KR20030026842A - 마스크 유지장치, 마스크 유지방법 및 노광장치 - Google Patents

마스크 유지장치, 마스크 유지방법 및 노광장치 Download PDF

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KR20030026842A
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Abstract

마스크 유지장치에 있어서, 유지된 마스크가 휘는 것을 방지하여, 마스크 패턴 이미지면의 만곡을 경감한다.
기판 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역(PT1,PT2)을 갖는 마스크(M)를 유지하는 마스크 유지장치(1)에 있어서, 당해 마스크 유지장치(1)는, 제 1 패턴영역(PT1)과 제 2 패턴영역(PT2)과의 사이에 있는 영역에서 마스크(M)를 지지하는 지지부(3)와, 지지부(3)의 마스크(M)를 지지하는 위치를 조정하는 지지위치 조정수단(18)을 구비한다.

Description

마스크 유지장치, 마스크 유지방법 및 노광장치{MASK HOLDING APPARATUS, MASK HOLDING METHOD, AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 마스크 유지장치, 마스크 유지방법 및 노광장치에 관한 것으로, 특히 액정표시소자, 반도체소자, 박막자기헤드 등의 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정에 사용하기에 적합한 마스크 유지장치, 마스크 유지방법 및 노광장치에 관한 것이다.
액정표시소자, 반도체소자는 마스크 상에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 이른바 포토리소그래피 수법에 의해 제조된다.
이 포토리소그래피 공정에서 사용되는 주사노광형 노광장치는, 기판을 유지하여 2차원 이동하는 기판 스테이지 및 패턴을 갖는 마스크를 유지하여 2차원 이동하는 마스크 스테이지를 구비하고, 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 동기 주사시키면서 마스크 패턴을 투영광학계를 통해 연속적으로 기판 상에 전사하는 것이다.
마스크 스테이지는 상술한 패턴이 형성되어 있지 않은 마스크 외주부에서 마스크를 유지하여 기준면에 대하여 2차원 방향으로 이동할 수 있고, 그 위치는 간섭계에 의해 정확히 계측 제어된다.
투영광학계는 마스크에 형성된 패턴을 소정의 투영배율로 기판면에 결상하여 전사한다. 투영배율로는 1배 또는 축소배율(예컨대, 1/4배)이 사용된다.
기판 스테이지는, 마스크 패턴이 전사되는 기판을 유지하여 투영광학계의 광축과 수직으로 교차되는 기준면을 따라 2차원 이동할 수 있는 동시에, 투영광학계의 광축과 평행한 방향으로도 이동할 수 있다. 또한, 기판 스테이지는 광축 둘레 및 기준면에 평행하고 서로 직교하는 2축 둘레로 회전 이동을 할 수 있어 총 6 자유도를 갖는다. 이것들에 의해 투영광학계에 의한 마스크 패턴 이미지면에 기판면을 합치시킬 수 있다.
노광장치의 형식으로는, 상술한 주사형 노광장치 이외에도 기판 상에 마스크 패턴 전체를 동시에 전사하는 일괄노광형 노광장치가 알려져 있으나, 어느 형식의 노광장치에서도, 마스크 상에 형성된 패턴을 기판면에 고정밀도로 결상시키고, 마스크 전체면에서 마스크 패턴의 전사를 디포커스없이 행하는 것이 요구되는 것은 다를 바 없다. 특히 최근 고집적화, 기판 및 마스크의 대형화에 따라, 마스크의 패턴 이미지를 노광영역 전체면에서 고정밀도로 기판에 전사하는 것은 노광장치의 가장 중요한 성능 중 하나이다.
노광장치에 있어서, 상기와 같이 마스크는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있지 않은 마스크 주연부에 의해서만 유지되기 때문에, 마스크에는 자체 중량에 의한 휨이 반드시 발생한다. 특히, 최근 마스크 대형화에 따라 마스크의 자체 중량에 의한 휨량이 많아지면서 마스크의 휨에 기인하는 기판에 전사되는 마스크 패턴 이미지의 이미지면 만곡을 무시할 수 없게 되어 오고 있다. 마스크의 휨에 의해 만곡된 마스크 패턴 이미지를 평탄한 기판에 전사하고자 하면, 마스크 패턴 이미지 전체면에 있어서 동시에 베스트 포커스로 전사하는 것이 불가능하게 되어, 액정표시소자, 반도체소자 등의 회로를 형성하는 패턴 선폭이 불균일해지기 때문에, 액정표시소자, 반도체소자 등의 품질이 저하되고 또한 양품률(수율)도 저하된다.
그래서, 종래에는 기준 마스크를 이용하여 투영광학계의 결상면을 조정할 때, 기준 마스크의 휨에 의한 이미지면 만곡과 반대 방향의 이미지면 만곡을 투영광학계의 광학 조정에 의해 고의로 발생시켜 기판 상에 결상되는 마스크 패턴 이미지면을 평탄하게 하는 보정방법을 채택하였다.
그러나, 이러한 광학 조정에 의한 이미지면 보정방법에는 다음과 같은 문제점이 있었다.
먼저, 광학 조정으로 이미지면을 보정하기 위해서는 투영광학계의 각종 수차를 액정표시소자 등의 제조에 필요한 값까지 억제하면서 결상면을 소정의 만곡 형상으로 조정할 필요가 있는데 이러한 조정은 매우 곤란하다. 또, 앞으로 마스크의 대형화가 더욱 진행될 경우, 마스크의 휨에 의한 이미지면 만곡량이 더욱 커져 투영광학계의 광학 조정으로는 완전히 보정할 수 없을 우려가 있다. 또한, 제품용 마스크의 휨량이 반드시 결상면 조정용 기준 마스크의 휨량과 동등해지지 않아, 투영광학계에 의한 보정이 적정한 보정으로 되지 않는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 대형 마스크여도 자체 중량에 의해 변형되지 않고, 양호한 결상 성능을 유지할 수 있는 마스크 유지장치 및 마스크 유지방법을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 마스크마다 휨량이 변하는 경우에도 조정이 곤란하고 조정에 시간이 걸리는 투영광학계의 광학 조정에 의하지 않고 적정한 마스크 패턴 이미지면이 얻어지는 마스크 유지장치 및 마스크 유지방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 마스크 패턴면 전체면에 있어서 균질한 패턴 전사를 실현함으로써 고수율 고품질의 액정표시소자, 반도체소자 등을 제조할 수 있는 노광장치를 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 투영노광장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 마스크 유지장치(1)의 제 1 실시예의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 마스크 지지부(3) 및 장착부(15)의 일 실시예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 도 3(a)는 마스크 지지부(3)의 일 실시예를 상세하게 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 마스크 지지부(3)가 장착되는 장착부(15)를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 마스크 지지부(3) 및 장착부(15)가 조합되어, 지지위치 조정수단(18)을 구성하고 있는 상태를 나타내는 도면으로서, 도 4(a)는 +Z 방향에서 본 도면이고, 도 4(b)는 XY 평면을 따라 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 마스크 유지장치(1)의 전체 구성을 나타내는 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
IU: 조명광학계MST: 마스크 스테이지
M: 마스크PT1,PT2: 패턴영역
SL: 차광대PL: 투영광학계
PST: 기판 스테이지P: 기판
1: 마스크 유지장치2: 유지면
3: 지지부4: 마스크 홀더
6: 흡착장치7: 착탈장치
8: 아암부9: 마스크 지지점
15: 장착부18: 지지위치 조정수단
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 관련된 마스크 유지장치는 다음과 같은 구성을 갖는다. 다음에, 일 실시예를 나타내는 도면과 대응시켜 설명한다.
본 발명에 관련된 마스크 유지장치(1)는, 기판(P) 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역(PT1,PT2)을 갖는 마스크(M)를 유지하는 마스크 유지장치(1)에 있어서, 제 1 패턴영역(PT1)과 제 2 패턴영역(PT2)과의 사이에 있는 영역(SL)에서 마스크를 지지하는 지지수단(3)과, 지지수단의 마스크를 지지하는 위치를 조정하는 지지위치조정장치(18)를 구비한다. 이에 따르면, 마스크는 패턴영역을 차단하지 않고 지지수단에 의해 지지되기 때문에, 자체 중량에 의해 휘는 일은 없다. 또, 지지위치 조정장치에 의해 지지위치를 조정할 수 있기 때문에, 마스크마다 특유한 휨량에 대응하여 적정한 지지위치로 조정할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 제 2 마스크 유지장치(1)는, 기판 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역(PT1,PT2)을 갖는 마스크를 유지하는 마스크 유지장치에 있어서, 마스크의 외주부와 상기 제 1 또는 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역(주연부)에서 수평방향을 따라 상기 마스크를 유지하는 유지면(2)과, 상기 제 1 패턴영역과 상기 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역(SL)에서 마스크를 지지하는 지지수단(3)을 구비하고, 지지수단이 상기 마스크를 지지하는 지지위치는, 상기 마스크를 유지하지 않은 상태에서 상기 유지면보다 연직 상방에 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 이에 따르면, 마스크를 마스크 유지장치에 탑재하고 유지면으로 유지하였을 때, 지지수단이 마스크의 중량에 의해 휘어 지지위치가 내려가고 마스크는 휘지 않도록 지지할 수 있다. 또, 이 지지수단의 연직 방향의 지지위치는, 지지수단이 마스크를 지지하는 마스크의 평면내의 위치와, 상기 마스크의 중량을 포함하는 파라미터군에 의해 결정된 지지위치이기 때문에, 지지수단이 휘어 유지면과 동등한 높이로 되어 마스크는 거의 수평으로 유지된다. 여기에서, 유지면은 흡착장치(6)를 구비함으로써 진공 흡착에 의해 마스크를 유지하는 것으로 할 수 있다.
또한, 지지수단은 마스크를 흡착에 의해 유지하는 마스크 유지수단도 구비할수 있다. 그럼으로써, 마스크의 흡착력이 향상되고, 마스크가 쉽게 어긋나는 일은 없다. 또한, 이에 따르면, 마스크면을 연직 방향과 평행하게 유지하는 마스크 유지장치의 경우에도, 지지수단이 마스크를 유지하여 마스크의 수평방향의 변형을 억제할 수 있다.
또, 상기 마스크 유지장치는, 지지수단을 착탈 가능하게 하는 착탈장치(7)와, 마스크 상의 제 1 및 제 2 패턴영역의 배치에 따라 장착위치를 선택하여 지지수단을 장착할 수 있는 복수의 장착부(15)를 구비하는 것으로 할 수 있다. 이에 따르면, 패턴영역의 배치가 상이한 복수의 마스크에 대해서도 마스크마다 지지위치를 변경할 수 있고, 휨을 방지하여 평탄하게 유지할 수 있다.
본 발명에 관련된 마스크 지지방법은, 기판 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역(PT1,PT2)을 갖는 마스크를 유지하는 마스크 유지방법에 있어서, 제 1 패턴영역(PT1)과 제 2 패턴영역(PT2)과의 사이에 있는 영역(SL) 내에서 마스크를 지지하는 동시에, 마스크를 지지하는 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다. 그럼으로써, 기판 상에 전사되는 패턴영역을 차단하지 않고 마스크가 지지되고, 지지위치를 조정함으로써 휨량을 조정할 수 있다.
본 발명의 마스크 지지방법에 관련된 마스크를 지지하는 위치 조정은, 기판 상에 전사되는 패턴 이미지면의 형상에 따라 행해지는 것을 특징으로 하는 것이다. 패턴 이미지면의 형상에 따라 지지위치를 조정함으로써, 마스크의 휨을 해소하는 데에 그치지 않고, 패턴 이미지면의 만곡이 광학적으로 발생하는 경우에도, 패턴 이미지면을 평탄하게 조정할 수 있다.
또, 본 발명의 마스크 지지방법에서는, 마스크를 제 1 패턴영역과 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역 내에서 지지하는 동시에 흡착에 의해 유지할 수 있기 때문에, 유지면적을 확대할 수 있고, 마스크의 유지력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 노광장치는, 패턴이 형성된 마스크를 유지하여 이동할 수 있는 마스크 스테이지를 구비하는 노광장치(MST)에 있어서, 마스크 스테이지는 본 발명에 관련된 마스크 유지장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다. 그럼으로써, 본 발명에 관련된 노광장치는 마스크가 휘는 일 없이 지지할 수 있기 때문에, 패턴 이미지면이 마스크의 휨에 기인하여 만곡되지 않고, 패턴 이미지의 영역 전체면에 있어서 디포커스없이 양호한 결상 성능을 유지할 수 있다. 또, 지지부에 의해 병행하여 마스크의 유지를 행한 경우, 유지력이 강화되어 있기 때문에 마스크 스테이지의 이동가속도 그 외의 충격력에 의해서도 일단 유지된 마스크가 어긋나는 일은 없다.
발명의 실시형태
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 일 실시예를 나타낸 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 유지장치를 갖는 주사형 노광장치의 전체 구성의 일례를 나타낸다. 또, 도 1에서는 주사형 노광장치로서 액정표시소자 패턴을 노광하는 액정표시소자 노광용 주사형 노광장치를 도시하고 있다. 또한, 도 1에서 지면과 평행한 방향을 X 방향, X 방향과 직교하고 지면에 수직인 방향을 Y 방향, XY 평면과 직교하는 방향을 Z 방향으로 설명한다.
조명광학계(IU)는 도시하지 않은 광원에서 사출된 노광광을 균일화하고 정형하여 액정표시소자 패턴이 형성된 마스크(M)를 조사한다. 광원으로 g선, i선 등과 같은 자외영역의 휘선이나 엑시머 레이저가 사용된다. 또, 후술하는 바와 같이, 투영광학계(PL)를 복수개 사용한 경우에는. 복수의 투영광학계(PL)의 수에 따라 조명광학계(IU)도 복수개 사용하면 된다.
예컨대, 500 ㎜ ×750 ㎜ 내지 800 ㎜ ×920 ㎜ 정도의 크기를 갖는 대형 마스크(M)는 기판(P)에 전사해야 할 마스크 패턴영역(PT)을 갖는다. 1장의 마스크(M)로부터 복수(예컨대 4개)의 액정표시소자, 반도체소자 등을 제조하는 경우, 마스크(M)는 복수의 패턴영역(PT1,PT2)을 갖고, 각각의 마스크 패턴영역(PT1,PT2)은 차광대(SL)에 의해 분리된다(도 2 참조).
마스크 스테이지(MST)는, 마스크(M)를 유지하는 마스크 유지장치(1)을 구비하고, 마스크 유지면(2)에 대하여 평행하게 2차원적으로 이동할 수 있다. 또, 마스크 스테이지(MST)는 슬라이딩 장치로서 에어베어링(도시 생략)을 구비하고, 마스크 유지면(2)에 평행한 X 방향(지면에 평행한 방향)으로 주사가능한 동시에, X 방향과 직교하고 마스크 유지면(2)에 평행한 Y 방향으로도 미동가능하다. X 방향의 구동장치로는 무빙 코일형 리니어 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
마스크 스테이지(MST)의 XY 평면내의 위치는, 마스크 스테이지 간섭계(26)에 의해 위치 계측된다. 마스크 스테이지 간섭계(26)는 마스크 스테이지(MST)에 설치된 이동경(27)쪽으로 레이저빔을 사출하고, 이동경(27)으로부터의 반사광과 도시하지 않은 고정경으로부터의 반사광을 간섭시켜 마스크 스테이지(MST)의 위치를계측한다. 그럼으로써, 마스크 스테이지(MST)의 위치를 ㎚ 오더로 계측할 수 있다.
마스크 스테이지 간섭계(26)는 계측한 마스크 스테이지(MST)의 위치 정보를 스테이지 제어장치(30)로 출력한다.
마스크 유지장치(1)는 마스크(M)를 유지하여 마스크 스테이지와 함께 2차원 이동할 수 있다. 마스크 유지장치(1)에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.
투영광학계(PL)는 마스크(M)를 조사한 노광광을 레지스트(감광제)가 도포된 각형의 글래스 플레이트인 기판(P) 상에 투영하여, 마스크(M)에 형성된 패턴을 기판(P)에 전사한다. 투영광학계(PL)의 투영배율은, 등배, 1/4배, 1/5배 등의 각종 배율이 사용된다. 투영배율은 축소배율에 한정되지 않고 확대배율일 수도 있다. 투영광학계(PL)로서는 광축을 따라 광학 부품을 복수 배치한 굴절광학계나 반사광학계를 일부에 갖는 다이슨형 광학계를 사용할 수 있다.
투영광학계(PL)는 1개로 한정되지 않고 복수개 탑재할 수 있다. 예컨대, 노광광을 복수개 사다리꼴로 성형하고 이것들을 각각 투영하는 복수개 다이슨형 광학계를, 투영된 사다리꼴 노광영역의 윗바닥이 Y 축(비주사방향)과 평행으로 되도록 2 열로 배치하고, 또한 제 1 열의 사다리꼴 사변 부분과 제 2 열의 사다리꼴 사변 부분이 X 방향(주사방향)에서 보아 겹쳐지도록 지그재그 형상으로 배치할 수 있다. 이와 같이 복수의 투영광학계(PL)의 노광영역을 부분적으로 겹침으로써, 대형 기판(P: 예컨대, 1000 ㎜ ×1000 ㎜ 내지 1300 ㎜ ×1300 ㎜ 정도)에 상기 액정표시소자 패턴을 노광할 수 있다.
투영광학계(PL) 및 마스크 스테이지(MST)는 각각 제 1 칼럼(22) 및 제 2 칼럼(23)에 의해 지지된다. 제 1 칼럼(22)은 정반(24) 상에 설치되어 투영광학계(PL)를 지지하고, 제 2 칼럼(23) 상에는 마스크 스테이지(MST)가 이동하는 안내면이 형성되며 제 1 칼럼(22) 상에 설치된다.
정반(24)에는 기판 스테이지(PST)가 2차원적으로 이동하는 안내면이 형성되어 있으며 방진대(25) 상에 설치된다. 방진대(25)는 바닥으로부터의 진동이 정반(24)에 전달되는 것을 방지하기 위해 방진패드를 사용하고 있다.
또한, 방진대(25)는, 바닥 진동의 전달을 억제하는 동시에 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지(PST)의 주사에 의한 진동을 억제하기 위해, 에어패드와 전자 액추에이터 및 정반(24)의 위치를 계측하는 위치 센서를 조합하여 구성되어, 능동적으로 방진하는 시스템으로 해도 상관없다.
기판 스테이지(PST)는 투영광학계(PL)의 하방에 배치되고, 마스크 패턴이 전사되는 기판(P)을 유지하여 투영광학계(PL)의 광축과 수직으로 교차되는 기준면을 따라 2차원 이동가능함과 동시에, 투영광학계(PL)의 광축과 평행한 방향(Z 방향)으로도 이동할 수 있다. 또한, 기판 스테이지(PST)는 광축 둘레 및 기준면에 평행하고 서로 직교하는 2축 둘레로 회전할 수 있어 총 6 자유도를 갖는다. 그럼으로써, 투영광학계(PL)에 의한 마스크 패턴 이미지면에 기판(P) 표면을 합치시킬 수 있다.
기판 스테이지(PST)의 위치는, 기판 스테이지 간섭계(28)에 의해 계측되어 기판 스테이지(PST)의 위치를 ㎚ 오더로 계측할 수 있다. 기판 스테이지 간섭계(28)는 기판 스테이지(PST)에 설치된 이동경(29)쪽으로 레이저빔을 사출하고, 이동경(29)으로부터의 반사광과 도시하지 않은 고정경으로부터의 반사광을 간섭시켜 기판 스테이지(PST)의 위치를 계측한다. 그럼으로써, 기판 스테이지 간섭계(28)는 기판 스테이지(PST)의 위치를 ㎚ 오더로 계측할 수 있다.
기판 스테이지 간섭계(28)는 계측한 기판 스테이지(PST)의 위치 정보를 스테이지 제어장치(30)로 출력한다.
스테이지 제어장치(30)는 마스크 스테이지 간섭계(26) 및 기판 스테이지 간섭계(28)가 출력한 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 위치 정보에 따라 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 동작를 제어한다.
또, 주제어장치(MP)는 스테이지 제어장치(30)를 포함한 본 노광장치의 모든 제어장치를 총괄적으로 제어한다.
다음에, 본 실시형태의 마스크 유지장치(1)에 대해서 도면을 참조하면서 다음에 상세하게 설명한다.
도 2는 마스크 유지장치(1)의 제 1 실시예를 나타낸다. 다음에 도 2에 따라 마스크 유지장치(1) 구성에 대해서 설명한다.
마스크 유지장치(1)는, 마스크(M)의 주연부에서 마스크(M)를 흡착에 의해 유지하는 마스크 유지면(2)과, 마스크(M)의 중앙부 부근을 지지하는 마스크 지지부 (3)와, 노광광이 통과하는 개구부(5)를 갖는 마스크 홀더(4)로 구성된다.
제 1 실시예에 있어서, 마스크 홀더(4)는 마스크 스테이지(MST)의 가동부와 동일한 부재로 구성되어 있으나, 주사방향으로 1차원 이동가능한 주사 스테이지 상에 별도의 부재로 구성된 마스크 홀더(4)를 설치하고, 마스크 홀더(4)를 주사 스테이지에 대하여 미동 가능한 미동 스테이지로서 구성할 수도 있다.
마스크 유지면(2)은 마스크 홀더(4)의 개구부(5)를 따라 형성되고, 마스크 패턴이 없는 마스크(M)의 주연부의 4군데에서 마스크(M)를 유지한다. 각 마스크 유지면(2)은 정밀하게 동일한 높이로 형성되어 있기 때문에, 마스크(M)를 유지하였을 때에 마스크(M)에 변형을 주는 일은 없다. 마스크 유지면(2)은 4군데로 한정되지 않고, 3군데이어도 좋고, 마스크(M)의 대향하는 2변을 유지하는 2군데이어도 좋다. 또, 본 실시예에서 마스크 유지면(2)은 진공흡착부(6)를 가짐으로써, 마스크(M)를 흡착 유지하지만, 그 이외의 유지방법, 예컨대 정전 흡착에 의한 흡착 유지로 할 수도 있다.
마스크 지지부(3)는, 마스크 홀더(4)에 착탈 가능하게 체결되는 체결부(7)와, 마스크(M)를 지지하는 마스크 지지점(9)을 선단(先端)에 갖는 아암부(8)로 이루어지고(상세한 내용은 후술함), 아암부(8)가 마스크 홀더 개구부(5)의 내측에 마스크 유지면(2)과 평행하게 돌기되도록 장착되어, 외팔보 형상의 마스크 지지부(3)를 형성한다. 마스크 지지부(3)는 아암부(8)의 선단에 형성된 마스크 지지점(9)에 의해 마스크(M)의 중앙부 부근에서 마스크(M)를 지지하므로, 마스크(M)의 중앙부가 자체 중량에 의해 휘는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 실시예에서는, 마스크 지지부(3)는 개구부(5)의 4변으로부터 각각 돌기되어 4군데에서 마스크(M)를 지지하는 예를 나타내고 있는데, 임의의 1변으로부터만 마스크 지지부(3)를 돌기시키고, 마스크(M)의 중앙(중심이 바람직함)에서만지지해도 상관없고, 4개의 마스크 지지부(3)를 아암부(8)의 선단에서 결합된 십자형상의 보(빔)로 해도 상관없다.
또, 제 1 실시예에서는, 각 마스크 지지부(3)는 마스크 지지점(9)의 1점에서 마스크(M)를 지지하고 있지만, 복수 점에서 마스크(M)를 지지하도록 할 수도 있고, 아암부(8)의 길이방향을 따라 형성된 선 형상 또는 면 형상의 지지부에서 접하여 지지하는 것일 수도 있다. 또한, 마스크 지지부(3)는, 마스크(M)를 지지하는 동시에 흡착에 의해 마스크(M)를 유지하여, 마스크 유지장치(1)의 마스크 유지력을 강화시킬 수도 있다.
마스크 지지부(3)는 장착부(15)에서 마스크 홀더(4)에 고정된다. 도 3(a)는 마스크 지지부(3)를, 도 3(b)는 장착부(15)를 상세하게 나타낸다. 다음에, 도 3(a), 3(b)를 참조하면서 마스크 지지부(3) 및 장착부(15)를 상세하게 설명하고 있다.
마스크 지지부(3)의 체결부(7)는, 마스크 지지부(3)를 마스크 홀더(4)에 비스로 고정시키는 비스 고정부(10)와, 비스 고정부(10)보다 아암부(8) 측에 형성된 조정부(11)로 이루어지고, 비스 고정부(10)의 부재 두께는 조정부(11)의 두께보다 두껍게 형성되어, 양자간에 단차가 형성되어 있다.
비스 고정부(10)에는 체결용 비스구멍(12)이 형성되어 있고, 조정부(11)에는 비스직경보다 큰 푸시 비스용 비스구멍(13)과, 비스와 결합되는 풀 비스용 암나사부(14)가 아암부(8)와 평행한 방향으로 나란히 형성되어 있다.
한편, 장착부(15)는 마스크 홀더(4) 의 표면으로부터 비스 고정부(10)의 두께분 이상으로 파여진 오목부로서 형성되고, 이 오목부에 마스크 지지부(3)를 체결하는 체결용 암나사부(16)와, 상기 조정부(11)의 푸시 비스용 비스구멍(13)에 대응된 위치에 푸시 비스용 암나사부(17)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는 마스크(M)가 마스크 지지부(3)의 체결 비스(19) 및 푸시풀 비스(20,21)와 간섭하지 않도록 오목부를 형성하였으나, 마스크 유지면(2)을 마스크(M)와 체결 비스(19)가 간섭하지 않을 정도까지 높은 위치에 형성할 수 있는 경우에는, 반드시 오목부를 형성할 필요는 없다.
마스크 지지부(3)는 체결부(7)가 장착부(15)의 오목부에 끼워맞춰짐으로써 마스크 홀더(4)에 장착되고, 마스크 지지점(9)의 위치를 조정하는 지지위치 조정장치(18)를 구성한다. 도 4는 지지위치 조정장치(18)를 상세하게 나타낸다. 도 4(a)는 지지위치 조정장치(18)를 Z 방향에서 본 도면을 나타내고, 도 4(b)는 지지위치 조정장치(18)의 단면구조를 나타내고 있다.
마스크 지지부(3)의 체결부(7)는 장착부(15)의 오목부에 끼워맞춤되고, 비스고정부(10)가 체결 비스(19)에 의해 마스크 홀더(4)에 체결된다. 푸시 비스(20)는 조정부(11)의 푸시 비스용 비스구멍(13)을 관통하여 푸시 비스용 암나사부(17)와 결합되고, 풀 비스(21)는 풀 비스용 암나사부(14)에 결합되면서 관통하여 장착부(15)의 바닥면과 맞닿아 있다.
마스크 지지점(9)의 위치는 지지위치 조정장치(18)에 의해 다음과 같이 조정된다. 지지점(9)의 위치 조정은, 푸시 비스(20) 및 풀 비스(21)의 푸시풀에 의해 조정부(11)를 탄성 변형시킴으로써 실행된다. 푸시 비스(20)를 조이고, 풀비스(21)를 느슨하게 함으로써, 조정부(11)가 아래방향으로 변형되고, 이에 따라 아암부(8)는 하방으로 이동한다. 반대로, 푸시 비스(20)를 느슨하게 하고, 풀 비스(21)를 조임으로써, 아암부(8)는 상방으로 이동한다. 그럼으로써, 아암부(8)의 선단에 형성된 마스크 지지점(9)을 상하로 움직이게 할 수 있고, 마스크 지지부(3)에 의한 마스크 지지장치를 Z 방향으로 조정할 수 있다.
제 1 실시예에서는 푸시풀 비스에 의한 지지위치 조정장치(18)에 대해서 설명했는데, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 지지장치를 미동시킬 수 있는 각종 기계적 기구를 취할 수 있다. 또, 본 실시예의 푸시풀 비스(20,21)를 전기신호에 따라 신축할 수 있는 부품, 예컨대 피에조소자로 치환하면 마스크 지지장치를 푸시풀 비스에 의해 손으로 조정하지 않고 전기신호에 따른 지령에 따라 조정할 수도 있다.
도 2로 되돌아가 마스크 유지장치(1) 전체를 계속 설명한다.
마스크 홀더(4)는, 개구부(5)의 주변에 장착부(15)를 복수 구비하고, 마스크 지지부(3)를 어느 장착부(15)에도 장착할 수 있다. 마스크 홀더(4)에 장착부(15)를 복수 형성한 것은 다음과 같은 이유에 따른 것이다.
마스크 유지장치(1)가, 기판(P) 상에 전사해야 하는 마스크 패턴영역(PT)을 차단해서는 안되는 것은 자명하다. 그래서, 마스크(M)의 중앙부를 지지하는 마스크 지지부(3)는, 기판(P) 상에 전사해야 하는 제 1 마스크 패턴영역(PT1)과 제 2 마스크 패턴영역(PT2)와의 사이에 있는, 마스크 패턴이 존재하지 않는 영역, 즉 마스크(M)의 차광대(SL)를 따라 마스크(M)를 지지하는 것이 필요하다.
그러나, 마스크 패턴영역(PT)의 수, 배치는 제조하고자 하는 액정표시소자의 종류마다 다르기 때문에, 마스크 지지부(3)를 고정시키면 이 노광장치는 특정한 마스크(M) 밖에 사용할 수 없게 된다. 이것으로는 노광장치의 범용성이 결여되어 노광장치를 효율적으로 가동할 수 없다.
그래서, 마스크 지지부(3)를 착탈 가능하게 하는 동시에 복수의 장착부(15)를 마스크 홀더(4)에 설치하여, 노광장치의 범용성을 확보할 수 있는 구성으로 하였다.
제 1 실시예에서, 마스크 지지부(3)는 상술한 바와 같이 체결 비스(19)에 의해 마스크 홀더(4)에 체결되어 있기 때문에, 마스크 홀더(4)에서 간단히 분리할 수 있다. 한편, 마스크 홀더(4)에는 마스크 지지부(3)를 임의 위치에 장착할 수 있도록 장착부(15)가 복수 준비되어 있다. 따라서, 제 1 실시예에 관련된 마스크 유지장치(1)는, 마스크(M)의 마스크 패턴영역(PT)의 배치에 따라 적당한 마스크 지지부(3)의 위치를 선택할 수 있고, 또 마스크 지지부(3)의 수도 필요에 따라 변경할 수 있기 때문에, 각종 마스크(M)를 사용할 수 있다.
다음에, 제 1 실시예에서의 마스크 지지부(3)의 지지위치 조정에 대해서 설명한다.
마스크 지지부(3)의 지지위치는, 초기 상태에서, 마스크(M)를 마스크 유지면(2)에서 유지한 상태로 마스크 지지점(9)의 높이가 마스크 유지면(2)과 동일한 높이가 되도록 조정되어 있다.
그 다음에, 기판(P)의 노광에 의해, 노광영역 내에서의 디포커스량을 계측하여 이미지면을 구하고, 이미지면 만곡 성분에 따라 필요량만큼 마스크 지지점(9)의 위치를 조정한다. 마스크 지지점(9)의 위치 조정량은 이미지면 만곡에 기인하는 결상면내 포커스 차이(예컨대, 노광영역의 중앙부의 베스트 포커스값과 주변부의 베스트 포커스값의 차이)의 투영광학계 배율의 역수의 제곱배가 된다. 예컨대, 투영광학계 배율이 1/4 인 경우, 조정량은 전술한 결상면내 포커스 차이의 16배가 된다. 이 마스크 지지부(3)의 위치 조정에 의해, 마스크 패턴 이미지가 영역 전체에서 디포커스되지 않고 마스크 패턴을 결상할 수 있다. 마스크 지지부(3)의 지지위치의 조정을 이용함으로써, 투영광학계(PL)가 갖는 광학적인 결상 만곡에 대해서도 마스크 지지점(9)의 위치를 조정하여 마스크(M)의 만곡량을 변화시킴으로써 보정할 수도 있다.
또, 노광에 의하지 않고 광전 센서에 의해 마스크 패턴 이미지면을 계측하는 이미지면 계측장치로 이미지면의 만곡량을 구하고, 이에 따라 마스크 지지부(3)의 지지위치를 조정할 수도 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 지지위치 조정장치(18)가 피에조소자를 구비하고, 자동조정 가능한 구성을 갖고 있으면, 이미지면의 계측으로부터 조정까지 일련의 시퀀스로서 자동으로 조정할 수 있어, 노광장치의 메인터넌스 시간을 단축시키며 나아가서는 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다.
도 5는 마스크 유지장치(1)의 제 2 실시예를 나타낸다. 다음에, 도 5를 참조하면서 제 2 실시예에 대해서 상세하게 설명한다. 또, 상술한 제 1 실시예와 동일하거나 동등한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하고, 그 설명은생략한다.
제 2 실시예에 관련된 마스크 유지장치(1)에 있어서, 마스크 지지부(3)는 제 1 실시예와 같은 푸시풀 비스(20,21)를 갖지 않고, 마스크 지지부(3)가 마스크(M)를 지지하는 위치는 마스크(M)를 유지하고 있지 않은 상태에서 마스크 유지면(2)의 높이보다 연직 상방에 있도록 미리 설정되어 있다. 그럼으로써, 마스크 유지장치(1)에 마스크(M)가 탑재된 경우, 마스크(M)의 중량에 의해 마스크 지지부(3)의 지지위치가 내려가, 마스크(M)가 수평으로 유지된다.
마스크 지지부(3)의 마스크 유지면(2)으로부터의 높이(h)는, 마스크 유지면(2)으로 마스크(M)를 유지하는 위치와, 마스크 지지부(3)가 마스크를 지지하는 마스크(M)의 평면내의 위치와, 마스크(M)의 중량을 포함한 파라미터군에 의해 결정된다.
예컨대, 마스크 지지부(3)의 영률을 ES, 단면 2차 모멘트를 IS, 아암부(8)의 길이를 L로 하고, 마스크 지지부(3)가 마스크(M)의 중량 중 w 만큼 지지하도록 하면, 마스크(M)를 지지하는 위치에 따라 결정되는 아암부(8)의 길이(L)가 정해지고, 마스크의 중량은 마스크의 체적과 재료의 비중에 따라 일의적으로 정해지므로, 마스크 지지부의 높이(h)는 다음 식(1)에서 구할 수 있다.
h = wL2/3ESIS…(1)
그럼으로써 마스크 유지장치(1)에 마스크(M)를 탑재한 경우, 마스크 지지점(9)의 위치를 조정하지 않고 마스크(M)를 거의 수평으로 유지할 수 있어, 마스크 지지부(3)의 구성을 간략하게, 나아가 안정도를 높일 수 있다.
또, 제 2 실시예에서도 마스크 지지부(3)를 착탈 가능하게 할 수 있다. 이 경우에도 마스크 지지부(3)는 제 1 실시예와 같은 푸시풀 비스(20,21)을 갖지 않고, 마스크 홀더(4)에 장착하는 것만으로 상기 높이(h)를 확보할 수 있도록 성형되어 있다. 그럼으로써 차광대(SL)를 갖지 않는 마스크(M)를 사용하여 노광 처리하는 경우에도 제 2 실시예에 관련된 마스크 유지장치(1)를 구비한 노광장치를 사용할 수 있다.
다음에, 상기 실시예에 관련된 노광장치 동작에 대해서 설명한다.
본 실시예에 관련된 주사형 노광장치에 의한 노광 시퀀스는 다음과 같다.
노광에 앞서, 오퍼레이터는 마스크(M)의 마스크 패턴영역(PT1,PT2)의 배치에 따라 마스크 지지부(3)의 마스크 홀더(4) 상의 장착위치를 결정하고, 장착부(15)에 마스크 지지부(3)를 장착한다.
마스크 지지부(3)를 장착한 후, 주제어장치(MP)는 도시하지 않은 마스크 반송장치에 의해 마스크(M)를 마스크 유지장치(1)로 반송하고, 마스크 유지장치(1)는 마스크(M)를 흡착 유지한다.
상기 제 1 실시예의 경우, 주제어장치(MP)는 광전 센서에 의한 이미지면 계측장치에 의해 마스크 패턴(PT)의 이미지면을 계측한다. 그 결과, 이미지면이 만곡되어 있는 경우, 오퍼레이터가 지지위치 조정장치(18)를 사용하여 수동으로 마스크 지지점(9)의 위치를 조정한다.
지지위치 조정장치(18)가 상술한 피에조 소자 등에 의해 자동 조정이 가능한경우, 작동자가 수동으로 지지위치 조정장치(18)를 조정할 필요는 없고, 주제어장치(MP)가 이미지면 계측수단에 의한 이미지면의 계측으로부터 지지위치 조정장치(18)에 의한 조정까지 총괄적으로 제어한다.
상기 제 2 실시예의 경우에는 미리 계산에 의해 마스크 지지점(9)의 위치가 정해지므로, 마스크(M)를 마스크 유지장치(1)에 탑재되는 것만으로 마스크(M)는 거의 수평으로 유지되어 마스크 지지점(9)을 조정할 필요는 없다.
다음에 주제어장치(MP)는, 주어진 노광조건에 따라 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 주사속도 및 기판(P) 상의 노광위치를 결정하여 스테이지 제어장치(30)에 지시한다. 스테이지 제어장치(30)는 이 지시에 따라 마스크 스테이지 간섭계(26) 및 기판 스테이지 간섭계(28)의 계측값을 참조하면서 지정된 주사속도로 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)를 주사한다. 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)는 X축 방향을 따라 서로 동기하여 주사하고, 동시에 조명광학계(IU)는 마스크(M)를 조사한다.
마스크 스테이지(MST)와 기판 스테이지(PST)와의 주사속도의 비는 상술한 투영광학계(PL)의 투영배율에 따른다. 즉, 등배인 경우에는 양 스테이지는 서로 동일한 속도로 주사를 행하고, 1/4 배인 경우, 기판 스테이지(PST)의 주사속도는 마스크 스테이지(MST)의 주사속도의 1/4 로 된다.
기판 스테이지(PST)는, 투영광학계(PL)의 마스크 패턴 이미지면과 기판(P) 의 표면이 일치하도록 6 자유도로 움직이면서 상기 주사속도로 주사를 행한다.
상기 시퀀스에 의하면, 마스크 패턴 이미지면의 만곡이 감소되므로, 마스크패턴 이미지면 전체면에서 베스트 포커스 근방에서의 노광이 가능해져, 기판(P)에 균질한 패턴 전사가 실현되고, 그럼으로써, 고품질 액정표시장치, 반도체소자 등을 제조할 수 있다.
또, 본 실시형태에의 노광장치를 사용하여 액정표시소자를 제조하는 경우, 이 액정표시소자는, 소자의 기능ㆍ성능을 설계하는 단계, 전단계에 기초한 마스크(M)를 제조하는 단계, 글래스 플레이트를 제작하는 단계, 글래스 플레이트에 감광제(레지스트)를 도포하는 단계, 마스크 얼라인먼트를 실행하여 글래스 플레이트를 노광하고, 현상하는 단계, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함), 디바이스를 검사하는 단계 등을 거쳐 제조된다. 본 제조방법에 따르면, 액정표시소자를 수율좋게 높은 효율로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 노광장치의 용도는, 액정표시소자 제조용으로 한정되지 않고, 예컨대 반도체 디바이스, 촬상소자, 박막자기헤드 등의 제조용에도 사용할 수 있다.
본 실시형태의 노광장치는, 조명광학계(IU), 투영광학계(PL), 도시하지 않은 얼라인먼트계, 스테이지(MST,PST) 등과 같은 각 유닛마다 복수의 광학 부품, 기계 부품 및 전기 부품을 조립하여 조정한 후, 이상과 같은 각 유닛을 도킹하고 배선ㆍ배관 등을 실행하고, 그리고 종합 조정ㆍ동작 확인을 함으로써 제조할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 주사형 노광장치에 대해서 설명했는데, 본 발명은 스텝 앤드 리피트 방식의 노광장치(일괄노광형 노광장치)에도 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 구성을 취할 수 있다.
본 발명에 관련된 마스크 유지장치에 의하면, 지지수단으로 마스크를 지지하므로 마스크가 자체 중량에 의해 휘는 것을 방지하면서 마스크를 평탄하게 유지할 수 있다. 또, 지지수단이 마스크를 지지하는 위치를 지지위치 조정수단으로 조정할 수 있기 때문에, 마스크마다 적합한 위치에서 마스크를 지지할 수 있다.
또, 지지수단의 지지위치를 유지면보다 연직 상방에 형성해 둠으로써, 마스크의 자체 중량에 의해 지지수단이 휘어 거의 평탄하게 마스크를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 유지장치는, 지지수단이 흡착에 의한 마스크 유지수단도 구비하고 있으므로 마스크의 유지력을 높일 수 있다.
본 발명에 관련된 유지장치는 복수의 장착장치를 구비하고 있으므로, 마스크 패턴영역의 배치에 따라 지지수단을 가장 적합한 위치에 장착할 수 있어 각종 마스크를 평탄하게 지지할 수 있다.
지지수단의 지지위치는 마스크 패턴 이미지면의 형상에 따라 조정되므로, 투영광학계의 이미지면 만곡에 대해서도 광학 조정에 의하지 않고 보정할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 노광장치에 의하면, 마스크가 자체 중량에 의해 휘어 마스크 패턴 이미지가 만곡되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 마스크 패턴 이미지의 영역 전체에서 베스트 포커스 근방에서의 노광 처리를 실현할 수 있고, 그 결과 고품질 액정표시소자, 반도체소자 등을 수율좋게 제조할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역을 갖는 마스크를 유지하는 마스크 유지장치에 있어서,
    상기 제 1 패턴영역과 상기 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역에서 상기 마스크를 지지하는 지지수단; 및
    상기 지지수단의 상기 마스크를 지지하는 위치를 조정하는 지지위치 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 유지장치.
  2. 기판 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역을 갖는 마스크를 유지하는 마스크 유지장치에 있어서,
    상기 마스크의 외주부와 상기 제 1 또는 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역에서 수평방향을 따라 상기 마스크를 유지하는 유지면; 및
    상기 제 1 패턴영역과 상기 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역에서 상기 마스크를 지지하는 지지수단을 구비하고,
    상기 지지수단이 상기 마스크를 지지하는 지지위치는, 상기 마스크를 유지하지 않은 상태에서 상기 유지면보다 연직 상방에 있는 것을 특징으로 하는 마스크 유지장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지수단의 연직 방향의 상기 지지위치는, 상기 지지수단이 상기 마스크를 지지하는 상기 마스크의 평면내의 위치와, 상기 마스크의 중량을 포함하는 파라미터군에 의해 결정된 지지위치인 것을 특징으로 하는 마스크 유지장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크를 상기 유지면에서 진공 흡착에 의해 유지하는 흡착장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 유지장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지수단은, 상기 마스크를 흡착에 의해 유지하는 마스크 유지수단도 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 유지장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지수단을 착탈 가능하게 하는 착탈장치와, 상기 마스크 상의 상기 제 1 및 제 2 패턴영역의 배치에 따라 장착위치를 선택하여 상기 지지수단을 장착할 수 있는 복수의 장착장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 유지장치.
  7. 기판 상에 전사되는 제 1 및 제 2 패턴영역을 갖는 마스크를 유지하는 마스크 유지방법에 있어서,
    상기 제 1 패턴영역과 상기 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역 내에서 상기 마스크를 지지하는 동시에, 상기 마스크를 지지하는 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 마스크 유지방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마스크를 지지하는 위치의 조정은, 상기 기판 상에 전사되는 패턴 이미지면의 형상에 따라 행해지는 것을 특징으로 하는 마스크 유지방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 마스크를 상기 제 1 패턴영역과 상기 제 2 패턴영역과의 사이에 있는 영역 내에서 지지하는 동시에, 흡착에 의해 유지하는 것을 특징으로 하는 마스크 유지방법.
  10. 패턴이 형성된 마스크를 유지하여 이동가능한 마스크 스테이지를 갖는 노광장치에 있어서,
    상기 마스크 스테이지는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 유지장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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