KR101432888B1 - 노광 방법 및 그 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

노광 장치의 노광 수단에, 광원으로부터 발사된 노광광을 다수의 점광원으로 변환하는 광 인티그레이터와, 광 인티그레이터를 투과한 노광광을 평행광으로 변환하는 콜리메이트 미러와, 콜리메이트 미러에서 평행광으로 변환된 노광광을 평면 거울에서 반사해서 마스크에 조사하는 미러 유닛을 구비하고, 미러 유닛은, 평면 거울의 노광광을 반사하는 면과 반대측의 면을 누르는 액튜에이터를 2차원 형상으로 배열해서 장비하고, 제어 수단은, 스테이지 수단에 재치된 기판의 표면에 상당하는 위치에 조사한 노광광으로부터 얻어지는 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보를 이용해서 산출된 미러 유닛의 개개의 액튜에이터의 구동량에 기초하여 이 액튜에이터를 제어하도록 했다.

Description

노광 방법 및 그 장치{EXPOSING METHOD AND DEVICE THEREOF}
본 발명은 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서 글래스 기판 상에 패턴을 형성할 때의 노광 기술에 관한 것으로, 특히, 액정 디스플레이의 컬러 필터 제조 공정의 노광 공정에서 대면적의 글래스 기판에 패턴을 균일하게 노광하는데 적합한 노광 방법 및 그 장치에 관한 것이다
현재의 액정 디스플레이 제조에 있어서의 제조 공정예를 도 29에 나타낸다. 우선, 글래스 기판 공정(921, 922)에 있어서, 글래스 기판의 절단을 행한 후, 전면판, 이면판의 두개의 공정으로 나누어진다. 이면판에서는, 어레이 공정(923)에 있어서, 글래스 기판 상에 성막 공정, 포토리소그래피 공정을 반복하여, 박막 트랜지스터를 형성한다. 또한, 전면판에서는, 컬러 필터 공정(924)에서, 적, 녹, 청의 컬러 필터를 기판 상에 형성하고, 상부에 투명 전극(ITO)을 생성한다. 그 후, 상기 2개의 공정으로부터 완성된 양쪽 기판을 다음 셀 공정(25)에서 조합하고, 그 사이에 액정 물질을 넣는다. 또한, 모듈 공정(26)에서는, 백라이트나 구동용 전원 등을 설치하여, 액정 디스플레이가 완성된다.
여기서, 컬러 필터 공정의 상세에 대해서 도 10에서 설명한다. 안료를 베이스로 한 컬러 레지스트를 글래스 상에 도포하여, 노광이나 현상을 수반하는 포토리소그래피법이 현재 주류로 되어 있다. 우선, 세정 공정(1031)에서 글래스 기판 표면을 세정하고, 도포 공정(1032)에서 글래스 기판 전체면에, 컬러 레지스트를 도포한다.(컬러 레지스트 도포 공정) 그 후, 노광 공정(1033)에서 포토마스크를 개재해서 패턴 노광하고 UV 경화하여, 불용화시킨다. 그 후, 현상 공정(1034)에서 현상액에 의해 컬러 레지스트의 불필요한 부분을 제거한 뒤, 다시 세정 공정(1035)에서 현상 후의 표면을 세정하여, 베이크로 경화시킨다.(현상ㆍ베이킹) 그리고, 컬러 레지스트 도포, 노광, 현상ㆍ베이킹 공정을 3회 반복한다. 그 후, 오버 코트 공정(1036), 세정 공정(1037), 검사 공정(1038)을 거쳐, ITO막 형성 공정(1039)에서, 스퍼터링법을 이용해서 ITO(투명 유전)막을 형성하고, 최종 검사 공정(1040)을 행하여, 다음 셀 조립 공정으로 들어가는 구조로 되어 있다.
컬러 필터의 구조예를 도 11에 나타낸다. 글래스 기판(1141) 상에, 블랙 매트릭스(1142), RGB의 3원색의 패턴(1143, 1144, 1145)을 형성하여, ITO막(46)을 형성한 것이 컬러 필터이다.
또한, 컬러 필터 공정의 노광 공정에서 이용되는 노광 장치로서는, 렌즈 또는 거울을 이용해서 포토마스크의 패턴을 기판 상에 투영하는 프로젝션 방식과, 마스크와 기판과의 사이에 미소한 간격(프록시미티 갭)을 형성하여 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 프록시미티 방식이 있다. 프록시미티 방식은, 프로젝션 방식에 비교해서 패턴 해상능은 열하하지만, 조사 광학계의 구성이 간단하고, 또 처리 능력이 높아 양산용으로 적합하다.
프록시미티 노광에서는, 노광면의 표면에 감광제를 도포한 글래스 기판을 설치하고, 마스크 스테이지에 유지된 마스크와 글래스 기판이 수백㎛의 갭을 유지한 상태에서 노광광을 조사하고, 마스크를 투과한 광에 의하여, 글래스 기판에 도포된 감광제가 노광된다.
액정 디스플레이는 1매의 글래스 기판으로부터 수 매 내지 수 십매의 패널(면취 수)을 작성하는 것이 가능하고, 이 면취 수를 증가시킴으로써 생산 효율ㆍ수율 향상을 예상할 수 있기 때문에, 글래스 기판ㆍ마스크의 대형화가 진행되어 왔다.
액정 디스플레이용 글래스 기판의 노광 장치로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 광원으로부터 발사한 광을 미러를 조합시킨 광로를 따라 진행시켜서 마스크에 조사하여 기판 상에 노광 패턴을 투영하는 구성에 있어서, 미러를 조합시킨 광로의 도중에 플라이 아이 렌즈를 설치해서 광 강도를 균일화하는 구성이 기재되어 있다. 그러나, 대형화가 진행됨으로써, 글래스 기판이나 마스크는 처리 열에 의한 신축 척에 의한 변형이 일어나기 쉽고, 이것을 무시하고 노광을 행하면, 형성한 패턴에 어긋남이 발생해 버릴 가능성이 있다고 하는 문제가 있었다.
이 문제의 해결 수단으로서, 일본 특허 출원 공개 제2005-129785호 공보(특허 문헌 2)에는, 마스크의 직전에 배치한 콜리메이트 미러의 변 부분을, 중앙부를 지점으로 하여 면에 대하여 교차하는 방향으로 변위시킴으로써, 매우 용이하게, 포토마스크 상에 조사하는 광의 노광 배율을 조정하고, 노광 시에 있어서의 포토마스크의 신축의 상태 및 피노광 기판의 신축의 상태에 따라서 피노광 기판 상에 작성할 패턴의 크기를 조정할 수 있는 구성이 기재되어 있다.
한편, 재공표 특허 WO2007-145038호 공보(특허 문헌 3)에는, 마스크와 기판과의 평면 어긋남량을 검출하여, 콜리메이션 미러에 의해 반사되는 노광용의 광의 조사 각도를, 검출된 평면 어긋남량에 따라서 설정함으로써, 노광면 상에서의 조도 불균일이나 변동을 작게 해서 보다 균일한 배율 보정을 가능하게 하여 패턴 형성 정밀도 보정을 실현하는 방법이 기재되어 있다.
또한, 일본 특허 출원 공개 제2010-256428호 공보(특허 문헌 4)에는, 조명광원을 복수의 반도체 발광 소자로 형성하고, 점등하는 반도체 발광 소자의 수를 변경하여 노광광의 조도를 조정하는 구성이 기재되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2003-177548호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-129785호 공보 재공표 특허 WO2007-145038호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-256428호 공보
액정 디스플레이의 고정밀화, 3D 표시에 대응하기 위해서는, 리소그래피 공정에 있어서 대면적의 글래스 기판 상에 보다 미세하고 고정밀도의 화소 패턴을 형성하는 것이 중요해진다. 그 때문에, 리소그래피 공정에 있어서 대면적의 글래스 기판 상에 패턴을 노광하기 위한 노광 장치에는, 글래스 기판 상의 넓은 영역에 패턴을 균일하게 노광하는 것이 요구된다.
특허 문헌 1에는, 노광광의 광로 중에 플라이 아이 렌즈를 배치해서 광 강도를 균일화하는 구성이 기재되어 있지만, 노광하는 글래스 기판의 면적이 대면적화하고, 이에 수반하여 마스크의 면적도 커지면, 플라이 아이 렌즈만으로는 충분한 노광광의 균일화를 도모할 수 없다.
한편, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 방법에서는, 피노광 기판의 크기 혹은 포토마스크의 크기가 노광 때마다 변화하는 경우도 용이하게 보정하여 항상 고정밀도의 노광을 행할 수 있지만, 미러의 변형에 기여하는 조정 기구는 4군데로 적어, 미러를 국소적으로 변형시키고자 하는 경우에도, 변형되는 범위가 크고, 전체의 보정은 정밀하지 못하게 되어 버리기 때문에, 마스크의 면적이 커졌을 경우, 원하는 노광 패턴을 고정밀도로 재현하는 것은 어렵다.
또한, 특허 문헌 3에 기재되어 있는 방법에서는, 노광 장치의 변형 대상이 되는 거울의 설치시의 초기 형상이 파악되어 있지 않기 때문에, 거울의 초기 형상이 예상보다 크게 만곡되어 있었을 경우, 형상을 보정할 때, 거울의 허용 응력을 초과해 버려, 파손시켜 버릴 가능성이 있다. 또한, 초기 형상을 파악할 수 없는 경우, 실제의 형상과 이상 형상(목표 중심 광선 각도ㆍ조도 분포를 만족시키는 형상)과의 차를 정량화할 수 없기 때문에, 조정 기구로의 정확한 피드백을 행할 수 없어, 조정에 시간이 걸려 버릴 가능성이 있다.
또한, 특허 문헌 4에 기재된 방법에서는, 조명 광원을 구성하는 복수의 반도체 발광 소자의 점등하는 수를 변경하여 노광광의 조도를 조정할 수 있지만, 광로 중에 플라이 아이 렌즈 등의 광 인티그레이터 소자나 복수의 미러가 배치된 구성에서, 마스크로부터 가장 떨어져 있는 광원의 측에서 마스크에 조사하는 광의 분포를 미세하게 조정하는 것은 어렵다.
본 발명은, 노광 광학계에서 마스크의 직전에 설치되어 있는 평면 거울에 대해서, 허용 응력을 초과하지 않고, 노광면 상의 중심 광선 각도ㆍ조도 분포를 엄밀하게 제어함으로써, 고정밀도의 패턴의 노광을 행하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 노광면 상의 중심 광선 각도ㆍ조도 분포를 엄밀에 제어하기 위한 광학계의 조정을 단시간에 실현하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서는, 중심 광선 각도 측정 수단과 광학 시뮬레이터 등의 수단에 의해, 현상의 평면 거울 형상을 파악하고, 평면 거울의 만곡 허용 응력량 내에서 평면 거울을 변형시키도록 했다.
또한, 본 발명에서는, 중심 광선 각도 측정 수단과 광학 시뮬레이터 등의 수단에 의해, 현상의 평면 거울 형상과 이상 형상과의 비교를 행하여, 산출된 보정량을 평면 거울로 피드백하도록 했다.
구체적으로는, 처음에 핀홀 카메라에 의해, 노광면 상에서의 광선의 중심 광선 각도를 실측한다. 상기 실측값으로부터, 광학 시뮬레이터에 의해 실기의 평면 거울의 형상을 산출하고, 또한, 노광면 상에서의 광선의 중심 광선 각도ㆍ조도 분포가 목표값을 만족시키기 위한, 평면 거울의 변형 조건을 구하고, 상기로부터 얻은 평면 거울 최적 형상과, 현상의 평면 거울과의 형상 차를 산출하여, 실기의 평면 거울 이면의 액튜에이터에 자동으로 피드백함으로써 달성한다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 노광광을 발사하는 광원을 갖는 노광 광학 수단과, 마스크를 유지하는 마스크 홀더 수단과, 기판을 재치해서 평면 내에서 이동 가능한 스테이지 수단과, 노광 광학 수단과 스테이지 수단을 제어해서 스테이지 수단에 재치된 기판 상을 순차적으로 노광하는 제어 수단을 구비한 노광 장치에 있어서, 노광 수단은, 광원으로부터 발사된 노광광을 다수의 점광원으로 변환하는 광 인티그레이터와, 이 광 인티그레이터를 투과한 노광광을 평행광으로 변환하는 콜리메이트 미러와, 이 콜리메이트 미러에서 평행광으로 변환된 노광광을 평면 거울에서 반사해서 마스크 홀더에 유지되어 있는 마스크에 조사하는 미러 유닛을 구비하고, 이 미러 유닛은, 평면 거울의 노광광을 반사하는 면과 반대측의 면을 누르는 액튜에이터를 2차원 형상으로 배열해서 장비하고, 제어 수단은, 스테이지 수단에 재치된 기판의 표면에 상당하는 위치에 조사한 노광광으로부터 얻어지는 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보를 이용해서 산출된 미러 유닛의 2차원 형상으로 배열된 개개의 액튜에이터의 구동량에 기초해서 이 액튜에이터를 제어하도록 했다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 광원으로부터 발사된 노광광을 광학계를 개재해서 광을 투과하는 패턴이 형성된 마스크에 조사하고, 이 마스크에 조사된 노광광 중 패턴을 투과한 노광광을 마스크와 근접해서 배치된 기판의 제1 영역에 도포된 레지스트 상에 투사하여 이 레지스트를 노광하는 것을 기판의 전체면에 걸쳐서 반복함으로써, 마스크에 형성된 패턴으로 기판의 전면을 노광하는 방법에 있어서, 노광광을 마스크에 조사하는 것을, 광원으로부터 발사된 노광광을 광 인티그레이터를 투과시켜서 복수의 점광원으로 변환하고, 이 광 인티그레이터를 투과하여 복수의 점광원으로 변환된 노광광을 콜리메이트 미러에서 평행광으로 변환하고, 이 평행광으로 변환된 노광광을 이면에 액튜에이터를 2차원 형상으로 배열해서 장비한 평면 거울에서 반사해서 마스크에 조사함으로써 행하고, 평면 거울의 이면에 2차원 형상으로 배열한 액튜에이터를, 노광하는 기판의 표면에 상당하는 위치에 조사한 노광광으로부터 얻어지는 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보를 이용해서 산출된 개개의 액튜에이터의 구동량에 기초해서 제어하도록 했다.
이에 의해, 액정 디스플레이의 제조에 대하여, 마스크가 대형화하고, 보다 엄밀한 패턴 제어가 요구되는 경우라도, 평면 거울의 정밀한 제어를 가능하게 함으로써, 제조 수율을 향상시킬 수 있어, 산업 폐기물 저감 등이 실현 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 개략의 구성을 도시하는 블록도.
도 2a는 미러 유닛(120)의 측면도.
도 2b는 미러 유닛(120)의 C-C′ 단면 화살 표시도.
도 3은 프록시미티 방식의 광학계의 중심 광선 각도를 계측하기 위한 구성을 단순화해서 표시한 도면.
도 4는 노광면 상에서의 광선의 중심 광선 각도를 산출할 때에 사용하는 핀홀 카메라의 개략의 구성을 나타내는 정면의 단면도.
도 5는 프록시미티 방식의 광학계의 중심 광선 각도를 계측하고 조정해서 균일한 조도 분포를 얻기 위한 처리의 플로우를 나타내는 플로우차트.
도 6은 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 핀홀을 투과한 광의 상을 촬상해서 얻은 핀홀 카메라의 화상으로부터 프록시미티 방식의 광학계의 중심 광선 각도를 산출하는 방법을 나타내는 핀홀 카메라로 촬상한 화상.
도 7은 핀홀 카메라로 실측한 노광면에서의 광선의 입사 각도 분포를 나타내는 분포도.
도 8은 시뮬레이션에 의해 산출한 노광면에서의 조도 분포를 나타내는 분포도.
도 9는 액정 디스플레이의 제조 공정 플로우의 일례를 도시하는 도면.
도 10은 액정 디스플레이의 컬러 필터 제조 공정 플로우의 일례를 도시하는 도면.
도 11은 액정 디스플레이의 컬러 필터의 구조의 일례를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대해서, 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
본 실시예는, 액정 디스플레이 제조에 있어서, 프록시미티 노광 방식을 이용해서 실시되는 것이다.
도 1, 도 8을 이용하여, 본 발명을 실시하기 위한 장치의 일 예를 나타내고, 프록시미티 노광 광학계의 평면 거울의 형상을 최적화하여, 목표의 중심 광선 각도ㆍ조도 분포를 만족시키는 평면 거울의 최적 조건을 산출ㆍ실제의 광학계로 피드백시키는 방법에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 노광 장치(100)의 일 실시 형태의 전체 구성을 나타낸 개략도의 예이다. 노광 장치(100)는, 노광 광학계 유닛(110), 스테이지 유닛(130), 제어ㆍ구동 유닛(150)을 구비해서 구성되어 있다. 노광 광학계 유닛(110)과 스테이지 유닛(130)은, 정상적인 환경을 유지하기 위해서 외부로부터의 기류를 차단하기 위한 케이스(101)로 덮어져 있다. 케이스(101)에는, 내부의 기체를 외부로 배기하기 위한 배기구(102)가 설치되어 있다.
노광 광학계 유닛(110)은, 수은 램프 등의 자외선을 포함하는 광을 발사하는 램프(111)와 타원 거울(112)로 이루어지는 광원(113)과, 광원(113)으로부터 발사된 노광광의 광로를 변환하기 위한 제1 미러(114), 이 제1 미러(114)에서 변환된 노광광의 광로 상에 배치되어서 노광광의 차단과 통과(온과 오프)를 절환하는 셔터(115), 셔터(115)를 통과한 노광광의 강도의 분포를 균일화하기 위해서 제1 플라이 아이 렌즈(1161)와 제2 플라이 아이 렌즈(1162)의 조합으로 구성된 광 인티그레이터(116), 광 인티그레이터(116)에서 강도 분포가 균일화 된 노광광의 광로를 변환하는 제2 미러(117), 제2 미러(117)에서 광로가 변환된 노광광을 반사해서 평행광을 형성하는 콜리메이트 미러(118), 이 콜리메이트 미러(118)에서 형성된 평행광을 마스크(140)의 방향으로 반사하는 미러 유닛(120)을 구비하고 있다. 또한, 셔터(115)는, 도시하고 있지 않은 셔터 구동 기구에 의해 노광광의 차단과 통과를 절환한다.
스테이지 유닛(130)은, X 방향으로 이동하는 X 스테이지(131), 지면에 대하여 수직인 Y 방향으로 이동하는 Y 스테이지(132), Z 방향으로 이동하는 Z 스테이지(133), Z 축의 주위로 회전하는 θ스테이지(134), 시료(기판)(1)를 척하는 기판 척(135)을 구비하고 있다.
마스크(140)는, 시료(1)와의 사이에 근소한 갭을 유지한 상태에서 마스크 홀더(141)에 유지된다. 마스크 홀더(141)에는, 마스크를 Z 방향으로 상하 이동시키는 구동 수단(도시 생략)이 내장되어 있다.
제어ㆍ구동 유닛(150)은, 스테이지 유닛(130)의 각 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부(151), 스테이지 유닛(130)의 기판 척(135)의 동작을 제어하는 기판 척 제어부(152), 마스크 홀더(141)의 마스크(140)의 유지를 제어하는 마스크 홀더 구동부(153), 광원(113)의 램프(111)의 온ㆍ오프나 광량을 제어하는 램프 전원 제어부(154), 셔터(115)에 의한 노광광의 차단과 통과의 절환을 제어하는 셔터 절환 제어부(155), 미러 유닛(120)을 제어하는 미러 유닛 제어부(156) 및 전체를 제어하는 전체 제어부(157)를 구비하고 있다.
미러 유닛(120)은, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 평면 거울(121), 복수의 액튜에이터(122), 액튜에이터 구동부(123)를 구비하여 구성되어 있다. 도 2b는, 평면 거울(121)에 대한 복수의 액튜에이터(122)의 배치를 나타내는 도면이다. 복수의 액튜에이터(122)로서는, 피에조 소자를 이용한다. 액튜에이터 구동부(123)는 외부로부터의 신호를 받아, 2차원 형상으로 배열한 복수의 액튜에이터(122)를 개개로 제어해서 평면 거울(121)의 이면에 압박해서 평면 거울(121)의 미소한 요철량을 조정한다.
또 제어ㆍ구동 유닛(150)은, 미러 유닛 제어부(156)에서 미러 유닛(120)을 제어하여, 평면 거울(121)의 이면에 2차원 형상으로 배열한 복수의 액튜에이터(122)를, 후술하는 노광하는 기판의 표면에 상당하는 위치에 조사한 노광광으로부터 얻어지는 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보를 이용해서 산출된 개개의 액튜에이터(122)의 구동량에 따라서 구동한다.
다음으로, 상기한 구성에 의한 동작을 설명한다. 우선, 스테이지 유닛(130)이 마스크 홀더(141)로부터 떨어진 장소에서 도시하고 있지 않은 기판 핸들링 장치에서 반송된 기판(1)을 수취하고, 기판 척 제어부(152)에 의해 구동 제어된 기판 척(135)에 의해 기판(1)을 척하여 유지한 상태에서 기판(1)이 마스크 홀더(141)의 아래에 위치하도록 이동한다. 이때, 셔터(115)는 셔터 절환 제어부(155)에 의해 제어되어서 노광광을 차단하고 있다. 또한, 마스크 홀더(141)는, 이동해 오는 기판(1)과 마스크(140)와의 간섭을 피하기 위해, 도시하고 있지 않은 구동 수단에 의해 Z 방향으로 퇴피하고 있다.
기판(1)의 마스크 홀더(141) 하측으로의 이동이 완료되면, 마스크(140)는 도시하고 있지 않은 구동 수단에 의해 구동되어서 하강하여, 기판(1)과 소정의 갭을 형성한다.
다음으로, 램프 전원 제어부(154)에 의해 제어되어서 광원(113)의 램프(111)가 온의 상태에서, 셔터 절환 제어부(155)는 셔터(115)를 제어해서 노광광을 통과시킨다. 셔터(115)를 통과한 노광광은, 제2 미러(117), 콜리메이트 미러(118), 미러 유닛(120)의 평면 거울(121)에서 순차적으로 반사되어서 마스크 홀더(141)에 유지되어 있는 마스크(140)에 조사된다. 이 마스크(140)에 조사된 노광광 중, 마스크(140)에 형성된 광 투과 패턴을 투과한 노광광에 의해, 마스크(140)와 미소한 갭을 갖고서 기판 척(135)에 의해 척되어져 있는 기판(1)의 표면에 도포된 레지스트 중 마스크(140)의 바로 아래에 있는 레지스트가 노광된다.
소정의 시간 레지스트를 노광한 후, 셔터 절환 제어부(155)는 셔터(115)를 제어해서 노광광을 차광한다. 노광광이 셔터(115)에 의해 차광된 상태에서, 마스크(140)는 도시하지 않고 있는 구동 수단에 의해 구동되어서 상승한다. 다음으로, 스테이지 제어부(151)는 X 스테이지(131)(또는 Y 스테이지(132))를 구동ㆍ제어해서 기판(1) 상의 다음 노광 영역이 마스크(140)의 바로 아래에 위치하도록 기판(1)을 이동시킨다. 다음 노광 영역이 마스크(140)의 바로 아래에 위치한 상태에서, 마스크(140)는 도시하고 있지 않은 구동 수단에 의해 구동되어 하강하여, 기판(1)의 다음 노광 영역과의 사이에 소정의 갭을 형성한다.
이렇게, 기판(1)의 새로운 노광 영역이 마스크(140)의 바로 아래에 위치한 상태에서, 다시 셔터 절환 제어부(155)가 셔터(115)를 제어해서 노광광을 투과시키고, 투과한 노광광이 마스크(140)에 조사되어서 마스크(140)의 바로 아래에 있는 기판(1)의 표면에 도포된 레지스트가 노광된다.
이렇게, 셔터(115)에 의한 노광광의 차광과 투과(온과 오프)와의 절환과 스테이지 제어부(151)에 의한 각 스테이지의 이동을 반복함으로써, 기판(1)의 전체면이 노광된다.
상기한 바와 같은 구성으로 기판(1)의 전체면의 노광을 행하는 노광 장치에 있어서, 기판(1)의 전체면에 걸쳐서 균일하고 고정밀도의 패턴의 노광을 실현하기 위해서는, 기판(1)의 노광면 상에 있어서의 노광광의 중심 광선 각도가 대략 수직이 되도록 하고, 또한, 조도 분포가 균일하게 되도록 하는 것이 필요하게 된다. 이하에, 노광광의 중심 광선 각도 및 조도 분포를 제어하는 방법과 그 수단에 대해서 설명한다.
여기에서는, 설명을 간단히 하기 위해서, 도 1에 나타낸 노광 광학계(110)의 광원부(113)로부터 기판(1)까지의 광로를 단순화하여 도 3과 같이 표시한다. 도 3에 나타낸 구성에서, 미러 유닛(120)의 평면 거울(121)의 형상을 최적화하고, 목표의 중심 광선 각도ㆍ조도 분포를 만족시키는 평면 거울(121)의 최적 조건을 산출해서 실제의 광학계로 피드백시키는 방법에 대해서 설명한다.
도 3에 나타낸 구성에서, 참조 부호(300)는 핀홀 카메라, 참조 부호(310)는 시뮬레이터를 탑재한 PC이다. 핀홀 카메라(300)는, 상면이 노광시의 기판(1)의 노광면의 위치(11)와 일치하도록 스테이지 유닛(130)에 의해 높이와 위치가 조정되어 있다.
핀홀 카메라(300)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 케이스(301)의 상면에 핀홀(302)을 설치한 핀홀판(303)이 부착되어 있다. 케이스(301)의 내부에서 핀홀(302)의 바로 아래에는 목시용 눈금 가이드(304)가 고정되어 있고, CCD 카메라(305)로 목시용 눈금 가이드(304)와 목시용 눈금 가이드(304) 상에 투영된 핀홀(302)을 투과한 광의 투영상을 촬상한다.
다음으로, 핀홀 카메라(300)로 촬상한 화상을 이용해서 기판(1)의 노광면 상의 중심 광선 각도, 조도 분포를 엄밀하게 제어하는 수순을 도 5를 이용하여 설명한다.
우선 처음에, 도 4에 나타낸 바와 같은 핀홀 카메라(300)의 핀홀(302)이 도 3에 나타낸 바와 같이 노광시의 기판(1)의 노광면의 위치(11)와 일치하도록 스테이지 유닛(130)에 의해 높이와 위치가 조정된 상태에서, 이 핀홀 카메라(300)를 이용하여, 노광면 상에 도달하는 광선의 중심 광선 각도를 실측한다(S501). 이 핀홀 카메라(300)에 있어서, 핀홀(302)로부터 목시 눈금 가이드(304)까지의 거리는 L1, 목시 눈금 가이드(304)로부터 카메라(305)까지의 거리는 L2로 배치한다. 도 3에 나타낸 바와 같은 구성에서, 광원(113)로부터 발사한 노광광은, 노광면 위치(11)에 도달해서 그 일부가 핀홀(302)을 통과하고, 핀홀(302)을 통과한 광은 핀홀(302)의 바로 아래 L1의 거리의 위치에 배치된 목시용 눈금 가이드(304) 상에 투영된다. 이 핀홀을 통과한 노광광의 투영상과 목시 눈금 가이드(304)를 동시에 CCD 카메라(305)로 촬영하여, 화상을 취득한다(S501).
도 6에 나타내는 취득 화상(60)에는, 다수의 스폿 형상의 상(62)과 목시 눈금 가이드의 상(61)이 포함되어 있다. 다수의 스폿 형상의 상(62)은, 제1 플라이 아이 렌즈(1611)를 구성하는 렌즈의 개수에 상당하는 집광점(도 6의 경우에는, 10×10열)으로 구성되어 있다.
상기 취득 화상(60)으로부터, 목시 눈금 가이드의 상(61)의 중심 위치(53)와 다수의 스폿 형상의 상(62)의 중심 위치(54)의 X 방향의 어긋남량 D1, Y 방향의 어긋남량 D2을 산출하고, 중심 광선 각도를 tan-1(D2/D1)에 의해 결정한다.
상기에 설명한 방법을 이용하여, 핀홀 카메라(300)를 탑재하고 있는 스테이지(300)를 일정한 피치(예를 들면, 도 2b에 나타낸 미러 유닛(120)의 평면 거울(121)의 이면에 배치한 다수의 액튜에이터(122)의 간격에 상당하는 거리)씩 이동시켜서 각 위치에서 핀홀 카메라(300)로 촬상하는 것을 반복해서 마스크(140)를 이용한 1회의 노광에 의한 노광면에 상당하는 영역(노광 영역) 내에 있어서의 중심 광선 각도를 매트릭스 형상으로 계측하고, 그 결과로부터 도 7에 참조 부호(70)로서 나타낸 중심 광선 각도 분포도를 작성한다.
다음으로, 상기에 의해 노광 영역 내에 있어서 매트릭스 형상으로 계측한 중심 광선 각도의 실측값을 이용하여, 평면 거울(121)의 형상을 PC(310)에 탑재한 시뮬레이터를 이용해서 산출한다(S502).
평면 거울 형상 산출 방법은, 노광면 상에서의 중심 광선 각도의 각 계측 위치의 값을 입력값으로 하고, 시뮬레이션 상의 광학계의 평면 거울 모델 작성 시에 적용한 예를 들면, XY 다항식 평면의 계수(X, Y, X2, XY, Y2, X3, X2Y, XY2, Y3)를 변수값으로 하여, 상기 입력 값에 대응하는 형상이 되도록, 시뮬레이션에 의해 평면 거울 최적화를 실시한다. 그 결과 얻어진 계수를 기초로 평면 거울(121)의 형상을 산출한다.
최적화 방법은, 목표값을 구하기 위하여, 초기 조건으로서 설정한 중심 광선 각도(예를 들면, 0°)와, 상기 XY 다항식의 변수를 변화시키고, 초기 값을 약간 변화시킨 경우의 중심 광선 각도와의 변화율을 구하고, 그들의 값으로부터, 최소 제곱법 또는 감쇠 최소 제곱법에 의해, 최량의 해를 얻는 것이다. 하기 수학식 1에서, XY 다항식의 상세를 나타낸다.
여기서, z:평면 거울 만곡량 c:평면 거울 곡률 k:코닉 상수 cj:xy의 계수
Figure 112014003939597-pat00001
평면 거울(121)의 실제의 형상을 산출한 후, 중심 광선 각도를 목표값 0.25°에 도달시키기 위해서, 시뮬레이션에 의해 노광면 상에서의 광선의 입사 각도가 0°에 근접하도록, 평면 거울을 최적화한다(S503). 예를 들면, 실측한 중심 광선 각도가 0°내지 0.6°의 범위에서 분포를 갖고 있었던 것으로 한다(도 7의 영역(71)(중심 광선 각도 0° 내지 0.2°), 영역(72)(중심 광선 각도 0.2° 내지 0.4°), 영역(73)(중심 광선 각도 0.4°내지 0.6°)). 이 값을 입력값으로 하여, PC(310)에 탑재한 시뮬레이터에서, 광선의 중심 광선 각도의 목표값을 0°로 설정하고, 평면 거울에 적용하고 있는 XY 다항식의 계수(X, Y, X2, XY, Y2, X3, X2Y, XY2, Y3)를 변수로 하여, 중심 광선 각도가 상기 목표값에 들어 가도록, 시뮬레이션에 의해 평면 거울 최적화를 실시한다.
다음으로, 평면 거울(121)을 상기 최적화의 결과를 기초로 변형한 경우, 조도 분포도 목표값을 만족하는지, 평면 거울 최적화 결과를 반영시킨 모델을 작성하고, 이것을 이용해서 노광면 상에서의 조도 분포를 시뮬레이션에 의해 산출한다(S504). 다음으로, 얻어진 조도 분포가, 목표값 ±2.5％를 만족하고 있는지를 확인한다(S505).
만일, S505에 있어서, 시뮬레이션으로부터 얻은 조도 분포가 목표값을 달성하고 있지 않다고 판단한 경우에는(NO), 조도 분포가 균일해지도록, 중심 광선 각도가 목표값으로부터 벗어나지 않는 허용 범위 내에서, 광선의 중심 광선 각도를 변경하고(S506), S504로 되돌아가서 시뮬레이션에 의해 노광면 상에서의 조도 분포를 산출하고, 다시 S506으로 진행하여, 얻어진 조도 분포가 목표값 ±2.5％ 이하를 만족시키고 있는지를 확인하는 것을 반복한다.
조도 분포가 목표값을 만족하도록 하기 위해서 평면 거울의 형상을 수정하는 방법으로서, 구체적으로는, 도 8에 나타낸 바와 같은 조도 분포도 중에, 조도 분포가 ±3％로, 목표값(±2.5％)을 초과한 에어리어(80)가 있었을 경우, 그 부분에 도달하는 광선의 방향을 랜덤하게 하는 식으로, 평면 거울의 XY 다항식의 계수를 다시 계산한다.
S505에서 조도 분포가 목표값을 만족하는 것이 확인된 경우(YES), 얻어진 평면 거울의 최적화 형상을 재현시키기 위해서, 상기 재계산으로부터 얻어진 시뮬레이션에 의한 평면 거울의 형상과 실제의 평면 거울(121)의 형상과의 차분을 산출하여, 그 차분으로부터, 평면 거울 이면에 설치되어 있는 액튜에이터의 각 위치에 있어서의 보정량(최대 3㎜)을 결정하고(S507), 이 결정한 액튜에이터의 보정량의 정보를 제어ㆍ구동 유닛(150)의 미러 유닛 제어부(156)에 송신하고, 미러 유닛 제어부(156)에서 수신한 액튜에이터의 보정량의 정보에 기초해서 미러 유닛(120)의 평면 거울(121)의 조정 기구인 액튜에이터(122)를 작동시킴으로써 피드백하여 조정한다(S508).
그 후, 핀홀 카메라(300)를 사용해서 노광면(11)의 노광 영역에 있어서의 중심 광선 각도를 실측하고(S509), 노광면에서의 광선의 중심 광선 각도가 목표값을 달성하고 있는지 확인하여(S510), 목표값을 달성하고 있으면 피드백 종료로 된다. 목표값이 달성되고 있지 않을 경우, S503으로 되돌아가서 실측한 평면 거울의 중심 광선 각도의 결과를 시뮬레이션 모델에 반영시켜, 다시 시뮬레이션에 의해, S504로부터 S509까지를 실시하고, 실측값이 목표값을 만족할 때 까지 반복하여, 실측값이 목표값을 만족한 시점에서 종료로 한다.
이들 상기 수순에 의해, 기판(1)의 표면에 도포된 레지스트를 노광하는 패턴 형상의 보정을 행한다.
또한, 제어ㆍ구동부(150)의 미러 유닛 제어부(156)로 보내진 액튜에이터(122)의 보정량의 정보는, 미러 유닛 제어부(156)에 기억 유지된다. 이에 의해, 일단 노광 장치(100)의 전원을 끄고, 다시 전원을 접속한 경우라도, 미러 유닛 제어부(156)는, 기억 유지되어 있던 액튜에이터의 보정량의 정보를 이용해서 미러 유닛(120)의 개개의 액튜에이터(122)를 제어하여, 평면 거울(121)을 전원을 끄기 전의 상태로 재현할 수 있다.
이렇게 하여 중심 광선 각도와 조도 분포가 조정된 노광 광학계를 이용해서 기판(1)의 표면에 도포된 레지스트에 마스크(140)에 형성된 패턴을 노광함으로써, 고정밀도로 기판 전체면에 걸쳐서 균일한 패턴의 노광을 실현할 수 있다.
상기에 설명한 핀홀 카메라를 이용한 노광광의 중심 광선 각도와 조도 분포와의 조정은, 노광 장치에서 실제의 기판 상에 노광을 개시하기 전에 행하지만, 노광 장치에서 일정한 매수의 기판을 노광할 때마다 정기적으로 실시해도 되고, 또한, 광학계의 조정, 부품 교환을 행한 후에 행하도록 해도 된다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초해 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다. 즉, 상기 실시예에서 설명한 구성(스텝)의 일부를 그것과 등가의 기능을 갖는 스텝 또는 수단으로 치환한 것도, 또는, 실질적이지 않은 기능의 일부를 생략 한 것도 본 발명에 포함된다.
100 : 노광 장치
110 : 노광 광학계 유닛
120 : 미러 유닛
121 : 평면 거울
122 : 액튜에이터
123 : 액튜에이터 구동부
130 : 스테이지 유닛
140 : 마스크
150 : 제어ㆍ구동 유닛
300 : 핀홀 카메라
310 : PC

Claims (18)

  1. 노광광을 발사하는 광원을 갖는 노광 광학 수단과,
    마스크를 유지하는 마스크 홀더 수단과,
    기판을 재치해서 평면 내에서 이동 가능한 스테이지 수단과,
    상기 노광 광학 수단과 상기 스테이지 수단을 제어해서 상기 스테이지 수단에 재치된 기판 위를 순차적으로 노광하는 제어 수단을 구비한 노광 장치로서,
    상기 노광 광학 수단은, 상기 광원으로부터 발사된 노광광을 다수의 점광원으로 변환하는 광 인티그레이터와, 그 광 인티그레이터를 투과한 노광광을 평행광으로 변환하는 콜리메이트 미러와, 그 콜리메이트 미러에서 평행광으로 변환된 노광광을 평면 거울에서 반사해서 상기 마스크 홀더 수단에 유지되어 있는 마스크에 조사하는 미러 유닛을 구비하고,
    상기 미러 유닛은, 상기 평면 거울의 상기 노광광을 반사하는 면과 반대측의 면을 누르는 액튜에이터를 2차원 형상으로 배열해서 장비하고,
    상기 스테이지 수단에 재치된 기판의 표면에 상당하는 위치에 핀홀이 배치되고 목시용 눈금 가이드와 촬상 카메라를 구비하는 핀홀 카메라를 더 구비하며,
    상기 제어 수단은, 상기 핀홀 카메라의 상기 스테이지 수단에 재치된 기판의 표면에 상당하는 위치에 배치한 상기 핀홀을 통과해서 상기 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보에 기초해 2차원 형상으로 배열된 개개의 액튜에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 인티그레이터는, 복수의 플라이 아이 렌즈로 구성되어 있고, 상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는 상기 복수의 플라이 아이 렌즈 중의 상기 광원에 가장 가까운 플라이 아이 렌즈에 의해 형성되는 점광원의 정보인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보를 이용해서 산출된 상기 미러 유닛의 2차원으로 배열된 개개의 액튜에이터의 구동량의 정보에 기초해서 그 액튜에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는, 그 점광원으로부터의 광의 상기 기판의 표면에 대응하는 위치에 입사하는 입사각의 정보와, 상기 점광원의 조도 분포의 정보인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는, 상기 스테이지 수단에 재치된 기판의 표면에 상당하는 위치에 핀홀을 설치한 핀홀 카메라로 촬상해서 얻은 상기 노광광의 화상을 처리함으로써 얻어진 정보인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는, 상기 핀홀 카메라를 상기 노광광이 조사되는 영역 내를 순차 이동시켜서 취득한 상기 노광광의 화상을 처리함으로써 얻어진 정보인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 광원으로부터 발사된 노광광을 광학계를 개재해서 광을 투과하는 패턴이 형성된 마스크에 조사하고, 그 마스크에 조사된 노광광 중 상기 패턴을 투과한 노광광을 상기 마스크와 근접해서 배치된 기판의 제1 영역에 도포된 레지스트 상에 투사해서 그 레지스트를 노광하는 것을 상기 기판의 전체면에 걸쳐서 반복함으로써, 상기 마스크에 형성된 패턴으로 상기 기판의 전면을 노광하는 방법으로서,
    상기 노광광을 상기 마스크에 조사하는 것을, 상기 광원으로부터 발사된 노광광을 광 인티그레이터를 투과시켜서 복수의 점광원으로 변환하고, 그 광 인티그레이터를 투과해서 복수의 점광원으로 변환된 노광광을 콜리메이트 미러에서 평행광으로 변환하고, 그 평행광으로 변환된 노광광을 이면에 액튜에이터를 2차원 형상으로 배열해서 장비한 평면 거울에서 반사해서 상기 마스크에 조사함으로써 행하고,
    상기 평면 거울의 이면에 2차원 형상으로 배열한 액튜에이터를, 상기 노광하는 기판의 표면에 상당하는 위치에 핀홀이 배치되고 목시용 눈금 가이드와 촬상 카메라를 구비하는 핀홀 카메라의 상기 핀홀을 통과해서 상기 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보에 기초해서 상기 2차원 형상으로 배열된 액튜에이터의 개개의 액튜에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광 인티그레이터는, 복수의 플라이 아이 렌즈로 구성되어 있고, 상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는 상기 복수의 플라이 아이 렌즈 중의 상기 광원에 가장 가까운 플라이 아이 렌즈에 의해 형성되는 점광원의 정보인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 2차원 형상으로 배열한 액튜에이터를 제어하는 것을, 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보를 이용해서 산출된 상기 개개의 액튜에이터의 구동량에 기초해서 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는, 그 점광원으로부터의 광의 상기 노광하는 기판의 표면에 상당하는 위치에 입사하는 입사각의 정보와, 상기 점광원의 조도 분포의 정보인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  11. 제7항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는, 상기 노광하는 기판의 표면에 상당하는 위치에 핀홀을 설치한 핀홀 카메라로 촬상해서 얻은 상기 노광광의 화상을 처리함으로써 얻어진 정보인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 노광광으로부터 얻어지는 상기 광 인티그레이터의 점광원에 관한 정보는, 상기 핀홀 카메라를 상기 노광광이 조사되는 영역 내를 순차 이동시켜서 취득한 상기 노광광의 화상을 처리함으로써 얻어진 정보인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 핀홀 카메라의 목시용 눈금 가이드 상에 투영되는 상의 수는, 상기 광 인티그레이터에서 변환되는 상기 다수의 점광원의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 핀홀 카메라의 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치와 상기 목시용 눈금 가이드의 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치의 어긋남량으로부터 중심 광선 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지 수단을 일정한 피치씩 이동시켜서 각 위치에서 상기 핀홀 카메라의 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치와 상기 목시용 눈금 가이드의 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치의 어긋남량으로부터 중심 광선 각도를 산출하고, 상기 각 위치마다 산출한 중심 광선 각도로부터 중심 광선 각도 분포도를 작성하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 핀홀 카메라의 목시용 눈금 가이드 상에 투영되는 상의 수는, 상기 광 인티그레이터에서 변환되는 상기 다수의 점광원의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 핀홀 카메라의 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치와 상기 목시용 눈금 가이드의 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치의 어긋남량으로부터 중심 광선 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 기판을 일정한 피치씩 이동시켜서 각 위치에서 상기 핀홀 카메라의 목시용 눈금 가이드 상에 투영된 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치와 상기 목시용 눈금 가이드의 상을 상기 촬상 카메라로 촬상해 얻은 화상의 중심위치의 어긋남량으로부터 중심 광선 각도를 산출하고, 상기 각 위치마다 산출한 중심 광선 각도로부터 중심 광선 각도 분포도를 작성하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
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