JP2003203844A - 投影露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系と照明光学系の光軸が偏芯してい
る場合であっても露光領域全体について良好なテレセン
性を有する投影露光装置を提供することである。 【解決手段】 光源１０からの光束に基づいて所定のパ
ターンが形成されたマスク３０を照明する照明光学系
と、前記マスク３０からの光に基づいて前記パターンの
像をプレート３４上に投影する投影光学系３２とを備え
る投影露光装置において、前記照明光学系は、前記投影
光学系の光軸ＡＸ２に対して偏心した光軸ＡＸ１と、前
記マスク近傍に配置されて、軸対称の光学作用面を有す
る屈折部材２８を備え、前記屈折部材は、前記投影光学
系の光軸と共軸に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置あ
るいは液晶基板露光装置のような所望の面に、精密なパ
ターンを投射して形成する投影露光装置及びこの投影露
光装置を用いた露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被露光基板に精密な回路パターン
を投射して形成する投影露光装置として、図７に示すよ
うな装置が存在する。この投影露光装置は、いわゆる屈
折光学系により構成された露光装置であり、一般には全
てのレンズが、その光軸がほぼ同一軸上に位置するよう
に配置されている。

【０００３】図７において、光源ユニット１００より出
射された光束は集光レンズ１０２により略コリメートさ
れた後、フライアイレンズ１０４に入射し、フライアイ
レンズ１０４の射出端上に２次光源を形成する。フライ
アイレンズ１０４の射出端上に形成された２次光源より
射出された光束はコリメートレンズ１０６により略コリ
メートされ、ブラインド１０８が配置されている面を略
均一に照明する。ブラインド１０８にて所望の領域の光
束のみが選択的に透過する。ブラインド１０８を透過し
た光束は照明系内リレーレンズ１１０にて所定の倍率が
掛けられマスク１１２を照明し、マスク１１２を透過し
た光束は投影光学系１１４を透過し被照射面であるプレ
ート１１６に所定のパターンを形成する。

【０００４】ここで照明光がマスク１１２を照明する様
子及びマスク１１２を透過した光束が投影光学系１１４
に入射する様子を図８に拡大して示す。精密なパターン
形成が要求される投影露光装置では、被照射面における
フォーカス誤差に起因するパターン形状の変化を避ける
ため一般的には光学系の被露光物体側の光束の主光線が
全ての像高について光軸に対して平行になるように設計
されている。しかしながら投影光学系には、一般的に瞳
収差といわれる誤差が残存しているため、マスク側の主
光線が像高によって光軸に対して傾きを有している。即
ち、図８に示すように、光軸上及び最大物高において主
光線が光軸と平行になっている場合においても、中間物
高においては、主光線が光軸に対して傾きを有してい
る。照明光学系は、この投影光学系の主光線の傾きに一
致するように照明光を供給する必要があるが、従来の光
学系は投影光学系と照明光学系とが同軸で構成されてい
るため、照明光学系の凸レンズ及び凹レンズを適当に配
置することにより軸対称に主光線を曲げることが可能で
あり、投影光学系の全画角について良好な照明光を供給
することが可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年、使
用波長の短波長化や露光方式の多様化により、投影光学
系に反射光学系あるいは反射屈折光学系といった光学系
内に反射鏡を持つ光学系が使用されるようになってい
る。反射光学系あるいは反射屈折光学系は反射面におい
て光を屈曲させるため、光学系を構成するためには中心
遮蔽を用いるかあるいは光軸外の領域を使用することが
必要である。ここで、精密なパターン転写を必要とする
応用分野では、中心遮蔽を用いることなく光軸外の領域
を使用することが像質の変化を避けるために有利であ
る。

【０００６】このような投影光学系の軸外の領域を照明
する場合においては、投影光学系と同軸で照明光学系の
光学部品を構成することも可能であるが、実際の照明領
域に対して光学系があまりに大きくなることから装置構
成上も配置が困難であり、またコスト高となる。従っ
て、照明光学系と投影光学系の光軸を偏芯させ照明領域
のみを効率的に照明できるような小さなレンズで照明光
学系を構成することが装置構成上においても、またコス
トを抑えるためにも大変に有利である。

【０００７】しかしながら、投影光学系に瞳収差が残存
している場合、投影光学系の光軸とは異なる軸上に光軸
を持つ照明光学系のレンズをどのように配置してもテレ
セン性のずれを良好に補正することができなかった。

【０００８】この発明の課題は、投影光学系と照明光学
系の光軸が偏芯している場合であっても露光領域全体に
ついて良好なテレセン性を有する投影露光装置、及びこ
の投影露光装置を用いた露光方法を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の投影露光
装置は、光源からの光束に基づいて所定のパターンが形
成されたマスクを照明する照明光学系と、前記マスクか
らの光に基づいて前記パターンの像を所定の面に投影す
る投影光学系とを備える投影露光装置において、前記照
明光学系は、前記投影光学系の光軸に対して偏心した光
軸と、前記マスク近傍に配置されて、軸対称の光学作用
面を有する屈折部材を備え、前記屈折部材は、前記投影
光学系の光軸と共軸に配置されることを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の投影露光装置は、光
源からの光束に基づいて所定のパターンが形成されたマ
スクを照明する照明光学系と、前記マスクからの光に基
づいて前記パターンの像を所定の面に投影する投影光学
系とを備える投影露光装置において、前記照明光学系
は、前記投影光学系の光軸に対して偏心した光軸と、前
記マスクの共役面に対応する位置に配置されて、軸対称
の光学作用面を有する屈折部材を備え、前記屈折部材
は、前記投影光学系の光軸と共軸に配置されることを特
徴とする。

【００１１】また、請求項３記載の投影露光装置は、前
記屈折部材の前記光学作用面が球面の一部にて構成され
ていることを特徴とする。

【００１２】この請求項１〜請求項３に記載の投影露光
装置によれば、照明光学系がマスクの近傍又は、マスク
の共役面に対応する位置に軸対称の光学作用面を有する
屈折部材を備えているため、この屈折部材の軸対称の光
学作用面を用いて、投影光学系の光軸に対して対称に発
生している投影光学系の主光線の傾きの分布、即ちテレ
センのずれを良好に補正することができ、また光学設計
上有利である。従って、投影光学系と照明光学系の光軸
が偏芯している場合であっても露光領域全体について良
好なテレセン性を実現することができる。

【００１３】また、請求項４記載の投影露光装置は、前
記屈折部材の前記光学作用面の少なくとも１面が、軸対
称非球面の一部にて構成されていることを特徴とする。

【００１４】この請求項４に記載の投影露光装置によれ
ば、屈折部材の光学作用面の少なくとも１面が、軸対称
非球面の一部にて構成されているため、投影光学系の軸
外における使用領域が大きい場合においても、この屈折
部材の軸対称の光学作用面を用いて、投影光学系の光軸
に対して対称に発生している投影光学系の主光軸の傾き
の分布、即ちテレセンのずれを良好に補正することがで
きる。

【００１５】また、請求項５記載の露光方法は、請求項
１〜請求項４の何れか一項に記載の投影露光装置を用い
た露光方法において、前記照明光学系を用いて前記マス
クを照明する照明工程と、前記投影光学系を用いて前記
マスクのパターン像を感光性基板へ投影する投影工程と
を含むことを特徴とする。

【００１６】この請求項５記載の露光方法によれば、投
影光学系のテレセンのずれが良好に補正され、露光領域
全体について良好なテレセン性を有する投影露光装置を
用いて露光を行うため、高性能なマイクロデバイスを製
造することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の
第１の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成図で
ある。

【００１８】楕円鏡の第１焦点近傍に配置された光源１
０より出射された光束は楕円鏡１２にて反射された後、
ダイクロイックミラー１４で反射され、楕円鏡の第２焦
点近傍に集光される。その後再び発散し第１のコリメー
トレンズ１６で略コリメートされた後、干渉フィルタ１
８において特定の波長のみが選択的に透過され、フライ
アイレンズ２０に入射する。フライアイレンズ２０より
出射した光束は第２のコリメートレンズ２２において略
コリメートされブラインド２４が配置されている面を略
均一に照明する。

【００１９】ブラインド２４を通過した光束は照明系内
リレーレンズ２６の中のリレーレンズ前群２６ａにて集
光され、折り曲げミラー２６ｂで反射された後リレーレ
ンズ後群２６ｃで略コリメートされ、両面が球面でかつ
照明光学系の光軸ＡＸ１とは光軸が偏芯した屈折部材２
８を透過した後、マスク３０を略均一に照明する。マス
ク３０より出射した光束は、照明光学系とは偏芯した光
軸ＡＸ２を有する投影光学系３２に入射する。投影光学
系３２に入射した光束は投影光学系３２の投影光学系レ
ンズ前群３２ａ、投影光学系レンズ後群３２ｂの順に透
過し、被露光面であるプレート３４上にマスクの像を形
成する。

【００２０】ここで、図２を参照して、照明系内リレー
レンズ後群２６ｃから投影光学系レンズ前群３２ａの詳
細について説明する。図２において投影光学系レンズ前
群３２ａの上方に書かれた多数の線は投影光学系３２の
各物体高における主光線を示している。図に示すよう
に、一般に主光線の傾きは投影光学系３２の光軸上と最
大物高で光軸ＡＸ２に平行な場合でも、中間物高では光
軸ＡＸ２に対して傾きを有している。特に投影光学系の
ような集光光学系においては、凸レンズの一般的な性質
から中間物高において投影光学系の光軸中心へ向かうよ
うに主光線が傾く傾向にある。

【００２１】図２に示すように、本発明の実施の形態で
は回転対象の屈折部材２８、即ち、球面の一部により構
成される軸対称の光学作用面を有する屈折部材２８を照
明光学系の光軸ＡＸ１とは偏芯してマスク３０の近傍
に、屈折部材２８の光軸と投影光学系の光軸ＡＸ２が共
軸（同軸）になるように配置している。従って、各物高
でそれぞれ異なるテレセンのずれ量にも対応し、使用す
る領域内で良好な瞳収差の補正を可能にし、最終像面の
使用領域内全域にわたって良好なテレセン性を得ること
が可能となる。即ち、屈折部材２８により照明光学系か
らの照明光(平行光)に、投影光学系３２に残存している
主光線の傾きに一致するように傾きを持たせ、投影光学
系３２に供給することにより、最終像面の使用領域内全
域にわたって良好なテレセン性を得ることが可能とな
る。

【００２２】次に、図３を参照して、本発明の第２の実
施の形態について説明する。図１及び図２において説明
した第１の実施の形態においては、使用する領域が投影
光学系の中間物高部の比較的狭い領域であった。従っ
て、物高に対するテレセン性の変化は単純増加であるた
め、球面で構成された光学作用面を有する屈折部材２８
により使用領域内全域にわたってテレセン性を良好に補
正することが可能であった。

【００２３】しかしながら、使用する領域が大きくなる
とに物高に対するテレセン性の変化は複雑になる。即
ち、図３に示すように、投影光学系の光軸に対する物高
が小さい範囲では、テレセンの量が増加しているが物高
が大きくなると減少に転じている。

【００２４】そこで、このようなテレセン性の複雑な変
化に対応するため、屈折部材の光学作用面を非球面にて
構成した。即ち、図３に示すように、マスク３０の近傍
に回転対象の屈折部材２９、即ち、軸対称非球面の一部
により構成される光学作用面を一方の面に有する屈折部
材２９を照明光学系の光軸ＡＸ１とは偏芯してマスク３
０の近傍に、屈折部材２９の光軸と投影光学系の光軸Ａ
Ｘ２が共軸（同軸）になるように配置している。従っ
て、各物高でそれぞれ異なるテレセンのずれ量にも対応
し、使用する領域内で良好な瞳収差の補正を可能にし、
最終像面の使用領域内全域にわたって良好なテレセン性
を得ることが可能となる。

【００２５】なお、この屈折部材２９の光学作用面は、
投影光学系の光軸近傍部及び最大物高部近辺で屈折力が
弱く、中間物高部で屈折力が強い構成となっている。こ
のような構成をとることで、使用領域が広い場合であっ
ても使用領域全体にわたって良好なテレセンの補正を行
うことが可能となる。また、図３においては、軸対称非
球面の一部により構成される光学作用面を一方の面に有
する屈折部材２９を用いているが、軸対称非球面の一部
により構成される光学作用面を両方の面に有する屈折部
材を用いてもよい。

【００２６】次に、図４を参照して、本発明の第３の実
施の形態について説明する。図１及び図２を用いて説明
した第１の実施の形態、及び図３を用いて説明した第２
の実施の形態においては、マスク近傍に屈折部材を配置
することにより、投影光学系と照明光学系の光軸が偏芯
している場合であっても露光領域全体についてのテレセ
ン性の補正を行っているが、照明光学系内で光学的にマ
スクと実質的に共役な面、例えばブラインド部分等に屈
折部材を配置しても実質的に同様の効果を得ることがで
きる。

【００２７】即ち、図４に示すように、マスクと実質的
に共役な面であるブラインド２４の近傍、即ちブライン
ド２４の照明光の射出側に近接して第１の実施の形態の
屈折部材２８と実質的に等価な屈折部材２８ａ又は第２
の実施の形態の屈折部材２９と実質的に等価な屈折部材
２９ａを、照明光学系の光軸ＡＸ１とは偏芯して配置
（屈折部材の光軸と投影光学系の光軸ＡＸ２が同軸にな
るように配置）することで、各物高でそれぞれ異なるテ
レセンのずれ量にも対応し、使用する領域内で良好な瞳
収差の補正を可能にし、最終像面の使用領域内全域にわ
たって良好なテレセン性を得ることが可能となる。な
お、屈折部材は、ブラインド２４の照明光の入射側に近
接し、照明光学系の光軸ＡＸ１とは偏芯して配置するよ
うにしてもよい。

【００２８】次に、図１、図３及び図４に示す第１〜第
３の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板と
してのウエハ等に所定の回路パターンを形成することに
よって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得
る際の手法の一例につき図５のフローチャートを参照し
て説明する。

【００２９】以下、図５のフローチャートを参照して、
図１、図３及び図４に示す投影露光装置の何れかを用い
て感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを
形成するマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製
造方法を説明する。

【００３０】先ず、図５のステップＳ３０１において、
１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プＳ３０２において、そのｌロットのウエハ上の金属膜
上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ
３０３において、マスク上のパターンの像がその投影光
学系（投影光学モジュール）を介して、その１ロットの
ウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その
後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ
上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３
０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパタ
ーンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マ
スク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ
上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレ
イヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導
体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイ
ス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有す
る半導体デバイスをスループット良く得ることができ
る。

【００３１】また、図１、図３及び図４に示す投影露光
装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン
（回路パターン、電極パターン等）を形成することによ
って、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得るこ
ともできる。以下、図６のフローチャートを参照して液
晶表示素子の製造方法の説明を行う。図６において、パ
ターン形成工程Ｓ４０１では、図１、図３及び図４の何
れかに示す投影露光装置を用いてマスクのパターンを感
光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写
露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。こ
の光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多
数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、
露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチク
ル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所
定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程
Ｓ４０２へ移行する。

【００３２】次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複
数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成す
る。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、
セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て
工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得ら
れた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形
成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて
液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工
程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１に
て得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ
形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【００３３】その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４
にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動
作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り
付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示
素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを
有する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。

【００３４】このマイクロデバイスの製造方法によれ
ば、投影光学系のテレセンのずれが良好に補正され、露
光領域全体について良好なテレセン性を有する投影露光
装置を用いて露光を行うため、良好な露光を行うことが
でき高性能なマイクロデバイスを製造することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】この発明の投影露光装置によれば、照明
光学系がマスクの近傍又は、マスクの共役面に対応する
位置に軸対称の光学作用面を有する屈折部材を備えてい
るため、この屈折部材の軸対称の光学作用面を用いて、
投影光学系の光軸に対して対称に発生している投影光学
系の主光軸の傾きの分布、即ちテレセンのずれを良好に
補正することができる。従って、投影光学系と照明光学
系の光軸が偏芯している場合であっても露光領域全体に
ついて良好なテレセン性を実現することができる。

【００３６】また、この発明の露光方法によれば、投影
光学系のテレセンのずれが良好に補正され、露光領域全
体について良好なテレセン性を有する投影露光装置を用
いて露光を行うため高性能なマイクロデバイスを製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる投影露光装
置の概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態を説明するための部
分拡大図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる投影露光装
置の部分拡大図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる投影露光装
置の概略構成図である。

【図５】本発明の実施の形態にかかる投影露光装置を用
いたマイクロデバイス(半導体デバイス)の製造方法を説
明するためのフローチャートである。

【図６】本発明の実施の形態にかかる投影露光装置を用
いたマイクロデバイス(液晶表示素子)の製造方法を説明
するためのフローチャートである。

【図７】従来の投影露光装置の概略構成図である。

【図８】従来の投影光学系のテレセンの様子を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１０…光源、１２…楕円鏡、１４…ダイクロイックミラ
ー、１６…第１コリメートレンズ、１８…干渉フィル
タ、２０…フライアイレンズ、２２…第２コリメートレ
ンズ、２４…ブラインド、２６…照明系内リレーレン
ズ、２８，２９…屈折部材、３０…マスク、３２…投影
レンズ、３４…プレート。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束に基づいて所定のパター
   ンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記マ
   スクからの光に基づいて前記パターンの像を所定の面に
   投影する投影光学系とを備える投影露光装置において、 前記照明光学系は、 前記投影光学系の光軸に対して偏心した光軸と、 前記マスク近傍に配置されて、軸対称の光学作用面を有
   する屈折部材を備え、 前記屈折部材は、前記投影光学系の光軸と共軸に配置さ
   れることを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 光源からの光束に基づいて所定のパター
   ンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記マ
   スクからの光に基づいて前記パターンの像を所定の面に
   投影する投影光学系とを備える投影露光装置において、 前記照明光学系は、 前記投影光学系の光軸に対して偏心した光軸と、 前記マスクの共役面に対応する位置に配置されて、軸対
   称の光学作用面を有する屈折部材を備え、 前記屈折部材は、前記投影光学系の光軸と共軸に配置さ
   れることを特徴とする投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記屈折部材の前記光学作用面は球面の
   一部にて構成されていることを特徴とする請求項１又は
   請求項２項に記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記屈折部材の前記光学作用面の少なく
   とも１面は、軸対称非球面の一部にて構成されているこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影露光
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載
   の投影露光装置を用いた露光方法において、 前記照明光学系を用いて前記マスクを照明する照明工程
   と、 前記投影光学系を用いて前記マスクのパターン像を感光
   性基板へ投影する投影工程とを含むことを特徴とする露
   光方法。