JP2004303951A

JP2004303951A - Aligner and exposure method

Info

Publication number: JP2004303951A
Application number: JP2003095033A
Authority: JP
Inventors: Motoo Koyama; 元夫小山; Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aligner capable of comparatively freely adjusting a wiring space or the like in accordance with the design specification of a wiring pattern. <P>SOLUTION: Since a projection unit 6 is equipped with a magnification zoom unit 67 for changing the projection scale factor of a projection image, the projection image of a pattern formed by a masking device 4 can be adjusted so as to obtain a desired size. Accordingly, the pattern is formed with a phased size due to a plurality of pitches of elements arrayed periodically in a variable pattern producing mask VM provided in the masking device 4. However, the size of a projection image can be changed by the magnification zoom unit 67 upon projecting on a plate PL as the projection image, whereby the sizes of respective units such as the wiring space or the like in the projection image can be adjusted continuously into arbitrary sizes. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造工程において用いられる露光装置及び露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置として、回路パターンを表示する液晶ディスプレイとウェハとを相対的に移動させつつ、液晶ディスプレイに表示された回路パターンをウェハの移動に同期して変化させるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１７７１８号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記露光装置では、液晶ディスプレイに表示された画素を最小単位としてウェハを露光するので、配線パターンの設計仕様に応じて配線間隔等を自在に調節することができず、設計の自由度が制限される。
【０００４】
そこで、本発明は、配線パターンの設計仕様に応じて配線間隔等を比較的自由に調節することができる露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明に係る露光装置は、周期的に配列された複数の素子によって構成される光像形成部を有し、且つ該光像形成部に投影すべきパターンを生成する可変パターン生成装置と、可変パターン生成装置によって生成されたパターンの像を感光性基板上に投影像として投影する投影手段とを備え、投影手段は、投影像の投影倍率を可変とする変倍手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
ここで、「光像形成部」は、自発光型画像表示素子と非発光型画像表示素子の双方を含む概念である。前者の自発光型画像表示素子には、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅｒａｙｔｕｂｅ）、無機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、ＬＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：ｐｌａｓｍａｄｉｓｐｌａｙｐａｎｅ）等が含まれる。また、後者の非発光型画像表示素子は、空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌｌｉｇｈｔｍｏｄｕｌａｔｏｒ）とも呼ばれ、光の振幅、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子であり、透過型空間光変調器と反射型空間光変調器とに分けられる。透過型空間光変調器には、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）等が含まれる。また、反射型空間光変調器には、ＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌｍｉｒｒｏｒｄｅｖｉｃｅ，ｏｒｄｉｇｉｔａｌｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒｄｅｖｉｃｅ）、反射ミラーアレイ、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｄｉｓｐｌａｙ）、電子ペーパ（又は電子インク）、光回折ライトバルブ（ｇｒａｔｉｎｇｌｉｇｈｔｖａｌｖｅ）等が含まれる。
【０００７】
上記露光装置では、投影手段が投影像の投影倍率を可変とする変倍手段を備えるので、可変パターン生成装置によって生成されるパターンの投影像を所望のサイズに調整することができる。つまり、周期的に配列された複数の素子のピッチによって段階的なサイズで生成されるパターンを、感光性基板上に投影像として投影する際に変倍手段によって投影像のサイズを可変にすることができるので、投影像における配線間隔等の各部寸法を連続的な任意のサイズに調節することができる。
【０００８】
また、第２の発明に係る露光装置は、第１の発明の装置において、可変パターン生成装置によって生成されるパターンが、素子の配列方向に略平行に周期的に延在した所定間隔且つ所定幅の複数のパターン領域を備えることを特徴とする。この場合、周期的に配列された複数の素子のピッチ単位で複数のパターン領域の間隔や幅を調整することができる。なお、上記「複数のパターン領域」は、複数のラインパターンに限らず、矩形や円形のドット等を含むものとする。よって、一対のドットが形成されている場合であっても、上記「周期的に」該当するものとする。
【０００９】
また、第３の発明に係る露光装置は、第１，２の発明の装置において、変倍手段が、投影像における対象部分のサイズを、光像形成部の周期的構造の単位距離を投影した投影単位距離に略対応する所定許容範囲内以下で補助的に拡大若しくは縮小することを特徴とする。この場合、素子を投影した投影単位距離に略対応する所定許容範囲に変倍範囲を小さく制限することによって、サイズ調節の範囲を制限することなく投影すなわち露光精度を確保することができる。さらに、この場合変倍手段の構成を簡単なものとすることもできる。
【００１０】
また、第４の発明に係る露光装置は、第３の発明の装置において、変倍手段が、投影像における対象部分のサイズを、光像形成部の周期的構造の単位距離を投影した投影単位距離の１／２以下に略対応する所定許容範囲内で拡大若しくは縮小することを特徴とする。この場合、変倍範囲をさらに制限して投影精度を確保することができる。
【００１１】
また、第５の発明に係る露光装置は、第３の発明の装置において、投影単位距離をＰ１とし、対象部分のサイズをＰ１より大きなＰ２とし、（Ｐ２／Ｐ１）の値の整数部分をｎとし、δを許容誤差とした場合に、補助倍率βｈが、
｜βｈ｜≧Ｐ２／（（ｎ＋１）×Ｐ１）−δ （１）
｜βｈ｜≦Ｐ２／（ｎ×Ｐ１）＋δ （２）
の両式をともに満足することを特徴とする。この場合、投影単位距離Ｐ１を基準とした対象部分のサイズ（Ｐ２／Ｐ１）を、補助的な変倍によって、許容誤差δを許容した比較的小さな範囲内において調整することができる。
【００１２】
また、第６の発明に係る露光装置は、第５の発明の装置において、補助倍率βｈが、（Ｐ２／Ｐ１）の値の小数部分をｄとした場合に、ｄ≦０．５のときは、
１≦｜βｈ｜≦Ｐ２／（ｎ×Ｐ１）＋δ
を満足し、ｄ＞０．５のときは、
Ｐ２／（（ｎ＋１）×Ｐ１）−δ≦｜βｈ｜≦１
を満足することを特徴とする。この場合、変倍範囲をさらに制限して投影精度を確保することができる。
【００１３】
また、第７の発明に係る露光装置は、第３〜６の発明の装置において、可変パターン生成装置が、素子の配列方向に略平行に周期的に延在した所定間隔且つ所定幅の複数のパターン領域を備えるパターンを生成し、投影像における対象部分が、複数のパターン領域の素子の配列方向に略平行な所定間隔であることを特徴とする。この場合、複数のパターン領域の配列方向に略平行な所定間隔（例えばパターン領域がラインである場合にはライン間隔）を正確に制御することができる。
【００１４】
また、第８の発明に係る露光装置は、第１〜７の発明の装置において、変倍手段が、投影手段の光軸に関して対称的に投影倍率を変更することを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明に係る露光装置は、第１〜８の発明の装置において、感光性基板を投影手段に対して所定移動方向に移動させる基板支持手段をさらに備え、可変パターン生成装置は、感光性基板の移動に同期してパターン像を変更することを特徴とする。この場合、スキャン型の露光が可能になり、制御された高精度の露光光によって広域露光が可能になる。
【００１６】
また、第１０の発明に係る露光装置は、第９の発明の装置において、基板支持手段による感光性基板の移動方向は、素子の配列方向に非平行な所定角度をなすことを特徴とする。この場合、所定角度を調整することによって感光性基板の移動方向に関する複数の素子のサイズ、ピッチ等を所望の値に設定することができるので、段階的なサイズで生成されるパターンのサイズを変倍手段と協働して制御することができ、投影像における配線間隔等の各部寸法を高い自由度で任意のサイズに設定することができる。
【００１７】
また、第１１の発明に係る露光装置は、第１０の発明の装置において、光像形成部を構成する素子の配列が、縦の配列方向及び横の配列方向が互いに９０°をなす直交格子状であり、かつ、両配列方向の一方が感光性基板の移動方向に対して非平行な所定傾斜角度をなすことを特徴とする。この場合、直交格子状の素子からなる光変調器等の光像形成部によって所望のパターンを露光することができる。
【００１８】
また、第１２の発明に係る露光装置は、第１０の発明の装置において、光像形成部を構成する素子の配列は、縦の配列方向及び横の配列方向が互いに９０°と異なる角度をなす斜め格子状であり、かつ、配列方向の一方が感光性基板の移動方向に対して非平行な所定傾斜角度をなすことを特徴とする。この場合、斜め格子状の素子からなる光変調器等の光像形成部によって所望のパターンを露光することができる。
【００１９】
また、第１３の発明に係る露光装置は、第１０〜１２の発明の装置において、可変パターン生成装置が、光像形成部中の互いに隣接する複数の素子の投影像によって、感光性基板上に移動方向に延びる露光像を形成することを特徴とする。この場合、サイズ、ピッチ等を所望の値に設定した複数の素子によって、投影像における配線、間隔等のパターン寸法を高い自由度で任意に設定することができる。
【００２０】
また、第１４の発明に係る露光装置は、第１３の発明の装置において、可変パターン生成装置が、光像形成部中の複数の素子のうち移動方向に垂直な方向に関して異なる位置に配列された一群の素子の投影像によって、移動方向に垂直な方向に所定幅を有する露光像を感光性基板上に形成することを特徴とする。この場合、感光性基板の移動方向に垂直な方向に関する投影像におけるパターン像の幅を一群の素子によって自在に設定することができる。
【００２１】
また、第１５の発明に係る露光装置は、投影手段によって投影されるパターンの像と感光性基板とを相対的に所定の移動方向に沿って移動させつつパターンを露光する露光装置において、周期的に配列された複数の素子によって投影すべきパターンを生成する光像形成部を備え、光像形成部の複数の素子の配列方向は、投影手段により感光性基板上に投影された複数の素子の像の配列方向が移動方向を横切るように設定され、光像形成部に生成されるパターンを移動に同期して変更することによって、移動方向に垂直な方向に関して所定幅を有する投影像を感光性基板上に形成する際に、該投影像の形成に寄与する複数の素子の動作を変更することにより該投影像の露光量を調節する表示駆動装置をさらに備える。
【００２２】
上記露光装置では、表示駆動装置が、移動方向に垂直な方向に関して所定幅を有する投影像を同期変更しつつ感光性基板上に形成する際に、該投影像の形成に寄与する複数の素子の動作を変更することにより該投影像の露光量を調節するので、投影像の露光量を所望の値に調整することができる。
【００２３】
また、第１６の発明に係る露光装置は、第１５の発明の装置において、表示駆動装置が、投影像の形成に寄与する複数の素子の数、点灯時間、及び点灯輝度の少なくとも１つを変更することによって投影像の露光量を調節する。ここで、点灯時間や点灯輝度の変更は、自発光型画像表示素子に限らず、非発光型画像表示素子にも適用される。ここで、ＬＣＤ等の非発光型画像表示素子で点灯時間や点灯輝度とは、透過率が増大したオン状態に保持される時間やその際の透過光強度を意味するものとする。
【００２４】
また、第１７の発明に係る露光装置は、第１５，１６の発明の装置において、表示駆動装置が、感光性基板上に当該感光性基板の移動方向に垂直な方向に異なる幅を有する複数の露光像を形成するとともに、当該複数の露光像の露光量が略等しくなるように、複数の素子の動作を制御する。この場合、移動方向に垂直な方向に関して異なる幅を有するパターンの露光量を幅に拘わらず略一致させることができ、精密な露光を達成することができる。
【００２５】
また、第１８の発明に係る露光装置は、第１７の発明の装置において、表示駆動装置は、複数の投影像のうち感光性基板の移動方向に垂直な方向の幅が広い露光像の形成に寄与する複数の素子の数、点灯時間、及び点灯輝度の少なくとも１つを低下させることによって当該複数の露光像の露光量を略等しくする。
【００２６】
また、第１９の発明に係る露光装置は、周期的に配列された複数の素子によって構成される光像形成部を有し、且つ該光像形成部に投影すべきパターンを生成する可変パターン生成装置と、前記可変パターン生成装置によって生成された前記パターンの像を感光性基板上に投影像として投影する投影手段とを備え、前記投影手段は、前記投影手段の光学特性を可変とする光学特性可変手段を備える
ことを特徴とする。
【００２７】
上記露光装置では、投影手段がその光学特性を可変とする光学特性可変手段を備えるので、可変パターン生成装置によって生成されるパターンの投影像の投影状態を所望の状態に調整できる。
【００２８】
また、第２０の発明に係る露光装置は、第１９の発明の装置において、前記光学特性可変手段が、前記投影像の投影倍率を可変とする変倍手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
なお、第２０の発明に係る露光装置においては、上記第２〜第１８の発明と組み合わせることができる。
【００３０】
また、第２１の発明に係る露光方法は、第１〜１８の発明の露光装置を用いた露光方法であって、光像形成部に所望のパターンを生成するパターン形成工程と、光像形成部に生成されたパターンを感光性基板上に転写する転写工程とを含むことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置１０は、照明光源装置２と、マスク装置４と、投影部６と、ステージ装置７と、主制御部８とを備え、ステージ装置７に載置したプレート（感光性基板）ＰＬ上に、マスク装置４に設けた可変パターン生成マスクＶＭの像を投影することによって露光処理を行う。
【００３２】
ここで、照明光源装置２は、マスク装置４に設けた可変パターン生成マスクＶＭに対して波面分割重畳型のケーラー照明を行うものであり、光源、コリメートレンズ、フライアイ光学系、集光レンズ、視野絞り、リレーレンズ等からなる照明光学系２１と、照明光学系２１の動作状態を制御する光源制御系２３とを備える。この照明光学系２１により、そのフライアイレンズ光学系の各レンズエレメントの後側焦点面に形成された２次光源像から射出される照明光ＩＬを、それぞれ平行光束として重畳した状態で可変パターン生成マスクＶＭに入射させることができる。つまり、所望波長の光源光を極めて均一化した照明光ＩＬによって、可変パターン生成マスクＶＭ全体を均一に照明することができる。また、フライアイ光学系によって形成される２次光源の位置又はその近傍に開口絞りを配置してその開口径を調節することによって、照明条件を決定する重要なファクタであるσ値（投影部６を構成する投影レンズ６１の瞳面の開口ＥＰの径に対するその瞳面上での２次光源像の口径の比）を所望の値に設定することができる。
【００３３】
マスク装置４は、ステージ装置７に載置したプレートＰＬに投影すべきパターンを生成するための可変パターン生成装置であり、光像形成部である可変パターン生成マスクＶＭと、可変パターン生成マスクＶＭを支持するマスクホルダ４１と、可変パターン生成マスクＶＭの動作状態を制御するマスク制御系４３とを備える。
【００３４】
ここで、可変パターン生成マスクＶＭは、例えば非発光型画像表示素子すなわち空間光変調器と呼ばれる透過型液晶表示素子（ＬＣＤ）からなり、入射光の位相状態を空間的に変調することができる。この場合、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ）周辺の光路上には、透過光の偏光状態に応じた透過率変化を与えるための偏光子が配置されている。マスクホルダ４１は、可変パターン生成マスクＶＭを投影レンズ６１等に対して固定的に保持するものであるが、その際、可変パターン生成マスクＶＭの投影レンズ６１等に対する姿勢をアライメントによって調整することができる。すなわち、可変パターン生成マスクＶＭは、マスクホルダ４１によって基準光軸ＡＸに垂直な面内で２次元的に適宜移動させることができるとともに、基準光軸ＡＸの回りに所望の回転角だけ回転させることができる。この際、可変パターン生成マスクＶＭの位置は、マスクホルダ４１に設けたレーザ干渉計等によって計測され、マスク制御系４３に出力される。マスク制御系４３は、計測データに基づいて可変パターン生成マスクＶＭの位置を調整する。また、マスク制御系４３は、主制御部８から出力される指令やデータに基づいて可変パターン生成マスクＶＭに表示動作を行わせることができる。具体的には、可変パターン生成マスクＶＭに生成すべきパターン情報に基づいて可変パターン生成マスクＶＭを電子的に制御して、可変パターン生成マスクＶＭに所望のパターンを生成するとともに、ステージ装置７に載置したプレートＰＬの移動に同期してそのパターンを適宜変化させる。この際、可変パターン生成マスクＶＭの各画素位置における透過率は、最大透光状態と最大遮光状態との２値の間でＯＮ及びＯＦＦのスイッチ動作とする。なお、ＯＮ及びＯＦＦのスイッチ動作とすることによって、最大透光状態と最大遮光状態の飽和状態でパターンが生成されるので、露光量を安定した状態とすることができ、露光量の精密な制御が可能になる。
【００３５】
投影部６は、照明光ＩＬによって照明された可変パターン生成マスクＶＭの像光ＩＭを適当な倍率でプレートＰＬ上に投影するための投影手段であり、屈折レンズ等の光学素子からなる投影レンズ６１と、投影レンズ６１の動作状態を制御する投影レンズ駆動系６３とを備える。このうち、投影レンズ６１は、本体部分６５と変倍部分６７とを備える。前者の本体部分６５は、例えばレンズ系で構成されたテレセントリック光学系であり、可変パターン生成マスクＶＭからの像光ＩＭを適当な倍率でプレートＰＬ上に投影する。後者の変倍部分６７は、複数のレンズ要素６７ａ〜６７ｃからなる変倍手段であり、これらのレンズ要素６７ａ〜６７ｃの間隔や位置を調節することによって可変パターン生成マスクＶＭの投影倍率を補助的に調整できるようになっている。なお、変倍部分６７は、可変パターン生成マスクＶＭの投影倍率を基準光軸ＡＸに関して対称的に変更する。投影レンズ駆動系６３は、主制御部８からの指令に基づいて、変倍部分６７を構成する各レンズ要素６７ａ〜６７ｃを基準光軸ＡＸに沿って所望量だけ移動させることができる。
【００３６】
ステージ装置７は、プレートＰＬをアライメントして支持した状態で投影レンズ６１に対して所定速度で移動させるためのものであり、ステージ７１と、ステージ７１の動作状態を制御するステージ駆動系７３とを備える。ステージ７１は、ステージ駆動系７３に駆動されて基準光軸ＡＸに垂直な面内及び基準光軸ＡＸに沿って３次元的に移動してアライメント可能である。さらに、ステージ７１は、ステージ駆動系７３に駆動されて基準光軸ＡＸに垂直な所定方向（例えば紙面に垂直な方向）に所望の速度で移動させることができ、可変パターン生成マスクＶＭに生成した表示画像の変化に同期してプレートＰＬを移動させる走査型の露光を可能にする。
【００３７】
なお、ステージ７１の位置は、ステージ駆動系７３に設けたレーザ干渉計やフォーカスセンサ等によって計測され、主制御部８に出力される。主制御部８は、この位置情報に基づいてステージ駆動系７３に設けたモータを駆動してプレートＰＬを目標位置に所望の速度で移動させることができる。
【００３８】
主制御部８は、照明光源装置２、マスク装置４、投影部６、ステージ装置７等を適当なタイミングで動作させて、プレートＰＬ上の適所に可変パターン生成マスクＶＭの像を投影させる。この際、主制御部８は、プレートＰＬを適当な速度で移動させつつ、これに同期して可変パターン生成マスクＶＭに形成したパターンをスクロールすることによって、走査型の露光を行う。なお、主制御部８にはハードディスク等の記憶装置が内臓されており、この記憶装置内には露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、プレートＰＬの露光を行う上で必要となる処理内容及びその処理順序が記憶されており、これらの処理毎に、所謂レシピデータとして、▲１▼変倍部分６７による補助倍率βｈの設定値、可変パターン生成マスクＶＭに生成すべきパターン、スクロール速度、プレートＰＬの移動速度等の走査露光用パラメータ、▲２▼プレートＰＬ上に塗布されているレジストに関する情報（例えば、レジストの分光特性）、▲３▼必要となる解像度、▲４▼照明光学系の補正量（照明光学特性情報）、▲５▼投影レンズ６１の倍率以外に関する補正量（投影光学特性情報）、及び▲６▼プレートＰＬの平坦性に関する情報等の各種情報が含まれている。
【００３９】
図２は、図１に示す投影レンズ６１に設けた変倍部分６７の役割を説明する図である。可変パターン生成マスクＶＭの投影像ＰＩは、同一周期でマトリックス状に配列された画素を投影した投影画素ＰＸからなっており、可変パターン生成マスクＶＭによるパターン生成によって、一画素分の幅を有しＸ軸方向に延びる一対のラインパターンＬＡが走査方向であるＹ軸方向に一定の間隔で投影されている。この場合、投影レンズ６１に設けた変倍部分６７による補助倍率βｈが１であるとして、本体部分６５による基本倍率βｋのみによって投影像が形成されるものとする。この条件の下で、各ラインパターンＬＡの幅は、投影画素ＰＸのピッチに対応する投影単位距離Ｐ１として与えられ、両ラインパターンＬＡ間の間隔は、投影画素ＰＸのピッチを自然数倍した間隔ｍ×Ｐ１（ここで、ｍは自然数であり、図示の例ではｍ＝８）として与えられる。なお、図示の例では、投影画素ＰＸやラインパターンＬＡが四角形として便宜上概念的に示されているが、実際の投影画素ＰＸ等は、各種収差によって角がとれて鈍った形状となっている。
【００４０】
ここで、両ラインパターンＬＡの間隔ｍ×Ｐ１は、投影単位距離Ｐ１の倍数であり、離散的で不連続な値となっているので、ラインパターンＬＡの設計に際して要求される比較的厳密な寸法を満足しない場合がある。このため、投影レンズ６１に設けた変倍部分６７による補助倍率βｈを１でない値（βｈ≒１）として、両ラインパターンＬＡの間隔を微調整する。具体的には、変倍後の投影像ＰＩ’において、本体部分６５による基本倍率βｋを変倍部分６７の補助倍率βｈによって修正した状態で投影像を形成する。これにより、実際に投影される各ラインパターンＬＡ’の幅は、Ｐ１×βｈとして与えられ、両ラインパターンＬＡ’間の間隔は、間隔Ｐ２＝ｍ×Ｐ１×βｈとして与えられる。ここで、調整の対象部分である間隔Ｐ２は、ラインパターンＬＡ’の間隔の精密な設計値として与えられるべきものであり、以下詳述する変倍によって任意の連続的な値とすることができる。
【００４１】
このようなラインパターンＬＡ’の間隔Ｐ２を与える補助倍率βｈの値は、（Ｐ２／Ｐ１）の値の整数部分をｎとし、δを許容誤差とした場合に、
βｈ≧Ｐ２／（（ｎ＋１）×Ｐ１）−δ （１）
βｈ≦Ｐ２／（ｎ×Ｐ１）＋δ （２）
の両式をともに満足する。これにより、ラインパターンＬＡ’の間隔Ｐ２を投影単位距離Ｐ１程度以下の比較的小さな範囲内で微調整することができる。
【００４２】
さらに、補助倍率βｈは、（Ｐ２／Ｐ１）の値の小数部分をｄとした場合に、ｄ≦０．５のときは、
｜βｈ−Ｐ２／（ｎ×Ｐ１）｜≦δ （３）
を満足するものとする。これにより、ラインパターンＬＡ’の間隔Ｐ２を許容誤差δの範囲内で精密に設定することができる。なお、この場合、補助倍率βｈは１以上となるが、このように拡大する方が縮小する場合よりも補助倍率βｈを１に近くすることになるので、変倍範囲を制限的なものとして投影精度を確保することができる。一方、ｄ＞０．５のときは、
｜βｈ−Ｐ２／（（ｎ＋１）×Ｐ１）｜≦δ （４）
を満足する。これにより、ラインパターンＬＡ’の間隔Ｐ２を許容誤差δの範囲内で精密に設定することができる。なお、この場合、補助倍率βｈは１以下となるが、このように縮小する方が拡大する場合よりも補助倍率βｈを１に近くすることになるので、変倍範囲を制限的なものとして投影精度を確保することができる。
【００４３】
具体的な例で説明すると、投影レンズ６１の本体部分６５による基本倍率βｋを等倍で１とし、可変パターン生成マスクＶＭの画素ピッチを３μｍとすると、各ラインパターンＬＡの幅は、例えば投影単位距離Ｐ１＝３μｍに設定することができる。ここで、両ラインパターンＬＡの目標とする間隔Ｐ２を８０μｍとすると、補助倍率βｈを１にリセットした状態では、両ラインパターンＬＡの間隔を７８μｍ又は８１μｍのいずれかとする必要があり、目標とするライン間隔で露光を行うことができなくなる。そこで、変倍部分６７を調整して補助倍率βｈによる補正を行うが、（Ｐ２／Ｐ１）の整数部分がｎ＝２６、小数部分がｋ＝０．６６６…であることから、
βｈ＝８０／（２７×３）
＝０．９８７…
として補助的な縮小を行う。なお、
βｈ＝８０／（２６×３）
＝１．０２５…
と拡大することもできるが、倍率の補正量が増加する。
【００４４】
以上は、走査方向であるＹ軸方向に関するラインパターンＬＡ’の寸法調整の説明であったが、ラインパターンＬＡ’は、走査方向に直交するＸ軸方向についても同様に補助倍率βｈで拡大又は縮小された状態となる。ただし、ラインパターンＬＡ’のＸ軸方向の長さ等は、ステージ７１によるプレートＰＬの移動速度と、これに同期する可変パターン生成マスクＶＭの表示のスクロール速度とを調整することによっても適宜変更することができる。また、以上の場合、線間隔に連動して線幅が変動するが、線幅よりも通常線間隔の方が大きく、線幅に対する影響よりも線間隔に対する影響の方が重大となる場合が大きい。また、線間隔の制御が比較的重要となる場合には、線間隔の調整によって線幅が多少変動することは許容される。
【００４５】
図３は、可変パターン生成マスクＶＭに生成されるパターンＰＡと、プレートＰＬ上の投影像ＰＩとの関係を説明する斜視図である。可変パターン生成マスクＶＭに生成されるパターンＰＡは、プレートＰＬ上に反転した投影像ＰＩとして投射される。プレートＰＬは、Ｙ軸方向に一定速度で移動しており、投影像ＰＩがプレートＰＬ上で徐々に移動する。これに伴って、プレートＰＬ上で投影像ＰＩが移動するとともに、パターンＰＡが−Ｙ軸方向に一定速度でスクロールされる。図示の場合は、パターンＰＡ中のパターン領域であるラインパターン部ＬＰに対応してプレートＰＬ上にラインパターンＬＡ’が投射されるが、この場合スクロールによってもパターンＰＡが変化せず、ライン状の露光パターンＥＰが形成される。この際、一対の露光パターンＥＰのＸ軸方向の間隔は、投影レンズ６１の変倍部分６７を利用して補助的な縮小若しくは拡大を行ったものとなっており、可変パターン生成マスクＶＭの画素ピッチに影響されない所望の値に設定される。
【００４６】
以下、図１等に示す第１実施形態に係る露光装置１０の動作について説明する。パターンが形成された可変パターン生成マスクＶＭは、照明光学系２１からの照明光ＩＬによって重畳的に均一に照明される。可変パターン生成マスクＶＭのパターンを透過した光束は、投影レンズ６１を介して、感光性基板であるプレートＰＬ上にマスクパターンの像を形成する。そして、投影レンズ６１の光軸すなわち基準光軸ＡＸと直交する平面内においてプレートＰＬをＹ軸方向に走査しつつ、これに同期して可変パターン生成マスクＶＭに形成したパターンをスクロールすることによって、プレートＰＬの全面に所望のパターンが徐々に露光される。この際、主制御部８は、投影レンズ駆動系６３を介して投影レンズ６１の変倍部分６７を駆動することによって、プレートＰＬ上における投影像ＰＩのライン間隔等を精密に微調整する。つまり、可変パターン生成マスクＶＭの画素ピッチによって段階的なサイズで形成されるパターンを基板上に投影する際に、変倍部分６７によって投影パターンのサイズを可変に設定することができるので、投影像すなわち露光パターンにおける配線間隔等の各部寸法を連続的な任意のサイズに設定することができる。
【００４７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る露光装置について説明する。第２実施形態の露光装置は、第１実施形態の露光装置においてマスク装置４の動作等を変形したものであり、装置の全体的構成は共通するので、異なる部分についてのみ説明する。
【００４８】
図４は、第１実施形態の図２に対応するものであり、図１のマスク装置４によって形成される露光パターンの、別の寸法調節法を説明する図である。この場合、可変パターン生成マスクＶＭは、マスクホルダ４１の調節等によって、走査の行われるＹ軸方向を基準として基準光軸ＡＸのまわりに所定の傾斜角θだけ回転した状態となっている。この結果、可変パターン生成マスクＶＭの投影像ＰＩも、基準光軸ＡＸのまわりに所定の傾斜角θだけ回転した状態となっており、可変パターン生成マスクＶＭを構成する各画素の配列方向は、プレートＰＬを移動させるＹ軸方向に対して傾斜角θをなしている。この結果、投影画素ＰＸのＸ軸方向に関する幅Ｗ２は、投影単位距離をＰ１として、

となる。よって、隣接するｊ個（ｊは自然数）の投影画素ＰＸを連ねてパターン領域ＰＡ２（ｊ＝１，２，３，…）を形成し、これらのパターン領域ＰＡ２をＹ軸方向に走査した場合、Ｘ軸方向に幅Ｗ２（ｊ）

を有する露光パターンＥＰ２（ｊ＝１，２，３，…）を形成することができる。つまり、傾斜角θと個数ｊとを適宜設定することによって任意の幅を有する露光パターンＥＰ２を形成することができる。同様にして、露光パターンＥＰ２の間隔も任意に調節することができる。以上をまとめるならば、傾斜角θや個数ｊの設定によって露光パターンの幅や間隔を粗調整することができ、変倍部分６７で設定する補助倍率βｈによって露光パターンの幅や間隔を微調整することができる。なお、図４の場合、個数ｊ＝２で幅Ｗ２（２）＝Ｐ１（２ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）の露光パターンＥＰ２（２）が複数形成されている。
【００４９】
図５は、図４に示すパターン領域ＰＡ２を変更した例を示し、異なる線幅の一対の露光パターンＥＰ２が形成されている。すなわち、個数ｊ＝８で幅Ｗ２（８）＝Ｐ１（８ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）の露光パターンＥＰ２（８）と、個数ｊ＝２で幅Ｗ２（２）＝Ｐ１（２ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）の露光パターンＥＰ２（２）とが形成されている。
【００５０】
図６は、プレートＰＬ上におけるパターン領域ＰＡ２（８）の移動を説明する図である。この場合、点線で示すようにパターン領域ＰＡ２（８）が−Ｙ軸方向に徐々に移動して結果的に幅Ｗ２（８）を有する滑らかなラインを露光することができる。なお、図示を省略しているが、ラインの端部では、パターン領域ＰＡ２（８）の長さをプレートＰＬの移動と同期して徐々に減少させることにより、ほぼＸ軸方向に延びる端部とすることができる。
【００５１】
図５に戻って、同図からも明らかなように、一対のパターン領域ＰＡ２（８），ＰＡ２（２）は、点灯される投影画素ＰＸの密度が異なる。このため、両露光パターンＥＰ２（８），ＥＰ２（２）の露光量を相対的に調整することが精密な線幅制御にとって不可欠である。具体的には、露光パターンＥＰ２（８）の動作画素密度は、ＥＰ２（２）の動作画素密度の２倍となっているので、パターン領域ＰＡ２（８）の形成に用いる投影画素ＰＸの点灯時間のデューティ比を、パターン領域ＰＡ２（２）の形成に用いる投影画素ＰＸの点灯時間のデューティ比の約１／３とする。これにより、両露光パターンＥＰ２（８），ＥＰ２（２）の露光量を等しく設定することができる。なお、点灯時間のデューティ比を調整する代わりに、各パターン領域ＰＡ２（８），ＰＡ２（２）を構成する各群の投影画素ＰＸの透過光量を相互に調整することによっても、両露光パターンＥＰ２（８），ＥＰ２（２）の露光量を調整することができる。さらに、パターン領域ＰＡ２（２）の形成に寄与する投影画素ＰＸを適当に間引くことによっても、両露光パターンＥＰ２（８），ＥＰ２（２）の露光量を相互に調整することができる。
【００５２】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る露光装置について説明する。第３実施形態の露光装置は、第２実施形態の露光装置を変形したものである。
【００５３】
図７は、本実施形態の可変パターン生成マスクＶＭによって形成されるパターンのプレートＰＬ上における投影像ＰＩを説明するものである。この場合、可変パターン生成マスクＶＭには、直交格子ではなく斜め格子に配列された投影画素ＰＸ’が形成されている。この場合、投影画素ＰＸ’の横の配列はＸ軸方向と一致しており、投影画素ＰＸ’の縦の配列は走査の行われるＹ軸方向に対して１／ｉピッチ（ｉは自然数）だけ徐々にずれている。この場合も、図５等に示す場合と同様に、縦配列の傾斜角θや露光に寄与する投影画素ＰＸ’の個数の設定によって露光パターンの幅や間隔を粗調整することができる。
【００５４】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態に係る投影露光方法について説明する。この投影露光方法は、第１〜３実施形態の露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法である。この場合、ウェハ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半導体デバイスを得る。
【００５５】
図８は、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ためのフローチャートである。まず、図８のステップＳ４０において、ウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、ウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布され、プレートＰＬである感光性基板が準備される。その後、ステップＳ４４において、上記実施形態に係る露光装置を用いることによって、可変パターン生成マスクＶＭ上でスクロールされるパターンの像が、走査によって移動するプレートＰＬ上に投影レンズ６１を介して投影される。これにより、所望のサイズ及び間隔を有する露光パターンがプレートＰＬに転写される。
【００５６】
その後、ステップＳ４６において、プレートＰＬ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ４８において、プレートＰＬ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、可変パターン生成マスクＶＭ上に生成されるパターンに対応する回路パターンが形成されたプレートＰＬが準備される。その後、更にプレートＰＬを加工した基板上に上側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、極めて微細で精密な線幅、間隔等を有する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。
【００５７】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態に係る投影露光方法について説明する。図９は、第１〜３実施形態の露光装置を用いて、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を説明するためのフローチャートである。この場合、ガラス基板上に所定の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液晶表示素子を得る。
【００５８】
図９のパターン形成工程（ステップＳ５０）では、第１〜３実施形態の露光装置を用いて、第４実施形態の場合と同様に、可変パターン生成マスクＶＭ上でスクロールされるパターンをプレートＰＬである感光性基板（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工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、プレートＰＬ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、露光されたプレートＰＬは、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、所定のパターンが形成された基板として、次のカラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）へ移行する。
【００５９】
次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ、Ｇ、Ｂ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、或いはＲ、Ｇ、Ｂの３本からなる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（ステップＳ５２）の後に、セル組み立て工程（ステップＳ５４）が実行される。このセル組み立て工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）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（ステップＳ５２）にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネルすなわち液晶セルを組み立てる。
【００６０】
セル組み立て工程（ステップＳ５４）では、例えば、パターン形成工程（ステップＳ５０）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（ステップＳ５２）にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネルを製造する。その後、モジュール組立工程（ステップＳ５６）にて、組み立てられた液晶パネ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、精密な線幅、間隔等を有する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。
【００６１】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、可変パターン生成マスクＶＭとして透過型液晶表示素子（ＬＣＤ）を用いたが、これに代えて、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）等の非発光型画像表示素子を用いることができる。また、可変パターン生成マスクＶＭに代えて、ＣＲＴ、ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等の自発光型画像表示素子を用いることもできる。この場合、図１に示す照明光源装置２は不要となる。
【００６２】
また、上記実施形態では、投影レンズ６１を本体部分６５及び変倍部分６７に分けて構成しているが、変倍部分６７を特に設けず、本体部分６５の要素レンズを移動させることによって変倍手段とすることもできる。
【００６３】
また、上記実施形態では、ラインパターンＬＡの幅や間隔を変倍等によって調節する場合について説明したが、サイズを調節する対象には、ラインパターンに限らず、ドットを含む矩形や円形のパターン領域の寸法や、これらのパターン領域間の間隔も含む。、この場合も、パターン領域の寸法や間隔を、上述の変倍部分６７を利用した補助変倍や可変パターン生成マスクＶＭの微小回転等によって微調整若しくは粗調整することができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、格子状の画素が形成されている可変パターン生成マスクＶＭを用いているが、このような規則性を持たない可変パターン生成マスクＶＭを用いることもできる。具体的には、３μｍ、４μｍ、５μｍ等の複数種類のピッチの画素列を交互に繰り返すタイプの各種ディスプレイを用いてパターンを形成することもできる。この場合、露光されるパターンの自由度が増す。
【００６５】
また、上記実施形態では、投影レンズ６１に対してプレートＰＬをＹ軸方向に走査しつつ可変パターン生成マスクＶＭのパターンをスクロールしているが、Ｙ軸方向に走査終了後にプレートＰＬを投影レンズ６１に対してＸ軸方向にステップ移動させた後に、プレートＰＬを再度Ｙ軸方向に走査しつつ可変パターン生成マスクＶＭのパターンをスクロールすることもでき、この場合、広域の露光が可能になる。
【００６６】
また、上記実施形態では、露光装置が基本的に屈折光学系で構成される場合について説明したが、投影レンズ６１等は、すべて等価若しくは類似の機能を有する反射光学系又は反射屈折光学系に置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る露光装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す投影レンズに設けた変倍部分の役割を説明する図である。
【図３】可変パターン生成マスクに形成されるパターンと、プレート上の投影像との関係を説明する斜視図である。
【図４】第２実施形態に係る露光装置における露光パターンの寸法調節を説明する図である。
【図５】図４の寸法調節の変形例を説明する図である。
【図６】プレート上におけるパターン領域の移動を説明する図である。
【図７】第３実施形態に係る露光装置における露光パターンの寸法調節を説明する図である。
【図８】第４実施形態に係るマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図９】第５実施形態に係るマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
２…照明光源装置、４…マスク装置、６…投影部、８…主制御部、１０…露光装置、２１…照明光学系、２３…光源制御系、４１…マスクホルダ、４３…マスク制御系、６１…投影レンズ、６３…投影レンズ駆動系、６５…本体部分、６７…変倍部分、７１…ステージ、７３…ステージ駆動系、ＡＸ…基準光軸、ＩＬ…照明光、ＩＭ…像光、ＬＡ，ＬＡ’…両ラインパターン、ＰＬ…プレート、ＶＭ…可変パターン生成マスク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method used in a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device, a thin film magnetic head, and other micro devices.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As an exposure apparatus, an apparatus that changes a circuit pattern displayed on a liquid crystal display in synchronization with a movement of a wafer while relatively moving a liquid crystal display for displaying a circuit pattern and a wafer is known (Patent Document 1). reference).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-17718
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described exposure apparatus, since the wafer is exposed using the pixel displayed on the liquid crystal display as a minimum unit, the wiring interval and the like cannot be freely adjusted according to the design specifications of the wiring pattern. Limited.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can relatively freely adjust a wiring interval and the like according to a design specification of a wiring pattern.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an exposure apparatus according to a first aspect of the present invention has an optical image forming unit including a plurality of elements arranged periodically, and a pattern to be projected on the optical image forming unit. A variable pattern generating device for generating the variable pattern generating device; and a projecting device for projecting an image of the pattern generated by the variable pattern generating device on the photosensitive substrate as a projected image, wherein the projecting device changes the projection magnification of the projected image. It is characterized by comprising a doubling means.
[0006]
Here, the “optical image forming unit” is a concept including both a self-luminous image display element and a non-luminous image display element. The former self-luminous image display elements include a CRT (cathode ray tube), an inorganic EL (electro luminescence) display, an organic EL display, an LED display, an OLED (organic light emitting diode) display, an LD display, and a field emission display (FED). : Field emission display), a plasma display panel (PDP), and the like. The latter non-emission type image display element is also called a spatial light modulator, and is an element that spatially modulates the amplitude, phase, or polarization state of light, and is a transmission type spatial light modulator. And a reflective spatial light modulator. The transmissive spatial light modulator includes a transmissive liquid crystal display (LCD), an electrochromic display (ECD), and the like. In addition, the reflection type spatial light modulator includes a DMD (Digital Mirror Device, or Digital Micro-Mirror Device), a reflection mirror array, a reflection type liquid crystal display element, an electrophoretic display (EPD), an electronic paper (or electronic paper). Ink), a light diffraction light valve, and the like.
[0007]
In the above-described exposure apparatus, since the projection unit includes the scaling unit that changes the projection magnification of the projection image, the projection image of the pattern generated by the variable pattern generation device can be adjusted to a desired size. That is, when a pattern generated in a stepwise size by the pitch of a plurality of elements arranged periodically is projected as a projection image on a photosensitive substrate, the size of the projection image is made variable by a scaling unit. Therefore, the dimensions of each part such as the wiring interval in the projected image can be continuously adjusted to an arbitrary size.
[0008]
The exposure apparatus according to a second aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the first aspect, wherein the pattern generated by the variable pattern generation device has a predetermined interval and a predetermined width that are periodically extended substantially in parallel to the arrangement direction of the elements. Is provided with a plurality of pattern areas. In this case, the interval and the width of the plurality of pattern regions can be adjusted in pitch units of the plurality of elements arranged periodically. Note that the “plurality of pattern areas” is not limited to a plurality of line patterns, but includes rectangular or circular dots. Therefore, even when a pair of dots are formed, the above-mentioned “periodically” applies.
[0009]
In the exposure apparatus according to a third aspect, in the apparatus according to the first or second aspect, the scaling unit projects a size of a target portion in the projection image and a unit distance of a periodic structure of the optical image forming unit. It is characterized in that it is supplementarily enlarged or reduced within a predetermined allowable range substantially corresponding to the projection unit distance. In this case, by limiting the zoom range to a predetermined allowable range substantially corresponding to the projection unit distance where the element is projected, it is possible to ensure projection, that is, exposure accuracy without limiting the range of size adjustment. Further, in this case, the configuration of the scaling means can be simplified.
[0010]
An exposure apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the third aspect, wherein the scaling unit sets the size of the target portion in the projection image to a projection unit obtained by projecting a unit distance of the periodic structure of the optical image forming unit. It is characterized in that it is enlarged or reduced within a predetermined allowable range substantially corresponding to a half or less of the distance. In this case, the projection accuracy can be ensured by further limiting the zoom range.
[0011]
An exposure apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the third aspect, wherein the projection unit distance is P1, the size of the target portion is P2 larger than P1, and the integer part of the value of (P2 / P1) is n. Where δ is an allowable error, the auxiliary magnification βh becomes
| Βh | ≧ P2 / ((n + 1) × P1) −δ (1)
| Βh | ≦ P2 / (n × P1) + δ (2)
Is satisfied. In this case, the size (P2 / P1) of the target portion based on the projection unit distance P1 can be adjusted by auxiliary zooming within a relatively small range allowing the allowable error δ.
[0012]
An exposure apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the fifth aspect, wherein the auxiliary magnification βh is d <0.5 when d is a decimal part of the value of (P2 / P1). ,
1 ≦ | βh | ≦ P2 / (n × P1) + δ
Is satisfied, and when d> 0.5,
P2 / ((n + 1) × P1) −δ ≦ | βh | ≦ 1
Is satisfied. In this case, the projection accuracy can be ensured by further limiting the zoom range.
[0013]
An exposure apparatus according to a seventh invention is the exposure apparatus according to the third to sixth inventions, wherein the variable pattern generation device includes a plurality of predetermined intervals and a predetermined width periodically extended substantially in parallel with the arrangement direction of the elements. A pattern including a pattern region is generated, and target portions in the projected image are at predetermined intervals substantially parallel to the arrangement direction of the elements in the plurality of pattern regions. In this case, it is possible to accurately control a predetermined interval substantially parallel to the arrangement direction of the plurality of pattern regions (for example, a line interval when the pattern region is a line).
[0014]
An exposure apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the first to seventh aspects, wherein the scaling means changes the projection magnification symmetrically with respect to the optical axis of the projection means.
[0015]
An exposure apparatus according to a ninth aspect is the exposure apparatus according to the first to eighth aspects, further comprising a substrate support unit for moving the photosensitive substrate in a predetermined movement direction with respect to the projection unit. The pattern image is changed in synchronization with the movement of the photosensitive substrate. In this case, scan-type exposure can be performed, and wide-area exposure can be performed using controlled high-precision exposure light.
[0016]
An exposure apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the ninth aspect, wherein the direction of movement of the photosensitive substrate by the substrate support means forms a predetermined angle that is non-parallel to the arrangement direction of the elements. In this case, by adjusting the predetermined angle, the size, pitch, and the like of the plurality of elements in the moving direction of the photosensitive substrate can be set to desired values. Control can be performed in cooperation with the doubling means, and the dimensions of each part such as the wiring interval in the projected image can be set to an arbitrary size with a high degree of freedom.
[0017]
An exposure apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the tenth aspect, wherein the arrangement of the elements constituting the optical image forming unit is an orthogonal lattice in which the vertical arrangement direction and the horizontal arrangement direction form 90 ° with each other. And one of the two arrangement directions forms a predetermined tilt angle that is non-parallel to the moving direction of the photosensitive substrate. In this case, a desired pattern can be exposed by an optical image forming unit such as an optical modulator including orthogonal lattice elements.
[0018]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the exposure apparatus of the tenth aspect, the arrangement of the elements constituting the optical image forming unit is such that the vertical arrangement direction and the horizontal arrangement direction form an angle different from each other by 90 °. It is characterized by an oblique lattice shape, and one of the arrangement directions forms a predetermined inclination angle that is non-parallel to the moving direction of the photosensitive substrate. In this case, a desired pattern can be exposed by an optical image forming unit such as an optical modulator including an oblique lattice element.
[0019]
An exposure apparatus according to a thirteenth aspect is the exposure apparatus according to the tenth to twelfth aspects, wherein the variable pattern generation device is arranged on the photosensitive substrate by a projection image of a plurality of elements adjacent to each other in the optical image forming unit. An exposure image extending in the moving direction is formed. In this case, the pattern dimensions such as the wiring and the interval in the projected image can be arbitrarily set with a high degree of freedom by using a plurality of elements whose sizes, pitches, and the like are set to desired values.
[0020]
In the exposure apparatus according to a fourteenth aspect, in the apparatus according to the thirteenth aspect, the variable pattern generation device is arranged at a different position in a direction perpendicular to the movement direction among the plurality of elements in the optical image forming unit. An exposure image having a predetermined width in a direction perpendicular to the moving direction is formed on a photosensitive substrate by a projection image of a group of elements. In this case, the width of the pattern image in the projected image in the direction perpendicular to the direction of movement of the photosensitive substrate can be freely set by a group of elements.
[0021]
An exposure apparatus according to a fifteenth aspect of the present invention is an exposure apparatus for exposing a pattern while relatively moving an image of a pattern projected by a projection unit and a photosensitive substrate along a predetermined moving direction. An optical image forming unit for generating a pattern to be projected by a plurality of elements arranged in the optical image forming unit, the arrangement direction of the plurality of elements of the optical image forming unit, the direction of the plurality of elements projected on the photosensitive substrate by the projection means The arrangement direction of the image is set so as to cross the movement direction, and by changing the pattern generated in the optical image forming unit in synchronization with the movement, a projected image having a predetermined width in the direction perpendicular to the movement direction can be photosensitive. When forming on the substrate, the apparatus further includes a display driving device that adjusts an exposure amount of the projection image by changing an operation of a plurality of elements contributing to the formation of the projection image.
[0022]
In the above-described exposure apparatus, when the display driving device forms a projection image having a predetermined width in a direction perpendicular to the moving direction on the photosensitive substrate while synchronously changing the projection image, a plurality of elements contributing to the formation of the projection image are formed. Since the exposure amount of the projection image is adjusted by changing the operation, the exposure amount of the projection image can be adjusted to a desired value.
[0023]
The exposure apparatus according to a sixteenth aspect is the exposure apparatus according to the fifteenth aspect, wherein the display driving device changes at least one of the number of elements, lighting time, and lighting brightness that contribute to the formation of a projected image. By doing so, the exposure amount of the projected image is adjusted. Here, the change of the lighting time or the lighting brightness is applied not only to the self-luminous image display element but also to the non-luminous image display element. Here, the lighting time and the lighting brightness in a non-light emitting type image display element such as an LCD mean the time during which the transmittance is maintained in the ON state and the transmitted light intensity at that time.
[0024]
An exposure apparatus according to a seventeenth aspect is the exposure apparatus according to the fifteenth or sixteenth aspect, wherein the display driving device includes a plurality of display driving devices each having a different width on the photosensitive substrate in a direction perpendicular to the moving direction of the photosensitive substrate. An exposure image is formed, and the operation of the plurality of elements is controlled so that the exposure amounts of the plurality of exposure images become substantially equal. In this case, the exposure amounts of the patterns having different widths in the direction perpendicular to the moving direction can be made substantially the same regardless of the width, and precise exposure can be achieved.
[0025]
An exposure apparatus according to an eighteenth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the seventeenth aspect, wherein the display driving device is configured to form an exposure image having a wide width in a direction perpendicular to the moving direction of the photosensitive substrate among the plurality of projection images. By reducing at least one of the number of contributing elements, the lighting time, and the lighting luminance, the exposure amounts of the plurality of exposure images are made substantially equal.
[0026]
An exposure apparatus according to a nineteenth aspect has an optical image forming unit composed of a plurality of elements arranged periodically, and a variable pattern generation unit that generates a pattern to be projected on the optical image forming unit. And a projection unit for projecting an image of the pattern generated by the variable pattern generation device on a photosensitive substrate as a projection image, wherein the projection unit changes an optical characteristic of the projection unit. Provide variable means
It is characterized by the following.
[0027]
In the above exposure apparatus, since the projection means includes the optical property changing means for changing the optical property, the projection state of the projected image of the pattern generated by the variable pattern generation apparatus can be adjusted to a desired state.
[0028]
An exposure apparatus according to a twentieth aspect of the invention is the exposure apparatus according to the nineteenth aspect, wherein the optical characteristic changing means includes a magnification changing means for changing a projection magnification of the projection image.
[0029]
The exposure apparatus according to the twentieth aspect can be combined with the above-described second to eighteenth aspects.
[0030]
An exposure method according to a twenty-first aspect is an exposure method using the exposure apparatus according to the first to eighteenth aspects, comprising: a pattern forming step of generating a desired pattern in the optical image forming unit; Transferring the generated pattern onto the photosensitive substrate.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the exposure apparatus according to the first embodiment. The exposure device 10 includes an illumination light source device 2, a mask device 4, a projection unit 6, a stage device 7, and a main control unit 8, and is provided on a plate (photosensitive substrate) PL mounted on the stage device 7. Next, an exposure process is performed by projecting an image of the variable pattern generation mask VM provided in the mask device 4.
[0032]
Here, the illumination light source device 2 performs Koehler illumination of a wavefront division superposition type on the variable pattern generation mask VM provided in the mask device 4, and includes a light source, a collimating lens, a fly-eye optical system, a condenser lens, An illumination optical system 21 including a field stop, a relay lens, and the like, and a light source control system 23 that controls an operation state of the illumination optical system 21 are provided. The illumination optical system 21 generates a variable pattern in a state where the illumination light IL emitted from the secondary light source image formed on the rear focal plane of each lens element of the fly-eye lens optical system is superimposed as a parallel light flux. The light can be incident on the mask VM. That is, the entire variable pattern generation mask VM can be uniformly illuminated by the illumination light IL in which the light source light having the desired wavelength is extremely uniform. Further, by arranging an aperture stop at or near the position of the secondary light source formed by the fly-eye optical system and adjusting the aperture diameter, the σ value (projection unit 6) which is an important factor for determining the illumination condition is determined. (The ratio of the diameter of the secondary light source image on the pupil plane to the diameter of the aperture EP on the pupil plane of the projection lens 61) can be set to a desired value.
[0033]
The mask device 4 is a variable pattern generation device for generating a pattern to be projected on the plate PL placed on the stage device 7, and includes a variable pattern generation mask VM that is an optical image forming unit and a variable pattern generation mask VM. The apparatus includes a mask holder 41 for supporting, and a mask control system 43 for controlling an operation state of the variable pattern generation mask VM.
[0034]
Here, the variable pattern generation mask VM is composed of, for example, a non-emission type image display element, that is, a transmission type liquid crystal display element (LCD) called a spatial light modulator, and can spatially modulate the phase state of incident light. In this case, a polarizer for changing the transmittance according to the polarization state of the transmitted light is arranged on the optical path around the transmission type liquid crystal display element (LCD). The mask holder 41 holds the variable pattern generation mask VM fixedly with respect to the projection lens 61 and the like. At this time, the attitude of the variable pattern generation mask VM with respect to the projection lens 61 and the like can be adjusted by alignment. it can. That is, the variable pattern generation mask VM can be appropriately moved two-dimensionally in a plane perpendicular to the reference optical axis AX by the mask holder 41, and rotated by a desired rotation angle around the reference optical axis AX. Can be. At this time, the position of the variable pattern generation mask VM is measured by a laser interferometer or the like provided on the mask holder 41 and output to the mask control system 43. The mask control system 43 adjusts the position of the variable pattern generation mask VM based on the measurement data. Further, the mask control system 43 can cause the variable pattern generation mask VM to perform a display operation based on commands and data output from the main control unit 8. Specifically, the variable pattern generation mask VM is electronically controlled based on pattern information to be generated in the variable pattern generation mask VM to generate a desired pattern on the variable pattern generation mask VM and The pattern is appropriately changed in synchronization with the movement of the placed plate PL. At this time, the transmittance at each pixel position of the variable pattern generation mask VM is switched ON and OFF between two values of a maximum light transmitting state and a maximum light shielding state. The ON and OFF switch operations generate a pattern in the saturated state between the maximum light transmitting state and the maximum light shielding state, so that the exposure amount can be stabilized and precise control of the exposure amount can be achieved. Becomes possible.
[0035]
The projection unit 6 is projection means for projecting the image light IM of the variable pattern generation mask VM illuminated by the illumination light IL onto the plate PL at an appropriate magnification, and is a projection lens 61 made of an optical element such as a refraction lens. And a projection lens drive system 63 for controlling the operation state of the projection lens 61. The projection lens 61 includes a main body portion 65 and a variable power portion 67. The former main body 65 is, for example, a telecentric optical system constituted by a lens system, and projects the image light IM from the variable pattern generation mask VM onto the plate PL at an appropriate magnification. The latter variable power portion 67 is a variable power unit composed of a plurality of lens elements 67a to 67c. By adjusting the intervals and positions of these lens elements 67a to 67c, the projection magnification of the variable pattern generation mask VM is assisted. Can be adjusted. Note that the scaling portion 67 changes the projection magnification of the variable pattern generation mask VM symmetrically with respect to the reference optical axis AX. The projection lens drive system 63 can move each of the lens elements 67a to 67c constituting the variable magnification portion 67 by a desired amount along the reference optical axis AX based on a command from the main control unit 8.
[0036]
The stage device 7 is for moving the plate PL at a predetermined speed with respect to the projection lens 61 in a state where the plate PL is aligned and supported. The stage device 7 includes a stage 71 and a stage driving system 73 for controlling the operation state of the stage 71. Prepare. The stage 71 is driven by a stage drive system 73 and can move three-dimensionally in a plane perpendicular to the reference optical axis AX and along the reference optical axis AX to be aligned. Further, the stage 71 is driven by the stage drive system 73 and can be moved at a desired speed in a predetermined direction perpendicular to the reference optical axis AX (for example, a direction perpendicular to the paper surface), and is generated on the variable pattern generation mask VM. Scanning exposure that moves the plate PL in synchronization with a change in the displayed image is enabled.
[0037]
The position of the stage 71 is measured by a laser interferometer, a focus sensor, or the like provided in the stage drive system 73, and is output to the main control unit 8. The main controller 8 drives the motor provided in the stage drive system 73 based on the position information to move the plate PL to the target position at a desired speed.
[0038]
The main control unit 8 operates the illumination light source device 2, the mask device 4, the projection unit 6, the stage device 7, and the like at an appropriate timing to project an image of the variable pattern generation mask VM at an appropriate position on the plate PL. At this time, the main controller 8 performs scanning exposure by moving the plate PL at an appropriate speed and scrolling the pattern formed on the variable pattern generation mask VM in synchronization with the movement. The main controller 8 has a built-in storage device such as a hard disk, in which an exposure data file is stored. The exposure data file stores the processing contents and the processing order required for performing the exposure of the plate PL, and for each of these processings, as the so-called recipe data, (1) the auxiliary magnification by the variable magnification portion 67 scanning exposure parameters such as the set value of βh, the pattern to be generated on the variable pattern generation mask VM, the scroll speed, the moving speed of the plate PL, and (2) information on the resist applied on the plate PL (for example, (3) required resolution, (4) correction amount of illumination optical system (illumination optical characteristic information), (5) correction amount (projection optical characteristic information) other than magnification of projection lens 61, and (6) ▼ Various information such as information on the flatness of the plate PL is included.
[0039]
FIG. 2 is a view for explaining the role of the variable magnification portion 67 provided in the projection lens 61 shown in FIG. The projection image PI of the variable pattern generation mask VM is composed of projection pixels PX that project pixels arranged in a matrix at the same period, and has a width of one pixel by pattern generation by the variable pattern generation mask VM. A pair of line patterns LA extending in the X-axis direction are projected at regular intervals in the Y-axis direction, which is the scanning direction. In this case, it is assumed that the auxiliary magnification βh by the variable magnification portion 67 provided in the projection lens 61 is 1, and a projected image is formed only by the basic magnification βk by the main body portion 65. Under this condition, the width of each line pattern LA is given as a projection unit distance P1 corresponding to the pitch of the projection pixels PX, and the interval between both line patterns LA is an interval obtained by multiplying the pitch of the projection pixels PX by a natural number. m × P1 (where m is a natural number and m = 8 in the illustrated example). In the illustrated example, the projection pixel PX and the line pattern LA are conceptually shown as a quadrangle for convenience, but the actual projection pixel PX and the like have a rounded shape due to various aberrations.
[0040]
Here, the distance m × P1 between the two line patterns LA is a multiple of the projection unit distance P1 and is a discrete and discontinuous value. Therefore, a relatively strict dimension required when designing the line pattern LA. May not be satisfied. Therefore, the distance between the two line patterns LA is finely adjusted by setting the auxiliary magnification βh by the variable magnification portion 67 provided on the projection lens 61 to a value other than 1 (βh ≒ 1). Specifically, a projected image is formed in a state where the basic magnification βk of the main body portion 65 is corrected by the auxiliary magnification βh of the magnification portion 67 in the projected image PI ′ after the magnification. Thereby, the width of each line pattern LA ′ actually projected is given as P1 × βh, and the interval between both line patterns LA ′ is given as the interval P2 = m × P1 × βh. Here, the interval P2, which is an adjustment target portion, is to be given as a precise design value of the interval of the line pattern LA ', and can be set to any continuous value by scaling described below. .
[0041]
The value of the auxiliary magnification βh that gives the interval P2 between the line patterns LA ′ is n, where n is an integer part of the value of (P2 / P1) and δ is an allowable error.
βh ≧ P2 / ((n + 1) × P1) −δ (1)
βh ≦ P2 / (n × P1) + δ (2)
Both equations are satisfied. Thus, the interval P2 between the line patterns LA 'can be finely adjusted within a relatively small range of about the projection unit distance P1 or less.
[0042]
Further, when the decimal part of the value of (P2 / P1) is d, the auxiliary magnification βh is:
| Βh-P2 / (n × P1) | ≦ δ (3)
Shall be satisfied. As a result, the interval P2 between the line patterns LA 'can be set precisely within the range of the allowable error δ. Note that, in this case, the auxiliary magnification βh is 1 or more. However, since the auxiliary magnification βh is closer to 1 than in the case where the magnification is reduced, the magnification range is limited. Accuracy can be ensured. On the other hand, when d> 0.5,
| Βh-P2 / ((n + 1) × P1) | ≦ δ (4)
To be satisfied. As a result, the interval P2 between the line patterns LA 'can be set precisely within the range of the allowable error δ. Note that, in this case, the auxiliary magnification βh is 1 or less. However, since the auxiliary magnification βh is closer to 1 than in the case of enlargement in this way, the variable magnification range is limited. Accuracy can be ensured.
[0043]
Explaining in a specific example, assuming that the basic magnification βk of the main body portion 65 of the projection lens 61 is 1 and that the pixel pitch of the variable pattern generation mask VM is 3 μm, the width of each line pattern LA is, for example, a projection unit. The distance P1 can be set to 3 μm. Here, assuming that the target interval P2 between the two line patterns LA is 80 μm, when the auxiliary magnification βh is reset to 1, the interval between the two line patterns LA needs to be either 78 μm or 81 μm. Exposure cannot be performed at line intervals. Therefore, the magnification is adjusted by the auxiliary magnification βh by adjusting the magnification portion 67. Since the integer part of (P2 / P1) is n = 26 and the decimal part is k = 0.666.
βh = 80 / (27 × 3)
= 0.987 ...
To perform auxiliary reduction. In addition,
βh = 80 / (26 × 3)
= 1.025 ...
, But the amount of magnification correction increases.
[0044]
The above is the description of the dimension adjustment of the line pattern LA ′ in the Y-axis direction, which is the scanning direction. However, the line pattern LA ′ is similarly enlarged or reduced at the auxiliary magnification βh in the X-axis direction orthogonal to the scanning direction. It will be in the state that was done. However, the length of the line pattern LA ′ in the X-axis direction and the like are also appropriately changed by adjusting the moving speed of the plate PL by the stage 71 and the scroll speed of the display of the variable pattern generation mask VM in synchronization with the moving speed. be able to. In the above case, the line width fluctuates in conjunction with the line interval, but the normal line interval is larger than the line width, and the influence on the line interval is more important than the influence on the line width. . Further, when the control of the line interval is relatively important, it is permissible that the line width is slightly changed by adjusting the line interval.
[0045]
FIG. 3 is a perspective view illustrating the relationship between the pattern PA generated on the variable pattern generation mask VM and the projected image PI on the plate PL. The pattern PA generated on the variable pattern generation mask VM is projected as an inverted projection image PI on the plate PL. The plate PL moves at a constant speed in the Y-axis direction, and the projection image PI moves gradually on the plate PL. Accordingly, the projected image PI moves on the plate PL, and the pattern PA is scrolled at a constant speed in the −Y-axis direction. In the illustrated case, the line pattern LA ′ is projected on the plate PL corresponding to the line pattern portion LP which is a pattern area in the pattern PA. In this case, the pattern PA does not change even by scrolling, and the line pattern LA ′ is projected. An exposure pattern EP is formed. At this time, the distance between the pair of exposure patterns EP in the X-axis direction is obtained by performing auxiliary reduction or enlargement using the variable power portion 67 of the projection lens 61, and the pixel of the variable pattern generation mask VM It is set to a desired value that is not affected by pitch.
[0046]
Hereinafter, the operation of the exposure apparatus 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1 and the like will be described. The variable pattern generation mask VM on which the pattern is formed is uniformly illuminated in a superimposed manner by the illumination light IL from the illumination optical system 21. The light flux transmitted through the pattern of the variable pattern generation mask VM forms an image of the mask pattern on a plate PL serving as a photosensitive substrate via a projection lens 61. Then, while scanning the plate PL in the Y-axis direction in a plane orthogonal to the optical axis of the projection lens 61, that is, the reference optical axis AX, the pattern formed on the variable pattern generation mask VM is scrolled in synchronization with the scanning. A desired pattern is gradually exposed on the entire surface of the plate PL. At this time, the main control unit 8 drives the variable power part 67 of the projection lens 61 via the projection lens driving system 63 to finely finely adjust the line interval and the like of the projection image PI on the plate PL. That is, when a pattern formed in a stepwise size by the pixel pitch of the variable pattern generation mask VM is projected onto the substrate, the size of the projection pattern can be variably set by the scaling portion 67, so that the projected image That is, the dimensions of each part such as the wiring interval in the exposure pattern can be set to a continuous arbitrary size.
[0047]
[Second embodiment]
Hereinafter, an exposure apparatus according to the second embodiment will be described. The exposure apparatus of the second embodiment is a modification of the exposure apparatus of the first embodiment with respect to the operation of the mask device 4 and the like, and has the same overall configuration. Therefore, only different parts will be described.
[0048]
FIG. 4 corresponds to FIG. 2 of the first embodiment, and is a view for explaining another dimension adjusting method of the exposure pattern formed by the mask device 4 of FIG. In this case, the variable pattern generation mask VM is rotated by a predetermined tilt angle θ around the reference optical axis AX with respect to the Y-axis direction in which scanning is performed, due to adjustment of the mask holder 41 or the like. As a result, the projection image PI of the variable pattern generation mask VM is also rotated by the predetermined inclination angle θ around the reference optical axis AX, and the arrangement direction of each pixel constituting the variable pattern generation mask VM is The inclination angle θ is set with respect to the Y-axis direction in which the plate PL is moved. As a result, the width W2 of the projection pixel PX in the X-axis direction is obtained by setting the projection unit distance to P1.

It becomes. Therefore, when a pattern area PA2 (j = 1, 2, 3,...) Is formed by connecting adjacent j (j is a natural number) projection pixels PX, and these pattern areas PA2 are scanned in the Y-axis direction, Width W2 (j) in X-axis direction

Exposure pattern EP2 (j = 1, 2, 3,...) Having That is, the exposure pattern EP2 having an arbitrary width can be formed by appropriately setting the inclination angle θ and the number j. Similarly, the interval between the exposure patterns EP2 can be arbitrarily adjusted. In summary, the width and the interval of the exposure pattern can be roughly adjusted by setting the inclination angle θ and the number j, and the width and the interval of the exposure pattern are finely adjusted by the auxiliary magnification βh set in the variable magnification portion 67. be able to. In FIG. 4, a plurality of exposure patterns EP2 (2) having the number j = 2 and the width W2 (2) = P1 (2 sin θ + cos θ) are formed.
[0049]
FIG. 5 shows an example in which the pattern area PA2 shown in FIG. 4 is changed, and a pair of exposure patterns EP2 having different line widths are formed. That is, the exposure pattern EP2 (8) having the number j = 8 and the width W2 (8) = P1 (8 sin θ + cos θ) and the exposure pattern EP2 (2) having the number j = 2 and the width W2 (2) = P1 (2 sin θ + cos θ) are included. Is formed.
[0050]
FIG. 6 is a diagram illustrating the movement of the pattern area PA2 (8) on the plate PL. In this case, as shown by the dotted line, the pattern area PA2 (8) gradually moves in the -Y-axis direction, and as a result, a smooth line having a width W2 (8) can be exposed. Although not shown, at the end of the line, by gradually decreasing the length of the pattern area PA2 (8) in synchronization with the movement of the plate PL, an end extending substantially in the X-axis direction is formed. can do.
[0051]
Returning to FIG. 5, as is clear from FIG. 5, the density of the projection pixels PX to be turned on differs between the pair of pattern areas PA2 (8) and PA2 (2). Therefore, it is indispensable for precise line width control to relatively adjust the exposure amount of both exposure patterns EP2 (8) and EP2 (2). Specifically, since the operating pixel density of the exposure pattern EP2 (8) is twice the operating pixel density of EP2 (2), the lighting time of the projection pixel PX used to form the pattern area PA2 (8) Is about 1/3 of the duty ratio of the lighting time of the projection pixels PX used to form the pattern area PA2 (2). Thus, the exposure amounts of both exposure patterns EP2 (8) and EP2 (2) can be set equal. Note that, instead of adjusting the duty ratio of the lighting time, the two exposure patterns EP2 are also adjusted by mutually adjusting the amount of transmitted light of the projection pixels PX of each group constituting each of the pattern areas PA2 (8) and PA2 (2). (8) The exposure amount of EP2 (2) can be adjusted. Furthermore, the exposure amount of both exposure patterns EP2 (8) and EP2 (2) can be mutually adjusted also by appropriately thinning out the projection pixels PX that contribute to the formation of the pattern area PA2 (2).
[0052]
[Third embodiment]
Hereinafter, an exposure apparatus according to the third embodiment will be described. The exposure apparatus of the third embodiment is a modification of the exposure apparatus of the second embodiment.
[0053]
FIG. 7 illustrates a projected image PI on a plate PL of a pattern formed by the variable pattern generation mask VM of the present embodiment. In this case, on the variable pattern generation mask VM, the projection pixels PX ′ arranged in an oblique lattice instead of an orthogonal lattice are formed. In this case, the horizontal arrangement of the projection pixels PX 'coincides with the X-axis direction, and the vertical arrangement of the projection pixels PX' has a pitch of 1 / i (i is a natural number) with respect to the Y-axis direction in which scanning is performed. It is gradually shifted. Also in this case, similarly to the case shown in FIG. 5 and the like, the width and interval of the exposure pattern can be roughly adjusted by setting the inclination angle θ of the vertical arrangement and the number of projection pixels PX ′ contributing to exposure.
[0054]
[Fourth embodiment]
Hereinafter, a projection exposure method according to the fourth embodiment of the present invention will be described. This projection exposure method is a method for manufacturing a micro device using the exposure apparatus of the first to third embodiments in a lithography process. In this case, a semiconductor device as a micro device is obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on the wafer.
[0055]
FIG. 8 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device as a micro device. First, in step S40 of FIG. 8, a metal film is deposited on the wafer. In the next step S42, a photoresist is applied on the metal film on the wafer, and a photosensitive substrate serving as plate PL is prepared. Thereafter, in step S44, by using the exposure apparatus according to the above embodiment, the image of the pattern scrolled on the variable pattern generation mask VM is projected via the projection lens 61 onto the plate PL that moves by scanning. . Thereby, an exposure pattern having a desired size and interval is transferred to the plate PL.
[0056]
Thereafter, in Step S46, after the photoresist on the plate PL is developed, in Step S48, the pattern generated on the variable pattern generation mask VM is etched by performing etching on the plate PL using the resist pattern as a mask. Is prepared on which a circuit pattern corresponding to the above is formed. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of the upper layer on the substrate on which the plate PL has been processed. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having a circuit pattern having extremely fine and precise line widths and intervals can be obtained with high throughput.
[0057]
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a projection exposure method according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a liquid crystal display element as a micro device using the exposure apparatuses of the first to third embodiments. In this case, a liquid crystal display element as a micro device is obtained by forming a predetermined pattern on a glass substrate.
[0058]
In the pattern forming step (step S50) of FIG. 9, the pattern scrolled on the variable pattern generation mask VM is changed by the plate PL using the exposure apparatus of the first to third embodiments, as in the case of the fourth embodiment. A so-called photolithography process of transferring and exposing a photosensitive substrate (eg, a glass substrate coated with a resist) is performed. By this photolithography step, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the plate PL. Thereafter, the exposed plate PL goes through the respective steps such as a development step, an etching step, a resist stripping step, etc., and moves to a next color filter forming step (step S52) as a substrate on which a predetermined pattern is formed. .
[0059]
In the next color filter forming step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R, G, and B are arranged in a matrix, or a plurality of sets of striped filters of three colors of R, G, and B are horizontally scanned. The color filters arranged in the line direction are formed. Then, after the color filter forming step (Step S52), a cell assembling step (Step S54) is performed. In this cell assembling step, a liquid crystal panel, that is, a liquid crystal cell is formed using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step (Step S50) and the color filter obtained in the color filter forming step (Step S52). assemble.
[0060]
In the cell assembling step (step S54), for example, a liquid crystal is interposed between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step (step S50) and the color filter obtained in the color filter forming step (step S52). Inject to manufacture a liquid crystal panel. Thereafter, in a module assembling step (step S56), various components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having a circuit pattern having a precise line width, interval, and the like can be obtained with high throughput.
[0061]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, a transmissive liquid crystal display element (LCD) is used as the variable pattern generation mask VM, but a non-emission type image such as an electrochromic display (ECD) or a digital mirror device (DMD) is used instead. A display element can be used. Further, a self-luminous image display device such as a CRT, an EL display, and an LED display can be used instead of the variable pattern generation mask VM. In this case, the illumination light source device 2 shown in FIG. 1 becomes unnecessary.
[0062]
Further, in the above embodiment, the projection lens 61 is configured to be divided into the main body portion 65 and the variable power portion 67. However, the variable power portion 67 is not particularly provided, and the magnification is changed by moving the element lens of the main body portion 65. Means can also be used.
[0063]
Further, in the above-described embodiment, the case where the width and the interval of the line pattern LA are adjusted by scaling or the like has been described. However, the target of adjusting the size is not limited to the line pattern, but may be a rectangular or circular pattern area including dots. And the spacing between these pattern regions. Also in this case, the size and the interval of the pattern area can be finely adjusted or coarsely adjusted by auxiliary zooming using the zooming portion 67 or minute rotation of the variable pattern generation mask VM.
[0064]
Further, in the above-described embodiment, the variable pattern generation mask VM in which the lattice-shaped pixels are formed is used. However, such a variable pattern generation mask VM having no regularity may be used. Specifically, the pattern can be formed using various types of displays in which pixel rows having a plurality of types of pitches such as 3 μm, 4 μm, and 5 μm are alternately repeated. In this case, the degree of freedom of the pattern to be exposed increases.
[0065]
In the above embodiment, the pattern of the variable pattern generation mask VM is scrolled while scanning the plate PL in the Y-axis direction with respect to the projection lens 61. However, after the scanning in the Y-axis direction, the plate PL is moved to the projection lens 61. After the step PL is moved in the X-axis direction, the pattern of the variable pattern generation mask VM can be scrolled while scanning the plate PL again in the Y-axis direction. In this case, a wide area exposure can be performed.
[0066]
Further, in the above-described embodiment, the case where the exposure apparatus is basically configured by a refractive optical system has been described, but the projection lens 61 and the like are all replaced with a reflective optical system or a catadioptric optical system having equivalent or similar functions. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall schematic configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the role of a variable power portion provided in the projection lens shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a relationship between a pattern formed on a variable pattern generation mask and a projected image on a plate.
FIG. 4 is a diagram illustrating dimension adjustment of an exposure pattern in an exposure apparatus according to a second embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the dimension adjustment of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram illustrating movement of a pattern area on a plate.
FIG. 7 is a view for explaining dimension adjustment of an exposure pattern in an exposure apparatus according to a third embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device as a micro device according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a flowchart of a method for manufacturing a liquid crystal display element as a micro device according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 2 denotes an illumination light source device, 4 denotes a mask device, 6 denotes a projection unit, 8 denotes a main control unit, 10 denotes an exposure device, 21 denotes an illumination optical system, 23 denotes a light source control system, 41 denotes a mask holder, and 43 denotes a mask control system. 61: Projection lens, 63: Projection lens drive system, 65: Body part, 67: Variable magnification part, 71: Stage, 73: Stage drive system, AX: Reference optical axis, IL: Illumination light, IM: Image light, LA , LA ': Both line patterns, PL: Plate, VM: Variable pattern generation mask

Claims

A variable pattern generation device having an optical image forming unit constituted by a plurality of elements arranged periodically, and generating a pattern to be projected on the optical image forming unit;
Projection means for projecting an image of the pattern generated by the variable pattern generation device on a photosensitive substrate as a projection image,
The exposure apparatus according to claim 1, wherein the projection unit includes a magnification unit that changes a projection magnification of the projection image.

2. The pattern generated by the variable pattern generation device, comprising a plurality of pattern regions having a predetermined interval and a predetermined width that periodically extend substantially in parallel with the arrangement direction of the elements. 3. Exposure equipment.

The scaling means supplementarily enlarges or reduces the size of the target portion in the projection image within a predetermined allowable range substantially corresponding to a projection unit distance obtained by projecting a unit distance of the periodic structure of the optical image forming unit. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure is performed.

The scaling unit enlarges or enlarges the size of the target portion in the projection image within a predetermined allowable range substantially corresponding to 投影 or less of a projection unit distance obtained by projecting a unit distance of the periodic structure of the optical image forming unit. 4. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the size of the exposure apparatus is reduced.

The auxiliary magnification βh is obtained when the projection unit distance is P1, the size of the target part is P2 larger than P1, the integer part of the value of (P2 / P1) is n, and δ is an allowable error.
| Βh | ≧ P2 / ((n + 1) × P1) −δ (1)
| Βh | ≦ P2 / (n × P1) + δ (2)
4. The exposure apparatus according to claim 3, wherein both of the above expressions are satisfied.

When the decimal part of the value of (P2 / P1) is d, the auxiliary magnification βh is:
1 ≦ | βh | ≦ P2 / (n × P1) + δ
Is satisfied, and when d> 0.5,
P2 / ((n + 1) × P1) −δ ≦ | βh | ≦ 1
The exposure apparatus according to claim 5, wherein the following condition is satisfied.

The variable pattern generation device generates a pattern including a plurality of pattern regions having a predetermined interval and a predetermined width periodically extending substantially in parallel to the arrangement direction of the elements, and a target portion in the projection image includes the plurality of target regions. The exposure apparatus according to any one of claims 3 to 6, wherein a predetermined interval is substantially parallel to an arrangement direction of the elements in a pattern area.

8. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the scaling unit changes the projection magnification symmetrically with respect to an optical axis of the projection unit. 9.

The image forming apparatus further includes a substrate support unit configured to move the photosensitive substrate in a predetermined movement direction with respect to the projection unit, wherein the variable pattern generation device changes the pattern image in synchronization with the movement of the photosensitive substrate. The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein

10. The exposure apparatus according to claim 9, wherein a direction in which the photosensitive substrate is moved by the substrate support means forms a predetermined angle that is non-parallel to the arrangement direction of the elements.

The arrangement of the elements forming the optical image forming unit is a rectangular lattice in which the vertical arrangement direction and the horizontal arrangement direction form 90 ° with each other, and one of the two arrangement directions is in the moving direction of the photosensitive substrate. The exposure apparatus according to claim 10, wherein the exposure apparatus forms a predetermined non-parallel inclination angle.

The arrangement of the elements constituting the optical image forming unit is an oblique lattice shape in which a vertical arrangement direction and a horizontal arrangement direction form an angle different from each other by 90 °, and one of the arrangement directions is the photosensitive substrate. The exposure apparatus according to claim 10, wherein the exposure apparatus forms a predetermined tilt angle that is non-parallel to the moving direction.

The apparatus according to claim 10, wherein the variable pattern generation device forms an exposure image extending in the moving direction on the photosensitive substrate by a projection image of a plurality of elements adjacent to each other in the optical image forming unit. The exposure apparatus according to claim 12.

The variable pattern generation device, by a projected image of a group of elements arranged at different positions with respect to a direction perpendicular to the movement direction among the plurality of elements in the optical image forming unit, in a direction perpendicular to the movement direction. The exposure apparatus according to claim 13, wherein an exposure image having a predetermined width is formed on the photosensitive substrate.

In an exposure apparatus that exposes the pattern while moving the image of the pattern projected by the projection means and the photosensitive substrate relatively along a predetermined moving direction,
An optical image forming unit that generates a pattern to be projected by a plurality of elements arranged periodically,
The arrangement direction of the plurality of elements of the optical image forming unit is set so that the arrangement direction of the images of the plurality of elements projected on the photosensitive substrate by the projection unit crosses the moving direction,
By changing the pattern generated in the optical image forming unit in synchronization with the movement, when forming a projection image having a predetermined width in a direction perpendicular to the movement direction on the photosensitive substrate, An exposure apparatus, further comprising: a display driving device that adjusts an exposure amount of the projection image by changing operations of a plurality of elements that contribute to formation of the projection image.

The display driving device adjusts the exposure amount of the projection image by changing at least one of the number, lighting time, and lighting brightness of the plurality of elements that contribute to the formation of the projection image. The exposure apparatus according to claim 14.

The display driving device forms a plurality of exposure images having different widths in a direction perpendicular to the direction of movement of the photosensitive substrate on the photosensitive substrate, and the exposure amounts of the plurality of exposure images are substantially equal. 17. The exposure apparatus according to claim 15, wherein operations of the plurality of elements are controlled.

The display driving device may include at least one of a number, a lighting time, and a lighting luminance of a plurality of elements that contribute to forming an exposure image having a wide width in a direction perpendicular to a moving direction of a photosensitive substrate among the plurality of projection images. 18. The exposure apparatus according to claim 17, wherein the exposure amounts of the plurality of exposure images are made substantially equal by decreasing the exposure amount.

A variable pattern generation device having an optical image forming unit constituted by a plurality of elements arranged periodically, and generating a pattern to be projected on the optical image forming unit;
Projection means for projecting an image of the pattern generated by the variable pattern generation device on a photosensitive substrate as a projection image,
An exposure apparatus, wherein the projection unit includes an optical characteristic changing unit that changes an optical characteristic of the projection unit.

20. The exposure apparatus according to claim 19, wherein the optical characteristic changing unit includes a magnification changing unit that changes a projection magnification of the projection image.

An exposure method using the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 20,
A pattern forming step of generating a desired pattern in the optical image forming unit,
A transfer step of transferring the pattern generated in the optical image forming unit onto the photosensitive substrate.