표 노광량에 따라 동기 이동 속도가 일률적으로 설정된다. 예컨대, 조도가 낮은 경우에는 동기 이동 속도는 저속으로 설정되고, 조도가 높은 경우에는 동기 이동 속도는 고속으로 설정된다. 여기서, 제어 장치(CONT)에는 소정의 노광량을 얻기 위한 동기 이동 속도와 조도와의 관계(데이터 테이블)가 기억되어 있다. 제어 장치(CONT)는 상 기 관계에 기초하여 동기 이동 속도를 설정한다.
제어 장치(CONT)는 설정한 동기 이동 속도에 관한 정보를 기억한다.
이어서, 마스크(M) 및 감광 기판(P)이 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 각각에 반송되고, 지지된다. 제어 장치(CONT)는 얼라인먼트계(위치 검출부)(49a, 49b)를 이용하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 위치를 정렬시킨다(얼라인먼트)(단계 SA3).
구체적으로는, 마스크(M) 및 감광 기판(P)이 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 각각에 반송 및 지지되면, 레지스트에 비감광인 파장으로 이루어진 조명광이 얼라인먼트계(49a)로부터 도시되지 않은 반사경을 통해 -Z축 방향으로 사출된다. 사출된 조명광은 마스크(M)의 마스크 얼라인먼트 마크(56a)에 조사되는 동시에, 마스크(M)를 투과하여 외측에 위치하는 투영 광학계(PL1)를 통해 감광 기판(P)상의 기판 얼라인먼트 마크(57a)에 조사된다. 기판 얼라인먼트 마크(57a)에서 발생한 빛(반사광)은 투영 광학계(PL1), 마스크(M) 및 반사경을 통해 얼라인먼트계(49a)로 입사한다. 한편, 마스크 얼라인먼트 마크(56a)에서 반사한 반사광도 반사경을 통해 얼라인먼트계(49a)에 입사한다.
얼라인먼트계(49a)는 마스크(M) 및 감광 기판(P)으로부터의 반사광에 기초하여 각 얼라인먼트 마크(56a, 57a)의 위치를 검출한다. 구체적으로는, 얼라인먼트계(49a)는 그 얼라인먼트계(49a) 중 도시되지 않은 결상 광학계를 통해 2차원으로 CCD의 촬상면상에 마스크(M) 및 감광 기판(P)으로부터의 반사광을 동시에 결상하고, 마스크 얼라인먼트 마크(56a)가 기판 얼라인먼트 마크(57a)의 투과부(48)에 겹친 촬상 화상을 화상 처리한다. 얼라인먼트계(49a)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고, 제어 장치(CONT)는 얼라인먼트계(49a)의 검출 결과에 기초하여 마스크 얼라인먼트 마크(56a)와 기판 얼라인먼트 마크(57a)의 위치 편차량, 즉 마스크(M)와 감광 기판(P)의 위치 편차량을 구한다.
다음에, 기판 스테이지(PST)가 마스크 스테이지(MST)에 대하여 +Y축 방향으로 이동된다. 그리고, 상기와 마찬가지의 순서에 의해 얼라인먼트계(49b)가 마스크 얼라인먼트 마크(56b) 및 기판 얼라인먼트 마크(57b)를 검출한다. 얼라인먼트계(49b)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)로 출력되고, 제어 장치(CONT)는 얼라인먼트계(49b)의 검출 결과에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)과의 위치 편차량을 구한다. 제어 장치(CONT)는 상기 구한 결과로부터, 마스크 스테이지(MST) 또는 기판 스테이지(PST)를 미소 이동시켜 마스크(M)와 감광 기판(P)의 위치를 정렬시킨다. 또한, 이 때의 조명광은 마스크(M)의 마스크 얼라인먼트 마크(56b)에 조사되는 동시에, 마스크(M)를 투과하여 외측에 위치하는 투영 광학계(PL5)를 통해 감광 기판(P)상의 기판 얼라인먼트 마크(57b)에 조사된다.
또한, 상기 마스크 얼라인먼트 마크(56a, 56b) 및 기판 얼라인먼트 마크(57a, 57b)의 검출 순서와 마찬가지의 순서에 의해, 마스크 스테이지(MST)와 기판 스테이지(PST)가 단계 이동시키면서 마스크 마크(46a∼46d)와 기판 마크(47a∼47d)를 순차적으로 겹치면서 얼라인먼트계(49a, 49b)가 마크 위치를 검출한다. 얼라인먼트계(49a, 49b)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)로 출력되고, 제어 장치(CONT)는 얼라인먼트계(49a, 49b)의 검출 결과에 기초하여 마스크 마크(46a∼46d)와 기판 마크(47a∼47b)와의 위치 편차량을 구한다. 제어 장치(CONT)는 상기 구한 결과에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 위치 편차량을 검출한다.
제어 장치(CONT)는 구한 위치 편차량에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 상대적인 시프트, 로테이션 및 스케일링에 관한 보정량을 설정한다(단계 SA4).
즉, 제어 장치(CONT)는 마스크(M)와 감광 기판(P)의 위치를 정렬시키기 위해서 얼라인먼트계(49a, 49b)를 이용하여 마스크 마크(46a∼46d) 및 기판 마크(47a∼47d)의 위치 정보를 검출하고, 얻어진 위치 정보에 대하여 통계 연산을 행하여 감광 기판(P)상에 설정된 모든 패턴의 위치를 구한다. 그리고, 구한 위치 정보와 이상 위치(이상 격자)에 기초하여 패턴의 상 특성, 즉 시프트, 로테이션 및 스케일링, 또한 감광 기판(P)의 변형량을 구한다. 그리고, 먼저 감광 기판(P)에 형성되어 있는 패턴에 대하여, 다음 패턴을 소정의 위치 관계로 적층할 수 있도록 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 설치되어 있는 시프트 조정 기구(23), 로테이션 조정 기구(28, 31) 및 스케일링 조정 기구(27) 각각의 보정량, 즉 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한 x34a, y34a, R34a 및 Sk 등을 구한다. 바꿔 말하면, 제어 장치(CONT)는 얼라인먼트계(49a, 49b)의 얼라인먼트 결과에 기초하여 구동 장치(50A, 50B, 51A, 51B, 52)의 구동량을 설정한다.
다음에, 제어 장치(CONT)는 단계 SA2에서 설정한 동기 이동 속도에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 설치되어 있는 시프트 조정 기구(23), 로테이션 조정 기구(28, 31) 및 스케일링 조정 기구(27) 각각의 보정 속도, 즉 도 5 및 도 6 을 이용하여 설명한 Vx34a, Vy34a, VR34a 및 VSk 등을 구한다(단계 SA5).
바꿔 말하면, 제어 장치(CONT)는 설정한 동기 이동 속도에 따라 구동 장치(50A, 50B, 51A, 51B, 52)의 구동 속도를 설정한다.
이와 같이, 동기 이동 속도에 따라 구동 장치의 구동 속도를 설정함으로써 동기 이동 속도가 변화되더라도, 먼저 감광 기판(P)에 형성되어 있는 패턴에 대하여, 다음 패턴을 소정의 위치 관계로 적층할 수 있다. 이것을 도 10의 모식도를 참조하면서 설명한다.
도 10의 (a)는 화살표 x1 방향으로 주사하는 감광 기판(P)의 동기 이동 속도 Va와, 감광 기판(P)의 변형에 따른 보정 기구의 구동 속도 Vd와의 관계가 적절한 경우를 도시한 도면이다. 또한, 전술한 바와 같이, 감광 기판(P)의 변형은 얼라인먼트계(49a, 49b)의 검출 결과에 기초하여 구할 수 있다. 도 10의 (a)에 있어서, 점선으로 도시되는 목표 비선형 보정량과 실선으로 도시되는 실제의 비선형 보정량은 일치하고 있다. 위치 P1∼P5는 도 13에 도시된 바와 같이 주사 방향에 있어서 감광 기판(P)상에 등간격으로 설정된 위치를 나타내고 있다. 또한, 도 10의 (a)에 있어서의 간격 Ta는 기준점(예컨대 투영 광학계의 광축)을 위치 P1(P2, P3, P4)이 통과하고 나서부터 위치 P2(P3, P4, P5)가 통과할 때까지의 시간을 나타내고 있다. 즉, 시간 Ta가 짧은 경우에는 동기 이동 속도가 빠른 것을 나타내고 있고, 시간 Ta가 긴 경우에는 동기 이동 속도가 느린 것을 나타내고 있다. 그리고, 보정 기구의 구동 개시점은 감광 기판(P)이 주사 방향으로 소정량만큼 이동한 시점, 즉 기준점을 위치 P1∼P5의 각각이 통과한 시점으로 설정되어 있다.
도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 예컨대 광원(6)의 출력이 저하하여 디텍터(41)에 의해 검출되는 조도가 저하하고, 동기 이동 속도를 Va보다 느리게 하여 Vb로 한 경우(이 때, 시간 Tb는 시간 Ta보다 길다), 동기 이동 속도 Vb에 따라 보정 기구의 구동 속도를 Vd보다 느리게 하여 Vd1로 함으로써 보정 기구의 구동 개시점을 위치 P1∼P5의 각각이 기준점을 통과한 시점으로 설정했다고 해도, 점선으로 도시되는 목표 비선형 보정량과 실선으로 도시되는 실제의 비선형 보정량을 일치시킬 수 있다.
한편, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 예컨대 레시피의 변화로 광원(6)의 출력이 상승하여 디텍터(41)에 의해 검출되는 조도가 상승하고, 동기 이동 속도를 Va보다 빠르게 하여 Vc로 한 경우(이 때, 시간 Tc는 시간 Ta보다 짧다), 동기 이동 속도 Vc에 따라 보정 기구의 구동 속도를 Vd보다 빠르게 하여 Vd2로 함으로써 보정 기구의 구동 개시점을 위치 P1∼P5의 각각이 기준점을 통과한 시점으로 설정했다고 해도, 점선으로 도시되는 목표 비선형 보정량과 실선으로 도시되는 실제의 비선형 보정량을 일치시킬 수 있다.
여기서, 도 10에 있어서, 보정 속도 및 보정량은 동기 이동에 맞춰 순차적으로 연속된 값으로 설정되어 있다. 이렇게 함에 따라, 보정 기구에 의한 상 특성의 보정을 원활히 행할 수 있다.
또한, 동기 이동 속도에 따라 보정 속도를 설정하는 대신에, 동기 이동 속도에 따라 감광 기판(P)상의 주사 방향에 있어서의 각 위치에 있어서의 보정량을 설 정하도록 하여도 좋다.
또한, 도 10을 이용한 설명에서는, 보정 기구의 구동 개시점은 감광 기판(P)이 주사 방향으로 소정량만큼 이동한 시점, 즉 위치 P1∼P5의 각각이 기준점을 통과한 시점으로 설정되어 있지만, 구동 장치의 시간 응답 특성을 미리 구해 두고, 이 구한 결과 및 동기 이동 속도에 따라 보정 기구를 구동하는 구동 개시점을 설정하도록 하여도 좋다.
예컨대, 동기 이동 속도가 빨라지면, 구동 장치인 모터는 시간 응답 지연에 의해 동기 이동 속도를 따를 수 없게 될 우려가 있다. 이 경우, 모터의 시간 응답 특성을 미리 구해 두고, 예컨대 동기 이동 속도가 설정치 이상이 되면, 제어 장치(CONT)는 상기 구한 시간 응답 특성에 기초하여 모터에 대하여 구동 개시 신호를 발생시키는 타이밍을, 위치 P1∼P5의 각각이 기준점을 통과하는 시점보다 앞으로 거슬러 올라간 시점으로 설정한다. 이렇게 함에 따라, 동기 이동 속도가 빨라져도 보정 기구에 의한 상 특성의 보정을 원활히 행할 수 있다.
이상과 같이 하여 동기 이동 속도에 따른 보정 기구의 보정 속도 및 보정량을 설정하면, 실제로 감광 기판(P)에 대한 노광 처리가 행해진다.
처음에, 분할 패턴(53)에 대응하는 부분의 노광 처리가 행해진다.
이 경우, 투영 광학계(PL5)에 대응하는 조명계 모듈(10e)의 조명 셔터(12)가 셔터 구동부(12D)를 통해 광로 중에 삽입되고, 도 8에 도시된 바와 같이, 투영 영역(34e)에 대응하는 광로의 조명광이 차광된다. 이 때, 조명계 모듈(10a∼10d)의 조명 셔터(12)는 각 광로를 개방하고 있다. 이것에 의해, 마스크(M)에는 주변 회로(45a)와 화소 패턴(44)의 일부를 포함하는 Y축 방향의 길이 L12의 조명 영역이 설치된다(단계 SA6).
계속해서, 제어 장치(CONT)는 마스크 스테이지(MST)에 의해 지지된 마스크(M)와 기판 스테이지(PST)에 의해 지지된 감광 기판(P)을 X축 방향으로 동기 이동하여 1회째 주사 노광을 행한다(단계 SA7).
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에는, 투영 광학계(PL1, PL2, PL3, PL4)로 설정된 투영 영역에 대응하는 분할 패턴(53)이 노광된다.
여기서, 주사 노광을 행할 때의 동기 이동 속도는 단계 SA2에 있어서 설정한 값이다. 또한, 주사 노광은 동기 이동 속도에 따라 구동 속도 또는 구동량이 설정된 보정 기구[시프트 조정 기구(23), 로테이션 조정 기구(28, 31), 스케일링 조정 기구(27)]에 의해 상 특성(시프트, 로테이션, 스케일링)을 보정하면서 행해진다. 이 때의 보정 기구의 구동 속도 또는 구동량은 단계 SA4나 단계 SA5로 설정되어 있다.
다음에, 2회째 주사 노광을 행하기 위해서, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지(PST)를 소정 위치에 대하여 정렬시킨다. 구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지(PST)를 +Y 방향으로 소정 거리 PS1 단계 이동하는 동시에, 위치의 미소 조정을 행한다. 이 거리 PS1은 투영 영역의 Y축 방향에 있어서의 피치 L3의 3개분에 해당한다.
또한, 제어 장치(CONT)는 마스크 스테이지(MST)를 소정의 위치에 대하여 정 렬시킨다. 구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 감광 기판(P)상의 패턴 이음부(58a)에 있어서, 화소 패턴(50)이 연속하도록 마스크 스테이지(MST)를 Y축 방향으로 소정 거리 시프트한다(단계 SA8).
제어 장치(CONT)는 2회째 주사 노광을 투영 영역(34b, 34c)에서 행하기 위해서, 이 투영 영역(34b, 34c)의 조도를 보정한다. 또한, 제어 장치(CONT)는 1회째 주사 노광시에 감광 기판(P)의 이음부(58a)를 노광한 투영 영역(34d)과, 2회째 주사 노광시에 이음부(58a)를 노광하는 투영 영역(34b)과의 조도를 보정한다. 구체적으로는, 투영 영역(34b, 34c)의 단부(35c, 35d) 사이의 조도차(｜Wc-Wd｜) 및 1회째 주사 노광시의 투영 영역(34d)의 단부(35g)와 2회째 주사 노광시의 투영 영역(34b)의 단부(35b)와의 사이의 조도차(｜Wg-Wb｜)가 최소가 되도록 제어 장치(CONT)는 조명계 모듈(10b, 10c)마다 디텍터(20)로 각 광로의 조도를 계측하면서 필터(21)를 구동시킨다. 이것에 의해, 각 광로의 광속의 광량이 보정된다.
제어 장치(CONT)는 투영 광학계(PL1, PL4, PL5)에 대응하는 조명계 모듈(10a, 10d, 10e)의 조명 셔터(12)를 셔터 구동부(12D)를 통해 광로중에 삽입하고, 투영 영역(34a, 34d, 34e)에 대한 광로의 조명광을 각각 차광한다[조명계 모듈(10b, 10c)의 조명 셔터(12)는 각 광로를 개방한다]. 이것에 의해, 마스크(M)에는 화소 패턴(44)의 일부를 포함하는 Y 방향의 길이 L13의 조명 영역이 설정된다(단계 SA9).
제어 장치(CONT)는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 다시 X축 방향으로 동기 이동하여 2회째 주사 노광을 행한다(단계 SA10).
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에는 투영 광학계(PL2, PL3)의 투영 영역(34b, 34c)에서 설정된 조명 영역에 대응하는 분할 패턴(54)이 이음부(58a)에 있어서 분할 패턴(53)과 중복된 상태로 노광된다.
여기서, 주사 노광을 행할 때의 동기 이동 속도는 단계 SA2에 있어서 설정한 값이다. 또한, 주사 노광은 동기 이동 속도에 따라 구동 속도 또는 구동량이 설정된 보정 기구[시프트 조정 기구(23), 로테이션 조정 기구(28, 31), 스케일링 조정 기구(27)]에 의해 상 특성(시프트, 로테이션, 스케일링)을 보정하면서 행해진다. 이 때의 보정 기구의 구동 속도 또는 구동량은 단계 SA4나 단계 SA5에서 설정되어 있다.
다음에, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지(PST)를 +Y 방향으로 거리 PS2분만큼의 단계를 이동시킨다. 이 거리 PS2는 투영 영역의 Y축 방향의 피치 L3의 2개 분만큼에 해당한다. 또한, 제어 장치(CONT)는 감광 기판(P)상의 패턴 이음부(58b)에 있어서, 화소 패턴(50)이 연속하도록 마스크 스테이지(MST)를 1회째 주사 노광시의 마스크(M)의 위치에 대하여 Y축 방향으로 소정 거리 시프트한다(단계 SA11).
제어 장치(CONT)는 3회째 주사 노광을 투영 영역(34b∼34e)에서 행하기 위해서, 그 투영 영역(34b∼34e)의 조도를 보정한다. 또한, 제어 장치(CONT)는 2회째 주사 노광시에 감광 기판(P)의 이음부(58b)를 노광한 투영 영역(34c)과, 3회째 주사 노광시에 이음부(58b)를 노광하는 투영 영역(34b)과의 조도를 보정한다. 구체적으로는, 투영 영역(34b∼34e)의 단부(35c, 35d)간, 단부(35e, 35f)간, 단부(35g, 35h)간의 조도차(｜Wc-Wd｜, ｜We-Wf｜, ｜Wg-Wh｜) 및 2회째의 주사 노광시의 투 영 영역(34c)의 단부(35e)와 3회째 주사 노광 시의 투영 영역(34b)의 단부(35b)간의 조도차(｜We-Wb｜)가 최소로 되도록 제어 장치(CONT)는 각 조명계 모듈(10b∼10e)마다 디텍터(20)로 각 광로의 광속의 조도를 계측하면서 필터(21)를 구동시킨다. 이것에 의해, 각 광로의 광속의 광량이 보정된다.
제어 장치(CONT)는 투영 광학계(PL1)에 대응하는 조명계 모듈(10a)의 조명 셔터(12)를 셔터 구동부(16)를 통해 광로 중에 삽입하고, 도 8에 도시된 바와 같이, 투영 영역(34a)에 대한 광로의 조명광을 차광한다[조명계 모듈(10b∼10e)의 조명 셔터(12)는 각 광로를 개방한다]. 이것에 의해, 마스크(M)에는 주변 회로 패턴(45b)과 화소 패턴(44)의 일부를 포함하는 Y축 방향의 길이 L14의 조명 영역이 설정된다(단계 SA12).
제어 장치(CONT)는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 다시 X축 방향으로 동기 이동하여 3회째 주사 노광을 행한다(단계 SA13).
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 감광 기판(P)상에는 투영 광학계(PL1∼PL5e)의 투영 영역(34b∼34e)에서 설정된 조명 영역에 대응하는 분할 패턴(55)이 이음부(58b)에 있어서 분할 패턴(54)과 중복된 상태로 노광된다.
여기서, 주사 노광을 행할 때의 동기 이동 속도는 단계 SA2에 있어서 설정한 값이다. 또한, 주사 노광은 동기 이동 속도에 따라 구동 속도 또는 구동량이 설정된 보정 기구[시프트 조정 기구(23), 로테이션 조정 기구(28, 31), 스케일링 조정 기구(27)]에 의해 상 특성(시프트, 로테이션, 스케일링)을 보정하면서 행해진다. 이 때의 보정 기구의 구동 속도 또는 구동량은 단계 SA4나 단계 SA5에서 설정되어 있다.
이렇게 하여, 1장의 마스크(M)를 이용하여 그 마스크(M)보다도 큰 감광 기판(P)에 대한 이음 노광이 완료된다(단계 SA14).
이상 설명한 바와 같이, 마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동 속도에 따라 감광 기판(P)에 투영되는 패턴의 상 특성을 보정하는 보정 속도 또는 보정량을 설정하도록 하였기 때문에, 동기 이동 속도가 변화되더라도 목표 보정량과 실제의 보정량을 일치시킬 수 있다. 따라서, 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층할 수 있고, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있다.
여기서, 이 실시예에 있어서의 노광 방법은 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동시키면서 노광하는 주사 노광이기 때문에, 보정 기구로서 시프트 조정 기구만을 설치하고, 이 시프트 조정 기구로 상의 위치를 보정하면서 주사 노광을 행함으로써 비선형 보정을 행할 수 있다. 한편, 보정 기구로서, 시프트 조정 기구, 로테이션 조정 기구 및 스케일링 조정 기구의 각각을 설치하고, 이들 3개의 조정 기구로 상의 위치나 크기(형상)를 보정하면서 주사 노광을 행함으로써 보다 정밀도 좋은 비선형 보정을 행할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서의 노광 장치(EX)는 서로 인접하는 복수의 투영 광학계를 갖는, 소위 멀티 렌즈 주사형 노광 장치이지만, 투영 광학계가 1개인 주사형 노광 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 1회의 주사 노광에 있어서의 동기 이동 속도는 등속인 것처럼 설명하였지만, 연속적으로 변화시켜도 좋다. 보정 기구는 동기 이동 속도의 변화에 따라 보정 속도 및 보정량 중 어느 한 쪽을 순차적으로 연속된 값으로 설정함으로써 상의 비선형 보정을 행할 수 있다.
다음에, 본 발명의 노광 방법의 제2 실시예에 대해서 도 11을 참조하면서 설명한다.
노광 장치(EX)는 노광 동작을 개시한다(단계 SB0).
마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 각각에 마스크(M) 및 감광 기판(P)을 반송 및 지지시키면, 제어 장치(CONT)는 얼라인먼트계(위치 검출부)(49a, 49b)를 이용하여 마스크 마크(46a∼46d) 및 기판 마크(47a∼47d)를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 감광 기판(P)의 패턴 시프트, 로테이션 및 스케일링, 또한 감광 기판(P)의 변형량을 구한다(단계 SB1).
계속해서, 제어 장치(CONT)는 상기 얼라인먼트계(49a, 49b)에 의한 얼라인먼트 결과, 즉 마스크(M) 또는 감광 기판(P)의 위치에 따라 보정 기구를 구동하는 구동 장치의 구동 속도 또는 구동량을 설정한다(단계 SB2).
그리고, 제어 장치(CONT)는 마스크(M) 또는 감광 기판(P)의 위치에 따라 설정한 보정 속도 또는 보정량에 기초하여 상 특성을 보정하면서, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동시키면서 마스크(M)의 패턴을 감광 기판(P)에 투영 노광한다.
이 때, 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 동기 이동 방향에 있어서의 이동 속도(주사 속도)는 속도 검출 장치(71, 72)에 의해 검출되고 있다. 속도 검출 장치(71, 72)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고 있다.
또한, 각 투영 영역(34a∼34e)의 각각에 대응하는 광로의 조도는 주사 노광 중에 있어서도 조명계 모듈(10a∼10e)의 각각에 설치되어 있는 디텍터(20)에 의해 검출되고 있다. 디텍터(20)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고 있다(단계 SB3).
여기서, 어떠한 이유로 광원(6)의 출력이 저하하고, 디텍터(20)로 검출되는 조도가 저하되었다고 하자. 저하된 조도 정보는 디텍터(20)를 통해 제어 장치(CONT)에 출력되고, 제어 장치(CONT)는 디텍터(20)로 검출한 조도 정보에 기초하여 감광 기판(P)이 소정의 노광량으로 노광되도록 기판 스테이지(PST) 및 마스크 스테이지(MST)의 주사 속도를 저하하도록 새로운 주사 속도를 설정한다(단계 SB4).
또한, 이 새롭게 설정되는 기판 스테이지(PST) 및 마스크 스테이지(MST)의 주사 속도는 제어 장치(CONT)에 미리 기억되어 있다, 목표 노광량과 조도와 주사 속도와의 관계(데이터 테이블)에 기초하여 설정된다.
속도를 저하한 기판 스테이지(PST) 및 마스크 스테이지(MST)의 동기 이동 방향에 있어서의 속도 정보는 속도 검출 장치(71, 72)에 검출된다. 속도 검출 장치(71, 72)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지(PST) 및 마스크 스테이지(MST)의 속도 변화에 따라 보정 기구의 보정 속도 및 보정량을 조정한다(단계 SB5).
즉, 속도 검출 장치(71, 72)의 검출 결과가, 예컨대 Va로부터 Vb로 저하한다면, 제어 장치(CONT)는 보정 기구의 구동 속도를 Vd로부터 Vd1로 변화시킨다. 또한, 이 때 제어 장치(CONT)는 보정 기구의 구동 속도를 Vd로부터 Vd1로 변경할 때에, 단 계적으로 변화시키지 않고, 동기 이동에 맞춰 순차적으로 연속된 값으로 변화시킨다.
한편, 속도 검출 장치(71, 72)의 검출 결과가 Va로부터 Vc로 상승하면, 제어 장치(CONT)는 보정 기구의 구동 속도를 Vd로부터 Vd2로 변화시킨다. 이 때도 제어 장치(CONT)는 보정 기구의 구동 속도를 Vd로부터 Vd2로 변경할 때에, 단계적으로 변화시키지 않고, 동기 이동에 맞춰 순차적으로 연속된 값으로 변화시킨다.
이렇게 하여, 마스크(M)를 이용하여 감광 기판(P)에 대한 이음 노광이 완료된다(단계 SB6).
이상 설명한 바와 같이, 실제의 동기 이동 속도를 속도 검출 장치(71, 72)(도 1 참조)로 검출하고, 제어 장치(CONT)는 속도 검출 장치(71, 72)의 검출 결과에 기초하여 보정 기구의 구동 속도를 제어하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서의 보정 기구는 평행 평면 유리판이나 직각 프리즘 등이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 시프트 조정 기구로서, 한 쌍의 편각 프리즘을 노광광의 광로상에 설치하고, 이들을 Z축 주위로 회전 또는 Z축 방향으로 이동시킴으로써도 감광 기판(P)상에 있어서의 상의 위치를 조정할 수 있다.
또한, 노광 장치(EX)의 용도로서는 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 노광하는 액정용 노광 장치에 한정되지 않고, 예컨대 반도체 제조용 노광 장치나 박막 자기 헤드를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다.
이 실시예의 노광 장치(EX)의 광원은 g선(436 nm), h선(405 nm) 및 i선(365 nm)뿐만 아니라, KrF 엑시머 레이저(248 nm), ArF 엑시머 레이저(193 nm) 및 F2 레이저(157 nm)를 이용할 수 있다.
투영 광학계(PL)의 배율은 등배계뿐만 아니라, 축소계 및 확대계 중 어느 하나이어도 좋다.
투영 광학계(PL)로서는, 엑시머 레이저 등의 원자외선을 이용하는 경우에는 초재로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료를 이용하고, F2 레이저를 이용하는 경우에는 반사 굴절계 또는 굴절계의 광학계로 한다.
기판 스테이지(PST)나 마스크 스테이지(MST)에 리니어 모터를 이용하는 경우에는 에어 베어링을 이용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 이용한 자기 부상형 중 어느 하나를 이용하여도 좋다. 또한, 스테이지는 가이드에 따라 이동하는 타입이어도 좋고, 가이드를 설치하지 않는 가이드리스 타입이어도 좋다.
스테이지의 구동 장치로서 평면 모터를 이용하는 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 한 쪽을 스테이지에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 다른 쪽을 스테이지의 이동면측(베이스)에 설치하면 좋다.
기판 스테이지(PST)의 이동에 의해 발생하는 반력(反力)은 일본 특허 공개 평성 번호 제8-166475호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 밀어내어도 좋다. 본 발명은 이러한 구조를 구비한 노광 장치에 있어서도 적용할 수 있다.
마스크 스테이지(MST)의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 특허 공개 평성 번호 제8-330224호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 밀어내어도 좋다. 본 발명은 이러한 구조를 구비한 노광 장치에 있어서도 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본원 실시예의 노광 장치는 본원 특허청구범위에 예로 든 각 구성 요소를 포함한 각종 서브 시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도 및 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 및 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속 및 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정 전에 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 크리닝룸에서 행하는 것이 바람직하다.
반도체 디바이스는 도 12에 도시된 바와 같이, 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계 201, 이 설계 단계에 기초한 마스크(레티클)를 제작하는 단계 202, 디바이스의 기재인 기판(웨이퍼, 유리 플레이트)을 제조하는 단계 203, 전술한 실시예의 노광 장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 웨이퍼 처리 단계 204, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정 및 패키징 공정을 포함함) 205, 및 검사 단계 206 등을 거쳐 제조된다.
본 발명의 노광 방법 및 노광 장치에 따르면, 마스크와 기판과의 동기 이동 속도에 따라 기판에 투영되는 패턴의 상의 위치를 보정하는 보정 속도 또는 보정량을 설정하도록 하였기 때문에, 동기 이동 속도가 변화되더라도 목표 보정량과 실제의 보정량을 일치시킬 수 있다. 따라서, 패턴을 소정의 위치 관계로 정밀도 좋게 적층할 수 있고, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있다.

Claims (11)

  1. 마스크와 기판을 동기 이동시키면서, 노광광으로 조사된 상기 마스크의 패턴의 상을 투영 광학계를 통해 상기 기판에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 기판에 노광하는 노광량의 목표 노광량에 기초하여 상기 마스크와 상기 기판의 동기 이동 속도를 미리 설정하는 단계와,
    상기 투영 광학계에 설치된 보정 기구에 의해, 상기 기판에 투영되는 상기 패턴의 상의 상특성을 보정하는 단계와,
    상기 상특성의 보정 속도 또는 보정량을 상기 동기 이동 속도에 기초하여 설정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크에 설치된 마스크 얼라인먼트 마크와 상기 기판에 설치된 기판 얼라인먼트 마크의 위치 정보를 검출하는 단계와,
    상기 위치 정보의 검출 결과에 따라서, 상기 보정량을 설정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동기 이동 속도를 검출하는 단계를 포함하며,
    검출된 상기 동기 이동 속도에 기초하여, 상기 보정 속도 또는 상기 보정량이 설정되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보정 속도 또는 상기 보정량은, 상기 동기 이동에 맞춰 순차 연속하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상특성은, 상기 기판에 있어서의 상기 패턴의 상의 위치, 로테이션 또는 스케일링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  6. 마스크와 기판을 동기 이동시키면서, 노광광으로 조사된 상기 마스크의 패턴의 상을 투영 광학계를 통해 상기 기판에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 기판에 노광하는 노광량의 목표 노광량에 기초하여 상기 마스크와 상기 기판의 동기 이동 속도를 설정하는 속도 설정부와,
    상기 투영 광학계에 설치되고, 상기 기판에 투영되는 상기 패턴의 상의 상특성을 보정하는 보정 기구와,
    상기 보정 기구를 구동하는 구동 장치와,
    상기 동기 이동 속도에 기초하여, 상기 구동 장치의 구동 속도 또는 구동량을 설정하는 제어 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스크에 설치된 마스크 얼라인먼트 마크와 상기 기판에 설치된 기판 얼라인먼트 마크를 검출하는 위치 검출부를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 위치 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 마스크 얼라인먼트 마크 및 상기 기판 얼라인먼트 마크의 위치 정보를 검출하고, 이 위치 정보에 기초하여 상기 구동량을 설정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 동기 이동 속도를 검출하는 속도 검출 장치를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 속도 검출 장치에 의해 검출된 상기 동기 이동 속도에 기초하여, 상기 구동 속도 또는 상기 구동량을 설정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 상특성은, 상기 기판에 있어서의 상기 패턴의 상의 위치, 로테이션 또는 스케일링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 투영 광학계의 광축 방향과, 상기 마스크와 상기 기판의 동기 이동 방향에 직교하는 방향에 따라 복수 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 기재된 노광 방법을 이용하여, 상기 기판에 상기 마스크의 패턴의 상을 투영 노광하는 단계와,
    상기 패턴의 상이 투영 노광된 상기 기판을 가공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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