JP2797506B2

JP2797506B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP2797506B2
Application number: JP1226458A
Authority: JP
Inventors: 雅男茂木; 俊郎長瀬
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH0389511A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、写真食刻法（フォトリソグラフ法）に用い
られる露光装置の改良に関し、更に詳しくは、先に基板
に形成された既設パターンに後から重ねて描画パターン
を精密に形成するのに好適のレーザー露光装置に関す
る。

（従来の技術）従来から、写真食刻法に用いられる露光装置は知られ
ている。この露光装置で、たとえば、薄膜トランジスタ
（TFT）を形成する一つの方法として、第13図に示すよ
うに、清浄に洗浄された基板としてのガラス板１にクロ
ムCrの薄膜２を形成し、次にその薄膜２の上に感光性の
ポジ型レジスト膜３を形成し、そのガラス板１に図示を
略すマスクパターンを密着させ、マスクパターンを介し
てレジスト膜３を露光させて、現像によりそのレジスト
膜３の露光部４を除去し、未露光部５を残す。次に、エ
ッチングによりそのレジスト膜３が除去されたクロム薄
膜部６を溶解させ、未露光部５を除去して、クロムゲー
ト電極７を先にガラス板１に形成する。そして、そのク
ロムゲート電極７の既設パターンに重ねて絶縁用窒化シ
リコンSiNxの薄膜８を形成する。そして、この薄膜８に
ポジ型レジスト膜９を形成し、次に絶縁用窒化シリコン
膜に対応するマスクパターンを密着させ、マスクパター
ンを介してレジスト膜９を露光させる。この場合、既設
クロムゲート電極パターンとの位置合わせはマスク周辺
等に各マスク共通に形成されている位置合わせ用パター
ン（アライメントマーク）を用いて行う。

そして、現像によりそのレジスト膜９の露光部10を除
去し、エッチングによりそのレジスト膜９が除去された
窒化シリコン薄膜部を溶解させ、未露光部11を除去する
ことにより、クロムゲート電極７に対して所定の位置関
係を有する所定パターンの窒化シリコン絶縁膜12を形成
している。

このような工程を繰り返して薄膜トランジスタを形成
するのであるが、注意すべきは構成各層の位置関係であ
って、通常数μｍ以内で位置を合わせる必要がある。

（発明が解決しようとする課題）ところで、この種の薄膜トランジスタは、クリーンル
ームで製作されるものであり、そのクリーンルームの室
温は通常±１℃の範囲で管理されているのであるが、先
に基板に形成された既設パターンに後から重ねて描画パ
ターンを形成するに際して、面積の大きなもの（たとえ
ば、縦600mm、横800mmの基板）を製作しようとすると温
度の±１℃の変化が寸法的に数十μの変化となって現わ
れ、従って、基板にマスクパターンを密着させて露光す
る露光装置では、先に基板に形成された既設パターンに
対して後から形成される描画パターンの位置関係がたと
えある部分であらかじめ計画した設計データの通りであ
ったとしても、基板全域に渡って見た場合には、あらか
じめ計画した設計値通りでなく、ずれが生じるという問
題があった。

また、たとえ、クリーンルームの室温が厳密に一定温
度に管理されていたとしても、各層の成膜工程等でガラ
ス基板を加熱することが多いが、加熱温度がある程度以
上高いとガラス基板は一般的にいって収縮し、またその
収縮の程度も均一でないことがある。このため、先に基
板に形成された既設パターンに対して後から形成された
描画パターンの位置関係があらかじめ計画した設計値通
りに得られないという問題もある。

さらに、上記とは全く異なる問題として、欠陥検査の
問題が面積が大きく画素数の多いものを製作しようとす
ると生じる。すなわち、薄膜トランジスターの製造工程
は複雑で、各種欠陥が生じる割合も高い。実際、薄膜ト
ランジスタアレイの収縮は低い。しかるに、液晶ディス
プレイ等に使用される際には、ほとんど無欠陥であるこ
とが要求される。少なくとも薄膜トランジスターの各層
をパターンニングするたびに、パターン形状の欠陥検査
を行い、不良部分を修復すれば収率も高くなり、欠陥品
を後工程に流すという無駄も避けられる。従って、全数
の全面形状検査が有用となるが、そのために必要時間は
かなりのコストアップにつながるという問題を生じる。

本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、その主
目的とするところは、先に基板に形成された既設パター
ンに対して後から形成された描画パターンの位置関係を
あらかじめ計画した設計値通りに基板の全域に渡って得
ることができて、大面積のものを容易に精密に製作でき
る露光装置を提供することにある。本発明の他の目的
は、形状検査工程をできるだけ低コストで行うことにあ
る。

（課題を解決するための手段）本発明に係わる露光装置の特徴は、レーザー露光装置
を基本とし、基板に先に形成された既設パターンを実既設パターン
データとして光学的に読み取る読み取り光学系と、前記既設パターンに後から重ねて描画パターンを形成
するために前記基板に加工レーザー光を照射する加工レ
ーザー照射光学系と、前記既設パターンに対応する既設パターン設計データ
と前記描画パターンに対応する描画パターン設計データ
とを記憶するメモリを有し、前記実既設パターンデータ
と前記既設パターン設計データとを比較し位置ずれ検査
及び形状欠陥検査機能を有する比較部と、該既設パター
ン設計データに対する前記実既設パターンデータのずれ
量に基づき、前記描画パターン設計データに修正を加え
て前記加工レーザー照射光学系を少なくとも制御する制
御部と、を備えているところにある。

（作用）本発明に係わる露光装置によれば、先に基板に製作さ
れた既設パターンが読み取り光学系により実既設パター
ンデータとして読み取られる。比較部は、その実既設パ
ターンデータとメモリに記憶されている既設パターン設
計データとを比較し、形状欠陥があればその位置等を指
示し、位置ずれがある場合にはその比較結果に基づいて
描画パターン設計データに修正を加え、加工レーザー照
射光学系を制御する。

（実施例）以下に、本発明に係わる露光装置の実施例を図面を参
照しつつ説明する。

第１図〜第４図は本発明に係わる露光装置の第１実施
例を示す図であって、この第１図において、20はＸテー
ブルである。このＸテーブル20上には基板としてのガラ
ス板１が載置されている。このガラス板１はＸテーブル
20の所定の位置に位置決めセットされる。

ガラス板１には第１図、第２図に示すように既製パタ
ーンとしてのクロムゲート電極７が形成され、窒化シリ
コンSiNxの薄膜８がそのゲート電極７の上に形成され、
その窒化シリコンSiNxの薄膜８の上にはレジスト膜９が
形成されている。また、ガラス板１には、ガラス板１に
対するクロムゲート電極７のＸ及びＹ方向の相対位置を
決定するための位置決めマーク24、24が第３図に示すよ
うに形成されている。なお、第１図〜第３図では、ガラ
ス板１に形成されているクロムゲート電極７の本数、間
隔が異なっているが概念的に示したものであり、同一形
状、同一間隔であると了解されたい。

Ｘテーブル20はＸテーブル駆動装置25によって矢印Ｘ
−Ｘ′方向に往復駆動される。そのＸテーブル駆動装置
25は比較・演算制御回路部26からの出力情報によって制
御される。Ｘテーブル20の上方には、露光光学系が設け
られている。この露光光学系は、読取り光学系27と加工
レーザー照射光学系28とから構成されている。読取り光
学系27は、基板に先に形成された既設パターンを実既設
パターンデータとして光学的に読み取る役割を果たすも
ので、読取り用レーザー光源29、斜設のハーフミラー3
0、シリンドリカルレンズ29′、ポリゴンミラー31、Ｆ
θレンズ30′、全反射ミラー32、シリンドリカルレンズ
33、検出器34から大略構成されている。加工レーザー照
射光学系28は既設パターンに後から重ねて描画パターン
を形成するために前記基板に加工レーザー光を照射する
役割を果たし、加工レーザー光源35、シリンドリカルレ
ンズ35′、ポリゴンミラー31′、Ｆθレンズ32′、全反
射ミラー28′、シリンドリカルレンズ33′から大略構成
されている。なお、符号O₁は加工レーザー照射光学系28
の光軸であり、符号O₂は読み取り光学系27の照射系の光
軸であり、符号O₃はその読取り光学系27の反射系の光軸
である。反射系の光軸O₃は照射系の光軸O₂に対して傾け
られている。これは、ガラス板１に対して反射系の光軸
O₃を垂直にすると、反射光がガラス板１に対して直角の
ときに、検出器34で受光される反射光の光量が極端に大
きくなるからである。その加工レーザー光源35から出射
される加工レーザー光はレジスト膜９を露光させる性質
を有し、その読取り用レーザー光源29から出射されるレ
ーザー光はレジスト膜９を感光させない性質を有し、加
工レーザー光と読取り用のレーザー光の波長とは異なっ
ている。

比較・演算制御回路部26は既設パターンとしてのクロ
ムゲート電極パターンに対応する既設パターン設計デー
タを記憶するメモリ37と既設パターンに後から重ねて形
成される描画パターンとしての窒化シリコン膜パターン
に対応する描画パターン設計データを記憶するメモリ38
との間で情報の授受を行う一方、検出器34からの読取り
出力がデータとして入力されている。既設パターン設計
データとしては、たとえば、位置決めマーク24から各ク
ロムゲート電極７までのＸ方向の距離を用いる。また、
描画パターン設計データとしては、たとえば、既設パタ
ーン設計データに対して形成すべき位置関係のデータを
用いる。比較・演算制御回路部26の比較部は検出器34か
らの信号と既設パターン設計データとを比較し、形状欠
陥検査を行い欠陥位置の表示等を行う。

比較・演算制御回路部26はポリゴンミラー31を駆動す
るポリゴンミラー駆動装置36、36′とＸテーブル駆動装
置25と加工レーザー光源35とを少なくとも制御する機能
を有し、比較・演算制御回路部26にはポリゴンミラー駆
動装置36、36′からの回転位置基準信号が入力される。
ポリゴンミラー31を回転させると、第２図に示すように
読取りレーザー光学系27のレーザー光P₁を用いてクロム
ゲート電極７が先行して操作される。このレーザー光P₁
に基づく先行走査により、Ｘ方向先方側の位置合わせマ
ーク24からクロムゲート電極７までのＸ方向距離（位
置）が検出される。これは、たとえば、検出器34にポジ
ションセンサーを用いることによって達成される。すな
わち、Ｘテーブル20が所定の位置にあるときを基準とし
て、Ｘ方向先方側の位置合わせマーク24がレーザー光P₁
のＹ方向走査のどの位置にあるかを知るためにガラス板
１をレーザー光P₁を用いて走査する。このレーザー光P₁
の走査において、レーザー光P₁が位置合わせマーク24の
形成箇所を横切ると、その部分からの反射光量がたとえ
ば増加する。このレーザー光P₁の反射光が検出器34によ
り受光される。検出器34の中央位置から縦横にずれた位
置で反射光が結像されれば、そのずれ位置に関する出力
情報が演算制御回路部26に入力される。従って、演算制
御回路部26はＸ方向先方側の位置合わせマーク24が、
Ｘ、Ｙ方向のどの位置で検出されたか否かを知ることが
できることになる。

そして、比較・演算制御回路部26はＸテーブル20をＸ
方向に所定量駆動する。これにより、ガラス板１上での
レーザー光P₁による走査箇所が変更される。クロムゲー
ト電極７が形成されていない箇所では、たとえば、反射
率が低いために検出器34からは出力情報が得られない。
そして、レーザー光P₁が第１番目のクロムゲート電極７
上を走査するに至ると検出器34に入射する。この検出器
34によって位置合わせマーク24から第１番目のクロムゲ
ート電極７までのＸ方向の位置が求められる。同様にＹ
方向についても所定間隔毎に位置データを得る。

このようにして得られる位置合わせマーク24からクロ
ムゲート電極７までの位置データ（Ｘ位置、Ｙ位置）を
実既設パターンデータとして用い、この実際に読み取っ
た実既設パターンデータとメモリ37に記憶されている既
設パターン設計データとを比較し、既設パターン設計デ
ータに対する実既設パターンデータのずれ量を算出し、
描画パターン設計データに修正を加えて加工レーザー照
射光学系28を制御する。

たとえば、第４図に示すように、本来であれば、位置
合わせマーク24からＸ方向に距離X₁離れたところに第１
クロムゲート電極７（実線で示す）があるとし、そのＸ
方向の幅をX₃とすると、この距離X₁、幅X₃に関するデー
タが既設パターン設計データとしてメモリ37に記憶され
ている。また、窒化シリコン成形膜12（二点鎖線を参
照）をクロムゲート電極７に対してX₂＋X₃＋X₄の幅で形
成したいと計画したとすると、描画パターン設計データ
としてX₁−X₂、X₁＋X₃＋X₄がメモリ38に記憶される。と
ころが、実際にはガラス板１に形成されている第１クロ
ムゲート電極７までの距離はX₅であったとする。する
と、この情報が検出器34により比較・演算制御回路部26
に入力され、比較・演算制御回路部26はそのX₅−X₁の差
を求め、この差に基づき描画パターン設計データを修正
し、この修正データに基づき加工レーザー光源36が制御
される。

この説明においては、Ｙ方向のデータを固定として説
明したが、所定間隔毎にＹ方向のデータも得るものであ
る。

このようにして、加工レーザー照射光学系28を用いて
所望の描画パターンが形成されるように露光させた後
は、従来と同様にその加工レーザー光P₂により露光され
たポジ型レジスト膜９の露光部を現像により除去し、エ
ッチングによりそのレジスト膜９が除去された部分の窒
化シリコンSiNxを溶解し、所望の描画パターンを形成す
る。

これによって、先に基板に形成された既設パターンに
対して後から形成された描画パターンの位置関係をあら
かじめ計画した設計値通りに基板の全域に渡って得るこ
とができて、大面積のものを容易に精密に製作できる。

第５図は第１実施例とは異なる他の形状の既設パター
ンに他の形状の描画パターンを後から重ねて形成する例
を示すもので、まず、先行して読取り用のレーザー光P₁
を用いてガラス板１を走査してＸ方向の位置合わせマー
ク（図示を略す）から既設パターン40までの位置を検出
し、実既設パターンデータを得る。これをメモリ37に記
憶されている既設パターン設計データと比較する。次
に、既設パターン設計データに対する実既設パターンデ
ータのずれ量を算出し、描画パターン設計データに修正
を加える。そして、その修正データに基づき加工レーザ
ー光源35を制御する。これによって、加工用のレーザー
光P₂がガラス板１のレジスト膜９に照射され、レジスト
膜９が感光される。ここで、レーザー光P₂のスポット41
は第６図に示すように重ね合わせて照射することが、レ
ーザーがパルス発振の場合、露光させたい部分が未露光
となるのを避ける意味で特に望ましい。なお、第５図に
おいて、42は既設パターン40に後から重ねて形成される
描画パターンである。

第７図〜第12図は本発明に係わる露光装置の第２実施
例を示す図であって、検出器としてCCDカメラを用いる
構成としたものであり、この第２実施例のものでは、読
取り光学系27は、照明光源50、投光レンズ51、ハーフミ
ラー52、53、対物レンズ33、合焦レンズ54、検出器34か
ら概略構成され、加工レーザー照射光学系28は、加工レ
ーザー光源35、集光レンズ55、ガルバノミラー56、ガル
バノミラー駆動装置56′、ハーフミラー53から概略構成
されている。

この第２実施例の露光装置では、ガラス板１はXYテー
ブル20′上に位置決めセットされ、XYテーブル20′はXY
テーブル駆動装置25′によってXY方向に駆動される。ま
た、加工レーザー光P₂はガルバノミラー56によってXY方
向に走査される。ここでは、検出器34として用いられる
CCDカメラは第８図〜第12図に示すようにガラス板１の
小区域Ｓを撮影できるようにされている。この小区域の
境界部分は隣接する小区域の境界部分と若干オーバーラ
ップしている。このCCDカメラによって小区域Ｓ毎に実
既設パターンデータが得られる。

たとえば、第８図において、斜線で示す部分は、実既
設パターン60を示している。これに対して、61は既設パ
ターン設計データに基づきその小区域Ｓに形成される原
既設パターンを示している。また、第８図において、62
は原既設パターンに対して加工レーザー光により露光さ
れるべき箇所を示している。

比較・演算制御回路部26はこの小区域Ｓの実既設パタ
ーンデータをその小区域Ｓに対応する既設パターン設計
データに対応させてそのずれ量を比較する。そして、こ
のずれ量に基づき描画パターン設計データを修正する。
すなわち、第８図に示すように、原既設パターン61に対
して実既設パターン60がずれていた場合には、それに対
応して加工レーザー光が照射されるように描画パターン
設計データが修正される。

そして、比較・演算制御回路部26はこの修正された描
画パターン設計データに基づき加工レーザー光源35、ガ
ルバノミラー56を制御する。すなわち、加工レーザー光
P₂はそのカルバノミラー56によって第９図に示すように
Ｙ方向に走査され、Ｘ方向に順次走査位置が変更され
る。このようにして、第１番目の小区域Ｓの実既設パタ
ーンに後から重ねて描画パターンが形成されるようにレ
ジスト膜９が露光される。第８図には、実際に露光され
る箇所が符号63として示されている。

そして、第１番目の小区域Ｓの露光が完了すると、比
較・演算制御回路部26はXYテーブル20′をＸ方向に駆動
し、第２番目の小区域ＳがCCDカメラの視野に入るよう
にする。そして、第１番目の小区域と同様にレジスト膜
９を露光させる。そして、第２番目の小区域Ｓの露光が
完了すると、同様にしてXYテーブル20′をＸ方向に移動
させ、第３番目の小区域Ｓの露光が完了すると、比較・
演算制御回路部26はXYテーブル20′をＹ方向に駆動し、
第４番目の小区域ＳがCCDカメラの視野に入るようにす
る。このようにして、ガラス板１の全域を露光し、描画
パターンを形成する。

以下に、本発明に係わる露光装置の使用例を説明す
る。

新たにパターンを形成しようとする層がアルミニウム
Al、クロムCr、その他の物質からなる不透明な層である
場合、実施例１、２に記載の露光装置を用いて同様の方
法で実施することができない。この場合には、公知のリ
フトオフ法を用いることができる。すなわち、新たにパ
ターンを形成する層（不透明な層）を成膜する前に、レ
ジスト膜既設パターンの上に形成し、実施例１、２に記
載の方法に従って露光し、レジストパターンを形成す
る。ただし、今度は新たに形成しようとするパターン部
分のレジストが溶解してなくなるようにする。そして、
露光−現像後、新たに形成しようとする層を成膜した。
そして、次に、上記レジストパターンを溶解すると、レ
ジスト上の新たなパターン膜も剥離し、レジスト層のな
い部分に必要なパターン部分が形成できた。

新たに形成しようとする層が不透明であったり、その
下部の層が何層も重なり合って、位置の読み取りが難し
くなった場合、位置読み取りを基板の裏面から行い、第
１層（最初の層）のパターンを読み取り、これを既設位
置データとして使用しても問題を生じなかった。

位置データとして検出すべき既設パターンが透明であ
って位置検出ができない場合は、それよりも下の既設パ
ターンを読み取って、これを既設位置データとして使用
することができた。

既設パターンを全て読み取って位置データを得るのは
時間がかかるので、代表点の位置を検出して露光を行っ
たが、問題を生じなかった。代表点としてはパターン内
の適当な点を選ぶことができるが、基板周辺部に設けた
多数のアライメントマークを用いることもできる。この
アライメントマークが形成された部分に薄膜が形成され
ないようにマスクをしておくと、不透明層のパターンニ
ングにほとんどの場合、充分な位置精度で露光を行うこ
とができた。

位置読取り信号を設計パターンと詳細に照合すること
によって、実既設パターンの欠陥を検出することができ
た。よって、本発明に係わる露光装置を用いれば、欠陥
検査も同時に行うことができ、能率が向上する。また、
不良品を加工するという無駄、手間を省くことができ
る。

以上、要するに、本発明に係わる露光装置の技術的思
想は、一つの基板上に複数層のパターンを形成するに際
して、各種原因による各層の位置ずれを防ぐため、基板
に先に形成されている既設パターンの位置を読み取っ
て、その読取り情報に基づきその既設パターンの上に重
ねて形成される描画パターンの描画パターン設計データ
に修正を加えて加工レーザーを少なくとも制御するもの
であり、この発明の趣旨を損なわない範囲内で、各種の
実施例が考えられるものである。例えば、薄膜トランジ
スタ製造を例示したが、その他の積層パターンを必要と
する半導体デバイスプリント回路板にも使用できる。

（発明の効果）本発明に係わる露光装置は、以上説明したように、先
に形成された既設パターンの実既設パターンデータを読
み取り、この実既設パターンデータと原既設パターンデ
ータとに基づき原描画パターンに修正を加えて、先に基
板に形成された既設パターンに対して後から形成された
描画パターンの位置関係を基板の全域に渡ってあらかじ
め計画した設計値通りに得ることができ、また、形状欠
陥検査も行うことができるので、大面積のものを容易に
精密に高収率、低コストで製作できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係わる露光装置の第１実施例
を示す図であって、第１図は本発明に係わる露光装置の
概略構成を示す光学図、第２図はその露光装置の基板への露光状態を説明するた
めの斜視図、第３図は第１図に示すガラス板の平面図、第４図はその第１図に示す露光装置の作用説明に用いた
説明図、第５図は異なる既設パターンに異なる描画パターンを形
成する場合の説明図、第６図は加工レーザー光のスポットの重なりを示す図、第７図〜第12図は本発明に係わる露光装置の第２実施例
を示す図であって、第７図はその露光装置の概略構成を示す図、第８図はその露光装置により既設パターンと描画パター
ンとを製作する場合の説明図、第９図〜第12図は小区域ごとに描画パターンを形成する
場合の説明図、第13図は薄膜トランジスタの形成の一例を示す断面図、である。１……ガラス板７……クロムゲート電極９……レジスト膜 27……読み取り光学系 28……加工レーザー照射光学系 26……比較・演算制御回路部（制御部） 31……ポリゴンミラー 37、38……メモリ

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−62122（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−222838（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−289815（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−84833（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−66257（ＪＰ，Ａ) 特開平２−204746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に先に形成された既設パターンを実既
設パターンデータとして光学的に読み取る読み取り光学
系と、前記既設パターンに後から重ねて描画パターンを形成す
るために前記基板に加工レーザー光を照射する加工レー
ザー照射光学系と、前記既設パターンに対応する既設パターン設計データと
前記描画パターンに対応する描画パターン設計データと
を記憶するメモリを有し、前記実既設パターンデータと
前記既設パターン設計データとを比較する比較部と、該
既設パターン設計データに対する前記実既設パターンデ
ータのずれ量に基づき、前記描画パターン設計データに
修正を加えて前記加工レーザー照射位置を制御する制御
部と、を少なくとも備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記読み取り光学系は、前記基板に形成さ
れた既設パターンを読み取るCCDカメラを備えているこ
とを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記比較部は、既設パターンの形状欠陥検
査機能を有していることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の露光装置。