KR101572301B1 - 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 워크를 워크면에 직교하는 방향(Z방향)으로 이동시켰을 때, Z방향 이동 기구의 진직도가 원인으로 발생하는 워크면에 평행한 평면 내에서의 워크의 이동을 수정하는 것이다.
(해결 수단) 마스크 M의 마스크 마크 MAM 이미지를 얼라인먼트 현미경(80)으로 검출하여, 그 위치를 기억한다. 다음에, 워크 W를 흡착 테이블(33)에 올려 놓아 워크 마크 WAM의 위치를 검출하고, 워크 W와 마스크 M의 위치 맞춤을 행하여, 레이저 측장기(34)에 의해, 슬라이더(32)로부터 반사 미러(35)까지의 거리 a를 기억한다. 그 다음에, 노광 처리를 행하기 위해서, Z방향 이동 기구(50)에 의해, 워크 스테이지(30)를 워크 W의 두께분 하강시켜, 레이저 측장기(34)에 의해 슬라이더(32)로부터 반사 미러(35)까지의 거리 b를 측정한다. 그리고 상기 거리 a와 b에 의해 워크 스테이지(30)의 하강에 의한 이동량을 검출하여, 워크 W를 마스크 M과 위치 맞춤한 위치로 되돌린다. 이 상태에서, 광출사부(10)로부터 노광광을 출사하여 워크 W를 노광한다.

Description

노광 장치{EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 노광 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 이동 스테이지를 스테이지면에 대해 수직 방향으로 이동시킬 때에 발생하는, 이동 스테이지의 스테이지면 상에서의 위치 어긋남량을 작게 할 수 있는 노광 장치에 관한 것이다.
노광 장치는, 프린트 기판이나 액정 패널 등(이하 워크라고도 부른다)의 제조 공정에 있어서 배선 등의 패턴 형성에 이용된다. 도 6에 상기 노광 장치의 구성예를 나타낸다.
도 6에 나타낸 노광 장치는, 투영 렌즈를 구비하며, 마스크의 패턴을 상기 투영 렌즈에 의해 워크 상에 투영하여 노광하는 투영 노광 장치를 나타내며, 이 도면에 나타낸 것은 워크 W의 이면에 얼라인먼트 마크가 형성되고, 이 워크의 이면의 얼라인먼트 마크(이하 워크 마크 WAM)와, 마스크 M에 형성되어 있는 얼라인먼트 마크(이하 마스크 마크 MAM)를 위치 맞춤하여 노광하는 투영 노광 장치를 나타낸다.
이러한 노광 장치로서 특허 문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.
이러한 노광 장치는, 주로, 광조사부(10), 워크에 노광(전사)하는 패턴을 형성한 마스크 M, 이 마스크를 유지하는 마스크 스테이지(20), 노광 처리를 행하는 프린트 기판이나 액정 패널 등의 워크 W를 유지하는 흡착 테이블(33)을 구비한 워크 스테이지(30), 마스크 M에 형성된 패턴을 흡착 테이블(33)에 유지된 워크 W 상에 투영하는 투영 렌즈(40)를 구비한다
또한, 마스크 M에 형성된 패턴을, 워크 스테이지(30)에 유지된 워크 W 상에 투영하는 투영 수단으로서, 렌즈를 이용하지 않고 미러를 이용하는 것도 있다.
광조사부(10)는, 노광광을 방사하는 광원인 램프(11), 램프(11)로부터의 광을 반사하는 미러(12) 등을 구비한다.
또, 워크 스테이지(30)는, 워크 W를 유지하는 흡착 테이블(33), XYθ 구동부(37)를 구비한 이동 스테이지(32), Z구동부(51)를 구비한 이동 스테이지 Z방향 이동 기구(50)로 구성되며, 이동 스테이지(32)는, 상기 Z방향 이동 기구(50) 상에 올려져 있다. 또, 이동 스테이지(32) 상에는 상기 워크 W를 유지하는 흡착 테이블(33)이 부착된다.
워크 스테이지(30)의 이동 스테이지(32)와 흡착 테이블(33)은, XYθ 구동부(37)에 의해 XY방향(워크면(노광광이 조사되는 면)에 평행한 직교하는 2축, 즉 투영 렌즈의 광축에 직교하는 2축), θ방향(워크면에 수직인 축의 둘레의 회전, 즉 투영 렌즈(40)의 광축 L에 평행한 축의 둘레의 회전)으로 이동하고, Z방향 이동 기구(50)의 Z구동부(51)에 의해 Z방향(워크면에 수직인 방향, 즉 투영 렌즈(40)의 광축 L방향)으로 이동한다. 흡착 테이블(33)도 이동 스테이지(32)와 일체로 XYθ 방향으로 이동한다.
상기 XYθ 구동부(37)에서의 구동 장치는, 예를 들면, XYθ 방향의 이동량을 검출하는 검출 수단(예를 들면, 인코더)을 내장한 래디얼형 서보모터이며, 그 서보모터에 리니어 가이드와 볼나사 등을 통하여 상기 이동 스테이지(32)가 부착되고, 상기 서보모터를 구동함으로써, 이동 스테이지(32)를 XYθ 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 Z방향 이동 기구(50)에서의 Z구동부(51)에 대해서도, 마찬가지로, Z방향의 이동량을 검출하는 검출 수단(예를 들면, 인코더)을 내장한 래디얼형 서보모터와 리니어 가이드와 볼나사 등으로 구성할 수 있으며, 그 서보모터를 구동함으로써, 상기 이동 스테이지(32)를 Z방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 광조사부(10), 마스크 스테이지(20), 투영 렌즈(40), Z방향 이동 기구(50)는, 하나의 구조체(프레임(60))에 지지 고정되어 있다. 즉, 마스크 스테이지(20)는 마스크 스테이지를 유지하는 프레임(61)을 통하여 상기 프레임(60)에 유지되며, 투영 렌즈(40)는 투영 렌즈를 고정하는 프레임(62)을 통하여, 상기 장치 전체를 지지하는 프레임(60)에 지지된다.
상기에서는, 워크 스테이지를 이동시키는 수단으로서 서보모터 등으로 이루어지는 구동 장치를 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 워크 스테이지를 이동시키는 기구로서는, 예를 들면, 서페이스 모터 스테이지 장치, 소이어 모터 스테이지 장치 등으로 칭해지는 스테이지 장치(예를 들면 특허 문헌 2 등 참조) 등을 이용할 수도 있다.
또한, 도 6에 있어서는, 노광 장치의 동작을 제어하는 제어부나 램프를 점등시키는 전원부 등은 생략하고 있다.
일본국 특허 제3201233호 공보 일본국 특허 공개 평2006-149051호 공보
도 6에 나타낸 것에 있어서는, 워크 W의 이면에 워크 마크 WAM가 복수(도 6에 있어서는 2개) 형성되어 있다.
워크 스테이지(30)의, 워크 마크 WAM가 있는 위치에는 관통 구멍(33a)이 형성되어 있다. 그리고, 워크 스테이지(30)에는, 그 관통 구멍(33a)을 통하여 워크 마크 WAM과, 마스크 M에 형성되어 있는 마스크 마크 MAM을 검출하기 위한 얼라인먼트 현미경(80)이 부착되어 있다.
얼라인먼트 현미경(80)의 초점 f2는, 워크 W 이면의 워크 마크 WAM을 검출하기 위해서, 워크 W의 이면의 위치인 흡착 테이블(33)의 표면 위치가 되도록 설정되어 있다.
마스크와 워크의 위치 맞춤으로부터 노광에 이르는 순서는 이하와 같다.
(1) 우선 마스크 마크 MAM의 검출을 행한다. 흡착 테이블(33) 상에 워크 W가 없는 상태에서 광조사부(10)로부터 노광광을 출사한다. 마스크 M에 형성되어 있는 마스크 마크 MAM이 투영 렌즈(40)에 의해 투영되어, 워크 W의 표면에 상당하는 위치에 결상된다.
투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1(즉 마스크에 형성되어 잇는 마스크 마크 MAM이나 패턴이 결상되는 위치)은, 이동 스테이지(32)의 흡착 테이블(33)에 워크 W가 놓여졌을 때의 워크 W의 표면이 되도록, 미리 조정이 이루어져 있다.
(2) 상기한 바와 같이 얼라인먼트 현미경(80)의 초점 위치 f2는, 흡착 테이블(33)의 표면 위치이다. 그 때문에, 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1과 얼라인먼트 현미경(80)의 초점 위치 f2는 일치하고 있지 않다. 양자를 일치시키지 않으면, 얼라인먼트 현미경(80)은 결상된 선명한 마스크 마크 MAM 이미지를 수상할 수 없다.
그 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같이, Z방향 이동 기구(50)에 의해, 워크 스테이지(30) 전체를 워크 W의 두께에 상당하는 거리만큼 상승(투영 렌즈(40)의 광축 L방향으로 이동)시킨다.
이것에 의해 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1(마스크 마크 MAM의 결상 위치)와 얼라인먼트 현미경(80)의 초점 위치 f2가 일치하여, 얼라인먼트 현미경(80)은 결상된 마스크 마크 MAM 이미지를 수상한다.
(4) 얼라인먼트 현미경(80)은 마스크 마크 MAM의 투영 이미지를 검출하여, 그 위치를 제어부(도시하지 않음)에 의해 기억한다. 제어부가 마스크 마크 MAM의 위치를 기억하면, 광출사부(10)로부터의 노광광의 출사를 정지한다. 도시하지 않은 반송 기구에 의해 워크 W가 반송되어 이송 스테이지(32)의 흡착 테이블(33) 상에 놓여진다.
(5) 흡착 테이블(33)의 관통 구멍(33a)을 통하여, 얼라인먼트 현미경(80)이, 워크 W 이면의 워크 마크 WAM을 검출한다. 검출한 워크 마크 WAM의 위치와, 기억하고 있는 마스크 마크 MAM의 위치를 비교하여, 양자가 미리 설정된 위치 관계가 되도록(예를 들면 일치하도록), 제어부(도시하지 않음)가, 이동 스테이지(32)를, 투영 렌즈(40)의 광축 L에 직교하는 평면 내의, X방향(도면의 좌우 방향), Y방향(도면의 앞 안쪽 방향), θ방향(광축의 둘레의 회전 방향)으로 이동시킨다.
(6) 이상으로 마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤은 끝나고, 이어서 노광 처리로 넘어가는데, 이 상태에서는 노광을 행할 수 없다. 왜냐하면, 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1(마스크 M에 형성된 패턴의 결상 위치)이, 워크 W의 표면이 아닌 흡착 테이블(33)의 표면 위치에 있기 때문이다. 그 때문에, 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1이 워크 W의 표면 위치가 되도록, Z방향 이동 기구(50)에 의해, 워크 스테이지(30)를 워크 W의 두께분 하강시킨다.
(7) 이 상태에서 광출사부(10)로부터 재차 노광광을 출사한다. 마스크 M에 형성되어 있는 패턴이, 워크 W의 표면에 투영 결상되며 워크 W는 노광된다. 노광된 워크 W는, 도시하지 않은 반송 기구에 의해, 흡착 테이블(33) 상으로부터 반출된다.
상기 순서(6)에서 나타낸 바와 같이, 마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤 후에, 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1을 흡착 테이블(33)의 표면으로부터 워크 W의 표면으로 이동시키기 때문에, 워크 스테이지(30)가 투영 렌즈(40)의 광축 L방향으로 이동(Z방향으로 하강)한다. 그 때문에 Z방향 이동 기구(50)의 진직도(眞直度)가, 워크 W의 노광 정밀도에 영향을 준다.
도 6에 나타낸 노광 장치에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, Z방향 이동 기구(50)의 진직도가 나쁘면, 상승하고 있던 워크 스테이지(30)(도면 중 점선으로 나타낸다)가 하강할 때에, 워크 W를 유지하고 있는 이동 스테이지(32)가, 투영 렌즈(40)의 광축 L에 직교하는 평면 내(즉 워크면에 평행한 평면 내)에서, 도면 좌우 앞 안쪽 방향(XY방향)이나 광축의 둘레의 회전 방향(θ방향)으로 이동해 버려, 그 때문에 워크가, 마스크 M과 위치 맞춤한 위치로부터 어긋나 버린다.
예를 들면, 워크 W가 프린트 기판인 경우, 그 두께는 1mm 정도이다. 그 때문에 상기의 순서에 있어서, 워크 스테이지(30)는 투영 렌즈(40)의 광축 L방향(Z방향)으로 약 1mm 이동한다. 현 상황의 장치에 있어서는, Z방향으로 약 1mm 이동하면, XY방향이면 0.2μm에서 0.3μm의, θ방향이면 5μrad(라디안)의 진직도의 어긋남(XYθ 방향으로의 이동)을 발생시키는 것을 알 수 있었다.
현재 상기의 노광 장치에 있어서는, 0.5μm 이하의 노광 정밀도를 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 그러나, 이러한 워크 스테이지의 Z방향 이동 시의 진직도에 기인하는 어긋남이 발생하면, 0.5μm 이하의 노광 정밀도를 달성하는 것은 곤란해진다.
종래의 장치는, Z방향 이동 기구(50) 상에, XYθ 구동부(37)를 구비한 이동 스테이지(32)가 올려져 있으며, XYθ 구동부(37)에 설치된 인코더는, Z방향 이동 기구(50)에 대한 이동 스테이지(37)의 이동량을 검출하는 것이다.
이 때문에, 상기와 같이 Z방향 이동 기구(50)에 의해, 이동 스테이지(32)가 투영 렌즈(40)의 광축 L방향(Z방향)으로 이동시켰을 때에, 상기 진직도에 기인하여 워크 W를 유지하는 이동 스테이지(32)(흡착 테이블(33))가 XYθ 방향으로 이동했다(어긋났다)고 해도, 이 이동 스테이지(32)가, 어느 정도 XYθ 방향으로 이동했는지를 검출할 수 없었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하는 것으로서, 워크 스테이지가 워크 면에 직교하는 방향(Z방향)으로 이동했을 때, 워크 스테이지를 Z방향으로 이동시키는 이동 기구의 진직도가 원인으로 발생되는, 워크면에 평행한 평면 내에서의 이동량(XYθ 방향의 어긋남량)을 검출하여, 워크의 위치를 수정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
종래의 워크 스테이지에 있어서는, 이동 스테이지(32)의 XYθ 방향의 이동량을 검출하는 인코더 등의 검출 수단(이하, 위치 검출 수단이라고도 한다)을 구비한 XYθ 구동부(37)는, Z방향으로 이동하는 Z방향 이동 기구(50) 상에 설치되어 있었다. 그 때문에, 상기 이동 스테이지(32)가 Z방향 이동 기구(50)에 의해, 워크면에 수직인 방향(Z방향)으로 이동할 때, 상기 이동 스테이지(32) 및 XYθ 방향의 이동량을 검출하는 위치 검출 수단을 구비한 XYθ 구동부(37)는, Z방향 이동 기구(50)와 일체로 이동한다.
그 때문에, 상기 Z방향으로 이동할 때, 상기 이동 스테이지(32)가, 워크면에 평행한 평면 내에서 이동해도(XYθ 방향으로 어긋나도), Z방향 이동 기구와의 상대적 이동량을 검출하는 이동 스테이지(32)의 인코더 등의 위치 검출 수단에서는, Z방향 이동 기구(50)의 진직도가 원인으로 발생하는 워크의 XYθ 방향의 이동량(광축으로부터의 어긋남량)을 검출할 수 없다.
이 때문에, Z방향 이동 기구(50) 상에, 이동 스테이지(32)와 그 이동 스테이지(32)의 이동량을 검출하는 위치 검출 수단을 구비한 XYθ 구동부가 설치된 워크 스테이지에 있어서는, XYθ 방향의 위치 결정 정밀도를 아무리 향상시켜도, Z방향 이동 시의 진직도를 향상시키지 않는 한, XYθ 방향의 위치 결정 정밀도를 향상시키는 데는 한계가 있다.
이러한 문제에 대해, 상기 이동 스테이지가 Z방향(워크면에 수직인 방향) 이동했을 때에, 이동 스테이지의 XYθ 방향의 어긋남량을 측정할 수 있으면, 그 어긋남량에 기초하여 이동 스테이지의 위치를 원래로 되돌릴 수 있어, 상기 문제를 해결할 수 있다.
그래서, 본 발명에 있어서는, 상기 위치 검출 수단으로서, 레이저를 입출사하는 레이저 측장기와 반사 미러로 구성되는 레이저 측장 수단을 이용하여, 레이저 측장기를 이동 스테이지에 설치하고, 상기 반사 미러를, Z방향으로 이동시키는 Z방향 이동 기구 상이 아닌, 마스크를 유지하는 마스크 스테이지나 투영 렌즈 등을 지지하는 프레임에 일체로 고정한다.
이와 같이 구성하면, Z방향 이동 기구에 의해 이동 스테이지가 Z방향으로 이동할 때, Z방향 이동 기구의 진직도가 원인으로, 워크가 XYθ 방향으로 어긋났다고 해도, 상기 위치 검출 수단에 의해 워크의 XYθ 방향의 어긋남량을 구하여 보정할 수 있다.
즉, 상기 레이저 측장 수단에 의해, Z방향으로 이동하기 전의 상기 이동 스테이지의 XYθ 방향의 위치를 구하여, 제어부에 설치한 기억 수단에 기억시켜 두고, 이동 스테이지를 Z방향으로 이동시킨 후의 상기 XYθ 방향의 위치를 상기 레이저 측장 수단으로 측정하고, 제어부에 있어서, 상기 기억된 XYθ 방향의 위치와, Z방향 이동 후의 상기 XYθ 방향의 위치를 비교하여, Z방향 이동에 의한 XYθ 방향의 위치 어긋남량을 구하여, 이 어긋남량을 캔슬하도록 이동 스테이지를 XYθ 방향으로 이동시키면, Z방향 이동 기구의 진직도가 원인으로 발생하는 워크의 XYθ 방향의 변화를 보정할 수 있다.
상기에 기초하여, 본 발명에 있어서는, 이하와 같이 하여 상기 과제를 해결한다.
(1) 노광광을 출사하는 광조사부와, 패턴을 형성한 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 측장용의 레이저를 입출사하는 레이저 측장기를 구비하며 워크를 유지하는 이동 스테이지와, 상기 이동 스테이지를, 상기 마스크의 패턴이 노광되는 상기 워크면에 평행한 평면 내를 이동시키는 이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구와, 상기 이동 스테이지를 상기 이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구와 함께, 상기 워크면에 직교하는 방향으로 이동시키는 이동 스테이지 Z방향 이동 기구와, 상기 이동 스테이지에 설치된 레이저 측장기로부터의 레이저를 반사하는 반사 미러와, 상기 반사 미러에 의해 반사된 레이저가 상기 레이저 측장기에 입사함으로써 측장되는 상기 레이저 측장기로부터 상기 반사 미러까지의 거리에 기초하여, 상기 이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구에 의해 상기 이동 스테이지를 이동시키는 제어부를 구비한 노광 장치에 있어서, 상기 반사 미러를, 상기 마스크 스테이지를 지지하는 구조체에 고정한다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 이동 스테이지 XYθ 이동 기구를, 격자 형상으로 돌극이 설치된 평면 형상의 플래튼과, 상기 플래튼 상에, 상기 플래튼 평면에 있어서 직교하는 XY좌표축의 각 축방향으로 이동 자계를 발생시키는 자극을 가지는 이동자를 구비한 이동체로 구성한다.
본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
워크 스테이지의 이동 스테이지에 설치한 레이저 측장기로부터의 레이저를 반사하는 미러를, 마스크를 유지하는 마스크 스테이지를 지지하는 구조체와 일체로 고정했으므로, 워크 스테이지가 Z방향(워크면에 수직인 방향)으로 이동할 때에, 이동 스테이지가 XY방향(워크면에 평행한 방향), 또한 θ방향(워크면에 수직인 축의 둘레로 회전하는 방향)으로 이동해도, 반사 미러는 이동하지 않는다.
그 때문에, 워크 스테이지가 Z방향으로 이동할 때에 슬라이더가 XY방향 또는 θ방향으로 이동한 경우여도, 레이저 측장기에 의해, 그 이동량을 검출할 수 있다.
이 때문에, 이 검출한 이동량을 캔슬하도록, 이동 스테이지를 이동시켜, 워크를 원래의 위치(마스크와 워크가 위치 맞춤된 위치)로 되돌릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 노광 장치의 구성예를 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에 있어서 워크 스테이지를 상승시킨 상태를 나타낸 도이다.
도 3은 도 1에 있어서 Z방향 이동 기구의 진직도에 기인하여 슬라이더가 XYθ 방향으로 이동하는 상태를 설명한 도이다.
도 4는 도 1에 있어서 Z방향 이동 기구의 진직도에 기인하는 슬라이더의 이동의 보정을 설명한 도이다.
도 5는 레이저광의 높이를 워크의 높이와 맞추는 구조로 한 워크 스테이지의 구성예를 나타낸 도이다.
도 6은 종래의 노광 장치의 일례를 나타낸 도이다.
도 7은 도 6에 있어서 워크 스테이지를 상승시킨 상태를 나타낸 도이다.
도 8은 도 6에 있어서 Z방향 이동 기구의 진직도에 기인하는 이동 스테이지의 XYθ 방향의 이동을 설명한 도이다.
도 1에, 본 발명의 실시예의 노광 장치의 구성예를 나타낸다. 이 도면은, 상기 종래예와 마찬가지로, 워크의 이면에 얼라인먼트 마크를 형성한 워크를 노광하는 투영 노광 장치를 나타내고 있다.
본 실시예의 노광 장치는, 도 6에 나타낸 것과 마찬가지로, 주로, 광조사부(10), 워크에 노광(전사)하는 패턴을 형성한 마스크 M, 이 마스크 M을 유지하는 마스크 스테이지(20), 노광 처리를 행하는 프린트 기판이나 액정 패널 등의 워크 W를 유지하는 워크 스테이지(30), 마스크 M에 형성한 패턴을, 워크 스테이지(30) 상의 워크 W 상에 투영하는 투영 수단을 구비한다.
또한, 투영 수단으로서, 렌즈를 이용한 투영 렌즈나, 렌즈를 이용하지 않고 미러를 이용한 것 등이 있지만, 본 실시예에 있어서는 투영 렌즈(40)를 예로서 설명한다. 투영 수단의 방식은, 렌즈를 사용한 것이어도, 미러를 사용한 것이어도, 본 발명과는 관계 없다.
광조사부(10)는, 노광광을 방사하는 광원인 램프(11), 램프(11)로부터의 광을 반사하는 미러(12), 셔터(13a)를 가지며 그 개폐를 제어함으로써 광조사부(10)로부터의 노광광의 출사를 제어하는 셔터 기구(13) 등을 구비한다
본 실시예의 워크 스테이지(30)는, 상기 특허 문헌 2 등에 기재되는 서페이스 모터(소이어 모터)를 이용한 평면 스테이지이며, 워크 스테이지(30)는, 플래튼(31)과 이동 스테이지(32)(이하 슬라이더라고 한다)를 구비한다.
플래튼(31)은, 격자 형상으로 자성체의 돌극이 설치되어 있는 평면을 가지는 부재이다. 이 플래튼(31) 상에, 슬라이더(32)가 에어의 작용에 의해 부상하고 있다.
이 상태에서 슬라이더(32)에 자력을 가하여, 슬라이더(32)와 플래튼(31)의 돌극 사이의 자계를 변화시킴으로써, 슬라이더(32)가 플래튼(31) 상을, 투영 렌즈(40)의 광축 L에 직교하는 평면 내에서 이동한다. 이 플래튼(31)과 슬라이더(32)에 자력을 가하는 기구가, 이동 스테이지(슬라이더) XYθ 방향 이동 기구이다.
슬라이더(32)에는, 슬라이더(32)의 위치를 측정하기 위한 레이저 측장기(34)가 부착되어 있다. 그리고, 이 레이저 측장기(34)로부터의 레이저광(36)를 반사하는 반사 미러(35)는, 마스크 스테이지(20), 투영 렌즈(40) 등을 고정한 프레임(60)에 고정되어 있다.
레이저 측장기(34)로부터 출사한 레이저광(36)은, 이 반사 미러(35)에 의해 반사되어 레이저 측장기(34)로 되돌아와, 슬라이더(32)의 위치(이동 거리) a를 측정한다.
또한, 도 1 등에는, X방향(도면의 좌우 방향)의 거리를 측정하는 레이저 측장기 만이 나타나 있지만, Y방향(도면의 앞 안쪽 방향)을 측정하는 레이저 측장기와 반사 미러(도시하지 않음)도 설치되어 있으며, 이들 레이저 측장기에 의해, XYθ 방향의 이동량을 측정할 수 있다.
슬라이더(32) 상에는, 워크 W를 흡착 유지하기 위한 진공 배관(도시하지 않음)이 접속된 흡착 테이블(33)이 부착되어 있으며, 노광 처리를 행하는 워크 W를 흡착 유지한다.
레이저 측장기(34)에 의해 슬라이더(32)의 위치가 검출되며, 이것에 의해 흡착 테이블(33)에 흡착 유지된 워크 W와 마스크 M의 위치 맞춤이 행해져 노광된다.
이동 스테이지 Z방향 이동 기구(50)(이하 Z방향 이동 기구(50)라고도 한다)는, 워크 스테이지(30)를 투영 렌즈(40)의 광축 L방향(도면 상하 방향, Z방향)으로 이동시킨다. Z방향 이동 기구(50)로서는, 상기한 바와 같이 Z방향의 이동량을 검출하는 검출 수단(예를 들면, 인코더)을 내장한 래디얼형 서보모터와 리니어 가이드와 볼나사 등으로 구성할 수 있다.
노광 장치의 제어부(70)는, 광조사부(10)의 램프(11)에 급전하여 점등시키는 램프 점등 장치(71)의 동작, 셔터 기구(13)의 동작, 투영 렌즈(40)의 줌 기구의 동작, 워크 스테이지(30)의 슬라이더(32) 등의 동작(이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구의 동작), Z방향 이동 기구(50)의 동작 등을 제어한다.
광조사부(10), 마스크 스테이지(20), 투영 렌즈(40), Z방향 이동 기구(50), 반사 미러(35)는, 하나의 구조체(프레임(60))에 지지 고정되어 있다. 즉, 마스크 스테이지(20)는 마스크 스테이지를 유지하는 프레임(61)을 통하여 상기 장치 전체를 지지하는 프레임(60)에 유지되며, 투영 렌즈(40)는 투영 렌즈를 고정하는 프레임(62)을 통하여 상기 프레임(60)에 지지되고, 반사 미러(35)는 반사 미러를 지지하는 프레임(63)을 통하여 상기 프레임(60)에 지지되어 있다. 플래튼(31)과 슬라이더(32) 등은, Z방향 이동 기구(50)를 통하여 프레임(60)에 지지된다.
또한, 상기 반사 미러(35)는, 슬라이더(32)의 스트로크(이동하는 거리) 분만큼 길게 할 필요가 있어, 중량도 비교적 커진다. 따라서, 반사 미러(35)를 상기 슬라이더(32)에 설치하면, 슬라이더(32)는 그 만큼 무거워져, 빠른 이동이나, 빠른 위치 결정이 불리해진다. 또 대형의 구동 기구 등이 필요해진다.
한편, 최근, 레이저 측장기용의 광원으로서 반도체 레이저가 사용되게 되어, 레이저 측장기는 종래와 비교하여 경량이 되었다. 이 때문에, 레이저 측장기를 이동체측(슬라이더(32))에 설치해도 중량의 증가는 적다.
그래서, 본 실시예에서는, 슬라이더(32)에 레이저 측장기(34)를 설치하고, 반사 미러(35)를 프레임(60)에 부착하고 있다.
이하, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4를 이용하여, 본 발명의 투영 노광 장치에서의, 마스크와 워크의 위치 맞춤으로부터 노광에 이르는 순서를 설명한다.
배경 기술과 마찬가지로, 워크 W의 이면에 워크 마크 WAM이 복수(도 1에 있어서는 2개) 형성되어 있다. 흡착 테이블(33)의, 워크 마크 WAM이 있는 위치에는 관통 구멍(33a)이 형성되어 있다. 슬라이더(32)에는, 그 관통 구멍(33a)을 통하여 워크 마크 WAM과 마스크 마크 MAM을 검출하기 위한 얼라인먼트 현미경(80)이 부착되어 있다.
얼라인먼트 현미경(80)의 초점 f2는, 워크 W 이면의 워크 마크 WAM을 검출하기 위해서, 워크 W의 이면 위치인 흡착 테이블(33)의 표면 위치가 되도록 설정되어 있다. 또, 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1(즉 마스크 마크 MAM이나 마스크의 패턴이 결상되는 위치)는, 슬라이더(32)의 흡착 테이블(33)에 워크 W가 놓여졌을 때의 워크 W의 표면 위치가 되도록, 미리 조정이 이루어져 있다.
본 실시예의 투영 노광 장치는, 상기한 바와 같이 이면에 워크 마크가 설치된 워크를 이용하여 마스크와 워크의 얼라인먼트를 행하는 것이며, 구체적으로는, 워크를 설치하지 않고, 마스크 마크의 이미지가 얼라인먼트 현미경의 시야 내에 들어가도록 조정하여, 마스크 마크의 결상 위치와 얼라인먼트 현미경의 초점 위치를 일치시켜, 그 결상 위치에 있는 마스크 마크의 투영 이미지를 수상·화상 처리하여 마스크 마크의 위치를 검출·기억한다. 다음에, 워크를 설치하여, 워크를 그 노광면에 대해 수직 방향으로 이동시켜 워크 마크와 얼라인먼트 현미경의 초점 위치를 일치시켜 워크 마크의 위치를 검출하고, 마스크 마크와 워크 마크가 겹치도록 워크를 이동시켜, 워크의 노광면과 마스크 패턴과 마스크 마크의 결상 위치를 일치시켜, 투영 렌즈를 통하여 워크 상에 마스크 패턴을 투영하여 노광하는 것이다.
이하, 구체적으로, 마스크와 워크의 위치 맞춤으로부터 노광에 이르는 구체적인 순서에 대해서 설명한다.
우선 마스크 마크 MAM의 검출을 행한다. 흡착 테이블(33) 상에 워크 W가 없는 상태에서, 제어부(70)는 셔터(13a)를 열어 광조사부(10)로부터 노광광을 출사한다. 마스크 마크 MAM은, 투영 렌즈(40)에 의해 투영되어, 초점 위치 f1(워크 W의 표면에 상당하는 위치)에 결상된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, Z방향 이동 기구(50)에 의해, 워크 스테이지(30)를 워크 W의 두께에 상당하는 거리 상승(투영 렌즈(40)의 광축 L방향, 즉 워크면에 수직인 방향으로 이동)시킨다.
이것에 의해 투영 렌즈(40)의 초점 위치 f1(마스크 마크 MAM의 결상 위치)와 얼라인먼트 현미경(80)의 초점 위치 f2가 일치한다. 이것에 의해 얼라인먼트 현미경은 결상된 마스크 마크 MAM 이미지를 수상한다.
또한, 워크 W의 두께는, 미리 워크 W의 두께를 제어부(70)에 등록하여, 기억시켜 두도록 해도 되고, 투영 렌즈(40)의 경통에 측장 센서를 부착하여, 투영 렌즈(40)로부터 흡착 테이블(33)의 표면까지의 거리와, 투영 렌즈(40)로부터 워크 W까지의 거리를 측정하여, 그 차로부터 워크 W의 두께를 계산하도록 해도 된다.
얼라인먼트 현미경(80)은, 결상된 마스크 마크 MAM 이미지를 검출하여, 그 위치를 제어부(70)에 의해 기억한다.
제어부(70)가 마스크 마크 MAM의 위치를 기억하면, 제어부(70)는 셔터(13a)를 닫아, 광출사부(10)로부터의 노광광의 출사를 정지한다. 도시하지 않은 반송 기구에 의해 워크 W가 반송되어, 슬라이더(32)의 흡착 테이블(33) 상에 놓여진다.
얼라인먼트 현미경(80)이, 워크 W의 이면의 워크 마크 WAM을 검출한다. 검출한 워크 마크 WAM의 위치와, 기억하고 있는 마스크 마크 MAM의 위치를 비교하여, 양자가 미리 설정된 위치 관계가 되도록(예를 들면 일치하도록), 제어부(70)는, 슬라이더(32)를, 투영 렌즈(40)의 광축 L에 직교하는 평면 내의, X방향(도면의 좌우 방향), Y방향(도면의 앞 안쪽 방향), θ방향(광축 L의 둘레의 회전 방향)으로 이동시켜, 마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤을 행한다. 위치 맞춤 종료 후, 노광 장치의 제어부(70)는, 이 때의 슬라이더(32)로부터 반사 미러(35)까지의 거리 a(상승한 슬라이더(32)의 위치 정보)를 기억한다.
다음에, 노광 처리를 행하기 위해서, 투영 렌즈(40)의 초점 위치(마스크 패턴의 결상 위치) f1이 워크 W의 표면 위치가 되도록, Z방향 이동 기구(50)에 의해, 워크 스테이지(30)를 워크 W의 두께분 하강시킨다.
도 3에 나타낸 바와 같이, Z방향 이동 기구(50)의 진직도가 나쁘면, 상승하고 있던 워크 스테이지(30)(도면 중 점선으로 나타낸다)가 하강할 때에, 워크 W를 유지하고 있는 슬라이더(32)가, 투영 렌즈(40)의 광축 L에 직교하는 평면 내에서, XY방향(도면 좌우 앞 안쪽 방향), 또는 θ방향(광축 L의 둘레의 회전 방향)으로 이동해 버린다.
그러나, 본 발명에 있어서는, 레이저 측장기(34)로부터의 레이저(36)를 반사하는 반사 미러(35)는, 마스크 M을 유지하는 마스크 스테이지(20)가 부착된 프레임(60)과 일체로 고정되어 있어, 마스크 M에 대해 이동하지 않는다.
그리고, 반사 미러(35)는 상기 프레임(60)에 일체로 고정되어 있는 것이기 때문에, 워크 스테이지(30)가 하강했을 때의 슬라이더(32)로부터 반사 미러(35)까지의 거리 b를 측정하고, 이것을 기억하고 있는 마스크 M과 워크 W를 위치 맞춤된 위치(워크 스테이지(30)가 상승하고 있을 때의 슬라이더(32)로부터 반사 미러(35)까지의 거리)인 거리 a(도 1 참조)와 비교하면, 슬라이더(32)(즉 그 위에 고정되어 있는 워크 W)가, 워크 스테이지(30)의 하강에 의해, 투영 렌즈(40)의 광축 L에 직교하는 방향에 대해 어느 정도 이동했는지(어긋났는지), 그 이동량(어긋남량)을 검출할 수 있다.
그래서, 노광 장치의 제어부(70)는, 워크 스테이지(30)가 하강했을 때의 슬라이더(32)로부터 반사 미러(35)까지의 거리 b(하강한 슬라이더(32)의 위치 정보)를 검출한다. 그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 거리 a와 거리 b의 차를 구하여, 그 차분만큼 슬라이더(32)를 이동시켜, 워크 W를 마스크 M과 위치 맞춤한 위치로 되돌린다.
이 상태에서, 제어부(70)는 다시 셔터(13a)를 열어, 광출사부(10)로부터 노광광을 출사한다. 마스크 M에 형성되어 있는 패턴이, 워크 W의 표면에 투영 결상되어, 원하는 위치(마스크 M과 워크 W를 위치 맞춤한 위치)에 노광된다. 노광된 워크 W는, 도시하지 않은 반송 기구에 의해, 흡착 테이블(33) 상으로부터 반출된다.
여기서, 상기 실시예의 도 1 등에 있어서는, 슬라이더(32)의 측장 레이저(34)와 워크의 높이(광축 L방향의 위치)가 상이하다.
그러나, 이하에 설명한 바와 같이, 측장 레이저(34)로부터 출사하는 레이저광의 높이를, 워크 W의 높이와 맞추는 구조로 해도 된다.
도 5는, 상기 레이저광의 높이를, 워크 W의 높이와 맞추는 구조로 한 워크 스테이지의 구성예를 나타낸 도이다.
본 실시예는, 흡착 테이블(33)의 측면에, 레이저광 반사 유닛(90)을 부착한 것이며, 레이저광 반사 유닛(80)은, 이 도면(b)에 나타낸 바와 같이, 2장의 전반사 미러(91a, 91b)를 조합한 잠망경과 같은 구조이며, 레이저 출입사구(92)에 입출사하는 레이저광의 광축을, 흡착 테이블(33)의 표면의 위치까지 이동시킨다.
또, 레이저광을 반사하기 위해서 워크 스테이지 밖의 기준 위치에 설치된 반사 미러(35)는, 흡착 테이블(33)의 표면의 위치의 높이와 이동 방향에 맞추어, 흡착 테이블(33)에 대향하는 위치에 설치되어 있다.
레이저 측장기(34)로부터 출사되는 레이저광은, 전반사 미러(91b) 및 전반사 미러(91a)에서 반사되어, 레이저광의 광축은 상기 전반사 미러(91a, 91b)의 간격에 상당한 높이만큼 상방으로 이동하고, 전반사 미러(91a)에 대향하는 위치에 설치된 반사 미러(35)에 입사한다. 그리고, 반사 미러(35)에서 반사된 레이저광은, 전반사 미러(91a) 및 전반사 미러(91b)에서 반사되어, 레이저 측장기(34)에 입사한다.
레이저광 반사 유닛(90)에 의해, 레이저광의 광로 길이는 길어지지만, 워크 스테이지(30)로부터 출사하는 높이 방향의 위치가 바뀔 뿐이므로, 종래와 마찬가지로 거리를 측정할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써, 워크 표면 위치에서의 반사 미러와의 거리를 정확하게 구할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 워크 스테이지로서, 슬라이더와 플래튼으로 구성되는 서페이스 모터 스테이지 장치를 예로서 설명했다. 그러나, 본 발명은, 그 외의 구성을 가지는 스테이지에서도 적용할 수 있다. 즉, 워크를 유지하는 스테이지를 광축에 직교하는 XY방향으로 이동시키는 기구가, 직동 가이드를 조합한 것이어도, 그 스테이지가 레이저 측장기를 구비하며, 스테이지를 Z방향으로 이동시키는 Z방향 이동 기구가 스테이지와 스테이지를 XY이동시키는 기구와 함께 이동시키는 구조인 것이면, 본 발명은 적용할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서는, Z방향 이동 기구에 올려져 있는 워크 스테이지가, θ방향(광축의 둘레의 회전 방향)으로도 이동하는 것에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은, 워크 스테이지에 θ방향으로 이동하는 기구가 없는 것이어도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 투영 렌즈를 구비한 투영 노광 장치에 대해서 설명했지만, 본 발명의 적용 대상은, 상기 투영 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들면 투영 렌즈를 구비하지 않는 프록시미티 노광 장치 등에도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.
10 광조사부 11 램프
12 미러 13 셔터 기구
13a 셔터 20 마스크 스테이지
30 워크 스테이지 31 플래튼
32 슬라이더(이동 스테이지) 33 흡착 테이블
33a 관통 구멍 34 레이저 측장기
35 반사 미러 36 레이저광
40 투영 렌즈 50 이동 스테이지 Z방향 이동 기구
60 프레임 70 제어부
80 얼라인먼트 현미경 90 레이저광 반사 유닛
91a 전반사 미러 91b 전반사 미러
92 레이저 출입사구 M 마스크
MAM 마스크 마크 W 워크
WAM 워크 마크

Claims (2)

  1. 노광광을 출사하는 광조사부와,
    패턴을 형성한 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와,
    측장용의 레이저를 입출사하는 레이저 측장기를 구비하며 워크를 유지하는 이동 스테이지와,
    상기 이동 스테이지를, 상기 마스크의 패턴이 노광되는 상기 워크면에 평행한 평면 내를 이동시키는 이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구와,
    상기 이동 스테이지를 상기 이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구와 함께, 상기 워크면에 직교하는 방향(Z방향)으로 이동시키는 이동 스테이지 Z방향 이동 기구와,
    상기 이동 스테이지에 설치된 레이저 측장기로부터의 레이저를 반사하는 반사 미러와,
    상기 반사 미러에 의해 반사된 레이저가 상기 레이저 측장기에 입사함으로써 측장되는 상기 레이저 측장기로부터 상기 반사 미러까지의 거리에 기초하여, 상기 이동 스테이지 XYθ 방향 이동 기구에 의해 상기 이동 스테이지를 이동시키는 제어부를 구비한 노광 장치로서,
    상기 반사 미러는, 상기 마스크 스테이지를 지지하는 구조체에 고정되어 있으며,
    상기 제어부는, Z방향으로 이동하기 전의 상기 이동 스테이지의 XYθ 방향의 위치를 상기 레이저 측장기에 의해 구해서 기억해 두고, 상기 이동 스테이지를 Z방향으로 이동시킨 후의 상기 XYθ 방향의 위치를 상기 레이저 측장기로 측정하며, 상기 제어부는, 상기 기억된 XYθ 방향의 위치와, Z방향 이동 후의 상기 XYθ 방향의 위치를 비교하여, Z방향 이동에 의한 XYθ 방향의 위치 어긋남량을 구하여, 이 어긋남량을 캔슬하도록 이동 스테이지를 XYθ 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동 스테이지 XYθ 이동 기구는,
    격자 형상으로 돌극이 설치된 평면 형상의 플래튼과, 상기 플래튼 상에, 상기 플래튼 평면에 있어서 직교하는 XY좌표축의 각 축방향으로 이동 자계를 발생시키는 자극을 가지는 이동자를 구비한 이동체로 구성되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
KR1020120091300A 2011-09-16 2012-08-21 노광 장치 KR101572301B1 (ko)

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