JP2005116574A - 露光方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CPU11は、被露光表面の凹凸状態測定装置10による測定結果をRAM12から読み出して露光量算出手段14に予め記憶されている光学系6の焦点深度情報(DOF)と比較照合させ、光学系6の焦点深度情報(DOF)外凹凸情報があったとき、露光量を算出させて当該位置情報に関連付けて露光量をRAM12に記憶させる。CPU11は、このような位置情報と露光量情報を関連付けて母線9に接続された表示装置15に表示させ、監視できるようにすると同時に、母線9に接続された出力手段16により光源1を制御して被露光面の露光量を制御する。
【選択図】図1
Description
即ち、ガラス基板には、特許文献2に記載されているような微小な凹凸がある。
ステップ・アンド・スキャン方式では、1)走査露光前に露光用基板ステージ上に置かれた被露光基板の表面凹凸を測定し、2)走査露光開始と共に、その測定データを基に、最適露光面をチルティングやレベリングにより決めながら走査露光を行う。このとき、同時にダイナミックフォーカスを付加しながら走査露光を行う場合もある。即ち、チルティングやレベリングは、基板ステージを移動させて行っている。
DOF=±k2/k1 2×R2/λ ・・・(1)
露光時、基板面は露光フィールドの全領域において、(1)式で決まる焦点深度の範囲内に収める必要がある。もし基板面が焦点深度の範囲から外れると、完全な結像が得られないので、適正なレジストパターンが形成されない。
また、解像度R=0.5μm、露光波長λ=0.248μm(KrFエキシマレーザ)、k1=0.5、k2=0.5とすると(k1とk2はKrFエキシマレーザ使用時に一般的とされる値)、DOF=±2.0μmとなり、焦点深度の幅として4.0μmである。したがって、基板に対する平坦性の目安は2.0μm以下となる。
一方、液晶表示装置の製造に用いられているガラス基板は、特定の一方向に沿って、約100mm幅で10μm程度の板厚変動(ピーク・トゥ・ピーク)がある。したがって、スループット向上のために露光フィールドを大きくするほど、板厚変動の範囲が焦点深度を超えてしまい、適正な解像度が得られないことになる。
ガラス基板の平坦性は徐々に改善されてきているが、短期間で大幅な成果は望めず、露光方法の工夫により焦点深度に起因する課題を解決することが好ましい。
すなわち、目標となるパターンに対して焦点深度を最も大きく取れる露光条件を示すデフォーカス−露光量曲線を求めてEDウインドウ(プロセスウインドウ)をデフォーカス軸方向に拡大するので、特に従来のDOFより大きな板厚偏差の基板に対しても、ステージの上下移動や傾き制御を行なわずに良好な露光が可能となる。また、ステージの上下移動や傾き制御などを行なう方法と比べ、機械的操作を伴わなくともよいため簡易な装置で露光でき、かつ高速に制御できるため露光時間を短縮できる。
また、本発明ではDOFの拡大を主に述べたが、DOFが十分である場合は露光量偏差許容量(Exposure Latitude)を拡大することも可能である。
このような光源1からの出射光路には、照明光学系2、リレーレンズ3、マスクM、投影光学系4からなる光学系6が設けられている。投影光学系4の結像位置には、被露光体例えば液晶表示装置用ガラス基板Pが設けられている。このガラス基板PとマスクMとは、共役関係に設けられている。マスクMは、スキャンガイドg1に沿ってA−A方向に直線移動可能なマスクステージ7の予め定められた設置位置に設けられている。ガラス基板Pは、スキャンガイドg2に沿って上記A−A方向と同一方向に直線移動可能な基板ステージ5の予め定められた位置に設けられている。
基板ステージ5上には設置されたガラス基板Pの被露光表面の凹凸の状態を測定するための被露光表面の凹凸状態測定装置10が設置されている。被露光表面の凹凸状態測定装置10は例えば被露光表面に斜め方向から光を投射する光源101と投光系102からなる投射光学系と、反射した光をモニタする受光系103と光電検出系104からなる受光光学系で構成されている。被露光表面の凹凸状態測定装置10と母線9で接続されているCPU11は、この被露光表面の凹凸状態測定装置10の測定動作を制御し被露光面の凹凸状態を測定させる構成になっている。CPU11は、被露光表面の凹凸状態測定装置10による測定結果をガラス基板Pの位置情報に関連付けて母線9に接続されたメモリのRAM12に凹凸情報を記憶する構成になっている。このようなCPU11の制御プログラムは、母線9に接続されたメモリのROM13に予め記憶されている。
CPU11は、被露光表面の凹凸状態測定装置10による測定結果をRAM12から読み出して露光量算出手段14に予め記憶されている光学系6の焦点深度情報(DOF)と比較照合させ、光学系6の焦点深度情報(DOF)外凹凸情報があったとき、露光量を算出させて当該位置情報に関連付けて露光量をRAM12に記憶させる。CPU11は、このような位置情報と露光量情報を関連付けて母線9に接続された表示装置15に表示させ、監視できるようにすると同時に、母線9に接続された出力手段16により光源1を制御して被露光面の露光量を制御する。このようにして露光装置17が構成されている。
光源1からの光は、照明光学系2によりマスクMを照射し、マスクMの光学パターンが投影光学系4によりガラス基板Pに結像される。露光時にCPU11は、矢印Aで示した方向に、マスクステージ3と基板ステージ5の両方を同期して移動させ、露光位置を決定する。投影光学系4による結像が反転の場合には、それらは互いに逆方向、正立の場合には、同方向の移動がなされる。
マスクステージ3と基板ステージ5の矢印Aで示した方向の移動は、例えばステップ・アンド・スキャン方式で移動させることができる。CPU11は、露光装置を制御して、露光フィールドfと呼ばれる一定領域をガラス基板Pに対して相対的に走査させ、露光ステップを実行する。
図3に図示されているように、ガラス基板Pの被露光面sの変動が大きく現れる方向をX、ほぼ均一な方向をYとし、変位の軸は、Zと示されている。
ガラス基板Pの製造方法はフュージョン法やフロート法があるが、少なくともこの両製造方法により製造されたガラス基板Pは、図3に示されているように同様な凹凸が形成される特徴を有していることを確認した。これらの方法では、溶融されたガラスを一定方向に引き出すことで、特定厚のガラス基板Pを製造するが、上述の板厚変動が大きいのは、製造時の引き出し方向とほぼ直交する方向であることが分かっている。すなわち、図3のY方向がガラス基板P製造時における引き出し方向である。
パターン 0.8umライン/スペース(クロムマスク)
波長 365nm
NA 0.23
シグマ 0.7
レジスト THMR-iP2250, 1.2um厚
目標 線幅ずれ 10%以下 (at Bottom)
膜減り 0-10%
この解像領域4Aの中に露光許容偏差(Exposure Latitude)が7%と仮定して描いた最大の長方形が最適露光許容領域4F(ED ウインドウ)である。このEDウインドウ4Fの横幅がDOFとなる。図からDOFが6.75umであることが分かる。このような解析方法において、このEDウインドウ4Fはプロセスウインドウとも呼ばれる。
また、別の例を図5に示す。図4と同一部分には、同一符号を付与しその詳細な説明を省略する。この計算で用いた露光条件は以下のとおりである。この例では解像領域4Aは逆U字形(山形状)となる。
パターン 0.5um孤立ライン(クロムマスク)
波長 365nm
NA 0.45
シグマ 0.7
レジスト THMR-iP2250, 1.2um
目標 線幅ずれ 10%以下 (at Bottom)
膜減り 0-10%
補正前のDOFを「通常DOF」、湾曲補正後のDOFを「補正DOF」と呼ぶ。なお、湾曲補正において露光量許容偏差は一定に保つことが必要である。
(露光量)=a(デフォーカス)2+b(デフォーカス)+c
図8はガラス基板Pに露光される状態を、ガラス基板Pの板厚偏差を誇張して描いた図である。基板ステージ5は完全に平坦であり、板厚偏差がそのまま基板表面の凹凸に反映されると仮定した。ガラス基板Pの表面には図示しないレジストが塗布されて感光面aとなる。
ステップ・アンド・リピート、ステップ・アンド・スキャンのいずれにおいても感光面aを露光フィールドfが移動してゆく。このとき、図8に示すようにガラス基板Pの板厚偏差により結像面bと感光面aが乖離し、これがデフォーカス量となる。従来技術ではこのデフォーカスが通常DOFより大きくなると良好なレジストパターンは得られない。
このとき、それぞれの露光フィールドfにおいて、デフォーカス量を計測し、前記図4乃至図6で示す予め設定されたデフォーカス−露光量曲線で決定される露光量にて露光することにより、通常DOF(A)をはみ出た部分も補正DOF(B)以内であれば良好に露光できる。即ち、露光量を増加することにより通常DOFを拡大した補正DOFで露光することができる。例えばU字型の場合、デフォーカスの大きな所で露光量を増やすこととなる。デフォーカス−露光量曲線は、ガラス基板Pの凹凸状態を測定し、予め光学系のDOF特性を測定した結果をメモリのRAM12に予め記憶しておくことにより露光量を調整するだけで、被露光面に凹凸があっても、最適な露光を行うことができる。勿論、被露光面の凹凸情報は、各位置での露光の直前にデフォーカス量を測定し、リアルタイムで露光量を算出し、光源1や光学系6の露光量調整機構を制御してもよい。
このようにして求められた被露光面の凹凸情報からデフォーカス量を得ることができる。
また、直接感光面aを検知する代りに、ガラス基板Pの板厚ムラがそのまま感光面aの凹凸となると仮定し、板厚ムラを測定することにより、間接的に凹凸を求めてもよい。その場合、板厚ムラは基板ステージ5に載せる前に、オフラインで測定することもできる。測定方法としては、触針、光の反射、表面と裏面の干渉などの方法が用いられる。
なお、補正DOFの中心がフォーカス位置(デフォーカス0の位置)と異なる場合は、結像面bを補正DOFの中心にずらすことが望ましい。
露光用光源1には、水銀灯のような連続露光光源と、エキシマレーザのようなパルス光がある。それぞれについて、露光量を変化させる方法を述べる。
連続露光の場合は、露光時間を変えてもよいし、露光照度を変えても良い。露光時間を変えるにはシャッターの開口時間を変える。露光照度を変えるには、照明光学系2の絞りを制御してもよいし、光源1の出力光量を制御してもよい。これらの実施形態における露光量の制御状態を図10に示す。
パルス露光の場合には(一般に同一場所に複数回のパルス状露光用光が照射される)、パルス光の数、パルス光のパルス間隔(幅)、パルス光のパルス幅、パルス光のパルス強度(振幅値)を制御すればよい。これらの実施形態における露光量の制御状態を図11に示す。なお、図示しないが、走査露光の場合は走査速度を変化させることにより露光量を変化させてもよい。すなわち、露光量を増やしたいときは、走査速度を遅くすればよい。
露光工程に際し、CPU11は予めROM13に記憶されたプログラムを実行してローダ(図示せず)からロボットハンドリングにより被露光用基板Pを基板ステージ5の予め定められた位置に搬送する(S−1)。CPU11は、基板ステージ5に搬送された被露光用基板Pを、アライメント機構(図示せず)を制御して予め定められた位置に位置合わせする(S−2)。
CPU11は、被露光表面の凹凸状態測定装置10が測定して得た被露光用基板Pの被露光面の凹凸情報をRAM12に記憶する(S−3)。ROM13には、予め例えば図7に示すデフォーカス量に対する露光量の特性(デフォーカス−露光量特性)が記憶されており、CPU11は、露光量算出手段14により上記凹凸情報から各露光位置でのデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量から露光量を算出して(S−4)、出力手段16により光学系6例えば光源1の露光量を制御する(S−5)。CPU11は、当該露光位置への露光を開始制御する(S−6)。露光量の算出は、図7に示されている特性曲線図により各露光位置での露光量が算出される。例えば、CPU11は、図7において湾曲EDウインドウ4Fを貫く中心線4Gに合致した値に露光量を制御する。
CPU11は、被露光面の凹凸状態測定装置10により測定した凹凸情報を、RAM12に記憶する(S−3)。ROM13に記憶された例えば図7に示されたデフォーカス量に対する露光量の特性図の焦点深度情報(D1)を、CPU11が読み出し、露光量算出手段14において、上記凹凸情報と比較照合し(S−11)、各被露光位置において光学系6の焦点深度DOF内に入るように露光量を制御する。即ち、比較照合(S−11)の結果、通常DOF内の被露光位置においては、予め定められた標準露光量を出力して(S−12)、光学系6を制御する(S−5)。他方、通常DOF外の被露光位置においては、デフォーカス量に対する露光量の特性図で決定される露光量を算出して(S−4)、光学系6を制御する(S−5)。このようにして、被露光面に微小な凹凸があっても、高精細な露光を実行することができる。
2 照明光学系
3 リレーレンズ
4 投影光学系
5 基板ステージ
6 光学系
7 マスクステージ
9 母線
10 凹凸状態測定装置
101 光源
102 投光系
103 受光系
104 光電検出系
11 CPU
12 RAM
13 ROM
14 露光量算出手段
15 表示装置
16 出力手段
17 露光装置
31 光
32 光電変換素子
a 感光面
b 結像面
f 露光フィールド
g1、g2 スキャンガイド
M マスク
P ガラス基板
s ガラス基板面
Claims (16)
- 光源から出射された光を光学系に入射させて露光パターンを生成し、この露光パターンを被露光体に投影して露光するに際し、
前記被露光体の露光位置のデフォーカス量(前記光学系の焦点からのずれ量)を測定する工程と、
前記デフォーカス量に応じて予め定められた露光量の露光を前記被露光体に実施する工程と
を具備してなることを特徴とする露光方法。 - 光源から出射された光を光学系に入射させて露光パターンを生成し、この露光パターンを被露光体に投影して露光するに際し、
前記被露光体の露光位置が前記光学系の焦点深度外のときこのデフォーカス量を測定する工程と、
前記デフォーカス量に応じて予め定められた露光量の露光を前記被露光体に実施する工程と
を具備してなることを特徴とする露光方法。 - 前記予め定められた露光量は、予め設定されたデフォーカス量に対する露光量の特性図から求められた露光量であることを特徴とする請求項1又は2記載の露光方法。
- 前記予め定められた露光量は、前記光学系の焦点深度内になるように求められた露光量であることを特徴とする請求項1又は2記載の露光方法。
- 前記予め定められた露光量は、前記光学系の焦点深度内において求められた中心の露光量であることを特徴とする請求項1又は2記載の露光方法。
- 前記予め定められた露光量は、前記光源の光強度の増減制御、露光時間の増減制御のうち少なくとも一方の制御により求められた露光量であることを特徴とする請求項1又は2記載の露光方法。
- 前記被露光体の露光位置は、前記被露光体の露光面の凹凸により前記光学系の焦点深度外となることを特徴とする請求項1又は2記載の露光方法。
- 前記被露光体の露光面における前記光学系の焦点深度外の有無および有のときのデフォーカス量は、予め前記被露光体の露光面の凹凸情報を検出して位置情報に対応させて記憶することを特徴とする請求項1又は2記載の露光方法。
- 前記凹凸情報は、前記被露光体の厚さムラを表すものであることを特徴とする請求項8記載の露光方法。
- 露光するための光を出射する光源と、
この光源から出射された光の光路に設けられ前記光を変調して露光パターンを生成し、この露光パターンを被露光体に投影する光学系と、
前記被露光体の露光位置が前記光学系の焦点深度外のときこのデフォーカス量を測定する測定手段と、
前記デフォーカス量に応じて予め定められた露光量に制御する露光量制御手段と
を具備してなることを特徴とする露光装置。 - 所定の露光領域に対する露光とマスクと基板の相対的な移動を繰り返して感光性基板に露光するものであって、
あらかじめデフォーカス量と露光量の組み合わせの中から許容できる範囲を求め、これよりそれぞれのデフォーカス量に対して最適の露光量を与えるデフォーカス−露光量曲線を求める前処理工程と、
それぞれの露光領域において感光面のデフォーカス量を測定する測定工程と、
測定したデフォーカス量に対し前記デフォーカス−露光量曲線で決定される最適の露光量を求める露光量決定工程と、
決定した露光量でそれぞれの露光領域に対して露光する露光工程と、
からなる露光方法。 - 前記デフォーカス−露光量曲線を2次曲線で近似することを特徴とする請求項11記載の露光方法。
- 前記測定工程は、感光性基板の板厚のムラを測定して行うことを特徴とする請求項11記載の露光方法。
- 前記露光工程は、連続露光光源を用い、その露光量の調節は光照度を固定して露光時間を変化させることにより行うことを特徴とする請求項11記載の露光方法。
- 前記露光工程は、パルス光源を用い、その露光量の調節はパルスあたりの照射エネルギーを固定して照射パルス回数を変化させることにより行うことを特徴とする請求項11記載の露光方法。
- 前記露光工程は、走査露光により行い、その露光量の調節は光強度を固定して走査速度を変化させることにより行うことを特徴とする請求項11記載の露光方法。
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