JP2006049648A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の露光パターンに対して、露光位置がずれてしまうことを抑制し、所望の露光パターンに従って高速、高精度で露光領域を形成することができる露光装置を提供する。
【解決手段】 露光対象である基板８を載置したステージ１に対向するように、２個以上の光学ユニット３…を備えた搭載部２を設け、１つの光学ユニットが１つのデバイス領域９…内で進退移動して、アレイ状に形成されたデバイス領域９…毎に基板８全面を露光するように構成している。これにより、光学ユニット３…と、ステージ１との相対位置の位置決め誤差を少なくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の表面に露光ビームを照射して、この基板を露光する露光装置に関し、より詳細には基板における露光ビームの照射位置を所望の露光パターンに従って移動させて、この基板を露光する露光装置及び露光方法に関するものである。

従来、液晶ディスプレイ装置、IC（Integrated circuit）、LSI（Large scale integration）などの製造工程において用いられている露光装置がある。この露光装置によってフォトリソグラフィを行う際には、フォトマスク（以下、単に「マスク」と称する。）を用いて紫外光線を一面に照射し、基板上に塗布した感光材料であるフォトレジストを露光する。

しかしながら、マスクを用いる露光装置では、マスクと基板との位置あわせを行って一括露光を行うため、大型で高価なマスクが必要である。

また、マスクと基板とを高精度に位置あわせしなければならないので、マスクおよび基板の高精度な保持機構並びにアライメント機構が必要になる。

さらに、マスクおよび感光材料の熱収縮による描画精度の低下を防止するため、温度安定化機構が必要になる。紫外線光源として超高圧水銀ランプを使用するが、その寿命が短く交換頻度が高く、消費電力が大きくなる。

近年は、多品種少量生産、即時生産（いわゆるオンデマンド生産）が時流であるが、マスク露光には準備時間がかかるのでオンデマンド生産には適さない、という問題があった。また、マスク露光では、塵埃やマスク欠陥に起因して歩留まりが低下する、という問題があった。加えて、マスク露光では、超高圧水銀ランプ、マスク費用等が必要で、ランニング・コストが高くなる、という問題がある。以上のように、マスクを用いる露光装置では、種々の問題が生じていた。

そこで、例えば特許文献１では、マスクを使用しない露光装置が提案されている。この露光装置では、光源であるレーザモジュールをアレイ状に配置して露光パターンのデータに基づいて光源間の距離（つまりレーザモジュール間の距離）を設定する方式が用いられている。

上記露光装置は、図１３に示すように、露光すべき基板１２０が載置されたステージ１１０と、図示しない半導体レーザチップを有する複数のレーザモジュール１３０…と、このレーザモジュール１３０…が列をなして搭載されたアレイユニット１００とからなる。なお、アレイユニット１００は、互いに直交しているＸアレイユニット１６０とＹアレイユニット１７０とから構成されている。また、Ｘアレイユニット１６０は、列６１・６２・６３の３列で構成され、Ｙアレイユニットは、列７１・７２・７３の３列で構成されている。

上記露光装置では、ステージ１１０とアレイユニット１００とを互いに平行に対向した状態で、複数のレーザモジュール１３０…の半導体レーザチップが出射したレーザ光Ｌをそれぞれ基板１２０面に対して垂直に照射しながら上記ステージ１１０とアレイユニット１００とを相対的に移動させて、上記基板１２０上を走査し、露光を行う。

より具体的に、上記の露光装置を用いた露光方法について、図１４（ａ）ないし（ｃ）を用いて簡単に説明する。なお、ここで示す露光装置は、説明の便宜上図１３で示す露光装置とは構成が必ずしも一致しておらず、図１３に示す露光装置からＹアレイユニット１７０を取り除いた構成となっている。

図１４（ａ）ないし（ｃ）に示すように、この露光装置は、ステージ１１０上に露光対象である基板１２０を載置し、この基板１２０に対向するように、略直方体のＸアレイユニット１６０を配置している。このＸアレイユニット１６０は、その長手方向に列をなして複数の図示しない半導体レーザモジュールを搭載している。

図１４（ａ）ないし（ｃ）に示すように、列をなしてＸアレイユニット１６０に搭載された各レーザモジュールは、レーザ光Ｌを基板１２０に照射する。このレーザ光Ｌの照射を続けながら、ステージ１１０とＸアレイユニット１６０とを基板１２０の端から端まで相対的に移動させて基板１２０上の露光パターンを描画する。

このように、図１４（ａ）→図１４（ｂ）→図１４（ｃ）→図１４（ａ）…の動作を複数回繰り返すことにより、すなわちステージ１１０とＸアレイユニット１６０とを基板１２０の端から端まで複数回移動させながら、レーザ光Ｌを基板１２０に照射することにより、基板１２０全面を露光することができる。
特開２０００−２１４５９７号公報（公開日；２０００年８月４日）

しかしながら、上記したような従来の技術は、以下に示すような問題を有している。

特許文献１の露光装置では、レーザモジュール１３０…単位で半導体レーザチップの位置決めをし、レーザモジュール１３０…の位置決めをすることにより露光のピッチを可変させている。このため、レーザモジュール１３０…における半導体レーザチップの位置決めと、アレイユニット１００におけるレーザモジュール１３０…の位置決めと、の両方の位置決めを精度良く行う必要があり、デバイス内でパターンピッチにずれが発生する可能性が高い。また、両者の位置決めにずれが生じると、このずれが加算されるためデバイス内でパターンピッチにずれが発生する可能性がさらに高くなる。

このように、デバイス内でのパターンピッチにずれが発生すると、精度良くデバイス領域の露光パターンを描画するのは困難であるという問題がある。

また、複数のアレイユニットが走査方向に列をなしている（図１３では、アレイユニット６１・６２・６３、７１・７２・７３が列をなしている）ため、走査方向に直交する方向に隣り合うレーザモジュール１３０…の位置が列の幅だけずれている。従って、露光パターンの位置決めを行うためには、列ごとにレーザ光Ｌのオンオフデータを同一にするためには、列と、列との間で露光時にデータの高転送レートが必要となるという問題がある。

さらに、レーザモジュール１３０…を列方向に配列しているアレイユニット１００（図１４（ａ）ないし（ｃ）では、Ｘアレイユニット１６０）は、基板１２０の全面を露光するためには、このアレイユニット１００とステージ１１０との相対移動距離は、上記図１４（ａ）ないし（ｃ）に示すように、少なくとも、基板１２０の端から端までの長さ程度にする必要がある。これに対して、近年、基板１２０のサイズが拡大しているため、露光中に、基板１２０に対して走査する距離が長くなり、走査するステージ１１０の高真直性が要求される。

このように、従来の露光装置では基板１２０とステージ１１０との相対移動距離が基板１２０の端から端までの長さに必要があることに加えて、基板１２０のサイズが拡大しているので、走査範囲内での基板１２０の反り、厚みのばらつき、ステージ１１０のピッチング等により、レーザ光Ｌのフォーカス方向の変位量が拡大している。このため、露光ビーム（レーザ光Ｌ）の位置決め誤差が拡大するという問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の露光パターンに対して露光位置がずれてしまうことを抑制し、所望の露光パターンに従って高速、高精度で露光することができる露光装置及び露光方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の露光装置は、表面に複数の同一のデバイスを形成すべく、ステージ内に保持された基板に対して相対的に移動しながら、この基板に露光ビームを照射し、露光パターンを描画する露光装置において、上記ステージに対向するように設けられた筐体と、上記筐体内に設けられた２個以上の光学ユニットと、露光中に光学ユニットからの露光ビームがアレイ状に形成された上記デバイス領域内で進退移動を繰り返すように、光学ユニットとステージとを相対移動させる駆動手段と、を有していることを特徴としている。

本発明の露光装置は、いわゆるフォトリソグラフィ工程において用いられる露光装置である。すなわち、基板上に塗布した感光材料であるフォトレジスト膜（以下、単に「レジスト膜」と称する。）に露光ビームを照射することにより、所望の露光パターンを描画するものである。この露光動作は、基板を載置したステージと、光学ユニットとを相対的に移動させることにより行われる。ここで、光学ユニットとは、その内部に複数の例えば対物レンズ、光源などの光学系を搭載しており、露光ビームを発射するものである。

上記発明によれば、デバイス領域内で進退移動を繰り返すように光学ユニットとステージとを相対的に移動させることにより該デバイス領域を露光している。

つまり、本発明では、デバイス領域単位で露光をしており、１つの光学ユニットで１つのデバイス領域を露光しており、該デバイス領域を露光し終わると、次のデバイス領域を露光するようになっている。これにより、露光中の光学ユニットから照射される露光ビームの照射位置の移動距離は、最大でもデバイス領域の長さ程度に押さえることができる。

従って、露光中に基板に対して相対的に走査する距離を短くすることができるので、ステージが走査範囲内で反っていたり、厚みにばらつきなどにより発生するステージと光学ユニットとの距離の変動により起こる露光ビームによる位置決め誤差を抑制することができる。加えて、多様なデバイスサイズ、ステージに載置可能な種々の基板サイズの露光に対応することができるので利便性が向上する。

さらに、１つのデバイス領域を1つの光学ユニットで露光を行う構成であるため、光学ユニットの位置決め誤差のみがパターンピッチのずれの要因である。従って、露光誤差を小さくすることが可能である。

また、光学ユニットは、筐体に設けられている。このため、同じ筐体内の光学ユニットの光源のオンオフデータを同一にすることができる。従って、オンオフデータの転送レート低減を図ることが可能である。

また、本発明では、各デバイスに対応するように光学ユニットを位置決めする光学ユニット位置決め手段を備えていることが好ましい。

上記発明によれば、アレイ状に配された複数のデバイス領域に対して光学ユニットから露光ビームを照射して露光した後に、次のデバイス領域の列又は行に合わせて光学ユニットを再配置して、露光することができ、正確に多数のデバイス領域を露光することができる。

また、本発明では、各デバイスのピッチを検知するピッチ検知手段を備え、光学ユニット位置決め手段は、ピッチ検知手段からの検知信号に基づいて、露光すべきデバイスの縦方向ピッチの整数倍、かつ、横方向ピッチの整数倍の距離を有するように隣り合う光学ユニット同士の距離を有するように、各光学ユニットを配置することことが好ましい。

上記発明によれば、１つのデバイスの露光パターンを描画するのに、１個の光学ユニットが用いられる。このため、光学ユニット間でその内部に設けられた光学系にばらつきが発生しても、また、隣り合う光学ユニットに多少のピッチの誤差が生じても、いずれのデバイスの露光パターンも同一の光学ユニットにより描画される。従って、光学ユニット同士のピッチの位置決め精度、光学ユニット内の光学系の配置の精度の緩和が可能となる。

また、本発明では、光学ユニットには、レーザ光を基板に向けて出射する半導体レーザチップが搭載されていることが好ましい。

上記発明によれば、露光ビームの光源として半導体レーザチップを用いているため、光学ユニットを多数用いても安価で簡便に光学ユニットを配置する事が可能となっている。

また、本発明では、駆動手段が各光学ユニットを基板に対して平行に相対移動させるときに、上記基板上の光スポットの径を一定に保つべくスポット径保持手段が設けられていることが好ましい。

上記発明によれば、光学ユニットを基板に対して相対的に移動させるときに、スポット径保持手段によって、露光ビームのスポット径を一定に保つことができる。このため、基板表面と光学ユニットとの垂直距離を一定に保つことできる。すなわち、高真直性を維持することができる。したがって、線幅一定に保ち、精度良く露光パターンの描画を行うことが可能となっている。

また、本発明では、基板からの反射光を検出する検出手段と、露光前又は露光時に、基板の平面上に照射されたレーザ光の強度を変調させる変調手段とをさらに備えていることが好ましい。

上記発明によれば、露光時にレーザ光の強度を変調させて照射することが可能である。このため、ステージと光学ユニットとの相対速度が変化している時においても、レーザ強度を変調させて露光パターンに応じた描画が可能となっている。

さらに、上記構成によれば、変調手段により露光前に、レーザ光の強度を基板に塗布したレジスト膜の感光不可の値まで下げながら、検出手段により、基板からの反射光を検出し、基板へレーザ光を出射する光学ユニットに備えられた光学系出射面と、基板との相対距離を一定に保つことが可能となる。このため、描画開始を迅速かつ安定して行うことが可能となっている。

また、本発明では、光学ユニットは、上記基板上において異なる光スポットの径を形成する少なくとも２つの光学系を有することが好ましい。

上記発明によれば、異なる光スポットの径を形成しているため、異なる線幅の露光パターンの描画が可能である。従って、露光パターンの線幅により光学系を使い分け、露光時間を短縮することが可能となっている。

また、上記の目的を達成するために、本発明の露光方法は、表面に複数の同一のデバイスを形成すべく、ステージ内に保持された基板に対して相対的に移動しながら、この基板に露光ビームを照射し、露光パターンを描画する露光方法において、上記ステージに対向するように配された筐体内に２個以上の光学ユニットを設け、露光中に光学ユニットからの露光ビームがアレイ状に形成された上記デバイス領域内で進退移動を繰り返すように、光学ユニットとステージとを相対移動させることを特徴としている。

以上のように、本発明の露光装置は、表面に複数の同一のデバイスを形成すべく、ステージ内に保持された基板に対して相対的に移動しながら、この基板に露光ビームを照射し、露光パターンを描画する露光装置において、上記ステージに対向するように設けられた筐体と、上記筐体内に設けられた２個以上の光学ユニットと、露光中に光学ユニットからの露光ビームがアレイ状に形成された上記デバイス領域内で進退移動を繰り返すように、光学ユニットとステージとを相対移動させる駆動手段とを有する構成である。

また、本発明の露光方法は、表面に複数の同一のデバイスを形成すべく、ステージ内に保持された基板に対して相対的に移動しながら、この基板に露光ビームを照射し、露光パターンを描画する露光方法において、上記ステージに対向するように配された筐体内に２個以上の光学ユニットを設け、露光中に光学ユニットからの露光ビームがアレイ状に形成された上記デバイス領域内で進退移動を繰り返すように、光学ユニットとステージとを相対移動させる方法である。

上記発明によれば、基板の反り、厚みのばらつき、ステージのピッチングにより発生するステージと光学ユニットとの距離の変動により起こる露光ビームの位置決め誤差を低減させることができる。

従って、所望の露光パターンに対して露光位置がずれてしまうことを抑制し、所望の露光パターンに従って高速、高精度で露光領域を形成することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。

本実施の形態の露光装置は、ＬＳＩの製造の一工程であるフォトリソグラフィ工程において用いられる装置である。より具体的には、本実施の形態の露光装置による露光は、フォトレジスト（以下、単に「レジスト」と称する）膜に対して露光ビームを照射し、所望の露光パターンを描画することにより行われる。

まず、本実施の形態の露光装置の構成について説明する。本実施の形態の露光装置は、図１に示すように、ステージ１、複数の光学ユニット３…を搭載する筐体としての搭載部２、光学ユニット位置決め手段としての光学ユニット位置決め装置（以下、単に「位置決め装置」と称する）４、変調手段としての光学ユニットコントローラ（以下、単に「ユニットコントローラ」と称する）５、駆動手段としての駆動装置６、および同じく駆動手段としてのメインコントローラ７を備えている。

ステージ１は、露光対象である基板８の基台としての役割をしており、この基板８を該ステージ１内に保持した状態で、図１に示すＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向に移動可能な構成となっている。

上記基板８には、図４に示すように、レジスト膜が塗布された複数のデバイス領域９…がアレイ状に配されている。デバイス領域９…のＸ軸方向のピッチは例えば５０ｍｍであり、Ｙ軸方向のピッチは例えば１００ｍｍである。また、基板８のサイズは、例えば１０００ｍｍ×１０００ｍｍである。従って、本実施の形態では、Ｘ軸方向の１列に２０個、Ｙ軸方向の１列に１０個、計２００個のデバイス領域９…が基板８上に配されている。なお、図１はデバイス領域９…を模式的に示すものであり、Ｘ軸・Ｙ軸の各列の個数は上記の個数とは必ずしも一致していない。

上記搭載部２は、図２に示すように、複数の光学ユニット３…をアレイ状に搭載している。これら各光学ユニット３…は、搭載部２の内部において、上記基板８のデバイス領域９…の個数に合わせてＸ軸方向の１列に２０個配されており、かつＹ軸方向の１列に１０個計２００個配されている。また、各光学ユニット３…は、図１に示すように、上記位置決め装置４の図示しない駆動系により、互いに独立してＸ・Ｙ・Ｚ軸方向に移動することができる構成となっている。なお、図２は光学ユニット３…の一部を描いており、上記の個数とは必ずしも一致しない。

上記の光学ユニット３…は、図３に示すように、露光ビーム３１・３２・３３…３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の光スポットの径が異なる高解像度光学系１０と低解像度光学系１１とを搭載している。これら高解像度光学系１０と低解像度光学系１１とについて以下に説明する。

まず、高解像度光学系１０は、図５に示すように、半導体レーザチップ（以下、単に「レーザチップ」と称する）１２とコリメータレンズ１３と検出手段としてのフォーカス検出器１５とを固定しているハウジング１９、対物レンズ１４を保持しているレンズホルダ１６、フォーカス検出器１５からの情報に基づいて対物レンズ１４のＺ軸方向への移動について決定するＺ軸コントローラ１８、及び対物レンズ１４をハウジング１９に対してＺ軸方向に移動させるスポット径保持手段としての対物レンズ駆動装置１７を有している。

レーザチップ１２は、光を出射する光源である。コリメータレンズ１３は、レーザチップ１２からの出射光を平行光にする。対物レンズ１４は、コリメータレンズ１３からの平行光を基板８上に照射する。フォーカス検出器１５は、基板８からの反射光を受光する検出手段である。さらに、ハウジング１９は、光学ユニット３…に固定されている。このため、高解像度光学系１０は、基板８に対して、光学ユニット３…と一体となって移動するようになっている。

レーザチップ１２の波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ１４のＮＡは０．６５である。ここで、ＮＡとは、対物レンズ開口数の略語である。なお、ここで用いているレーザチップ１２は、波長が４０５ｎｍであるため、ガスレーザー、固定レーザー等と比較して簡便で安価な構成とすることができる。

ユニットコントローラ５は、レーザチップ１２の電源のオン・オフ、入力電流の大きさを決定している。また、対物レンズ駆動装置１７は、フォーカス検出器１５からの検出信号がＺ軸コントローラ１８に入力され、このＺ軸コントローラ１８から出力された信号に基づいて作動するようになっている。なお、フォーカス検出器１５は、光ディスク用ピックアップ装置などでフォーカス信号の検出に用いられている非点収差法によって、対物レンズ１４と基板８との距離に応じた信号を出力できるようになっている。

上記高解像度光学系１０の構成により、対物レンズ駆動装置１７は、対物レンズ１４と基板８との距離を一定にすることができる。このため、基板８上における露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…のスポット径が一定になる。これにより、線幅一定に精度良く露光パターンの描画を行うことができる。さらに、露光パターンの描画開始前から、基板８と光学ユニット３…のレーザ光を出射する出射面との相対距離を一定に保つことが可能となるため、露光パターンの描画開始を迅速に行うことができる。

なお、レーザチップ１２による露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の波長λ１と対物レンズ１４のＮＡとの関係から、高解像度光学系１０の露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の基板８表面における光スポットの最小スポット径Ｄ１は約０．５μｍとなっている。

次に、上記低解像度光学系１１は、図６に示すように、レーザチップ２０と、レーザチップ２０の出射光を平行光にするコリメータレンズ２１と、その平行光を基板８上に照射するための対物レンズ２２と、を固定しているハウジング２３を有している。なお、上述した高解像度光学系１０と同一の機能を有する構成についてはその説明を省略する。

レーザチップ２０は波長が４０５ｎｍであり、対物レンズ２２のＮＡは０．１である。なお、上記の高解像度光学系１０の場合と同様に、ここで用いているレーザチップ２０は、波長が４０５ｎｍであるため、ガスレーザー、固定レーザー等と比較して簡便で安価な構成とすることができる。

レーザチップ２０による露光ビーム３１・３２・３３…の波長λ２と対物レンズ２２のＮＡとの関係から、各低解像度光学系１１の露光ビーム３１・３２・３３…の基板８表面におけるビームスポットの最小スポット径Ｄ２は、約４．０μｍとなっている。また、低解像度光学系１１の焦点深度は約２０μｍとなっている。

一方、図１に示すように、上記ユニットコントローラ５は、光学ユニット３…内部のレーザチップ１２・２０からのレーザ照射のオン・オフやレーザチップ１２・２０に入力する電流の大きさを変化させることによりレーザ光の強度を制御する。

また、上記駆動装置６は、図示しない駆動系により、ステージ１をＸ・Ｙ・Ｚ軸方向に移動させる。駆動装置６は、ステージ１と各光学ユニット３…との相対移動距離が基板８の長さの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）となるように設計されている。メインコントローラ（駆動手段；ピッチ検出手段）７は、ユニットコントローラ５、駆動装置６等、露光装置の全動作を制御するコントロールタワーとしての機能を有している。

次に、本実施の形態の露光装置を用いた露光方法について説明する。まず、図７（ａ）ないし（ｃ）にてこの露光方法を概略的に説明し、その後、本実施の形態の低解像度光学系１１・高解像度光学系１０を用いてより詳細に説明する。

まず、メインコントローラ（ピッチ検出手段；図１参照）７がデバイス領域（図１参照）９…のピッチを検出し、この検知信号に基づいて、光学ユニット３…のピッチがデバイス領域９…のピッチと等しくなるように配置される。そして、図７（ａ）に示すように、光学ユニット３…内部の光学系から露光ビーム３１・３２・３３…３１ｈ・３２ｈ・３３ｈを垂直に照射して、この照射中に基板８を露光ビーム３１・３２・３３…３１ｈ・３２ｈ・３３ｈの照射方向と垂直な方向（Ｙ軸正方向）に移動させる。

この移動は、基板８上における露光ビーム３１・３２・３３…３１ｈ・３２ｈ・３３ｈの照射位置が所望の露光パターンに沿うように行われ、基板８の移動中は搭載部２と光学ユニット３は静止している。露光中、露光ビーム３１・３２・３３…３１ｈ・３２ｈ・３３ｈの照射位置はデバイス領域９…からはみ出ないように設定されている。つまり、図７（ｂ）に示すように、基板８をＹ軸負の方向に移動させ、デバイス領域９…に対応して配された光学ユニット３…がデバイス領域９…の露光を完了するまで、Ｙ軸方向に進退移動させる。

そして、光学ユニット３…によりデバイス領域９…の露光が完了すると、光学ユニット３…が搭載された搭載部２を移動させて、次の各デバイス領域９…に光学ユニット３…が対応するように光学ユニット３…を再配置する。再配置後、露光ビーム３１・３２・３３…３１ｈ・３２ｈ・３３ｈを照射しながら基板８を上記した図７（ａ）（ｂ）のように移動させることにより各デバイス領域９…を露光する。この動作を何回か繰り返すことにより図７（ｃ）のように基板８を露光することができる。

従来の露光装置では、露光中にステージ上の基板の端から端まで基板と筐体とを移動させていたが、本実施の形態の露光装置では、デバイス単位で露光しているため、移動距離は最大でもデバイス１つの長さである。

また、従来は、露光中にステージの端から端まで相対的に移動させていた。しかしながら、以上のように、本実施の形態の露光装置では、移動した後に光源を再配置し、デバイス領域内のみ走査露光を行っている。

次に、本実施の形態の露光装置による露光方法について、低解像度光学系１１を用いて、より詳細に説明する。

まず、図１に示すように、露光対象である基板８をステージ１上に配置する。次に、光学ユニットの低解像度光学系から照射される露光ビーム３１・３２・３３…の基板８上におけるスポット径が、所望の大きさになるように、ステージ１を搭載部２に対して相対的に移動させる。この移動は、駆動装置６によって行われる。

次に、メインコントローラ（ピッチ検出手段）７により、デバイス領域９…のピッチを検知する。この検知信号に基づいて、位置決め装置４は、露光ビーム３１・３２・３３…のピッチが、基板８のデバイス領域９…のピッチと等しくなるように、光学ユニット３…の位置決めを行う。次に、駆動装置６は、ステージ１をＸ軸・Ｙ軸方向に駆動させて、露光ビーム３１・３２・３３…が基板８のデバイス領域９…に対応するように位置決めを行う。

ここまでの動作が露光の準備段階であり、ここから実際に露光が開始される。メインコントローラ７は、露光中の露光ビーム３１・３２・３３…の照射位置が、対応するデバイス領域９…内に存在するように設定している。駆動装置６は、ステージ１を＋Ｙ軸方向（図８に示す矢印方向）に駆動させる。この駆動と同時に、低解像度光学系１１は、デバイス領域９…に、露光ビーム３１・３２・３３…を照射する。このとき、ユニットコントローラ５は、レーザチップ２０の電源のオン・オフ、ステージ１の速度に応じたレーザチップ２０に入力する電流の大きさの制御を行う。なお、このとき搭載部２側を移動させてもよい。

これにより、デバイス領域９…の所望の露光パターンは、露光ビーム３１・３２・３３…により描画される。このとき、ステージ１と光学ユニット３…との相対移動距離は、１つのデバイス領域９…のＹ軸方向（長手方向）の長さだけである。

また、ユニットコントローラ５は、各レーザチップ２０に同一の制御信号を送信することにより、各光学ユニット３…が基板８上のレジスト膜に同一の露光パターンを描画する。これにより、図８に示すように、露光ビーム３１・３２・３３…によって、それぞれ、線幅４．０μｍの露光パターン６１・６２・６３…がデバイス領域９…に描画される。

次に、駆動装置６が、ステージ１をＸ軸方向に４．０μｍ駆動させ、位置決めを行う。その後、駆動装置６は、ステージ１を−Ｙ軸方向（図９に示す矢印方向）に駆動させる。この駆動と同時に光学ユニット３…は、デバイス領域９…に露光ビーム３１・３２・３３…を照射する。

このときのステージ１と光学ユニット３…との相対移動距離は、上記同様、１つのデバイス領域９…のＹ軸方向の長さだけである。こうして、図９に示すように、露光ビーム３１・３２・３３…は、線幅４．０μｍの露光パターンを描画し、上記の露光パターン６１・６２・６３…と合わせて、線幅が８．０μｍの露光パターン６１ａ・６２ａ・６３ａ…が描画される。

次に、ステージ１をＸ軸方向に１００μｍ移動させる。そして、低解像度光学系１１が、基板８上のデバイス領域９…に、露光ビーム３１・３２・３３…を照射する。同時に、駆動装置６は、ステージ１を＋Ｙ軸方向（図１０に示す矢印方向）に駆動させる。これにより、図１０に示すように、露光ビーム３１・３２・３３…は、線幅４．０μｍの露光パターン６１ｂ・６２ｂ・６３ｂ…を描画する。

以上のように、本実施の形態の露光装置は、ステージ１に対向するように設けられた搭載部２と、上記搭載部２内に設けられた複数の光学ユニット３…と、露光中に光学ユニット３…からの露光ビーム３１・３２・３３…が上記デバイス領域９…内で進退移動を繰り返すように、光学ユニット３…とステージ１とを相対移動させる駆動装置６とを有する。これにより、光学ユニット３…あるいはステージ１が最大でもデバイス領域９…の範囲で相対的に移動することにより、基板８全面を露光することができる。

また、１つのデバイス領域９…を１つの光学ユニット３…により露光することができる。このため、１つのデバイス領域９…を露光する時の光学ユニット３…の直線方向の移動距離を、最大でもデバイス領域９…の長手方向の長さに抑えることができる。なお、本実施の形態の露光装置では、直線露光について説明したが、これに限られず、カーブを描いた露光パターンも描画することができる。ここで長手方向の長さとは、図１に示すＹ軸方向の長さをいう。

また、光学ユニット３…は、すべて１つの搭載部２に納められている。このため、露光パターンの描画の際に、光学ユニット３…の全光源のオンオフデータを同一にすることができる。従って、オンオフデータの転送レートの低減を図ることができ、装置の利便性を図ることができる。

なお、上記の実施の形態では、低解像度光学系１１を用いた露光方法について説明したが、これに限らず、高解像度光学系１０を用いて露光してもよい。さらに、低解像度光学系１１と高解像度光学系１０との両方を用いて露光してもよい。

以下に、高解像度光学系１０を用いた露光方法について説明する。ここで、上記の低解像度光学系１１の露光方法と同一の工程は簡略化して説明する。

メインコントローラ７により、デバイス領域９…のピッチを検知する。この検知信号に基づいて、位置決め装置４は、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…のピッチが、基板８のデバイス領域９…のピッチと等しくなるように、光学ユニット３…の位置決めを行う。

駆動装置６は、基板８と露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…との位置決めを、ステージ１をＸ軸・Ｙ軸方向に駆動させて行う。このとき、高解像度光学系１０のレーザチップ１２は、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…を基板８のデバイス領域９…上に照射している。ところが、この照射によってデバイス領域９…上に塗布されたレジスト膜が感光しないように、ユニットコントローラ５は入力電流の大きさを低下させている。

次に、レジスト膜からの反射光はフォーカス検出器１５によって受光され、フォーカス検出器１５は、その信号をＺ軸コントローラ１８に送信する。送信された信号に基づきＺ軸コントローラ１８は、対物レンズ駆動装置１７により対物レンズ１４のＺ軸方向の位置を制御する。具体的には、レジスト膜上の露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の径が０．５μｍで一定に保たれるように、対物レンズ駆動装置１７は、対物レンズ１４のＺ軸方向の位置を制御している。

駆動装置６は、ステージ１を＋Ｙ軸方向（図１１に示す矢印方向）へ駆動させる。同時に、高解像度光学系１０は、基板８上のデバイス領域９…に、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…を照射する。このとき、ユニットコントローラ５は、レーザチップ１２に同一の制御信号を送信する。従って、それぞれの光学ユニット３…は、同一の線幅の露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…を照射することにより露光パターンを描画する。

さらに、対物レンズ１４の位置は、上記Ｚ軸コントローラ１８によりＺ軸方向に制御され、デバイス領域９…上に形成された露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の径は０．５μｍで一定に保たれる。これにより、図１１に示すように、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…それぞれによって、線幅０．５μｍの露光パターン７１・７２・７３…が描画される。

次に、高解像度光学系１０が露光すべき位置に露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…が配置されるようにステージ１をＸ軸方向に１００μｍ駆動し、位置決めを行う。駆動装置６はステージ１を−Ｙ軸方向（図１２に示す矢印方向）に駆動させる。この駆動と同時に高解像度光学系１０は、基板８上のデバイス領域９…に、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…を照射する。これにより、図１２に示すように、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…は、Ｘ軸方向に露光パターン７１・７２・７３…と、１００μｍピッチの線幅０．５μｍの露光パターン７１ａ・７２ａ・７３ａ…とを描画する。

以上のように高解像度光学系１０のレーザチップ１２に入力する電流値を制御しながら、ステージ１を＋Ｙ軸方向、−Ｙ軸方向へ駆動することにより所望の露光パターンを描画することが可能である。この結果、Ｘ軸方向のピッチは５０ｍｍ、Ｙ軸方向のピッチは１００ｍｍのデバイス領域９…を所望のパターンで露光可能である。

また、高解像度光学系１０は、上記の低解像度光学系１１とは、露光ビーム３１・３２・３３…・３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…のスポット径の異なる光学系が搭載されているため、異なる線幅の露光パターンを容易に形成することができる。このため、露光時間を短縮することができる。

また、基板８からの反射光を検出するフォーカス検出器１５と、露光前又は露光時間に、上記基板８の平面上に照射された露光ビーム（レーザ光）３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の強度を変調させる変調させるユニットコントローラ（変調手段）５とを備えている。ユニットコントローラ５により、レーザチップ１２に入力する電流値を変えて露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の強度を変調させることができる。このため、ステージ１と光学ユニット３…との相対速度が変化している時においても、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の強度を変調させて、露光パターンに応じて露光できる。

また、低解像度光学系１１の場合でも同様に、露光ビーム３１・３２・３３…の強度を変調させて照射することが可能である。

さらに、高解像度光学系１０では、フォーカス検出器１５を備えているため、露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…の強度を基板８に塗布したレジスト膜の感光不可の値まで下げながら、基板８からの反射光を検出し、基板８と基板８への露光ビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…を出射する高解像度光学系１０の出射面との相対位置を一定に保つことが可能となっている。このため、描画開始を迅速かつ安定して行うことが可能となっている。

また、上記の図２の説明において、低解像度光学系１１によるビーム３１・３２・３３…と、高解像度光学系１０によるビーム３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…とを共に照射する構成となっているが、必ずしもこれに限られず、いずれか一方のみ照射する構成としてもよい。さらに、同一のデバイス領域９…を露光する場合でも、その露光パターンに応じて低解像度光学系１１と高解像度光学系１０を使い分けることもできる。

また、上記の図２に示す搭載部２に搭載する光学ユニット３…の数はこれに限られない。また、光学ユニット３…は、図２において、アレイ状に配置されているが、これに限られず、上記の通り、光学ユニット３…は個々独立に移動可能であるので、ばらばらに配されていてもよい。

また、図３に示す光学ユニット３…は、低解像度光学系１１と高解像度光学系１０とをともに一つずつ設けているが、これに限られず、いずれか１つでもよいし、いずれか若しくは両者を複数個設けてもよい。また、図３のように、共に設ける場合の低解像度光学系１１と高解像度光学系１０との位置関係は、図示したものに限られない。

また、上記の図４の説明において、デバイス領域９…のＸ軸方向のピッチは５０ｍｍで、Ｙ軸方向のピッチは１００ｍｍしたがとしたが、これは単なる一例にすぎず、これに限定されない。また、基板８のサイズも１０００ｍｍ×１０００ｍｍとしたが、これも単なる一例であり、ステージ１に載置可能な基板８のサイズであれば、いかなる大きさでもよい。

また、上記の図４の説明において、基板８におけるデバイス領域９…の数と、搭載部２における光学ユニット３…の数とが一致している。このように、デバイス領域９…と光学ユニット３…との数が等しい場合には、１つのデバイス領域９…に対して１つの光学ユニット３…を用いて露光することができるため、１つの光学ユニット３…の移動距離を最小限に抑えることができる。また、１つの基板８の露光を迅速に行うことができる。

しかし、光学ユニット３…の数はこれに限られず、露光すべき基板８のデバイス領域９…の数の縦方向のピッチの整数倍、横方向のピッチの整数倍の位置に光学ユニット３…が配置されるように設けてもよい。例えば光学ユニット３…を上記の縦方向のピッチの２倍、上記の横方向の２倍とした場合には、デバイス領域９…の数の１／４個の光学ユニット３…で足りる。

この場合、１つのデバイス領域９…の露光パターンは、全て同一の光学ユニット３…により露光を行うことが可能である。このため、光学ユニット３…間でその内部に設けられた光学系にばらつきが発生しても、また隣り合う光学ユニット３…に多少のピッチの誤差が生じても、デバイス領域９…の露光パターンは、同一の光学ユニット３…により描画される。

従って、光学ユニット３…同士のピッチの位置決め精度、光学ユニット３…内の光学系の配置の精度の緩和が可能となっている。

また、高解像度光学系１０、低解像度光学系１１に光源としてレーザチップ１２・２０を搭載しているが、これに限られず、レジスト膜を露光できるものであれば、どのようなものでもよい。また光学ユニット３…のレーザチップ１２・２０に入力する電流の制御は、基板８上に照射される露光ビーム３１・３２・３３…・３１ｈ・３２ｈ・３３ｈ…によりレジスト膜が感光可能なまで電流値を上昇および感光しない程度にまで電流値を低下させることにより行ってもよい。

上記では、本実施の形態の露光装置は、ＬＳＩの製造工程において用いられるとしたが、これに限られず、ＩＣ、液晶ディスプレイの製造工程等においても用いることができる。また、上記では、デバイス領域９…に塗布する感光材料はレジスト膜としたが、これに限られない。また、露光すべきデバイス領域９…のサイズに応じてステージ１と光学ユニット３…との相対移動距離を設定することにより、数１０ｍｍ〜２ｍ程度の多様な基板８サイズにおいて数ｍｍのデバイス領域９…から数１０ｃｍのデバイス領域９…、１つ１つの露光パターンを１つの光学ユニット３…により露光対応可能である。

また本実施の形態の露光装置は、露光用レーザ光の前記基板８の表面への照射位置を移動させて、所望の露光パターンに従って前記基板８を露光する露光装置に関するものである。

また、本実施の形態の露光装置は、基板８を保持するステージ１と、複数の光学系が配置されている光学ユニット３…を備え、前記基板８表面に同一の複数のデバイス領域９…を形成する基板８を露光する装置において、露光時に前記光学ユニット３…あるいは前記ステージ１が前記基板８の大きさの１／２以下の範囲で相対移動してもよい。

また、本実施の形態の露光装置では、基板８を保持するステージ１と、複数の光学系が配置されている光学ユニット３…を備え、所望の露光すべきデバイス領域９…のサイズに応じた移動範囲を設定可能である前記光学ユニット３…と前記ステージ１との相対移動可能な機構を有していてもよい。

また、本実施の形態の露光装置は、露光すべきデバイス領域９…間のＸ軸方向ピッチの整数倍、デバイス領域９…間のＹ軸方向ピッチの整数倍の距離に光学ユニット３…の位置を設定する手段を備え前記ステージ１と前記光学ユニット３…を相対的に走査してもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる技術的手段についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、液晶ディスプレイ装置、ＩＣ（Integrated Circuit）およびＬＳＩ（Large Scale Integration）などの製造工程において好適に利用できるものである。

本発明の一実施形態にかかる露光装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す露光装置に備えられた搭載部の概略構成を示す斜視図であり、その搭載部内部の光学ユニットを透過的に描いている。 図２に示す光学ユニットの概略構成を示す斜視図であり、内部の高解像度光学系および低解像度光学系を透過的に示している。 図１に示す露光装置により露光される基板の一部を示す平面図である。 高解像度光学系の概略構成を示す斜視図ある。 低解像度光学系の概略構成を示す斜視図ある。 （ａ）ないし（ｃ）は、本実施の形態の露光装置を用いた露光過程の様子を時間を追って示す斜視図である。 低解像度光学系による露光過程における基板の一部を示す平面図である。 低解像度光学系による露光過程における基板の一部を示す平面図である。 低解像度光学系による露光過程における基板の一部を示す平面図である。 高解像度光学系による露光過程における基板の一部を示す平面図である。 高解像度光学系による露光過程における基板の一部を示す平面図である。 従来の露光装置の構成を示す斜視図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、従来の露光過程の様子を時間を追って示す斜視図である。

符号の説明

１ ステージ
２ 搭載部（筐体）
３ 光学ユニット
４ 光学ユニット位置決め装置（光学ユニット位置決め手段）
５ 光学ユニットコントローラ（変調手段）
６ 駆動装置（駆動手段）
７ メインコントローラ（駆動手段；ピッチ検知手段）
８ 基板
９ デバイス領域
１０ 高解像度光学系
１１ 低解像度光学系
１２ 半導体レーザチップ（レーザチップ）
１３ コリメータレンズ
１５ フォーカス検出器（検出手段）
１６ 対物レンズホルダ
１７ 対物レンズ駆動装置（スポット径保持手段）
１８ Ｚ軸コントローラ
２０ 半導体レーザチップ（レーザチップ）

Claims (8)

1. 表面に複数の同一のデバイスを形成すべく、ステージ内に保持された基板に対して相対的に移動しながら、この基板に露光ビームを照射し、露光パターンを描画する露光装置において、
   上記ステージに対向するように設けられた筐体と、
   上記筐体内に設けられた２個以上の光学ユニットと、
   露光中に光学ユニットからの露光ビームがアレイ状に形成された上記デバイス領域内で進退移動を繰り返すように、光学ユニットとステージとを相対移動させる駆動手段とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記各デバイスに対応するように光学ユニットを位置決めする光学ユニット位置決め手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記各デバイスのピッチを検知するピッチ検知手段を備え、
   前記光学ユニット位置決め手段は、上記ピッチ検知手段からの検知信号に基づいて、露光すべき上記デバイスの縦方向ピッチの整数倍、かつ、横方向ピッチの整数倍の距離を有するように隣り合う光学ユニット同士の距離を有するように、各光学ユニットを配置することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記光学ユニットには、レーザ光を基板に向けて出射する半導体レーザチップが搭載されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記駆動手段が各光学ユニットを基板に対して平行に相対移動させるときに、上記基板上の光スポットの径を一定に保つべくスポット径保持手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記基板からの反射光を検出する検出手段と、
   露光前又は露光中に、上記基板の平面上に照射された前記レーザ光の強度を変調させる変調手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の露光装置。
7. 前記光学ユニットは、前記基板上において異なる光スポットの径を形成する少なくとも２つの光学系を有することを特徴とする請求項５または６に記載の露光装置。
8. 表面に複数の同一のデバイスを形成すべく、ステージ内に保持された基板に対して相対的に移動しながら、この基板に露光ビームを照射し、露光パターンを描画する露光方法において、
   上記ステージに対向するように配された筐体内に２個以上の光学ユニットを設け、露光中に光学ユニットからの露光ビームがアレイ状に形成された上記デバイス領域内で進退移動を繰り返すように、光学ユニットとステージとを相対移動させることを特徴とする露光方法。

Images