KR20090101438A - 마스크, 마스크 스테이지, 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

마스크, 마스크 스테이지, 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법

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KR20090101438A
KR20090101438A KR1020097009731A KR20097009731A KR20090101438A KR 20090101438 A KR20090101438 A KR 20090101438A KR 1020097009731 A KR1020097009731 A KR 1020097009731A KR 20097009731 A KR20097009731 A KR 20097009731A KR 20090101438 A KR20090101438 A KR 20090101438A
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pattern
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다츠오 후쿠이
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

마스크의 자중(自重) 변형이 감광성 기판상에서의 결상에 미치는 영향을 억제하면서, 확대 배율을 갖는 복수의 투영 광학 유닛을 사용하여 양호한 투영 노광을 행할 수 있는 멀티 주사형의 노광 장치. 복수의 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)에 대하여 마스크(M) 및 감광성 기판(P)을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서 마스크의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 본 발명의 노광 장치에 있어서, 투영 광학 유닛은 같은 배율보다 큰 배율을 갖는다. 마스크 스테이지는, 주사 방향으로 연장되어 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 이 한쌍의 지지 부재의 사이에서 주사 방향으로 연장되어 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 갖는다.

Description

마스크, 마스크 스테이지, 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법{MASK, MASK STAGE, EXPOSURE APPARATUS, METHOD OF EXPOSURE AND PROCESS FOR MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은, 마스크, 마스크 스테이지, 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이며, 특히 복수의 투영 광학 유닛에 대하여 마스크 및 감광성 기판을 상대 이동시키면서 마스크의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 멀티 주사형의 노광 장치에 적합한 마스크 스테이지에 관한 것이다.
최근 텔레비전 등의 표시 장치로서 액정 표시 패널이 많이 사용되고 있다. 액정 표시 패널은, 플레이트상에 투명 박막 전극을 포토리소그래피의 수법으로 패터닝함으로써 제조된다. 이 포토리소그래피 공정에서 마스크 패턴을 플레이트에 투영 노광하는 장치로서 멀티 주사형의 노광 장치가 사용된다.
멀티 주사형의 노광 장치에서는, 복수의 투영 광학 유닛으로 이루어진 투영 광학계에 대하여 마스크 및 플레이트(감광성 기판)를 상대 이동시키면서, 마스크의 패턴을 플레이트상에 투영 노광한다(예를 들어 특허문헌 1을 참조). 특허문헌 1에 기재된 종래의 멀티 주사형의 노광 장치에서는 마스크 패턴을 같은 배율로 플레이트상에 투영한다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2001-337462호 공보
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 종래의 마스크 스테이지에 의한 마스크의 유지 기구의 문제점에 관해 설명하는 도면이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서의, 마스크 스테이지에 의한 마스크의 유지 기구에 관해 설명하는 도면이다.
도 4는 플레이트상에 각 노광 영역이 주사 직교 방향을 따라 서로 일부 중복되도록 형성되는 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 중간 지지 부재에 대응하는 영역의 양측에 마스크 패턴의 금지대 영역이 필요해지는 것을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 실시형태의 변형예에 따른 마스크 유지 기구에 관해 설명하는 도면이다.
도 7은 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 플로우차트이다.
도 8은 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 수법의 플로우차트이다.
(부호의 설명)
1 : 광원
2 : 타원 거울
3 : 반사 거울
4 : 릴레이 렌즈계
5 : 파이버 박스
6 : 플라이아이 인테그레이터(fly-eye integrator)
7b : 컨덴서 렌즈계
11a, 11b : 지지 부재
12a, 12b : 중간 지지 부재
13a, 13b : 비노광 영역
PA1∼PA5 : 노광 패턴 영역
IR1∼IR5 : 조명 영역(조사 영역)
M : 마스크
MS : 마스크 스테이지
PL1∼PL11 : 투영 광학 유닛
P : 플레이트
최근에는 액정 표시 패널의 거대화에 따라 마스크도 거대화되는 경향이 있다. 마스크는 매우 고가이므로, 거대화에 의해 비용이 증대한다. 따라서, 마스크의 거대화를 회피하기 위해, 확대 배율을 갖는 투영 광학 유닛을 사용하는 확대계 멀티 주사형의 노광 장치가 고안되어 있다. 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 같은 배율의 투영 광학 유닛을 사용하는 등배계(等倍系) 멀티 주사형의 노광 장치에 비해, 마스크측의 초점 심도가 작아지고, 마스크의 자중(自重)에 의한 변형(이하 단순히 「자중 변형」이라고도 함)이 결상에 미치는 영향도 커진다.
또, 종래 기술에서는, 마스크의 자중 변형의 영향에 의해 플레이트측에서 비교적 큰 포커스 어긋남이 발생하기 때문에, 투영 광학 유닛마다 포커스를 조정해야 했다. 이 경우, 포커스 조정용의 광학 소자나 그 제조 공정이 필요하여, 장치의 제조 비용이 증대한다.
본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 마스크의 자중 변형이 감광성 기판상에서의 결상에 미치는 영향을 억제하면서, 확대 배율을 갖는 복수의 투영 광학 유닛을 사용하여 양호한 투영 노광을 행할 수 있는 멀티 주사형의 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 확대 배율을 갖는 복수의 투영 광학 유닛을 사용하여 양호한 투영 노광을 행하는 멀티 주사형의 노광 장치를 사용하여, 면적이 크고 양호한 디바이스를 제조할 수 있는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태에서는, 소정의 제1 방향을 따라 배열된 복수의 노광 패턴 영역과, 상기 복수의 노광 패턴 영역의 사이에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 비노광 영역을 포함하고,
상기 비노광 영역의 폭을 D로 하고, 최초의 노광 패턴 영역에서부터 최후의 노광 패턴 영역까지의 상기 제1 방향을 따른 치수를 Mt로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 상기 제1 방향을 따른 치수를 M0로 하고, 상기 비노광 영역의 수를 N으로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 수를 k로 하고, 상기 노광 패턴의 최소 선폭을 a로 할 때,
5.475/a<D<{Mt-(k×M0)}/N
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크를 제공한다.
본 발명의 제2 형태에서는, 소정의 제1 방향을 따라 배열된 복수의 노광 패턴 영역과, 상기 복수의 노광 패턴 영역의 사이에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 비노광 영역을 포함하고,
상기 비노광 영역의 폭을 D로 하고, 최초의 노광 패턴 영역에서부터 최후의 노광 패턴 영역까지의 상기 제1 방향을 따른 치수를 Mt로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 상기 제1 방향을 따른 치수를 M0로 하고, 상기 비노광 영역의 수를 N으로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 수를 k로 하고, 상기 노광 패턴의 이미지를 형성하는 투영 광학 유닛의 노광 패턴측의 개구수를 NAm로 할 때,
30NAm<D<{Mt-(k×M0)}/N
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크를 제공한다.
본 발명의 제3 형태에서는, 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 있어서,
소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 가지며,
상기 하나 또는 복수의 중간 지지 부재는, 노광시에 상기 마스크를 주사시키는 방향을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지를 제공한다.
본 발명의 제4 형태에서는, 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 있어서,
소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 가지며,
상기 중간 지지 부재의 단면(斷面)의 폭 치수를 W로 하고, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하며, 상기 마스크의 패턴을 투영하는 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 할 때,
2S×(β×NAp)<W
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지를 제공한다.
본 발명의 제5 형태에서는, 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 있어서,
소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 가지며,
상기 중간 지지 부재의 단면의 폭 치수를 W로 하고, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하며, 상기 마스크를 투영하는 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 하며, 상기 한쌍의 지지 부재의 상기 소정 방향을 따른 간격을 Mt로 하고, 상기 중간 지지 부재의 수를 N으로 하며, 상기 소정 방향을 따라 마스크면에 형성되는 조명 영역의 수를 k로 하고, 상기 조명 영역의 상기 소정 방향을 따른 치수를 M0로 할 때,
2S×(β×NAp)<W<{Mt-(k×M0)}/N
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지를 제공한다.
본 발명의 제6 형태에서는, 마스크를 조명하는 조명계와, 상기 마스크를 유지하는 제3 형태, 제4 형태 또는 제5 형태의 마스크 스테이지와, 소정 방향을 따라 배열된 복수의 투영 광학 유닛을 구비하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛에 대하여 상기 마스크 및 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제7 형태에서는, 마스크를 조명하는 조명계와, 상기 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 소정 방향을 따라 배열된 복수의 투영 광학 유닛을 구비하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛에 대하여 상기 마스크 및 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
상기 투영 광학 유닛은 같은 배율보다 큰 배율을 가지며,
상기 마스크 스테이지는, 상기 주사 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 주사 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제8 형태에서는, 제7 형태의 노광 장치를 사용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
상기 노광 공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 마스크의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 공정과,
상기 마스크층을 통해 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제9 형태에서는, 소정 방향을 따라 배열된 복수의 투영 광학 유닛에 대하여, 마스크 및 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
상기 투영 광학 유닛으로서, 등배보다 큰 배율을 갖는 광학계를 사용하고,
상기 주사 방향으로 연장되는 한쌍의 지지 부재에 의해 상기 마스크의 양단부를 지지하고, 또한 상기 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 주사 방향으로 연장되는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재에 의해 상기 마스크를 지지하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제10형태에서는, 제9 형태의 노광 방법에 의해 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
상기 노광 공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 마스크의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 공정과,
상기 마스크층을 통해 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 마스크 스테이지가 주사 방향으로 연장되어 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 이 한쌍의 지지 부재의 사이에서 주사 방향으로 연장되어 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 구비하고 있다. 그 결과, 마스크의 양단부를 단순 지지하는 종래 기술에 비해, 마스크의 자중에 의한 최대 변형량을 작게 억제할 수 있다.
즉, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는, 마스크의 자중 변형이 감광성 기판상에서의 결상에 미치는 영향을 억제하면서, 확대 배율을 갖는 복수의 투영 광학 유닛을 사용하여 양호한 투영 노광을 행할 수 있다. 또, 본 발명에 의해 구성된 노광 장치를 사용한 양호한 투영 노광에 의해, 면적이 크고 양호한 디바이스로서, 예를 들어 정밀한 액정 표시 소자 등을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에서는, 소정의 회로 패턴이 형성된 마스크(M) 및 레지스트가 도포된 플레이트(감광성 기판; P)를 노광시에 이동시키는 방향(주사 방향)을 따라 X축을, 마스크(M)의 평면내에서 X축과 직교하는 방향(주사 직교 방향)을 따라 Y축을, 플레이트(P)의 법선 방향을 따라 Z축을 설정하고 있다.
본 실시형태의 노광 장치는, 마스크 스테이지(도 1에서는 도시되지 않음; MS)상에서 XY 평면에 평행하게 지지된 마스크(M)를 조명하기 위한 조명계를 구비하고 있다. 조명계는, 예를 들어 초고압 수은 램프로 이루어진 광원(1)을 구비하고 있다. 광원(1)은, 회전 타원면으로 이루어진 반사면을 갖는 타원 거울(2)의 제1 초점 위치에 위치 결정되어 있다. 따라서, 광원(1)으로부터 사출된 조명 광속(光束)은, 반사 거울(평면 거울; 3)을 통해 타원 거울(2)의 제2 초점 위치에 광원 이미지를 형성한다. 이 제2 초점 위치에는 셔터(도시되지 않음)가 배치되어 있다.
타원 거울(2)의 제2 초점 위치에 형성된 광원 이미지로부터의 발산 광속은 릴레이 렌즈계(4)를 통해 다시 결상한다. 릴레이 렌즈계(4)의 동면(瞳面)의 근방에는, 원하는 파장 영역의 빛, 예를 들어 i선(365 nm)의 빛만을 노광광으로서 투과시키는 파장 선택 필터(도시되지 않음)가 배치되어 있다. 파장 선택 필터에서는, 예를 들어 g선(436 nm)의 빛과 h선(405 nm)과 i선의 빛을 동시에 선택할 수도 있고, h선의 빛과 i선의 빛을 동시에 선택할 수도 있다.
릴레이 렌즈계(4)에 의한 광원 이미지의 형성 위치의 근방에는, 파이버 박스(5)의 입사측 라이트 가이드면이 위치 결정되어 있다. 파이버 박스(5)의 라이트 가이드에 입사한 광속은, 그 내부에 전파된 후 11개의 출사측 라이트 가이드로부터 출사된다. 이와 같이, 파이버 박스(5)는, 광원(1)의 수(도 1에서는 1개)와 동일한 수의 입사단과, 투영 광학계를 구성하는 투영 광학 유닛의 수(도 1에서는 11개)와 동일한 수의 사출단을 구비하고 있다.
파이버 박스(5)의 대표적인 1개의 출사측 라이트 가이드로부터 사출된 발산 광속은, 콜리메이트 렌즈(7a)에 의해 거의 평행한 광속으로 변환된 후, 플라이아이 인테그레이터(옵티컬 인테그레이터; 6)에 입사한다. 플라이아이 인테그레이터(6)는, 예를 들어 다수의 플러스 렌즈 엘리먼트를 그 중심 축선이 광축(AX)을 따라 연장되도록 종횡으로 조밀하게 배열함으로써 구성되어 있다. 따라서, 플라이아이 인테그레이터(6)에 입사한 광속은, 다수의 렌즈 엘리먼트에 의해 파면(波面) 분할되고, 그 후측 초점면(즉 사출면의 근방)에 렌즈 엘리먼트의 수와 동일한 수의 광원 이미지로 이루어진 이차 광원(실질적인 면광원)을 형성한다.
이차 광원으로부터의 광속은, 플라이아이 인테그레이터(6)의 후측 초점면의 근방에 배치된 개구 조리개(도시되지 않음)에 의해 제한된 후 컨덴서 렌즈계(7b)에 입사한다. 개구 조리개는, 대응하는 투영 광학 유닛의 동면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치되고, 조명에 기여하는 이차 광원의 범위를 규정하기 위한 가변 개구부를 갖는다. 개구 조리개는, 이 가변 개구부의 개구 직경을 변화시킴으로써, 조명 조건을 결정하는 σ값(투영 광학계를 구성하는 각 투영 광학 유닛의 동면의 개구 직경에 대한 그 동면상에서의 이차 광원 이미지의 구경의 비)을 원하는 값으로 설정한다.
컨덴서 렌즈계(7b)를 통한 광속은, 소정의 전사 패턴이 형성된 마스크(M)를 중첩적으로 조명한다. 마찬가지로, 파이버 박스(5)의 다른 출사측 라이트 가이드로부터 사출된 발산 광속도, 콜리메이트 렌즈(7a), 플라이아이 인테그레이터(6), 개구 조리개 및 컨덴서 렌즈계(7b)를 통해, 마스크(M)를 중첩적으로 각각 조명한다. 즉, 조명계는 마스크(M)상에서 Y방향으로 나열된 복수(도 1에서는 합계 11개)의 소정 형상의 영역을 조명한다. 여기서, 도 1에서는 사다리꼴의 조명 영역을 모식적으로 나타내고 있지만, 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 육각형의 조명 영역(조사 영역)이 형성된다.
상술한 예에서는, 조명계에서, 하나의 광원(1)으로부터의 조명광을 파이버 박스(5)에 의해 11개의 조명광으로 등분할하고 있지만, 광원의 수 및 투영 광학 유닛의 수에 한정되지 않고, 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 필요에 따라 2개 이상의 광원을 형성하고, 이들 2개 이상의 광원으로부터의 조명광을 랜덤성의 양호한 라이트 가이드를 통해 소요 수(투영 광학 유닛의 수)의 조명광으로 등분할할 수도 있다. 이 경우, 파이버 박스(5)는, 광원의 수와 동일한 수의 입사단을 가지며, 투영 광학 유닛의 수와 동일한 수의 사출단을 갖게 된다.
마스크(M)상의 각 조명 영역으로부터의 빛은, 각 조명 영역에 대응하도록 Y방향을 따라 배열된 복수(도 1에서는 합계 11개)의 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)으로 이루어진 투영 광학계에 입사한다. 여기서, 각 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)의 구성은 서로 동일하다. 또, 각 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)은, 양측(마스크(M)측 및 플레이트(P)측)에 거의 텔레센트릭(telecentric)인 광학계이다.
도 1에서는, 도면의 명료화를 위해, 참조 부호 PL3, PL5, PL7, PL9, PL11의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 1에서는, 각 투영 광학 유닛으로서 반사 굴절 광학계를 사용하는 예를 나타내고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 같은 배율보다 큰 배율 즉 확대 배율을 갖는 다양한 타입의 광학계를 사용할 수 있다. 즉, 각 투영 광학 유닛으로서, 확대 배율을 갖는 1회 결상형의 광학계나, 확대 배율을 갖는 2회 결상형의 광학계 등을 사용할 수 있다.
복수의 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)으로 구성된 투영 광학계를 통한 빛은, 플레이트 스테이지(도시되지 않음)상에서 XY 평면에 평행하게 지지된 플레이트(P)상에 마스크 패턴 이미지를 형성한다. 상술한 바와 같이, 각 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)은 확대계로서 구성되어 있기 때문에, 감광성 기판인 플레이트(P)상에서 각 조명 영역에 대응하도록 Y방향으로 나열된 복수의 육각형의 노광 영역에는, 마스크 패턴의 확대 이미지가 형성된다.
마스크 스테이지에는, 이 스테이지를 주사 방향인 X방향을 따라 이동시키기 위한 긴 스트로크를 갖는 주사 구동계(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 또, 마스크 스테이지를 주사 직교 방향인 Y방향을 따라 미소량만 이동시키고 Z축 둘레에 미소량만 회전시키기 위한 한쌍의 얼라이먼트 구동계(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 그리고, 마스크 스테이지의 위치 좌표가 이동 거울을 사용한 레이저 간섭계(도시되지 않음)에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
동일한 구동계가 플레이트 스테이지에도 설치되어 있다. 즉, 플레이트 스테이지를 주사 방향인 X방향을 따라 이동시키기 위한 긴 스트로크를 갖는 주사 구동계(도시되지 않음), 플레이트 스테이지를 주사 직교 방향인 Y방향을 따라 미소량만 이동시키고 Z축 둘레에 미소량만 회전시키기 위한 한쌍의 얼라이먼트 구동계(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 그리고, 플레이트 스테이지의 위치 좌표가 이동 거울을 사용한 레이저 간섭계(PIF)에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
또, 마스크(M)와 플레이트(P)를 XY 평면을 따라 상대적으로 위치 맞춤하기 위한 수단으로서, 한쌍의 얼라이먼트계(도시되지 않음)가 마스크(M)의 위쪽에 배치되어 있다. 얼라이먼트계로서, 예를 들어 마스크(M)상에 형성된 마스크 얼라이먼트 마크와 플레이트(P)상에 형성된 플레이트 얼라이먼트 마크의 상대 위치를 화상 처리에 의해 구하는 방식의 얼라이먼트계를 사용할 수 있다. 또한, 플레이트 스테이지에는, 각 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)의 이미지면에서의 조도를 계측하기 위한 조도 센서(IS)가 설치되어 있다.
본 실시형태의 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 마스크 스테이지측의 주사 구동계 및 플레이트 스테이지측의 주사 구동계의 작용에 의해, 복수의 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)으로 이루어진 투영 광학계에 대하여 마스크(M) 및 플레이트(P)를 X방향을 따라 각각 이동시킴으로써, 마스크(M)상의 패턴 영역의 전체가 플레이트(P)상의 노광 영역의 전체에 전사(주사 노광)된다.
여기서, 도 2를 참조하여, 종래의 마스크 스테이지에 의한 마스크의 유지 기구에 관해 설명한다. 종래의 마스크 스테이지(20)는, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 1개의 직사각형의 개구를 중앙에 형성하는 프레임 구조를 갖는다. 그리고, 마스크(M)는, 주사 방향인 X방향으로 연장되는 한쌍의 지지 부재 21a와 21b에 의해, 패턴 영역(PA)의 약간 외측의 양단부에서 단순 지지된다. 이 경우, 마스크(M)는 그 자중에 의해 주사 직교 방향인 Y방향을 따라, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 만곡한다.
이 때, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량 δ1은 이하의 식 (1)로 나타낸다. 식 (1)에서, ω는 마스크(M)의 Y방향을 따른 단위길이당 질량(kg/㎜)이고, L은 한쌍의 지지 부재 21a와 21b의 Y방향을 따른 간격(㎜)이다. 또, E는 마스크(M)를 형성하는 재료의 영률(kgf/㎟)이고, I는 Y방향의 굽힘에 관한 마스크(M)의 단면 2차 모멘트(㎜4)이다.
δ1=5×ωL4/(384×EI) (1)
종래의 등배계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 마스크측에서 허용되는 투영 광학 유닛의 초점 심도에 대하여, 마스크의 자중에 의한 최대 변형량 δ1이 20배 정도가 되므로, 투영 광학 유닛마다 플레이트상에서 포커스를 조정해야 했다. 투영 광학 유닛의 포커스 조정에 관해, 예를 들어 일본 특허 공개 제2005-340605호 공보, 일본 특허 공개 제2005-331694호 공보, 일본 특허 공개 제2001-337463호 공보 등을 참조할 수 있다.
이하, 본 실시형태에서의 마스크의 유지 기구의 설명에 앞서, 확대계 멀티 주사형과 등배계 멀티 주사형에서 투영 광학 유닛의 마스크측의 초점 심도가 상이한 점에 관해 설명한다. 본 실시형태에서의 확대계의 투영 광학 유닛의 배율의 크기(β)가 2.5이고, 투영 광학 유닛의 플레이트측(이미지측)의 개구수(NAp)가 확대계 및 등배계에서 모두 0.085이고, 빛의 파장(λ)이 확대계 및 등배계에서 모두 0.365 ㎛인 경우, 각 계에서의 투영 광학 유닛의 마스크측(물체측)의 개구수(NAm), 마스크측의 초점 심도[DOFm(=λ/NA㎡)] 등은, 다음 표 (1)에 나타낸 바와 같다.
표 (1)
β NAp NAm DOFm
등배계 1 0.085 0.085 50 ㎛
확대계 2.5 0.085 0.2125 8 ㎛
표 (1)에 나타낸 바와 같이, 빛의 파장 및 플레이트측에서의 해상도를 통일하여 확대계와 등배계를 비교하면, 확대계에서는 마스크측의 초점 심도 DOFm가 등배계의 1/6.25(=1/2.52)배가 된다. 즉, 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 등배계 멀티 주사형의 노광 장치에 비해, 마스크측의 초점 심도 DOFm가 투영 광학 유닛의 확대 배율 β의 제곱에 따라 작아지고, 마스크의 자중 변형이 플레이트상에서의 결상에 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 실시형태에 따른 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서의, 마스크 스테이지에 의한 마스크의 유지 기구에 관해 설명한다. 본 실시형태의 마스크 스테이지(MS)는, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, Y방향으로 나열된 3개의 직사각형의 개구를 형성하는 프레임 구조를 갖는다. 그리고, 마스크(M)는, 주사 방향인 X방향으로 연장되는 한쌍의 지지 부재 11a 및 11b와, 한쌍의 지지 부재 11a와 11b의 사이에서 X방향으로 연장되는 한쌍의 중간 지지 부재 12a 및 12b에 의해 지지된다.
이하, 설명을 단순하게 하기 위해, 마스크(M)상에는 5개의 투영 광학 유닛에 대응하여 5개의 육각형의 조명 영역이 형성되는 것으로 한다. 이 경우, 마스크(M)는, 주사 직교 방향인 Y방향을 따라 배열된 5개의 노광 패턴 영역(PA1∼PA5)과, 제2 노광 패턴 영역(PA2)과 제3 노광 패턴 영역(PA3)과의 사이에서 X방향으로 가늘고 길게 연장된 제1 비노광 영역(13a)과, 제3 노광 패턴 영역(PA3)과 제4 노광 패턴 영역(PA4)과의 사이에서 X방향으로 가늘고 길게 연장된 제2 비노광 영역(13b)을 포함한다.
여기서, 각 노광 패턴 영역(PA1∼PA5)의 Y방향을 따른 폭 치수는 서로 같고, 각 노광 패턴 영역(PA1∼PA5)의 전폭에 걸쳐 형성되는 육각형의 조명 영역(IR1∼IR5)은 서로 동일한 형상 및 동일한 크기를 갖는다. 이렇게 하여, 마스크(M)는, 제1 노광 패턴 영역(PA1)의 약간 외측의 단부에서 지지 부재(11a)에 의해 지지되고 또한 제5 노광 패턴 영역(PA5)의 약간 외측의 단부에서 지지 부재(11b)에 의해 지지되고, 제1 비노광 영역(13a)의 중앙에서 중간 지지 부재(12a)에 의해 지지되고 또한 제2 비노광 영역(13b)의 중앙에서 중간 지지 부재(12b)에 의해 지지된다.
이와 같이, 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 등배계의 경우와는 달리, 각 조명 영역(IR1∼IR5)을 Y방향을 따라 서로 일부 중복되도록 형성할 필요는 없고, 필요에 따라 서로 이간시킬 수도 있다. 즉, 각 조명 영역(IR1∼IR5)에 대응하는 각 노광 패턴 영역(PA1∼PA5)도 인접 배치할 필요는 없고, 2개의 임의의 노광 패턴 영역 사이에 비노광 영역을 형성하는 것, 나아가 마스크 스테이지(MS)에 중간 지지 부재를 설치하는 것이 가능해진다.
단, 플레이트(P)상에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 각 조명 영역(IR1∼IR5)에 대응하여, 육각형의 각 노광 영역(ER1∼ER5)이 Y방향(주사 직교 방향)을 따라 서로 일부 중복되도록 형성된다. 이것은, 예를 들어 마스크(M)의 직후의 광로중 또는 플레이트(P)의 직전의 광로중에, 이미지 시프터로서의 평행 평면판(도시되지 않음)이 설치되어 있기 때문이다. 이미지 시프터로서의 평행 평면판은, 그 평행면이 소정 축선 둘레에 회전하도록 구성되어 있다. 평행 평면판을 소정 축선 둘레에 회전시키면, 플레이트(P)상에 형성되는 각 조명 영역(IR1∼IR5)의 이미지가 XY 평면에서 원하는 위치로 이동(이미지 시프트)한다.
도 3의 (b)에서, 한쌍의 지지 부재 11a와 11b의 Y방향을 따른 간격을 L/β로 나타내고 있다. 이것은, 플레이트상에서의 노광 영역 전체의 Y방향을 따른 치수를 확대계와 등배계에서 동일하게 하기 때문이다. 그리고, 서로 인접하는 2개의 지지 부재의 Y방향을 따른 간격 중의 최대 간격(Lm), 즉 지지 부재(11a)와 중간 지지 부재(12a)의 Y방향을 따른 간격(또는 지지 부재(11b)와 중간 지지 부재(12b)의 Y방향을 따른 간격 ;Lm)을, 최대 간격(Lm)에 관한 파라미터 n을 이용하여 Lm=L/(β×n)로 나타내고 있다.
본 실시형태의 마스크 유지 기구에서, 마스크(M)는 그 자중에 의해 주사 직교 방향인 Y방향을 따라, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이 만곡한다. 이 때, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량(δβ)은, 이하의 식 (2)에서 근사된다. 더욱 엄밀히 말하면, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량(δβ)은, 식 (2)의 우변에서 나타내는 값보다 작다.
δβ=δ1/(β4×n4) (2)
따라서, 본 실시형태에 따른 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량(δβ)을 마스크측의 초점 심도(=λ/NA㎡)내로 수습하여, 투영 광학 유닛마다의 포커스 조정을 불필요하게 하기 위해서는, 이하의 조건식 (3)을, 나아가 조건식 (4)를 만족해야 한다.
δβ=δ1/(β4×n4)<λ/NA㎡=λ/(NAp2×β2) (3)
(1/λ)×δ1×NAp2<β2×n4 (4)
이렇게 하여, 빛의 파장(λ), 중간 지지 부재(12a, 12b)가 개재하지 않을 때의 최대 변형량(δ1) 및 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수(NAp)가 이미 알려진 경우, 각 투영 광학 유닛의 확대 배율 β의 값을 결정하면, 조건식 (4)를 만족하는 파라미터 n의 조건이 구해진다. 그 결과, 최대 간격(Lm)이 만족해야 하는 조건이 구해지고, 나아가 투영 광학 유닛마다의 포커스 조정을 불필요하게 하기 위해 필요한 중간 지지 부재의 수 및 배치를 구할 수 있다.
구체적으로, 빛의 파장(λ)이 0.365 ㎛이고, 투영 광학 유닛의 이미지측 개구수(NAp)가 0.085이고, 투영 광학 유닛의 배율의 크기(β)가 2.5인 경우, 표준적인 장치에서의 마스크의 최대 변형량(δ1)은 약 0.518 ㎜이기 때문에, 조건식 (4)를 만족하는 파라미터 n의 조건은 다음 식 (5)에 나타낸 바와 같다.
1.658<n4 (5)
즉, 본 실시예의 경우는, 1.14<n이면 조건식 (5)를 만족한다. 도 3에 나타내는 마스크 유지 기구에서는, n≒2.5이기 때문에 조건식 (5)를 만족하고 있다. 따라서, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량 δβ가 마스크측의 초점 심도내로 수습되고, 나아가 투영 광학 유닛마다의 포커스 조정이 불필요해진다. 또, 2개의 중간 지지 부재(12a, 12b) 중 어느 하나를 제거했다 하더라도, n≒1.67이기 때문에 조건식 (5)를 만족하게 된다. 따라서, 이 경우도 마스크(M)의 최대 변형량 δβ가 마스크측β의 초점 심도내로 수습되어, 투영 광학 유닛마다의 포커스 조정이 불필요하다.
이상과 같이, 본 실시형태의 확대계 멀티 주사형의 노광 장치에서는, 마스크 스테이지(MS)가 주사 방향(X방향)으로 연장되어 마스크(M)의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재(11a, 11b)와, 이 한쌍의 지지 부재 11a와 11b 사이에서 주사 방향으로 연장되어 마스크(M)를 지지하는 중간 지지 부재(12a, 12b)를 구비하고 있다. 그 결과, 마스크(M)의 양단부를 단순 지지하는 종래 기술에 비해, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량(δβ)을 작게 억제할 수 있다.
즉, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 마스크(M)의 자중 변형이 플레이트(P)상에서의 결상에 미치는 영향을 억제하면서, 확대 배율을 갖는 복수의 투영 광학 유닛을 사용하여 양호한 투영 노광을 행할 수 있다. 또, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 예를 들어 조건식 (4)를 만족하도록 중간 지지 부재(12a, 12b)를 설치하고 있기 때문에, 마스크(M)의 최대 변형량(δβ)을 투영 광학 유닛의 마스크측의 초점 심도내로 수습할 수 있어, 투영 광학 유닛마다의 포커스 조정이 불필요하다.
그런데, 도 3에 나타내는 마스크 유지 기구에서는, 예를 들어 제3 노광 패턴 영역(PA3)에서 회절한 광속이 중간 지지 부재(12a, 12b)에 차단되지 않고 플레이트(P)상에 결상하는 것이 바람직하다. 노광 패턴 영역으로부터의 결상 광속이 중간 지지 부재(12a, 12b)에 차단되는 것을 방지하기 위해서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 중간 지지 부재(12a, 12b)에 대응하는 영역의 양측에, 적어도 Dm의 폭으로 마스크 패턴의 금지대 영역이 필요해진다.
즉, 중간 지지 부재(12a, 12b)와 마스크(M)의 패턴 영역(도 3에서는 제2 노광 패턴 영역(PA2), 제3 노광 패턴 영역(PA3), 제4 노광 패턴 영역(PA4)에 대응)의 Y방향(주사 직교 방향)을 따른 간격(Dm)은, 다음 조건식 (6)을 만족하는 것이 바람직하다. 식 (6)에서 S는 중간 지지 부재(12a, 12b)의 단면의 높이 치수이다. 또, 상술한 바와 같이, β는 투영 광학 유닛의 배율의 크기이고, NAp는 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수이다.
S×(β×NAp)<Dm (6)
수치예로서, β=2.5, NAp=0.085, S=20(㎜)인 예를 상정하면, 4.25(㎜)<Dm의 조건을 얻을 수 있다. 즉, 이 수치예에서 노광 패턴 영역으로부터의 결상 광속이 중간 지지 부재(12a, 12b)에 차단되지 않도록 하기 위해서는, 마스크 패턴의 금지대 영역의 Y방향을 따른 폭 치수(Dm)를 4.25(㎜)보다 크게 설정해야 하는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 6의 변형예를 참조하여, 중간 지지 부재의 단면의 소요 폭에 관해 생각한다. 도 6의 변형예는, 도 3의 마스크 유지 기구와 유사하지만, 제1 중간 지지 부재(12a)의 설치를 생략하고 있는 점이 도 3과 상이하다. 그 결과, 마스크(M)에서는, 제2 노광 패턴 영역(PA2)과 제3 노광 패턴 영역(PA3) 사이의 비노광 영역이 생략되고, 제1 노광 패턴 영역(PA1)∼제3 노광 패턴 영역(PA3)이 서로 인접 배치되어 있다.
이 때, 중간 지지 부재(12b)의 단면의 마스크에 접하는 부분의 폭 치수(W)는, 다음 조건식 (7)을 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 (7)에서, S는 중간 지지 부재(12b)의 단면의 높이 치수이고, Mt는 한쌍의 지지 부재 11a와 11b의 Y방향을 따른 간격, 또는 최초의 제1 노광 패턴 영역(PA1)에서부터 최후의 제5 노광 패턴 영역(PA5)까지의 Y방향을 따른 치수이다. 또, k는 Y방향을 따라 마스크면에 형성되는 조명 영역(조사 영역)의 수 또는 투영 광학 유닛의 수이고, M0은 마스크(M)상의 각 조명 영역의 Y방향을 따른 치수이고, N은 중간 지지 부재의 수(도 6의 경우는 1)이다. 또, 상술한 바와 같이, β는 투영 광학 유닛의 배율의 크기이고, NAp는 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수이다.
2S×(β×NAp)<W<{Mt-(k×M0)}/N (7)
조건식 (7)의 하한치는, 도 6에 나타낸 바와 같이 마스크측의 필요한 개구수(=NAm=NAp×β)의 광속을 단면의 높이 치수가 S의 중간 지지 부재(12b)에 의해 차광하지 않기 때문에 최저한 필요한 중간 지지 부재(12b)의 단면의 폭 치수에 대응하고 있다. 조건식 (7)의 상한치는, 각 노광 패턴 영역의 Y방향 치수(각 조명 영역의 Y방향 치수)와, 마스크(M)의 패턴 영역 전체의 Y방향 치수에서 구해지는 제한치이다. 도 6의 변형예에 따른 수치예에서, β=2.5, NAp=0.085, k=5, Mt=535.2(㎜), M0=93.04(㎜), S=20(㎜), N=1로 하면, 중간 지지 부재(12b)의 단면의 마스크에 접하는 부분의 폭 치수 W에 관해, 조건식 (7)에 대응하는 다음 조건식 (8)을 얻을 수 있다.
8.5(㎜)<W<70(㎜) (8)
따라서, 실제의 설계예에서는, 예를 들어 중간 지지 부재(12b)의 단면의 폭 치수(W)를 10(㎜)으로 설정하고, 마스크(M)의 양단 부분에 각각 30 ㎜ 정도의 유지 영역을 확보하면, 마스크(M)를 안정적으로 유지하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 6의 변형예를 참조하여, 마스크상의 비노광 영역의 폭에 관해 생각한다. 마스크(M)상의 비노광 영역(13b)의 Y방향을 따른 폭(D)(도 6에서는 도면의 명료화를 위해 도시하지 않음)은, 다음 조건식 (9)를 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 (9)에서, S는 중간 지지 부재(12b)의 단면의 높이 치수이고, NAm은 투영 광학 유닛의 패턴측(마스크측)의 개구수이고, Mt는 최초의 제1 노광 패턴 영역(PA1)에서부터 최후의 제5 노광 패턴 영역(PA5)까지의 Y방향을 따른 치수이고, k는 마스크(M)상의 노광 패턴 영역의 수이고, M0은 마스크(M)상의 각 노광 패턴 영역의 Y방향을 따른 치수이고, N은 비노광 영역의 수(도 6의 경우는 1)이다.
2S×NAm<D<{Mt-(k×M0)}/N (9)
조건식 (9)의 하한치는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 마스크측의 필요한 개구수(=NAm)의 광속을 단면의 높이 치수가 S의 중간 지지 부재(12b)에 의해 차광되지 않기 때문에 최저한 필요한 비노광 영역(13b)의 폭 치수에 대응하고 있다. 조건식 (9)의 상한치는, 각 노광 패턴 영역의 Y방향 치수(각 조명 영역의 Y방향 치수)와, 마스크(M)의 패턴 영역 전체의 Y방향 치수에서 구해지는 제한치이다. 또한, 마스크측에서의 해상도(Rm)를 고려하여, 조건식 (9)를 다음 조건식 (10)에 나타낸 바와 같이 재기록할 수 있다.
2S×{(k1×λ)/Rm}<D<{Mt-(k×M0)}/N (10)
조건식 (10)에서, k1은 레지스트의 특성으로 결정되는 정수이고, λ는 노광 파장이다. 전형적인 수치예에서는, k1=0.5, λ=0.365(㎛)이다. 또, 마스크측에서의 해상도(Rm)는, 마스크(M)에 묘화된 패턴의 최소 선폭(a)으로 생각된다. 따라서, 조건식 (10)을 다음 조건식 (11)에 나타낸 바와 같이 재기록할 수 있다.
2S×{0.1825/a}<D<{Mt-(k×M0)}/N (11)
또한, 중간 지지 부재를 형성하는 재료로서 알루미나 세라믹 등을 사용하는 경우, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량(δβ)을 마스크측의 초점 심도내로 수습하기 위해서는, 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수(S)가 15(㎜) 정도이면 된다는 것이 계산에서 구해졌다. 단, 이 계산시에 알루미나 세라믹의 비중을 4(g/㎤), 알루미나 세라믹의 영률(E)을 350(GPa), 중간 지지 부재의 주사 방향의 길이를 488(㎜)로 가정했다. 그 결과, 조건식 (11)을 다음 조건식 (12)에 나타낸 바와 같이, 나아가 조건식 (12')에 나타낸 바와 같이 재기록할 수 있다.
30×{0.1825/a}<D<{Mt-(k×M0)}/N (12)
5.475/a<D<{Mt-(k×M0)}/N (12')
또한 구체적인 수치예에서 a=1.37, k=5, Mt=535.2(㎜), M0=93.04(㎜), N=1로 하면, 비노광 영역(13b)의 폭 D에 관해, 조건식 (12')에 대응하여 다음 조건식 (13)을 얻을 수 있다.
4(㎜)<D<70(㎜) (13)
따라서, 예를 들어 중간 지지 부재(12b)의 단면을 직사각형으로 한 경우, 비노광 영역(13b)의 폭 D=18.5(㎜), 중간 지지 부재(12b)의 단면의 폭 치수 W=10(㎜), 중간 지지 부재(12b)의 단면의 높이 치수 S=15(㎜)로 설정하면, 필요한 개구수(NA)의 광속을 차단하지 않고, 마스크(M)의 양단 부분에 각각 25.75 ㎜ 정도의 유지 영역을 확보하면, 마스크(M)를 안정적으로 유지하는 것이 가능하다. 또한, 중간 지지 부재(12b)의 단면을 삼각형으로 하여, 그 삼각형의 바닥면측에서 마스크를 유지한 경우, 비노광 영역(13b)의 폭 D=10(㎜), 중간 지지 부재(12b)의 단면의 마스크에 접하는 부분의 폭 치수 W=10(㎜), 중간 지지 부재(12b)의 단면의 높이 치수 S=15(㎜)로 설정하면, 필요한 개구수(NA)의 광속을 차단하지 않고, 마스크(M)의 양단 부분에 각각 30 ㎜ 정도의 유지 영역을 확보하면, 마스크(M)를 안정적으로 유지하는 것이 가능하다.
또, 중간 지지 부재를 형성하는 재료로서 알루미나 세라믹 등을 사용하는 경우, 마스크(M)의 자중에 의한 최대 변형량(δβ)을 마스크측의 초점 심도내로 수습하기 위해서는, 상술한 바와 같이 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수 S가 15(㎜) 정도이면 된다. 그 결과, 조건식 (9)를 다음 조건식 (14)에 나타낸 바와 같이 재기록할 수 있고, 조건식 (12') 대신 조건식 (14)를 사용하는 것도 가능하다.
30NAm<D<{Mt-(k×M0)}/N (14)
상술한 설명에서는, 직사각형의 단면을 갖는 중간 지지 부재를 사용하는 예를 나타내고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 중간 지지 부재의 단면 형상에 관한 다양한 변형예가 가능하다. 구체적으로, 중간 지지 부재의 단면 형상은 직사각형에 한정되지 않고, 삼각형, 사다리꼴, 타원형, 원형 등이어도 된다.
또, 상술한 설명에서는, 마스크를 중간 지지 부재에 적재하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 중간 지지 부재에 의한 마스크의 지지에 관해서는 다양한 형태가 가능하다. 구체적으로, 마스크의 비노광 영역을, 장어를 꼬치에 꽂아 굽는 것처럼 중간 지지 부재에서 꼬치를 끼워 마스크의 자중 변형을 억제하는 것도 가능하다.
도 1에 나타내는 본 실시형태에서의 각 광학 부재 및 각 스테이지 등을 상술한 바와 같은 기능을 달성하도록, 전기적, 기계적 또는 광학적으로 연결함으로써, 본 실시형태에 따른 노광 장치를 형성할 수 있다. 그리고, 조명계에 의해 마스크를 조명하고(조명 공정), 투영 광학 유닛(PL1∼PL11)으로 이루어진 투영 광학계를 사용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 주사 노광(노광 공정)함으로써, 디바이스(반도체 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 도 1에 나타내는 본 실시형태의 노광 장치를 사용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 일례에 관해 도 7의 플로우차트를 참조하여 설명한다.
우선, 도 7의 단계 301에서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에서, 그 1로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토 레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에서, 본 실시형태의 노광 장치를 사용하여, 마스크상의 패턴의 이미지가 그 투영 광학계를 통해, 그 1로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순서대로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에서, 그 1로트의 웨이퍼상의 포토 레지스트를 현상한 후, 단계 305에서, 그 1로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 행함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다.
그 후, 추가로 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 행함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다. 단계 301∼단계 305에서는, 웨이퍼상에 금속을 증착하고, 그 금속막상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 행하고 있지만, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼상에 실리콘의 산화막을 형성한 후, 그 실리콘의 산화막상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 행해도 되는 것은 말할 것도 없다.
또, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 8의 플로우차트를 참조하여, 이 때의 수법의 일례에 관해 설명한다. 도 8에서, 패턴 형성 공정 401에서는, 본 실시형태의 노광 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광리소그래피 공정이 실행된다. 이 광리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정 402로 이행한다.
다음으로, 컬러 필터 형성 공정 402에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 조가 매트릭스형으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조를 복수 수평 주사선 방향으로 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정 402의 후에, 셀 조립 공정 403이 실행된다. 셀 조립 공정 403에서는, 패턴 형성 공정 401에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정 402에서 얻어진 컬러 필터 등을 사용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다.
셀 조립 공정 403에서는, 예를 들어 패턴 형성 공정 401에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정 402에서 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여 액정 패널(액정 셀)을 제조한다. 그 후, 모듈 조립 공정 404에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다.

Claims (23)

  1. 소정의 제1 방향을 따라 배열된 복수의 노광 패턴 영역과, 상기 복수의 노광 패턴 영역의 사이에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 비노광 영역을 포함하고,
    상기 비노광 영역의 폭을 D로 하며, 최초의 노광 패턴 영역에서부터 최후의 노광 패턴 영역까지의 상기 제1 방향을 따른 치수를 Mt로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 상기 제1 방향을 따른 치수를 M0로 하며, 상기 비노광 영역의 수를 N으로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 수를 k로 하며, 상기 노광 패턴의 최소 선폭을 a로 할 때,
    5.475/a<D<{Mt-(k×M0)}/N
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노광 패턴의 이미지를 형성하는 투영 광학 유닛과 조합하여 사용되고, 그 투영 광학 유닛의 노광 패턴측의 개구수를 NAm로 할 때,
    30NAm<D<{Mt-(k×M0)}/N
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  3. 소정의 제1 방향을 따라 배열된 복수의 노광 패턴 영역과, 상기 복수의 노광 패턴 영역의 사이에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 비노광 영역을 포함하고,
    상기 비노광 영역의 폭을 D로 하며, 최초의 노광 패턴 영역에서부터 최후의 노광 패턴 영역까지의 상기 제1 방향을 따른 치수를 Mt로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 상기 제1 방향을 따른 치수를 M0로 하고, 상기 비노광 영역의 수를 N으로 하고, 상기 노광 패턴 영역의 수를 k로 하며, 상기 노광 패턴의 이미지를 형성하는 투영 광학 유닛의 노광 패턴측의 개구수를 NAm로 할 때,
    30NAm<D<{Mt-(k×M0)}/N
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 노광 패턴 영역은, 제1 노광 패턴 영역과 제2 노광 패턴 영역을 포함하고, 상기 투영 광학 유닛 중의 제1 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제1 노광 패턴 영역의 이미지의 일부와, 상기 투영 광학 유닛 중 상기 제1 투영 광학 유닛과는 다른 제2 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제2 노광 패턴 영역의 이미지의 일부가 서로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  5. 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 있어서,
    소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 가지며,
    상기 하나 또는 복수의 중간 지지 부재는 노광시에 상기 마스크를 주사시키는 방향을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마스크의 패턴을 투영하는 투영 광학 유닛과 조합하여 사용되고,
    상기 중간 지지 부재의 단면(斷面)의 폭 치수를 W로 하며, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하며, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 할 때,
    2S×(β×NAp)<W
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 마스크의 패턴을 투영하는 투영 광학 유닛과 조합하여 사용되고,
    상기 중간 지지 부재의 단면의 폭 치수를 W로 하며, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하며, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 하고, 상기 한쌍의 지지 부재의 상기 소정 방향을 따른 간격을 Mt로 하며, 상기 중간 지지 부재의 수를 N으로 하고, 상기 소정 방향을 따라 마스크면에 형성되는 조명 영역의 수를 k로 하며, 상기 조명 영역의 상기 소정 방향을 따른 치수를 M0로 할 때,
    2S×(β×NAp)<W<{Mt-(k×M0)}/N
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  8. 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 있어서,
    소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 가지며,
    상기 중간 지지 부재의 단면의 폭 치수를 W로 하고, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하며, 상기 마스크의 패턴을 투영하는 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 할 때,
    2S×(β×NAp)<W
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  9. 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 있어서,
    소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 소정의 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 가지며,
    상기 중간 지지 부재의 단면의 폭 치수를 W로 하고, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하며, 상기 마스크의 패턴을 투영하는 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 하며, 상기 한쌍의 지지 부재의 상기 소정 방향을 따른 간격을 Mt로 하고, 상기 중간 지지 부재의 수를 N으로 하며, 상기 소정 방향을 따라 마스크면에 형성되는 조명 영역의 수를 k로 하고, 상기 조명 영역의 상기 소정 방향을 따른 치수를 M0로 할 때,
    2S×(β×NAp)<W<{Mt-(k×M0)}/N
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 하나 또는 복수의 중간 지지 부재는, 노광시에 상기 마스크를 주사시키는 방향을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크의 패턴은, 제1 노광 패턴 영역과 제2 노광 패턴 영역을 포함하고, 상기 투영 광학 유닛 중의 제1 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제1 노광 패턴 영역의 이미지의 일부와, 상기 투영 광학 유닛 중 상기 제1 투영 광학 유닛과는 다른 제2 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제2 노광 패턴 영역의 이미지의 일부가 서로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 스테이지.
  12. 마스크를 조명하는 조명계와, 상기 마스크를 유지하는 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 스테이지와, 소정 방향을 따라 배열된 복수의 투영 광학 유닛을 구비하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛에 대하여 상기 마스크 및 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  13. 마스크를 조명하는 조명계와, 상기 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 소정 방향을 따라 배열된 복수의 투영 광학 유닛을 구비하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛에 대하여 상기 마스크 및 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학 유닛은 같은 배율보다 큰 배율을 가지며,
    상기 마스크 스테이지는, 상기 주사 방향으로 연장되어 상기 마스크의 양단부를 지지하는 한쌍의 지지 부재와, 그 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 주사 방향으로 연장되어 상기 마스크를 지지하는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 중간 지지 부재의 단면의 폭 치수를 W로 하고, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 할 때,
    2S×(β×NAp)<W
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 한쌍의 지지 부재의 상기 소정 방향을 따른 간격을 Mt로 하고, 상기 중간 지지 부재의 수를 N으로 하며, 상기 복수의 투영 광학 유닛의 각각에 대응하도록 상기 조명계가 상기 마스크상에 형성하는 각 조사영역의 상기 소정 방향을 따른 치수를 M0로 하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛의 수를 k로 할 때,
    2S×(β×NAp)<W<{Mt-(k×M0)}/N
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크의 패턴은, 제1 노광 패턴 영역과 제2 노광 패턴 영역을 포함하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛 중의 제1 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제1 노광 패턴 영역의 이미지의 일부와, 상기 복수의 투영 광학 유닛 중 상기 제1 투영 광학 유닛과는 다른 제2 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제2 노광 패턴 영역의 이미지의 일부가 서로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
    상기 노광 공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 마스크의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 공정과,
    상기 마스크층을 통해 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  18. 소정 방향을 따라 배열된 복수의 투영 광학 유닛에 대하여, 마스크 및 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대 이동시키면서, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 광학 유닛으로서, 같은 배율보다 큰 배율을 갖는 광학계를 사용하고,
    상기 주사 방향으로 연장되는 한쌍의 지지 부재에 의해 상기 마스크의 양단부를 지지하고, 또한 상기 한쌍의 지지 부재의 사이에서 상기 주사 방향으로 연장되는 하나 또는 복수의 중간 지지 부재에 의해 상기 마스크를 지지하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 마스크의 자중에 의한 최대 변형량이 상기 투영 광학 유닛의 마스크측의 초점 심도보다 작아지도록, 상기 하나 또는 복수의 중간 지지 부재를 배치하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 서로 인접하는 2개의 지지 부재의 상기 소정 방향을 따른 간격 중의 최대 간격을 Lm으로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하며, 상기 한쌍의 지지 부재의 상기 소정 방향을 따른 간격을 L/β로 하고, 상기 최대 간격 Lm에 관한 파라미터를 n으로 하며, 빛의 파장을 λ로 하고, 상기 하나 또는 복수의 중간 지지 부재가 개재되지 않을 때 상기 한쌍의 지지 부재에 의해 지지되는 상기 마스크의 자중에 의한 최대 변형량을 δ1로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 할 때,
    Lm=L/(β×n)
    (1/λ)×δ1×NAp2<β2×n4
    의 조건을 만족하도록 상기 최대 간격 Lm을 설정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 지지 부재의 단면의 높이 치수를 S로 하고, 상기 투영 광학 유닛의 배율의 크기를 β로 하며, 상기 투영 광학 유닛의 이미지측의 개구수를 NAp로 할 때, 상기 중간 지지 부재와 상기 마스크의 패턴 영역의 상기 소정 방향을 따른 간격 Dm이,
    S×(β×NAp)<Dm
    의 조건을 만족하도록 상기 마스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크의 패턴은, 제1 노광 패턴 영역과 제2 노광 패턴 영역을 포함하고, 상기 복수의 투영 광학 유닛 중의 제1 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제1 노광 패턴 영역의 이미지의 일부와, 상기 복수의 투영 광학 유닛 중 상기 제1 투영 광학 유닛과는 다른 제2 투영 광학 유닛에 의해 형성되는 상기 제2 노광 패턴 영역의 이미지의 일부가 서로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법에 의해 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
    상기 노광 공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 마스크의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 공정과,
    상기 마스크층을 통해 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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