JP2003077823A

JP2003077823A - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2003077823A
Application number: JP2001270632A
Authority: JP
Inventors: Yukio Taniguchi; 幸夫谷口
Original assignee: Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Current assignee: Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】基材のうねりの影響を露光時に除去するよう
にして、うねりを有する被露光物の焦点深度に対する光
軸方向の移動の余裕度を大きくすることにある。【解決手段】露光装置は、露光用マスクに形成された
パターンの中間像を形成する第１の結像光学系と、中間
像の位置に設けられた反射面の形状が変形可能な反射鏡
と、中間像を被露光面に結像するための第２の結像光学
系と、第１の結像光学系からの光を反射鏡に導きかつ反
射鏡からの反射光を第２の結像光学系に導く中間光学系
とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路又
は液晶表示装置等の製造におけるフォトリソグラフィ工
程で用いられる露光装置及び露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フォトリソグラフィ工程におい
ては、シリコンウェーハ等の半導体基材又は液晶表示パ
ネル用のガラス基材に配線材料又は他の材料を成膜して
その材料を所定のパターンにエッチングする。また、エ
ッチングされる領域を特定するレジストパターンを形成
するために、レジストの塗布工程、露光マスクの位置合
わせ工程、被露光物の焦点合わせ工程、露光工程及びレ
ジストの現像工程がこの順に行われる。

【０００３】露光工程で用いられる露光方法として投影
露光方法があり、この方法は、露光マスクの光の透過及
び遮蔽のパターンを、基材に形成された積層領域を覆っ
て成膜されたレジスト層の面に高解像度で結像させるこ
とができる利点を有する。

【０００４】一般に、解像度は、基材に幅及び間隔が同
一の線状レジストパターンを形成したときの実使用可能
な最小線幅として表され、以下に示す式（１）により求
められる。ただし、ｋ_１は係数、λは波長、ＮＡは開口
数である。

【０００５】

【数１】（解像度）＝（ｋ_１×λ）／（ＮＡ）・・・（１）

【０００６】投影露光方法は、１μｍ以下の解像度いわ
ゆるサブミクロンオーダーの解像度が得られる利点を有
する。

【０００７】また、焦点深度は、所定の結像性能を維持
できる焦点範囲として表され、以下に示す式（２）によ
り求められる。ただし、ｋ_２は係数、λは波長、ＮＡは
開口数である。

【０００８】

【数２】（焦点深度）＝（ｋ_２×λ）／（ＮＡ）^２・・・（２）

【０００９】露光工程に先だって行われる、レジスト層
を含む被露光物の焦点合わせ工程は、露光用マスクの光
の透過及び遮蔽のパターンが高解像度でレジスト層に転
写されるように、レジスト層を所定の焦点深度の範囲内
に収めるべく被露光物を光軸方向に移動させることによ
り行われる。

【００１０】焦点合わせにおいて、以下の式（３）の右
辺に示される各項の和、すなわち基材のうねり、被露光
物の焦点合わせ精度、基材に形成された配線層及び他の
層のの凸又は凹並びに結像系の収差の和が焦点深度より
小であることが要求される。

【００１１】

【数３】（焦点深度）＞（基材のうねり）＋（焦点合わせ精度）＋（配線層及び他の層の凸又は凹）＋（結像系の収差）・・・（３）

【００１２】ここで、基材のうねりは、基材自体が有す
る形状的な歪みを意味する。焦点合わせ精度は、基材の
移動機構の精度を意味する。配線層及び他の層の凸又は
凹は、基材に形成された配線層及び他の層の凸又は凹の
程度を意味し、基材自体のうねりを含まない。結像系の
収差は、色収差及び５種類の光線収差等を含む。

【００１３】式（３）から理解されるように、式（３）
の右辺に示す各項の和が小さければ小さいほど、焦点面
に対する被露光物の被露光面すなわちレジスト層の全面
の合致度が高くなり、それにより、焦点合わせが容易に
なって、焦点合わせに要する時間が短縮される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、基材のうねり
が大きいと、レジスト層のうねりも大きくなる。したが
って、レジスト層の全面を焦点深度内に収めることので
きるような、基材の位置のとりうる範囲が減少する。こ
の減少された範囲内に基材を位置させるように調整する
ために、焦点合わせが困難になって、焦点合わせに要す
る時間がより長くなる。

【００１５】このような不都合を回避するために、うね
りの小さな基材のみを選別すること、うねりの程度に応
じて１回当たりの露光面積を小さくすること等によっ
て、うねりの影響を緩和させることが行われている。し
かし、基材の選別により不使用の無駄な基材が生じ、ま
た、１回当たりの露光面積を小さくすると１製品当たり
の露光時間が長くなり、いずれも製造費用が増加する。

【００１６】したがって、配線パターンのさらなる高集
積化又は微細化、より短時間での製造及び製造費用の低
減のために、基材のうねりは小さいことが要求される。

【００１７】基材がシリコンウェーハである場合、基材
のうねりは比較的小さい。しかし、基材に形成される配
線層及び他の層等の積層領域は後工程になるほど増加し
て、積層領域に起因する内部応力が累積し、この累積さ
れた内部応力が基材にうねりを生じさせる。このうねり
を配線層及び他の層の成膜技術の改良等によって除去し
ようとする試みが行われているが、うねりの根本的な除
去は極めて困難であるのが現状である。

【００１８】基材にこのようなうねりを有する被露光物
の露光において、うねりを露光時に緩和するような種々
の装置及び方法が提案されている。しかし、従来の装置
及び方法では、うねりの光軸方向の平均位置を焦点面と
するように被露光物の光軸方向の位置を調整しており、
うねりを完全に除去することができなかった。

【００１９】また、液晶表示パネルの場合には、基材は
ガラス板であることから、そのうねりは極めて大きくな
る。しかし、うねりのないガラス板を製造とすることは
困難である。そのため、例えば１μｍの解像度を得るた
めに、うねりの影響が緩和されるように１回当たりの露
光面積を小さくし、この小面積での露光を繰り返してガ
ラス板全体の露光を完了させている。したがって、ガラ
ス板１枚当たりの露光時間が長く、単位時間に製造でき
る製品数が少ないため効率が悪かった。

【００２０】本発明の目的は、基材のうねりの影響を露
光時に除去するようにして、うねりを有する被露光物の
焦点深度に対する光軸方向の移動の余裕度を大きくする
ことにある。

【００２１】また、本発明の目的は、得られる解像度を
向上させることにある。

【００２２】

【課題を解決する解決手段、作用及び効果】本発明に係
る露光装置は、露光用マスクに形成されたパターンの中
間像を形成する第１の結像光学系と、前記中間像の位置
に設けられた反射面の形状が変形可能な反射鏡と、前記
中間像を被露光面に結像するための第２の結像光学系
と、前記第１の結像光学系からの光を前記反射鏡に導き
かつ前記反射鏡からの反射光を前記第２の結像光学系に
導く中間光学系とを含む。

【００２３】そのような露光装置においては、前記第１
の結像光学系は露光用マスクを透過した光を結像させて
中間像を形成し、前記中間光学系は前記第１の結像光学
系からの光を前記反射鏡に導き、前記反射鏡は前記中間
光学系から導かれた光を反射し、前記中間光学系は前記
反射鏡からの反射光を前記第２の結像光学系に導き、前
記第２の結像光学系は前記反射鏡からの反射光を結像さ
せて最終像を形成する。露光装置は、被露光物の被露光
面が最終像の位置となるように予め位置合わせをされて
いる。

【００２４】そのような露光装置は、前記第１の結像光
学系からの光の少なくとも１部の反射位置が残りの光の
反射位置に対して前記中間像の結像面における光軸方向
に異なるように前記反射鏡の少なくとも１部が前記中間
像の結像面における光軸方向に変形して光の反射位置を
異ならせる

【００２５】それにより、最終像の結像面にうねりが形
成される。したがって、うねりを有する被露光物の被露
光面と光の最終像の結像面との合致度が高くなって、う
ねりを有する被露光物の焦点深度に対する光軸方向の移
動の余裕度が大きくなる。これにより、焦点合わせが容
易になって、焦点合わせに要する時間が短縮する。

【００２６】また、露光用マスクを透過した光が最終的
に形成する最終像の結像面と被露光面との合致度が向上
することから、焦点深度をより小さく設定することがで
きるので、前記した式（１）、（２）から理解されるよ
うに、解像度が向上する。したがって、従来技術では得
られない高解像度の露光を実現することができる。

【００２７】また、最終像の結像面にうねりが形成され
ることから、うねりを有する被露光物の焦点深度に対す
る光軸方向の移動の余裕度が大きくなるので、前記した
式（３）の右辺において、基材のうねりの可能な値の範
囲が広がり、基材のうねりに対する許容度が向上する。
したがって、より大きなうねりを有する基材であっても
その基材を採用することができ、基材の選別作業等が容
易になる。また、うねりの大きさに対する許容度が増す
ので、１回当たりの露光面積をより大きくすることがで
きる。

【００２８】前記露光装置は、さらに、前記被露光面の
凹凸形状を検出する検出装置を含み、検出された凹凸形
状の情報に基づいて前記反射鏡の反射面を変形させても
よい。

【００２９】換言すれば、露光装置においては、前記第
１の結像光学系からの光の少なくとも１部の反射位置が
残りの光の反射位置に対して前記中間像の結像面におけ
る光軸方向に異なるように前記反射鏡の少なくとも１部
を前記中間像の結像面における光軸方向に変形させる。
そのような露光装置は、被露光物の被露光面のうねりを
高精度に検出し、反射鏡の反射面の形状すなわち反射面
のうねりと被露光物の被露光面のうねりとがより精確に
対応するように反射鏡の反射面を変形させる。これによ
って、露光マスクを透過した光が最終的に形成する最終
像の結像面と被露光面との合致度がさらに高くなる。

【００３０】本発明に係る露光方法は、前記した露光装
置を用いる。前記検出装置を含まない前記露光装置を用
いる露光方法においては、予め被露光物の凹凸形状を適
宜な検出手段で測定した後、その測定結果の情報を用い
て前記反射鏡を変形させるようにしてもよい。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明するに先だ
って、該説明において用いる用語について説明する。

【００３２】少なくとも「基材」は、「半導体やガラス
等からなる、円形、矩形等の基材」の意味で用いる。
「積層領域」は、基材に形成された層状の材料の領域の
意味で用い、例えば、配線や電極等の導電層、電気絶縁
材料や光選択材料等の層、チャネル層等を含む。「半導
体基板」は、「積層領域が形成された基材」の意味で用
い、したがって、基材がガラス等である場合を含む。
「被露光物」は、「レジスト層が形成された半導体基
板」の意味で用いる。

【００３３】図１を参照するに、露光装置１０は、露光
用マスク１２を透過した光１４を受け入れる第１の結像
レンズ群１６と、第１の結像レンズ群１６を経て導かれ
た光１８を反射するミラー２０と、ミラー２０で反射さ
れて導かれた光２２を受け入れる第２の結像レンズ群２
４と、第１の結像レンズ群１６からの光２６をハーフミ
ラー面２８で反射して光１８としてミラー２０に導き、
かつミラー２０からの反射光３０を透過させて光２２と
して第２の結像レンズ群２４に導くハーフミラー３２と
を含む。

【００３４】第１の結像レンズ群１６は、受け入れた光
１４を、光２６としてハーフミラー３２のハーフミラー
面２８に導き、ハーフミラー面２８で反射された光１８
を結像させて中間像３４を形成する。

【００３５】ミラー２０は、例えば反射面の少なくとも
１部が中間像３４の結像面における光軸方向に変位する
ことにより、反射面の形状が変形可能となるように、変
形可能な基体に反射膜が形成されている。実施例におい
ては、反射膜は、金属薄膜の材料としてアルミニウムを
用いて基体に形成されたアルミニウム薄膜である。ミラ
ー２０として、例えば、オランダ国デルフト市のオコ・
テクノロジーズ社（ＯＫＯＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ
ｓ）のインターネット（ＵＲＬ：http://www.okotech.c
om/mirrors/）等で開示されたデフォーマブルミラー、
メインブレインミラー等を用いることができる。

【００３６】ミラー２０の反射面の基準となる位置は、
中間像３４の結像面又はそれに近接した面に設定されて
いる。

【００３７】第２の結像レンズ群２４は、光２２を受け
入れ、通過した光３６を結像させて最終像３８を形成す
る。最終像３８の基準面と、後述する被露光物４０の被
露光面４２の基準面との位置合わせを予め行うことによ
り、中間像３４は被露光面４２に結像される。

【００３８】ハーフミラー３２は、第１の結像レンズ群
１６からの光２６をハーフミラー面２８で反射して光１
８としてミラー２０に導く。また、ハーフミラー３２
は、ミラー２０からの反射光３０を透過させて光２２と
して第２の結像レンズ群２４に導く。

【００３９】露光装置１０において、図示しない露光用
光源から導かれた光４４は、マスク支持台４６に支持さ
れた露光用マスク１２を透過する。露光用マスク１２
は、マスク基板４８と、光透過部分５０及び光遮蔽部分
５２を有する光変調層５４とを備えている。光４４は、
光変調層５４の光透過部分５０を透過する。

【００４０】露光用マスク１２を透過した光１４は、前
記したように、第１の結像レンズ群１６、ハーフミラー
３２、ミラー２０、ハーフミラー３２、第２の結像レン
ズ群２４を経て、最終像３８を形成するように結像され
る。

【００４１】被露光物支持台５６は、予め最終像３８の
結像面の基準位置に対し位置合わせをされている。

【００４２】それらの結果、最終像３８の結像面と、被
露光物支持台５６に支持された被露光物４０の被露光面
４２との合致度が向上する。

【００４３】予めマスク支持台４６及び被露光物支持台
５６の各支持台における光軸方向の位置合わせを済ませ
ておくことにより、露光のたびの光軸方向の位置合わせ
を不要にすることができる。

【００４４】また、ハーフミラー３２により、中間像３
４の結像面に直角な方向と中間像３４の結像面における
光軸方向とをより高精度に一致させることができる。す
なわち、第１の結像レンズ群１６を経て導かれた光１８
の少なくとも１部の反射位置が残りの光の反射位置に対
して中間像３４の結像面における光軸方向に異なるよう
にミラー２０の少なくとも１部を中間像３４の結像面に
おける光軸方向に変形させることができる。

【００４５】上記実施例に示したハーフミラー３２に代
えて、第１の結像レンズ群１６からの光を透過させてミ
ラー２０に導き、ミラー２０からの反射光をハーフミラ
ー面で反射して第２の結像レンズ群２４に導くようにし
たハーフミラーを用いてもよい。この場合には、ミラー
２０はその配置が変更される。

【００４６】ハーフミラーに代えて、偏光ビームスプリ
ッターと４分の１波長板とを用いることができる。偏光
ビームスプリッターは、第１の結像レンズ群１６からの
光２６のＳ偏光成分の光のみを反射して光１８としてミ
ラー２０に導く。４分の１波長板は、偏光ビームスプリ
ッターとミラー２０との間に配置され、ミラー２０から
の反射光３０をＳ偏光からＰ偏光に変換し、偏光ビーム
スプリッターを透過させて第２の結像レンズ群２４に導
く。

【００４７】また、この構成に代えて、偏光ビームスプ
リッターは、第１の結像レンズ群１６からの光のＰ偏光
成分の光のみを透過させてミラー２０に導き、４分の１
波長板は、偏光ビームスプリッターとミラー２０との間
に配置され、ミラー２０からの反射光３０をＰ偏光から
Ｓ偏光に変換し、偏光ビームスプリッターで反射させて
第２の結像レンズ群２４に導く構成としてもよい。この
場合には、ミラー２０はその配置が変更される。

【００４８】図２を参照するに、変形装置５８は、測定
光６０を照射する照射装置６２と、被露光面４２からの
反射光６４を受光して検出する検出装置６６と、うねり
の量を相殺するうねり補正量を算出する算出装置６８
と、算出されたうねり補正量に基づいてミラー２０の少
なくとも１部を変形させる駆動装置７０とを含む。

【００４９】照射装置６２は、図示しない測定用光源を
備えており、測定光６０を被露光物４０の被露光面４２
に照射する。

【００５０】検出装置６６は、図示しない受光装置と演
算装置とを備えている。照射装置６２からの測定光６０
は被露光面４２で反射され、反射光６４は受光装置によ
って受光される。受光装置は、受光した光を複数の光電
変換素子によって電気信号に変換する。演算装置は、変
換された電気信号に基づいて被露光面４２のうねりの量
を算出する。

【００５１】算出装置６８は、検出装置６６によって算
出されたうねりの量に基づいて、うねりの量を相殺する
うねり補正量を算出する。うねり補正量は、中間像３４
に対する最終像３８の倍率ｍに対してうねりの量の（２
×ｍ^２）分の１として算出することができる。

【００５２】駆動装置７０は、複数の圧電素子７２と複
数の電極７４とを備えている。各圧電素子７２と各電極
７４とは一体的な対として構成されている。各圧電素子
７２は、ミラー２０の反射面とは反対の面側に接するよ
うに配置されている。また、駆動装置７０は、図示しな
い電圧印加装置と、印加電圧の大きさ及び印加時間等を
制御する電圧制御装置とを備えている。

【００５３】駆動装置７０は、算出装置６８によって算
出されたうねり補正量に基づいて、所定の電極７４に所
定の電圧を印加する。電圧を印加された電極７４に対応
する圧電素子７２は、逆電圧効果により電圧に応じて伸
長又は収縮の形状的な歪み変形を生じる。したがって、
その形状的な歪み変形を生じた圧電素子７２は、少なく
ともそれに接するミラー２０の部分を、主として中間像
３４の結像面に直角な方向に形状的に歪ませる。これに
より、被露光面４２のうねりに対応したうねりがより精
確にミラー２０の反射面に形成される。

【００５４】圧電素子としては、逆圧電効果を有する材
料を用いて形成されており、印加された電圧に応じて形
状的な歪みを生じる。このような材料として、ロッシェ
ル塩、チタン酸バリウム、水晶、リン酸二水素カリウム
（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、硫
酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の磁器材料、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）がある。また、膜状に形成することが相対的
に容易な、二フッ化ポリビニル（ＰＶＤＦ）等の有機圧
電物質を用いることもできる。

【００５５】駆動装置は、前記した構成に限定されず、
例えば、鶴田匡夫著、「第４・光の鉛筆」（１９９７
年）、新技術コミュニケーションズ社、第２０９頁〜第
２１０頁に記載の原理に基づいた装置とすることができ
る。また、駆動装置において、圧電素子に代えて、ソレ
ノイド等の磁気を利用するもの、静電気を利用するもの
等を用いることができる。

【００５６】図２において、変形装置５８は、被露光物
４０が露光位置にあるときに被露光面４２のうねりを検
出するように露光装置１０に配置されているが、露光位
置とは異なる位置で被露光物４０の被露光面４２のうね
りを検出した後露光位置に被露光物４０を移動させるよ
うに配置されてもよい。

【００５７】これにより、他の被露光物を露光している
間に当の被露光物の被露光面のうねりを検出することが
できるので、露光工程の時間が短縮される。また、被露
光面のうねりの検出のための測定光の入射方向等を、露
光装置１０の例えば第２の結像レンズ群２４との配置的
な関係を考慮する必要なく、自由に設定することができ
るので、変形装置の設計が容易になる。

【００５８】本発明は、上記実施例に限定されず、例え
ば、光導波路や光集積回路等の光学部品や、マイクロモ
ーターやマイクロアクチュエータ等のマイクロマシン等
の基板の露光に適用することもでき、その趣旨を逸脱し
ない限り、種々変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る露光装置の実施例を示す図であ
る。

【図２】本発明に係る露光装置に変形装置を配置した実
施例を示す図である。

【符号の説明】

１０露光装置１２露光用マスク１６第１の結像レンズ群２０ミラー２４第２の結像レンズ群２８ハーフミラー面３２ハーフミラー３４中間像３８最終像４０被露光物４２被露光面４６マスク支持台４８マスク基板５０光透過部分５２光遮蔽部分５４光変調層５６被露光物支持台５８変形装置６２照射装置６６検出装置６８算出装置７０駆動装置７２圧電素子７４電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用マスクに形成されたパターンの中
間像を形成する第１の結像光学系と、前記中間像の位置
に設けられた反射面の形状が変形可能な反射鏡と、前記
中間像を被露光面に結像するための第２の結像光学系
と、前記第１の結像光学系からの光を前記反射鏡に導き
かつ前記反射鏡からの反射光を前記第２の結像光学系に
導く中間光学系とを含む、露光装置。
【請求項２】さらに、前記被露光面の凹凸形状を検出
する検出装置を含み、検出された凹凸形状の情報に基づ
いて前記反射鏡の反射面を変形させることを特徴とす
る、請求項１に記載の装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の露光装置を用い
る露光方法。