JP2008072057A - 投影露光装置及び投影露光方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】照度むらを補正する照度むら補正フィルタの透過率分布における変動幅を調節可能な投影露光装置を提供する。
【解決手段】投影露光装置10は、露光光を用いてフォトマスク14に形成された透光パターンを露光ステージ31上の基板32に投影する露光光学系を有する。また、個々の投影露光装置10の露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタ40を備える。複数の照度むら補正フィルタ40は、透過率分布が互いからずれるように配置されている。
【選択図】図1
【解決手段】投影露光装置10は、露光光を用いてフォトマスク14に形成された透光パターンを露光ステージ31上の基板32に投影する露光光学系を有する。また、個々の投影露光装置10の露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタ40を備える。複数の照度むら補正フィルタ40は、透過率分布が互いからずれるように配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、投影露光装置及び投影露光方法に関し、更に詳しくは、露光光を用いてマスクパターンを露光ステージ上の基板に投影する投影露光装置及び投影露光方法、並びに、そのような投影露光装置を用いて照度むら補正フィルタを製造する投影露光方法に関する。
液晶パネルや半導体装置の製造プロセスでは、投影露光装置が用いられる。投影露光装置は、一般に、光源から出射された露光光を透光パターンを有するフォトマスクに照明する照明光学系と、フォトマスクを透過した露光光を露光ステージ上に投影する投影光学系とを有する。液晶パネルの製造プロセスでは、露光ステージ上には、表面に感光性を有するフォトレジスト膜が塗布されたガラス基板が載置され、露光によって、フォトマスクに形成された透光パターンをフォトレジスト膜に転写する。
ところで、投影露光装置で露光ステージ上に投影される露光光は、光学系の特性に起因する照度むらを有している。近年、液晶パネルや半導体装置の微細化に伴って、僅かな照度むらが、製品の品質に影響を与えるようになってきている。例えば、大型の液晶パネルの製造に際しては、1つの液晶表示画面を分割して順次露光を行うステップ・アンド・リピート方式が採用される。しかし、このステップ・アンド・リピート方式の露光を行う投影露光装置で照度むらが生じると、露光の継ぎ部分を挟んでパターンに周期的な寸法誤差が形成され、表示品質が大きく低下する。
投影露光装置における照度むらを低減するため、一般に、光源の近くに、露光光の強度を光軸に直交する面内方向で均一化するインテグレータレンズ(フライアレイレンズ)を配置している。しかし、近年の製造プロセスでは、個々の投影露光装置に固有の照度むらが製品の品質に影響を与えるようになってきており、個々の投影露光装置に対応した照度むらの補正が必要になっている。
上記に対して、特許文献1は、装置に固有の照度むらの補正が可能な照度むら補正フィルタを提案している。同文献によれば、この補正フィルタの製造に際して、透光パターンがアレイ状(網状)に形成されたフォトマスクを用いてネガ型のフォトレジスト膜を露光する。また、現像によって形成されたレジストパターンを用いて下層の遮光膜をパターニングする。
上記レジストパターンには、フォトマスクの透光パターンに対応して、例えばアレイ状に配列したパターン部分が形成される。これらパターン部分は、投影露光装置の照度むらを反映して、露光光の照度が高い領域では大きく、低い領域では小さく形成される。従って、レジストパターンの遮光膜への転写によって、投影露光装置の照度むらとは反対の透過率分布を有する補正フィルタが形成される。
特開昭61−150330号公報(第1〜9図)
特許文献1では、投影露光装置を用いてその投影露光装置に固有の照度むらと反対の透過率分布を有する補正フィルタを製造すると共に、製造した補正フィルタを照明光学系の光軸上に配置することによって、照度むらを低減できるものとしている。
しかし、同文献の方法では、補正フィルタの透過率分布における変動幅を、投影露光装置の照度むらを相殺可能な最適な大きさに形成することが容易ではない。補正フィルタの製造後に照度むらを充分に低減できないことが判明した場合には、露光時間等の条件を変更して補正フィルタを製造し直すために、多くの時間を費す必要があった。このため、補正フィルタの透過率分布の変動幅を容易に調節できる投影露光装置が望まれる。
本発明は、上記に鑑み、照度むら補正フィルタを用いて照度むらを補正する投影露光装置及び投影露光方法であって、補正フィルタの透過率分布における変動幅を調節可能な投影露光装置及び投影露光方法、並びに、そのような投影露光装置を用いて補正フィルタを製造する投影露光方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の投影露光装置は、露光光を用いてマスクパターンを露光ステージ上の基板に投影する露光光学系を有する投影露光装置において、
前記露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタを備え、該複数の照度むら補正フィルタは、透過率分布が互いからずれるように配置されていることを特徴とする。
前記露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタを備え、該複数の照度むら補正フィルタは、透過率分布が互いからずれるように配置されていることを特徴とする。
本発明の第1の視点に係る投影露光方法は、上記記載の投影露光装置を用いて前記照度むら補正フィルタを製造する投影露光方法であって、照度むら補正フィルタに代えて減光フィルタを配置した前記露光光学系を用いてネガ型フォトレジストを露光する工程を有することを特徴とする。
本発明の第2の視点に係る投影露光方法は、露光光を用いてマスクパターンを露光ステージ上の基板に投影する露光光学系を有する投影露光方法において、
前記露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタを、透過率分布が互いからずれるように配置することを特徴とする。
前記露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタを、透過率分布が互いからずれるように配置することを特徴とする。
本発明の投影露光装置及び第2の視点に係る投影露光方法によれば、複数の照度むら補正フィルタのずらし量を調節することによって、透過率分布における変動幅を容易に調節できる。透過率分布における変動幅を照度むらにおける変動幅に近づけることによって、照度むらを容易に且つ効果的に低減できる。本発明で、透過率分布が互いからずれるとは、透過率分布における極大部及び極小部の位置が互いにずれることを言う。
本発明の投影露光装置では、前記照度むら補正フィルタは、格子状に配列された単位領域を有し、該単位領域毎に透過率が設定された光半透過性パターン又は遮光性パターンを有してもよい。また、前記光半透過性パターン又は遮光性パターンは、円形又は矩形状のパターンであってもよい。前記複数の照度むら補正フィルタは、互いに同じ透過率分布を有してもよい。
本発明の投影露光装置では、前記照度むら補正フィルタの少なくとも1つは、光半透過性パターンを有してもよい。透過率分布における変動幅をより細かく調節できる。
本発明の投影露光装置では、前記複数の照度むら補正フィルタが、第1の補正フィルタと、該第1の補正フィルタから光軸と直交する所定の方向に位置をずらした第2の補正フィルタと、前記第1の補正フィルタから前記光軸及び所定の方向と直交する方向にずらした第3の補正フィルタとを含んでもよい。照度むら補正フィルタの枚数を増やすと共に、それらを互いに異なる方向にずらすことによって、透過率分布における変動幅をより大きく出来る。
本発明の第1の視点に係る投影露光方法によれば、露光光学系に固有の照度むらとは反対の透過率分布を有する照度むら補正フィルタを製造する際に、減光フィルタを用いることによって、照度むらにおける変動幅を大きくすると共に、露光時間を増やし、現像後のレジストパターンにおける面内方向の寸法差を大きく出来る。従って、照度むら補正フィルタの透過率分布における変動幅を大きく出来る。
本発明の第2の視点に係る投影露光方法では、前記複数の補正フィルタの全体の透過率分布における変動幅が、前記基板に投影される露光光の照度むらにおける変動幅に近づくように、前記複数の補正フィルタを互いにずらす工程を有してもよい。
以下に、添付図面を参照し、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る投影露光装置の構成を示す側面図である。投影露光装置10は、液晶パネルや半導体装置を製造する製造プロセスのフォトリソグラフィ工程に際して用いられると共に、照度むら補正フィルタを形成する際のフォトリソグラフィ工程に際して用いられる。
投影露光装置10は、露光光をフォトマスク14上に照明する照明光学系11と、フォトマスク14を透過した露光光を露光ステージ31上に投影する投影光学系12とを備える。照明光学系11は、露光光を補正する補正光学系13を含む。フォトマスク14は、図示しないマスクステージ上に載置される。フォトリソグラフィ工程に際して、露光ステージ31上には、表面にフォトレジスト膜が塗布された基板32が載置される。基板32は、例えばガラス基板や半導体ウエハで構成される。光源21から出射した光は、光軸15に沿って進み、基板32上に照射される。
照明光学系11は、露光光として紫外光を出射する光源21と、光源21から出射した露光光を反射する楕円ミラー22と、楕円ミラー22で反射された露光光を補正光学系13に入射させるミラー23と、補正光学系13から出射した露光光を反射するミラー24と、ミラー24で反射された露光光をフォトマスク14上に集光させるレンズ25とを備える。光源21は、例えば水銀ランプから成る。投影光学系12は、レンズ群から成る。
補正光学系13は、入射側から、インプットレンズ26、オプティカルインテグレータ27、照度むら補正フィルタ40、及び、レンズ28を備える。インプットレンズ26は、ミラー23で反射された露光光をオプティカルインテグレータ27の入射側端面に入射させる。オプティカルインテグレータ27は、光軸と直交方向に2次元的に配列された複数の微少レンズを含み、その出射側端面で光軸15の直交方向に均一な照度分布を有する2次光源を形成する。
補正フィルタ40は、露光ステージ31上に投影される露光光の照度むらの補正を目的として配置される。補正フィルタ40の配置に際しては、図2に示すように、同じパターンを有する2枚の補正フィルタ401,402を並べて配置する。2枚の補正フィルタ401,402は、互いに接触させてもよく、或いは、僅かな間隔で離してもよい。補正フィルタ40は、図1の投影光学装置10を用いて製造する。
図3は、図2の補正フィルタ40を製造する際に用いるフォトマスクの構成を示す平面図である。フォトマスク50は、透過率が1〜5%程度の遮光領域51と、所定のピッチLでアレイ状に配列した円形の透光パターン52とを有する。透光パターン52のピッチLは200μm程度で、各透光パターン52の直径は20μm程度である。なお、透光パターン52の形状は、円形に限定されず、例えば矩形状であってもよい。また、透光パターン52は、フォトマスク50の全面に渡って均一な密度で形成されていればよい。従って、各格子内の全面に形成されていてもよく、或いは、通常の正方格子配置ではなく千鳥配置されてもよい。
図4は、補正フィルタ40を製造する手順を順次に示す断面図である。先ず、図4(a)に示すように、補正フィルタ40の本体部分を構成するガラス基板41上に金属薄膜42aを1000〜3000Åの厚みで成膜した後、この金属薄膜42a上にネガ型のフォトレジスト膜43aを2.5〜4.0μm程度の厚みで塗布する。ガラス基板41には、石英等の小さな熱膨張率を有する材料を用い、金属薄膜42aにはCrやMo、Ti等を用いる。フォトレジスト膜43aは、露光時間を長くとり、現像後のレジストパターンにおける寸法差が大きくなるように、通常の2〜4倍の厚みとしている。なお、大きな膜厚を確保できない場合には、露光感度が低いフォトレジスト膜を使用してもよい。
次いで、ガラス基板41を露光ステージ31上に載置する。ここで、図1に示したように、補正光学系13の光軸上にNDフィルタ29を配置する。NDフィルタ29は、光強度を減少させるフィルタであって、照度むらを大きくすると共に、露光時間を増やすことによって、現像後のレジストパターンにおける寸法差を大きくすることを目的として配置する。フォトマスク40は、マスクステージ上に載置してある。
NDフィルタ29を配置した状態で、フォトレジスト膜43aに対する露光を行った後、ベーク処理を行う。更に、TMAH現像液を用いたアルカリ現像処理によって未露光部分のフォトレジスト膜43aを除去し、フォトマスクの透光パターン52に対応した配列及び形状を有するレジストパターン43を形成する(図4(b))。次いで、この形成したレジストパターン43をエッチングマスクとして金属薄膜42aをエッチングし、遮光パターン42を形成する。その後、レジストパターン43を剥離し、補正フィルタ40を完成する(図4(c))。
図5は、図4(c)の補正フィルタ40の構成を示す平面図である。補正フィルタ40は、上記製造方法により、フォトマスクの透光パターン52に対応した配列及び形状を有する遮光パターン42を備える。遮光パターン42は、フォトマスクの透光パターン52とは、ネガ・ポジ反転の関係にある。同じ製造条件で、同じ補正フィルタ40を複数枚形成する。
補正フィルタ40の製造では、フォトレジスト膜43aの露光に際して、フォトマスクの透光パターン52を透過した光が、フォトレジスト膜43a上に照射される。この際、フォトレジスト膜43aの表面には、個々の投影露光装置10に固有の照度むらを反映した露光光が照射され、レジストパターン43における個々のパターン部分は露光光の照度に応じた寸法に形成される。レジストパターン43を用いて形成される個々の遮光パターン42も、露光光の照度に応じた寸法に形成され、投影露光装置10に固有の照度むらに応じた寸法の面内分布を持つ。従って、投影露光装置10に固有の照度むらと略反対の透過率分布を有する補正フィルタ40が製造される。
なお、補正フィルタ40の製造に際しては、特開昭61−150330号公報に記載のように、NDフィルタを用いないで製造することも出来る。しかし、本実施形態のようにNDフィルタ29を用いることによって、補正フィルタ40における遮光パターン42の面内方向の寸法差がより大きくなるように形成できる。
図6は、図5の補正フィルタ40を用いて照度むらを補正する投影露光方法の手順を示すフローチャートである。先ず、補正フィルタ40の製造に用いたフォトマスク50を回収する(ステップS11)。次いで、図2に示したように、補正光学系13のオプティカルインテグレータ27とレンズ28との間に2枚の補正フィルタ40を並べて配置する(ステップS12)。
補正フィルタ40の配置に際しては、フォトマスク14と共役な位置から光軸方向に僅かにずらした位置に配置する。また、その透過率分布が投影露光装置10の照度むらを打ち消す向きに配置する。入射側の補正フィルタ401は、露光光の光軸に対して鉛直方向に移動可能に配置し、出射側の補正フィルタ402は、固定して配置する。なお、補正フィルタ401,402は、どちらを移動可能に構成しても構わない。
引き続き、フォトマスク14を配置していない状態で、露光ステージ31上での照度むらを測定する(ステップS13)。照度むらの測定に際しては、露光光の波長を測定可能な照度センサを用い、露光領域の全体を一定のピッチで区画し各区画された位置で照度を測定する。更に、測定した照度むらにおける変動幅、つまり照度むらの最大値と最小値との差分と、予め設定した規格値との比較を行い、差分が規格値の範囲内に収まっているか否かの判定を行う(ステップS14)。
ステップS14に際して、照度むらが規格値の範囲内に収まっていると判定した場合には、製造プロセスにおける露光工程に移行する(ステップS16)。一方、規格値の範囲外であると判定した場合には、補正フィルタ401を露光光の光軸に対して垂直方向に所定距離だけずらし、補正フィルタ401のシフト量を調整した後(ステップS15)、ステップS13の前に戻り、照度むらが規格値の範囲内に収まるまでステップS13、S14を繰り返す。なお、照度むらが最小になるようにシフト量aを設定してもよい。
図7(a)は、図2の一部を拡大して模式的に示す側面図である。図7(b)は、図7(a)の遮光パターン422を出射側から見た構成を示す正面図である。図7(a)において、遮光パターン422の径R0は、遮光パターン42の平均的な径であり、遮光パターン421の径はR0−α(α>0)で、遮光パターン423の径はR0+β(β>0)であるものとする。また、補正フィルタ401のシフト量がa(a>0)であるものとする。2枚の補正フィルタ401,402間で、遮光パターン421〜423のそれぞれの重なり部分の長さをR1〜R3とする。
R1=R0−α+a、R2=R0+a、R3=R0+β+aであり、長さR1〜R3は、シフト量aの増大に伴って等しく増加する。しかし、遮光パターン421〜423のそれぞれの重なり部分の面積は、図7(b)からも判るように、シフト量aの増大に伴い、それらの径の大きさR0−α、R0、及び、R0+βに応じてそれぞれ増大する。従って、シフト量aの増大に伴い遮光パターン421〜423間の重なり部分の面積の差が大きくなると考えられる。
図8は、2枚の補正フィルタ401,402を配置した際の、各遮光パターン421〜423付近の透過率と、シフト量aとの関係を示すグラフである。グラフ(i)〜(iii)は、遮光パターン421〜423付近の透過率をそれぞれ示しており、シフト量aは、0〜6μmの範囲で変化させている。また、α=β=0.4μmである。同図から判るように、シフト量aの増大に伴って、遮光パターン421〜423全体の透過率が低下すると共に、各遮光パターン421〜423間の透過率の差が増大している。これは、各遮光パターン421〜423付近の透過率は、各遮光パターン421〜423の重なり部分の面積の増大に伴って減少するためである。
図9は、補正フィルタ401,402を配置しない場合の露光ステージ31上の照度むらを示すグラフであり、図10(a)は、1つの補正フィルタ402の透過率分布を示すグラフである。図10(a)における透過率分布の変動幅は、図9における照度むらの変動幅に比して小さく、1つの補正フィルタ402のみでは、投影露光装置10の照度むらを相殺するほど大きな透過率分布の変動幅が得られていない。
図10(b)は、2つの補正フィルタ401,402を並べた際の透過率分布を示すグラフである。これら2つの補正フィルタ401,402については、シフト量aを10μmに設定している。同図における透過率分布の変動幅は、図10(a)における透過率分布の変動幅に比して充分に大きく、図9の照度むらの変動幅とほぼ同じ大きさを持っている。このように、2つの補正フィルタ401,402を用い、且つ、シフト量aを大きくすることによって、投影露光装置10の照度むらを相殺できる程度に、透過率分布を大きく出来る。
図11は、2つの補正フィルタ401,402を、図10(b)と同じシフト量aで、投影露光装置10に配置した場合の露光ステージ31上の照度むらを示すグラフである。図9のグラフに比して、照度むらが大きく低減していることが判る。照度むらにおける変動幅は、図9のグラフで1.5%程度であるのに対して、図11のグラフでは0.8%程度にまで低減した。
本実施形態の投影露光装置10によれば、2つの補正フィルタ401,402を用い、且つ、これら2つの補正フィルタ401,402の相互間のシフト量aを調節することによって、透過率分布における変動幅を容易に調節できる。従って、1枚の補正フィルタ40を用いる場合に比して、照度むらを容易に且つ効果的に低減できる。相互間のシフト量aを増大させることによって、透過率分布における変動幅を容易に増大させることが出来るので、1枚の補正フィルタ40を用いる場合に比して、露光時間を短くでき、製造プロセスを簡素化できる。
投影露光装置10の照度むらは、光学部品が劣化した際や、光学部品を交換した際に変化する。本実施形態では、投影露光装置10の光学部品の状態に応じた照度むらと反対の透過率分布を有する補正フィルタ40を製造し、照度むらの補正を行うことが出来る。従って、高い品質と信頼性を有する製品を製造できる。
図12は、上記実施形態の変形例に係る投影露光装置について、図7(b)に対応する構成を示す正面図である。本変形例では、入射側の補正フィルタ401の遮光パターン42が、数百Å程度に薄く形成され、光半透過性を有する。2つの補正フィルタ401,402のうちの一方の補正フィルタ401の遮光パターン42を光半透過性とすることにより、2つの補正フィルタ401,402の透過率分布における変動幅をより細かく調節できる。なお、双方の補正フィルタ401,402の遮光パターン42が光半透過性を有してもよい。
なお、上記実施形態及び変形例では、2枚の補正フィルタ40を用いるものとしたが、3枚以上の補正フィルタ40を用いてもよく、より多くの補正フィルタ40を相互にずらすことによって、透過率分布における変動幅をより大きく出来る。3枚の補正フィルタ40を用いる場合には、例えば1つの補正フィルタ40を固定し、他の2つの補正フィルタ40を光軸の水平方向及び垂直方向にそれぞれずらしてもよい。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の投影露光装置及び投影露光方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
10:投影露光装置
11:照明光学系
12:投影光学系
13:補正光学系
14:フォトマスク
15:光軸
21:光源
22:楕円ミラー
23:ミラー
24:ミラー
25:レンズ
26:インプットレンズ
27:オプティカルインテグレータ
28:レンズ
29:NDフィルタ
31:露光ステージ
32:基板
40:照度むら補正フィルタ(補正フィルタ)
41:ガラス基板
42:遮光パターン
42a:金属薄膜
43:レジストパターン
43a:フォトレジスト膜
50:フォトマスク
51:遮光領域
52:透光パターン
11:照明光学系
12:投影光学系
13:補正光学系
14:フォトマスク
15:光軸
21:光源
22:楕円ミラー
23:ミラー
24:ミラー
25:レンズ
26:インプットレンズ
27:オプティカルインテグレータ
28:レンズ
29:NDフィルタ
31:露光ステージ
32:基板
40:照度むら補正フィルタ(補正フィルタ)
41:ガラス基板
42:遮光パターン
42a:金属薄膜
43:レジストパターン
43a:フォトレジスト膜
50:フォトマスク
51:遮光領域
52:透光パターン
Claims (9)
- 露光光を用いてマスクパターンを露光ステージ上の基板に投影する露光光学系を有する投影露光装置において、
前記露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタを備え、該複数の照度むら補正フィルタは、透過率分布が互いからずれるように配置されていることを特徴とする投影露光装置。 - 前記照度むら補正フィルタは、格子状に配列された単位領域を有し、該単位領域毎に透過率が設定された光半透過性パターン又は遮光性パターンを有する、請求項1に記載の投影露光装置。
- 前記光半透過性パターン又は遮光性パターンは、円形又は矩形状のパターンである、請求項1又は2に記載の投影露光装置。
- 前記複数の照度むら補正フィルタは、互いに同じ透過率分布を有する、請求項1〜3の何れか一に記載の投影露光装置。
- 前記照度むら補正フィルタの少なくとも1つは、光半透過性パターンを有する、請求項1〜3の何れか一に記載の投影露光装置。
- 前記複数の照度むら補正フィルタが、第1の補正フィルタと、該第1の補正フィルタから光軸と直交する所定の方向に位置をずらした第2の補正フィルタと、前記第1の補正フィルタから前記光軸及び所定の方向と直交する方向にずらした第3の補正フィルタとを含む、請求項1〜5の何れか一に記載の投影露光装置。
- 請求項1〜6の何れか一に記載の投影露光装置を用いて前記照度むら補正フィルタを製造する投影露光方法であって、照度むら補正フィルタに代えて減光フィルタを配置した前記露光光学系を用いてネガ型フォトレジストを露光する工程を有することを特徴とする投影露光方法。
- 露光光を用いてマスクパターンを露光ステージ上の基板に投影する露光光学系を有する投影露光方法において、
前記露光光学系に固有の照度分布とは反対の透過率分布を有する複数の照度むら補正フィルタを、透過率分布が互いからずれるように配置することを特徴とする投影露光方法。 - 前記複数の補正フィルタの全体の透過率分布における変動幅が、前記基板に投影される露光光の照度むらにおける変動幅に近づくように、前記複数の補正フィルタを互いにずらす工程を有する、請求項8に記載の投影露光方法。
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