KR20000076647A

KR20000076647A - 주사 노광방법 및 주사형 노광장치

Info

Publication number: KR20000076647A
Application number: KR1020000006508A
Authority: KR
Inventors: 시노자끼다다아끼; 야나기하라마사미쯔
Original assignee: 오노 시게오; 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2000-12-26
Also published as: TW447009B; KR100696151B1; US6288772B1; SG87085A1

Abstract

장치가 대형화 및 비용증가가 되지 않고 대형의 기판에 노광한다.

마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기이동하여 기판 (P) 에 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 을 연결시켜서 노광한다. 제 1 패턴 (53, 55) 의 적어도 일부와 제 2 패턴 (55) 의 적어도 일부는 공통의 패턴이고, 마스크 (M) 에 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (55) 으로서 공통패턴 (44) 과 그 공통패턴 (44) 와는 다른 비공통패턴 (45a, 45b) 을 형성한다. 공통패턴 (44) 에 의해 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 을 연결시킨다.

Description

주사 노광방법 및 주사형 노광장치{SCANNING EXPOSURE METHOD AND SCANNING TYPE EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 마스크와 기판을 소정방향으로 동기이동하여 마스크에 형성된 패턴을 유리기판 등의 기판에 주사 노광하는 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에 관한 것이다.

근년, PC(퍼스널 컴퓨터) 및 TV(텔레비전) 등의 표시소자로서는 박형화를 가능하게 하는 액정표시패널이 많이 사용되고 있다. 이 종류의 액정표시패널은 평면시 직사각형상의 감광기판상에 투명박막전극을 포토리소그래피 방법으로 원하는 형상으로 패터닝함으로써 제조되고 있다. 그리고, 이 포토리소그래피 장치로서 마스크 (레티클;reticle) 상에 형성된 패턴을 투영광학계를 통하여 감광기판상의 포토레지스트층에 노광하는 노광장치가 사용되고 있다.

그런데, 상기의 액정표시패널은 화면이 보기 쉬워야 한다는 관점에서 대면적화가 진행되고 있다. 이 요청에 응하는 노광장치로서는, 예를 들면 일본 공개특허공보 평 7-57986 호에 개시되어 있는 바와 같이, 마스크의 패턴을 정립상(正立像)으로 기판상에 투영하는 복수의 투영광학계를 조합하여 마스크와 유리기판을 소정방향으로 동기이동하여 투영광학계에 대해 주사함으로써 동기이동방향과 직교하는 방향으로 큰 노광영역을 갖는, 즉 마스크에 형성된 LCD (Liquid Crystal Display) 등의 패턴을 유리기판상의 노광영역에 순서대로 전사하는 주사형 노광장치가 고안되고 있다.

이때, 투광영역이 커도 장치를 대형화시키지 않으면서 양호한 결상(結像)특성을 얻는 투영광학계로서 복수의 투영광학계를 서로 인접한 투영영역이 주사방향으로 소정량 변위하도록, 또 서로 인접하는 투영영역의 단부끼리가 주사방향과 직교하는 방향으로 중복되도록 배치된 것이 사용되고 있다. 이 경우, 각 투영광학계의 시야조리개는 사다리꼴 형상으로 주사방향의 시야조리개의 개구폭의 합계는 항상 동일하도록 설정되어 있다. 이 때문에, 상기와 같은 주사형 노광장치는 서로 인접하는 투영광학계의 이음부가 중복하여 노광되고, 투영광학계의 광학수차(收差) 및 노광조도가 원활하게 변화한다는 이점을 갖고 있다.

그런데 근년, 액정표시패널 제조용의 기판으로서 액정패널의 다면을 취하기에 의한 생산성 향상 및 TV 를 목적으로 한 보다 큰 표시영역을 갖는 액정표시패널을 제조하기 위해 1 m 정도의 큰 유리기판을 사용하는 것이 고안되고 있다.

이와 같이, 표시영역이 큰 기판크기에 상당하는 액정표시패널을 노광하기 위해서는, 기판크기와 동등한 크기의 마스크를 사용하여 일괄적으로 주사노광하는 방법과, 1 개의 액정표시패널의 패턴을 복수의 영역으로 분할하여 패턴합성하는 방법을 생각할 수 있다. 전자의 방법에서는 고속의 스루풋(throughput) 이 얻어지지만, 마스크의 비용이 방대해져 현실적이지 못하다.

한편, 후자의 방법에서는 패턴이음부에 있어서 마스크의 패턴묘화(描畵)오차, 투영광학계의 광학수차 및 유리기판을 이동시키는 스테이지의 위치결정오차 등에 기인하여 단차가 발생하여 디바이스의 특성이 손실되거나 한다. 또한, 패턴합성된 것을 다층으로 겹치게 한 경우, 각 층의 노광영역의 겹침오차 및 패턴의 선폭차가 패턴의 이음부분에서 불연속으로 변화하고, 액정표시패널을 점등했을 때에 이음목부분에서 색불균일이 발생하는 등 디바이스의 품질이 저하된다는 문제가 있었다.

이 문제를 해소하면서 대형 유리기판에 노광하기 위한 주사형 노광장치로서는, 예를 들면 일본 공개특허공보 평 10-64782 호가 제공되고 있다. 이것은 마스크를 유지하는 마스크스테이지 및 유리기판을 유지하는 기판스테이지를 동기하여 구동하고 주사 노광을 실시한 후에, 마스크스테이지 및 기판스테이지를 동기이동과 직교하는 방향으로 조명영역의 폭분의 거리만큼 스텝이동하는 공정을 1 회 또는 수회 반복함으로써 복수의 분할패턴을 연결시켜 큰 유리기판상에 전사하는 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에는 이하와 같은 문제가 존재한다.

상기의 LCD 패턴은 복수의 픽셀(pixel)에 응한 복수의 전극이 규칙적으로 배열된 패턴으로 구성되는 화소부와, 화소부의 각 전극의 패턴과 이들 각 전극을 구동하는 드라이버회로를 도통시키기 위한 도통부를 갖고 있다. 이 화소부는 상기 주사형 노광장치에 의해 유리기판에서 연결되는 부분패턴 각각에 형성되는 것이다.

그러나, 상기의 주사형 노광장치에서는 이들 내용이 고려되지 않고, 단순히 마스크의 패턴을 분할하여 유리기판으로 전사하고 있기 때문에 마스크가 유리기판과 동등 또는 유리기판 이상의 크기로 되어 버린다. 그 때문에, 마스크의 비용이 방대해지는 것에 더하여, 이 마스크를 유지하는 마스크스테이지도 마스크의 크기에 대응시킬 필요가 발생하여 장치의 대형화 및 비용이 증가한다는 문제가 있었다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 장치가 대형화 및 비용증가가 되지 않고 대형의 기판에 노광할 수 있는 주사 노광방법 및 주사형 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 주사형 노광장치의 개략적인 구성을 나타낸 외관사시도이다.

도 2 는 동 주사형 노광장치의 개략구성도이다.

도 3 은 본발명의 주사형 노광장치를 구성하는 필터의 평면도이다.

도 4 는 본 발명의 주사형 노광장치를 구성하는 투영계 모듈의 개략구성도이다.

도 5 는 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 투영계 모듈로 설정되는 이미지필드의 평면도이다.

도 6 은 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 마스크와 이미지필드와의 관계를 나타낸 평면도이다.

도 7 은 동 마스크에 형성된 마스크마크와 마스크얼라이먼트마크의 평면도이다.

도 8 은 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 유리기판과 이미지필드와의 관계를 나타낸 평면도이다.

도 9 는 동 유리기판에 형성된 기판마크 및 기판얼라이먼트마크의 평면도이다.

도 10 은 마스크마크와 기판마크, 마스크얼라이먼트마크와 기판얼라이먼트마크가 겹쳐 촬상된 평면도이다.

도 11 은 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 유리기판에 노광되는 패턴을 나타낸 평면도이다.

도 12 는 동 패턴 중에서 화소패턴을 구성하는 단위패턴의 평면도이다.

도 13 은 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 노광동작의 시퀀스를 나타낸 플로차트도이다.

도 14 는 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 노광동작의 시퀀스를 나타낸 플로차트도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

M : 마스크 (레티클) P : 유리기판 (기판)

1 : 주사형 노광장치 3a ∼ 3e : 투영계 모듈 (광학계)

4 : 마스크스테이지 5 : 기판스테이지

17 : 제어장치 34a ∼ 34e : 이미지필드 (투영영역)

44 : 화소패턴 (공통패턴) 45a, 45b : 주변회로패턴 (비공통패턴)

52 : 단위패턴 (부분패턴) 53, 55 : 분할패턴 (제 1 패턴)

54 : 분할패턴 (제 2 패턴)

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 실시형태를 나타낸 도 1 내지 도 12 에 대응첨부한 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 주사 노광방법은, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기이동하여 기판 (P) 에 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 을 연결시켜 노광하는 주사 노광방법에 있어서, 제 1 패턴 (53, 55) 의 적어도 일부와 제 2 패턴 (54) 의 적어도 일부와는 공통의 패턴이고, 마스크 (M) 에는, 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 으로서, 공통패턴 (44) 과 그 공통패턴 (44) 과는 다른 비공통패턴 (45a, 45b) 이 형성되어 있고, 공통패턴 (44) 에 의해 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 을 연결시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 주사 노광방법에서는 공통패턴 (44) 으로 기판 (P) 에 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 을 연결시키기 때문에, 이들 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 을 연속적으로 합성할 수 있다. 또 이때, 마스크 (M) 에 형성된 공통패턴 (44) 을 사용하여 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 을 노광할 수 있기 때문에, 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 용의 공통패턴 (44) 을 각각 개별적으로 마스크 (M) 에 형성할 필요가 없어져 마스크를 소형화할 수 있다. 이에 따라, 마스크 (M) 를 유지하기 위한 마스크스테이지 (4) 도 소형화가 가능해진다. 또, 마스크 (M) 도 복수의 장수를 사용할 필요가 없어지기 때문에 고(高)스루풋을 얻을 수도 있다.

또, 본 발명의 주사형 노광장치는 마스크 (M) 를 유지하는 마스크스테이지 (4) 와 기판 (P) 을 유지하는 기판스테이지 (5) 를 구비하고, 마스크스테이지 (4) 와 기판스테이지 (5) 를 광로(光路)에 대해 동기이동시켜 기판 (P) 에 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 을 연결시켜 노광하는 주사형 노광장치 (1) 에 있어서, 마스크 (M) 에는 제 1 패턴 (53, 55) 의 적어도 일부 및 제 2 패턴 (54) 의 적어도 일부에 공통하는 공통패턴 (44) 과 그 공통패턴 (44) 과는 다른 비공통패턴 (45a, 45b) 이 형성되고, 제 1 패턴 (53, 55) 과 제 2 패턴 (54) 을 공통패턴 (44) 에 의해 연결시키도록 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5) 의 이동을 제어하는 제어장치 (17) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 주사형 노광장치에서는 제어장치 (17) 가 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5) 를 제어하여 공통패턴으로 기판 (P) 에 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 을 연결시키기 때문에, 이들 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 을 연속적으로 합성할 수 있다. 또 이때, 마스크 (M) 에 형성된 공통패턴 (44) 을 사용하여 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 을 노광할 수 있기 때문에, 제 1 패턴 (53, 55) 및 제 2 패턴 (54) 용의 공통패턴 (44) 을 각각 개별적으로 마스크 (M) 에 형성할 필요가 없어져 마스크를 소형화할 수 있다. 이에 따라, 마스크스테이지 (4) 도 소형화가 가능해진다. 또, 마스크 (M) 도 복수의 장수를 사용할 필요가 없어지기 때문에 고스루풋을 얻을 수도 있다.

이하, 본 발명의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치의 실시형태를 도 1 내지 도 14 를 참조하여 설명한다.

여기서는 5 개의 투영광학계를 사용하여 3 회의 주사 노광에 의해 기판상에 화면을 합성하는 경우의 예를 사용하여 설명한다.

도 1 은, 본 발명에 의한 주사형 노광장치 (1) 의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이다. 주사형 노광장치 (1) 는 조명광학계 (2) 와, 복수의 투영계 모듈 (광학계) (3a ∼ 3e) 로 이루어지는 투영광학계 (3) 와, 마스크 (레티클) (M) 를 유지하는 마스크스테이지 (4) 와, 유리기판 (기판) (P) 을 유지하는 기판스테이지 (5) 를 주체로서 구성되어 있다. 또한, 도 1 에 있어서, 투영광학계 (3) 의 광축방향을 Z 방향으로 하고, Z 방향으로 수직인 방향에서 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 의 동기이동방향 (주사방향) 을 X 방향으로 하고, Z 방향 및 X 방향으로 직교하는 방향 (비주사방향) 을 Y 방향으로 한다.

도 2 에 나타낸 바와 같이, 조명광학계 (2) 는 초고압수은램프 등의 광원으로부터 사출된 광속 (노광광) 을 마스크 (M) 상에 조명하는 것으로, 다이크로익 미러 (dichroic mirror) (7), 파장선택필터 (8), 라이트가이드 (9) 및 투영계 모듈 조명계 (3a ∼ 3e) 의 각각에 대응하여 설치된 조명계 모듈 (10a ∼ 10e) (단, 도 2 에 있어서는 편리상 조명광학계 (10a) 에 대응하는 것만을 나타내고 있다.) 로 구성되어 있다.

그리고, 광원 (6) 으로부터 사출한 광속은 타원경 (6a) 에서 집광된 후에 다이크로익 미러 (7) 에 입사한다. 다이크로익 미러 (7) 는 노광에 필요한 파장의 광속을 반사하고, 그외의 파장의 광속을 투과시키는 것이다. 다이크로익 미러 (7) 에서 반사된 광속은 파장선택필터 (8) 에 입사하고 투영광학계 (3) 가 노광을 실시하는데에 적합한 파장 (통상은 g, h, i 선 중 적어도 1 개의 대역) 의 광속이 되어 라이트가이드 (9) 에 입사한다. 라이트가이드 (9) 는 입사한 광속을 5 개로 분기하여 반사미러 (11) 을 통하여 각 조명계 모듈 (10a ∼ 10e) 에 입사시키는 것이다.

각 조명계 모듈 (10a ∼ 10e) 은 조명셔터 (12) 와 릴레이렌즈 (13) 와 플라이아이렌즈 (14) 와 콘덴서렌즈 (15) 로 대략 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 이 조명계 모듈 (10a) 과 동일한 구성의 조명계 모듈 (10b ∼ 10e) 이 X 방향과 Y 방향에 일정한 간격으로 배치되어 있다. 그리고, 각 조명계 모듈 (10a ∼ 10e) 로부터의 광속은 마스크 (M) 상의 다른 조명영역을 조명하는 구성으로 되어 있다.

조명셔터 (12) 는 라이트가이드 (9) 의 후방에 광속의 광로에 대해 진퇴가 자유롭도록 배치되어 있다. 조명셔터 (12) 는 광로를 차단했을 때에 그 광로로부터의 광속을 차광하고, 광로를 개방했을 때에 광속으로의 차광을 해제하는 것이다. 또, 조명셔터 (12) 에는 그 조명셔터 (12) 를 상기 광로에 대해 진퇴이동시키는 셔터구동부 (16) 가 구비되어 있다. 셔터구동부 (16) 는 제어장치 (17) 에 의해 그 구동을 제어받고 있다.

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

도 3 에 나타낸 바와 같이, 필터 (21) 는 유리판 (21a) 상에 Cr 등으로 발(簾) 형상으로 패터닝된 것으로, 투과율이 Y 방향을 따라 어떤 범위에서 선형으로 점차 변화하도록 형성되며 각 광로 중의 조명셔터 (12) 와 하프미러 (19) 와의 사이에 배치되어 있다. 이들 하프미러 (19), 디텍터 (20) 및 필터 (21) 는 복수의 광로마다 각각 설치되어 있다. 필터구동부 (22) 는 제어장치 (17) 의 지시에 기초하여 필터 (21) 를 Y 방향을 따라 이동시키는 것이다.

제어장치 (17) 는 디텍터 (20) 가 검출한 광속의 조도에 기초하여 그 조도가 소정치가 되도록 필터구동부 (22) 를 제어함으로써 각 광속마다의 광량을 조정하는 것이다.

광량조정기구 (18) 를 투과한 광속은 릴레이렌즈 (14) 를 통하여 플라이아이렌즈 (14) 에 도달한다. 이 플라이아이렌즈 (14) 의 사출면측에는 이차광원이 형성되어 콘덴서렌즈 (15) 를 통해 마스크 (M) 의 조명영역을 균일한 조도로 조사할 수 있도록 되어 있다.

마스크 (M) 를 투과한 광속은 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 에 각각 입사한다. 그리고, 조명영역의 마스크 (M) 의 패턴은 소정의 결상특성으로 레지스트가 도포된 유리기판 (P) 상에 전사된다. 각 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 은 도 4 에 나타낸 바와 같이, 이미지 시프트기구 (23), 2 조(組)의 반사굴절형 광학계 (24, 25), 시야조리개 (26) 및 배율조정기구 (27) 로 구성되어 있다.

마스크 (M) 를 투과한 광속은 이미지 시프트기구 (23) 에 입사한다. 이미지 시프트기구 (23) 는, 예를 들면 2 장의 평행평면판유리가 각각 Y 축주변 또는 X 축주변으로 회전함으로써 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 X 방향 또는 Y 방향으로 시프트시키는 것이다. 이미지 시프트기구 (23) 를 투과한 광속은 첫 번째의 반사굴절형 광학계 (24) 에 입사한다.

반사굴절형 광학계 (24) 는 마스크 (M) 패턴의 중간 이미지를 형성하는 것으로 직각프리즘 (28), 렌즈 (29) 및 오목면경 (30) 으로 구성되어 있다. 직각프리즘 (28) 은 Z 축주변으로 회전이 자유롭도록 되며 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 회전시키는 구성으로 되어 있다.

이 중간 이미지 위치에는 시야조리개 (26) 가 배치되어 있다. 시야조리개 (26) 는 유리기판 (P) 상에서의 이미지필드를 설정하는 것이다. 시야조리개 (26) 를 투과한 광속은 두 번째의 반사굴절형 광학계 (25) 에 입사한다. 반사굴절형 광학계 (25) 는 반사굴절형 광학계 (24) 와 동일하게 직각프리즘 (31), 렌즈 (32) 및 오목면경 (33) 으로 구성되어 있다. 또, 직각프리즘 (31) 도 Z 축주변으로 회전이 자유롭도록 되며 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 회전시키는 구성으로 되어 있다.

반사굴절형 광학계 (25) 로부터 출사된 광속은 배율조정기구 (27) 를 지나 유리기판 (P) 상에 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 정립등배(正立等倍)로 결상한다. 배율조정기구 (27) 는, 예를 들면 평볼록렌즈, 양볼록렌즈, 평오목렌즈의 3 장의 렌즈로 구성되며, 평볼록렌즈와 평오목렌즈와의 사이에 위치하는 양볼록렌즈를 Z 축방향으로 이동시킴으로써 마스크 (M) 의 패턴 이미지의 배율을 변화시키도록 되어 있다.

도 5 는, 유리기판 (P) 상에서의 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 의 이미지필드 (투영영역) (34a ∼ 34e) 의 평면도이다. 이 도에 나타낸 바와 같이, 각 이미지필드 (34a ∼ 34e) 는 사다리꼴 형상을 하고 있다. 이미지필드 (34a, 34c, 34e) 와 이미지필드 (34b, 34d) 는 X 방향에 대향하여 배치되어 있다. 또한, 이미지필드 (34a ∼ 34e) 는 서로 인접하는 이미지필드의 단부끼리 (35a 와 35b, 35c 와 35d, 35e 와 35f, 35g 와 35h) 가 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, Y 방향에 중복하도록 병렬배치되며, X 방향의 이미지필드의 폭의 총계가 거의 동일하게 되도록 설정되어 있다. 즉, X 방향으로 주사 노광했을 때의 노광량이 동일하게 되도록 되어 있다.

이와 같이, 각 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 에 의한 이미지필드 (34a ∼ 34e) 가 중복하는 이음부 (36a ∼ 36d) 를 설치함으로써, 이음부 (36a ∼ 36d) 에 있어서의 광학수차의 변화 및 조도변화를 원활하게 할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태인 이미지필드 (34a ∼ 34e) 의 형상은 사다리꼴이지만, 육각형 및 마름모꼴형, 평행사변형 등이어도 상관없다.

마스크스테이지 (4) 는 마스크 (M) 를 유지하는 것으로, 일차원의 주사 노광을 실시하기 위해 X 방향으로 긴 스트로크와, 주사방향과 직교하는 Y 방향으로 수 ㎜ 정도인 미소량의 스트로크를 갖고 있다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 마스크스테이지 (4) 에는 그 마스크스테이지 (4) 를 상기 방향으로 구동하는 마스크스테이지구동부 (37) 가 구비되어 있다. 이 마스크스테이지구동부 (37) 는 제어장치 (17) 에 의해 제어되고 있다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 마스크스테이지 (4) 상의 가장자리에는 직교하는 방향으로 이동경 (38a, 38b) 이 각각 설치되어 있다. 이동경 (38a) 에는 레이저간섭계 (39a) 가 대향하여 배치되어 있다. 또, 이동경 (38b) 에는 레이저간섭계 (39b) 가 대향하여 배치되어 있다.

이들 레이저간섭계 (39a, 39b) 는 각각 이동경 (38a, 38b) 에 레이저광을 사출하여 그 이동경 (38a, 38b) 과의 사이의 거리를 계측함으로써, 마스크스테이지 (4) 의 X 방향, Y 방향의 위치, 즉 마스크 (M) 의 위치를 고분해능, 고정밀도로 검출하는 것이 가능해졌다. 그리고, 레이저간섭계 (39a, 39b) 의 검출결과는 제어장치 (17) 에 출력된다.

제어장치 (17) 는 레이저간섭계 (39a, 39b) 의 출력으로부터 마스크스테이지 (4) 의 위치를 모니터하여 마스크스테이지구동부 (37) 를 제어함으로써 마스크스테이지 (4) 를 원하는 위치로 이동시킬 수 있도록 되어 있다.

기판스테이지 (5) 는 유리기판 (P) 을 유지하는 것으로, 마스크스테이지 (4) 와 동일하게, 일차원의 주사 노광을 실시하기 위해 X 방향으로 긴 스트로크와, 주사방향과 직교하는 Y 방향으로 스텝이동하기 위한 긴 스트로크를 갖고 있다. 또, 기판스테이지 (5) 에는 그 기판스테이지 (5) 를 상기 방향으로 구동하는 기판스테이지구동부 (40) 가 구비되고 있다. 이 기판스테이지구동부 (40) 는 제어장치 (17) 에 의해 제어되고 있다.

또한, 기판스테이지 (5) 는 Z 방향으로도 이동이 자유롭도록 되어 있다. 그리고, 기판스테이지 (5) 는 마스크 (M) 의 패턴면과 유리기판 (P) 의 노광면의 Z 방향의 위치를 계측하는 계측수단 (도시하지 않음) 을 구비하고 있고, 마스크 (M)의 패턴면과 유리기판 (P) 의 노광면이 항상 소정의 간격이 되도록 위치제어된다. 또, 기판스테이지 (5) 상에는 유리기판 (P) 의 노광면과 거의 동등한 높이에 디텍터 (조명센서) (41) 가 설치되어 있다. 디텍터 (41) 는 유리기판 (P) 상의 광속의 조도를 검출하고, 검출한 조도신호를 제어장치 (17) 로 출력하는 것이다.

또, 기판스테이지 (5) 상의 가장자리에는 직교하는 방향으로 이동경 (42a, 42b) 이 각각 설치되어 있다. 이동경 (42a) 에는 레이저간섭계 (43a) 가 대향하여 배치되어 있다. 또, 이동경 (42b) 에는 레이저간섭계 (43b) 가 대향하여 배치되어 있다.

이들 레이저간섭계 (43a, 43b) 는 각각 이동경 (42a, 42b) 에 레이저광을 사출하여 그 이동경 (42a, 42b) 과의 사이의 거리를 계측함으로써, 기판스테이지 (5) 의 X 방향, Y 방향의 위치, 즉 유리기판 (P) 의 위치를 고분해능, 고정밀도로 검출하는 것이 가능해졌다. 그리고, 레이저간섭계 (43a, 43b) 의 검출결과는 제어장치 (17) 에 출력된다.

제어장치 (17) 는 레이저간섭계 (43a, 43b) 의 출력으로부터 기판스테이지 (5) 의 위치를 모니터하고 기판스테이지구동부 (40) 를 제어함으로써 기판스테이지 (5) 를 원하는 위치로 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 즉, 제어장치 (17) 는 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5) 의 위치를 모니터하면서 양 구동부 (37, 40) 를 제어함으로써, 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 에 대해 임의의 주사속도 (동기이동속도) 로 X 방향으로 동기이동시키도록 되어 있다.

도 6 에 나타낸 바와 같이, 마스크 (M) 의 패턴영역에는 화소패턴 (공통패턴) (44) 과 그 화소패턴 (44) 의 Y 방향 양단에 위치하는 주변회로패턴 (비공통패턴) (45a, 45b) 이 형성되어 있다. 화소패턴 (44) 에는 복수의 픽셀에 응한 복수의 전극이 규칙적으로 배열된 패턴이 형성되어 있다. 주변회로패턴 (45a, 45b) 에는 화소패턴 (44) 의 전극을 구동하기 위한 드라이버회로 등이 형성되어 있다.

또, 마스크 (M) 의 패턴영역의 주위에는 그 마스크 (M) 의 구석부에 위치하여 마스크마크 (46a ∼ 46d) 가 형성되어 있다. 마스크마크 (46a ∼46d) 는 마스크 (M) 의 얼라이먼트시의 각종 보정량산출에 사용되는 것으로, Cr 등에 의해 도 7 에 나타낸 바와 같은 십자형상으로 형성되어 있다.

또한, 마스크 (M) 에는 X 방향을 따른 양측 가장자리중앙 (즉, 마스크 (M) 의 Y 방향 양단의 중앙) 의 근방에 위치하여 마스크얼라이먼트마크 (56a, 56b) 가 각각 형성되어 있다. 마스크얼라이먼트마크는 유리기판 (P) 과의 위치결정을 할 때에 사용되는 것으로, 상기 마스크마크 (46a ∼ 46d) 와 동일하게 Cr 등에 의해 십자형상으로 형성되어 있다.

마스크 (M) 와 동일하게, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 유리기판 (P) 의 투영영역의 주위에는 그 유리기판 (P) 의 구석부에 위치하여 기판마크 (47a ∼ 47d) 가 형성되어 있다. 기판마크 (47a ∼47d) 는 유리기판 (P) 의 얼라이먼트시의 각종 보정량산출에 사용되는 것으로, Cr 등에 의해 도 9 에 나타낸 바와 같은 십자형상의 투과부 (48) 가 형성된 것이다.

유리기판 (P) 에도 X 방향을 따른 양측 가장자리중앙 (즉, 유리기판 (P) 의 Y 방향 양단의 중앙) 의 근방에 위치하여 기판얼라이먼트마크 (57a, 57b) 가 각각 형성되어 있다. 기판얼라이먼트마크는 마스크 (M) 와의 위치결정을 할 때에 사용되는 것으로, 상기 기판마크 (47a ∼ 47d) 와 동일하게 Cr 등에 의해 십자형상의 투과부가 형성된 것이다.

이들 마스크마크 (46a ∼ 46d), 기판마크 (47a ∼ 47b) 및 마스크얼라이먼트마크 (56a, 56b), 기판얼라이먼트마크 (57a, 57b) 는 도 1 에 있어서 마스크 (M) 의 상측에 설치된 얼라이먼트계 (49a, 49b) 에 의해 검출되도록 되어 있다. 얼라이먼트계 (49a, 49b) 는 X 방향으로 이동하는 구동기구 (도시하지 않음) 를 갖고, 주사 노광시에는 조명영역 내로부터 퇴피하는 구성으로 되어 있다.

우선, 상기 구성의 주사 노광장치 (1) 에 있어서, 마스크 (M) 의 패턴의 치수를 설정하는 방법에 대해 이하에 설명한다.

여기서, 도 5 에 나타낸 각 이미지필드 (34a ∼ 34e) 는 사다리꼴 형상의 장변의 길이 (L1) 를 88 ㎜, 단변의 길이 (L2) 를 72 ㎜ 로 하여 서로 인접하는 이미지필드의 간격 (이미지필드의 Y 방향의 피치) (L3) 을 80 ㎜ 로 한다. 또, 유리기판 (P) 에는, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 화소패턴 (50) 과 그 화소패턴 (50) 의 Y 방향 양단에 위치하는 주변회로패턴 (51a, 51b) 을 형성하는 것으로 한다.

화소패턴 (50) 의 크기는 대각길이 (L4) 를 32 인치, X 방향의 길이 (L5) 를 398.52 ㎜, Y 방향의 길이 (L6) 를 708.48 ㎜ 로 한다. 또, 화소패턴 (50) 은 도 12 에 나타낸 바와 같은 단위패턴 (부분패턴) (52) 이 RㆍGㆍB 의 각 색에 대응하도록 X 방향으로 (0.123 ×3) ㎜ 의 피치 (P1) 로 1080 회, Y 방향으로 0.123 ㎜ 의 피치 (P2) 로 (1920 ×3) 회 계속되는 반복패턴으로 한다.

또, 도 6 에 나타낸 마스크 (M) 의 주변회로패턴 (45a, 45b) 은 유리기판 (P) 의 주변회로패턴 (51a, 51b) 와 동일한 치수, 동일한 형상으로 각각 형성하고, 양단 외측의 투영계 모듈 (3a, 3e) 에서 노광되도록 마스크 (M) 상에 배치된다. 마스크 (M) 의 화소패턴 (44) 은 유리기판 (P) 의 화소패턴 (50) 에 대해 X 방향의 길이가 동일하며 Y 방향의 길이가 다르다.

여기서, 마스크 (M) 의 화소패턴 (44) 에 있어서 Y 방향의 길이를 L9 로 하고, 양단 외측의 투영계 모듈 (3a, 3e) 에서만 노광되는 Y 방향의 길이를 각각 L10, L11 로 했을 때에 길이 L9 를 이하와 같이 결정한다.

우선, 길이 L9 는 도 12 에 나타낸 단위패턴 (52) 의 반복이기 때문에 반복피치 (P2) = 0.123 ㎜ 의 정수배가 된다. 따라서, 다음 식이 성립한다.

L9 = L10 + L11 + L3 ×2 + L1 = 0.123 ×n1 ‥‥‥ (1)

또한, 다음 식의 관계가 있다.

L10 + L11 + L3 ×7 + 88 ≒ (1920 ×3) ×0.123 ‥‥‥ (2)

상기의 식 (1) 과 식 (2) 를 만족시키는 정수 (n1) 는 2507 과 2808 의 수가 고려되지만, 여기서는 n1 = 2508 로 하고 L9 = 308.484 ㎜ 로 한다.

이어서, 상기 구성의 주사형 노광장치 (1) 에 의해 마스크 (M) 의 패턴을 유리기판 (P) 에 노광하기 전에 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 위치결정하는 순서를 설명한다.

마스크 (M) 및 유리기판 (P) 이 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5) 에 각각 놓여 유지되면, 레지스트에 비감광인 파장으로 이루어지는 조명광을 얼라이먼트계 (49a) 로부터 도시하지 않은 반사경을 통하여 -Z 방향으로 사출한다.

사출된 조명광은 마스크 (M) 의 마스크얼라이먼트마크 (56a) 에 조사됨과 동시에, 마스크 (M) 를 투과하여 외측에 위치하는 투영계 모듈 (3a) 을 통해 유리기판 (P) 상의 기판얼라이먼트마크 (57a) 에 조사된다. 기판얼라이먼트마크 (57a) 에서 반사한 반사광은 투영계 모듈 (3a), 마스크 (M) 및 반사경을 통해 얼라이먼트계 (49a) 에 입사한다. 한편, 마스크얼라이먼트마크 (56a) 에서 반사한 반사광도 반사경을 통해 얼라이먼트계 (49a) 에 입사한다.

얼라이먼트계 (49a) 는 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 으로부터의 반사광에 기초하여 각 얼라이먼트마크 (56a, 57a) 의 위치를 검출한다. 구체적으로는, 얼라이먼트계 (49a) 는 그 얼라이먼트계 (49a) 중의 도시하지 않은 결상광학계를 통해 이차원 CCD 의 촬상면(撮像面)상에 마스크 (M) 및 유리기판 (P) 으로부터의 반사광을 동시에 결상하고, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 마스크얼라이먼트마크 (56a) 가 기판얼라이먼트마크 (57a) 의 투과부 (48) 에 겹친 촬상화상을 화상처리한다. 이에 따라, 마스크얼라이먼트마크 (56a) 와 기판얼라이먼트마크 (57a) 와의 위치어긋남량, 즉 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 와의 위치어긋남량이 계측된다.

다음으로, 기판스테이지 (5) 를 마스크스테이지 (4) 에 대해 -Y 방향으로 이동시킨다. 그리고, 상기와 동일한 순서에 의해 얼라이먼트계 (49b)를 사용하여 마스크얼라이먼트마크 (56b) 및 기판얼라이먼트마크 (57b) 를 계측하여 마스크 (M) 와 기판 (P) 과의 위치어긋남량을 구한다. 이 결과로부터 마스크스테이지 (4) 또는 기판스테이지 (5) 를 미동(微動)시켜 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 과의 위치맞춤을 실시한다. 또한, 이때의 조명광은 마스크 (M) 의 마스크얼라이먼트마크 (56b) 에 조사됨과 동시에, 마스크 (M) 를 투과하여 외측에 위치하는 투영계 모듈 (3e) 을 통해 유리기판 (P) 상의 기판얼라이먼트마크 (57b) 에 조사된다.

다음으로, 상기 구성의 주사형 노광장치 (1) 에 의해 마스크 (M) 의 패턴을 유리기판 (P) 에 노광하는 동작을 도 13 및 도 14 에 나타낸 플로차트를 따라 설명한다.

또한, 이하에 있어서는, 마스크스테이지 (4), 기판스테이지 (5) 의 이동은 마스크스테이지구동부 (37), 기판스테이지구동부 (40) 를 통해 모든 제어장치 (17) 의 제어에 기초하여 실시된 것이다.

또, 여기서는 도 8 에 나타낸 바와 같이, 유리기판 (P) 상의 전체의 노광패턴을, Y 방향으로 길이 (L12) 를 가지며 주변회로패턴 (51a) 및 화소패턴 (50) 의 일부를 포함하는 분할패턴 (제 1 패턴) (53) 과, Y 방향으로 길이 (L13) 를 가지며 화소패턴 (50) 의 일부를 갖는 분할패턴 (제 2 패턴) (54) 과, Y 방향으로 길이 (L14) 를 가지며 주변회로패턴 (51b) 및 화소패턴 (50) 의 일부를 포함하는 분할패턴 (제 1 패턴) (55) 의 3 개의 영역으로 분할하고, 계 3 회의 주사 노광을 실시하는 것으로 한다.

여기서, 길이 L12 는 이미지필드 (34a) 의 단변의 +Y 방향 단점(端点)과 이미지필드 (34d) 의 장변의 -Y 방향 단점과의 사이의 Y 방향에 있어서의 거리이다. 길이 L13 은 이미지필드 (34b) 의 단변의 +Y 방향 단점과 이미지필드 (34c) 의 장변의 -Y 방향 단점과의 사이의 Y 방향에 있어서의 거리이다. 길이 L14 는 이미지필드 (34b) 의 장변의 +Y 방향 단점과 이미지필드 (34e) 의 단변의 -Y 방향 단점과의 사이의 Y 방향에 있어서의 거리이다.

또, 분할패턴 (53) 과 분할패턴 (54) 는 이음부 (58a) 에서 중복하며, 분할패턴 (54) 과 분할패턴 (55) 는 이음부 (58b) 에서 중복하고 있는 것으로 한다. 또, 이음부 (58a, 58b) 는 이미지필드 (34a ∼ 34e) 의 이음부 (36a ∼36b) 와 동일한 거리 (즉, 8 ㎜) 로 각각 중복하고 있는 것으로 한다.

우선, 노광동작이 개시되면 (스텝 SP0), 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 의 이음부 (35a ∼ 35h) 에 대응하는 조도 (Wa ∼ Wh) 를 순차 계측한다 (스텝 SP1). 구체적으로는, 우선 제어장치 (17) 가 필터구동부 (22) 로 지시를 하여 광원 (6) 으로부터의 광속이 최대투과율로 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), 하프미러 (19), 마스크 (M), 투광계 모듈 (3a ∼ 3e) 등을 투과한 후 유리기판 (P) 상에 도달한다. 이때, 조명영역에 패턴 등이 형성되고 있지 않는 위치가 되도록 마스크 (M) 를 이동해 두거나 또는 마스크 (M) 를 떼어놓는다.

그리고, 이미지필드 (34a ∼ 34e) 중에서 이음부 (36a ∼ 36d) 에서 중복하는 단부 (35a ∼ 35h) 에 있어서의 광속의 조도 (Wa ∼ Wh) 를 디텍터 (41) 로 순차 계측한다. 동시에, 광원 (6) 으로부터 조사된 광속은 하프미러 (19) 에 의해 그 일부가 디텍터 (20) 로 입사한다. 디텍터 (20) 는 입사한 광속의 조도를 계측하고, 검출한 조도신호를 제어장치 (17) 로 출력한다. 제어장치 (17) 는 디텍터 (20, 41) 로 계측한 각 광속마다의 조도 및 단부 (35a ∼ 35h) 에 있어서의 조도 (Wa ∼ Wh) 를 기억한다.

다음으로, 스텝 SP2 에서는 제어장치 (17) 의 제어에 의해 마스크스테이지 (4) 와 기판스테이지 (5) 를 스텝이동시키면서, 상기 마스크얼라이먼트마크 (56a, 56b) 및 기판얼라이먼트마크 (57a, 57b) 의 계측과 동일한 순서에 의해 얼라이먼트계 (49a, 49b) 를 사용하여 마스크마크 (46a ∼ 46d) 와 기판마크 (47a ∼ 47d) 를 순차 중첩하여 마스크마크 (46a ∼ 46d) 와 기판마크 (47a ∼ 47b) 와의 위치어긋남량을 계측한다. 이에 따라, 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 과의 위치어긋남량이 계측된다.

그리고, 얻어진 위치어긋남량으로부터 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 과의 상대적인 시프트, 회전, 스케일링보정량을 산출하고, 주사 노광시에 이 보정량에 기초하여 각 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 의 이미지 시프트기구 (23), 배율조정기구 (27), 이미지 회전을 실시하는 직각프리즘 (28, 31) 의 보정을 실시한다.

스텝 SP3 에서는, 스텝 SP1 에 있어서 디텍터 (41) 가 계측한 단부 (35a ∼ 35h) 에 있어서의 조도 (Wa ∼ Wh) 를 기준으로 하여, 그 조도 (Wa ∼ Wh) 가 거의 소정치이면서 조도차 (｜Wa - Wb｜, ｜Wc - Wd｜, ｜We - Wf｜) 가 최소가 되도록 각 조명계 모듈 (10a ∼ 10e) 마다 디텍터 (20) 로 계측하면서 필터 (21) 를 구동시킨다. 이에 따라, 각 광로마다의 광속의 광량이 보정된다.

스텝 SP4 에서는 투영계 모듈 (3e) 에 대응하는 조명계 모듈 (10e) 의 조명셔터 (12) 를 셔터구동부 (16) 를 통해 광로 중에 삽입하고, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 이미지필드 (34e) 에 대한 광로의 조명광을 차광한다 (조명계 모듈 (10a ∼ 10d) 의 조명셔터 (12) 는 각 광로를 개방한다). 이에 따라, 마스크 (M) 에는 주변회로패턴 (45a) 과 화소패턴 (44) 의 일부를 포함하는 Y 방향의 길이 (L12) 의 조명영역이 설정된다.

스텝 SP5 에서는 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 X 방향으로 동기이동하여 1 회째의 주사 노광을 실시한다. 이에 따라, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 유리기판 (P) 상에는 투영계 모듈 (3a ∼ 3d) 로 설정된 조명영역에 대응하는 분할패턴 (53) 이 노광된다.

다음으로, 스텝 SP6 에서는 기판스테이지 (5) 를 +Y 방향으로 거리 PS1 스텝 이동시킨다. 이 거리 PS1 는 이미지필드의 Y 방향의 피치 (L3) 의 3 개분에 상당한다. 즉, 거리 PS1 은 다음 식으로 결정된다.

PS1 = L3 ×3 = 80 ㎜ ×3 = 240 ㎜

스텝 SP7 에서는 유리기판 (P) 상의 패턴이음부 (58a) 에 있어서, 화소패턴 (50) 이 연속하도록 마스크스테이지 (4) 를 Y 방향으로 거리 MS1 시프트한다. 이 거리 MS1 은 n2 를 정(正)의 정수로 하면 다음 식으로 결정된다.

MS1 = 80 ×3 - 0.123 ×n2 ‥‥‥ (3)

여기서, 거리 MS1 이 0 에 가깝도록 고려하면, n2 = 1951 일때는 MS1 = 0.027 ㎜, n2 = 1952 일때는 MS1 = -0.096 ㎜ 이 된다. 거기서, 마스크스테이지 (4) 의 시프트량이 적은 n2 = 1951 을 선택하여 마스크스테이지 (4) 를 통하여 마스크 (M) 를 +Y 방향으로 거리 MS1 = 0.027 ㎜ 이동시킨다.

스텝 SP8 에서는 2 회째의 주사 노광을 이미지필드 (34b, 34c) 에서 실시하기 위해 그 이미지필드 (34b, 34c) 의 조도를 보정한다. 또한, 1 회째의 주사 노광시에 유리기판 (P) 의 이음부 (58a) 를 노광한 이미지필드 (34d) 와 2 회째의 주사 노광시에 이음부 (58a) 를 노광한 이미지필드 (34b) 의 조도를 보정한다.

구체적으로는, 이미지필드 (34b, 34c) 의 단부 (35c, 35d) 간의 조도차 (｜Wc - Wd｜), 및 1 회째의 주사 노광시의 이미지필드 (34d) 의 단부 (35g) 와 2 회째의 주사 노광시의 이미지필드 (34b) 의 단부 (35b) 와의 사이의 조도차 (｜Wg - Wb｜) 가 최소가 되도록 스텝 SP3 와 동일하게 조명계 모듈 (10b, 10c) 마다 디텍터 (20) 로 각 광로의 조도를 계측하면서 필터 (21) 를 구동시킨다. 이에 따라, 각 광로의 광속의 광량이 보정된다.

스텝 SP9 에서는 투영계 모듈 (3a, 3d, 3e) 에 대응하는 조명계 모듈 (10a, 10d, 10e) 의 조명셔터 (12) 를 셔터구동부 (16) 를 통해 광로 중에 삽입하고, 이미지필드 (34a, 34d, 34e) 에 대응하는 광로의 조명광을 각각 차광한다 (조명계 모듈 (10b, 10c) 의 조명셔터 (12) 는 각 광로를 개방한다). 이에 따라, 마스크 (M) 에는 화소패턴 (44) 의 일부를 포함하는 Y 방향의 길이 (L13) 의 조명영역이 설정된다.

스텝 SP10 에서는 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 재차 X 방향으로 동기이동하여 2 회째의 주사 노광을 실시한다. 이에 따라, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 유리기판 (P) 상에는 투영계 모듈 (3b, 3c) 의 이미지필드 (34b, 34c) 로 설정된 조명영역에 대응하는 분할패턴 (54) 이 이음부 (58a) 에 있어서 분할패턴 (53) 과 중복한 상태로 노광된다.

다음으로, 스텝 SP11 에서는 스텝 SP6 과 동일하게 기판스테이지 (5) 를 +Y 방향으로 거리 PS2 분 스텝 이동시킨다. 이 거리 PS2 는 이미지필드의 Y 방향의 피치 (L3) 의 2 개분에 상당한다. 즉, 거리 PS2 는 다음 식으로 결정된다.

PS2 = L3 ×2 = 160 ㎜

스텝 SP12 에서는 스텝 SP7 과 동일하게 유리기판 (P) 상의 패턴이음부 (58b) 에 있어서 화소패턴 (50) 이 연속하도록 마스크스테이지 (4) 를 1 회째의 주사 노광시의 마스크 (M) 의 위치에 대해 Y 방향으로 거리 MS2, 즉 2 회째의 주사 노광에 대해서는 거리 (MS2 - MS1) 만큼 시프트한다. 이 거리 MS2 는 n3 을 정의 정수로 하면 다음 식으로 결정된다.

MS2 = 80 ×3 + 80 ×2 - 0.123 ×n3 ‥‥‥ (4)

여기서, 거리 MS2 가 0 에 가깝도록 고려하면, n3 = 3252 일때는 MS2 = 0.004 ㎜, n3 = 3253 일때는 MS2 = -0.119 ㎜ 이 된다. 거기서, 마스크스테이지 (4) 의 시프트량이 적은 n3 = 3252 를 선택하여 마스크스테이지 (4) 를 +Y 방향으로 거리 MS2 = 0.004 ㎜ 시프트시킨다.

한편, n3 = 3253 를 선택하여 마스크스테이지 (4) 를 거리 MS2 = -0.119 ㎜ 시프트시킨 후에 주사 노광을 실시하면, 유리기판 (P) 상에서의 이음부 (58a) 는 화소패턴 (50) 이 연속적으로 되지만, 화소패턴 (50) 전체의 Y 방향의 길이 (L6) 가 708.603 ㎜ 가 되어 1 피치분 P2 = 0.123 ㎜ 길어진다. 즉, 마스크 (M) 의 시프트 거리 MS2 를 고려하면 유리기판 (P) 상에서의 Y 방향의 노광폭은 다음 식으로 나타난다.

L5 + L6 + L3 ×7 + L1 - MS2 = (1920 ×3) ×0.123 ‥‥‥ (5)

따라서, 여기서는 마스크 (M) 의 시프트 거리 MS2 를 작게 하기 위해, 즉 n3 = 3252 를 선택하고, 2 회째의 마스크 (M) 의 시프트 거리 MS2 = 0.004 ㎜ 로 하기 위해 마스크 (M) 상의 길이 (L6) 를 n1 = 2508 로 하여 길이 L9 = 308.484 ㎜ 가 되도록 고려하였다.

스텝 SP13 에서는 3 회째의 주사 노광을 이미지필드 (34b ∼ 34e) 에서 실시하기 위해 그 이미지필드 (34b ∼ 34e) 의 조도를 보정한다. 또한, 2 회째의 주사 노광시에 유리기판 (P) 의 이음부 (58b) 를 노광한 이미지필드 (34c) 와 3 회째의 주사 노광시에 이음부 (58b) 를 노광하는 이미지필드 (34b) 의 조도를 보정한다.

구체적으로는, 이미지필드 (34b ∼ 34e) 의 단부 (35c, 35d) 간, 단부 (35e, 35f) 간, 단부 (35g, 35h) 간의 조도차 (｜Wc - Wd｜,｜We - Wf｜,｜Wg - Wh｜), 및 2 회째의 주사 노광시의 이미지필드 (34c) 의 단부 (35e) 와 3 회째의 주사 노광시의 이미지필드 (34b) 의 단부 (35b) 와의 사이의 조도차 (｜We - Wb｜) 가 최소가 되도록 스텝 SP3 와 동일하게 각 조명계 모듈 (10b ∼ 10e) 마다 디텍터 (20) 로 각 광로의 광속의 조도를 계측하면서 필터 (21) 를 구동시킨다. 이에 따라, 각 광로의 광속의 광량이 보정된다.

스텝 SP14 에서는 투영계 모듈 (3a) 에 대응하는 조명계 모듈 (10a) 의 조명셔터 (12) 를 셔터구동부 (16) 를 통하여 광로 중에 삽입하고, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 이미지필드 (34a) 에 대한 광로의 조명광을 차광한다 (조명계 모듈 (10b ∼ 10e) 의 조명셔터 (12) 는 각 광로를 개방한다). 이에 따라, 마스크 (M) 에는 주변회로패턴 (45b) 과 화소패턴 (44) 의 일부를 포함하는 Y 방향의 길이 (L14) 의 조명영역이 설정된다.

스텝 SP15 에서는 마스크 (M) 와 유리기판 (P) 을 재차 X 방향으로 동기이동하여 3 회째의 주사 노광을 실시한다. 이에 따라, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 유리기판 (P) 상에는 투영계 모듈 (3b ∼ 3e) 의 이미지필드 (34b ∼ 34e) 로 설정된 조명영역에 대응하는 분할패턴 (55) 이 이음부 (58a) 에 있어서 분할패턴 (54) 과 중복한 상태로 노광된다.

이렇게 하여, 1 장의 마스크 (M) 를 사용하여 그 마스크 (M) 보다도 큰 유리기판 (P) 에 대한 연결시키는 노광이 완료한다 (스텝 SP16).

본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 마스크 (M) 에 형성된 패턴이 주사 노광시에 복수의 분할패턴 (53, 54, 55) 에서 공통으로 사용되는 화소패턴 (44) 과 이 화소패턴 (44) 과는 다른 주변회로패턴 (45a, 45b) 으로 나뉘어 있기 때문에, 주사 노광마다 조명영역을 조절함으로써 복수의 분할패턴에 응하며 상기 패턴 (44, 45a, 45b) 의 선택을 다르게 함으로써 제 1, 제 2 패턴을 여러 가지 임의로 선택하여 설정할 수 있으며 1 장의 마스크 (M) 로 복수의 분할영역 (53, 54, 55) 으로 이루어지는 면적이 큰 유리기판 (P) 에 연결시켜 노광할 수 있게 된다. 그 때문에, 마스크 (M) 를 소형화할 수 있으며 마스크 (M) 의 제조비용을 억제할 수 있다. 동시에, 마스크스테이지 (4) 도 소형화할 수 있기 때문에 주사형 노광장치 (1) 자체의 소형화, 저가격화도 실현할 수 있다.

또, 본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 인접하는 분할패턴 (53, 54, 55) 의 일부를 중복하여 노광할 경우는 1 장의 마스크 (M) 내의 공통부분, 비공통부분을 목적하는 패턴에 맞춰 반복하여 사용할 수 있다. 따라서, 특히 액정표시디바이스 및 반도체메모리와 같이 동일한 패턴을 반복하여 전사할 경우는 이 반복패턴을 공통패턴으로 함으로써 상기 효과가 보다 현저해진다.

또한, 본 실시의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 분할패턴 (53, 54, 55) 을 이음부 (58a, 58b) 에 있어서 중복하여 주사 노광하고 있기 때문에, 화소패턴 (50) 이 분할된 경우라도 원활하게 연결시킬 수 있고, 패턴의 연결부분에 단차가 발생하여 디바이스의 특성이 손실되거나 연결부분이 불연속으로 변화하여 디바이스의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.

또, 본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 동기이동마다 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 에 있어서의 광속의 조도를 계측, 보정하고 있기 때문에 동기이동을 복수회 실시할 경우라도 노광마다 노광량이 변동하는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 분할패턴 (53, 54, 55) 에 의해 패턴선폭이 변동하는 것을 방지할 수 있으며 노광 후의 품질을 용이하게 유지할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 이미지필드 (34a ∼ 34e) 가 중복하는 단부 (35a ∼35h) 의 조도가 대략 동일하게 되도록 조도를 계측, 보정하고 있기 때문에 이음부 (36a ∼ 36d), 나아가서는 분할패턴 (53, 54, 55) 에 있어서의 이음부 (58a, 58b) 에 있어서의 조도도 다른 영역과 동일하게 할 수 있으며, 화소패턴 (50) 전체를 균일한 노광량으로 노광할 수 있으며, 패턴선폭을 패턴전면에 걸쳐서 균일하게 할 수 있다. 그 때문에, 노광 후의 디바이스의 품질이 대폭적으로 향상한다는 효과도 얻어진다.

또, 본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 주사 노광시에 사용하지 않는 광로를 조명셔터 (12) 로 차광하고 있기 때문에 주사 노광마다 조명영역을 용이하게 조절할 수 있다.

또, 본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 병렬하는 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 중에서 내측에 위치하는 투영계 모듈 (3b ∼ 3d) 을 통한 노광광에 의해 분할패턴 (53, 54, 55) 을 연결시키고 있기 때문에, 외측에 위치하는 투영계 모듈을 사용한 경우에 비교하여 투영계 모듈의 위치오차의 영향이 적으며 고정밀도의 주사 노광을 실시할 수 있다. 또한, 기판스테이지 (5) 의 스텝이동거리도 적어지기 때문에 고속의 스루풋도 실현할 수 있다.

그리고, 본 실시형태의 주사 노광방법 및 주사형 노광장치에서는, 2 회째 이후의 주사 노광 전에 단위패턴 (52) 의 배열간격에 기초하여 마스크 (M) 를 최소의 이동거리로 Y 방향으로 스텝이동시키고 있기 때문에, 이미지필드의 피치가 단위패턴의 배열간격의 정수배로 되어 있지 않아도, 이음부 (58a, 58b) 에 있어서 용이하고 확실하게 화소패턴 (50) 을 연속시킬 수 있음과 동시에 고속의 스루풋도 실현할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서 병렬하는 복수의 광로를 5 개소로하고, 여기에 대응하여 조명계 모듈 (10a ∼ 10e) 및 투영계 모듈 (3a ∼3e) 을 설치하는 구성으로 하였지만, 광로가 복수이면 5 개소에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 4 개소 및 6 개소로 하는 구성이어도 된다.

또, 상기 실시형태에서는 3 회의 주사 노광에 의해 유리기판 (P) 상에 화면을 합성하는 구성으로 하였지만, 이들에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 4 회 이상의 주사 노광에 의해 유리기판 (P) 상에 화면을 합성하는 구성이어도 된다. 또한, 광원 (6) 을 하나가 아니라 각 광로마다 설치하거나 복수의 광원을 설치하여 라이트 가이드 등을 사용하여 복수의 광원 (또는 하나) 으로부터의 광을 하나로 합성하고, 다시 각 광로마다 광을 분기시키는 구성이어도 된다. 이 경우, 광원의 광량의 불균일에 의한 악영향을 배제할 수 있음과 동시에 광원의 하나가 꺼져도 전체의 광량이 저하될 뿐이며 노광된 디바이스가 사용불가능하게 되는 것을 방지할 수 있다.

또, 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 을 통한 광로를 조명셔터 (12) 로 차광하는 구성으로 하였지만, 이들에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 필터 (21) 에 투과율 0 의 투과불능부를 설치하여 광로를 차광하는 경우에는 투과불능부를 광로에 위치시키는 구성이어도 된다.

또한, 기판으로서는 액정표시디바이스용의 유리기판 (P) 뿐 아니라 반도체 디바이스용의 반도체웨이퍼, 박막자기헤드용의 세라믹웨이퍼, 또는 노광장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성석영, 실리콘웨이퍼) 등이 적용된다.

주사형 노광장치 (1) 의 종류로서는 상기 액정표시디바이스 제조용 뿐 아니라 반도체 제조용의 노광장치 및 박막자기헤드, 촬상소자 (CCD) 또는 레티클 (R) 등을 제조하기 위한 주사형 노광장치 등에도 널리 적용할 수 있다.

또, 조명광학계 (2) 의 광원 (6) 으로서 초고압수은램프로부터 휘선 (g 선 (436 ㎚), i 선 (365 ㎚)), KrF 엑시머레이저 (248 ㎚), ArF 엑시머레이저 (193 ㎚), F₂레이저 (157 ㎚), X 선 등을 사용할 수 있다. YAG 레이저 및 반도체레이저 등의 초주파 등을 사용해도 된다.

투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 의 배율은 등배계 뿐 아니라 축소계 및 확대계 중 어느 쪽이어도 된다.

또, 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 로서는 엑시머레이저 등의 원적외선을 사용하는 경우는 초재(硝材)로서 석영 및 형석(螢石) 등의 원적외선을 투과하는 재료를 사용하며, F₂레이저를 사용하는 경우는 반사굴절계 또는 굴절계의 광학계로 한다.

기판스테이지 (5) 및 마스크스테이지 (4) 에 리니어모터를 사용하는 경우는 에어베어링을 사용한 에어부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 사용한 자기부상형의 어느 쪽을 사용해도 된다.

또, 각 스테이지 (4, 5) 는 가이드를 따라 이동하는 타입이라도 되며 가이드를 설치하지 않은 가이드리스타입이라도 된다.

기판스테이지 (5) 의 이동에 의해 발생하는 반력은 프레임부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 에 내보내도 된다.

마스크스테이지 (4) 의 이동에 의해 발생하는 반력은 프레임부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 에 내보내도 된다.

복수의 광학소자로 구성되는 조명광학계 (2) 및 투영계 모듈 (3a ∼ 3e) 을 각각 노광장치 본체에 넣어 그 광학조정을 함과 동시에 다수의 기계부품으로 이루어지는 마스크스테이지 (4) 및 기판스테이지 (5)를 노광장치 본체에 부착하여 배선 및 배관을 접속하고, 또한 종합조정 (전기조정, 동작확인 등) 을 함으로써 본 실시형태의 주사형 노광장치 (1) 를 제조할 수 있다. 또한, 주사형 노광장치 (1) 의 제조는 온도 및 크린도 등이 관리된 크린룸에서 실시하는 것이 바람직하다.

액정표시소자 및 반도체디바이스 등의 디바이스는 각 디바이스의 기능ㆍ성능설계를 실시하는 스텝, 이 설계스텝에 기초한 마스크 (M) 를 제작하는 스텝, 유리기판 (P), 웨이퍼 등을 제작하는 스텝, 전술한 실시형태의 주사형 노광장치 (1) 에 의해 마스크 (M) 의 패턴을 유리기판 (P), 웨이퍼에 노광하는 스텝, 각 디바이스를 조립하는 스텝, 검사스텝 등을 거쳐 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 1 에 관계되는 주사 노광방법은, 마스크에 제 1 패턴과 제 2 패턴으로서, 공통패턴과 비공통패턴이 형성되어 있고, 공통패턴 에 의해 제 1 패턴과 제 2 패턴을 연결시켜 노광하는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 주사 노광마다 조명영역을 조절함으로써 1 장의 마스크로 면적이 큰 기판에 연결시켜 노광할 수 있도록 되기 때문에 마스크를 소형화할 수 있으며 마스크의 제조비용을 억제할 수 있음과 동시에, 마스크스테이지도 소형화할 수 있기 때문에 주사형 노광장치 자체의 소형화, 저가격화도 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다. 특히, 액정표시디바이스 및 반도체메모리와 같이 동일한 패턴을 반복하여 전사할 경우는 이 반복패턴을 공통패턴으로 함으로써 상기 효과가 보다 현저해진다.

청구항 2 에 관계되는 주사 노광방법은 제 1 패턴과 제 2 패턴을, 공통패턴의 일부를 중복하여 연결시키는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 공통패턴이 분할된 경우라도 원활하게 연결시킬 수 있고, 공통패턴의 연결부분에 단차가 발생하여 디바이스의 특성이 손실되거나 연결부분이 불연속으로 변화하여 디바이스의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

청구항 3 에 관계되는 주사 노광방법은 동기방향과 직교하는 방향으로 병렬하는 복수의 광학계에 의해 주사 노광이 실시되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 대면적의 투영영역을 가지면서 소형의 광학계를 복수 사용함으로써 개개를 고정밀도이면서 저가격으로 구성할 수 있는, 소위 멀티렌즈식의 주사형 노광장치에 있어서도 소형화, 저가격화가 실현된다는 우수한 효과가 얻어진다.

청구항 4 에 관계되는 주사 노광방법은 복수의 광학계마다 노광광의 조도를 계측하여 동기이동마다 조도를 보정하는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 동기이동을 복수회 실시하는 경우라도 노광마다 노광량이 변동하는 것을 방지할 수 있기 때문에 제 1 패턴, 제 2 패턴에 의해 패턴선폭이 변동하는 것을 방지할 수 있으며 노광 후의 디바이스의 품질을 용이하게 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

청구항 5 에 관계되는 주사 노광방법은 투영영역이 중복하는 광로의 조도가 대략 동일하게 되도록 조도를 보정하는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 투영영역의 이음부, 나아가서는 제 1 패턴, 제 2 패턴에 있어서의 이음부의 조도도 다른 영역과 동일하게 할 수 있으며, 기판상의 패턴전체를 균일한 노광량으로 노광할 수 있으며, 패턴선폭을 패턴전면에 걸쳐서 균일하게 할 수 있다. 그 때문에, 노광 후의 디바이스의 품질이 대폭적으로 향상한다는 효과가 얻어진다.

청구항 6 에 관계되는 주사 노광방법은 소정의 광학계의 광로를 차광하는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 동기이동마다 조명영역을 용이하게 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.

청구항 7 에 관계되는 주사 노광방법은 내측의 광학계를 통한 노광광을 사용하여 제 1 패턴과 제 2 패턴을 연결시키는 것을 실시하는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 외측에 위치하는 광학계를 사용한 경우에 비교하여 광학계의 위치오차의 영향이 적어 고정밀도의 주사 노광을 실시할 수 있다. 또한, 기판스테이지의 스텝이동거리도 적어지기 때문에 고속의 스루풋도 실현할 수 있다는 우수한 효과를 나타낸다.

청구항 8 에 관계되는 주사 노광방법은 제 2 패턴을 노광하기 전에 부분패턴의 배열간격에 기초하여 마스크를 동기이동과 직교하는 방향으로 이동시키는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사 노광방법에서는 투영영역의 피치가 부분패턴의 배열간격의 정수배가 되어 있지 않아도 이음부에 있어서 용이하면서 확실하게 기판상의 패턴을 연속시킬 수 있음과 동시에 고속의 스루풋도 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다.

청구항 9 에 관계되는 주사형 노광장치는 제 1 패턴 및 제 2 패턴에 공통하는 공통패턴과 이 공통패턴과는 다른 비공통패턴이 마스크에 형성되어, 제어장치가 제 1 패턴과 제 2 패턴을 공통패턴으로 연결시키도록 마스크스테이지 및 기판스테이지의 이동을 제어하는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 주사형 노광장치에서는 주사 노광마다 조명영역을 조절함으로써 1 장의 마스크로 면적이 큰 기판에 연결시켜 노광할 수 있도록 되기 때문에 마스크를 소형화할 수 있으며 마스크의 제조비용을 억제할 수 있음과 동시에, 마스크스테이지도 소형화할 수 있기 때문에 주사형 노광장치 자체의 소형화, 저가격화도 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다. 특히, 액정표시디바이스 및 반도체메모리와 같이 동일한 패턴을 반복하여 전사할 경우는 이 반복패턴을 공통패턴으로 함으로써 상기 효과가 보다 현저해진다.

Claims

마스크와 기판을 동기이동하여 상기 기판에 제 1 패턴과 제 2 패턴을 연결시켜서 노광하는 주사 노광방법에 있어서,

상기 제 1 패턴의 적어도 일부와 제 2 패턴의 적어도 일부와는 공통의 패턴이고,

상기 마스크에는 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴으로서, 상기 공통패턴과 그 공통패턴과는 다른 비공통패턴이 형성되어 있고,

상기 공통패턴에 의해 제 1 패턴과 제 2 패턴을 연결시키는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴을, 상기 공통패턴의 일부를 중복하여 연결시키는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 노광은 상기 동기이동과 직교하는 방향으로 병렬하는 복수의 광학계에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 3 항에 있어서,

상기 복수의 광학계마다 노광광의 조도를 계측하고, 상기 동기이동마다 상기 조도를 보정하는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 4 항에 있어서,

투영영역이 중복하는 상기 광로의 조도가 대략 동일하게 되도록 상기 조도를 보정하는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 광학계 중에서 소정의 광학계의 광로를 차광하는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 광학계 중에서 내측의 광학계를 통한 노광광을 사용하여 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴을 연결시키는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통패턴은 거의 동일한 부분패턴을 복수 가지며,

상기 제 2 패턴을 노광하기 전에 상기 마스크를 상기 부분패턴의 배열간격에 기초하여 상기 기판에 대해 상기 동기이동과 직교하는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 주사 노광방법.
마스크를 유지하는 마스크스테이지와 기판을 유지하는 기판스테이지를 구비하고, 상기 마스크스테이지와 상기 기판스테이지를 광로에 대해 동기이동시켜 상기 기판에 제 1 패턴과 제 2 패턴을 연결시켜서 노광하는 주사형 노광장치에 있어서,

상기 마스크에는 상기 제 1 패턴의 적어도 일부 및 상기 제 2 패턴의 적어도 일부에 공통하는 공통패턴과 그 공통패턴과는 다른 비공통패턴이 형성되고,

상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴을 상기 공통패턴으로 연결시키도록 상기 마스크스테이지 및 상기 기판스테이지의 이동을 제어하는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.