JP2008292801A - 露光装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型液晶表示パネル用の投影露光装置では装置の大型化に伴い光学部品の自重変形による性能変化が無視できなくなってきた。また、大型化に伴い面誤差やメカ歪による性能変化も無視できなくなってきた。
【解決手段】 原版１を照明する照明光学系と、該原版からの光を基板２に投影する投影光学系３、５〜９とを有し、該原版および該基板を前記投影光学系の光軸断面内の一方向に走査させながら該原版および前記投影光学系を介して該基板を露光する露光装置において、前記投影光学系内の光学部品３、９を保持する手段４、１０による保持位置を前記投影光学系の光軸断面内で変更することにより像性能を調整する機構１１、１２を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置および露光方法に関するもので、光学部品の自重変形を制御することでマスクパターンを感光性基板に精度よく投影露光する露光装置および露光方法に関するものである。

液晶表示パネルは、マスクのパターンを感光性基板に転写しフォトリソグラフィの手法により製造される。マスクパターンを転写する行程では、微細なパターン像を結像させるため高精度な投影露光装置が用いられる。
近年の液晶表示パネルの大型化に伴い、投影露光装置の露光領域の拡大が望まれている。特に特許文献１に記載された結像光学系においては、露光領域を拡大するために、結像光学系に用いる光学部品を大型化させる必要がある。光学部品が大型化するに伴い、部品の自重変形量も大きくなる。
ＵＳＰ ４６８８９０４

光学部品の大型化に伴い光学部品の自重変形による像性能への影響も大きくなる。
図２−１は結像光学系に用いられている透過型光学部品の保持位置を示しており、斜め下方向から見た保持位置を示している。光学部品は扇型の形状をしており、有効径外の３点で保持している。いわゆる３点支持である。
図３は光学部品が図２−１の位置で保持された時の自重による形状変化を斜め上方向から見た状態を等高線で表している。

図４−１は図３で発生した形状変形によって発生するディストーションの変化量を表している。横軸は露光領域を示しており、本例では±４００ｍｍがＸ方向（スキャン垂直方向）の露光領域である。縦軸はディストーションの発生量を示している。実線は露光領域のＸ方向（スキャン垂直方向）のディストーションの発生量を示し、点線は露光領域のＹ方向（スキャン方向）のディストーションの発生量を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要なディストーションの許容値を示しており、自重変形で発生するディストーションは許容できないものとなっている。

本発明は上記に示したとおり、光学部品の自重変形によって発生する結像光学系の性能劣化を補正できる露光装置および露光方法の提供を目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の露光装置は、原版を照明する照明光学系と、該原版からの光を基板に投影する投影光学系とを有し、該原版および該基板を前記投影光学系の光軸断面内の一方向に走査させながら該原版および前記投影光学系を介して該基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系内の光学部品を保持する手段による保持位置を前記投影光学系の光軸断面内で変更することにより像性能を調整する機構を有することを特徴とする。
本発明において、「光軸断面」とは、光軸を切断する面、すなわち、光軸に交差する面を意味している。

本発明によれば、装置の大型化に伴う光学部品の自重変形による像性能への影響を抑えることができる。また、光学部品の保持変更により自重変形量を調整することで高性能な投影露光が可能となる。

本発明の好ましい実施の形態において、本発明は、いわゆる走査型の露光装置に適用される。この露光装置は、原版を照明する照明光学系と、該原版からの光を基板に投影する投影光学系とを有し、該原版および該基板を前記投影光学系の光軸断面内の一方向に走査させながら該原版および前記投影光学系を介して該基板を露光するものである。
そして、本実施形態では、前記投影光学系内の光学部品を保持する手段による保持位置を前記投影光学系の光軸断面内で変更することにより像性能を調整する機構を有する。
本実施形態によれば、光学部品の保持位置を可変可能とし、発生する光学部品の自重変形により光学性能を向上させることができる。

ここで、前記保持手段は、例えば、前記光学部品の重量を３点支持することにより前記光学部品を保持するものである。そして、前記像性能調整機構は前記保持手段による前記３つの支持点のうち少なくとも１点を前記光軸断面内で移動可能にするものである。
また、光学系の性能を計測する手段を備え、計測した情報をもとに光学系内の光学部品の保持位置を可変可能としてもよい。発生する光学部品の自重変形により光学性能（または像性能）を向上させることができる。
また、像性能を自動調整するためには、前記投影光学系の像性能を計測する手段と、計測した情報をもとに前記支持点のうち少なくとも１点を前記光軸断面内で駆動する手段とを設けると良い。
支持点（または保持位置）の移動方向は、例えば前記走査方向と直交する方向である。

また、本実施形態では、前記保持手段は、前記投影光学系の瞳に対して物体側の光学部品の自重変形と瞳に対して像側の光学部品の自重変形が、瞳に対して対称になるように光学部品を保持することが好ましい。
特に特許文献１に記載された結像光学系（投影光学系）に本発明を適用する場合は、瞳の像側と物体側に等距離で配置される同一形状の光学部品の自重変形が、瞳に対して対称になるように光学部品を保持している。この場合、投影光学系の投影倍率は１である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１について図を用いて説明する。
図１は本発明を適用した大型液晶表示パネル投影露光装置の投影光学系を示す図である。マスク（原版）１のパターンは照明系によって照明される。マスク１とプレート（感光性の基板）２とを同期して矢印（左右点線）の方向にスキャン（走査）しスキャン露光を行う。マスク１を透過した光線は非球面レンズ３を透過し、台形ミラー５および凹面ミラー６によって反射される。次いでメニスカスレンズ７を透過し凸面鏡８によって反射する。反射した光線はメニスカスレンズ７、凹面ミラー６、台形ミラー５の順で光学部品を透過、反射を行い、下側の光学部品９を透過する。光学部品９は瞳に対して非球面レンズ３と対称な形をした非球面レンズである。以上により、マスク１のパターンであるマスクパターンを透過した光はプレート（基板）２に結像される。

図１の４および１０は上下の非球面レンズを保持している保持機構（保持手段）を示しており、非球面レンズ３を図２−１および図２−２に示す点２１、２２、２３の３つの支持点で支持（保持）する。点２１は固定であるが、点２２、２３の２つの支持点は、光軸断面内で変化させることができる。１１、１２は支持点を変更させるための制御系を示している。

図２−１は瞳から物点側の非球面レンズ（上側の非球面レンズ）３（図１）の保持位置（支持点）を示しており、斜め下方向から見た保持位置を示している。本実施例では非球面レンズは扇型の形状をしており、有効径外の３点（２１、２２、２３）で支持している。２１は扇型の頂点付近での支持点を示しており、２２および２３は扇型の底辺付近の有効径より外の領域で支持点２１からほぼ等間隔の位置の保持点を示している。

瞳から物点側の非球面レンズ保持機構（図１の４）は、図２−２に示すように保持位置２２、２３が扇型の底辺に沿って駆動可能な機構となっている。
図３は非球面レンズ３が図２−１または図２−２の位置で保持された時の自重による形状変化を斜め上方向から見た状態を等高線で表している。２１の位置で山形になり２２、２３に向かうにつれて一度谷形状になり、２２、２３より外側では跳ね上がる形状となっている。この形状は非球面レンズの形状によって異なる。形状とは、本例の場合は扇型の形状で変形量を示しているが台形の場合や長方形の場合のことであり、また非球面レンズの厚さや材質によっても変形量は異なる。

図４−１は図３で発生した形状変形によって発生するディストーションの変化量を表している。横軸は露光領域を示しており、本例では±４００ｍｍが露光領域である。縦軸はディストーションの発生量を示している。実線は露光領域のＸ方向（スキャン垂直方向）のディストーションの発生量を示し、点線は露光領域のＹ方向（スキャン方向）のディストーションの発生量を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要なディストーションの許容幅を示しており、自重変形で発生するディストーションは許容できないものとなっている。

図４−２は図３で発生した形状変形によって発生する非点収差の変化量を示している。横軸は図４−１と同じで縦軸はＨ線（横線）−Ｖ線（縦線）のフォーカス差（ＨＶ非点収差）を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要な非点収差の許容幅を示しており、自重変形で発生する非点収差は許容できるものとなっている。

図５−１は瞳から像点側の非球面レンズ９（図１）の保持位置を示しており、斜め下方向から見た保持位置を示している。非球面レンズは扇型の形状をしており、有効径外の３点（３１、３２、３３）で保持している。３１は扇型の底辺の中心付近での保持点を示している。３２、３３は、カマボコ型の曲線付近にあり、３１からほぼ等距離の有効径外の位置での保持点を示している。非球面レンズ保持機構１０（図１）は、図５−２に示すように３２、３３が扇型の曲率に沿って駆動可能な機構となっている。

図６は非球面レンズが図５の位置で保持された時の自重による形状変化を斜め上方向から見た状態を等高線で表している。３１の位置で山形になり３２、３３に向かうにつれて一度谷形状になり、３２、３３より外側では跳ね上がる形状となっている。瞳から像点側の非球面レンズ変形は、自重変形による変化量が図３で示した瞳から物点側の非球面レンズの形状変形と逆の形状変形が発生しているという特徴がある。

一方、図３と図６の変形は、瞳基準で考えると、瞳に対して対称な変形をしていることになる。
図７−１は図６で発生した形状変形によって発生するディストーションの変化量を表している。横軸は露光領域を示しており、本例では±４００ｍｍが露光領域である。縦軸はディストーションの発生量を示している。実線は露光領域のＸ方向（スキャン垂直方向）のディストーションの発生量を示し、点線は露光領域のＹ方向（スキャン方向）のディストーションの発生量を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要なディストーションの許容幅を示しており、自重変形で発生するディストーションは許容できないものとなっている。本ディストーション発生形状の特徴は、図４で示した瞳より物体側の非球面レンズの変形によって発生するディストーションの逆のディストーションが発生しているという特徴を示している。

図７−２は図６で発生した形状変形によって発生する非点収差の変化量を示している。横軸は図７−２と同じで縦軸はＨ線（横線）−Ｖ線（縦線）のフォーカス差（ＨＶ非点収差）を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要な非点収差の許容幅を示しており、自重変形で発生する非点収差は許容できるものとなっている。本非点収差の発生形状の特徴は、図４−２で示した瞳より物体側の非球面レンズの変形によって発生する非点収差と同一方向の非点収差が発生しているという特徴をもっている。

本実施例では非球面レンズの保持方法を規定しており、本実施例の保持方法で非球面レンズを保持している時には、図４と図７のディストーション形状の特性が足し合わされたディストーション特性を示す。
図８−１は本実施例の保持方法で非球面レンズを保持した時の結像光学系のディストーション特性を示している。実線は露光領域のＸ方向（スキャン垂直方向）のディストーションの発生量を示し、点線は露光領域のＹ方向（スキャン方向）のディストーションの発生量を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要なディストーションの許容幅を示しており、上の非球面レンズ３と下の非球面レンズ９の自重変形で発生したディストーションがキャンセルされ、許容値を満たしていることがわかる。

図８−２は、本実施例の保持方法で非球面レンズを保持した時の非点収差の特性を示している。横軸に平行な２本の太実線は高精度なパターニングを行うのに必要な非点収差の許容幅を示しており、瞳より物体側の非球面レンズと瞳より像側の非球面レンズの自重変形で発生した非点収差が足し合わさっても、許容値を満たしていることがわかる。

このように、複数の光学部品の光軸断面内での保持位置を最適化することで光学部品の自重変形による性能変化を許容値以下に制御することができる。また、面の加工誤差やメカ歪によって発生する性能変化も、光学部品の光軸断面内で保持位置を変え、自重変形を発生・制御することで高精度なパターニングを行うのに必要な性能をもつ露光装置を提供できる。
特に瞳に対称な光学系では、瞳の物体側の光学部品と像側の光学部品が存在するので、それら２つの光学部品の変形が瞳に対して対称になるような保持を行うことで、高性能な露光装置を提供することができる。

［実施例２］
図９はディストーションと非点収差を装置上で測定する装置を搭載し、光学部品の保持位置を自動的に最適化する実施例２の装置の概略図である。１３は結像光学系内のディストーションと非点収差を測定する像性能計測装置で、例えばマスク１面上のパターンとプレート２上におかれた基準プレートのパターンの位置誤差を検出し、露光領域内のフォーカス誤差を検出する。像性能計測装置１３には瞳から物体側の光学部品３と瞳から像側の光学部品９の保持位置を変える事で変化する像性能が記憶されている。そして、計測したディストーション、非点収差の量に応じて、各性能が許容値を満足させる光学部品の保持位置が算出できる。計算された保持位置は保持点を制御している１１、１２に指示され、保持機構４、１０が駆動される。

上述の実施例によれば、光学部品の自重変形を制御することで露光装置の性能を向上させることができる。
特に瞳に対して対称な光学系では、瞳に対して対称な位置にある光学部品が瞳に対して対称な変形を起こすような保持位置で光学部品を保持することで、露光装置の性能を向上させることができる。

また、瞳に対して対称でない光学系においても、光学部品の保持位置を調整すれば、露光装置の性能を向上させることができる。例えば、瞳に対して物体側の光学部品の自重変形に対する像性能変化の敏感度テーブルと、瞳に対して像側の光学部品の自重変形に対する像性能変化の敏感度テーブルから光学部品の保持位置を調整する。
さらに光学部品の自重変形に対する性能変化の敏感度を装置にもたせ、自己計測を行い光学部品の保持位置を自動制御することで、自動性能調整機構を保持した露光装置にすることができる。

上述の実施例においては、大型液晶表示パネル投影露光装置について記しているが、本発明は、半導体向けやＥＵＶの露光装置等の結像光学系においても応用することができる。
また、上述の実施例では非球面レンズ（透過型の光学部品）の保持について記した。反射型の光学部品についても自重による変形が発生するため、反射型の光学部品についても保持位置を駆動させることで装置の性能をコントロールさせることができる。

［デバイス製造方法の実施例］
次に、図１０および図１１を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１１は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明の実施例１に係る露光装置の結像光学系の構成を示す図である。 図１における上の非球面レンズ（光学部品）の保持位置（支持点）を示す斜視図である。 図１における上の非球面レンズの保持位置（支持点）を示す平面図である。 図１における上の非球面レンズの形状変化を説明するための図である。 図１における上の非球面レンズの形状変化（変形）によって変化する像性能（ディストーション）の概略の変化を示す図である。 図１における上の非球面レンズの形状変化（変形）によって変化する像性能（非点収差）の概略の変化を示す図である。 図１における下の非球面レンズ（光学部品）の保持位置（支持点）を示す斜視図である。 図１における下の非球面レンズの保持位置（支持点）を示す平面図である。 図１における下の非球面レンズの変形（形状変化）を示した概略図である。 図１における下の非球面レンズの形状変化（変形）によって変化する像性能（ディストーション）の概略の変化を示す図である。 図１における下の非球面レンズの形状変化（変形）によって変化する像性能（非点収差）の概略の変化を示す図である。 実施例１により上下の非球面レンズの像特性を調整した後のディストーションの概略の変化を示す図である。 実施例１により上下の非球面レンズの像特性を調整した後の非点収差の概略の変化を示す図である。 本発明の実施例２に係る露光装置の結像光学系の構成を示す図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１０に示すフローチャートにおけるステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ マスク（原版）
２ プレート（感光性基板）
３、９ 非球面レンズ（光学部品）
４、１０ 保持機構
５ 台形ミラー
６ 凹面ミラー
７ メニスカスレンズ
８ 凸面鏡
１１、１２ 制御系
１３ 像性能計測装置
２１、２２、２３、３１、３２、３３ 支持点（保持位置）

Claims (7)

1. 原版を照明する照明光学系と、該原版からの光を基板に投影する投影光学系とを有し、該原版および該基板を前記投影光学系の光軸断面内の一方向に走査させながら該原版および前記投影光学系を介して該基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系内の光学部品を保持する手段による保持位置を前記投影光学系の光軸断面内で変更することにより像性能を調整する機構を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記保持手段は、前記光学部品の重量を３点支持することにより前記光学部品を保持し、前記像性能調整機構は前記保持手段による前記支持点のうち少なくとも１点を前記光軸断面内で移動するものであることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 前記像性能調整機構は、前記投影光学系の像性能を計測する手段と、計測した情報をもとに前記保持手段による前記支持点のうち少なくとも１点を前記光軸断面内で駆動する手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
4. 前記投影光学系の投影倍率が１であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
5. 前記保持手段は、前記投影光学系の瞳に対して物体側の光学部品の自重変形と瞳に対して像側の光学部品の自重変形が、瞳に対して対称になるように光学部品を保持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の投影露光装置。
6. 照明光学系により原版を照明し、該原版からの光を投影光学系によって基板に投影し、該原版および該基板を前記投影光学系の光軸断面内の一方向に走査させながら該原版および前記投影光学系を介して該基板を露光する露光方法であって、
   前記投影光学系内の光学部品を保持する手段による保持位置を前記投影光学系の光軸断面内で変更することにより像性能を調整することを特徴とする露光方法。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置または請求項６に記載の露光方法を用いて基板を露光するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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