JP3601174B2

JP3601174B2 - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP3601174B2
Application number: JP08580996A
Authority: JP
Inventors: 智弘勝目; 典彦原; 政光柳原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-03-14
Also published as: JPH09251208A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置及び露光方法に関し、例えば液晶表示装置を製造するための感光基板に大面積のパターンを露光する際に適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感光基板に大面積のパターンを露光する際には、所望の面積に達するまで部分パターンを繰り返し露光していた。一方、液晶表示装置を製造するための感光基板は、近年大面積化が所望されている。このため露光装置に対しては、単位時間当たりの露光領域の拡大が望まれていた。この単位時間当たりの露光領域を拡大するため、複数の投影光学系を備えた走査型露光装置が提案されている。
【０００３】
この走査型露光装置は、複数の照明光学系が設けられており、それぞれの照明光学系から射出された光束でマスク上の異なる小領域（照明領域）をそれぞれ照明する。因みに、この走査型露光装置の照明光学系は、光源から射出されフライアイレンズ等を含む光学系を介して光量を均一化した光束を視野絞りによつて所望の形状に整形してマスクのパターン面上を照明する。
続いてこの走査型露光装置は、照明されたマスク上のパターン像を複数の投影光学系のそれぞれを介して感光基板上の異なる投影領域に投影して結像する。この走査型露光装置は、マスクと感光基板とを同期して、照明光学系及び投影光学系に対して走査して、マスク上のパターン領域の全面を感光基板上に転写する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、感光基板にマスク上のパターンを転写する際のレジストの露光量には適正値がある。露光量は光源から射出された光束の照度と露光時間との積すなわち露光量＝基板面上の露光照度×露光時間で表される。光源から射出された光束の照度は光源の輝度に比例して増減する。また光源の輝度は、使用初期に最大であり使用時間に応じて減少する。
このため光源の輝度が大きい場合、上述の走査型露光装置は、露光時間を短くするため、マスク及び基板の走査速度を上げる必要がある。これに対して、光源の輝度が小さくなると、上述の走査型露光装置は、感光基板上のレジストに対して一定露光量を得るように走査速度を下げる必要が有る。
【０００５】
ところが、光源の輝度は製造誤差により一般的に不均一である。また照明光学系及び投影光学系に対するマスク及び基板の走査速度は、制御系の特性により一般に上限が有る。すなわち走査速度だけの制御によつて露光時間を短くするには限界が有る。
このため、上限の走査速度によつて対応できない程に光源の輝度が大き過ぎると、上限の走査速度による露光時間と適正露光に必要な走査速度による露光時間との差分が過剰露光時間となつて、マスクのパターンを感光基板に正確に転写できなくなるという問題があつた。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、照明光学系に対する感光基板の走査速度の制御だけで露光量を適切値に調節できない程に光源の輝度が過大であつても、感光基板に適正な露光量を与え得る露光装置及び露光方法を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、一実施例を表す図２に対応付けて説明すると、請求項１に記載の露光装置では、複数の超高圧水銀ランプ１０からそれぞれ射出された複数の光束Ｌ６〜Ｌ８を光ガイド１４によつて集光した後に光ガイド１４によつて分割して得た複数の光束Ｌ１〜Ｌ５によつて、パターンが形成されたマスク上の互いに異なる複数の照明領域Ｍ１〜Ｍ５をそれぞれ照明する照明光学系２と、複数の照明領域Ｍ１〜Ｍ５に対応して配置された複数の投影光学系４Ａ〜４Ｅとを有し、複数の照明領域Ｍ１〜Ｍ５のそれぞれの像を複数の投影光学系４Ａ〜４Ｅのそれぞれを介して感光基板５上に投影する露光装置において、複数の超高圧水銀ランプ１０が射出したそれぞれの光束Ｌ６〜Ｌ８を開口率で規制する複数のシヤツタ１２と、光束Ｌ１〜Ｌ５の照度を検出する光検出素子２１と、照度信号Ｓ１〜Ｓ５に基づいて、複数のシヤツタ１２によるそれぞれの開口率と、複数の光束Ｌ１〜Ｌ５の照度とを対応付けて照度データＳ６として記憶するメモリ２３と、メモリ２３に記憶した照度データＳ６に基づいて、光束Ｌ１〜Ｌ５の照度が所定値となるように、光束Ｌ１〜Ｌ５中の任意の光束成分を射出している超高圧水銀ランプ１０が射出する光束Ｌ６〜Ｌ８を開口率で規制するようにシヤツタ１２を制御する制御部２２とを設けるようにする。
【０００８】
請求項２に記載の露光装置では、光ガイド１４は、複数の光フアイバを束ねて構成されている。
請求項３に記載の露光装置では、シヤツタ１２は、光束Ｌ_６〜Ｌ_８を通過させる開口部の開口率を制御して、光束Ｌ_６〜Ｌ_８を規制する。
請求項４に記載の露光装置では、複数の投影光学系４Ａ〜４Ｅの一部４Ａ、４Ｃ及び４Ｅは、光軸がＹ方向に沿つて一列に配置されており、複数の投影光学系４Ａ〜４Ｅの他の一部４Ｂ及び４Ｄは、光軸が複数の投影光学系の一部４Ａ、４Ｃ及び４Ｅと平行に、かつ所定間隔をおいて一列に配置されており、Ｙ方向とほぼ直交し、かつ感光基板５の面内方向にマスク３と感光基板５とを同期して走査する。
【０００９】
請求項５に記載の露光装置では、第１及び第２の超高圧水銀ランプ１０からそれぞれ射出された光束Ｌ_６及びＬ_７を光ガイド１４によつて集光した後に光ガイド１４によつて分割して得た第１及び第２の光束Ｌ_１及びＬ_２によつて、パターンが形成されたマスク５上の互いに異なる第１及び第２の照明領域Ｍ１及びＭ２をそれぞれ照明し、第１及び第２の照明領域Ｍ１及びＭ２のそれぞれの像を第１及び第２の投影光学系４Ａ及び４Ｂをそれぞれ介して感光基板５上に投影する露光方法において、第１の超高圧水銀ランプ１０から射出された光束Ｌ_６を開口率で規制する第１のシヤツタ１２による光束Ｌ_６に対する開口率毎に、第１及び第２の光束Ｌ_１及びＬ_２の照度を検出する第１の処理と、第２の超高圧水銀ランプ１０から射出された光束Ｌ_７を開口率で規制する第２のシヤツタ１２による光束Ｌ_７に対する開口率毎に、第１及び第２の光束Ｌ_１及びＬ_２の照度を検出する第２の処理と、第１及び第２の処理による照度信号Ｓ１及びＳ２に基づいて、第１及び第２のシヤツタ１２によるそれぞれの開口率と、第１及び第２の光束Ｌ_１及びＬ_２の照度とを対応付けて照度データＳ６として記憶する第３の処理と、パターンを感光基板５上に投影する際に、第１及び第２の光束Ｌ_１及びＬ_２の照度を均一にするよう、第３の処理による照度データＳ６に基づいて、第１及び第２のシヤツタ１２を制御する第４の処理とを設ける。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１１】
図１は全体として走査型露光装置１を示し、大面積のパターンを一次元の走査だけで露光する。走査型露光装置１は、照明光学系２から照度を均一化した５つの光束Ｌ_１〜Ｌ_５を射出し、この光束Ｌ_１〜Ｌ_５によつてマスク３上のそれぞれ異なる小さな照明領域Ｍ１〜Ｍ５を照明する。走査型露光装置１は、マスク３を透過した複数の光束をそれぞれ異なる投影光学系４Ａ〜４Ｅを介して、液晶表示装置を製造するための感光基板５上に投影して、異なる５つの投影領域Ｐ１〜Ｐ５に照明領域Ｍ１〜Ｍ５のパターン像を結像させる。
【００１２】
因に、感光基板５上の投影領域Ｐ１〜Ｐ５は、隣り合う投影領域（例えばＰ１とＰ２、Ｐ２とＰ３）がＸ方向に互いに所定距離隔てられていると共に、隣り合う投影領域の端部同士がＸ方向と直交したＹ方向に重複するように配置されている。このため、投影光学系４Ａ〜４Ｅもそれぞれの投影領域Ｐ１〜Ｐ５の配置に対応してＸ方向に所定距離隔てられていると共に、Ｙ方向に重複して配置されている。
【００１３】
投影光学系４Ａ〜４Ｅはいずれも等倍正立系であり、その配置はマスク３上の照明領域Ｍ１〜Ｍ５と同じ配置となる。従つて、照明領域Ｍ１〜Ｍ５のパターン像が結像される投影領域Ｐ１〜Ｐ５の配置は照明領域Ｍ１〜Ｍ５と同様である。照明光学系２の光束Ｌ_１〜Ｌ_５の光軸の平面配置は、マスク３上の照明領域Ｍ１〜Ｍ５と同様に配置されている。
【００１４】
マスク３と感光基板５とは互いに対面した状態でステージ保持台６に一体に保持されている。これによりマスク３と感光基板５とは、相互の位置が一定となるように機械的に結合されていることになる。ステージ保持台６には、走査方向（Ｘ方向）に長ストロークで駆動する駆動装置が設けられている。
走査のとき走査型露光装置１は、この駆動装置によつてステージ保持台６をＸ方向へ駆動して、マスク３及び感光基板５を照明光学系２及び投影光学系４Ａ〜４Ｅに対して一次元に同期走査させる。この同期走査によつてマスク３におけるパターン領域３Ａの全面の像を感光基板５の感光面５Ａに転写することができる。
【００１５】
マスク３はステージ保持台６上に配置されたマスクステージ７に支持されており、複数の微動アクチユエータ（図示せず）によつてマスク３の面内方向の任意の位置に位置決めされる。これにより、走査型露光装置１は、この微動アクチユエータで位置決めして、投影光学系４Ａ〜４Ｅに対するステージ保持台６の傾きに起因したパターン像の位置ずれを補正することができる。
【００１６】
図２に示すように、照明光学系２は、例えば３つの超高圧水銀ランプ１０が配設されており、この超高圧水銀ランプ１０からそれぞれ射出された光束Ｌ_６〜Ｌ_８を楕円鏡１１、シヤツタ１２、レンズ系１３を介して、複数の光フアイバを束ねて構成された光ガイド１４に入射して集光する。
照明光学系２は、集光した光束Ｌ_６〜Ｌ_８を光ガイド１４によつて５つの光束Ｌ_１〜Ｌ_５に分割し、分割して得たそれぞれの光束Ｌ_１〜Ｌ_５を射出部内のフライアイレンズ（図示せず）によつて照度を均一化して射出させる。
因みに、シャッタ１２は通常の照明光学系の構成でも使用されており、部品点数を増加させることはない。
【００１７】
続いて、照明光学系２は、例えば光束Ｌ_１をハーフミラー１５、コンデンサレンズ１６を介して視野絞り１７に照射し、この視野絞り１７によつて光束Ｌ_１を所望の形状にそれぞれ整形する。照明光学系２は、整形した光束Ｌ_１をリレーレンズ１８及び１９を介してマスク３のパターン面上に照射して視野絞り１７の像を形成する。
【００１８】
照明光学系２は、光ガイド１４の出射端とコンデンサレンズ１６との間にハーフミラー１５が設けられており、光束Ｌ_１の一部を光検出素子２１に入射する。照明光学系２は、光束Ｌ_２〜Ｌ_５も光束Ｌ_１と同様に処理してマスク３のパターン面上に照射すると共に、それぞれの光束Ｌ_２〜Ｌ_５の一部を光検出素子２１に入射する。
【００１９】
照明光学系２は、ハーフミラー１５、レンズ系２０を介して光検出素子２１に与えた一部の光束のそれぞれの照度に応じて照度信号Ｓ１〜Ｓ５を光検出素子２１に生成させ、この照度信号Ｓ１〜Ｓ５を制御部２２に与える。照明光学系２は、照度信号Ｓ１〜Ｓ５に基づいて、それぞれの光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度を制御部２２で求め、それぞれのシヤツタ１２の開口率と対応付けて生成した照度データＳ６をメモリ２３に記憶する。
【００２０】
照明光学系２は、メモリ２３に記憶した照度データＳ６を制御部２２に読み出し、この照度データＳ６に基づいて制御部２２で生成した制御信号Ｓ７〜Ｓ９をそれぞれシヤツタ制御部２４〜２６に与える。
これにより、照度が適正値を越えるとき、照明光学系２は、制御部２２によつて３つのシヤツタ１２のそれぞれの開口率を調節して、光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度を適正値まで減少させると共に、光束Ｌ_２〜Ｌ_５の相互間の照度を均一化させる。
【００２１】
ここで、照度データＳ６を得る際、照明光学系２は、例えば図３に示す照度データ獲得手順に従つて動作する。すなわち照明光学系２は、ステツプＳＰ０から入り、ステツプＳＰ１においてパラメータＭをクリアしてステツプＳＰ２に移る。ステツプＳＰ２において、照明光学系２は、Ｎ（ここでは３）個の光源すなわち超高圧水銀ランプ１０の全シヤツタ１２を全開して開口率を１００％に設定し、ステツプＳＰ３に移る。
【００２２】
ステツプＳＰ３において、照明光学系２は、この設定での光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度を検出すると、ステツプＳＰ４に移り、このときの光束Ｌ_１〜Ｌ_５のそれぞれの照度を３つのシヤツタ１２の開口率と対応付けて記憶する。続いて、照明光学系２は、ステツプＳＰ５に移り、パラメータＭをＭ＋１にインクリメントしてステツプＳＰ６に移る。ステツプＳＰ６において、照明光学系２は、Ｍ（ここでは１）番目の超高圧水銀ランプ１０のシヤツタ１２を閉じて開口率を０％に設定してステツプＳＰ７に移る。
【００２３】
ステツプＳＰ７において、照明光学系２は、光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度を検出すると、ステツプＳＰ８に移りこのときの光束Ｌ_１〜Ｌ_５のそれぞれの照度を３つのシヤツタ１２の開口率と対応付けて記憶する。続いて、照明光学系２は、ステツプＳＰ９に移りパラメータＭがＭ＝Ｎを満たすか否かを判断する。
ステツプＳＰ９において否定結果を得ると、照明光学系２は、全ての超高圧水銀ランプ１０のシヤツタ１２の開口率に対応した照度を検出していないと判断してステツプＳＰ１０に移る。ステツプＳＰ１０において、照明光学系２は、Ｍ（ここでは１）番目の超高圧水銀ランプ１０のシヤツタ１２の開口率を再び１００％に設定してステツプＳＰ５に戻り、上述の手順を繰り返す。
【００２４】
やがて、ステツプＳＰ９において肯定結果を得ると、照明光学系２は、全ての超高圧水銀ランプ１０のシヤツタ１２の開口率に対応した照度を検出したと判断して、ステツプＳＰ１１に移り、照度データ獲得手順を終了する。
このようにして得た開口率１００％のときの光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度と、開口率０％のときの光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度との差分を総合することによつて、照明光学系２は、開口率を制御したシヤツタ１２に対応した超高圧水銀ランプ１０が射出した光束Ｌ_６〜Ｌ_８のそれぞれの照度を検出することができる。
【００２５】
またこの光束Ｌ_６〜Ｌ_８のそれぞれの照度が分かると、照明光学系２は、この光束Ｌ_６〜Ｌ_８を分割して得た２次光束である光束Ｌ_１〜Ｌ_５への光束Ｌ_６〜Ｌ_８のそれぞれの分割率を上述した差分に基づいて検出することができる。この分割率は、光ガイド１４の構成を変更しない限り一定であることが明らかである。
【００２６】
以上の構成において、照明光学系２は、例えば１ロツトの感光基板５を露光する前やランプ交換直後に、それぞれの３つの超高圧水銀ランプ１０に対応した照度データＳ６を得てメモリ２３に記憶しておく。
照明光学系２は、照度データＳ６を得る際に、光束Ｌ_１〜Ｌ_５のいずれかの照度が所定値を越えていることを検出すると、いずれかの超高圧水銀ランプ１０の輝度が過大であると判断して、光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度を校正する。
【００２７】
すなわち、照明光学系２は、露光直前に獲得した照度データＳ６をメモリ２３から読み出し、３つの超高圧水銀ランプ１０が射出する光束Ｌ_６〜Ｌ_８の照度と、３つのシヤツタ１２の開口率と、光束Ｌ_１〜Ｌ_５への光束Ｌ_６〜Ｌ_８のそれぞれの分割率とに基づいて、３つのシヤツタ１２に対する最適な開口率の組合せを設定する。
【００２８】
これにより、いずれかの超高圧水銀ランプ１０の輝度が過大であつて、かつ走査速度の調整だけで露光量を適切値に調節することが困難である状態でも、感光基板５の全面に亘つて均一な照度の光束で照明して適正露光量で感光基板５に露光できることになる。
【００２９】
以上の構成によれば、複数の超高圧水銀ランプ１０から射出されたそれぞれの光束Ｌ_６〜Ｌ_８を規制するシヤツタ１２の開口率と、光束Ｌ_６〜Ｌ_８を光ガイド１４によつて集光及び分割して得た光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度とを対応付けてメモリ２３に記憶した照度データＳ６に基づいて、露光前に３つのシヤツタ１２に最適な開口率の組合せを設定することにより、照明光学系２に対する感光基板の走査速度の制御だけで露光量を適切値に調節できない程に超高圧水銀ランプ１０の輝度が過大であつても、感光基板５に適正な露光量を与えることができる。
【００３０】
なお上述の実施例においては、液晶表示装置を製造するための感光基板５に露光する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、任意の感光基板、例えば半導体素子を製造するための感光基板に露光する場合にも適用し得る。
【００３１】
また上述の実施例においては、本発明を５つの投影光学系４Ａ〜４Ｅを有する走査型露光装置に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、投影光学系を５つ以外の任意の数だけ配置した露光装置にも適用し得る。
【００３２】
さらに上述の実施例においては、本発明を１次元にだけ走査して露光する露光装置１に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、２次元に走査して露光する露光装置にも適用できる。
【００３３】
さらに上述の実施例においては、露光前に２次光束である光束Ｌ_１〜Ｌ_５の照度を校正する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、露光中に１次光束を規制して、２次光束の照度を制御する場合にも適用できる。
【００３４】
さらに上述の実施例においては、光束Ｌ_６〜Ｌ_８を規制するため、シヤツタ１２の開口率を制御する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光束を規制する光束規制手段は任意の構成のもので良い。
【００３５】
さらに上述の実施例においては、光ガイド１４によつて光束を集光及び分割する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、任意の構成の光学系によつて光束を集光及び分割する場合にも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、複数の光源から射出されたそれぞれの１次光束を規制する光束規制手段の規制状態と、１次光束を光伝送路によつて集光及び分割して得た２次光束の照度とを対応付けて記憶手段に記憶した記憶結果に基づいて、複数の光束規制手段に最適な規制状態の組合せを設定することにより、照明光学系に対する感光基板の走査速度の制御だけで露光量を適切値に調節できない程に光源の輝度が過大であつても、感光基板に適正な露光量を与え得る露光装置及び露光方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光装置及び露光方法の一実施例による走査型露光装置を示す斜視図である。
【図２】実施例による照明光学系の構成の説明に供する略線図である。
【図３】実施例による照度データ獲得手順の説明に供するフローチヤートである。
【符号の説明】
１……走査型露光装置、２……照明光学系、３……マスク、３Ａ……パターン領域、４Ａ〜４Ｅ……投影光学系、５……感光基板、５Ａ……感光面、６……ステージ保持台、７……マスクステージ、１０……超高圧水銀ランプ、１１……楕円鏡、１２……シヤツタ、１３……レンズ系、１４……光ガイド、１５……ハーフミラー、１６……コンデンサレンズ、１７……視野絞り、１８、１９……リレーレンズ、２０……レンズ系、２１……光検出素子、２２……制御部、２３……メモリ、２４〜２６……シヤツタ制御部、Ｌ_１〜Ｌ_８……光束、Ｐ１〜Ｐ５……投影領域、Ｍ１〜Ｍ５……照明領域。

Claims

複数の光源からそれぞれ射出された複数の１次光束を光伝送路によつて集光した後に前記光伝送路によつて分割して得た複数の２次光束によつて、パターンが形成されたマスク上の互いに異なる複数の領域をそれぞれ照明する照明光学系と、該複数の領域に対応して配置された複数の投影光学系とを有し、該複数の領域のそれぞれの像を前記複数の投影光学系のそれぞれを介して感光基板上に投影する露光装置において、
前記複数の光源が射出したそれぞれの前記１次光束を規制する複数の光束規制手段と、
前記２次光束の照度を検出する照度検出手段と、
前記検出結果に基づいて、前記複数の光束規制手段によるそれぞれの規制状態と、前記複数の２次光束の照度とを対応付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された記憶結果に基づいて、前記２次光束の照度が所定値となるように、該２次光束中の任意の光束成分を射出している前記光源が射出する前記１次光束を規制するように前記光束規制手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
前記光伝送路は、複数の光フアイバを束ねて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記光束規制手段は、前記１次光束を通過させる開口部の開口率を制御して、前記１次光束を規制することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記複数の投影光学系の一部は、光軸が第１の方向に沿つて一列に配置されており、
前記複数の投影光学系の他の一部は、光軸が前記複数の投影光学系の一部と平行に、かつ所定間隔をおいて一列に配置されており、
前記第１の方向とほぼ直交し、且つ前記感光基板の面内方向に前記マスクと前記感光基板とを同期して走査することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
第１及び第２の光源からそれぞれ射出された１次光束を光伝送路によつて集光した後に前記光伝送路によつて分割して得た第１及び第２の２次光束によつて、パターンが形成されたマスク上の互いに異なる第１及び第２の領域をそれぞれ照明し、該第１及び第２の領域のそれぞれの像を第１及び第２の投影光学系をそれぞれ介して感光基板上に投影する露光方法において、
前記第１の光源から射出された前記１次光束を規制する第１の光束規制手段による該１次光束に対する規制状態毎に、前記第１及び第２の２次光束の照度を検出する第１の処理と、
前記第２の光源から射出された前記１次光束を規制する第２の光束規制手段による該１次光束に対する規制状態毎に、前記第１及び第２の２次光束の照度を検出する第２の処理と、
前記第１及び第２の処理による検出結果に基づいて、前記第１及び第２の光束規制手段によるそれぞれの前記規制状態と、前記第１及び第２の２次光束の照度とを対応付けて記憶する第３の処理と、
前記パターンを前記感光基板上に投影する際に、前記第１及び第２の２次光束の照度を均一にするよう、前記第３の処理による記憶結果に基づいて、前記第１及び第２の光束規制手段を制御する第４の処理とを具えることを特徴とする露光方法。