JP2006269736A - 露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージ周辺部での温度安定性を実現することができる露光装置を提供する。
【解決手段】 マスクＭに形成されたパターンの像を投影光学系ＰＬを介して感光性基板Ｐ上に投影する露光装置において、前記感光性基板Ｐを載置する基板ステージＰＳＴを内部に収容するように設けられ、前記投影光学系ＰＬを支持する支持部材１４を備え、前記支持部材１４は、該支持部材１４の内部に温度制御された空気を流通させる空洞１６、１８を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するための露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。

マイクロデバイスの一つである液晶表示素子は、通常、ガラス基板（プレート）上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターニングして、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子及び電極配線を形成して製造される。このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、マスク上に形成された原画となるパターンを、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布されたプレート上に投影露光する投影露光装置が用いられている。

プレートを載置するプレートステージの位置の計測及び制御は、レーザ干渉計により行われる。レーザ干渉計に用いられるレーザ光の光路部分の温度変動は、レーザ光の揺らぎ成分となりレーザ干渉計による位置計測の誤差が生じる原因となる。従って、従来の露光装置においては、露光装置本体を収容する温調チャンバを設置し、この温調チャンバ内に大面積のＨＥＰＡ（ＵＬＰＡ）フィルタを介して温度制御された空気を吹き出すことにより露光装置内の温度制御を行っていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２０２９４０号公報

近年、液晶ディスプレイのプレートサイズの大型化に伴い、プレートステージ、ひいては露光装置本体が大型化している。従って、大面積のＨＥＰＡフィルタを介して温調チャンバ内に温度制御された空気を吹き出すことにより露光装置内の温度制御を行った場合、例えばプレートステージの周辺部等の局所的に発生する熱溜を十分に取り除くことが困難である。また、プレートステージの内部または周辺に、プレートステージの周辺部に発生する熱溜を除去するために、プレートステージの周辺部に温度制御された空気を送り込む温調用ダクト等を設置することは、プレートステージの可動範囲、プレートステージの周辺機器のクリアランスやメンテナンスとの関係上困難であった。

この発明の課題は、ステージ周辺部での温度安定性を実現することができる露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。

この発明の露光装置は、マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光性基板上に投影する露光装置において、前記感光性基板を載置する基板ステージを内部に収容するように設けられ、前記投影光学系を支持する支持部材を備え、前記支持部材は、該支持部材の内部に温度制御された空気を流通させる空洞を備えることを特徴とする。

この発明の露光装置によれば、投影光学系を支持する支持部材の内部に温度制御された空気を流通させる空洞を備えているため、露光装置内に温度制御された空気を送り込むための温調用ダクト等を新たに設けることなく、基板ステージの温度制御を行うことができ、露光装置内の温度安定性を実現することができる。従って、基板ステージ近傍に配置される干渉計等の温度変動による計測誤差の発生を防止することができ、高解像度で露光を行うことができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。

この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、温度制御された露光装置を用いて露光を行うため、露光装置が備える光学系の温度変動による光学特性の変化や干渉計の温度変動による計測誤差の発生を防止することができ、高解像度でマイクロデバイスの製造を行うことができる。

この発明の露光装置によれば、投影光学系を支持する支持部材の内部に温度制御された空気を流通させる空洞を備えているため、露光装置内に温度制御された空気を送り込むための温調用ダクト等を新たに設けることなく、露光装置内の他の部分と比較して高温となる基板ステージの周辺部に温度制御された空気を吹き付けることができ、露光装置内の温度安定性を実現することができる。また、温度変動による計測誤差が生じやすい干渉計の上部から温度制御された空気を吹き付けることができるため、干渉計の温度変動による計測誤差の発生を防止することができ、高解像度で露光を行うことができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、温度制御された露光装置を用いて露光を行うため、露光装置が備える光学系の温度変動による光学特性の変化や干渉計の温度変動による計測誤差の発生を防止することができ、高解像度でマイクロデバイスの製造を行うことができる。

感光性基板の大型化に伴い、基板ステージが大型化し、重量も増大し、露光装置本体及び露光装置本体を収納する空調チャンバも大きくなっているため、空調チャンバ内の温度分布の均一性を保つことが難しくなっている。また、基板ステージの大型化、重量の増大に伴い、基板ステージを駆動する駆動部も大型化し、その駆動部から発生する熱が大きくなっていることも空調チャンバ内での温度分布を発生させる原因となっている。また、投影光学系、照明光学系等を透過する光エネルギを大きくすることにより露光装置のスループットを向上させているが、投影光学系で発生する熱、照明光学系で発生する熱も大きくなるため、空調チャンバ内での温度分布が大きくなる。また、大型基板や基板ステージ等の機構を支持するコラムも大きく太くなり、空調チャンバ内の空気の流れをスムーズに行うことが困難である。従って、コラム内に空気の流れる経路を設けることにより、部分的に空気を供給したり、排気したりすることが可能となり、空調チャンバ内での温度分布を緩和させることができる。このように、本発明は、大型基板、特に基板の外径が５００ｍｍを超えるような基板を露光する露光装置において特に有効である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図１はこの実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す正面図、図２は図１に示す露光装置の側面図である。なお、以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰに対して平行となるように設定され、Ｚ軸がプレートＰに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

この露光装置は、図１及び図２に示すように、光源及び照明光学系を含む照明光学装置ＩＬを備えている。照明光学装置ＩＬから射出される光束は、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるプレートＰ上にマスクＭのパターン像を形成する。こうして、ＸＹ平面内においてマスクＭを載置するマスクステージＭＳＴとプレートＰを載置するプレートステージ（基板ステージ）ＰＳＴとを走査方向（Ｘ方向）に相対的に同期移動させ、かつプレートステージＰＳＴを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、プレートＰの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

プレートステージＰＳＴ上には移動鏡２ａ，２ｂが設けられており、移動鏡２ａ，２ｂには後述する定盤４上に載置されているレーザ干渉計６ａ，６ｂから射出されるレーザ光がそれぞれ入射し、入射したレーザ光は移動鏡２ａ，２ｂにより反射される。定盤４上の＋Ｙ方向側に載置されているレーザ干渉計６ａは、移動鏡２ａに入射し、移動鏡２ａにより反射されたレーザ光の光の干渉に基づいてプレートステージＰＳＴのＹ方向における位置を計測及び制御する。また、定盤４上の−Ｘ方向側に載置されているレーザ干渉計６ｂは、移動鏡２ｂに入射し、移動鏡２ｂにより反射されたレーザ光の干渉に基づいてプレートステージＰＳＴのＸ方向における位置を計測及び制御する。

また、この露光装置は、露光装置本体を収容するチャンバ８を備えている。チャンバ８の内部は、外部に設置された図示しない空調機から送風される温度制御された空気がＨＥＰＡフィルタ１０ａ，１０ｂを介して吹き出されることにより所定の温度かつ所定のクリーン度に維持されるように構成されている。図示しない空調機は、ヒーターとクーラーを備えており、ヒーターとクーラーにより空気の温度制御を行う。

また、この露光装置は、防振パット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（図２参照）及び図示しない防振パット上に載置されている定盤４の上に、投影光学系ＰＬを支持するための支持部材であるコラム１４を備えている。図３は、図１に示す露光装置であって、コラム１４及びコラム１４の周辺部の概略構成を示す図である。コラム１４は、図１〜図３に示すように、プレートステージＰＳＴを内部に収容するように設けられており、コラム１４の内部に温度制御された空気を流通させる空洞１６及び１８を備えている。また、コラム１４は、温度制御された空気を空洞１６に送り込むダクト１６ａ、及び温度制御された空気を空洞１６から吹き出す吹出し口１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを備えている。なお、各吹出し口１６ｂ〜１６ｅに、空気のクリーン度を保つようにＨＥＰＡフィルタを取り付けるようにしてもよい。

コラム１４は、外部に設置された図示しない空調機から送風される温度制御された空気がダクト１６ａから空洞１６内に送り込まれ、空洞１６に送り込まれた空気がコラム１４を含む構造体で囲まれた空間に空洞１６を経由して吹出し口１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅから吹き出されるように構成されている。なお、この実施の形態においては、ＨＥＰＡフィルタ１０ａを介してプレートステージＰＳＴの周辺部に送り込まれる温度制御された空気の一部をダクト１６ａに送り込むように構成されている。また、吹出し口１６ｂ〜１６ｄはプレートステージＰＳＴの周辺部であってレーザ干渉計６ａの上部に配置されているため、プレートステージＰＳＴの周辺部及びレーザ干渉計６ａに吹出し口１６ｂ〜１６ｄから吹き出される空気を吹き付けることができる。吹出し口１６ｅはマスクステージＭＳＴの周辺部に配置されているため、マスクステージＭＳＴの周辺部に吹出し口１６ｅから吹き出される空気を吹き付けることができる。なお、プレートステージＰＳＴに送る空気とマスクステージＭＳＴに送る空気との送風量は、空洞１６から各吹出し口１６ｂ〜１６ｅに分岐される部分に整流板を設けることにより制御すればよい。

また、コラム１４は、温度制御された空気をＨＥＰＡフィルタ１９を介して空洞１８に送り込むダクト１８ａ、及び温度制御された空気を空洞１８から吹き出す吹出し口１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを備えている。コラム１４は、外部に設置された図示しない空調機から送風される温度制御された空気がＨＥＰＡフィルタ１９を介してダクト１８ａから空洞１８内に送り込まれ、空洞１８に送り込まれた空気がコラム１４を含む構造体で囲まれた空間に空洞１８を経由して吹出し口１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから吹き出されるように構成されている。また、吹出し口１８ｂ〜１８ｄは、プレートステージＰＳＴの周辺部であってプレートステージＰＳＴ全体に送り込まれる温度制御された空気の流通方向に沿った下流に配置されているため、プレートステージＰＳＴの周辺部に送り込まれる温度制御された空気の流通方向に沿った下流に吹出し口１８ｂ〜１８ｄから吹き出される空気を吹き付けることができる。

なお、コラムは鋳造されて形成されるため、コラム内に空洞を設ける場合には、鋳造する際に空洞となる位置にパイプ等を配置して空洞を形成する。また、コラムが鋳造されて形成された後に、空洞となる位置を削り掘ることにより空洞を形成することもできる。

吹出し口１６ｂ〜１６ｅから吹き出された空気、吹出し口１８ｂ〜１８ｄから吹き出された空気、ＨＥＰＡフィルタを介して送り込まれた空気は、チャンバ８内を流通して、吸込み口２０ａ，２０ｂにより吸い込まれ、チャンバ８から排気される。チャンバ８から排気された空気は、図示しない空調機に戻される。

この実施の形態にかかる露光装置によれば、投影光学系を支持するコラムの内部に温度制御された空気を流通させる空洞を備えているため、露光装置内の温度制御された空気を送り込むための温調用ダクトを新たに設ける必要ことなく、基板ステージの温度制御を行うことができ、かつ露光装置のコンパクト化及び露光装置のスペースの有効化を実現することができる。また、コラムに設けられた空洞から温度制御された空気を流通させるため、ＨＥＰＡフィルタを介してプレートステージの周辺部に送り込まれる空気の流通を大きく妨げることなく効率的に温度制御を行うことができる。

また、空洞から温度制御された空気を吹き出すための吹出し口がプレートステージの周辺部であってレーザ干渉計の上部に配置されるため、露光装置内の他の部分と比較して高温となるプレートステージの周辺部に温度制御された空気を吹き付けることができる。更に、空洞から温度制御された空気を吹き出すための吹出し口がＨＥＰＡフィルタを介して露光装置全体に送り込まれる空気の流通方向に沿った下流に配置されるため、露光装置全体に送り込まれる空気の流通方向に沿った上流と比較して高温となる下流に温度制御された空気を吹き付けることができる。従って、露光装置内の温度安定性を実現することができるため、プレートステージ近傍に配置されているレーザ干渉計の温度変動による計測誤差の発生を防止することができ、高解像度で露光を行うことができる。

また、マスクステージの周辺部に温度制御された空気を供給することができるため、マスクステージ近傍に配置されるレーザ干渉計（図示せず）等の計測誤差の発生を防止することができ、高解像度で露光を行うことができる。

なお、この実施の形態にかかる露光装置においては、コラムの空洞内に異物や有機物などを取り除くためのフィルタを備えるようにしてもよい。この場合には、空気の引き回しを容易に行うことができ、かつ露光装置内のクリーン度を向上させることができる。

また、この実施の形態にかかる露光装置においては、ＨＥＰＡフィルタ１０ａを介してプレートステージＰＳＴの周辺部に送り込まれる温度制御された空気の一部をダクト１６ａに送り込むように構成されているが、空調機を新たに設け、設けた空調機から送風される空気をダクト１６ａに送り込むように構成してもよい。この場合には、プレートステージＰＳＴの周辺部に送り込まれる空気と、ダクト１６ａから空洞１６を介して吹出し口１６ｂ〜１６ｅから吹き出される空気の温度制御を個別に行うことができる。従って、チャンバ内（露光装置内）の温度制御を精度良く行うことができるため、温度変動による干渉計等の計測誤差の発生を防止することができ、高解像度で露光を行うことができる。

また、この実施の形態にかかる露光装置においては、２つの空洞を備えているが、少なくとも１つの空洞を備えるようにしてもよい。また、３つの空洞を備えるようにしてもよい。この場合には、３つの空洞に流通された温度制御された空気をプレートステージ周辺部に吹き付けることができるため、チャンバ内（露光装置内）の温度制御を精度良く行うことができる。

また、この実施の形態にかかる露光装置においては、２つの空洞が温度制御された空気をプレートステージ周辺部に吹き出すための３つの吹出し口を備えているが、２つ以下の吹出し口または４つ以上の吹出し口を備えるようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、空調機によって温度制御された空気が空洞を通って吹出し口から吹き出されているが、空気を開口から吸い込み空洞を通って空調機に戻るようにしてもよい。また、双方を組み合わせてもよく、コラム内に送風側と排気側の２つの空洞を設け、特に熱だまりの発生しやすい部分や熱発生源付近に送風側の空洞を通過した空気を吹き出す吹出し口、及び排気側の空洞に空気を排気する排気口を設けてもよい。この場合には、熱の発生による光学系等への悪影響を小さくすることができる。なお、空洞を空気の排気のために用いる場合には空洞の周囲に断熱処理を行うことはいうまでもない。

また、この実施の形態にかかる露光装置においては、プレートステージ周辺部に温度制御された空気を吹き出すことによりプレートステージ周辺部の温度制御を行っているが、吹出し口から吹き出される空気の流通方向を調整することによりプレート上の温度調整も行うことができる。

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系によってレチクル（マスク）を照明し、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図４のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述のマイクロデバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、極めて微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを精度良く得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図５のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図５において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。

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

その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスを精度良く得ることができる。

この発明の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す正面図である。 この発明の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す側面図である。 この発明の実施の形態にかかる露光装置であって、コラムとコラム周辺部の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

２ａ，２ｂ…移動鏡、４…定盤、６ａ，６ｂ…レーザ干渉計、８…チャンバ、１０ａ，１０ｂ，１９…ＨＥＰＡフィルタ、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…防振パット、１４…コラム、１６，１８…空洞、１６ａ，１８ａ…ダクト、１６ｂ〜１６ｅ，１８ｂ〜１８ｄ…吹出し口、２０ａ，２０ｂ…吸込み口、ＩＬ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｍ…マスク、ＭＳＴ…マスクステージ、Ｐ…プレート、ＰＳＴ…プレートステージ。

Claims (8)

1. マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光性基板上に投影する露光装置において、
   前記感光性基板を載置する基板ステージを内部に収容するように設けられ、前記投影光学系を支持する支持部材を備え、
   前記支持部材は、該支持部材の内部に温度制御された空気を流通させる空洞を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記支持部材は、前記温度制御された空気を前記空洞から吹き出す吹出し口を備え、
   前記吹出し口は、前記基板ステージの周辺部に配置されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記基板ステージの位置制御を行う干渉計を備え、
   前記吹出し口は、前記干渉計の上部に配置されることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記吹出し口は、前記基板ステージ全体に送り込まれる温度制御された空気の流通方向に沿った下流に配置されることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
5. 前記支持部材は、前記温度制御された空気を前記空洞から吹き出す吹出し口を備え、
   前記吹出し口は、前記マスクを載置するマスクステージの周辺部に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
6. 前記温度制御された空気は、前記支持部材を含んだ構造体で囲まれた空間に、前記空洞を経由して供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の露光装置。
7. 前記感光性基板は、外径が５００ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の露光装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
   前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
   を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。

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