JP6493595B2 - 走査露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2012年8月6日に出願された特願2012−173982号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、デバイス製造方法としては、送出用のロールから回収用のロールへフィルム等の基板を搬送しながら、搬送経路上において基板に露光処理などの各種処理を行うロール・ツー・ロール方式の製造方法が提案されている(下記の特許文献2参照)。
また、ロール・ツー・ロール方式において、例えばロール上で湾曲している基板を露光する場合に、基板上の投影領域の位置によっては、投影領域が照明領域に対して非平行になる。このように、投影領域と照明領域とが互いに非平行な関係であると、露光の精度が低下することがある。
図1は、デバイス製造システムSYS(フレキシブル・ディスプレイ製造ライン)の構成例を示す図である。ここでは、供給ロールFR1から引き出された可撓性の基板P(シート、フィルムなど)が、順次、n台の処理装置U1,U2,U3,U4,U5,・・・Unを経て、回収ロールFR2に巻き上げられるまでの例を示している。
アライメント顕微鏡AMは、露光(転写)されるパターンと基板Pとを相対的に位置合せ(アライメント)するために、基板Pに予め形成されたアライメントマークなどを検出する。
上述のようないくつかの処理装置を経て、一連のプロセスの最後の処理装置Unを通った基板Pは、ニップされた駆動ローラDR9を介して回収ロールFR2に巻き上げられる。その巻上げの際も、基板PのY軸方向(幅方向)の中心、あるいはY軸方向の基板端が、Y軸方向にばらつかないように、エッジポジションコントローラEPC3によって、駆動ローラDR9と回収ロールFR2のY軸方向の相対位置が逐次補正制御される。
また、基板Pは、フロート法などで製造された厚さ100μm程度の極薄ガラスの単層体であってもよい。基板Pは、この極薄ガラスに上記の樹脂フィルム、箔などを貼り合わせた積層体であってもよい。基板Pは、予め所定の前処理によって、その表面を改質して活性化したもの、あるいは、表面に精密パターニングのための微細な隔壁構造(凹凸構造)を形成したものでもよい。上記の厚さは一例であって、本発明はこれに限定されない。
基板Pの寸法は、例えば、幅方向(短尺となるY軸方向)の寸法が10cmから2m程度であり、長さ方向(長尺となるX軸方向)の寸法が10m以上である。上記の寸法は一例であって、本発明はこれに限定されない。基板Pの幅方向の寸法は、10cm以下、または2m以上であってもよい。基板Pの長さ方向の寸法は、10m未満であってもよい。
基板Pの搬送経路において回転ドラムDPの前後には、ガイドローラー14aおよびガイドローラー14bが設けられている。ガイドローラー14aおよびガイドローラー14bは、基板Pが回転ドラムDPにたるみなく密着するように、基板Pの張力を調整する。
光源20は、例えば、g線、h線、i線等の輝線光を放射するランプ光源、レーザーダイオード(LD)あるいは発光ダイオード(LED)などの固体光源の少なくとも1つを含む。照明光学系21は、例えば、照明領域IRにおける照度を均一化するためのインテグレータ光学系などの照度均一化光学系を含む。
マスクパターンMの周方向の各部は、回転ドラムDMが照明領域IRに対して回転することで、照明領域IRを順に通過する。マスクパターンMを通過(透過)した照明光L1は、露光光L2となる。マスクパターンMから出射した露光光L2は、投影系PLに入射する。
そのため、投影系PLの投影領域PRは、中心面13から回転ドラムDPの周方向にずれた位置に配置される。投影領域PRの接平面PRaは、面22と非平行な関係になる。なお、投影領域PRの接平面PRaは、投影領域PRにおける任意の点(例えば、投影領域PRの中心)で投影領域PRに接する平面である。
第1投影光学系PL1と第2投影光学系PL2との間には、第1投影光学系PL1からの照明光L1を偏向して第2投影光学系PL2に向かわせるように、フィールドレンズ24が配置されている。フィールドレンズ24は、その一部が中間結像面23に配置されるように、中間結像面23の近傍に配置されている。
光学系30の横倍率をkとすると、縦倍率は横倍率の2乗(k2)に等しい。このため、軸外物点36は、光軸30aに垂直な方向において軸上像点39からkhだけ離れた位置であって、光軸30aに平行な方向において軸上像点39からk2αhだけ離れた位置(軸外像点38)に結像する。このことは、像面32と瞳面35とのなす角度βがkαになることを示す。
ここで、光学系30と光学的に等価な1枚のレンズを想定すると、このレンズから像面32までの距離は、物体面31からレンズまでの距離に像倍率kを乗算した値である。したがって、レンズの主面(瞳面35)を延長した平面と物体面31との交線は、レンズの主面(瞳面35)を延長した平面と像面32との交線と一致することになる。
このような光学系30で第1投影光学系PL1を構成するには、第1投影光学系PL1の光軸40を中心面13に対して角度(θ−α)、すなわちθ×f2/(f1+f2)だけ傾ければよい。例えば、レンズ群33とレンズ群34とで焦点距離が等しい場合には、第1投影光学系PL1の光軸40が中心面13になす角度は、θ/2になる。
第1光学面A1から第10光学面A10のそれぞれは、レンズの表面である。第1光学面A1から第2光学面A2までの中心間距離は、このレンズの中心の厚みを示す。なお、第10光学面A10に対する「中心間距離」は、第10光学面A10から物体面41までの距離を示す。
また、図4のレンズ群は、反射部材を含まない屈折系の光学系であるが、反射部材およびレンズを含む反射屈折系の光学系でもよいし、反射部材を含みレンズを含まない反射系の光学系でもよい。レンズ群34は、レンズ群33と違う構成でもよい。例えば、レンズ群34の焦点距離f2がレンズ群33の焦点距離f1と異なっていてもよい(図3参照)。
換言すると、照明領域IRの接平面IRaに垂直な方向は、回転ドラムDMの回転中心軸AX1に垂直な平面(XZ平面)において回転中心軸AX1を通る方向(回転ドラムDMの径方向)である。照明系IUは、回転中心軸AX1とずれた位置から照明光L1を照明領域IRに照射する。
また、第2投影光学系PL2は、中間像IMの接平面IMaと基板P上の投影領域PRの接平面PRaとをシャインプルーフの条件を満たして共役関係にする。そのため、露光装置EXは、照明領域IRにおけるマスクパターンMの像を精度よく基板Pに投影露光することができる。
このように、露光装置EXは、照明領域IRを中心面13からずれた位置に配置できるので、照明系IUおよび投影系PLの配置の自由度が高くなり、例えばマルチレンズ型の露光装置などに適用しつつ露光精度を確保することができる。
例えば、投影系PLは、照明領域IRの中心での接平面IRaに平行であって、照明領域IR上の任意の点を通る平面を上記の近似平面に用いて、シャインプルーフの条件を満たすように構成されていてもよい。また、例えば、投影系PLは、照明領域IR上の任意の点を通る平面であって、その傾きが照明領域IRの周方向のそれぞれの端での接平面の傾き間に収まる平面を上記の近似平面に用いて、シャインプルーフの条件を満たすように構成されていてもよい。
このような近似平面の定義は、中間結像面23、投影領域IRなどの湾曲面にも適用できるし、以下の実施形態においても適用できる。
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。
ここで、回転ドラムDMの半径をRとすると、フィールドレンズ24の焦点距離は、R×(f1+f2)/(2×f1)となり、第1投影光学系PL1の視野(照明領域IR)の位置によらない。そのため、フィールドレンズ24は、例えばY軸方向における焦点距離の分布が一様なシリンドリカルレンズによって構成できる。
フィールドレンズ24の焦点距離は、レンズ群33の焦点距離f1とレンズ群34の焦点距離f2が同じである場合に、回転ドラムDMの半径(R)と実質的に同じになる。したがって、例えば、回転ドラムDMの半径(R)を約250mmとすると、フィールドレンズ24の曲率半径は、例えば約339mmになる。
開口50は、第1投影モジュールPMaに対応する開口50aと第2投影モジュールPMbに対応する開口50bとでX軸方向の位置がずれるように、配置されている。本実施形態では、投影モジュールPMがY軸方向に一定のピッチで並んでいることに対応して、開口50は、Y軸方向に一定のピッチdyで並んでいる。
開口50aと開口50bは、走査方向から見たときに、上底と下底のうち短い方の辺が開口50aと開口50bとで重ならないように配置され、台形の斜辺(脚)が開口50aと開口50bとで重なるように配置されている。
このような条件で、各投影モジュールPMは、例えば、レンズの最大径が約22mm程度、全長が約180mm程度、視野の直径νφが約14.2mm程度になる。
なお、投影モジュールPMの数は、適宜選択でき、第1実施形態のように1つでもよいし、第2実施形態のように2以上であってもよい。
また、フィールドレンズ24は、複数の第1投影モジュールPMaで共通化され、複数の第2投影モジュールPMbで共通化されているので、部品の数を減らすことができ、例えば位置合わせのコストを減らすことなどができる。
また、第2投影光学系PL2は、拡大系の光学系と縮小系の光学系のいずれでもよく、第1投影光学系PL1と倍率が異なっていてもよい。例えば、第1投影光学系PL1が拡大系の光学系であって、第2投影光学系PL2が縮小系の光学系であってもよく、この場合に、拡大された中間像IMの位置に視野絞りを設けることで、投影領域PRの範囲を精度よく規定することができる。
また、投影系PLは、等倍系の光学系、拡大系の光学系、縮小系の光学系のいずれでもよい。
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。図10は、本実施形態による露光装置EXを概略して示す図であり、第2投影光学系PL2などの図示が省略されている。図10の露光装置EXは、照明系IUの構成が上述の実施形態と異なる。
シリンドリカルレンズ143の焦点距離fiは、導光ロッド51の中心線からシリンドリカルレンズ143までの距離をb(図10参照)とすると、下記の式(1)で表される。
fi=b(f2×R+f1×b)/(f2×R) ・・・式(1)
表2に、各光学面の曲率半径および寸法を、走査方向と非走査方向のそれぞれについて記載する。表2の「中心間距離」は、光学面の中心から次の光学面の中心までの距離を示す。例えば面番号11に対応する「中心間距離」は、第11光学面A11の中心から第12光学面A12の中心までの距離を示し、レンズ53aの中心の厚みに相当する。
なお、面番号16に対応する「中心間距離」は、第16光学面A16の中心から照明領域IR(マスクパターンM)の中心までの距離を示す。
なお、光源像54は、例えば、導光ロッド51の中心線上あるいはその近傍に形成される。
このような条件下で、表2の例に対応するコンデンサレンズ144は、例えば、シリンドリカルレンズ143から約9mmの位置に配置される。レンズ53aおよびレンズ53bからなるレンズ群は、収差補正のため複数のレンズで構成され、その合成焦点距離は、例えば走査方向で約197.41mm、非走査方向で約130.77mmである。そして、コンデンサレンズ144とシリンドリカルレンズ143を合成したときの走査方向(XZ面)における焦点距離は、例えば47.86mmとなる。
なお、上述したようなコンデンサレンズ144の形状および寸法は、一例であり、適宜変更できることは言うまでもない。
本実施形態では、照明領域IRに入射する際の照明光L1の広がりが等方的になるように、導光ロッド51の切欠部52a(図10)は、例えば楕円状に形成され、走査方向に対応する方向の寸法(Y軸周りの周長)と、非走査方向に対応する方向の寸法(Y軸方向の幅)とが異なっている。
また、光源が回転ドラムDMの内部に配置されており、導光ロッド51の入射部は、回転ドラムDMの内部に設けられていてもよい。
また、光源がY軸方向の両端部に設けられており、両端部のそれぞれに導光ロッド51の入射部が設けられていてもよい。
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。図13は本実施形態による露光装置EXを概略して示す図である。図14は、投影領域PRの配置例を示す平面図である。
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。図15は、本実施形態による露光装置EXを概略して示す図である。
本実施形態では、非走査方向から見て4箇所に投影モジュールPMが配置されており、フィールドレンズ24は、4箇所の投影モジュールPMにわたって設けられている。
例えば、図15の第1投影モジュールPMaは、Y軸方向に複数配列されており、レンズアレイ55は、複数の第1投影モジュールPMの光路にまたがって設けられており、複数の第1投影モジュールPMのレンズ要素が配列されていてもよい。
また、投影モジュールPMに、レンズ以外の開口絞りなどの光学部材を設ける場合に、この光学部材を複数の投影モジュールPMの光路にわたって配置することで、複数の投影モジュールPMで共通化してもよい。
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。図16は、本実施形態による露光装置EXを概略して示す図である。
照明光L1によって照明されているマスクパターンMで発生した反射光束(露光光L2)は、1/4波長板60を通ることでPBS膜59aに対するP偏向になり、PBS膜59aを通って投影系PLに入射する。投影系PLは、上述した実施形態と同様に、第1投影光学系PL1が中間像IMを形成し、第2投影光学系PL2が中間像IMを基板Pに投影する。
PBSプリズム59および光源装置57は、例えば、マスクパターンMで反射回折した露光光L2の進行方向が第1投影光学系PL1の光軸40と実質的に平行(同軸)になるように、配置されている。
次に、第7実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。図17は、本実施形態による露光装置EXを概略して示す図である。
本実施形態では、基板Pのうち投影領域PRを通る部分を支持する支持部材62が設けられている。支持部材62は、例えばガスを吹出す吹出口と、吹出口からのガスを吸引する吸引口とが配列されたエアパッド面62aを有する。支持部材62は、投影領域PRにおいて基板Pを平面状に保つように、エアパッド面62aで基板Pを非接触に支持する。
また、搬送ローラ61bと搬送ローラ61cとの間の搬送経路は、中心面13に関して、搬送ローラ61aと搬送ローラ61bとの間の搬送経路と非対称でもよい。この場合には、追加する投影モジュールPMの光軸の傾き、X軸方向の位置などは、投影領域PRの傾きに応じて適宜設定できる。
また、上述の実施形態において、マスクパターンMが円筒面状に湾曲した状態で保持されて露光処理が行われる構成を説明したが、マスクパターンMが平面状に保持されており、基板Pが円筒面状に湾曲した状態で支持されて露光処理される構成でもよい。この構成において、第2投影光学系PL2は、中間像IMの接平面IMaと投影領域PRの接平面PRaとをシャインプルーフの条件を満たして共役関係にすることで、第1投影光学系PL1が形成した中間像を精度よく投影することができる。
次に、デバイス製造方法について説明する。図18は、本実施形態のデバイス製造方法を示すフローチャートである。
レジストパターンの形成には、レジスト膜を基板表面に一様に形成する工程、上記の各実施形態に従って、マスクパターンMを経由してパターン化された露光光L2で基板のレジスト膜を露光する工程、その露光によってマスクパターンの潜像が形成されたレジスト膜を現像する工程、が実施される。
Claims (17)
- 第1中心軸から一定半径の外周面に沿ってマスクパターンが形成された第1回転ドラムを前記第1中心軸の回りに回転させると共に、可撓性を有する長尺のシート状の基板の一部を、前記第1中心軸と平行な第2中心軸の回りに回転可能な第2回転ドラムの円筒面状の外周面で支持して長尺方向に搬送して、前記マスクパターンの投影像を前記基板上に走査露光する走査露光装置であって、
前記第1中心軸と前記第2中心軸とを含む中心面に対して前記第1回転ドラムの周方向に傾いた第1の光軸を有し、前記第1回転ドラムの外周面上の前記中心面との交差位置から周方向にずれた位置に設定される照明領域内のマスクパターンに対応した中間像を、前記照明領域の接平面と前記中間像の接平面とが非平行な配置の状態で形成する第1投影光学系と、
前記中心面に対して前記第2回転ドラムの周方向に傾いた第2の光軸を有し、前記中間像を、前記基板上に設定される投影領域の接平面と前記中間像の接平面とが非平行な配置の状態で前記投影領域に投影する第2投影光学系と、
前記第1投影光学系と前記第2投影光学系との間に配置され、前記第1の光軸に沿って進んだ光を前記第2の光軸に沿って偏向させるように、前記第1回転ドラムの前記一定半径に応じて設定される焦点距離を有するレンズ部材と、
を備える走査露光装置。 - 請求項1に記載の走査露光装置であって、
前記第1投影光学系は前記第1の光軸と垂直な第1の瞳面を有し、
前記第1投影光学系の像倍率をkとしたとき、前記照明領域の接平面と前記第1の瞳面の接平面とが成す角度αと、前記第1の瞳面の接平面と前記中間像の接平面とが成す角度βとが、β=kαの関係に設定される、
走査露光装置。 - 請求項2に記載の走査露光装置であって、
前記第2投影光学系は前記第2の光軸と垂直な第2の瞳面を有し、
前記第2投影光学系の像倍率をkとしたとき、前記中間像の接平面と前記第2の瞳面の接平面とが成す角度αと、前記第2の瞳面の接平面と前記投影領域の接平面とが成す角度βとが、β=kαの関係に設定される、
走査露光装置。 - 請求項3に記載の走査露光装置であって、
前記第1投影光学系は、
前記照明領域と前記第1の瞳面の間に配置される焦点距離f1の第1レンズ群と、前記第1の瞳面と前記中間像の接平面の間に配置される焦点距離f2の第2レンズ群とで構成され、
前記像倍率kは、前記焦点距離f1と前記焦点距離f2の比f2/f1で設定される、
走査露光装置。 - 請求項3に記載の走査露光装置であって、
前記第2投影光学系は、
前記中間像の接平面と前記第2の瞳面の間に配置される焦点距離f1の第1レンズ群と、前記第2の瞳面と前記投影領域の接平面の間に配置される焦点距離f2の第2レンズ群とで構成され、
前記像倍率kは、前記焦点距離f1と前記焦点距離f2の比f2/f1で設定される、
走査露光装置。 - 請求項4又は請求項5に記載の走査露光装置であって、
前記第1回転ドラムの外周面の前記一定半径をRとしたとき、
前記レンズ部材は、R×(f1+f2)/(2×f1)で定まる焦点距離を有するフィールドレンズで構成される、
走査露光装置。 - 請求項6に記載の走査露光装置であって、
前記フィールドレンズは、前記第1回転ドラムの前記第1中心軸の方向における焦点距離の分布が一様なシリンドリカルレンズで構成される、
走査露光装置。 - 請求項7に記載の走査露光装置であって、
前記シリンドリカルレンズは、
前記中間像の接平面に対して前記第1投影光学系の側に配置される第1シリンドリカルレンズと、前記中間像の接平面に対して前記第2投影光学系の側に配置される第2シリンドリカルレンズと、を含む、
走査露光装置。 - 請求項8に記載の走査露光装置であって、
前記第1シリンドリカルレンズは、前記第1投影光学系に向いた面が前記R×(f1+f2)/(2×f1)で定まる焦点距離となるように湾曲し、前記第1投影光学系と反対側に向いた面が実質的に平面となる平凸状に構成され、
前記第2シリンドリカルレンズは、前記第2投影光学系に向いた面が前記R×(f1+f2)/(2×f1)で定まる焦点距離となるように湾曲し、前記第2投影光学系と反対側に向いた面が実質的に平面となる平凸状に構成される、
走査露光装置。 - 請求項8又は請求項9に記載の走査露光装置であって、
前記第1シリンドリカルレンズと前記第2シリンドリカルレンズは、前記第1シリンドリカルレンズの平面側と前記第2シリンドリカルレンズの平面側との間に前記中間像の接平面が位置するように配置され、
前記中間像の接平面の位置又はその近傍の位置に配置されて、前記投影領域の形状を規定する視野絞り部を有する、
走査露光装置。 - 請求項10に記載の走査露光装置であって、
前記視野絞り部は、前記第1中心軸又は前記第2中心軸が延びる方向の非走査方向に頂点を持つと共に、前記非走査方向に平行な1対の辺を有する六角形の開口を有し、前記投影領域の形状を六角形に規定する、
走査露光装置。 - 請求項6〜11のいずれか一項に記載の走査露光装置であって、
前記第1レンズ群の前記焦点距離f1と前記第2レンズ群の前記焦点距離f2とは同じに設定することにより、前記フィールドレンズの焦点距離を前記第1回転ドラムの半径と実質的に同じにした、
走査露光装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の走査露光装置であって、
前記第1投影光学系と前記第2投影光学系とで構成される投影モジュールが、前記第1中心軸又は前記第2中心軸の方向に沿って所定のピッチで複数配置される、
走査露光装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の走査露光装置であって、
前記第1回転ドラム、前記第1投影光学系、前記第2投影光学系、及び前記第2回転ドラムは、前記照明領域の接平面、前記中間像の接平面、及び前記投影領域の接平面の各々の延長が互いに一ヶ所で交差するように配置される、
走査露光装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の走査露光装置であって、
前記第1投影光学系と前記第2投影光学系とは、前記照明領域内の前記マスクパターンは前記投影領域内に等倍の正立正像で投影するように構成され、
前記第1回転ドラムの外径と前記第2回転ドラムの円筒面状の外周面の外径とは同じに設定される、
走査露光装置。 - 可撓性を有する長尺の基板上に回路や配線のパターンを形成するデバイス製造方法であって、
前処理の工程で感光性機能層が形成された前記基板を、請求項1〜15のいずれか一項に記載の走査露光装置の前記第2回転ドラムの外周面に長尺の方向に巻き付けて所定の搬送速度で移動させる段階と、
前記走査露光装置に設けられて、前記回路や配線のパターンに対応したマスクパターンを有する前記第1回転ドラムを、前記基板の前記搬送速度に応じた速度で回転させて、前記走査露光装置の前記第1投影光学系、前記レンズ部材、及び前記第2投影光学系によって前記マスクパターンの投影像を前記基板の前記感光性機能層に走査露光する段階と、
前記走査露光された前記基板の前記感光性機能層の変化を利用して、前記回路や配線を形成する為の後続の処理を実施する段階と、
を含むデバイス製造方法。 - 請求項16に記載のデバイス製造方法であって、
前記前処理の工程では、塗布装置によって前記感光性機能層としてフォトレジスト、感光性カップリング材、UV硬化樹脂液のいずれかが前記基板の表面に塗布され、
前記後続の処理では、ウェット処理装置によって前記走査露光された前記感光性機能層に対して湿式処理が行われる、
デバイス製造方法。
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