KR102418680B1 - 프록시미티 노광 방법 - Google Patents

Abstract

프록시미티 노광 방법은, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하인 최소 피치 (P) 를 갖는 레지스트 패턴 (43) 에 대해, 레지스트 (R) 의 해상 한계보다 큰 마스크 패턴 (31) 이 형성되는 마스크 (M) 를 준비하고, 제 1 노광 공정에서 마스크 패턴 (31) 을 워크 (W) 에 노광 전사한 후, 마스크 (M) 와 워크 (W) 를 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) 분만큼 상대적으로 스텝 이동시키고, 제 2 노광 공정에서 마스크 패턴 (31) 을 워크 (W) 에 재차 노광 전사한다.

Description

프록시미티 노광 방법

본 발명은, 프록시미티 노광 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레지스트의 해상 한계 이하의 피치로 워크 상에 마스크 패턴이 노광 전사되는 프록시미티 노광 방법에 관한 것이다.

프록시미티 노광은, 마스크와 워크를 소정의 갭으로 대향 배치하고, 패턴 노광용의 광을 마스크를 향해 조사하여, 포토리소그래피법에 의해 마스크의 마스크 패턴을 워크의 포토레지스트에 노광 전사한다. 최근, 패턴의 미세화·고집적화가 진행되어, 레지스트의 해상 한계 (분해능) 이하의 레지스트 패턴 피치로의 패터닝이 요구되고 있다.

특허문헌 1 에는, 레지스트 패턴의 피치 x 에 대해, 거리 2x 의 피치로 배열된 개구를 갖는 제 1 마스크와, 거리 2x 의 피치로 배열되며 또한 제 1 마스크의 개구에 대해 1 피치분 어긋난 제 2 마스크를 준비하고, 제 1 마스크와 제 2 마스크를 1 장씩 순차적으로 레지스트 상에 배치하여 각각 노광을 실시함으로써, 레지스트의 해상 한계 이하의 피치로 노광 가능하게 한 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2002-134394호

그러나, 특허문헌 1 에 의하면, 노광할 때마다 제 1 마스크와 제 2 마스크를 교환하기 때문에, 마스크 교환에 필요로 하는 시간분 택트 타임이 길어져, 생산 효율이 저하되는 문제가 있어, 개선의 여지가 있었다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 레지스트의 해상 한계 이하의 레지스트 패턴의 피치로, 양호한 생산 효율로, 마스크의 마스크 패턴을 워크에 노광 전사 가능한 프록시미티 노광 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 하기의 구성에 의해 달성된다.

(1) 마스크와 워크가 소정의 갭을 사이에 두고 대향 배치되고, 패턴 노광용의 광을 상기 마스크를 통해 상기 워크에 조사함으로써, 상기 마스크의 마스크 패턴을 상기 워크 상의 레지스트에 노광 전사하는 프록시미티 노광 방법으로서,

상기 레지스트의 해상 한계 이하인 최소 피치를 갖는 레지스트 패턴에 대해, 상기 레지스트의 해상 한계보다 큰 피치로 상기 마스크 패턴이 형성되는 상기 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과,

상기 마스크 패턴을 상기 워크에 노광 전사하는 제 1 노광 공정과,

상기 마스크와 상기 워크를 상기 레지스트 패턴의 최소 피치분만큼 상대적으로 스텝 이동시키는 이동 공정과,

상기 이동 공정 후에, 상기 마스크 패턴을 상기 워크에 재차 노광 전사하는 제 2 노광 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 방법.

(2) 상기 레지스트 패턴은, 상기 레지스트의 해상 한계 이하인 균일 피치를 갖고,

상기 마스크 패턴은, 상기 레지스트 패턴의 균일 피치의 2 배 이상의 정수 배의 상기 피치로 형성되는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 프록시미티 노광 방법.

(3) 상기 마스크 패턴의 사이즈가 상기 레지스트 패턴의 최소 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2) 에 기재된 프록시미티 노광 방법.

(4) 상기 마스크는, 상기 이동 공정에 있어서의 상기 마스크와 상기 워크의 상대 이동 방향으로 나열되는 제 1 및 제 2 마스크측 마크를 구비하고,

상기 워크는, 상기 이동 공정에 있어서의 상기 마스크와 상기 워크의 상대 이동 방향으로 나열되는 제 1 및 제 2 워크측 마크를 구비하고,

상기 제 1 및 제 2 마스크측 마크와, 제 1 및 제 2 워크측 마크의 일방은, 상기 상대 이동 방향에 있어서 소정의 거리만큼 서로 이간되어 형성되고,

상기 제 1 및 제 2 마스크측 마크와, 제 1 및 제 2 워크측 마크의 타방은, 상기 상대 이동 방향에 있어서 상기 레지스트 패턴의 최소 피치와 상기 소정의 거리의 합만큼 서로 이간되어 형성되고,

상기 제 1 노광 공정에서는, 상기 제 1 마스크측 마크와 상기 제 1 워크측 마크에 의해 상기 워크와 상기 마스크의 얼라인먼트를 조정하여 노광하고,

상기 제 2 노광 공정에서는, 상기 제 2 마스크측 마크와 상기 제 2 워크측 마크에 의해 상기 워크와 상기 마스크의 얼라인먼트를 조정하여 노광하는 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 프록시미티 노광 방법.

본 발명의 프록시미티 노광 방법에 의하면, 레지스트의 해상 한계 이하인 최소 피치를 갖는 레지스트 패턴에 대해, 상기 레지스트의 해상 한계보다 큰 피치로 마스크 패턴이 형성된 마스크를 준비하고, 제 1 노광 공정에서 마스크 패턴을 워크에 노광 전사한 후, 마스크와 워크를 레지스트 패턴의 최소 피치분만큼 상대적으로 스텝 이동시키고, 추가로 제 2 노광 공정에서 마스크 패턴을 워크에 재차 노광 전사한다. 이로써, 마스크 패턴을, 레지스트의 해상 한계 이하의 레지스트 패턴의 최소 피치로 워크에 노광 전사할 수 있다. 또, 마스크 (M) 의 교환 작업이 불필요해져, 택트 타임이 단축되어 워크를 효율적으로 형성할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 노광 방법이 적용되는 노광 장치의 정면도이다.
도 2 는, 본 발명에 관련된 노광 방법에서 사용되는 마스크 및 워크의 평면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 마스크에 의해 노광되는 워크의 단면도이다.
도 4 는, 본 발명에 관련된 노광 순서를 나타내는 개념도이다.
도 5 는, 4 개의 노광 에어리어를 갖는 워크에 마스크 패턴을 노광하는 순서를 나타내는 개념도이다.
도 6 은, 마스크 패턴의 크기와 노광 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 마스크 패턴의 피치와 노광 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 노광 방법을 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 노광 방법이 적용되는 근접 노광 장치 (PE) 는, 피노광재로서의 워크 (W) 보다 작은 마스크 (M) 를 사용하고, 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (1) 에서 유지함과 함께, 워크 (W) 를 워크 스테이지 (2) 에서 유지하고, 마스크 (M) 와 워크 (W) 를 근접시켜 소정의 갭으로 대향 배치한 상태에서, 조명 장치 (3) 로부터 패턴 노광용의 광을 마스크 (M) 를 향해 조사함으로써, 마스크 (M) 의 패턴을 워크 (W) 상의 포토레지스트 (R) 에 노광 전사한다. 또, 워크 스테이지 (2) 를 마스크 (M) 에 대해 X 축 방향과 Y 축 방향의 2 축 방향으로 스텝 이동시키고, 스텝마다 노광 전사가 실시된다.

워크 스테이지 (2) 를 X 축 방향으로 스텝 이동시키기 위해, 장치 베이스 (4) 상에는, X 축 이송대 (5a) 를 X 축 방향으로 스텝 이동시키는 X 축 스테이지 이송 기구 (5) 가 설치되어 있다. X 축 스테이지 이송 기구 (5) 의 X 축 이송대 (5a) 상에는, 워크 스테이지 (2) 를 Y 축 방향으로 스텝 이동시키기 위해, Y 축 이송대 (6a) 를 Y 축 방향으로 스텝 이동시키는 Y 축 스테이지 이송 기구 (6) 가 설치되어 있다. Y 축 스테이지 이송 기구 (6) 의 Y 축 이송대 (6a) 상에는, 워크 스테이지 (2) 가 설치되어 있다. 워크 스테이지 (2) 의 상면에는, 워크 (W) 가 워크 척 등으로 진공 흡인된 상태로 유지된다. 또, 워크 스테이지 (2) 의 측부에는, 마스크 (M) 의 하면 높이를 측정하기 위한 기판측 변위 센서 (15) 가 배치 형성되어 있다. 따라서, 기판측 변위 센서 (15) 는, 워크 스테이지 (2) 와 함께 X, Y 축 방향으로 이동 가능하다.

장치 베이스 (4) 상에는, 복수 (도면에 나타내는 실시형태에서는 4 개) 의 X 축 리니어 가이드의 가이드 레일 (51) 이 X 축 방향으로 배치되고, 각각의 가이드 레일 (51) 에는, X 축 이송대 (5a) 의 하면에 고정된 슬라이더 (52) 가 걸쳐서 가설 (架設) 되어 있다. 이로써, X 축 이송대 (5a) 는, X 축 스테이지 이송 기구 (5) 의 제 1 리니어 모터 (20) 에 의해 구동되어, 가이드 레일 (51) 을 따라 X 축 방향으로 왕복 이동 가능하다. 또, X 축 이송대 (5a) 상에는, 복수의 Y 축 리니어 가이드의 가이드 레일 (53) 이 Y 축 방향으로 배치되고, 각각의 가이드 레일 (53) 에는, Y 축 이송대 (6a) 의 하면에 고정된 슬라이더 (54) 가 걸쳐서 가설되어 있다. 이로써, Y 축 이송대 (6a) 는, Y 축 스테이지 이송 기구 (6) 의 제 2 리니어 모터 (21) 에 의해 구동되어, 가이드 레일 (53) 을 따라 Y 축 방향으로 왕복 이동 가능하다.

Y 축 스테이지 이송 기구 (6) 와 워크 스테이지 (2) 사이에는, 워크 스테이지 (2) 를 상하 방향으로 이동시키기 위해, 비교적 위치 결정 분해능은 러프하지만 이동 스트로크 및 이동 속도가 큰 상하 조동 (粗動) 장치 (7) 와, 상하 조동 장치 (7) 와 비교하여 고분해능으로의 위치 결정이 가능하여 워크 스테이지 (2) 를 상하로 미동 (微動) 시켜 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 대향면 사이의 갭을 소정량으로 미세 조정하는 상하 미동 장치 (8) 가 설치되어 있다.

상하 조동 장치 (7) 는 후술하는 미동 스테이지 (6b) 에 형성된 적절한 구동 기구에 의해 워크 스테이지 (2) 를 미동 스테이지 (6b) 에 대해 상하동시킨다. 워크 스테이지 (2) 의 바닥면의 4 개 지점에 고정된 스테이지 조동축 (14) 은, 미동 스테이지 (6b) 에 고정된 직동 (直動) 베어링 (14a) 에 걸어맞춰져, 미동 스테이지 (6b) 에 대해 상하 방향으로 안내된다. 또한, 상하 조동 장치 (7) 는, 분해능이 낮아도, 반복 위치 결정 정밀도가 높은 것이 바람직하다.

상하 미동 장치 (8) 는, Y 축 이송대 (6a) 에 고정된 고정대 (9) 와, 고정대 (9) 에 그 내단 (內端) 측을 비스듬한 하방으로 경사시킨 상태로 장착된 리니어 가이드의 안내 레일 (10) 을 구비하고 있고, 그 안내 레일 (10) 에 걸쳐서 가설된 슬라이더 (11) 를 통해 안내 레일 (10) 을 따라 왕복 이동하는 슬라이드체 (12) 에 볼 나사의 너트 (도시 생략) 가 연결됨과 함께, 슬라이드체 (12) 의 상단면은 미동 스테이지 (6b) 에 고정된 플랜지 (12a) 에 대해 수평 방향으로 자유롭게 슬라이딩할 수 있게 접해 있다.

그리고, 고정대 (9) 에 장착된 모터 (17) 에 의해 볼 나사의 나사축을 회전 구동시키면, 너트, 슬라이더 (11) 및 슬라이드체 (12) 가 일체가 되어 안내 레일 (10) 을 따라 비스듬한 방향으로 이동하고, 이로써, 플랜지 (12a) 가 상하 미동한다.

또한, 상하 미동 장치 (8) 는, 모터 (17) 와 볼 나사에 의해 슬라이드체 (12) 를 구동시키는 대신에, 리니어 모터에 의해 슬라이드체 (12) 를 구동시키도록 해도 된다.

이 상하 미동 장치 (8) 는, Z 축 이송대 (6a) 의 Y 축 방향의 일단측 (도 1 의 좌단측) 에 1 대, 타단측에 2 대, 합계 3 대 설치되어 각각이 독립적으로 구동 제어되도록 되어 있다. 이로써, 상하 미동 장치 (8) 는, 갭 센서 (27) 에 의한 복수 지점에서의 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 갭량의 계측 결과에 기초하여, 3 개 지점의 플랜지 (12a) 의 높이를 독립적으로 미세 조정하여 워크 스테이지 (2) 의 높이 및 기울기를 미세 조정한다.

또한, 상하 미동 장치 (8) 에 의해 워크 스테이지 (2) 의 높이를 충분히 조정할 수 있는 경우에는, 상하 조동 장치 (7) 를 생략해도 된다.

또, Y 축 이송대 (6a) 상에는, 워크 스테이지 (2) 의 Y 방향의 위치를 검출하는 Y 축 레이저 간섭계 (18) 에 대향하는 바 미러 (19) 와, 워크 스테이지 (2) 의 X 축 방향의 위치를 검출하는 X 축 레이저 간섭계에 대향하는 바 미러 (모두 도시 생략) 가 설치되어 있다. Y 축 레이저 간섭계 (18) 에 대향하는 바 미러 (19) 는, Y 축 이송대 (6a) 의 일측에서 X 축 방향을 따라 배치되어 있고, X 축 레이저 간섭계에 대향하는 바 미러는, Y 축 이송대 (6a) 의 일단측에서 Y 축 방향을 따라 배치되어 있다.

Y 축 레이저 간섭계 (18) 및 X 축 레이저 간섭계는, 각각 항상 대응하는 바 미러에 대향하도록 배치되어 장치 베이스 (4) 에 지지되어 있다. 또한, Y 축 레이저 간섭계 (18) 는, X 축 방향으로 이간되어 2 대 설치되어 있다. 2 대의 Y 축 레이저 간섭계 (18) 에 의해, 바 미러 (19) 를 통해 Y 축 이송대 (6a), 나아가서는 워크 스테이지 (2) 의 Y 축 방향의 위치 및 요잉 오차를 검출한다. 또, X 축 레이저 간섭계에 의해, 대향하는 바 미러를 통해 X 축 이송대 (5a), 나아가서는 워크 스테이지 (2) 의 X 축 방향의 위치를 검출한다.

마스크 스테이지 (1) 는, 대략 장방형상의 프레임체로 이루어지는 마스크 베이스 프레임 (24) 과, 그 마스크 베이스 프레임 (24) 의 중앙부 개구에 갭을 통해 삽입되어 X, Y, θ 방향 (X, Y 평면 내) 으로 이동 가능하게 지지된 마스크 프레임 (25) 을 구비하고 있고, 마스크 베이스 프레임 (24) 은 장치 베이스 (4) 로부터 돌출 형성된 지주 (支柱) (4a) 에 의해 워크 스테이지 (2) 상방의 정 (定) 위치에 유지되어 있다.

마스크 프레임 (25) 의 중앙부 개구의 하면에는, 프레임상의 마스크 홀더 (26) 가 형성되어 있다. 즉, 마스크 프레임 (25) 의 하면에는, 도시되지 않은 진공식 흡착 장치에 접속되는 복수의 마스크 홀더 흡착 홈이 형성되어 있고, 마스크 홀더 (26) 가 복수의 마스크 홀더 흡착 홈을 통해 마스크 프레임 (25) 에 흡착 유지된다.

마스크 홀더 (26) 의 하면에는, 마스크 (M) 의 마스크 패턴이 그려져 있지 않은 둘레 가장자리부를 흡착하기 위한 복수의 마스크 흡착 홈 (도시 생략) 이 개설되어 있고, 마스크 (M) 는, 마스크 흡착 홈을 통해 도시되지 않은 진공식 흡착 장치에 의해 마스크 홀더 (26) 의 하면에 자유롭게 착탈할 수 있게 유지된다.

다음으로, 상기한 근접 노광 장치 (PE) 를 사용하여, 워크 (W) 상에 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 최소 피치 (본 실시형태에서는, 균일 피치로, 예를 들어 18 ㎛) 이며, 또한, 4 ㎛ 의 사이즈의 레지스트 패턴을 노광하는 경우에 대해, 상세하게 설명한다. 또한, 이하, 워크 (W) 의 레지스트는, 포지티브형 레지스트로서 설명하지만, 네거티브형 레지스트여도 된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「레지스트 패턴」이란, 노광·현상 후의 결과물을 가리키고, 포지티브형 레지스트이면, 현상 후에 레지스트가 제거된 부분이고, 네거티브형 레지스트이면, 현상 후에 남은 레지스트의 부분을 가리킨다.

또, 「레지스트 (R) 의 해상 한계」란, 실현 가능한 레지스트 패턴의 최소 패턴 폭을 가리킨다.

예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, □ 4 ㎛ (1 변의 길이가 4 ㎛) 의 작은 마스크 패턴 (개구부) 을 사용하여 노광하는 경우, 곡선 A 에 나타내는 바와 같이, 레지스트 (R) 의 노광에 필요한 노광 강도가 얻어지지 않는다. 이에 반해, □ 12 ㎛ (1 변의 길이가 12 ㎛) 의 마스크 패턴으로 노광하면, 곡선 B 에 나타내는 바와 같이, 폭 4 ㎛ 의 범위에서 노광 임계치를 초과하는 노광 강도가 얻어진다. 바꾸어 말하면, 4 ㎛ 의 레지스트 패턴을 얻기 위해서는, 마스크 패턴의 사이즈를 □ 12 ㎛ 까지 크게 할 필요가 있다.

이것은, 프록시미티 노광에서는, 노광광의 확산으로 인해 마스크 패턴에 입사되는 광이 레지스트 (R) 의 피노광 에어리어에 모두 조사되지 않기 때문에, 그 만큼, 마스크 패턴의 사이즈를 크게 해야 하기 때문이다. 따라서, 4 ㎛ 의 크기의 레지스트 패턴을 노광하기 위해서는, 마스크 패턴의 피치도 12 ㎛ 이상 필요해진다.

또, 도 7 의 곡선 C 에 나타내는 바와 같이, 마스크 패턴의 사이즈가 12 ㎛, 마스크 패턴의 피치가 18 ㎛ 인 마스크 (M) 를 사용하여 노광하는 경우를 생각한다. 이 경우, 레지스트 패턴의 피치 (18 ㎛) 가 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하가 되지만, 마스크 패턴 (개구부) 으로부터 입사되는 광의 확산이나 회절 등으로 인해, 인접하는 마스크 패턴 사이의 차광되어 있는 부분에도 노광 강도가 강한 영역 (E) 이 생겨, 레지스트 패턴이 프로파일 불량이 된다. 요컨대, 포지티브형 레지스트이면, 현상에 의해 레지스트가 제거된 부분이 커지고, 네거티브형 레지스트이면, 현상 후에 남는 레지스트의 치수가 커진다.

한편, 도 7 의 곡선 D 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 의 마스크 패턴이, 레지스트 패턴의 피치 (P) (18 ㎛) 의 2 배의 피치 (2P) (36 ㎛) 이면, 레지스트 (R) 의 해상 한계보다 커져, 마스크 패턴 (31) 으로부터의 입사광의 확산이나 회절에 의한 영향은 없어, 마스크 패턴 (31) 사이의 노광 강도는 낮게 유지되고, 레지스트 패턴에는 프로파일 불량이 생기지 않는다.

그래서, 본 실시형태의 노광 방법에서는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, □ 12 ㎛ 의 마스크 패턴 (31) 이, 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) (18 ㎛) 의 2 배의 피치 (2P) (36 ㎛) 로 형성되는 마스크 (M) 를 사용하고, 도중에 스텝 이동하여 2 회로 나누어 노광함으로써 상기의 해상 한계의 문제를 해결한다.

또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 및 워크 (W) 는, 각각 얼라인먼트 조정을 위한 1 쌍의 마스크측 마크 (32) 와 워크측 마크 (42) 를 구비한다. 마스크측 마크 (32) 는, 제 1 마스크측 마크 (32A) 와, 제 1 마스크측 마크 (32A) 로부터 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 상대 이동 방향으로 소정의 거리 (a) 만큼 이간되어 형성된 제 2 마스크측 마크 (32B) 를 구비한다.

워크측 마크 (42) 는, 제 1 워크측 마크 (42A) 와, 제 1 워크측 마크 (42A) 로부터 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 상대 이동 방향으로, 소정의 거리 (a) 와 레지스트 패턴의 피치 (P) (18 ㎛) 의 합의 거리만큼 이간되어 형성된 제 2 워크측 마크 (42B) 를 구비한다. 즉, 1 쌍의 워크측 마크 (42) (42A, 42B) 사이의 거리 (a ＋ P) 는, 1 쌍의 마스크측 마크 (32) (32A, 32B) 사이의 거리 (a) 보다 레지스트 패턴의 피치 (P) 분만큼 길게 되어 있다.

다음으로, 피치 (2P) (36 ㎛) 로 마스크 패턴 (31) 이 형성된 마스크 (M) 에 의해, 워크 (W) 에 레지스트 (R) 의 해상 한계보다 작은 피치 (P) (18 ㎛) 의 레지스트 패턴 (43) 을 형성하는 순서에 대해 도 4 를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 1 변이 12 ㎛ 인 마스크 패턴 (31) 이, 원하는 피치 (P) (18 ㎛) 의 2 배의 피치 (2P) (36 ㎛) 로 형성된 마스크 (M) 를 준비하여, 마스크 홀더 (26) 의 하면에 진공식 흡착 장치에 의해 유지한다 (마스크 준비 공정).

이어서, 마스크 (M) 와 워크 (W) 를 소정의 갭 (G) 으로 대향 배치하고, 마스크 (M) 또는 워크 (W) 를 이동시켜, 도시되지 않은 얼라인먼트 카메라를 사용하여 제 1 마스크측 마크 (32A) 와 제 1 워크측 마크 (42A) 를 일치시켜서, 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 얼라인먼트를 조정한다. 그리고, 조명 장치 (3) 로부터 마스크 (M) 를 통해 패턴 노광용의 광을 워크 (W) 에 조사하여 마스크 (M) 의 마스크 패턴 (31) 을 워크 (W) 상에 노광 전사한다 (제 1 노광 공정).

이 때, 마스크 패턴 (31) 의 피치 (2P) 는, 레지스트 (R) 의 해상 한계보다 큰 36 ㎛ 이므로, 도 7 의 곡선 D 에 나타내는 바와 같이, 마스크 패턴 (31) 으로부터의 입사광의 확산이나 회절에 의한 영향은 없어, 워크 (W) 에는, 프로파일 불량이 없는 □ 12 ㎛ 의 노광 완료 에어리어 (41) 가 형성된다.

이어서, 마스크 (M) 에 대해 워크 (W) 를 1 피치 (18 ㎛) 만큼 좌측 방향으로 상대 이동시키면 (이동 공정), 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 의 마스크 패턴 (31) 은, 전회 노광된 워크 (W) 의 노광 완료 에어리어 (41) 의 중앙에 위치한다. 동시에, 제 2 마스크측 마크 (32B) 와 제 2 워크측 마크 (42B) 가 얼라인먼트 카메라의 동일 시야 내에 배치된다. 여기서, 마스크 (M) 또는 워크 (W) 를 이동시켜 제 2 마스크측 마크 (32B) 와 제 2 워크측 마크 (42B) 를 일치시켜서 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 얼라인먼트를 재차 조정한다. 그리고, 조명 장치 (3) 로부터 마스크 (M) 를 통해 패턴 노광용의 광을 워크 (W) 에 조사하여 마스크 (M) 의 마스크 패턴 (31) 을 워크 (W) 상에 노광 전사한다 (제 2 노광 공정).

이로써, 워크 (W) 상에는, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) (18 ㎛) 로 배열된 복수의 노광 완료 에어리어 (41) 가 형성된다. 그리고, 마스크 패턴 (31) 이 노광된 워크 (W) 를 현상 처리함으로써, 4 ㎛ 의 레지스트 패턴 (43) 이 18 ㎛ 의 피치로 배열된 워크 (W) 가 얻어진다. 즉, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) (18 ㎛) 로, 레지스트 패턴 (43) 이 형성된 워크 (W) 의 제작이 가능해진다.

또, 종래의 노광 방법에 의하면, 노광할 때마다 (제 1 및 제 2 노광 공정) 마스크 (M) 의 교환 작업이 필요하였지만, 본 실시형태의 노광 방법에 의하면, 마스크 (M) 를 교환하지 않고, 스텝 노광하는 것만으로 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) 의 레지스트 패턴 (43) 을 형성할 수 있어, 생산 효율이 대폭적으로 향상된다.

도 5 는, 4 개의 제품 에어리어 (Wa1 ∼ Wa4) 를 갖는 워크 (W) 에, 마스크 패턴 (31) 을 순차적으로 노광 전사하여, 사이즈가 큰 워크 (W) 를 제작하는 순서를 나타내는 개념도이다. 각 제품 에어리어 (Wa1 ∼ Wa4) 의 크기는, 마스크 (M) 의 크기 (엄밀하게는, 마스크 패턴의 크기) 보다 적어도 1 피치 (18 ㎛) 분, 워크 (W) 와 마스크 (M) 의 상대 이동 방향으로 길게 설정되어 있다.

먼저, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 제품 에어리어 (Wa1) 에 마스크 패턴 (31) 의 피치가 2 피치 (36 ㎛) 인 마스크 (M) 를 배치하고, 도 4 에서 설명한 바와 같이, 제 1 마스크측 마크 (32A) 와 제 1 워크측 마크 (42A) 로 얼라인먼트를 조정한 후, 마스크 (M) 의 마스크 패턴 (31) 을 제 1 제품 에어리어 (Wa1) 에 노광 전사한다.

이어서, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 워크 (W) 를 마스크 (M) 에 대해 1 피치 (18 ㎛) 만큼 좌측 방향으로 상대 이동시켜, 제 2 마스크측 마크 (32B) 와 제 2 워크측 마크 (42B) 로 얼라인먼트를 조정하고, 다시 마스크 (M) 의 마스크 패턴 (31) 을 제 1 제품 에어리어 (Wa1) 에 노광 전사한다.

제 1 제품 에어리어 (Wa1) 에는, 마스크 (M) 의 마스크 패턴 (31) 을 1 피치 (18 ㎛) 어긋나게 한 상태에서 2 회의 노광함으로써, 노광 완료 에어리어 (41) (레지스트 패턴 (43)) 가 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) (18 ㎛) 로 형성된다.

이어서, 워크 (W) 를 좌측 방향으로 크게 이동시켜, 제 2 제품 에어리어 (Wa2) 상에 마스크 (M) 를 배치하고, 제 1 제품 에어리어 (Wa1) 에서의 노광과 마찬가지로, 2 회 노광함으로써, 제 2 제품 에어리어 (Wa2) 에 노광 완료 에어리어 (41) (레지스트 패턴 (43)) 를 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) (18 ㎛) 로 형성한다.

그리고, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 제 3 및 제 4 제품 에어리어 (Wa3, Wa4) 에 있어서도, 각각 2 회 노광을 실시하여, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) (18 ㎛) 로 노광 완료 에어리어 (41) (레지스트 패턴 (43)) 를 형성한다.

이와 같이, 4 개의 제품 에어리어 (Wa1 ∼ Wa4) 를 갖는 워크 (W) 에 대해, 8 회의 노광을 실시함으로써, 종래의 방법보다 양호한 효율로, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 피치 (P) 로 레지스트 패턴 (43) 을 형성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 프록시미티 노광 방법에 의하면, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하인 최소 피치 (P) 를 갖는 레지스트 패턴 (43) 에 대해, 레지스트 (R) 의 해상 한계보다 큰 피치 (2P) 로 마스크 패턴 (31) 이 형성되는 마스크 (M) 를 준비하고, 제 1 노광 공정에서 마스크 패턴 (31) 을 워크 (W) 에 노광 전사한 후, 마스크 (M) 와 워크 (W) 를 레지스트 패턴 (43) 의 최소 피치 (P) 분만큼 상대적으로 스텝 이동시키고, 추가로 제 2 노광 공정에서 마스크 패턴 (31) 을 워크 (W) 에 재차 노광 전사한다. 이로써, 마스크 패턴 (31) 을, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하의 레지스트 패턴 (43) 의 최소 피치 (P) 로 노광 전사할 수 있다. 또, 마스크 패턴 (31) 의 사이즈가, 원하는 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) 보다 커서, 그대로의 피치 (P) 로는 마스크 (M) 그 자체의 제작이 불가능한 경우라도, 본 실시형태의 마스크 (M) 를 사용함으로써, 원하는 피치 (P) 로 워크 (W) 에 노광 전사할 수 있다. 또한, 종래의 노광 방법에서 필요하였던 마스크 (M) 의 교환 작업이 불필요해져, 택트 타임을 단축시켜 워크 (W) 를 효율적으로 형성할 수 있다.

또, 레지스트 패턴 (43) 은, 레지스트 (R) 의 해상 한계 이하인 균일 피치를 갖고, 마스크 패턴 (31) 은, 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) 의 2 배 이상의 정수 배의 피치 (2P) 로 형성되므로, 마스크 패턴 (31) 을 원하는 균일한 피치 (P) 로 워크 (W) 에 노광 전사할 수 있다.

또, 마스크 (M) 는, 상기 스텝 이동 방향으로 나열되는 제 1 및 제 2 마스크측 마크 (32A, 32B) 를 구비하고, 워크 (W) 는, 상기 스텝 이동 방향으로 나열되는 제 1 및 제 2 워크측 마크 (42A, 42B) 를 구비하고, 제 1 및 제 2 마스크측 마크 (32A, 32B) 는, 상대 이동 방향에 있어서 소정의 거리 (a) 만큼 서로 이간되어 형성되고, 제 1 및 제 2 워크측 마크 (42A, 42B) 는, 상대 이동 방향에 있어서 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) 와 소정의 거리 (a) 의 합만큼 서로 이간되어 형성된다. 그리고, 제 1 노광 공정에서는, 제 1 마스크측 마크 (32A) 와 제 1 워크측 마크 (42A) 에 의해 워크 (W) 와 마스크 (M) 의 얼라인먼트를 조정하여 노광하고, 제 2 노광 공정에서는, 제 2 마스크측 마크 (32B) 와 제 2 워크측 마크 (42B) 에 의해 워크 (W) 와 마스크 (M) 의 얼라인먼트를 조정하여 노광하므로, 마스크 패턴 (31) 이 복수 회에 걸쳐 노광되어도 양호한 피치 정밀도로 워크 (W) 에 노광 전사할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 워크 (W) 를 마스크 (M) 에 대해 스텝 이동시킴으로써 마스크 (M) 와 워크 (W) 의 상대 이동을 실시하고 있지만, 마스크 (M) 를 워크 (W) 에 대해 스텝 이동시켜도 된다. 이 경우, 제 1 및 제 2 워크측 마크 (42A, 42B) 는, 상대 이동 방향에 있어서 소정의 거리 (a) 만큼 서로 이간되어 형성되고, 제 1 및 제 2 마스크측 마크 (32A, 32B) 는, 상대 이동 방향에 있어서 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) 와 소정의 거리 (a) 의 합만큼 서로 이간되어 형성된다.

또한, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히, 변형, 개량 등이 가능하다.

예를 들어, 본 발명의 프록시미티 노광 방법은, 마스크 패턴 (31) 의 사이즈가, 원하는 레지스트 패턴 (43) 의 피치보다 커지는 경향이 있는, OPC (Optical Proximity Correction) 처리된 마스크 (M) 에도 동일하게 적용할 수 있다. 이 경우에도, 레지스트 패턴 (43) 의 피치의 2 배의 피치의 마스크 패턴을 갖는 마스크 (M) 를 사용하여 노광이 실시된다. 또, OPC 처리된 마스크 (M) 는, 반도체 기판을 형성할 때에 사용되는, 반도체 기판이 노출된 콘택트 홀의 노광에 바람직하게 사용된다.

또, 상기 실시형태에서는, 1 방향 (예를 들어, X 방향) 만의 레지스트 패턴의 해상 한계에 대해 고려하고 있지만, Y 방향에 대해서도 고려하는 경우에는, 마찬가지로, Y 방향으로도 스텝 이동시켜, 복수 회로 나누어 스텝 노광하면 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 레지스트 패턴 (43) 의 피치를 균일하게 하고, 마스크 패턴 (31) 의 피치를, 레지스트 패턴 (43) 의 피치 (P) 의 2 배의 정수 배로 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 요컨대, 레지스트의 해상 한계 이하인 최소 피치를 갖는 레지스트 패턴에 대해, 레지스트의 해상 한계보다 큰 피치로 마스크 패턴이 형성되는 마스크를 사용하여, 본 발명의 스텝 노광을 실시하는 것이면, 레지스트 패턴 (43) 의 피치는 균일한 것이 아니어도 된다.

본 발명은, 2016년 9월 30일 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2016-194981) 에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

31 : 마스크 패턴
32A : 제 1 마스크측 마크
32B : 제 2 마스크측 마크
41 : 노광 완료 에어리어
42A : 제 1 워크측 마크
42B : 제 2 워크측 마크
43 : 레지스트 패턴
a : 소정의 거리
G : 갭
M : 마스크
P : 레지스트 패턴의 피치
2P : 마스크 패턴의 피치
W : 워크

Claims (5)

1. 마스크와 워크가 소정의 갭을 사이에 두고 대향 배치되고, 패턴 노광용의 광을 상기 마스크를 통해 상기 워크에 조사함으로써, 상기 마스크의 마스크 패턴을 상기 워크 상의 레지스트에 노광 전사하는 프록시미티 노광 방법으로서,
   상기 레지스트의 해상 한계 이하인 최소 피치를 갖는 레지스트 패턴에 대해, 상기 레지스트의 해상 한계보다 큰 피치로 상기 마스크 패턴이 형성되는 상기 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과,
   상기 마스크 패턴을 상기 워크에 노광 전사하는 제 1 노광 공정과,
   상기 마스크와 상기 워크를 상기 레지스트 패턴의 최소 피치분만큼 상대적으로 스텝 이동시키는 이동 공정과,
   상기 이동 공정 후에, 상기 마스크 패턴을 상기 워크에 재차 노광 전사하는 제 2 노광 공정을 구비하고,
   상기 마스크는, 상기 이동 공정에 있어서의 상기 마스크와 상기 워크의 상대 이동 방향으로 나열되는 제 1 및 제 2 마스크측 마크를 구비하고,
   상기 워크는, 상기 이동 공정에 있어서의 상기 마스크와 상기 워크의 상대 이동 방향으로 나열되는 제 1 및 제 2 워크측 마크를 구비하고,
   상기 제 1 및 제 2 마스크측 마크와, 제 1 및 제 2 워크측 마크의 일방은, 상기 상대 이동 방향에 있어서 소정의 거리만큼 서로 이간되어 형성되고,
   상기 제 1 및 제 2 마스크측 마크와, 제 1 및 제 2 워크측 마크의 타방은, 상기 상대 이동 방향에 있어서 상기 레지스트 패턴의 최소 피치와 상기 소정의 거리의 합만큼 서로 이간되어 형성되고,
   상기 제 1 노광 공정에서는, 상기 제 1 마스크측 마크와 상기 제 1 워크측 마크에 의해 상기 워크와 상기 마스크의 얼라인먼트를 조정하여 노광하고,
   상기 제 2 노광 공정에서는, 상기 제 2 마스크측 마크와 상기 제 2 워크측 마크에 의해 상기 워크와 상기 마스크의 얼라인먼트를 조정하여 노광하는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 레지스트 패턴은, 상기 레지스트의 해상 한계 이하인 균일 피치를 갖고,
   상기 마스크 패턴은, 상기 레지스트 패턴의 피치의 2 배 이상의 정수 배의 상기 피치로 형성되는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 마스크 패턴의 사이즈가 상기 레지스트 패턴의 최소 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 방법.
4. 삭제
5. 삭제

Images