KR20040044159A - 박막 기판 상에 패턴을 노광 또는 형성하기 위한 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광될 기판에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동하면서 소정 패턴을 노광하는 노광 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 기판의 두께 변동이 크게 발생하는 특정 방향을 따라 노광 영역을 이동시키는 소자, 기판 표면의 변위를 검출하는 소자 및 기판 표면의 경사 및 높이를 제어하는 소자를 포함한다. 경사와 수직 이동이 상기 검출된 변위에 따라 수행된다. 노광을 위한 표면은 노광 시간 도중의 임의의 시간에 기판 표면과 대략 대응하도록 되어 있다.

Description

박막 기판 상에 패턴을 노광 또는 형성하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR EXPOSING OR FORMING PATTERN ON THIN SUBSTRATE OR THE LIKE}

본 발명은 특정 패턴을 감광재(photosensitive material)에 노광하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치(LCD :liquid crystal display) 등에 사용되는 유리 기판으로 대표되는 바와 같은 막 두께의 변동이 큰 기판 상에 패턴을 노광하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 기판, 액정 표시 장치 등의 사용되는 유리 기판은 반도체층, 절연층등과 같은 복수의 재료를 패터닝 및 적층함으로써 형성된다. 리소그래피(lithography) 기술은 이러한 패터닝을 위해 사용된다.

리소그래피 기술에 따르면, 가공 대상 재료에 포토레지스트가 도포되어 포토레지스트 층을 형성하고, 상기 레지스트 층(표면)에 노광 패턴이 형성되며, 상기 레지스트 층이 현상되며, 레지스트 층의 현상되지 않은 부분을 제거함으로써 얻어지는(남겨지는) 부분에 식각, 적층 등의 가공이 수행되어 회로, 트랜지스터 등이 형성된다. 대표적인 노광 기술은 렌즈 투영 노광(lens projection exposure), 미러 투영 노광(mirror projection exposure) 등이 있다. 이러한 노광 기술에 따르면, 포토 마스크의 영상(노광 패턴)이 레지스트 층이 도포된 가공 대상물의 표면에 투영되어 (노광 패턴의 영상을 형성함으로써) 상기 레지스트 층 상에 노광 패턴에 대응하는 영상을 형성한다.

노광 장치와 관련하여, 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 기술과 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 기술이 알려져 있다.

도 16은 일반적인 스텝-앤드-스캔 노광 장치의 구성을 나타낸다. 마스크(M)에는 광원(101)과 조명계(102)로부터의 광 빔이 조사되고, 투영계(104)에 의해 기판(S) 상에 마스크(M)의 패턴의 영상이 형성된다. 노광 시간 동안 마스크 스테이지(103)와 기판 스테이지(substrate stage)(105)가 동시에 화살표(A)로 표시되는 바와 같이 이동한다. 형성된 영상이 반전되면, 상기 두 개의 스테이지는 반대 방향으로 이동한다. 만약, 형성된 영상이 정립한 상태이면, 상기 스테이지들은 동일한 방향으로 이동한다.

따라서, 노광 필드(f)로 불리우는 특정 영역이 기판(S)에 대해 상대적으로 주사되고, 그 다음에 스텝-앤드-스캔 노광 장치에서 노광된다.

투영 노광에서, 투영기의 초점 거리 즉, 투영 노광에 의해 형성되는 영상 표면은 투영기에서 노광면(레지스트 표면)까지의 거리와 동일할 것이 요구된다.

그러나, 일부의 경우, 레지스트 층 표면 즉, 노광면은 미세하게 굴곡이 있다. 상기 레지스트 표면 층에서의 파동은 레지스트 층이 형성되는 기판 두께의 불균일, 기판의 결합, 기판이 놓여지는 스테이지의 비평탄화 등으로 인해 야기된다.

일반적으로, 반도체 기술 분야에서는 실리콘 기판이 가공 재료로서 사용된다. LCD 패널이 제조될 경우에는, 의도하는 투과율 및 제조 코스트의 측면에서 유리 기판이 사용된다. 그러나, 일본특허 공개번호 제2001-36088호에 개시된 바와 같이, 유리 기판은 특징적인 두께 분포를 가진다는 점이 확인되었다. 다른 한편으로, 유리 기판의 표면에서 본래 발생하는 굴곡으로 인한 영향을 고려하지 않고 노광이 수행되고 있다.

노광에 있어서의 해상도(배선폭)(R)와 DOF(depth of focus, 초점 깊이)는 아래의 수학식 1로 표현되는 관계를 가진다.

여기서, λ는 노광 파장, k₁및 k₂는 공정에 의존하는 계수를 나타내며, 이들은 공정 인자(process factor)로도 불리운다.

노광이 수행될 때, 기판 표면은 노광 필드의 전체 영역에서 상기 수학식 1에 의해 결정되는 DOF의 범위에 있을 것이 요구된다. 만약, 기판 표면이 DOF의 범위를 벗어나면, 완전한 영상이 얻어질 수 없거나 적당한 레지스트 패턴이 생성될 수 없다.

액정 표시 장치의 제조에 사용하기 위해 대량 생산되는 노광 장치에서, 최대 해상도는 초고압 수은 램프의 i-라인을 따라 1.5 ㎛이다. 이 때, 해상도가 R = 1.5 ㎛, 노광 파장이 λ= 0.365 ㎛(i-라인), k₁= 0.6, k₂= 0.5 (k₁및 k₂의 값은 i-라인의 사용 시에 일반적으로 간주되는 값)이면, DOF는 수학식 1에 의해 ±8.6 ㎛이며, DOF의 범위는 17.2 ㎛이다. DOF 폭의 절반 즉, 8.6 ㎛는 수차(aberration) 등의 영향을 포함한 노광 장치측 여유도로서 일반적으로 필요하므로, 기판에 요구되는 평탄성의 기준은 8.6 ㎛ 이하이다.

액정 표시 소자가 더욱 고정세화되어 해상도가 1.0 ㎛ 또는 0.5 ㎛가 요구되면, DOF는 더 작아진다. 예를 들어, 해상도가 R = 1.0 ㎛, 노광 파장이 λ= 0.365 ㎛, k₁= 0.6, k₂= 0.5이면, DOF는 ±3.8 ㎛이며, DOF의 폭은 7.6 ㎛이다. 그러므로, 기판에 대한 요구되는 평탄화 기준은 3.8 ㎛ 이하이다.

또한, 해상도 R = 0.5 ㎛, 노광 파장이 λ= 0.248 ㎛(KrF 엑시머 레이저), k₁= 0.5, k₂= 0.5 (KrF 엑시머 레이저가 사용될 때, k₁및 k₂의 값은 일반적인 값으로 설정된다.)이면, DOF는 ±2.0 ㎛이며, DOF의 폭은 4.0 ㎛이다. 그러므로, 기판의 평탄성에 대해 요구되는 기준은 2.0 ㎛ 이하이다.

요약하면, 해상도 R = 1.5 ㎛, 1.0 ㎛, 0.5 ㎛일 경우, 기판에 요구되는 평탄성의 기준은 각각 8.6 ㎛ 이하, 3.8 ㎛ 이하, 2.0 ㎛ 이하일 것이 기대된다.

다른 한편으로, 액정 표시 소자의 제조에 사용하기 위한 유리 기판은 특정 방향을 따라 폭에 있어서는 대략 100 mm, 두께(peak-to-peak)에 있어서는 대략 10 ㎛의 변동을 갖는다. 그러므로, 작업 처리량(throughput)의 향상을 위해 노광 필드가 더 커질수록, 두께 변동의 범위는 DOF를 초과하여 적절한 해상도가 얻어질 수 없다.

예를 들어, 노광 필드가 70 mm ×20 mm 크기의 직사각형일 경우, 두께 변동은 특정 방향으로 대략 7 내지 8 ㎛가 될 것으로 기대된다. 해상도의 한계는 1.5 ㎛(기판의 평탄성은 8.6 ㎛)이고 1.0 ㎛(요구되는 평탄성은 3.8 ㎛)와 0.5 ㎛(요구되는 평탄성은 2.0 ㎛)의 해상도는 얻어질 수 없는 것으로 판단된다.

유리 기판의 평탄성은 서서히 향상되지만, 단기간에 두드러진 성과가 기대될 수 없다. DOF로 인해 생기는 문제는 노광 장치를 향상시킴으로써 해결하는 것이 바람직하다.

일본특허 공개번호 제2001-36088호는 큰 두께 변동을 갖는 유리 기판의 전체 표면에 DOF의 범위 내에서 노광을 실시하는 방법을 제안하고 있다. 상기 공개특허에 따르면, 유리 기판이 제조될 때, "요곡(warp)", "굴곡(undulation)"과 같은 두께 변동이 유리 기판을 인출하는 방향을 따라 발생한다. 상기 인출 방향을 아치 형상 슬릿의 주사 방향에 대응하도록 하고, 주사 방향을 따라 자동-포커싱(auto-focusing)을 연속적으로 수행하면서 노광을 실시함으로써, DOF가 작더라도 포커스마진이 유지될 수 있다.

그러나, 본 발명자는 분석 결과를 통해 유리 기판의 두께 변동은 제조 시의 유리 기판의 인출 방향에 수직인 방향에서 크고 인출 방향에서는 작다는 것을 확인하였다.

또한, 상기 공개 특허는 자동-포커싱 방법을 개시하지 않고 있으며, 두께 변동이 큰 유리 기판을 균일하게 노광하는 것은 명확하게 하지 않았다.

본 발명의 목적은 대규모 액정 표시 소자에 사용하기 위한 유리 기판의 전체 영역에 패턴을 정확하게 형성하는 노광 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 특징에 따른 노광 장치의 일 예를 나타낸 도면.

도 2는 노광을 위한 물체의 두께에 있어서 평탄하지 않은 분포를 나타낸 그래프.

도 3은 도 2에 도시된 물체의 노광면을 3차원적으로 예시한 도면.

도 4a 및 도 4b는 노광 필드의 주사 방향과 변위차 사이의 관계를 예시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예와의 비교를 위해 노광 필드를 Y방향으로 주사하는 노광 방법을 예시하는 도면.

도 6은 본 발명의 특징에 따라 노광 필드를 X방향으로 주사하는 노광 방법을 예시하는 도면.

도 7은 본 발명의 특징에 따라 경사(tilting)와 수직 이동을 동시에 수행하는 노광 방법을 예시하는 도면.

도 8a 및 도 8b는 도 7에 예시된 경사와 수직 이동의 효과를 예시하는 도면.

도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b에 예시된 조건 아래에서 경사와 노광 필드의 회전축 사이의 관계를 예시하는 도면.

도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 도 9b에 예시된 경사 조건의 결과로 얻어지는 명백한 굴곡의 평면 분포를 예시하는 도면.

도 11은 도 1의 노광 장치로 사용될 수 있는 제어 장치의 예를 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 경사 및 수직 이동에서 압전 소자의 동작량(제어량)을 설정하는 방법의 예를 나타낸 도면.

도 13은 본 발명의 평탄화 기구를 레이저 결장화 장치에 적용하는 예를 나타낸 도면.

도 14는 도 13에 도시된 레이저 결정화 장치의 동작(제어) 예를 나타낸 도면.

도 15는 본 발명의 평탄화 기구를 레이저 어닐링 소자에 적용하는 예를 나타낸 도면.

도 16은 공지된 스텝-앤드-스캔 노광 장치의 예를 나타낸 도면.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 노광될 기판에 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동하면서 소정의 패턴을 노광하는 노광 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판의 노광면에 존재하는 굴곡 방향을 따라 노광 영역을 이동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 기판 상에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동하면서 소정 패턴을 노광시키기 위하여, 노광될 기판의 노광면의 변위를 검출하는 기구를 포함하는 노광 장치가 제공된다. 상기 장치는 기판의 노광면에 존재하는 굴곡의 방향을 따라 노광 영역을 이동시키는 기구를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기판 상에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동하면서 소정 패턴을 노광시키기 위하여, 노광될 기판의 노광면의 변위를 검출하는 기구와, 상기 노광면의 경사(tilt)와 높이를 제어하기 위한 수단을 포함하는 노광 장치가 제공된다. 상기 장치는 검출된 범위에 따라 노광면의 경사와 높이를 제어하기 위한 수단과, 상기 노광면을 기판 표면과 대략 일치하도록 하는 기판의 두께 변동이 크게 발생하는 특정 방향을 따라 노광 시간 도중의 임의의 시점에 노광 영역을 이동시키기 위한 수단을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 노광될 기판에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동하면서 소정 패턴을 노광하는 노광 장치가 제공된다. 상기 장치는 기판의 두께 변동이 크게 발생하는 특정 방향을 따라 노광 영역을 이동하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 스테이지에 구비된 대상물을 가공하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 상기 대상물의 표면의 굴곡 또는 두께 불균일을 검출하기 위한 검출 수단, 대상물의 표면을 연장한 방향과 직각으로 교차하는 방향으로 변위할 수 있는 복수의 변위 기구가 적어도 4개의 모서리에 구비되어 상기 검출 수단에 의해 검출된 변위를 상쇄시키는 방향으로 독립적으로 변위되는 지지 수단 및, 상기 지지 기구의 지지 수단의 이동량을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.

본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 뒤따르는 설명에서 나타날 것이며, 상기 설명으로부터 부분적으로 명백해지거나 본 발명의 실시에 의해 교시될 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 이후에 구체적으로 지적되는 응용 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 것이다.

상세한 설명에 병합되어 그 일부를 구성하는 첨부한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 있으며, 위에서 주어진 일반적인 설명 및 아래에 주어진 바람직한 실시예의 구체적인 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는데 기여한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 특징들이 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 대상물의 노광면 상의 굴곡 또는 두께 불균일로 인한 영향을 제거할 수 있는 노광 장치의 구성에 대한 하나의 예를 나타낸다.

노광 장치(1)는 조명 광학계(12), 마스크 스테이지(13), 결상 광학계(14) 및 기판 스테이지(15)를 포함하며, 이들은 광원(11)의 광학 축에 순차적으로 배치되어 있다. 마스크(M)는 마스크 스테이지(13) 상에 배치되어 있고, 유리 기판(S)은 기판 스테이지(15) 상에 배치되어 있다.

예를 들어, 광원(11)은 노광을 위해 에너지를 출력하는 고압 수은 램프 또는 레이저 소자이다. 상기 고압 수은 램프는 g-라인(436 nm) 또는 i-라인(365 nm)을 방출한다. 예를 들어, 상기 레이저 소자는 XeCl 엑시머 레이저 소자(308 nm), KrF 엑시머 레이저 소자(248 nm), ArF 엑시머 레이저 소자(193 nm) 등이 될 수 있다.

조명 광학계(12), 릴레이 렌즈, 마스크(M) 및 결상 광학계(14)를 포함하는 광학계(6)는 광원(11)으로부터 출사된 광의 경로에 구비되어 있다. 예를 들어, 노광될 기판 또는 액정 표시 소자용 유리 기판(S)은 상기 결상 광학계(14)의 영상 초점 위치(image-focusing position)에 구비되어 있다. 유리 기판(S)과 마스크(M)는 서로 쌍을 이루도록 구비되어 있다. 마스크(M)는 소정의 방향 A-A를 따라 선형적으로 이동 가능한 마스크 스테이지(13) 상의 소정 위치에 구비되어 있다. 유리 기판(S)은 상기 소정 방향 A-A와 동일한 방향으로 선형적으로 이동 가능한 기판 스테이지(15) 상의 소정 위치에 구비되어 있다.

기판 스테이지(15)에 위치된 유리 기판(S)의 노광면의 굴곡 상태를 측정하기 위하여, 예를 들어, 노광의 굴곡 상태를 검출하는 굴곡 상태 검출기(10) 또는 CCD 카메라가 구비되어 있다. 버스(9)에 의해 상기 굴곡 상태 검출기(10)에 연결된 CPU(71)는 상기 굴곡 상태 검출기(10)의 측정 동작을 제어하여 상기 노광면의 굴곡 상태를 측정하도록 구성되어 있다. 상기 CPU(71)는 상기 굴곡 상태 검출기(10)로부터의 측정 결과를 유리 기판(S)의 위치 정보와 결합시킴으로써 굴곡에 관한 정보를 버스(9)에 연결된 메모리 소자인 RAM(72)에 저장한다. CPU(71)의 이러한 제어 프로그램은 버스(9)에 연결된 메모리 소자인 ROM(73)에 미리 저장되어 있다.

노광 영역의 주사 방향 결정부(74)는 CPU(71)에 의해 제어되는 굴곡 상태 검출기(10)로부터의 측정 결과를 기초로 하여 RAM(72)으로부터 읽어들인 굴곡 정보에 대하여 노광 영역(E)과 노광 영역(E)의 주사 방향 정보(I)를 결정한다. 상기 CPU(71)는 버스(9)에 연결된 표시 소자(76)가 노광 영역 정보(E)와 상기 노광 영역의 주사 방향 정보(I)를 위치 정보에 따라 표시하는 것을 허용하며, 상기 표시되는 정보를 감시한다.

광원(11)으로부터의 광 빔은 조명 광학계(12)에 의해 마스크(M)에 입사하며, 결상 광학계(14)에 의해 마스크(M)의 광학 패턴의 영상이 유리 기판(S) 상에 형성된다. 노광 시, 상기 CPU(71)는 마스크 스테이지(13)와 기판 스테이지(15)를 화살표 A로 표시된 방향으로 동시에 이동시켜서 노광 위치를 결정한다. 결상 광학계(14)에 의해 형성된 영상이 반전된 상태이면, 상기 두 스테이지는 반대 방향으로 이동된다. 만약, 상기 영상이 정립 상태이면, 상기 스테이지들은 동일한 방향으로 이동된다.

상기 마스크 스테이지(13)와 기판 스테이지(15)는 화살표 A로 표시된 방향으로, 예를 들어 스텝-앤드-스캔 기술에 의해 이동될 수 있다. 상기 CPU(71)는 상기 노광 장치(1)를 제어하고, 노광 영역(필드)(f)으로 불리우는 특정 영역을 유리 기판(S)에 대해 주사하며, 노광 단계의 동작을 실행한다.

광원(11)으로부터의 광 빔은 조명 광학계(12)에 의해 노광 영역 정보로부터 얻어지는 바와 같이 대략 직사각형 단면을 갖도록 형성되어 마스크(M)에 입사된다. 상기 마스크 스테이지(13)와 기판 스테이지(15)는 굴곡 정보로부터 얻어지는 주사 방향 정보(I)에 의해 소정의 타이밍으로 동시에 이동된다. 따라서, 마스크(M)의 패턴은 유리 기판(S) 상에 노광된다. 도 1에 도시된 노광 장치(1)의 결상 광학계(14)는 마스크 패턴의 영상을 반전시키므로, 마스크 스테이지(13)와 기판 스테이지(15)는 노광 시에 서로 반대 방향으로 이동한다. 또한, 유리 기판(S)의 두께 변동이 큰 방향은 마스크 스테이지(13)와 기판 스테이지(15)의 이동 방향과 평행하다.

기판 스테이지(15)는 나중에 필요에 따라 설명될 경사 기구(tilting mechanism)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 기판 스테이지(15)는 4개의 모서리에 4개의 압전 소자를 갖는 경사 기구(16)로 불리우는 액츄에이터(actuator)에 구비되며, 각 소자의 투영량(projection amount)(높이)은 개별적으로 제어될 수 있다.

바꾸어 말하면, 기판 스테이지(15)는 평면(투영 평면) 영역의 연장 방향 또는 그 방향과 관련된 대각 방향과 직각으로 교차하는 임의의 어느 한 방향으로 소정의 각도로 경사지게 형성될 수 있다(경사). 또한, 기판 스테이지(15)는 투영 평면에 평행하게 위아래로 이동될 수 있다(수직 이동). 상기 경사와 수직 이동은 나중에 설명될 제어 소자에 의해 동시에 제어될 수 있다.

노광 장치(1)는 또한 유리 기판(S) 상의 노광 필드에서의 변위를 측정하는 경사 검출 기구를 포함한다. 상기 경사 검출 기구는 예를 들어 광원인 레이저 소자(18), 반사된 광을 검출하는 위치 감지 소자(PSD : position sensitive device) 및, 반사된 광을 수광하는 렌즈(19)를 포함한다. 반도체 레이저 소자(18)의 레이저 광 빔(L)을 유리 기판(S)의 표면에 특정 각도로 입사시키고, 유리 기판(S)의 표면에서의 규칙적인 반사에 의해 얻어지는 반사된 광 빔(R)을 수광하며, 상기 위치 감지 소자(20)에 의해 반사된 광 빔(R)을 검출함으로써 유리 기판(S)의 변위 방향과 변위량은 검출될 수 있다. 영상 초점 위치는 상기 위치 감지 소자(20)의 불러오기 신호(도시되지 않음)를 위한 두 개의 전극에 출력되는 전류의 비율로부터 얻어질 수 있다. 그러므로, 유리 기판(S)의 변위 방향과 변위량은 위치 감지 소자(20)의 전기적인 중심 위치로부터의 방향 및 거리로부터 검출될 수 있다.

위치 감지 소자(20)의 출력 전류는 A/D 변환기(도시되지 않음)에 의해 A/D 변환된다. 예를 들어, 상기 전류는 도 11에 도시된 제어 소자(컴퓨터)(21)에 입력되어 예를 들어, 제어 소자 또는 그 외부에 구비된 메모리에 순차적으로 저장된다. 그 다음에, 유리 기판(S)의 투영 평면의 모든 영역에 대응하는 모든 데이터 항목이나, 굴곡 또는 두께 불균일이 최대인 특정 단일 축방향의 모든 부분(노광 필드)에서의 모든 데이터 항목이 얻어질 때, 노광면의 변위 분포(굴곡 또는 두께 불균일 정도)가 얻어진다. 광 빔을 기판 표면에 입사시킴으로써 변위가 측정되는 경우, 광원으로 사용되는 반도체 레이저 또는 발광 다이오드(LED : light-emitting diode)는 노광 전력에 비해 충분히 작은 광 강도를 가지며, 파장 범위에 있어서 노광 파장과는 다르다. 그러므로, 레지스트 재료가 유리 기판(S)의 표면에 도포되더라도, 상기 레지스트 재료는 빛에 노광되지 않는다.

노광 필드의 변위 분포는 대략 직선에 적용되며, 상기 직선의 경사와 모든 변위의 평균 높이는 예를 들어, 최소 제곱법(least square method) 등에 의해 계산되며, 이것은 도 12에서 나중에 설명될 것이다. 그러므로, 4개의 모서리에서 액츄에이터(16)로 동작하는 압전 소자의 연장 및 수축의 방향 및 크기는 계산되며, 연장 및 수축의 방향 및 크기에 대응하는 극성과 진폭을 갖는 전압이 각 압전 소자(액츄에이터)(16)에 출력된다. 그 결과, 이러한 경사는 "0"으로 되어 모든 변위의 평균 높이는 결상 광학계(14)의 영상 초점 표면의 높이와 일치한다.

다음으로, 본 발명에 따른 노광 장치(1)의 동작을 설명한다.

마스크 스테이지(13)와 기판 스테이지(15)를 결상 광학계(14)에 대해 동시에 이동시키면서, 노광 필드의 변위 및 주사 노광의 측정이 반복된다. 모든 액츄에이터(16)가 동일한 높이를 갖도록 하기 위하여, 기판 스테이지(15) 상에 유리 기판(S)을 위치시키기 전에 압전 소자(16)에 인가되는 초기 전압은 0 볼트(또는 미리 얻어진 교정 값)로 설정된다. 상기 교정 값은 측정 소자 등의 기술 분야에서알려져 있는 원점 검출 동작(origin detecting operation)에 의해 설정되므로, 그 구체적인 설명은 생략될 것이다.

다음으로, 노광 필드의 복수의 각 위치에서의 변위는 반도체 레이저(18)의 레이저 광 빔(L)을 유리 기판(S)의 노광면에 입사시킴으로써 측정된다.

그리고, 마스크(M)에 포함된 노광 패턴을 투영함으로써 정의되는 평면(투영 평면) 영역의 연장 방향 또는 이 방향과 관련된 대각 방향과 직각으로 교차하는 임의의 어느 한 방향으로 유리 기판(S)은 소정의 각도로 경사지게 형성되며, 유리 기판(S)의 높이는 변위차의 효과적인 감소를 위해 조정된다. 유리 기판(S)의 노광면의 검출된 변위(굴곡)에 따라 경사를 정정하고(경사), 유리 기판(S)과 마스크(M) 사이의 거리를 조정하기 위해 유리 기판(S)을 위아래로 이동(수직 이동)함으로써, 상기 경사와 높이의 조정은 수행된다.

더욱 상세하게 설명하면, 유리 기판(S)의 노광면을 이동시키기 위해, 기판 스테이지(15)의 4개의 모서리에 있는 액츄에이터(16)를 개별적으로 수직으로 이동시킴으로써 유리 기판(S)의 노광면이 경사지게 형성된다. 또한, 노광 필드의 평균 높이를 결상 광학계(14)의 결상 표면의 높이와 일치하도록 하기 위하여, 상기 액츄에이터(16)를 동시에 수직으로 이동시킴으로써 유리 기판(S)의 노광면은 위아래로 이동된다.

두께 불균일이 예를 들어 유리 기판(S)의 길이 방향과 같이 한 방향으로만 발생하고 예를 들어, 상기 길이 방향과 직각으로 교차하는 방향과 같은 기판(S)의 횡방향으로는 일어나지 않는다는 전제하에서, 유리 기판(S)의 노광면의 굴곡 또는두께 불균일은 1차원적으로만 검출될 수 있다. 이것은 굴곡 또는 두께 불균일과 같은 유리 기판의 특성이 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 유리 기판의 생산 방법으로 인해 대략 1차원적인 것으로 알려져 있기 때문이다.

상기 굴곡 또는 두께 불균일을 검출하는 방법으로서, 반사된 빔(R)을 이용하는 상기 방법 외에 광의 간섭이 이용되거나 감지 기록계(sensing stylus)가 사용될 수 있다.

유리 기판(S)의 노광면에 레이저 빔(L)을 주사 및 조사하고 상기 광 조사 및 신호 처리의 결과로 생성되는 반사된 광 빔(R)을 수광하는 상기 설명된 측정 방법에 따르면, 예를 들어, 기판(S)의 굴곡 또는 두께 불균일의 변위 방향 및 크기는 (상업적으로 입수 가능한) 레이저 초점 변위 센서를 이용하여 0.1 ㎛의 해상도의 정확도로 검출될 수 있다.

초점 조정과 관련하여, 변위 측정 및 기판 스테이지(15)의 제어는 노광 필드(f)의 주사에 따라 대략 실시간으로 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 유리 기판(S)의 전체 표면 상의 굴곡은 노광하기 전에 한번에 측정될 수 있으며, 그 제어는 또한 상기 측정 정보를 기초로 수행될 수 있다.

위에서 투영 노광에 대해 설명되었다. 그러나, 본 발명의 노광 방법은 투영 노광에 한정되지 않으며, 홀로그래피(holography) 기술을 이용하는 노광 기법에도 적용될 수 있다. 또한, 노광 필드를 이동시키면서 노광이 수행되도록 하는 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 기술에서는 본 발명의 노광 방법으로부터 특별히 큰 장점이 얻어질 수 있다. 그러나, 본 발명은 노광 필드가 고정된 위치에 정지되어 있는 동안 노광이 수행되도록 하는 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 기술에도 적용될 수 있다.

유리 기판은 한 방향의 두께 변동이 매우 큰 대표적인 기판으로 인용되고 있지만, 기판은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 플라스틱 기판 등이 유사한 특징을 가진다면, 이것 또한 본 발명의 노광 방법을 위해 사용될 수 있다.

도 2는 유리 기판(S)의 두께 측정 값의 예(두께 불균일 분포)를 나타낸다.

0.7 mm의 평균 두께를 갖는 유리 기판의 두께는 특정 방향에서 측정된다. 대략 10 ㎛의 변동(피크에서 피크)이 100 내지 200 mm의 주기에서 발견된다. 두께 변동의 방향이 도시되었지만, 도시된 방향과 직각으로 교차하는 방향에서는 그 변동이 거의 발견되지 않는다는 점이 확인된다. 이러한 유리 기판(S)이 스페이지(15)에 놓여질 때, 두께 변동은 그대로 대략 반영되며 유리 기판 표면의 변위(굴곡)는 도 3에 예시된 바와 같이 그대로 나타난다는 점이 또한 확인될 수 있다. 유리 기판(S)의 노광면의 두께 변동이 크게 나타나는 방향은 X로 표시되고, 두께가 대략 균일한 방향은 Y로 표시되며, 변위 축은 Z로 표시되어 있다.

유리 기판을 생산하기 위해서는 용융(fusion) 및 부유(floating) 공정이 필요하다. 적어도 상기 두 기술은 동일한 특징을 갖고 있다는 점이 확인된다. 이러한 기술에서, 대략 일정한 두께를 갖는 유리 기판은 용융된 상태에서 유리 재료를 인발함으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 두께 변동이 크게 나타나는 방향은 유리 기판을 생산할 때의 유리 재료의 인발 방향과 대략 직각으로 교차한다는 점이 알려져 있다. 즉, 도 3에서 방향 Y는 유리 기판(S)을 생산할 때 유리 재료를 인발하는방향이다.

도 4a 및 4b는 노광 필드에서의 주사 방향과 변위차 사이의 관계를 예시한다. 도 4a에서, 주사 방향 즉, 한 방향으로 연장된 직사각형 형상으로 정의된 노광 필드의 긴 축 방향은 도 3에 예시된 X 방향과 평행하다. 도 4b에서, 주사 방향 즉, 한 방향으로 연장된 직사각형 형상으로 정의된 노광 필드의 긴 축 방향은 도 3에 예시된 Y 방향과 평행하다. 이러한 조건은 나중에 설명될 도 5 및 도 6에서의 관계와 각각 상응한다.

그러므로, 유리 기판(S)의 표면이 동일한 영역을 갖는 직사각 노광 필드를 이용하여 노광되면, 도 4b에 도시된 방향 X를 따라 짧은 변(b)을 배치한 경우의 변위차(d)는 도 4a에 도시된 방향 X를 따라 긴 변을 배치한 경우보다 더 작아진다. 즉, 유리 기판의 두께 분포 특성 또는 상기 두께 분포로 인해 생기는 유리 기판(S)의 노광면의 변위차를 고려하면, X 방향을 따라 짧은 변(b)을 배치하고 X 방향으로 주사하는 도 6의 방법에 상응하는 방법이 DOF의 측면에서는 상당히 유리하다.

도 7은 도 6에 예시된 방향으로 노광된 유리 기판(S)의 굴곡 또는 두께 불균일과 노광 필드 사이의 상대적 위치 관계를 예시한다.

도 7로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 노광 필드(f)가 변위 즉, 유리 기판(S)의 표면에서의 불균일에 따라 최적의 초점을 항상 유지할 수 있도록 경사 및 수직 이동이 수행된다. 노광 필드의 주사가 일단 완료되면, 노광 필드는 주사 방향과 교차하는 방향으로 일정한 크기만큼 이동(스테핑)하며, 동일한 주사가 다시 수행된다(도시되지 않음). 따라서, 노광 필드의 주사 및 스테핑(stepping)이 반복되어 기판의 전체 표면이 노광된다. 일반적으로, 상기 노광은 스테핑 도중에는 수행되지 않는다.

마스크 스테이지(13)의 지지부(17)는 기판 스테이지(15)의 액츄에이터(16) 대신에 이동될 수 있다. 사용되는 액츄에이터(16)는 솔레노이드 등과 같은 마그네틱일 수도 있고 정전기일 수도 있다.

도 8a 및 도 8b는 초점 조정 즉, 도 4a, 4b, 5 및 6에 예시된 경사 및 수직 이동의 효과를 예시한다. 도 8b에 예시된 바와 같이 경사 조정 후에 얻어지는 변위차(d')는 도 8a에 예시된 바와 같이 경사 조정 이전에 얻어지는 변위차(d)보다 더 작다. 경사 조정 후의 최대 변위(L₁)와 최소 변위(L₂) 사이의 중간점(L₃)(평균값)은 도 8b에서 레벨링 점(leveling point)으로 불리우며, 결상 광학계(14)의 영상 초점 표면은 상기 레벨링 점에 위치된다.

도 5의 예에서, 예를 들어, Y 방향으로 70 mm ×20 mm의 크기를 갖는 직사각 노광 필드(f)를 주사하는 경우, 변위차의 최대값은 7.5 ㎛인 반면, 도 6의 예에서, 본 발명에 따라 X 방향으로 직사각 노광 필드(f)를 주사하는 경우에는 변위차의 최대값이 4.8 ㎛이다. 따라서, 두가지 경우에서 변위의 최대값 사이에 명백한 차이가 있다. 노광 필드의 폭(도 6에서 a)이 더 클수록, 한번에 노광될 영역의 범위가 확장되어 수율이 증가된다. 실제로, 노광 필드의 형상 및 크기는 결상 광학계(14)의 렌즈의 생산 한계에 따라 제한된다.

구체적으로, 제조될 수 있는 렌즈의 직경은 대략 200 내지 300 mm 이며, 노광 필드의 폭은 노광 파장 및 해상도에 따라 대략 50 내지 100 mm 이다.

본 실시예에 도시된 바와 같이 노광 필드가 직사각형이면, 그 긴 변은 대략 50 내지 100 mm 이고, 도 7에 도시된 필드(f)의 b로 표시된 짧은 변의 길이는 도 7에 도시된 필드(f)의 a로 표시된 긴 변의 길이의 1/5 내지 1/3 인 것이 바람직하다. 상기 노광 필드는 길이가 연장된 슬릿 형상으로 될 수 있다. 그러나, 광원 및 광학계로부터의 광 빔을 효과적으로 사용하기 위하여 더 높은 수렴 배율(convergence magnification)을 갖는 결상 광학계(14)에서 요구되는 슬릿은 복잡해진다. 노광 필드를 타원체로 형성하는 것은 광학계의 부하가 감소될 때 효과적이다.

도 9a 및 도 9b는 도 4a, 4b, 5 및 6에 예시된 초점 조정의 효과를 확장시킬 수 있는 경사 및 수직 이동의 예를 예시한다.

도 9a는 노광 필드(f)의 회전축(r)이 Y 방향으로 배치된 단일축 경사(수직 이동 포함)의 결과를 예시한다. 도 9b는 노광 필드(f)의 회전축(r1)이 X 방향으로 배치되고 회전축(r2)이 Y 방향으로 배치된 2축 경사 및 수직 이동의 결과를 예시한다. 또한, 도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 도 9b에 각각 예시된 경사에 의해 얻어지는 노광면에서의 실효 변동을 예시한다.

도 10a에서, 결상 광학계(14)에 의해 마스크(M)의 패턴이 투영되는 표면에서의 굴곡의 분포 즉, 굴곡 또는 두께 불균일의 크기는 2.0 ㎛ 이하로 한정된다. 변위차의 최대값은 4.8 ㎛에서 2.0 ㎛로 감소되며, 이로 인해 경사 및 수직 이동의 초점 조정에 있어서의 효율성이 확인된다.

도 10b에서, 변위차의 최대값은 도 10a에 예시된 조건에 비해 더욱 한정되고, 1.0 ㎛ 이하의 변위차를 갖는 영역이 확대되며, 변위차의 최대값이 1.9 ㎛로 한정될 수 있다는 점이 확인될 수 있다. 그러므로, 유리 기판(S)의 노광면 상의 굴곡의 실제 정확도를 요구된 것보다 더 많이 증가시키지 않고도, 도 9b에 예시된 2축 경사(경사 및 수직 이동)에 의해, 노광 패턴이 유리 기판(S)의 전체 영역에 높은 정확도로 노광될 수 있다. 바꾸어 말하면, 굴곡 또는 두께 불균일의 영향에 의해 일반적인 평탄성을 갖는 최근 입수 가능한 유리 기판(S) 상의 전체 영역에서 높은 해상도는 불가능하다. 그러나, 본 발명을 이용하면, 노광면의 전체 영역에서 높은 해상도를 갖는 완전한 레지스트 패턴이 얻어질 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 상기 실시예에 따르면, 노광면이 영상 광학계의 DOF 내에 있도록 하기 위하여 기판 표면에서의 굴곡 또는 두께 불균일은 노광 시에 정정될 수 있다. 그러므로, 영상 초점 표면과 노광면은 서로 대충 일치한다. 작은 DOF를 갖는 노광 장치에 의해 노광 패턴이 노광되는 경우에도, 노광면에 형성되는 불선명(blur) 및/또는 초점 흐림(defocus)이 감소될 수 있다. 그 결과, 액정 표시 장치 등에 이용되는 유리 기판과 같이, 특히 큰 변동 또는 두께 불균일성을 갖는 기판(가공 대상 재료) 상에서 극미세 패터닝이 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 요지인 유리 기판의 위치 결정 및 주사 방향을 고려하여 레벨링 및 수직 이동과 같은 초점 조정을 수행함으로써, 배향 및 주사 평탄성의 색인이 되는 변위차가 최대 1.9 ㎛ 이하로 감소될 수 있다는 점이 확인된다. 그러므로, 본 발명의 노광 방법에 따르면, KrF 엑시머 레이저를 이용함으로써 현재의 유리 기판에서 0.5 ㎛의 해상도가 획득될 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스테이지 상에 놓여진 유리 기판의 표면은 특정 방향(즉, 제조시 유리 기판의 인출 방향과 직각으로 교차하는 방향)에서 큰 변동이 있다. 그러므로, 노광 필드 내부의 유리 기판의 표면에서의 변위차는 직사각형의 노광 필드의 짧은 변을 변동이 큰 방향(즉, X 방향)으로 주사함으로써 감소될 수 있다. 또한, 유리 기판 표면에서의 변위는 노광 필드를 유리 기판 표면 상의 굴곡과 일치시키고 경사 및 수직 이동에 의해 초점 조정을 수행함으로써 더욱 향상될 수 있다.

도 11은 도 1에 도시된 제어 소자(21)의 제어 시스템의 블록 다이어그램을 나타낸다. 제어 소자(21)는 입력 포트(31), 연산부(32), 정정량 설정부(33), 액츄에이터 구동부(전압 설정부)(34), 제어부(CPU)(35) 및 메모리(36)를 포함한다. 예를 들어, 입력 포트(31)에 위치 감지 소자(20)로부터의 출력 전류(도시되지 않은 A/D 변환기에 의해 디지털로 변환됨)가 입력된다. 연산부(32)는 입력된 위치 감지 소자(20)의 출력을 기초로 변위량을 얻는다. 정정량 설정부(33)는 상기 연산부(32)에 의해 얻어지는 변위량에 따라 (액츄에이터(16))의 정정량을 설정한다. 액츄에이터 구동부(34)는 정정량 설정부(33)에 의해 설정된 정정량에 따라 액츄에이터(16)를 동작시킨다. 제어부(CPU)(35)는 연산부(32), 정정량 설정부(33) 및 액츄에이터 구동부(34)의 동작을 제어한다. 메모리(36)는 연산부(32)의 동작 결과 즉, 유리 기판(S)의 굴곡 또는 두께 불균일 또는 굴곡의 분포를 저장한다. 표시 소자(37)는 필요할 경우에 인터페이스(도시하지 않음)를 통해 제어부(35)에연결될 수 있다.

위치 감지 소자(20)의 출력 전류는 A/D 변환되어 연산부(32)에 의해 동작된다. 동작 전류는 제어부(35)의 제어 하에서 정정량으로 변환된다. 이로 인해, 유리 기판(S)의 굴곡 또는 두께 불균일성의 방향 및 변위량이 계산된다. 그 결과, 유리 기판(S)의 노광면은 도 4B를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 결상 광학계(14)에 의해 정의되는 투영 표면의 DOF 내에 있도록 위치된다.

보다 구체적으로 설명하면, 굴곡의 방향 및 변위량에 따라 설정되는 각 압전 소자(16)에서의 확장 및 수축의 방향 및 크기가 계산되며, 상기 확장 및 수축의 방향 및 크기에 대응하는 극성 및 진폭을 갖는 전압이 전압 설정부(34)에 의해 각 압전 소자(16)에 출력된다. 상기 계산과 출력은 노광 면의 모든 지점들이 DOF의 범위 내에 있도록 수행된다.

연산부(32)에서, 두께 측정 센서 또는 위치 감지 소자(20)로부터의 출력은 y 방향으로 연장된 노광 필드를 소정의 속도로 도 6의 x 방향으로 이동시키면서 각각 소정의 간격으로 입력된다. 이로 인해, 도 12를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 위치 감지 소자(20)로부터의 (A/D 변환된) 출력을 기초로 노광 필드에서의 변위 분포(굴곡 또는 두께 불균일성의 방향 및 변위량)가 계산된다(S11).

단계(S11)에서 얻어진 노광 필드에서의 변위 분포로부터, 아래의 수학식 2에 의해 표현되는 정정량(z)의 a와 b는 예를 들어, 최소 제곱법과 같은 선형(면) 근사법에 의해 구체화된다(S12).

단계(S12)에서 얻어진 정정량 z(a, b)을 기초로 하여, 스테이지(15)에 의해 지지되는 유리 기판의 경사 및/또는 수직 이동을 위한 경사량과 수직 이동량이 얻어진다(S13).

단계(S13)에서 얻어진 경사량 및 수직 이동량을 기초로 하여, 스테이지(15) 상에 소정의 방법으로 정렬되어 있는 각 압전 소자(16)에 대한 동작 방향, 확장/수축 및 그 제어량(확장량/수축량)이 얻어진다(S14).

이와 같이 얻어진 각 압전 소자(16)의 동작 방향(확장/수축) 및 그 양(확장량/수축량)은 극성 및 진폭을 갖는 전압으로 변환되어 예를 들어, D/A 변환기로 작동하는 전압 설정부(액츄에이터 구동부)(34)에 의해 압전 소자(16)에 공급된다.

다른 선형 근사 알고리즘에 따르면, 경사량은 최대 및 최소값으로부터 결정되고, 수직 이동량은 평균값으로부터 결정된다.

기판(S)의 노광면의 경사 및/또는 수직 이동과 같은 초점 제어는 노광 필드의 모든 범위에 대해 제어된다. 그러므로, 굴곡의 검출은 노광과 동시(실시간)에 또는 스텝 동작 도중에 수행될 수 있다. 전체 굴곡이 미리 검출될 필요는 없으므로, 검출 시간이 감소될 수 있다.

따라서, 본 발명의 노광 장치에서는, 기판을 지지하는 기판 스테이지가 기판의 노광면이 평탄화된 것처럼 수직 및 수평 방향으로 개별적으로 이동된다. 이로 인해, 액정 표시 장치의 유리 기판 또는 굴곡 혹은 두께 불균일성, 특히 큰 두께불균일성을 갖는 기판 상에서 노광 패턴이 영상 광학계의 DOF 범위 내에 정확하게 형성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 불선명(blur)이 없는 노광 패턴이 기판 표면 또는 노광면에 확실하게 형성될 수 있다.

노광 장치 및 방법이 위와 같이 설명되었다. 그러나, 본 발명은 레이저 결정화 장치와 같은 가공 장치에도 적용될 수 있다. 아래에서 다양한 응용예가 설명될 것이다. 응용예에서는, 기판 노광(가공 대상)면 즉, 영상 광학계에 의해 정의되는 노광(가공 대상) 대상물 및 투영 표면의 상대적 위치를 영상 광학계의 DOF 범위 내에 있도록 함으로써, 기판 표면의 굴곡 분포에 관계없이 디포커싱을 하지 않고도 가공 동작이 수행될 수 있다.

도 13은 결정화 장치의 구성을 나타낸다.

도 13의 결정화 장치는 엑시머 레이저 광원(52), 마스크 스테이지(53), 스테이지 구동부(54), 기판 스테이지(55), 주사 광학계(56), 정렬 검출부(57), 기판 검출부(58), 제어부(59) 등을 가진다.

엑시머 레이저 광원(52)은 어닐링 챔버(도시하지 않음) 외부에 배치되어 파장 λ=248 nm인 KrF 엑시머 레이저 빔을 생성한다.

엑시머 레이저 빔은 엑시머 레이저 광원(52)으로부터 어닐링 챔버(도시하지 않음)의 내부로 들어온다. 어닐링 챔버에서, 박막 반도체 기판이 기판 스테이지(55)에 놓여져 있는 동안, 기판 스테이지(55)는 2차원 수평면 상에서 이동될 수 있다.

마스크 스테이지(53)는 기판 스테이지(55) 위에 배치되어 있어서, 도시되지않은 위상 시프터(phase shifter)가 마스크 스테이지(53) 위에 놓여져 있는 동안, 2차원 수평면 상에서 이동될 수 있다. 마스크 스테이지(53)는 위상 시프터를 투과하는 엑시머 레이저 빔을 차단하지 않도록 위상 시프터(도시되지 않음)의 바깥 모서리만 접촉하도록 구성되어 있다.

스테이지 구동부(54)는 기판 스테이지(55)와 마스크 스테이지(53)의 위치를 조정하며 이들을 박막 반도체 기판의 길이 방향으로 보낸다.

주사 광학계(56)의 미러(56A)에 의해 엑시머 레이저 광원(52)으로부터 엑시머 레이저 빔을 인가하는 방향은 박막 반도체 기판(S)의 노광면에 입사하는 엑시머 레이저 빔이 마스크(M)를 통과하도록 만든다. 기판(S)은 주사 광학계(56)로부터의 엑시머 레이저 빔에 의해 폭 방향으로 주사된다.

정렬 검출부(57)는 위상 시프터 측의 목표 패턴의 정렬 상태와 기판(S) 측의 정렬 표시를 검출하는 광학 영역 센서이다.

기판 검출부(58)는 기판 스테이지(55)에 삽입된 복수의 광 센서로 구성되어 그 표면에서 노광된다. 기판 검출부(58)는 어닐링 챔버(도시되지 않음)에 구비된 이송 아암(transfer arm, 도시되지 않음)에 위치된 기판(S)의 놓여진 상태를 검출한다.

제어부(59)는 기판 검출부(58)와 정렬 검출부(57)로부터의 신호에 응답하여 스테이지 구동부(54), 주사 광학계(56) 및 엑시머 레이저 광원(52)을 제어한다.

도시되지 않았지만, 기판 스테이지(55)와 마스크 스테이지(53)는 제어부(59)의 제어 하에서 스테이지 구동부(54)에 의해 구동되며, 기판(S)과 마스크(M)를 대략 수평으로 설정하는 경사 조정 기구 즉, 도 1을 참조하여 위에서 설명된 테이블(15) 및 액츄에이터(압전 소자)(16)를 포함한다.

다음으로, 도 13에 도시된 결정화 장치의 작용을 설명한다.

기판(S)이 전달 아암(도시되지 않음)에 의해 기판 스테이지(55)에 놓여질 때, 기판 스테이지(55) 상의 기판(S)의 놓여진 상태는 기판 검출부(58)에 의해 제어부(59)에 통보된다. 이에 따라, 제어부(59)는 스테이지 구동부(54)를 제어한다.

제어부(59)는 스테이지 구동부(54)를 제어하며, 이러한 제어는 스테이지 구동부(54)가 기판 스테이지(55)와 마스크 스테이지(53)가 정렬 검출부(57)와 교차하도록 기판(S)의 길이 방향으로 보내게 만든다.

제어부(59)는 정렬 검출부(57)에 의해 동시에 검출되는 정렬 마크(MK)(도 14 참조)와 목표 패턴(RP)(도 14 참조)의 정렬 상태를 참조하면서 스테이지 구동부(54)를 제어한다. 이러한 제어 하에서, 스테이지 구동부(54)는 각 정렬 마크(MK)가 도 14에 도시된 바와 같이 목표 패턴(RP) 중 대응하는 하나의 중심에 설정될 수 있도록 기판 스테이지(55)의 위치를 조정한다. 정렬 마크(MK) 또는 목표 패턴(RP)이 왜곡되어 있다면, 박막 반도체 기판 또는 마스크(M)의 경사는 경사 조정 기구에 의해 정정된다.

마스크(M)와 기판(S) 사이의 정렬 조정이 완료되면, 엑시머 레이저 광원(52)과 주사 광학계(56)는 제어부(59)에 의해 제어되어 엑시머 레이저 빔을 마스크(M)에 따라 기판(S)의 노광면에 인가한다. 동시에(또는 소정 시간이 경과하고 나서), 기판 스테이지(55)와 마스크 스테이지(53)의 (길이 방향의) 위치는 스테이지 구동부(54)가 정렬 검출부(57)와 교차하도록 변화된다. 이어서, 기판(S)의 노광면은 결정화된다.

도 15는 디포커싱하지 않고도 가공할 수 있는 레이저 어닐링 장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 기판의 가공 대상 표면 즉, 위에서 설명된 영상 광학계에 의해 정의되는 가공 대상물 및 투영 표면의 상대적 위치(거리)가 영상 광학계의 DOF의 범위 내에 있도록 함으로써, 상기 가공은 기판 표면의 굴곡 분포에 관계없이 수행될 수 있다. 상기 레이저 어닐링 장치(151)는 도 13의 결정화 장치에서 마스크 스테이지(53), 마스크 스테이지(53) 상의 마스크(M) 세트 및 정렬 검출부(57)를 생략하고 제어부(59)의 구성을 변형시킨 점만 제외하고는 도 13의 결정화 장치와 대략 동일하다. 따라서, 도 13에 도시된 것과 동일 또는 유사한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 표시되어 있고 그 상세한 설명은 생략된다.

도 15의 레이저 어닐링 장치에서, 제어부(59)는 아래의 제어 동작을 수행하도록 변형된다.

기판(S)이 이송 아암(도시되지 않음)에 의해 기판 스테이지(55) 상에 놓여질 때, 스테이지(55) 상의 기판(S)의 놓여진 상태는 기판 검출부(58)로부터 제어부(59)로 통보된다. 이에 따라, 기판 스테이지(55)는 제어부(59)의 제어 하에서 스테이지 구동부(54)에 의해 이동된다.

그 다음에, 엑시머 레이저 광원(52)과 주사 광학계(56)는 기판(S)에서의 위치 관계를 감안하면서 제어부(59)에 의해 제어된다.

바꾸어 말하면, 엑시머 레이저 빔은 기판(S)의 노광면에 인가되고, 기판 스테이지(55)는 스테이지 구동부(54)에 의해 기판(S)의 길이 방향으로 이동된다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 13에 도시된 결정화 장치와 도 15에 도시된 레이저 어닐링 장치에 적용될 수 있다.

따라서, 노광면은 기판(가공 대상물)의 가공 대상 영역(기판 표면, 즉 노광면)에 대해 균일한 깊이를 갖도록 어닐링(annealing) 된다.

설명되지 않았지만, 기판 상에 미리 형성된 반도체 박막 상에 레지스트 층을 형성하고 마스크(M)를 통과하는 광학 영상(MOS-TFT 즉, 박막 트랜지스터를 위한 패턴)을 레지스트 층의 표면에 노광함으로써 반도체 패턴의 조합은 얻어질 수 있다.

TFT(박막 트랜지스터) 패턴이 형성된 유리 기판과, 굴곡 또는 두께 불균일이 정정된 상태에서 소정의 패턴이 형성된 대향 기판이 소정의 간격으로 서로 대향하도록 구비되어 있다. 소정의 두께를 갖는 전기광학 물질 예를 들어, 액정 물질은 상기 기판 사이에 배치된다. 상기 기판의 간격은 밀폐되며, 구동 회로 등이 추가된다. 이와 같이, 액정 표시 패널이 형성된다.

이상 설명된 본 발명에 따르면, 대규모 액정 표시 소자에 사용하기 위한 유리 기판의 전체 영역에 패턴을 정확하게 형성하는 노광 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims (18)

1. 노광될 기판 상에 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동시키면서 소정 패턴을 노광하는 노광 방법에 있어서,

   상기 기판의 노광면에 존재하는 굴곡 방향을 따라 노광 영역을 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기판의 노광면의 굴곡은 기판의 두께 변동에 의해 생기는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 이동 방향과 직각으로 교차하는 방향의 노광 영역 측은 이동 방향의 노광 영역 측보다 더 긴 것을 특징으로 하는 노광 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 노광될 기판은 유리 기판이고, 상기 유리 기판의 두께 변동은 특정 방향에서 크고, 두께 변동이 생긴 방향은 유리 기판의 제조 시의 인발 방향과 대략 직각으로 교차하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
5. 제1항에 있어서, 더욱이

   상기 기판의 노광면의 변위를 검출하는 단계;

   상기 검출된 변위에 따라 기판 표면의 경사 및 높이를 제어하는 단계; 및

   경사 및 높이가 제어되는 기판의 노광면에 존재하는 굴곡의 방향을 따라 상기 노광 영역을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 검출 단계는 기판 표면에 인가된 광의 반사된 광 빔을 수광하여 기판 표면의 굴곡 또는 파동 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
7. 기판 상에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동시키면서 소정 패턴을 노광시키기 위하여, 노광될 기판의 노광면의 변위를 검출하는 기구를 포함하며,

   상기 기판의 노광면에 존재하는 굴곡의 방향을 따라 노광 영역을 이동시키는 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
8. 기판 상에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동시키면서 소정 패턴을 노광시키기 위하여, 노광될 기판의 노광면의 변위를 검출하는 기구와 기판 표면의 경사 및 높이를 제어하기 위한 수단을 포함하며,

   상기 검출된 변위에 따라 기판 표면의 경사 및 높이를 제어하기 위한 수단과, 상기 표면이 기판 표면에 대략 대응하도록 하는 기판의 두께 변동이 노광 도중의 임의의 시간에 크게 발생하는 특정 방향을 따라 노광 영역을 이동시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 기판 표면의 경사 제어시, 두께 변동이 큰 방향과 상기 두께 변동이 큰 방향과 직각으로 교차하는 방향 중 적어도 하나는 경사 축으로 이용되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
10. 제9항에 있어서,

    기판 표면의 경사 제어시, 기판이 놓여지는 스테이지의 4개의 모서리는 수직으로 이동되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
11. 노광될 기판 상에서 노광 영역을 연속적으로 또는 순차적으로 이동하면서 소정 패턴을 노광하는 노광 장치에 있어서,

    상기 노광 영역을 기판의 두께 변동이 크게 발생하는 특정 방향을 따라 이동시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 이동 방향과 수직으로 교차하는 방향의 노광 영역 측이 상기 이동 방향의 노광 영역 측보다 더 긴 것을 특징으로 하는 노광 장치.
13. 제11항에 있어서,

    상기 기판 표면의 변위를 검출하기 위한 수단; 및

    상기 기판 표면의 경사 및 높이를 제어하기 위한 수단을 더 포함하며,

    상기 기판 표면의 경사 및 높이는 상기 검출된 변위에 따라 제어되고, 상기 노광면은 노광 시간 도중의 임의의 시간에 기판 표면에 대략 대응하게 되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 기판 표면의 경사 제어시, 두께 변동이 큰 방향과, 상기 두께 변동이 큰 방향과 직각으로 교차하는 방향 중 적어도 어느 하나가 경사 축으로 이용되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 기판 표면의 경사 제어시, 상기 기판이 놓여지는 스테이지의 4개의 모서리는 수직으로 이동되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
16. 스테이지에 구비된 대상물을 가공하는 장치에 있어서,

    상기 대상물 표면의 굴곡 또는 두께 불균일을 검출하기 위한 검출 수단;

    상기 대상물의 표면을 연장시킨 방향과 직각으로 교차하는 방향으로 변위 가능한 복수의 변위 기구가 적어도 4개의 모서리에 구비되어 있으며, 상기 복수의 변위 기구는 상기 검출 수단에 의해 검출된 변위를 상쇄시키는 방향으로 개별적으로 이동되는 유지 수단; 및

    상기지지 기구의 유지 수단의 이동량을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 제어 수단은 상기지지 기구의 유지 수단의 이동량을 상기 유지 수단의 소정의 단일 축 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
18. 제16항에 있어서,

    상기 제어 수단은 상기 유지 수단의 평면 방향과 직각으로 교차하는 2축 방향에 따라 상기지지 기구의 유지 수단의 이동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.