JP4587170B2 - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイスの製造方法に関し、特に、光源の像を物体上に形成し、物体をステージにより移動させことによって、パターンを物体上に形成するように構成された露光装置及びそれを利用したデバイスの製造方法に関する。

近年のＩＴ（Information Technology）の発展と市場拡大に伴って、半導体素子及び液晶表示素子等の製造装置に対する要求が益々高くなっている。これらの素子を製造する上で特に重要なのは、パターンの形成に用いられる露光装置である。露光装置については、露光性能はもちろんのこと、最終製品の価格競争を支える上でのＣＯＯ（costof ownership）、即ち、製造装置としてのトータルの稼動コストが重要視されている。

一般に、露光装置としては、マスクを照明し、マスク上の所定領域のパターンを投影結像系の良像域内で基板上に結像する等倍結像の露光装置が用いられている。しかしながら、このような等倍結像の露光装置では、回路パターンが配置されたマスクのコストが、基板サイズの大型化に伴って非常に大きくなる傾向にある。等倍結像の場合には、基本的にはマスクサイズが基板サイズと同じサイズである必要があるからである。従って、マスクコストの低減は、液晶ディスプレイ等の大型表示装置の開発において大きな課題である。

超ＬＳＩのサブミクロンリソグラフィーの先端開発でも、液晶ディスプレイとは線幅、露光面積及びデバイス仕様等が異なる技術分野ではあるが、マスクコストの低減という課題が生じている。超ＬＳＩの場合では、基板サイズの大型化に伴うマスクの大型化ではなく、超微細化によるコスト上昇が問題となっている。超ＬＳＩでは、特に、マスクセットに含まれるマスク数が例えば２０枚以上と多くなるため、マスクコストの問題が深刻となる。

このようなマスクコストの問題を解決するための技術として、マスクレスリソグラフィー方式の露光装置が提案されている（特許文献１を参照）。

特許文献１は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いて光の一部を選択的に反射させて、基板表面を露光するマスクレスリソグラフィー方式の露光装置を開示している。
米国特許第6,133,986号

被露光基板としてガラス基板を用いる場合には、通常２０μｍ程度のうねりがガラス基板表面に存在するため作業距離が変動する場合がある。作業距離が変動すると、光源像が被露光基板表面とはずれた位置に形成されて、被露光基板表面に形成される光源像の精度が低下するという課題がある。

特許文献１では、光センサを用いて作業距離を検出しているが、光センサで取得した画像データを処理するため応答速度が遅く、画像データ処理用の装置が別途必要となり、また、光路長を確保する必要があるため、装置の構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、高速応答が可能であり、かつ、簡単な構成で露光処理が可能な露光装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、物体にパターンを形成する露光装置に係り、少なくとも１つの光源と該光源の像を前記物体上に形成する光学素子とを含む複数の要素露光ユニットを配列した露光ヘッド構造体と、前記物体の表面との間隔を測定するセンサと、前記センサの測定結果に基づいて、前記露光ヘッド構造体による露光を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の要素露光ユニットのうち、所定の露光条件を満たす要素露光ユニットを選択的に動作させながら前記物体にパターンを形成させることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、デバイスの製造方法に係り、上記の露光装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、前記パターンが形成された基板を現像する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、高速応答が可能であり、かつ、簡単な構成で露光処理が可能な露光装置を提供することができる。

[第１の実施形態]
以下、図１〜図８を用いて本発明の好適な実施の形態に係る露光装置について説明する。本実施形態に係る露光装置は、マスクパターンＣＡＤ等のソフトウエアツールにて設計された回路パターンから走査露光用に変換された光源アレイの各光源の点灯情報に基づいて発光される光源の像を、基板等の物体上に形成するように構成されている。本露光装置は、具体的には、半導体素子等のデバイスの製造工程における走査方式の投影露光装置に好適であり、特に、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイス及び磁気ヘッド等のデバイスの製造工程に適用することができる。

図１は、本実施形態に係る露光装置の全体を概略的に示す図である。図１（ａ）は本実施形態に係る露光装置の上面図、図１（ｂ）は斜視図、図１（ｃ）は一部を拡大した拡大図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る露光装置は、露光ヘッド構造体１０１から基板ステージ１０３上に保持された被露光基板１０２上へ、複数の露光光スポットの像を形成することができる。本実施形態に係る露光装置は、基板ステージ１０３の走査と露光光スポットの点灯／非点灯を同期させることによって、回路パターンを露光することができる。露光ヘッド構造体１０１は、例えば、図１（ａ）に示すように、複数の露光ヘッド１０４ａ〜ｄで構成される露光ヘッドアレイ１０４を備える。図１では、露光ヘッドが４つ配置されているが、１〜３又は５つ以上配置されてもよいし、全面に配置されてもよい。このように配置することによって、重複露光が可能となり、被露光基板１０２の大型化や高スループット化に対応することができる。図１（ｃ）に示すように、露光ヘッドアレイ１０４の露光ヘッド１０４ａ〜ｄには、光学系１０５及びＬＥＤ光源１０６を含む要素露光ユニットが構成されている。ＬＥＤ光源１０６は、被露光基板１０２の感光体面が像面となるように配置されている。ＬＥＤ光源１０６及びこれに対応する光学系１０５によって構成された各要素露光ユニットによって、ＬＥＤ光源１０６の像が被露光基板１０２上に各々形成される。本実施形態では、光学系１０５を走査方向（図１（ｂ）の矢印Ａ）に対し、斜めに配置することによって、走査方向の垂直方向に狭いピッチでパターンを露光することができる。

本実施形態の露光装置は、例えば、大型液晶ディスプレイパネル用のＴＦＴアレイの製造に用いることができる。この場合、ＬＥＤ光源１０６及び光学系１０５のアレイは、液晶ディスプレイ画素１０７（ＲＧＢの３画素を模式的に示したもの）に対し複数配置されて、各画素１０７を制御するＴＦＴ回路パターンを露光することができる。液晶ディスプレイ用のＴＦＴ回路では、画素毎にデータ転送が繰り返されるため、大型基板内の全画素に別々のパターンデータ、即ちＬＥＤ光源の点灯／非点灯制御信号を転送する必要はなく、画素毎に同じデータを送信して点灯／非点灯を制御することができる。本実施形態では、例えば、大型基板としての被露光基板のサイズは、約７００ｍｍ×９００ｍｍ（所謂４６インチパネルサイズ）、液晶ディスプレイ画素サイズは２００μｍ×６００μｍ、ＴＦＴの回路パターンの最小線幅は３μｍ等が例示的に挙げられるが、これらのサイズに限定されない。

図２（ａ）は、本実施形態に係るＬＥＤ光源、光学系及び被露光基板の構成を模式的に示した図である。ＬＥＤ光源１０６の光源像は、縮小光学系１０５によって、被露光基板１０２上に縮小形成される。縮小光学系１０５の物体側開口数ＮＡ及び像側開口数ＮＡは、光束２０１及び光束２０２で示されるように、像側開口数ＮＡの方が大きくなるように構成される。この構成においては、光源側作業距離２０４が被露光面側作業距離２０５よりも必然的に大きくなる。

光源像の解像度については、光束２０２に示すようにＬＥＤ光源１０６の発光面積内の異なる発光部分が互いに干渉せず、インコヒーレントな像となる。そのため、各発光部位の各点は、縮小光学系１０５の性能に依存し、拡がった点像をそれぞれ形成する。これらの点像は、ＬＥＤ光源１０６の大きさと縮小光学系１０５の倍率で決まる位置にずらし合わされて、その強度の和が光源像全体２０３を形成する（図２（ｂ）を参照）。また、上述の縮小光学系１０５の性能には、縮小光学系１０５の像側開口数ＮＡや集光素子の構成で決まる回折限界や収差性能がある。

図３は、本実施形態の露光装置の露光部分の断面図である。露光ヘッド基盤３０１が本体台座３０４から固定保持され、その下部にＬＥＤアレイ基板３０２及び不図示のＬＥＤ光源点灯用電気制御系が構成されている。電気制御系は、データ転送ラインによって、不図示の回路パターン点灯信号間変換器と接続されている。ＬＥＤ光源アレイ３０２の下部には、光学系の光源側作業距離程度の距離を隔てて、光学素子アレイ基盤３０３が配置されている。光学素子アレイ基盤３０３には、光学素子３０５、３０６がアレイ状に配置されている。光学素子３０５、３０６から所定の被露光基盤側作業距離を隔てて、被露光基板１０２が基板ステージ１０３上に保持されている。基板ステージ１０３は、台座３０４上を走査移動するように構成されている。走査移動の位置制御は、不図示のレーザ干渉計又はエンコーダによってフィードバック制御により行われる。

図４は、本実施形態の走査露光を説明するための図である。図４は、ＬＥＤ光源１０６を上面から見たときの模式図である。図４に示すように、ＬＥＤ光源１０６及び光学系１０５が、アレイ状に複数配置された様子が示されている。本実施形態では、ＬＥＤ光源１０６と光学系１０５が１対１に組み合わされて要素露光ユニットを構成する。即ち、１つの要素露光ユニットでは、１つのＬＥＤ光源の像を被露光基板（不図示）上へ形成する。このような組み合せが２次元アレイ上に配列されている。具体的には、図４に示すように、横一列が図中左側から右側へ（走査方向へ）斜めに配置されている。右端のＬＥＤ光源１０６の高さ（走査方向に対して垂直方向の位置）は、横２列目の左端の高さと略同一であり、走査時に隙間ができないように連続的に配置されている。

図５（ａ）ではＬＥＤ光源１０６の光源像の連続性を強調して示してある。このようにＬＥＤ光源１０６を配置することによって、図１に示す露光ヘッドアレイ１０４の露光ヘッド１０４ａ〜ｄを各々構成することができる。図５（ｂ）は、他の構成例として、横一列目が右端に至る前に横二列目の高さに達する配置を示している。この場合には、図１に示す露光ヘッドアレイ１０４の１つ１つが、走査方向に対して重複走査露光を行うことが出来る。このようなＬＥＤ光源１０６の配列は、ＬＥＤ光源デバイスやその他の構成から最適なものを選択して構成することができる。なお、レンズ、ゾーンプレート等の光学素子の設計値は、光利用効率、作製条件、機械的強度、設置精度、コスト等の様々の要因によって、露光装置として適した組み合せを用いることができる。

また、本発明の好適な実施の形態では、被露光基板１０２と露光ヘッド構造体１０１との間隔を調整するセンサとして、電磁エネルギー（例えば、磁界、電界、電波等）を利用したセンサ又は力学エネルギー（例えば、液体、音、位置等）を利用したセンサを用いることができる。このようなセンサとしては、例えば、検出物体とセンサとの間の静電容量の変化を検出する静電容量センサ、磁石を利用した磁気利用近接センサ、電磁誘導を利用した渦電流利用変位センサ、超音波を利用した超音波利用変位センサ、差動トランスを利用した差動トランス利用接触式変位センサ等が挙げられる。

静電容量センサは、検出物体によって感度が異なる近接センサである。静電容量センサで検出可能な誘電率は、空気の誘電率を１とした場合、１．５以上であるといわれている。ガラス基板の誘電率は５〜１０程度であり、ガラス基板上に形成される金属層の誘電率は５０程度であるので、ガラス基板を用いた液晶ディスプレイの露光装置に好適である。

磁気利用近接センサは、磁気検出素子と磁石とを組合せることによって、検出物体が接近したときの磁束変化を検出する近接スイッチである。

渦電流利用変位センサは、高周波磁界を利用した近接センサである。センサヘッド内のコイルに高周波電流を流し、高周波磁界を発生させる。被露光基板としてのガラス基板上にＴＦＴ回路又はカラーフィルタのマトリックスが形成される場合には、金属膜の層が表面に形成されるため、渦電流利用変位センサを利用することができる。ＴＦＴ回路では、ゲート電極、ゲート及びソースの配線部分が金属で形成され、カラーフィルタでは、ブラックマトリックスのための遮光体がクロムなどの金属で形成されるからである。金属をパターニングした後に露光処理を行う場合では、ギャップの検出時に金属の形状（パターン）の影響を受けるため、略同一のパターンが並んで構成されている場合等には、パターンのピッチの整数倍となる位置にセンサを配置し、パターン上の略同一位置に複数のセンサがそれぞれ配置されるように構成してもよい。液晶ディスプレイの場合では、文字や画像を表示する最小単位のドット（画素）が、縦横に複数並べて配置されるため、画素ピッチの整数倍となる位置に、ゲート配線上をなぞるように複数のセンサをそれぞれ配置し、各々のセンサがギャップを測定する構成をとることによって、略同一条件でギャップを比較・校正することができる。

超音波式変位センサは、センサヘッドから超音波を発信し、対象物で反射した超音波をセンサヘッドで受信することによってギャップを測定する近接センサである。

差動トランス利用接触式変位センサは、１次コイルを交流で励磁したときに２次コイルに発生した誘起電流を差動結合し、電圧差として取りだして変位出力を得る接触型センサである。本実施形態に係るセンサとして、近接センサのような非接触型のものが望ましいが、被露光基板上に塗布されたレジスト表面を針式の接触で測定した場合には、その痕跡の深さ及び幅が１０〜１００nm程度であると考えられるため、３μｍ線幅のＴＦＴパターン形成においては接触タイプのセンサも許容されると考えられる。

図３に示すように、これらのセンサ１０８は、露光ヘッド構造体１０１上に被露光基板１０２と面して配置される。図６は、センサ１０８の配置をより詳細に示す図である。図６のｘ方向は走査方向に対応し、ｙ方向はその垂直方向に対応する。ｙ方向には、センサ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが並んで配置されている。センサ１０８ａに対応する列には、ｘ方向（走査方向）に液晶ディスプレイ画素１０７ａ_（１）、１０７ａ_（２）、１０７ａ_（３）、１０７ａ_（４）が並んで配置されている。

液晶ディスプレイ画素１０７ａ_（１）には、ｘ方向と斜め方向に光学系１０５_（１）が配置されている。同様に、液晶ディスプレイ画素１０７ａ_（２）には、ｘ方向と斜め方向に光学系１０５_（２）が配置され、液晶ディスプレイ画素１０７ａ_（３）には、ｘ方向と斜め方向に光学系１０５_（３）が配置され、液晶ディスプレイ画素１０７ａ_（４）には、ｘ方向と斜め方向に光学系１０５_（４）が配置されている。これに対応して、ＬＥＤ光源１０６ａ_{（１）〜（４）}が、それぞれ光学系１０５_{（１）〜（４）}に対応する位置に配置されている。ＬＥＤ光源１０６ａ_{（１）〜（４）}は、それぞれに対応する光学系１０５_{（１）〜（４）}と合わせて要素露光ユニットを構成し、要素露光ユニットごとにＬＥＤ光源の像が被露光基板１０２上に各々形成される。

センサ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、それぞれ被露光基板１０２がｘ方向に移動したときに、被露光基板１０２表面との間隔をｘ方向に時系列的に測定することができる。制御部３０７は、センサ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの検出結果に基づいて、光学系１０５_{（１）〜（４）}のｚ方向における光源像の形成位置を調整することができる。結像光学系１０５_{（１）〜（４）}のｚ方向における光源像の形成位置を調整する方法としては、例えば、結像光学系１０５_{（１）〜（４）}を構成する光学素子（図３の３０５、３０６）のレンズパワーを調整する方法や、図７に示すように、各光学素子３０６の位置をｚ方向に移動させて調整する方法が挙げられる。

また、光学素子のｚ方向における光源像の形成位置が異なるように予め調整し、各センサ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの検出結果に基づいて、ＬＥＤ光源を選択的にＯＮ・ＯＦＦするように制御してもよい。例えば、図７を参照すると、センサ１０８ａに対応する列に配置された結像光学系１０５_{（１）〜（４）}のうち、結像光学系の結像位置が少なくとも１つ異なるように予め調整しておく。そして、センサ１０８ａを利用して被露光基板１０２表面との間隔をｘ方向に時系列的に測定したときに、結像光学系１０５_（３）が所望の露光条件を満足しなかったとすると、制御部３０７は、結像光学系１０５_（３）に対応するＬＥＤ光源１０６ａ_（３）を選択的にＯＦＦし、結像光学系１０５_{（１）、（２）、（４）}に対応するＬＥＤ光源１０６ａ_{（１）、（２）、（４）}を選択的にＯＮするように制御することができる。

本実施形態によれば、上記のようなセンサを用いることによって、応答速度を高速化し、装置構成を簡略化することができる。また、光学素子の光源の形成位置を予め異なるように調整し、所望の露光条件を満足する要素露光ユニットのＬＥＤ光源を選択的に動作させて露光することによって、ギャップ調整の処理を簡略化することができる。
[第２の実施形態]
図８〜図１１を用いて本発明の好適な第２の本実施形態を説明する。図８は、第１の実施形態で説明した図４と同様に、本実施形態の走査露光を説明するための図である。図８では、ＬＥＤ光源１０６及び結像光学系１０５を上面から見たときのアレイの構成を模式的に示している。本実施形態では、ＬＥＤ光源１０６の配置が第１の実施形態とは異なる。具体的には、ＬＥＤ光源１０６が複数のブロック７０１毎にまとまって結像光学系１０５で結像される。即ち、図８の場合には、横１列が４つのＬＥＤ光源１０６で構成されるブロック７０１に分割され、各々が等倍又は縮小結像光学系で結像される構成となっている。図９は、ＬＥＤ光源１０６の光源像のみを示した図である。図９に示すように、横一列が図中左側から右側へ（走査方向へ）斜めに配置され、右端のＬＥＤ光源１０６の高さ（走査方向に対して垂直方向の位置）が横２列目の左端の高さと略同一であるように配置されていることが分かる。

図８及び図９では、１つのブロックに含まれる光源の数を４つとしたが、本実施形態はこれに限定されず、光源の数を１つ〜３つ又は５つ以上としてもよい。光源の数は、主に、結像光学系の収差と露光パターンの解像度から決定されることが好ましい。即ち、結像光学系では、光軸上の結像が最も収差性能及び解像度が良いが、光軸からの距離が離れるに従って収差性能が悪くなり、解像度が低下するからである。

本実施形態の利点は、光源像の数を減らすことなく、結像光学系の総数を低減することができることである。これは、図１に示した露光ヘッドアレイ１０４の露光ヘッド１０４ａ〜ｄの大きさが小さくなることを意味する。従って、同面積における露光ヘッド１０４ａ〜ｄの数を増やすことが可能となり、露光のスループットを向上させることができる。

図８及び図９では、ブロック７０１が走査方向にのみ複数の露光光源を含む構成としたが、図１０及び図１１に示すように、走査方向及び垂直方向に複数の露光光源を含むように設計してもよく、装置全体のサイズ、スループット、結像光学系の作製条件、コスト等の様々な要因を鑑みて、適宜構成することができる。

[第３の実施形態]
図１２〜図１４を用いて本実施形態を説明する。図１２は第１の実施形態で説明した図４と同様に、本実施形態の走査露光を説明するための図である。図１２では、ＬＥＤ光源１０６及び結像光学系１１０１を上面から見たときのアレイの構成を模式的に示している。本実施形態では、ＬＥＤ光源１０６の配置が第１の実施形態とは異なる。具体的には、ＬＥＤ光源１０６が結像光学系１００１間にも配置されている。図１３に示すように、本実施形態で使用される結像光学径は、正立等倍の結像光学系である。このような光学系としては、例えば、図１３に示すように、ＬＥＤ光源１０６を中間結像し、それを被露光基板１０２上に再度結像する２回結像系を用いることができる。光源１０６側と被露光基板１０２側で対称な光学系を用いることによって、等倍結像が実現される。その結果、例えば、アレイ状に配置された結像光学系１００１ａと１００１ｂの隙間部分に位置するＬＥＤ光源１０６’の光源像は、２つの結像光学系１００１ａと１００１ｂによって被露光基板１０２上に結像され、重ね合わされる。このような構成では、ＬＥＤ光源１０６を単純にアレイ状に規則的に配列すればよく、また、その配列のピッチも細かくすることができる。これによって、光源数に対する結像光学系の数を削減することができ、大きさがコンパクトになる。このように、コンパクトな露光装置を提供できるという利点もあるが、図１に示した露光ヘッドアレイ１０４の一つの露光ヘッドの大きさが小さくなることを利用して、同じ面積における露光ヘッドの数を増やし、露光のスループットを向上することもできる。

図１２及び図１３では、走査方向の列を連続的に隙間無くアレイ状に配置したが、図１４に示すように、２次元的なアレイを投影光学系の隙間にも連続的に配置してもよい。本実施形態の構成は、結像光学系の収差性能と露光パターンの解像度要求を鑑みて、適宜選択することができる。例えば、図１２及び図１３に示したように１つの光源を２つの投影光学系で同時に結像するだけでなく、より像高の高い結像光学系を用いて、例えば１つの光源を４つの投影光学系で結像する構成等を用いることができる。

[他の実施形態]
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、シーケンス等を様々に変更することができる。またＬＥＤ光源や光源アレイのデバイス構成としては以下のような構成の他、適宜そのデバイス構成を選択して用いることができる。

例えば、光源１０６としては、自然放出により光を放出する固体素子を備える。このような固体素子としては、発光ダイオード素子（以下「ＬＥＤ素子」という。）又はＥＬ素子を用いることができる。ＬＥＤ素子としては、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ／ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡＩＰ／ＧａＰ、ＩｎＧａＡＩＰ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡＩＰ／ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ及びダイヤモンド等の様々な発光波長のＬＥＤ素子を用いることができる。また、特に限定されないが、レジストの露光に適した発光波長のＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮ等のＬＥＤ素子を用いることがより好適である。ＥＬ素子としては、有機ＥＬ及び無機ＥＬを用いることができる。

ＬＥＤ素子の発光波長は、露光対象であるレジストの感度に合わせて設定されることが望ましい。ＬＥＤ素子の発光波長は、中心波長が３６５nmであり，スペクトルの半値幅Δλが約１０ｎｍ〜約２０ｎｍであるＬＥＤ素子を用いることができる。ＬＥＤ素子の発光波長の選択においては、レジストの種類によらず、レジストの感度曲線に応じて、最適な発光波長や波長幅を持つＬＥＤ素子を選択すればよい。また、上述した重複露光構成においては、発光波長が異なる複数のＬＥＤ素子を混在させて、被照射面上で所望の露光波長分布を持たせても良い。

なお、以上の実施形態においては、ＬＥＤからの光をそのまま露光に用いており、即ち、特定波長域選択のための波長フィルタが不要である場合の構成を示したが、実際には、必要に応じて波長フィルタを併用してもよい。このような波長フィルタは、ＬＥＤ素子にモノリシックに形成されていてもよく、さらに、例えば（非特許文献１：Science Vol.２６５, pp.９４３, １９９４）に開示されているような共振器ＬＥＤ等を用いてもよい。

また、ＬＥＤ光源は代表的には１０ＭＨｚ、ＧａＮ系においては基板を除去・移設するなどのを行うことにより最大ＧＨｚオーダまで変調周波数を取ることができ、非常に高速にＯＮ，ＯＦＦができる。このことを用いて、本来１点灯で良い露光動作を、より細かいパルス駆動にして、パルス発光させることによって、高い出力が得ることができる。パルス駆動によればＬＥＤ素子の放熱が効率的に行われて、より大きな平均電流及び平均パワーをＬＥＤ光源に投入することができるためである。その場合、繰返し周波数を露光装置の露光時間に比べて充分速くとれば、レジストに対して連続光と同様にして露光を行うことができる。露光量の調整をパルス数で調整することもできる。

また、ＬＥＤから発光される光の利用効率を向上するために、絞られた配光分布を持つＬＥＤ素子を用いることができる。このような絞られた配光分布を持つＬＥＤ素子としては、例えば、ＬＥＤ素子から自然放出された光の空間モードをモード制御することによって自然放出光の配光を変化させたものを用いることができる。具体的な例として、非特許文献１に記載の共振器ＱＥＤ効果を用いた自然放出制御等により、共振器と一体化したＬＥＤにより直接、出射光の空間モードを制御して自然放出光の配光を変化させるものがある。

ＬＥＤアレイ光源に関しては、例えば、光源としてウエハスケールで形成されたものを用いることができる。ＬＥＤ光源のチップとして１チップに含まれるＬＥＤアレイ数をいくつにするかは、デバイスの歩留まりや実装コストなどを鑑みて、最適なものを選択することができる。

図１５は、このようなＬＥＤ面光源の構成例を模式的に示す図であり、ウエハスケールで形成された光源を示す図である。図１５の上図の上面図に示すように、各々のＬＥＤ素子が１枚のＬＥＤ面光源ウエハ１５０１上のＬＥＤ発光部１５０２に所定のデバイスプロセスによって形成されている。図１５下図は、上図のＡ−Ａ’断面図である。基板１５０７上にＬＥＤ素子を駆動するための駆動回路層１５０６が形成され、駆動回路層１５０６上にＬＥＤ素子が形成されている。各々のＬＥＤ素子は、ｐｎ接合が形成されたＬＥＤ活性層１５０３、アイソレーション及び電流狭窄構造１５０４、独立駆動用の電極１５０５、駆動ＩＣ回路層１５０６を備える。

図１６はＬＥＤ光源１６０１と結像光学系の一部である平凸レンズを一体化した構成である。さらに、ＬＥＤ素子１６０１を冷却する冷却部を備えた構成を示している。ＬＥＤ素子１６０１を支持する支持体としての基板１６０４を備え、基板１６０４を冷却することによりＬＥＤ素子１６０１を冷却するように構成されることが望ましい。この場合、例えば、ＬＥＤ素子１６０１を搭載する基板１６０４として、放熱性に優れた金属板（例えば、銅タングステン合金基板等）を用いることができる。金属板は、ＬＥＤ素子１６０１の光放出面の反対側に配置されていることが望ましい。また、基板１６０４には、基板１６０４を直接冷却する冷却装置を配置してもよい。なお、基板１６０４は、金属板に限定されず、例えば、半導体基板（例えば、シリコン基板等）、ダイヤモンド基板やグラファイト等を放熱性とそれ以外の、例えば加工性等を鑑みて、適宜用いることもできる。

また、図１６に示すように、基板１６０４の内部にＬＥＤ素子１６０１を冷却する流体が流れる冷却用流路１６０５を設けてもよい。この場合、ＬＥＤ素子に距離が近い位置で水冷が行われるため、冷却効果が高まる。冷却用流路１６０５には、不図示の配管等から冷却された流体が供給される。このような流体としては、例えば、冷却溶液（例えば、水、純水及び超純水等）及び／又は冷却気体（例えば、Ａｒ等の不活性ガス若しくはＮ_２等のガス等）を用いることができる。

また、基板１６０４とレンズ１６０２との間のギャップを埋めるために、これらの間にスペーサ１６０６を配置してもよい。また、ＬＥＤ素子１６０１からの広角度放出光１６０８を光軸方向に反射させるために、レンズ１６０２の基板１６０４側の形状を四角錐状にカットして、それに沿ってリッジ構造体１６０７を配置し、レンズ１６０２とリッジ造体１６０７との間の境界面が高反射率となるようにアルミニウムを形成してもよい。リッジ構造体１６０７は空隙であってもよく、その場合には、傾斜した境界面がレンズ１６０２の屈折率と空気の屈折率との差による全反射及びフレネル反射により反射面として作用する。また、レンズ１６０２の傾斜面に予めアルミニウム、ロジウム、銀等の高反射率の金属を形成してもよい。

[応用例]
次に、本発明の好適な実施の形態に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスについて説明する。図１７は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンを露光装置に登録し、パターンデータから露光光源アレイ点灯非点灯データに変換が行われる。一方、ステップ３（基板製造）ではガラスや半導体等の材料を用いて被露光基板を製造する。ステップ４（半導体デバイスプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のパターンと被露光基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５によって作製された回路基板を用いてデバイスパネル化する工程であり、アッセンブリ工程、パッケージング工程等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイス、およびデバイスパネルの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経てデバイスパネルが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４の半導体デバイスプロセスは以下のステップを有する。半導体層の表面を酸化させる酸化ステップ、表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、表面に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、半導体層にイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、基板に感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後の基板に形成する露光ステップ、露光ステップで露光した基板を現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の結像光学系の一例を示す模式図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の断面図を示す模式図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の光源及び結像光学系のアレイ配置と走査露光を説明するための模式図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の光源のアレイ配置と走査露光を説明するための模式図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置のセンサの配置を説明するための模式図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の結像光学系の結像位置を調整する構成を例示的に示す図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の光源及び結像光学系のアレイ配置と走査露光を説明するための模式図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の光源のアレイ配置と走査露光を説明するための模式図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の光源及び結像光学系のアレイ配置と走査露光の他の一例を説明するための模式図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の光源のアレイ配置と走査露光の他の一例を説明するための模式図である。 本発明の好適な第３の実施形態に係る露光装置の光源及び結像光学系のアレイ配置と走査露光を説明するための模式図である。 本発明の好適な第３の実施形態に係る露光装置の光源及び結像光学系のアレイ配置と走査露光の他の一例を説明するための模式図である。 本発明の好適な第３の実施形態に係る露光装置の光源のアレイ配置と走査露光の更に他の一例を説明するための模式図である。 本発明に係る露光装置のＬＥＤ光源アレイのデバイス構成の一例を示す模式図である。 本発明に係る露光装置のＬＥＤ光源アレイと結像光学系の一部を一体化した構成の例を示す模式図である。 本発明のデバイスの製造方法のフローチャートである。

符号の説明

１０１ 露光ヘッド
１０２ 被露光基板
１０５ 光学系
１０６ ＬＥＤ光源
１０８ センサ
３０７ 制御部

Claims (10)

1. 物体にパターンを形成する露光装置であって、
   少なくとも１つの光源と該光源の像を前記物体上に形成する光学素子とを含む複数の要素露光ユニットを配列した露光ヘッド構造体と、
   前記物体の表面との間隔を測定するセンサと、
   前記センサの測定結果に基づいて、前記露光ヘッド構造体による露光を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記複数の要素露光ユニットのうち、所定の露光条件を満たす要素露光ユニットを選択的に動作させながら前記物体にパターンを形成させることを特徴とする露光装置。
2. 前記光学素子は、前記光源の像を前記物体上へ所定の倍率で形成することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記光源の像は、等倍結像又は縮小結像されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記光源は、該光源を冷却する冷却部を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、前記光源をパルス駆動してパルス発光させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記光源は、発光ダイオード素子を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記光源は、ＥＬ素子を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 複数の前記光源の像を１つの前記光学素子を利用して前記物体上に形成することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記要素露光ユニットは、前記少なくとも１つの光源として、発光波長が異なる複数の光源を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、前記パターンが形成された基板を現像する工程と、を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

Images