KR100471461B1

KR100471461B1 - 노광방법및노광장치

Info

Publication number: KR100471461B1
Application number: KR1019970018304A
Authority: KR
Inventors: 도시오 마쯔우라; 노부따까 후지모리; 도시노부 모리오까; 게이 나라
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 2005-07-07
Also published as: KR970077116A; US5973766A

Abstract

본 발명에서는 복수의 노광 쇼트로부터 화면 합성으로 구성되는 하나의 단위로 해서 중첩 노광의 쇼트 위치 보정을 위한 파라메터를 일체적으로 관리하는 것으로, 이 파라메터는 쇼트 위치의 오프세트, 회전, 배율 등이 될 수 있다. 쇼트 위치의 보정은 소자 패턴을 구성하는 복수의 쇼트의 이음부에서의 중첩 정도차가 최소가 되도록 하는 것이 적합하다.

쇼트 위치 보정의 파라메터를 쇼트 마다가 아닌 하나의 소자를 구성하는 복수의 쇼트를 단위로 해서 설정, 관리하는 것으로, 화면 합성시의 화면 이음 오차, 및 이음부의 중첩 정도차를 작게 억누룰 수 있고, 소자내에 형성된 소자의 성능을 소자 전면에 걸쳐 균일화할 수 있다. 그 때문에 LCD 화면상에 바람직하지 않은 선이 출현하는 등의 문제점을 방지할 수 있다.

Description

노광 방법 및 노광 장치{EXPOSURE METHOD AND EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 액정 표시 소자 (liquid crystal display)나 반도체 소자의 제조에서 기판의 노광 방법 및 노광 장치에 관한 것으로, 특히 기판상에서 복수의 쇼트를 이어 하나의 소자 패턴을 형성할 때의 노광 방법 및 노광 장치에 관한다.

액정 소자나 반도체 소자 등의 소자의 제조 공정에는 레지스트가 도포된 유리기판 및 웨이퍼 등의 감광 기판 (이하, 기판이라 한다) 상에 레티클(reticle)이나 마스크 (이하, 레티클이라 한다) 의 패턴을 투영 노광하는 공정이 있다. 상기 투영 노광 방법으로써 레티클상에 형성된 패턴을 기판의 소정 영역에 감광한 후, 기판을 일정 거리만큼 스테핑(stepping)시켜 다시 레티클의 패턴을 노광하는 것을 반복하는, 소위 스텝 앤드 리피트 (step and repeat) 방식의 것이 있다.

상기 스텝 앤드 리피트 방식의 노광 장치는 레티클과 기판의 정확한 위치 맞춤을 하기 위해, 레티클을 투영 광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동시키는 레티클 스테이지, 기판을 투명 광학계의 광축에 대해 수직인 면내에서 이동시키는 기판 스테이지, 마스크상의 패턴을 소정 배율로 기판에 투영하기 위해 투영 광학계의 투영 배율을 제어하는 배출 콘트롤러등이 설치되어 있다.

또, 표시 면적이 큰 LCD 의 경우, 기판상의 LCD소자 패턴은 스텝 앤 리피트 방식의 LCD용 노광 장치에서 통상 하나의 LCD 소자의 패턴 10을 4 개의 패턴 A, B, C, D 로 분해해서 노광하는 것이다 각 패턴 A, B, C, D 는 각각 한 장의 레티클에 대응하고, 일반적으로는 이러한 패턴 A, B, C, D 을 합성해서 된 LCD 소자의 패턴을 기판 (유리 플레이트) 상에 복수 소자씩 노광한다. 도 8은 한 장의 기판상에 6 개의 LCD 소자 패턴 41-46 을 형성하는 예이다. LCD 의 제작에 있어서는, 소자 구조에 따라 다르지만, TFT (thin film transistor) 방식의 경우이면 프로세스 처리를 하면서 6 - 7 층의 겹쳐맞춤 노광을 한다. 패턴의 노광시에는 동시에 얼라인먼트 마크 ALM1, ALM2,...도 노광되고, 다음 층의 노광시는 상기 얼라인먼트 마크ALMn (n = 1, 2, ....)를 검출해서 다음 쇼트 위치가 결정된다.

그런데, 기판 P 에 도 8과 같이 패턴을 노광하더라도 그 후의 프로세스에 의해 기판 P 가 예를들면 도 9에 실선으로 나타낸 바와 같이 비선형으로 신축해서 변형하는 것이 있다(도 9의 좌상부). 노광후의 프로세스에서 도 9의 실선과 같이 비선형으로 변형한 패턴 51∼56 에 파선으로 나타낸 다음층의 패턴을 겹쳐 맞추어 노광하면, 변형부분의 소자 패턴 51 에서 큰 겹쳐 맞춤 어긋남이 생긴다.

변형한 기판 P 의 패턴에 다음층의 패턴을 고정도로 겹쳐 맞추어 노광하는 방법으로, USP4,780,617 호 공보에 기재된 바와 같이, 쇼트 배열의 규칙성을 통계적 수단에 의해 특정하는 엔핸스드 글러벌 얼라인먼트 (EQA) 방식이 있다. 그러나, EQA방식에서는 선형인 신축을 보정해서 겹쳐맞춤 노광을 할 수 있고, 비선형인 변형부분에서는 큰 겹쳐맞춤 어긋남이 발생한다는 문제가 있다.

또, 기판에 비선형인 변형이 있더라도 양호한 겹쳐 맞춤 노광을 할 수 있는 방법으로써 각 쇼트마다 쇼트 위치를 보정하는 방법이 예를들면 USP 4,833,621 호 공보에 기재되어 있다. 이 방법에 따르면 각 쇼트마다 높은 중첩 정도를 유지해 노광하는 것이 가능하고, LSI 등 1 쇼트에서 1 개 또는 복수개의 소자를 구성하는 경우는 유효하다. 그러나. LCD 등과 같이 화면 합성을 수반하는 복수 쇼트에서 하나의 디바이스를 구성하는 노광 방법에 대해서는 유효한 방법이라고는 할 수 없다.

도 10은 화면 합성법에서 A, B, C, D 의 4 개의 패턴을 이어 형성한 LCD의 소자 패턴에 전술한 바와 같은 쇼트마다 (A, B, C, D마다) 쇼트 위치를 보정하는 방법으로 중첩 노광을 한 예를 나타낸다. 도 10에 실선으로 나타낸 소자 패턴은 비선형인 변형을 받은 앞층의 패턴을 나타내고, 몇 개의 패턴은 그 위에 중첩되도록 하는 노광 패턴을 나타낸다. 하나 하나의 패턴 A, B, C, D 자체는 앞층의 패턴에 정도 좋게 중첩되어 있다. 그러나 패턴 A 와 패턴 B 혹은 패턴 A 와 패턴 C 등 합성한 패턴의 경계 부분의 화면 이음 오차나, 그 화면 이음부에서의 상하층의 중첩 정도 오차가 커지고 있다.

이렇게 합성한 패턴 경계부에서의 화면 이음 오차나 화면 이음부의 중첩 정도가 크면, 그 경계선의 양측에서 형성되는 소자의 성능이 크게 다른 것이다. 그 결과, 완성품의 LCD에는 그 경계선의 위치에 콘트라스트의 상위에 의한 선이 나타나는 등의 문제가 생긴다.

또, 전술한 바와 같이 기판이 프로세스의 영향에 의해 신축한 경우에 전술한 배율 컨트롤러에 의해 투영 광학계의 배율을 조정하고 있다. 그리고, 종래, 노광 장치는 화면 합성법에 의한 이음으로 LCD 패턴을 형성할 시에 제 1 층의 각 패턴에 대해서는 인접하는 패턴 영역간의 이음 정도를 중시하고, 제 2 층째 이후의 각 패턴은 앞층의 각 패턴에 대한 중첩 정도가 중시되고 있다.

즉, 제 2 층째 이후의 노광에서는 각 패턴의 노광에 앞서 기판상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하고, 이 검출 결과에 의거해 기판의 2 차원 방향의 신축율을 산출하고, 투영 배출과 기판 스테이지의 스케일링을 변경한다. 구체적으로는 기판 스테이지의 이동 방향인 X축 방향의 신축율 (γY 로한다) 과 Y 축방향의신축을 (γY 로한다) 을 산출하고, 기판 스테이지의 스케일을 X 축 방향에 대해서는 γX만큼 변경하고, Y 축 방향에 대해서는 γY 만큼 변경한다. 또, γ 와 γY 의 평균치 m(m=(γX+γY)/2)을 배출보정치로 해서 설정하고, 이 신축 보정치에 의거해 배출 컨트롤러가 투영 광학계의 투영 배율을 제어하는 것으로 중첩 정도를 확보하고 있다.

도 11은 원래는 파선 S로 나타낸 영역이었던 쇼트 영역이 프로세스에 의해 기판이 팽창하는 것으로 제 2 층째 이후의 노광시에 실선으로 나타낸 영역 S" 까지 넓혔을 시에 상기 종래 방법에서 제 2 층째 이후의 패턴 노광을 한 모양을 나타낸 것이다. 제 2 층째 이후의 노광에 있어 기판 스테이지의 X축 방향의 스케일을 γX, 기판 스테이지의 Y축 방향의 스케일을 γY, 투영 광학계의 투영 배율을 (γX+γY)/2 와, 각각 독립해서 변경하면, 동도면중에 사선부로 표시된 바와 같이, X축 방향에서는 각 쇼트 영역을 토출해서 패턴이 전사되고, Y 축 방향에서는 각 쇼트 영역보다 좁은 영역에서밖에 패턴이 전사되지 않는다. 그리고, Y 축 방향으로 이어지는 띠모양의 Lx 부분에서는 인접하는 패턴이 중첩되고, X 축 방향으로 이어지는 띠 모양의 Ly부분에서는 인접하는 패턴 사이에 틈이 생긴다.

이렇게 각 패턴의 중첩 정도를 중시하면, 제 1 층의 이음부, 즉, 띠모양의 Lx 부 및 Ly 부에서 패턴의 중첩 지그가 변화하고, 그 패턴에 의해 형성된 소자의 특성이 그 개소를 경계로 해서 변화한다. 이 소자의 특성의 변화는 근소한 것이더라도 제 1 층의 이음부를 급격하게 변화하므로 인간의 눈에는 상당히 눈에 띄게 관찰되고, 액정 소자상에 명암의 선으로 관찰된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 기판에 신축에 의한 비선형인 변형이 있더라도 소자의 성능을 저하시키지 않는 화면 합성 방식의 패턴 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 중첩 정도를 가능한 손상시키지 않는 중첩차를 최적으로 해서 패턴노광하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 복수의 노광 쇼트로부터 화면 합성으로 구성되는 하나의 단위로 해서 중첩 노광의 쇼트 위치 보정을 위한 파라메터를 일체적으로 관리하므로써 상기 목적을 달성한다. 이 파라메터로는 쇼트 위치의 오프세트, 회전, 배율이 그 예가 될 수 있다. 쇼트 위치의 보정은 소자 패턴을 구성하는 복수의 쇼트의 이음부에서의 중첩 정도차가 최소가 되도록 하는 것이 적합하다.

또, 본 발명은 마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 통해 기판상에 연속적으로 존재하는 복수의 영역에 이어서 순차 전사하는 노광 장치에 있어, 서로 직교하는 제 1 축과 제 2 축으로 결정되는 이동 좌표계를 따라 기판에 올려놓아 2 차원적으로 이동하는 기판 스테이지와, 기판상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 마크 검출 수단과, 투영 광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과, 마크검출 수단에 의해 검출된 얼라인먼트 마크의 위치 정보에 의거해 제 1 축 방향 및 제 2 축방향의 기판의 신축량을 각각 산출하는 연산 수단과, 연산 수단에 의해 산출된 신축량에 의거해 배율 보정 수단에 의한 배율 보정량을 설정하는 설정 수단과, 설정 수단에 의해 설정된 배율 보정량에 의거해 기판 스테이지의 이동을 규정하는 이동 좌표계의 제 1 축 및 제 2 축의 스케일을 각각 동일량으로 변경하는 스케일 변경수단을 갖춘 것이다.

여기서, 이동 좌표계의 제 1 축 및 제 2 축의 스케일을 변경한다는 것은 예를들면 기판상의 제 1 쇼트영역으로부터 제 2 쇼트영역으로의 스테이지의 스테핑 이동량을 변경하는것과 등가이다.

제 1 층째의 패턴은 스테이지 좌표계와 합치하도록 마스크 보정 (마스크 시프트, 마스크 로테이션) 및 투영 광학계의 배율 보정을 해서 노광한다. 이어, 프로세스를 거쳐 신축한 제 1 층째를 노광한 기판의 X 축 방향 및 Y 축방향의 스케일링을 계측한다. 제 2 층째의 패턴을 노광할 시는 노광하는 기판에 신축이 생기지 않으면, 제 1 층째와 같은 스테이지 좌표계와 합치하도록 하는 마스트 보정 (마스크 시프트, 마스크 로테이션) 해서 노광한다. 제 2 층째의 패턴을 노광할 시에 기판에 신축이 생긴 경우, 투영 광학계의 배율을 그 신축량에서 결정된 배율 보정치만큼 보정한다. 또, 스텝핑시의 X 축 방향, Y 축방향으로의 스텝핑량은 배출 보정치의 보정분과 같은 값을 이용해 보정한다.

본 발명에 의하면, 각층의 패턴 형성에 있어, 기판의 신축을 고려해서 각층에서 투영 배율 보정분 만큼 등방적으로 확대 혹은 축소한 배치로 노광한다. 따라서, 각층에서 이어지는 패턴은 이음부에서 완전하게 이어지므로, 중첩차는 원리적으로 생기지 않는다. 또, 중첩 정도는 X축 방향과 Y축 방향의 신축차내에서 맞출 수 있다.

바람직한 실시예의 설명

레지스트를 도포한 기판 (유리 플레이트)에 LCD용 패턴을 중첩해서 노광하는예를 이용해 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 LCD 패턴 노광에 이용되는 스텝 앤 리피트 방식의 노광 장치의 개략도이다. 조명 광학계 1 에 의해 조명된 레티클 R 의 패턴은 투영 광학계 PL 에 의해 XY 스테이지 2 상에 올려진 기판 P 상의 소정 영역에 전사된다. XY 스테이지 2 에는 이동경 3 이 고정되어 있고, 레이저 간섭계 4 에서 이동경 3 과의 사이의 거리를 계측하는 것으로 XY 스테이지 2 의 2 차원 위치 좌표가 모니터된다. 주제어 장치 5 는 레이저 간섭계 4 로부터 출력된 XY 스테이지 2 의 현재위치와 목표 위치 정보 (쇼트 어드레스치) 에 의거해 스테이지 제어장치 6 을 끼워 모터 M 을 구동하는 것으로 XY 스테이지 2 를 서브 제어한다. 위치맞춤을 하기위한 얼라인먼트계로써는 레티클 R 을 얼라인먼트하는 레티클 얼라인먼트계 7, 기판 P 를 얼라인먼트하는 기판 얼라인먼트계 8 이 각각 배치되어 있다. 또, 레티클 R 을 교환하는 레티클 교환 기구 9 가 장비되어 있다.

LCD 패턴은 예를들면 종래 기술의 설명에서 이용한 도 7에 나타낸 바와 같이, 하나의 LCD 의 소자 패턴을 4 개의 패턴 A, B, C, D 로 분해하고, 화면 합성법에 의해 이어 기판 P 상에 형성하는 것으로 한다. 각 패턴 A, B, C, D는 각각 한 장의 레티클 R 에 대응하고, 레티클 교환 기구 9 에서 4 장의 레티클 R 을 교환하면서 XY 스테이지 2 를 스텝적으로 이동하는 것으로, 패턴 A, B, C, D 를 기판 P상의 인접 영역에 위치 맞추어 노광한다. 기판상에는 복수 (상기 예에서는 6 개) 의 소자 패턴을 형성한다. 소자 패턴의 주위에는 얼라인먼트 마크 ALMn (n = 1, 2, 4, ....)이 패턴의 노광과 동시에 노광되어 있다.

지금, 6 개의 디바이스 패턴을 노광한 기판 P 를 처리한 바, 도 2에 실선으로 나타내 바와 같이 비선형인 신축이 발생하고, 좌상부에 왜곡이 발생했다. 기판의 변형에 의해 패턴 A, B, C, D가 변형함과 함께 각 얼라인먼트 마크 ALMn(n = 1, 2, 3, ...) 의 배열 좌표도 벗어난다. 얼라인먼트 마크의 배열 좌표는 XY 스테이지 2 를 이동해서 얼라인먼트 마크 ALMn 을 기판 얼라인먼트계의 센서 8 에 의해 검출하고, 그 때의 레이저 간섭계 4 의 출력으로부터 계측할 수 있다.

이어, 이렇게 변형한 기판의 변형을 계측하고, 다음 층의 쇼트 위치를 보정하는 방법에 대해 설명한다. 쇼트 위치의 보정 파라메터, 예를들면 쇼트의 오프세트, 회전, 투영 배율 등의 도출은 복수 쇼트의 화면 합성에 의해 구성되는 1 소자 단위로 행해진다. 즉, 소자 21,22,23,..26 마다 보정 파라메터를 구한다. 각 소자에서는 쇼트 A,B,C,D 의 화면 이음의 오차, 이음부의 중첩 정도차 및 중첩 오차가 최소가 되도록 보정 파라메터를 계산한다. 계산에는 일반적으로 통계적 수단이 이용되고, 최소 자승 근사에 의해 값의 추입을 한다. 또, 최대 오차가 최소가 되도록계산을 할 수도 있다. 또, 이음부의 중첩 정도차와, 소자 전면의 중첩 정도에서는 보정 파라메타가 다른 값을 취할 수 있으므로, 어느쪽을 우선하는가 지정하거나, 또는 쌍방에 대해 같은 값을 부여해서 보정 파라메터를 구할 수 있다. 화면 합성에서는 이음부의 중첩 정도차를 우선하는 편이 LCD 의 이음 부분의 TFT의 성능차가 없어지고, 고성능 LCD 를 얻을 수 있다.

최소-자승 근사에 의해 쇼트 위치의 보정 파라메터를 계한하는 예에 대해 설명한다. 지금, 주목하는 소자를 21로 한다. 소자 21의 주위에 설치된 얼라인먼트 마크 ALM1, ALM2,...ALM8의 계산상의 배열 좌표를 (Xn, Yn) (도 2의 경우 n = 1, 2, .... 8) 로 하고, 설계상의 배열 좌표로부터의 어긋남 (△Xn, △Yn)에 대해 다음 수학식 1 의 선형 모델을 가정한다.

[수학식 1]

△Xn=a×Xn + b×Yn + e

△Yn=c×Xn + d×Yn + f

또, 각 얼라인먼트 마크 ALM1, ALM2,...의 실선의 배열 좌표 (계측치)의 설계치로부터의 어긋남을 (△xn, △yn) 으로 했을 때 이 모델을 적응시켰을 시의 차의 이승합 E 는 다음 수학식 2로 표시된다.

[수학식 2]

E=∑{(△xn-△Xn)x2 + (△yn-△Yn)x2}

그래서, 이 값 E 를 최소로 하도록 하는 파라메터 a,b,c,d,e,f 를 구한다. 이들의 파라메터는 기판의 X,Y 방향의 스케일링량 Rx, Ry, X, Y 방향의 기판 P의 오프세트량 Ox, Oy, 쇼트 영역의 배열 좌표계의 잔류 회전 오차 θ 및 배열 좌표계의 경사량 (직교도) ω와, 다음과 같이 관계지어진다.

Rx=a, Ry=d

Ox=e, Oy=f

θ =c/d

ω=-(b/a+c/d)

이렇게 해서 구한 기판의 X, Y 방향의 스케일링량 Rx, Ry, X, Y 방향의 기판의 오프세트량 Ox, Oy, 쇼트 영역의 배열 좌표계의 잔류 회전 오차 θ 및 배열 좌표계의 경사량(직교도)ω에 의거해 소자 21 을 구성하는 4 개의 패턴 A, B, C, D가그 인접 부분에서 연속적으로 이어진다고 하는 조건을 채우도록 해서 각 쇼트 좌표나 회전, 투영 배율 등에 보정을 가한다. 다른 소자 패턴 22-26 을 구성하는 쇼트에 대해서도, 그 소자의 주위에 설치된 8 개의 얼라이먼트 마크의 배열 좌표에 의거해 같은 계산을 해서 보정 파라메타를 구하고, 그 파라메터에 따라 쇼트 위치에 보정을 가하는 것으로, 쇼트 이음부에서의 중첩 오차를 작게 해서 다음 층의 패턴을 노광할 수 있다. 구체적으로는 주제어 장치 5 는 구해진 보정 파라메터에 따라 도 1에서는 도시않은 배출 콘트롤러에 의해 투영 광학계 PL의 배율 조정을 함과 함께, 스테이지 제어장치 6 을 사이에 끼워 XY 스테이지 2 의 이동량을 보정한다 (XY 스테이지 2 의 스케일링 보정을 한다).

도 2에 파선으로 나타낸 것이 상기 처리를 해서 중첩 노광한 패턴이다. 제 9 도에서는 좌상부의 소자 패턴 51 의 중첩 정도가 나빴지만, 제 2 도에서는 개선되고 있다. 또, 도 10에서는 좌상부의 소자 패턴 61에 관해 쇼트마다의 중첩 정도는 좋지만, 화면 이음정도가 역으로 나빠진다는 문제가 있었다. 하지만 도 2에 의한 이음 정도의 문제도 해결되고 있다.

상술한 예에서는 각 소자의 주위에 설치된 얼라인먼트 마크만의 배열 좌표에 의거해 보정 파라메터를 계산했지만, 보다 많은 얼라이멘트 마크의 배열 좌표를 원래로 보정 파라메터를 계산할 수 있다. 예를들면, m 개의 얼라인먼트 마크의 배열 좌표를 이용하고, 보정 파라메터를 구하도록 하는 i 번째의 소자 패턴의 중심 위치로부터 각 얼라이멘트 마크 ALMn(n=1,2,3...m)간의 거리 Lin 에 따라 동일치 계수 Win을 주어, (수2)와 같이 남은 차의 이승화 Ei를 다음 수학식 2으로 평가하고, Ei가 최소가 되도록 파라메터 a-f를 결정한다.

[수학식 3]

Ei=∑Win{(△xn-△Xn)×2 + (△yn-△Yn)×2}

동일치 계수 Win은 예를들면 다음식 수학식 4로 나타낼 수 있다. 단, S 는 동일치 부여의 정도를 변경하기위한 파라메터이다.

[수학식 4]

Win = exp(-Lin2/2S)/(2πS)1/2

여기서는 액정용 소자용의 패턴을 노광하는 경우에 대해 술했지만, 그 외의 표시패턴이나 복수 쇼트로 구성되는 소자, 예를들면 촬상 소자, 평면 센서, 리니어 센서, 서멀 헤드등에도 본 발명의 방법을 적용할 수 있다. 또, 반도체 집적 회로에서도 복수 쇼트로 소자를 구성하는 경우, 또, 멀티 칩 모듈등에도 적용할 수 있다.

또, 상술한 예에서는 얼라인먼트 마크의 위치정보에 의거해 각 파라메터를 구했지만, 실제로 중첩노광을 한 후에 중첩 벗어난 량을 읽어 들이는 버니어 패턴을 이용해 중첩의 오차량을 읽어 들일 수 있다.

또, 실제의 소자의 피복층의 패턴과 노광 끝난 패턴으로부터 직접 중첩 오차량을 높일 수 있다. 즉, 테스트 노광으로써 실제로 노광해서 구한 각 파라메터를 얼라인먼트시의 오프세트로 해서 본 노광 장치에 입력한 후에 실제의 플레이트를 노광하므로써 고정도의 소자를 제작할 수 있다.

이렇게 직접 노광한 결과로부터 각 파라메터를 구하므로써, 각 파라메터의 신뢰성을 높힐 수 있다. 즉, 테스트 노광으로 해서 실제로 노광해서 구한 각 파라메터를 얼라인먼트시의 오프세트로 해서 본 노광 장치에 입력한 후에 실제의 플레이트를 노광하므로써 고정도의 소자를 제작할 수 있다.

이상과 같이 제 1 실시예에 의하면, 복수 쇼트를 화면 합성해서 구성되는 소자라도 화면 합성에 관한 정도를 손상시키는 일 없이 중첩 노광할 수 있고, 고정도의 소자를 제작할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 노광 장치의 일례를 나타낸 개략도 이다. 이 노광 장치는 투영 광학계 101, 투영과학계 101 의 상방에 배치된 마스크 스테이지 102 및 투영 광학계의 하방에 배치된 기판 스테이지 105 를 갖추고, 마스크 스테이지 102 에는 배면에 전사 패턴이 형성된 마스크 103 이 유지되고, 기판 스테이지 105 에는 표면에 포토레지스트가 도포된 유리 플레이트 등의 기판 106 이 유지된다. 기판 106 의 표면은 투영 광학계 101에 관해 마스크 103 의 패턴면과 공역이 되고 있고, 도시하지 않은 조명계로부터의 노광광으로 조명된 마스크의 패턴은 투영 광학계 101 에 의해 기판 106 의 표면에 결상된다.

기판 스테이지 105 는 투영 광학계 101 의 광축 AX 방향을 Z 축으로 해서 Z 축에 직교하는 X축과 Y 축으로 결정되는 이동 좌표계를 따라 이동 가능하게 되어 있다. 이동 좌표계 내에서의 기판 스테이지 105 의 위치는 도시하지 않은 레이저 간섭계에 의해 상시 계측되고 있고, 기판 스테이지 105 의 위치는 도시하지 않은 레이저 간섭계의 계측치에 의거해 기판 스테이지 105 를 구동제어한다. 또, 마스크 스테이지 102 는 Z 축에 직교하는 면내를 2 차원 방향으로 이동 가능함과 함께 그 면내에서 회전 가능하게 구성되고 있고, 마스크 스테이지 컨트를러 112 의 제어하에 2 차원 방향 및 회전방향 (θ방향) 으로 구동된다.

투영 광학계 101 은 배율 컨트롤러 113 에 의해 제어되는 배율 조정 기구에 의해 배율을 조정할 수 있다. 배율 조정 기구로써는 예를들면 SUSP4,666,273 호 공보에 기재되어 있듯이, 투영 광학계 101 의 렌즈 엘리먼트간에 대입되어 있는 기체의 압력을 바꾸어 그 공간의 굴절율을 바꾸는 것으로 투영 배율을 변화시키는 기구, 혹은 투영 광학계 101 을 구성하는 특정의 렌즈 앨리먼트를 장축 AX 방향으로 이동시키는 것으로 투영 배율을 변화시키는 기구 등을 이용할 수 있다.

기판 스테이지 105 상에는 기판 106 의 표면과 같은 높이로 마스크 103 에 형성된 마스크 얼라인먼트 마크를 계측하기 위한 마스크 얼라인먼트계를 교정하는 기준 마크 120이 설치되어 있다. 기준 마크 120 에는 광축이 조립되어 있다. 마스크 스테이지 102 로의 마스크 103 의 탑재시에는 기준 스테이지 컨트롤러 115 에서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 기준 마크 120 으로부터의 광선이 투영 광학계 101 을 통해 마스크 103 상에 형성된 마스크 얼라인먼트 마크를 주사하도록 기판 스테이지 105 의 이동을 제어한다. 이 때 얼라인먼트 센서 122 에서 수광하는 투과광량과 기판 스테이지 105 의 위치를 계측하는 레이저 간섭계의 출력에 의거해 기판 스테이지 105 의 이등 좌표계에서의 마스크 얼라인먼트 마크의 위치가 알 수 있도록 되어 있고, 이것에 의거해 마스트 스테이지 컨트롤러 112 에서는 마스트 스테이지 102 를 X, Y, θ 방향으로 구동해서 마스크 103 의 얼라인먼트를 한다.

투영 광학계 101 의 근방에는 투영 광학계 101 의 광축 AX 에 대해 소정의 간계로 기판 얼라인먼트계를 구성하는 오프, 액시스의 얼라인먼트 현미경 108 이 배치되어 있다. 얼라인먼트 현미경 108 은 기판 스테이지 105 상에 올려진 기판 106 상에 형성된 얼라인먼트를 계측한다. 얼라인먼트 컨트롤러 114는 얼라인먼트 현미경 108 의 출력을 이용해 투영 광학계 101 의 노광필드와 기판 106 의 노광영역을 일치시키기 위해 필요한 기판 스테이지 105 의 이동량을 계측한다. 또, 후술한 바와 같이, 기판 106 사에 형성된 복수의 얼라인먼트 마크를 계측하는 것으로 기판 106 의 신축량 등을 산출하고, 또, 그 신축량에 의거해 투영 광학계 101 의 배율보정치 및 이동 좌표계의 스케일 보정치를 산출한다.

기준 마크 120 에는 마스크 얼라인먼트계를 교정하기 위한 마크뿐아니라, 기준 얼라인먼트계를 보정하기 위한 마크도 설치되어 있다. 이 때문에 기준 마크 120 에 설치되어 있는 기준 얼라인먼트계용 마크를 얼라인먼트 현미경 108 로 계측하면, 기준 마크 120 상의 마스크 얼라인먼트계용의 마크와 기준 얼라인먼트계용 마크의 설정 위치로 마스크와 얼라인먼트 현미경 108 의 관계를 알 수 있다. 따라서, 마스크 103 과 기판 106 의 위치관계도 알 수 있다.

레이저 간섭계나 얼라인먼트 컨트롤러 114 로부터의 출력은 마이크로컴퓨터 또는 미니컴퓨터로 된 주제어부 111 에 입력되고, 마스크 스테이지 컨트롤러 112, 배율 컨트롤러 113 및 기판 스테이지 컨트롤러 115 는 주제어부 111 로부터의 제어 신호에 의거해 노광 장치의 각부를 제어한다.

이어, 제 2 실시예에 의한 노광 장치를 이용한 노광의 순서에 대해 설명한다.

우선, 제 1 층째의 노광에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이 해서 마스크 103 의 얼라인먼트가 행해진 후, 기판 스테이지 105 상에 기판 106 이 올려지면, 주제어부111에 의해 기판 스테이지 컨트롤러 112 등이 제어되고, 스텝 앤드 리피트 동작에 의해 기준 스테이지 105 의 스테핑과 노광이 반복되고, 1 층째의 마스크 패턴의 전사가 행해진다. 이것에 의해 예를들면 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 기판 106 상의 소정의 영역에 복수 (여기서는 4 개) 의 쇼트 영역 S1, S2, S3, S4가 형성된다. 이 경우, 인접하는 쇼트 영역에는 연속한 패턴이 존재한다. 또, 이 제 1 층째의 노광시에 기판 106 상에는 얼라인먼트 마크, 예를들면 X 축방향의 위치결정용 얼라인먼트 마크 MX1, MX2, MX3, MX4 와 Y 축 방향의 위치 결정용 얼라인먼트 마크 MY1, MY2, MY3, MY4 가 형성된다.

이 제 1 층째의 노광후, 현상, 에칭 그외의 프로세스 처리가 행해지고, 이 프로세스에 의해 도 5(b) 에 나타낸 바와 같이, 기판 106 이 팽창해서 파선으로 나타낸 쇼트 영역 S1, S2, S3, S4 가 실선으로 나타낸 쇼트영역 S1', S2', S3', S4'와 같이 확대한 것으로 한다.

이어, 제 2 층째의 노광에 대해 설명한다.

우선, 기판 106 이 유지되고 있는 기판 스테이지 105 를 얼라인먼트계 현미경 108 과 레이저 간섭계의 출력을 모니터하면서 기판 스테이지 컨트롤러 115 의 제어하에 X, Y 축 방향으로 구동하는 것으로, 기판 106 상에 형성되어 있는 X 축 방향의 위치결정용 얼라인먼트 마크 MX1, MX2, MX3, MX4 및 Y 축방향의 위치결정용 얼라인먼트 마크 MY1, MY2, MY3, MY4 의 위치를 계측한다.

이어, 얼라인먼트 마크의 계측치에 의거해 각 보정 파라메터를 산출한다. 산출방법으로써 최고 2 승법이 이용된다. 즉, 기판 106 의 신축 및 얼라인먼트 오차 등에 의해 얼라인먼트 마크의 위치에 오차가 생긴 것으로 해서 얼라인먼트 마크MXj, MYj (j=1,2,3,4) 의 설계상의 배열 좌표 (Xj, Yj)와, 위치 맞춤할 실제의 배열 좌표, 즉 보정 파라메터에 의해 보정된 얼라인먼트 마크 위치 (Xj', Yj') (j = 1, 2, 3, 4)를 다음 수학식 5에 대응시킴으로써 각종 보정 파라메터를 산출한다.

[수학식 5]

Xj'=(l+γX×10-6)Xj-(θ+ω)×10-6Yj+εX

Yj'=θ×10-6Xj+(1+γY×10-6)Yj+εY

여기서, 각 보정 파라메터는 다음 대로이다.

① 기판신축 : γX(X축방향), γY(Y축방향) [ppm]

② 기판 로테이션 : θ[μrad]

③직교도: ω [μrad]

④ 기판 시프트 : εX(X축 방향), εY(Y축방향)[㎛]

각 보정 파라메터는 다음 수학식 6에서 표시된다. 상기 수학식 5에 의거해 변환된 실제의 배열 좌표와 계측치의 차의 2 승합 S 가 최소가 되도록 결정된다.

[수학식 6]

Xj": X 축방향의 얼라인먼트 마크의 계측위치

Yj": Y 축방향의 얼라인먼트 마크의 계측위치

Xj'; 수학식 5에 의해 변환된 X축 방향의 얼라인먼트 마크의 계측 위치

Yj': 수학식 5에 의해 변환된 Y축 방향의 얼라인먼트 마크의 계측위치,

이어, 배출보정치 m[ppm] 및 스케일링 보정치를 결정한다. 본 발명에서는 γX 와 γY 간의 값을 이용해 배율 보정을 하고, 기판 스테이지 이동 좌표계의 X 표 및 Y 축의 스케일을 배율 보정치와 같은 값을 이용해 보정한다. 예를들면, 배율 보정치 m[ppm]으로서 γX 와 γY 의 평균치를 이용했다고 하면, 기판 스테이지 이동 좌표계의 X 축의 스케일 보정치 γX 및 Y 축의 스케일 보정치 γY 는 다음 수학식 7과 같이 설정된다.

[수학식 7]

m=(γX+γY)/2

ГX=ГY=m

제 2 층째의 노광에 앞서, 노광 장치의 배율 컨트롤러 113 은 수학식 7에서 정해진 배율 보정치 m 에 따라 투영 광학계 101 의 배율을 조정한다. 또, 마스크 컨트롤러 112 는 기판 로테이션 θ를 상쇄하도록 마스크 103 을 θ만큼 회전시킨다. 기판 스테지 컨트롤러 115 는 이동 좌표계의 X축 및 Y 축의 스케일을 각각 (l+mГ×10^-6)배하고, 기판 시프트 εX, εY 를 오프세트로 해서 기판 106 을 X축 및 Y축을 따라 이동시킨다.

도 6은 노광 후의 프로세스에 의해 확대된 쇼트 영역 S1', S2', S3', S4' 에 겹쳐 제 2 층의 패턴 N1, N2, N3, N4 를 노광한 상태를 나타낸다. 이것은 스테이지 좌표계에서 설립 위치에 따라 노광한 상을 (l+m×10^-6) 배 확대한 것과 같다.

다음 표 1 은 본 발명에 따른 도 6과 종래 방법에 따른 도 11에서, 도면 중 나타낸 점 A, B, C, D에서의 중첩 정도 및 중첩차 정도를 비교해서 나타낸 것이다. A 점 및 C 점에 관한 중첩은 각 점의 좌측의 쇼트인 것이고, 중첩차는 각 점의 좌측의 쇼트의 중첩 어긋남을 기준으로 해서 본 좌측의 쇼트 중첩 어긋남 량이다. 즉, 중첩차는 각각 중첩 어긋남의 차로 평가한다. 예를들면, 좌측의 쇼트 A 점이상의 중첩이 0.1㎛, 우측의 쇼트의 A 점상의 겹침이 0.2㎛ 인 경우, 중첩차는 0.1㎛ 가 된다. 또, B점 및 D점의 중첩은 각 점의 상측의 쇼트이고, 중첩차는 각점의 하측 쇼트의 중첩 어긋남을 기준으로 해서 본 상측의 쇼트의 어긋남 량이다. 표 1로부터 본 발명에 관계된 중첩차를 0 으로 할 수 있음을 알 수 있다.

[표 1]

A 점

중첩은 좌측 쇼트의 것

중첩차는 좌측 쇼트의 중첩과 우측 쇼트의 중첩과의 차

B 점

중첩은 상측의 쇼트

중첩차는 하측 쇼트의 중첩과 우측 쇼트의 중첩과의 차

C 점

D 점

하기의 표 2 는 1 = 80㎜, γX = 5ppm, γY = 10ppm 일 때의 상기 A, B, C, D 점의 중첩 정도 및 중첩차 정도를 수치로 비교한 것이다. 단위는 ㎛ 이다. 표 2 중의 수치는 예를들면 A 점에서의 중첩 정도는 종래 방법에 의하면 X축 방향이 0.2 ㎛, Y축 방향이 0 인것에 대해 본 발명에 의하면 X축 방향, Y축 방향 모두 0인 것을 나타내고 있다.

[표 2]

또, 일방향에서 중첩 정도를 향상하고 싶을 때에는 그 방향의 기판 신축량에 의해 투영 배율 및 X축 및 Y축의 스케일을 보정하면 좋다. 예를들면, X축 방향의 중첩 정도를 향상시키고 싶을 때에는 m=ГX=ГY=γX 로 하면 좋다. 이 때, Y 축방향의 중첩 정도는 나빠지지만, 중첩차는 영향을 받지 않는다. 이러한 경우 중첩 정도를 중시하는 방향을 미리 알고 있으면, 그 방향에 대해서만 기판의 신축량의 계측을 하면 좋다. 나머지 방향에 대해서는 기준 위치의 얼라인먼트 마크가 한 혹은 두 개, 통상은 놓여진 기판의 스테이지 좌표계에 대한 경사를 검출할 필요도 있기 때문에 두 개이면 원점은 결정된다. 단, 스케일링에 의해 원점 위치의 판단은 바르지 않을지도 모르지만, 원점 위치가 벗어나더라도 전체가 시프트할 뿐이므로, 중첩 차의 정도는 나쁘지않다.

또, 각 마스크에서 미리 스테이지 좌표계에 맞는 보정서 (마스크 시프트, 마스크 로테이션, 배율)을 구해두면, 각층에서의 신축만을 배율 및 스텝핑의 스케일링에 피드백하면 좋기 때문에 노광 실행시에 용이하게 적용할 수 있다.

이상과 같이 제 2 실시예에 의하면, 제 2 층째 노광의 배율 및 스테핑의 스케일링 보정을 제 1 층째의 신축량에서 구하므로, 중첩 정도가 좋고, 중첩차에 대해서는 이상적으로는 0 이 된다. 이 때문에 고품위의 액정 표시를 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 노광 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 노광 방법의 설명도이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 노광 장치의 개략도이다.

도 4는 마스크 얼라인먼트 마크의 계측방법을 설명하는 도면이다

도 5는 기판의 팽창에 의한 쇼트 영역의 확대를 설명하는 도면이다.

도 6은 본 발명에 의해 겹쳐 노광된 상태를 나타낸 도면이다.

도 7은 이음새 노광의 설명도이다.

도 8은 패턴 배치 설명도이다.

도 9는 변형한 기판의 설명도이다.

도 10은 종래 방법에 의해 노광한 패턴의 구성도이다.

도 11은 종래 방법으로 겹쳐 노광된 상태를 나타낸 도면이다.

Claims

복수의 쇼트로 된 소자 패턴이 복수 형성된 기판상에 다음 층의 쇼트를 겹쳐 노광하는 노광 방법에 있어서,

하나의 소자를 구성하는 복수의 쇼트를 하나의 단위로 해서, 상기 소자 패턴의 상기 쇼트 위치에 관한 위치 정보를 구하고, 상기 위치 정보에 기초하여 상기 소자 패턴마다 상기 다음 층의 쇼트 위치 및 쇼트 배율을 보정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 쇼트 위치 및 쇼트 배율의 보정은 상기 소자 패턴을 구성하는 복수 쇼트의 이음부에서의 중첩 정도가 최소가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 쇼트 위치 및 쇼트 배율의 보정은 상기 소자 패턴을 구성하는 복수의 쇼트의 이음부에서의 중첩 정도를 중시해서 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 쇼트 위치 및 쇼트 배율의 보정은 상기 중첩 노광의 중첩 정도를 중시해서 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 상기 보정은 쇼트 위치의 시프트, 회전, 및 쇼트 배율인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
마스크에 형성된 패턴을 투영 광학계를 통해 기판상에 연속적으로 존재하는 복수의 영역에 이어 이동 좌표계를 따라 전사하는 노광 장치에 있어서,

서로 직교하는 제 1 축과 제 2 축으로 결정되는 이동 좌표계를 따라 상기 기판을 올려 2 차원적으로 이동하는 기판 스테이지와; 상기 기판상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 마크 검출 수단과: 상기 투영광학계의 배율을 보정하는 배율 보정 수단과; 상기 마크 검출 수단에 의해 검출된 얼라인먼트 마크의 위치 정보에 의거해 상기 제 1 축 방향 및 제 2 축 방향의 상기 기판의 신축량을 각각 산출하는 연산 수단과; 상기 연산 수단에 의해 산출된 신축량에 의거해 상기 배율 보정 수단에 의한 배율 보정량을 설정하는 설정 수단과; 상기 설정 수단에 의해 설정되는 배율 보정량에 의거해 상기 기판 스테이지의 이동을 규정하는 상기 이동 좌표계의 제 1 축 및 제 2 축의 스케일을 각각 동일량으로 변경하는 스케일 변경 수단;을 갖춘 것을 특징으로 하는 노광 장치.
복수 단위 패턴의 상을 투영 광학계에 의해 투영하고, 감광 기판을 2차원으로 이동해서 상기 감광 기판상에 상기 복수의 단위 패턴을 이어 소정의 패턴을 노 광하는 노광 방법에 있어서,

상기 감광 기판상에 제 1 층의 복수의 단위 패턴을 형성하는 단계와;

상기 제 1 층이 형성된 상기 감광 기판의 변형량을 검출하는 단계와;

상기 검출 결과에 의거해 상기 투영 광학계이 투영 배율을 보정하는 단계와;

상기 투영 배율의 보정량에 의거해 상기 감광 기판의 상기 1 차원의 각각의 이동에 관한 보정량을 거의 같게 설정하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 제 1 층의 복수의 단위의 패턴을 형성하는 단계는 상기 감광 기판에 복수의 얼라인먼트 마크를 형성하는 단계를 포함하고,

상기 감광 기판의 변형량을 검출하는 단계는 상기 복수의 얼라인먼트 마크를 검출해서 상기 변형량을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 다음 층의 복수의 쇼트의 이음부에서의 중첩 정도를 중시하고, 상기 소자 패턴에 대한 상기 다음 층의 쇼트의 중첩 오차를 작게 하기 위하여 상기 다음 층의 쇼트의 노광시 배율 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 소자 패턴에 마주보는 상기 다음 층의 쇼트의 중첩오차를 작게 하기 위하여 상기 다음 층의 쇼트의 노광시 시프트량과 회전량을 보정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 다음 층의 쇼트의 노광시의 시프트량은 상기 배율 보정에 의한 보정량과 상기 회전량에 의거해 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 노광 방법.