KR20150143622A

KR20150143622A - 노광 장치

Info

Publication number: KR20150143622A
Application number: KR1020157032107A
Authority: KR
Inventors: 다카시 오쿠야마
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-12-23
Also published as: KR102142747B1; TW201447502A; JPWO2014174352A1; TWI607291B; WO2014174352A1

Abstract

본 발명은, 마스크리스(Maskless) 노광 장치에서, 정확하게 패턴 형성 위치를 검출하는 방법이다. 주 주사 방향에 대해, 각각 역방향으로 경사 배치된 제1, 제2 포토 센서군을 가지는 위치 검출부를 갖추고, 복수의 광 변조 소자를 제어 함으로써, 해당 위치 검출부 상에, 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을 투영하면서 주사하는 것으로 위치를 검출한다. 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광은, 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 수직 방향에 따라 각각 경사지고, 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 방향에 따른 각 패턴 폭이, 포토 센서 폭 보다 작고, 포토 센서 간격 보다 크다. 그리고, 위치 검출부 상에 해당 위치 검출 패턴을 주사하여, 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨이 동일해지는 노광 위치를, 제1 일련의 노광 위치 및 제2 일련의 노광 위치에 대해 시계열로 검출한다.

Description

노광 장치{EXPOSURE DEVICE}

본 발명은, 광 변조 소자 어레이를 이용해 패턴을 형성하는 마스크리스(Maskless) 노광 장치에 관한 것으로, 특히, 기판 등에 투영되는 패턴의 위치 검출에 관한 것이다.

마스크리스 노광 장치에서는, 기판이 탑재되는 스테이지를 주사 방향에 따라 이동시키면서, DMD(Digital Micro-mirror device) 등의 광 변조 소자 어레이에 의해 패턴 광을 기판에 투영한다. 거기에서는, 스테이지에 실린 기판 상에서의 투영 에리어(노광 에리어)의 위치를 검출해, 그 위치에 따른 패턴 광을 투영하도록, 2차원 상(狀)으로 배열된 마이크로미러(micromirror) 등 광 변조 소자를 제어한다.

마이크로미터(micrometer)의 오더로 미세 패턴을 형성하는 경우, 기판의 위치를 정확하게 검출해, 패턴 광을 위치 어긋남 없이 투영할 필요가 있다. 그렇지만, DMD의 온도 변화 등에 기인하여, 패턴 광의 투영 위치에 차이가 생겨 패턴 형성 위치에 오차가 생기는 경우가 있다.

이를 막기 위해, 포토 다이오드 등의 광 센서를 스테이지 옆에 복수 배치해, 스테이지를 주사하면서 위치 검출용의 패턴을 광 센서에 투영한다. 검출되는 노광 위치와, 미리 준비된 기준이 되는 위치 정보를 비교 함으로써, 노광 위치를 보정한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

한편, 스테이지 등의 가동체(可動體)의 위치를 정밀도 좋게 검출하기 위해, 2개의 광 센서의 광량 변화로부터 기준 위치를 검출하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조). 거기에서는, 인코더의 원점 위치, 즉 기준 위치를 검출하기 위해, 주사 방향에 따라 대칭적으로 위치를 엇갈려 놓은 1쌍의 포토 다이오드가 배치된다.

슬릿(slit)이 형성된 스케일을 이동시키는 것에 의해, 위치 검출용의 슬릿 광이 포토 다이오드 쌍 위를 통과한다. 이 때 검출되는 광량 변화에 대해, 2개의 포토 센서의 광량이 서로 동일해지는 위치를, 기준 위치로서 검출한다.

일본 특개 2008-134370호 공보 일본 특개 2008-134370호 공보

포토 다이오드의 사이즈는, 패턴 분해능에 비해 크다. 또한, 포토 다이오드의 감광 특성에는 각각 개체 차가 있다. 따라서, 같은 광 강도로 패턴을 투영해도, 검출되는 광량은 미묘하게 상이하다. 또한, 조도 얼룩짐 등에 의해 투영하는 광이 순간적으로 불안정하게 될 수도 있어, 고정밀도로 노광 위치를 검출하기 어렵다.

또한, 노광 장치에서는, 주(主) 주사 방향과 함께 부(副) 주사 방향으로도 기판의 위치 차이가 생긴다. 그 때문에, 노광 에리어가 통과하는 주사 밴드의 위치가 주 주사 방향 및 부 주사 방향에 관해 오차가 생겨 패턴 정밀도가 저하된다.

따라서, 마스크리스 노광 장치에서, 포토 다이오드 등의 포토 센서를 이용하여 정확한 2차원의 위치 검출이 요구된다.

본 발명의 노광 장치는, 복수의 광 변조 소자를 매트릭스 상으로 배열한 광 변조 소자 어레이와, 광 변조 소자 어레이에 의한 노광 에리어를 피묘화체에 대해 주 주사 방향에 따라 상대 이동시키는 주사부와, 주 주사 방향에 대해 경사 배열시킨 제1 포토 센서군과, 제1 포토 센서군과는 주 주사 방향에 대해, 역회전 방향으로 경사 배열시킨 제2 포토 센서군을 가지는 위치 검출부를 갖춘다. 여기서, 역회전 방향이란, 이동 방향 혹은 주사 방향에 따른 라인을 기준으로 한 경우, 제1 포토 센서군을 한쪽의 회전 방향으로 경사지게 했을 때, 그 반대 방향을 나타낸다.

또한, 노광 장치는, 복수의 광 변조 소자를 제어 함으로써, 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 수직 방향에 따라 각각 경사지고, 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 방향에 따른 각 패턴 폭이, 포토 센서 폭 보다 작고, 포토 센서 간격 보다 큰 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을, 제1 및 제2 포토 센서군에 대해 각각 투영하는 노광 동작 제어부를 갖춘다.

스테이지 이동 등에 의해 노광 에리어가 상대(相對) 이동하면, 1개의 위치 검출 패턴이 포토 센서를 통과할 때, 휘도 신호 레벨이 증가, 일정, 감소에 이른다. 그와 함께, 1개의 위치 검출 패턴의 광이 이웃하는 포토 센서를 통과하는 동안에 그 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 서로의 휘도 신호 레벨의 그래프에서, 교차하는 부분이 생긴다.

그리고, 위치 검출부는, 제1, 제2 위치 검출 패턴 열의 통과에 따라, 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨이 동일해지는 노광 위치를, 제1 일련의 노광 위치 및 제2 일련의 노광 위치를 시계열로 검출한다. 이에 따라, 위치 검출부는, 검출된 제1 및 제2 일련의 노광 위치로부터, 2차원 노광 위치를 산출하는 것이 가능하다. 여기서, 2차원 노광 위치는, 예를 들면, 주 주사 방향, 부 주사 방향에 따라 규정되는 2차원 좌표에 근거해 규정할 수 있다.

본 발명의 위치 검출부는, 1개의 위치 검출 패턴의 광이 이웃하는 포토 센서를 통과하는 동안에 그 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨이 동일해지는 노광 위치를 검출하여, 위치 검출 패턴 열의 광의 통과에 따라 일련의 노광 위치를 시계열로 검출한다. 또한, 여기서의 노광 위치는, 소정의 위치 검출 패턴의 스테이지 상에서의 상대 위치를 나타내고, 예를 들면, 스테이지에 규정된 주사 방향에 따른 위치 좌표로 나타내진다.

복수의 노광 위치를 검출 함으로써, 조도 얼룩짐, 포토 센서의 개체 차 등에 영향 받지 않는 위치 보정을 실시하는 것이 가능하다. 예를 들면, 노광 장치에, 검출되는 일련의 노광 위치와, 미리 정해진 표준 노광 위치에 근거하여, 노광 기준 위치를 보정하는 보정부를 갖추면 좋다. 여기서, 표준 노광 위치는, 예를 들면, 묘화 데이터 상에 정해진 위치 좌표로 나타내는 것이 가능하다. 또한, 노광 기준 위치로서는, 예를 들면, 묘화 개시 위치 등이 정해진다.

게다가, 2차원적으로 노광 위치를 검출하기 때문에, 묘화 개시 위치 뿐만 아니라, 부 주사 방향에 따른 노광 위치에 대해서도 노광 데이터를 보정하여, 묘화 영역이 일부 중복하는 경우 없이, 정밀도 있는 패턴을 형성할 수 있다. 2차원 노광 위치의 산출에 대해서는, 제1 및 제2 일련의 노광 위치에 대해, 미리 센서 배열 방향에 따른 노광 위치로서 벡터 표현에 의해 검출하고, 각각의 포토 센서군에서 대표적인 노광 위치(평균치) 등을 연산한 후, 주 주사 방향, 부 주사 방향에 따른 2차원 노광 위치 좌표를 구할 수 있다.

포토 센서의 배치 간격, 패턴 열의 패턴 간격 등은, 임의로 설정 가능하다. 예를 들면, 제1 포토 센서군의 이동 방향 혹은 주 주사 방향에 대한 경사 배치 각도 α가, 30°≤α≤ 60°의 범위이며, 제2 포토 센서군의 경사 배치 각도 β가, -60°≤β≤ -30°의 범위에 들어갈 수 있다. 특히, 제1, 제2 포토 센서군을 +45°, -45°로 각각 경사 배치하여, 이동 방향 혹은 주 주사 방향에 관해 대칭적으로 배치하는 것이 가능하다. 다만, 이동 방향은, 기판 등 피묘화체의 이동 방향(주 주사 방향과는 역방향)을 나타낸다. 또한, 복수의 포토 센서를, 주사 방향에 따라 일정 간격으로 배치하여, 위치 검출 패턴 열을, 일정 간격으로 늘어선 위치 검출 패턴으로 구성하는 것이 가능하다.

패턴 열의 각 패턴의 형상도 임의이며, 포토 센서가 각 위치 검출 패턴의 통과를 개별적으로 검지 가능한 형상이면 좋다. 구체적으로는, 1개의 위치 검출 패턴이 포토 센서 사이를 통과할 때, 이웃하는 포토 센서 양쪽으로 패턴 광이 투영되도록, 패턴 폭, 경사 각도 등을 정하면 좋다. 예를 들면, 바(bar) 상의 패턴을 주 주사 방향으로 늘어놓은 패턴 열의 광을 투영 가능하다.

검출되는 노광 위치의 수는, 포토 센서의 수, 패턴 열의 패턴 개수에 따른다. 예를 들면, 2개 이상의 포토 센서를 설치하여, 위치 검출 패턴 열을, 2개 이상의 위치 검출 패턴으로 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 각 위치 검출 패턴이 복수의 인접 센서 사이에서 검출 됨과 동시에, 같은 인접 센서 사이에서, 패턴 열 통과에 따라 복수의 노광 위치가 검출된다.

제1, 제2 포토 센서군의 배치에 대해서는, 1개의 주사 밴드 영역 내에서, 부 주사 방향에 따라 늘어놓고, 혹은 주 주사 방향에 따라 늘어놓는 것이 가능하다. 제1, 제2 포토 센서군을 부 주사 방향에 따라 배치하는 경우, 노광 동작 제어부는, 제1, 제2 위치 검출 패턴 열의 광을 부 주사 방향에 따라 동시에 투영하면 좋다. 이에 따라, 패턴의 전환 없이, 근접하는 영역에서 노광 위치를 검출할 수 있다. 한편, 주 주사 방향에 따라 제1, 제2 포토 센서군을 배치하는 경우, 노광 동작 제어부는, 노광 에리어가 제1 포토 센서군을 통과할 때, 제1 위치 검출 패턴 열의 광을 투영하고, 노광 에리어가 제2 포토 센서군을 통과할 때, 제2 위치 검출 패턴 열의 광을 투영한다. 이에 따라, 같은 주 주사 라인 상에서 일련의 제1, 제2 노광 위치를 검출할 수 있다.

위치 보정에 대해서는, 검출되는 각각의 노광 위치와 목표가 되는 표준 노광 위치와의 차이를 구하여, 가산/가중 평균치 등의 대표적인 보정치를 산출하는 것이 가능하다. 혹은, 검출되는 일련의 노광 위치로부터 대표적인 노광 위치를 산출하는 것도 가능하다.

위치 검출부는 다양한 구성을 채용하는 것이 가능하며, 복수의 포토 센서로부터의 휘도 신호를 노광 장치의 제어부에서 검출해도 무방하고, 혹은, 그 전 단계에서 위치 검출부, 위치 산출부를 설치해도 무방하다. 휘도 신호 레벨이 일치하는 타이밍을 정확하게 검출하기 위해, 예를 들면, 위치 검출부는, 휘도 신호가 동일해지는 타이밍에서 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 생성부와, 검출된 펄스 신호에 따라 노광 위치를 산출하는 위치 산출부를 갖춘다.

펄스 신호 생성부, 위치 검출부의 배치 구성은 다양한 구성이 가능하다. 예를 들면, 복수의 노광 헤드를 설치하고, 각 노광 헤드에 대해 위치 보정을 실시하는 경우, 펄스 신호 생성부를 스테이지에 설치하는 것이 가능하다.

일련의 노광 위치를 펄스 신호에 의해 검출하는 경우, 펄스 신호가 동시에 발생하는 것을 막는 것이 바람직하다. 따라서, 검출 노광 동작 제어부는, 검출되는 일련의 펄스 신호를 서로 다른 타이밍에서 발생시키도록, 위치 검출 패턴 열의 광을 투영시켜도 무방하다. 예를 들면, 노광 동작 제어부가, 대략 일정 시간 간격으로 일련의 펄스 신호가 발생하도록, 소정의 패턴 피치로 위치 검출 패턴 열의 광을 투영할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서의 노광 방법은, 복수의 광 변조 소자를 매트릭스 상으로 배열한 광 변조 소자 어레이에 의한 노광 에리어를 피묘화체에 대해 주 주사 방향에 따라 상대 이동시키고, 주 주사 방향에 대해 경사 배열시킨 제1 포토 센서군과, 제1 포토 센서군과는 주 주사 방향에 관해 역회전 방향으로 경사 배열시킨 제2 포토 센서군을 배치하고, 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 수직 방향에 따라 각각 경사지고, 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 방향에 따른 각 패턴 폭이, 포토 센서 폭 보다 작고, 포토 센서 간격 보다 큰 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을, 제1 및 제2 포토 센서군에 대해 각각 투영하고, 제1 및 제2 포토 센서군에서, 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨이 동일해지는 노광 위치를, 제1 일련의 노광 위치 및 제2 일련의 노광 위치로서 시계열로 검출한다.

본 발명에 의하면, 마스크리스 노광 장치에서, 정확하게 패턴 형성 위치를 검출할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태인 노광 장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 노광 장치의 개략적 블록도이다.
도 3은 포토 센서군과 위치 검출 패턴 열을 나타낸 도면이다.
도 4는 포토 센서와 패턴의 폭을 나타낸 도면이다.
도 5는 포토 센서로 입사하는 광의 광량 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 인접하는 포토 센서의 광량 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 펄스 신호의 출력 타이밍을 시계열적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에서의 포토 센서군과 위치 검출 패턴을 나타낸 도면이다.
도 9는 제1 포토 센서군에서의 위치 검출 패턴과 포토 센서와의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 제2 포토 센서군에서의 위치 검출 패턴과 포토 센서와의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
도 11은 제3 실시 형태에서의 포토 센서군과 위치 검출 패턴 열을 나타낸 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태인 노광 장치의 개략적 사시도이다. 도 2는, 노광 장치의 개략적 블록도이다.

노광 장치(묘화 장치)(10)는, 포토 레지스트 등의 감광 재료를 도포, 혹은 붙인 기판 W로 광을 조사 함으로써 패턴을 형성하는 마스크리스 노광 장치이며, 묘화부(13)가 기대(基臺)(14)에 탑재되어 있다.

기대(14)에는, 기판 W를 탑재하는 스테이지(12)가 주사 방향에 따라 이동 가능하게 설치되어 있다. 스테이지 구동 기구(15)는, 주 주사 방향 X, 부 주사 방향 Y에 따라 스테이지(12)를 이동시킬 수 있다.

노광 장치(10)는, 패턴 광을 투영하는 복수의 노광 헤드를 갖추고 있으며, 여기서는 1개의 노광 헤드(18)만 도시하고 있다. 노광 헤드(18)는, DMD(22), 조명 광학계, 결상 광학계(모두 도시하지 않음)를 갖추고 있으며, 다른 노광 헤드도 이와 같이 구성되어 있다. 광원(20)은, 예를 들면, 방전 램프(도시하지 않음)로 구성되고, 광원 구동부(21)에 의해 구동된다.

벡터 데이터 등으로 구성되는 CAD/CAM 데이터가 노광 장치(10)로 입력되면, 벡터 데이터가 래스터 변환 회로(26)에 보내져, 벡터 데이터가 래스터 데이터로 변환된다. 생성된 래스터 데이터는, 버퍼 메모리(도시하지 않음)에 일시적으로 격납된 후, DMD 구동 회로(24)로 보내진다.

DMD(22)는, 미소(微小) 마이크로미러를 2차원 배열시킨 광 변조 소자 어레이(광 변조기)이며, 각 마이크로미러는, 자세를 변화시키는 것에 의해 광의 반사 방향을 선택적으로 전환한다. DMD 구동 회로(24)에 의해 각 미러가 자세 제어 됨으로써, 패턴에 따른 광이, 결상 광학계를 통해 기판 W의 표면에 투영된다.

스테이지 구동 기구(15)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어 신호에 따라, 스테이지(12)를 이동시킨다. 위치 검출부(28)는, 스테이지(12)의 단부 부근에 설치되어 있으며, 복수의 포토 센서로 구성되는 포토 센서군 PD, 및 펄스 신호 발생부(29)를 갖추고 있다. 위치 계산부(27)는, 위치 검출부(28)에서 보내오는 신호에 근거해, 노광 위치, 즉 기판 W의 위치를 산출한다.

노광 동작 중, 묘화 테이블(12)은, 주사 방향 X에 따라 일정 속도로 이동한다. DMD(22) 전체에 의한 투영 에리어(이하, 노광 에리어라고 한다)는, 기판 W의 이동에 따라, 기판 W 상을 상대적으로 이동한다. 노광 동작은 소정의 노광 피치에 따라 수행되고, 노광 피치에 맞춰 마이크로미러가 패턴 광을 투영하도록 제어된다.

DMD(22)의 각 마이크로미러의 제어 타이밍을 노광 에리어의 상대 위치에 따라 조정 함으로써, 노광 에리어의 위치에 그려야 할 패턴의 광이 순차적으로 투영된다. 그리고, 노광 헤드(18)를 포함한 복수의 노광 헤드에 의해 기판 W 전체를 묘화 함으로써, 기판 W 전체에 패턴이 형성된다.

또한, 노광 방식으로서는, 일정 속도로 이동하는 연속 이동 방식 뿐만 아니라, 간헐적으로 이동하는 스텝＆리피트도 가능하다. 또한, 노광 샷(shot) 시의 투영 에리어를 부분적으로 겹치는 다중 노광(오버랩 노광)도 가능하다.

노광 동작을 시작하는 전 단계에서는, 패턴을 정확한 위치에 형성하기 위해, 노광 개시 위치에 관한 보정 처리가 수행된다. 스테이지(12)를 일정 속도로 이동시키면서, 위치 검출용 패턴의 광을 투영한다. 컨트롤러(30)는, 위치 산출부(27)에서 보내오는 위치 정보에 근거해, 노광 개시 위치를 보정한다.

이하, 도 3~7을 이용해, 노광 위치의 검출 및 보정에 대해 설명한다.

도 3은, 포토 센서군과 위치 검출 패턴 열을 나타낸 도면이다. 도 4는, 포토 센서와 패턴의 폭을 나타낸 도면이다. 도 5는, 포토 센서로 입사하는 광의 광량 변화를 나타낸 도면이다.

포토 센서군 PD는, N개의 포토 센서 P1, P2,…, PN로 구성되어 있으며, 배열 피치 T의 등간격으로 주사 방향으로 배열되어 있다. 한편, 위치 검출 패턴 열 LP는, 주사 방향에 관해 수직인 일련의 바 상 패턴 L1, L2, L3,…,LM으로 구성된다. M개의 패턴 L1, L2, L3,…LM은, 패턴 피치 J로 등간격으로 늘어선다.

패턴 L1, L2, L3,…LM 각각의 패턴 폭 K는, 포토 센서 폭 Z 보다 짧다. 그 때문에, 1개의 선두 위치에 있는 패턴 L1이 포토 센서 P1, P2를 통과할 때, 포토 센서 P1과 포토 센서 P2로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨, 즉 포토 센서의 수광량(受光量)은, 도 5에 도시한 바와 같이 증가, 일정, 감소에 순차적으로 이른다.

상술하면, 1개의 패턴 L1의 이동에 의해 패턴 L1의 일부가 포토 센서 P1 상으로 이동 함에 따라, 포토 센서 P1의 광량은 증가한다. 패턴 L1 전체가 포토 센서 P1 상에 위치하는 동안, 포토 센서 P1이 검출하는 광량은 최대 광량으로 일정해진다. 그리고, 패턴 L1의 이동 선단(先端) 측이 포토 센서 P1을 넘어, 포토 센서 P1, P2의 사이로 이동 함에 따라, 포토 센서 P1의 광량은 저하한다.

주사 방향에 관해 포토 센서 P1의 옆에 위치하는 포토 센서 P2에서도, 마찬가지로 광량은 증가, 일정, 감소에 이른다. 이 광량 변화는, 포토 센서 P1에 대해, 패턴 피치 T에 따른 기간만큼 늦어져 생긴다. 한편, 패턴 L1의 폭 K는, 이웃하는 포토 센서 간격 B 보다 크다. 그 때문에, 패턴 L1이 포토 센서 P1, P2 사이를 통과하는 동안, 포토 센서 P1의 광량 감소, 포토 센서 P2의 광량 증가가 겹치는 기간 Q가 생긴다(도 5 참조).

그리고, 이 기간 Q에서 포토 센서 P1, P2의 광량이 일치하는 위치, 지점을, 노광 위치로서 검출한다. 구체적으로는, 펄스 신호 발생부(29)에서, 광량 일치의 타이밍에 펄스 신호가 발생하여, 패턴 L1의 위치, 즉 기판 W의 위치가 검출된다. 이에 따라, 포토 센서 사이즈 폭 Z 이하인 오더가 요구되는 노광 위치를 검지할 수 있다.

패턴 L1이 통과할 때에 광량 일치점을 검출한 후, 계속해서 순차적으로 통과하는 패턴 L2, L3,‥LM에 대해서도, 광량 일치점을 검출한다. 그 결과, 포토 센서 P1, P의 2 사이에서는, M회의 노광 위치가 검출된다.

게다가, 포토 센서 P1, P2 뿐만이 아니라, 인접하는 포토 센서 Pj, Pj+1(1≤j≤N-1) 사이에서도, 광량 일치점을 노광 위치로서 검출한다. 따라서, N개의 포토 센서 P1, P2,…, PN 상을, M개의 패턴 L1, L2,‥LM이 통과할 때, (N-1)×M회 노광 위치가 검출된다. 즉, (N-1)개 있는 포토 센서의 틈새에서, 각각 M회 노광 위치가 검출된다.

도 6은, 인접하는 포토 센서 P1, P2의 광량 변화를 나타낸 도면이다. 도 7은, 펄스 신호의 출력 타이밍을 시계열적으로 나타낸 도면이다.

위치 검출 패턴 열 L의 패턴 피치 J는, 이하의 식을 만족하도록 정해져 있다. 다만, T는 포토 센서 피치, SA는 검출되는 총 펄스 수, M은 패턴 수, N은 포토 센서 수 N을 나타낸다.

J = T/M + T

SA = (N-1)M ‥‥ (1)

이와 같이, 패턴 피치 J를 설정 함으로써, 서로 이웃하는 포토 센서 사이에서 출력되는 일련의 펄스 신호의 출력 타이밍이 겹치지 않고, 대략 일정 간격으로 시계열적으로 출력된다. 도 6에는, 펄스 피치 PS에서 출력되는 펄스 신호가 도시되고 있다.

그리고, 출력되는 일련의 펄스 신호에 근거해, 노광 위치의 연산, 노광 개시 위치의 보정이 실행된다. 펄스 카운터, 래치 회로 등을 포함하는 위치 계산부(27)에서는, 스테이지(12)의 이동 속도, 인코더 신호 등에 근거해, 시계열적으로 순차적으로 출력되는 일련의 펄스 신호로부터, 각 패턴의 노광 위치, 즉 기판 상에서의 X위치 좌표가 산출된다.

컨트롤러(30)에서는, 각 펄스 신호로부터 산출되는 노광 위치에 대해, 미리 설정된 표준 노광 위치와의 차를 순차적으로 산출한다. 표준 노광 위치로서는, (N-1)개 있는 인접 포토 센서 간의 중간 지점의 위치 좌표가, 미리 기억, 설정되어 있다.

검출되는 모든 노광 위치 좌표에 대해서 보정치를 산출한 후, 그 평균치가 요구된다. 이 평균치에 의해, 노광 위치가 보정된다. 실제 묘화 처리를 실시할 때, 노광 위치를 보정치 만큼 시프트(Shift) 시켜 묘화를 개시한다. 여기에서는, 복수의 노광 헤드 각각에 대해, 노광 위치가 기판 W의 기준 위치로서 보정된다.

이와 같이, 제1 실시 형태에 의하면, 복수의 포토 센서 P1~PN을 주사 방향 X에 따라 등간격으로 배열시킨 위치 검출부(28)가 스테이지(12)에 설치되어 있으며, 주사 방향 X에 따라 등간격으로 배열한 바 상/슬릿 상 패턴 L1~LM으로 이루어지는 위치 검출 패턴 열 L이, 주사 시에 투영된다. 그리고, 패턴 열 통과의 동안, 서로 인접하는 포토 센서의 수광량이 동일해지는 위치가 노광 위치로서 시계열로 검출되고, 검출되는 (N-1)×M개의 노광 위치에 근거해, 기준 위치가 보정된다.

주사 방향으로 늘어선 복수의 포토 센서에 패턴 열을 투영 함으로써, 다수의 장소에서 노광 위치를 검출함과 동시에, 동일 지점에서도 다수의 노광 위치를 검출한다. 이에 따라, 패턴 광의 조도 얼룩짐, 외란에 의한 광량 변동의 영향, 혹은, 포토 센서의 개체 차(포토 센서의 출력 특성의 상이), 경시 변화 등과 같은 영향을 받지 않고, 정확한 노광 위치의 검출을, 한 번의 주사로 수행할 수 있다. 또한, 포토 센서 사이즈, 포토 센서 간격의 극소화 등 디바이스 구조 상 곤란하고, 비용이 드는 구성을 이용하지 않아도, 정밀도 있는 노광 위치를 검출할 수 있다.

펄스 신호 발생에 의해 노광 위치를 검출하기 때문에, 스테이지 상에서 검출부의 구성을 간소화할 수 있다. 특히, 복수의 노광 헤드를 배치한 경우, 각 노광 헤드에서 펄스 신호를 발생시켜, 위치 계산부를 단일 회로로서 설치하는 것이 가능하며, 위치 검출부의 구성을 간소화할 수 있다. 게다가, 시계열적으로 출력되는 펄스 신호가 동시, 혹은 중복해서 출력하지 않도록 패턴 피치 등을 설정하고 있기 때문에, 수 많은 노광 위치를 검출하는 것이 가능해진다.

패턴 열의 패턴 수, 패턴 형상, 포토 센서 수는 임의이다. 상이한 포토 센서 사이에서 복수 회 노광 위치를 검출하는 것을 고려하면, 2개 이상의 패턴으로 이루어지는 패턴 열을 구성하고, 3개 이상의 포토 센서로 포토 센서군을 구성하면 좋다. 또한, 포토 센서에 대해서는, 분리(取外) 가능하게 배치하는 구성으로 해도 무방하다.

위치 검출 패턴의 형상, 패턴 피치, 포토 센서 피치, 포토 센서 폭, 패턴 폭에 있어서도, 각 패턴 통과 시에서, 이웃하는 포토 센서 사이에서 광량 변화가 생겨, 광량 일치점을 추출할 수 있도록 설정하면 좋다. 즉, 패턴 폭이 포토 센서 폭 보다 작고, 인접 포토 센서 간 거리 보다 커지도록 하면 좋다.

노광 위치의 산출에 대해서는, 검출되는 일련의 노광 위치로부터 평균치 등의 대표적 노광 위치를 먼저 산출하고, 평균치와 표준치와의 차에 근거해 노광 개시 위치를 보정하도록 구성해도 무방하다. 펄스 신호 발생 이외의 구성에 의해 광량이 동일해지는 노광 위치를 검출하도록 구성하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 8~11을 이용해, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 주 주사 방향(X방향), 부 주사 방향(Y방향)에 관해 2차원의 노광 위치를 검출한다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1 실시 형태와 같다.

도 8은, 제2 실시 형태에서의 포토 센서군과 위치 검출 패턴을 나타낸 도면이다. 도 8을 이용해, 제2 실시 형태에서의 포토 센서군의 배치 및 위치 검출 패턴에 대해 설명한다.

위치 검출부(128)는, 제1 포토 센서군(128A), 제2 포토 센서군(128B)을 갖추고, 스테이지(12)의 단(端) 부근에 부 주사 방향에 따라 늘어서 배치되어 있다. 제1 포토 센서군(128A)에서는, 이동 방향(주 주사 방향과는 역방향)에 대해 +45°만큼 경사진 방향에 따라 복수의 포토 센서가 등간격으로 배열되어 있다.

한편, 제2 포토 센서군(128B)에서는, 복수의 포토 센서가, 이동 방향에 대해 -45°경사진 방향에 따라 등간격으로 배열되어 있다. 제2 포토 센서군(128B)의 센서 배열 방향은, 이동 방향/주 주사 방향에 관련되며, 제1 포토 센서군(128A)과는 역회전 방향에 상당한다. 도 8에서는, 제1 포토 센서군(128A)이 이동 방향으로부터 반시계 방향의 회전 방향으로 경사지는 한편, 제2 포토 센서군(128B)은 시계 방향의 회전 방향으로 경사진다.

또한, 제1 포토 센서군(128A), 제2 포토 센서군(128A)은, 동일한 주사 밴드(노광 에리어가 주사 중에 통과하는 영역) 내에 배치되고 있으며, 여기에서는, 부 주사 방향에 따라 병렬하도록, 인접하는 주사 밴드에 각각 이간(離間) 배치된다.

노광 위치를 검출하는 경우, 제1 포토 센서군(128A)에 대해서는 제1 위치 검출 패턴 열 HP가 투영되고, 제2 포토 센서군(128B)에 대해서는 제2 위치 검출 패턴 IP가 투영된다. 따라서, 제1, 제2 위치 검출 패턴은, 부 주사 방향에 따라 늘어서 투영된다. 제1 위치 검출 패턴 열 HP는, 바 상의 4개의 위치 검출 패턴 H1~H4로 이루어진다. 또한, 위치 검출 패턴 H1~H4는, 제1 포토 센서군(128A)의 배열 방향(+45°)과 수직인 방향에 따라 경사지고, 서로 등간격으로 이동 방향/주 주사 방향에 따라 늘어선다.

마찬가지로, 제2 위치 검출 패턴 열 IP는, 바 상의 4개의 위치 검출 패턴 I1~I4로 이루어지고, 위치 검출 패턴 I1~I4는, 제2 포토 센서군(128B)의 배열 방향(-45°)에 수직인 방향에 따라 경사지고, 서로 등간격으로 이동 방향/주 주사 방향에 따라 늘어선다.

제1 포토 센서군(128A), 제2 포토 센서군(128B)은, 각각 패턴이 다른 제1 위치 검출 패턴 열 HP, 제2 위치 검출 패턴 IP를 각각 통과시키도록, 부 주사 방향으로 소정 간격 떨어져 배치되어 있다. 위치 검출 패턴 H1~H4, I1~I4 각각은, 각각 포토 센서군(128A, 128B)을 통과할 때에 모든 포토 센서와 교차하는 길이를 가진다.

또한, 도 8에 나타내는 주 주사 방향과 기판의 이동 방향을 반대로 정한 경우에서도, 마찬가지로 포토 센서군을 경사 배치시킨 구성으로 하는 것이 가능하고, 그에 맞춰 제1, 제2 위치 검출 패턴 HP, IP의 투영 패턴 형상을 정하면 좋다.

도 9는, 제1 포토 센서군에서의 위치 검출 패턴과 포토 센서와의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 10은, 제2 포토 센서군에서의 위치 검출 패턴과 포토 센서와의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 9, 10을 이용해, 제2 실시 형태에서의 노광 위치 검출에 대해 설명한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 이웃하는 포토 센서 PN, PN-1을 1개의 위치 검출 패턴 H1이 통과할 때, 위치 검출 패턴 H1과 포토 센서 PN, PN-1이 주 주사 방향에 대해 45°기울어 있기 때문에, 패턴 이동 방향은 주 주사 방향에 대해 경사져 있다. 여기에서는, 미소 변위(變位)한 위치 검출 패턴 H1을 파선으로 나타내고 있다.

위치 검출 패턴 폭 K, 포토 센서 폭 Z, 포토 센서 피치 T의 관계는, 제1 실시 형태와 같은 관계를 만족한다. 따라서, 포토 센서 간에 검출되는 광량 분포 중에서 광량 일치점이 검출된다. 또한, 위치 검출 패턴 H1은, 포토 센서 PN, PN-1의 배열 방향에 대해 경사 방향으로 상대 이동하지만, 위치 검출 패턴 H1은 포토 센서의 장축 방향 길이 보다 충분한 길이를 가진다. 따라서, 광량 변화가 있는 영역 전체를 패턴이 통과한다.

제1 포토 센서군(128A)의 포토 센서 PN, PN-1에 관련하여, 포토 센서 배열 방향에 따른 노광 위치를 검출하는 경우, 그 성분은 X성분과 Y성분을 합성한 벡터에 의해 나타내진다. 센서 배열 방향이 이동 방향에 관해 +45°경사지고 있기 때문에, 배열 방향에 따른 노광 위치의 벡터를 S1, X성분, Y성분의 벡터의 크기를 각각 dX, dY로 나타내면, 이하의 식이 성립된다.

S1 = (dX + dY) / √2 ‥‥ (2)

다만, 이동 방향(-X방향)에 대해 반시계 방향으로 경사지는 방향을 정(正)으로 하고 있다. 또한, 편의상, 상기 식은 벡터 부호(→)를 이용하지 않고 나타내고 있다.

마찬가지로, 제2 포토 센서군(128B)의 포토 센서 PM, PM-1에 관에 관련하여, 포토 센서 배열 방향에 따른 노광 위치를 검출하는 경우, 그 성분은 X성분과 Y성분을 합성한 벡터에 의해 나타내진다. 배열 방향에 따른 노광 위치의 벡터를 S2, X성분, Y성분의 벡터의 크기를 각각 dX, dY로 나타내면, 이하의 식이 성립된다.

S2 = (dX - dY) / √2 ‥‥ (3)

따라서, 상기 (1), (2)식으로부터, 노광 위치의 X성분 dX, Y성분 dY는, 이하의 식에 의해 구할 수 있다.

dX = (S1 + S2) / √2

dX = (S1 - S2) / √2 ‥‥ (4)

제1 실시 형태와 같이, 제1 위치 검출 패턴 열 HP, 제2 위치 검출 패턴 열 IP가 통과하는 가운데, 이웃하는 포토 센서의 광량 분포로부터 그 휘도 레벨이 일치할 때, 펄스 신호가 시계열적으로 출력된다. 검출되는 일련의 펄스 신호의 시간 간격은, 포토 센서의 배열 방향(+/-45°)에 따른 거리 간격에 대응한다.

따라서, 제1 포토 센서군(128A), 제2 포토 센서군(128B) 각각에서 일련의 펄스 신호가 검출되면, 각각 센서 배열 방향에 따른 노광 위치 S1, S2가 3개씩 산출된다. 산출된 일련의 노광 위치로부터, S1, S2에 관한 대표치(평균치 등)가 산출되고, 상기 (4)식에 의해, 노광 위치의 X성분, Y성분이 산출된다.

산출된 대표치는, 참조 노광 위치의 X성분, Y성분과 비교되고, X성분, Y성분의 보정치가 구해진다. 그리고, 보정치에 근거해, 노광 개시 위치가 주 주사 방향, 부 주사 방향에 대해 보정된다. 혹은, 보정치에 근거해 노광 데이터를 보정하여, 노광 동작을 실행해도 무방하다.

이와 같이, 제2 실시 형태에 의하면, 제1 포토 센서군(128A), 제2 포토 센서군(128B)이, 각각 주 주사 방향에 대해 +45°/-45°경사지도록 배치되고, 경사 방향이 서로 역방향을 향하고 있다. 그리고, 제1 포토 센서군(128A)에 대해서는, 제1 포토 센서군(128A)의 센서 배열 직교 방향으로 경사진 제1 위치 검출 패턴 열 HP를 투영하고, 제2 포토 센서군(128B)에 대해서는, 제1 포토 센서군(128A)의 센서 배열 직교 방향으로 경사진 제2 위치 검출 패턴 열 IP를 투영한다.

2개의 포토 센서군을, 서로 다른 방향으로 늘어놓고, 그 센서 배열 방향에 맞춰 경사지게 한 위치 검출 패턴 열을 투영 함으로써, 주사 중, 일련의 노광 위치가 검출된다. 그리고, 2개의 포토 센서군으로부터의 센서 배열 방향에 따른 위치 정보에 근거해, 주 주사 방향, 부 주사 방향에 따른(X, Y좌표)의 노광 위치가 산출 됨과 동시에, 보정치가 구해진다. 이에 따라, 묘화 개시 위치와 함께, 스테이지의 부 주사 방향에 따른 이동 거리가 보정되거나, 혹은, 노광 데이터가 보정된다. 특히, 부 주사 방향에 따라 노광 위치를 조정 함으로써, 주사 밴드가 겹쳐, 투영 영역에 단차가 생기는 것을 막을 수 있다.

또한, 2개의 포토 센서군의 펄스 신호로부터 용이하게 노광 위치를 산출하는 것을 고려하면, 센서 배열 방향은, 45°가 바람직하지만, 그 이외로 해도 무방하고, 예를 들면 30°에서 60°의 범위에서 적절히 선택하면, 실용 상 충분한 정밀도로 노광 위치를 검출할 수 있다. 또한, 그 경사 각도의 크기가 서로 달라도 무방하다.

구체적으로는, 제1, 제2 포토 센서군 제1 포토 센서군(128A)이 이동 방향에 대해, 0°<α< 90°를 만족하는 각도 α로 경사 배치되는 한편, 제2 포토 센서군(128B)은, 이동 방향에 대해, -90°<β< 0°를 만족하는 각도 β로 경사 배치하도록 하면 좋다. 또한, 주 주사 방향에 대해서도 이와 같이 경사 배치시키는 것이 가능하다.

그 경우, 상기 (4)식에서, 센서 배열 방향을 나타내는 삼각함수를 이용해 2차원의 노광 위치 산출식을 이끌어 낼 수 있다. 다만, 주 주사 방향, 부 주사 방향을 이차원 좌표 축으로서 규정하여, 제1 포토 센서군, 제2 포토 센서군의 배치 방향을 각각 벡터로 나타낸 경우, 인접하면서 또한 상이한 상한(象限) 내에 각각 벡터가 존재하도록, 2개의 배열 방향을 정할 필요가 있다.

다음으로, 도 11을 이용해, 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 제1 포토 센서군과 제2 포토 센서군이 동일한 주사 밴드 내에 배치되는 한편, 주 주사 방향에 따라 간격을 두고 배치된다.

도 11은, 제3 실시 형태에서의 포토 센서군과 위치 검출 패턴 열을 나타낸 도면이다.

위치 검출부(228)는, 제1 포토 센서군(228A), 제2 포토 센서군(228B)을 갖추고, 제1 포토 센서군(228A)은, 주 주사 방향에 대해 정 방향으로 경사지고, 제2 포토 센서군(228B)은, 그와는 역회전 방향으로 경사져 있다. 제1 포토 센서군(228A), 제2 포토 센서군(228B)은, 노광 에리어가 1개의 주사 밴드에 따라 이동할 때 양쪽의 포토 센서군을 통과하도록, 소정 간격을 두고 동일 주사 밴드 내에 주 주사 방향에 따라 배치되어 있다.

주사 시에 있어서, 노광 에리어가 제1 포토 센서군(228A)을 통과하는 동안, 위치 검출 패턴 열 HP가 투영된다. 그리고, 노광 에리어가 제2 포토 센서군(228B)을 통과하는 동안, 위치 검출 패턴 열 HP에서 위치 검출 패턴 열 IP로 전환되어 투영된다. 이에 따라, 제3 실시 형태와 같이 일련의 펄스 신호가 검출되고, 2차원의 노광 위치 산출 및 노광 개시 위치 보정이 수행된다.

본 발명에 관해서는, 첨부된 클레임에 의해 정의되는 본 발명의 의도 및 범위에서 벗어나지 않게, 다양한 변경, 치환, 대체가 가능하다. 게다가, 본 발명에서는, 명세서에 기재된 특정의 실시 형태의 프로세스, 장치, 제조, 구성물, 수단, 방법 및 스텝으로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 개시로부터, 여기에 기재된 실시 형태가 가져오는 기능과 같은 기능을 실질적으로 달성하고, 또는 동등의 작용, 효과를 실질적으로 가져오는 장치, 수단, 방법이 이끌어내지는 것을 인식할 것이다. 따라서, 첨부한 청구범위는, 그러한 장치, 수단, 방법의 범위에 포함되는 것이 의도되어 있다.

본원은, 일본 출원(특원 2013-086730호, 2013년 4월 17일 출원)을 기초 출원으로서 우선권 주장하는 출원이며, 기초 출원의 명세서, 도면 및 클레임을 포함한 개시 내용은, 참조하는 것으로 본원 전체에 포함되어 있다.

10: 노광 장치
22: DMD(광 변조 소자 어레이)
28: 위치 검출부
30: 컨트롤러

Claims

복수의 광 변조 소자를 매트릭스 상으로 배열한 광 변조 소자 어레이와,
상기 광 변조 소자 어레이에 의한 노광 에리어를 피묘화체에 대해 주 주사 방향에 따라 상대 이동시키는 주사부와,
주 주사 방향에 대해 경사 배열시킨 제1 포토 센서군과, 상기 제1 포토 센서군과는 주 주사 방향에 관해 역회전 방향으로 경사 배열시킨 제2 포토 센서군을 가지는 위치 검출부와,
상기 복수의 광 변조 소자를 제어 함으로써, 상기 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 수직 방향에 따라 각각 경사지고, 상기 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 방향에 따른 각 패턴 폭이, 포토 센서 폭 보다 작고, 포토 센서 간격 보다 큰 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을, 상기 제1 및 제2 포토 센서군에 대해 각각 투영하는 노광 동작 제어부를 갖추고,
상기 위치 검출부가, 주사 중, 상기 제1 및 제2 포토 센서군에서, 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨이 동일해지는 노광 위치를, 제1 일련의 노광 위치 및 제2 일련의 노광 위치로서 시계열로 검출하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 위치 검출부가, 검출된 제1 및 제2 일련의 노광 위치로부터, 2차원 노광 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 포토 센서군이, 부 주사 방향에 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 포토 센서군이, 주 주사 방향에 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위치 검출부가,
휘도 신호가 동일해지는 타이밍에서 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 생성부와,
검출된 펄스 신호에 따라 노광 위치를 산출하는 위치 산출부
를 갖춘 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제3항에 있어서,
상기 펄스 신호 생성부가, 상기 스테이지에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노광 동작 제어부가, 검출되는 일련의 펄스 신호를 서로 다른 타이밍에서 발생시키도록, 상기 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제5항에 있어서,
상기 노광 동작 제어부가, 대략 일정한 시간 간격으로 일련의 펄스 신호가 발생하도록, 소정의 패턴 피치로 상기 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 포토 센서군이, 상기 피묘화체가 탑재되는 스테이지에 일체적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 포토 센서군의 이동 방향 혹은 주 주사 방향에 대한 경사 배치 각도 α가, 30°≤α≤ 60°의 범위이며,
상기 제 2 포토 센서군의 이동 방향 혹은 주 주사 방향에 대한 경사 배치 각도 β가, -60°≤β≤ -30°의 범위인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
복수의 광 변조 소자를 매트릭스 상으로 배열한 광 변조 소자 어레이에 의한 노광 에리어를 피묘화체에 대해 주 주사 방향에 따라 상대 이동시키고,
주 주사 방향에 대해 경사 배열시킨 제1 포토 센서군과, 상기 제1 포토 센서군과는 주 주사 방향에 관해 역회전 방향으로 경사 배열시킨 제2 포토 센서군을 배치하고,
상기 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 수직 방향에 따라 각각 경사지고, 상기 제1 및 제2 포토 센서군의 배열 방향에 따른 각 패턴 폭이, 포토 센서 폭 보다 작고, 포토 센서 간격 보다 큰 제1 및 제2 위치 검출 패턴 열의 광을, 상기 제1 및 제2 포토 센서군에 대해 각각 투영하고,
상기 제1 및 제2 포토 센서군에서, 이웃하는 포토 센서로부터 출력되는 휘도 신호의 레벨이 동일해지는 노광 위치를, 제1 일련의 노광 위치 및 제2 일련의 노광 위치로서 시계열로 검출하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.