JP2009157325A - 露光照明装置及び露光パターンの位置ずれ調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整可能とする。
【解決手段】紫外線を放射する光源３と、前記光源３から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスク１に照射するコンデンサレンズ５と、前記光源３とコンデンサレンズ５との間に配設され、前記フォトマスク１に照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズ６と、前記コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を調整する光学距離調整手段７と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスクに露光光を照射して基板上に露光パターンを形成する露光照明装置に関し、詳しくは、上記露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整可能とした露光照明装置及び露光パターンの位置ずれ調整方法に係るものである。

従来の露光照明装置は、紫外線を放射する光源と、光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコンデンサレンズと、光源とコンデンサレンズとの間に配設され、フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、を備えていた（例えば、特許文献１参照）。

このような露光照明装置においては、コンデンサレンズの球面収差により、上記コンデンサレンズの周辺部において、図４に示すように、その光軸に平行な光線Ｌ１に対して傾いた光線Ｌ２が発生する。この場合、上記傾いた光線Ｌ２がフォトマスク１のマスクパターンの開口部１ａを通過すると、該傾いた光線Ｌ２により基板２上に露光される露光パターンの位置が本来形成されるべき所定位置に対してＤだけずれることがあった。なお、上記傾いた光線Ｌ２の光軸に平行な光線Ｌ１に対する傾き角度θを以下、「ディクリネーション角θ」という。
特開平７−１０６２３０号公報

しかし、このような従来の露光照明装置においては、フライアイレンズ及びコンデンサレンズのいずれもが固定して備えられているため、上述のようにコンデンサレンズの球面収差の影響により、基板２上に形成された露光パターンの所定位置に対する位置ずれが発生しても、その位置ずれを補正することができなかった。

このような場合、通常は、その位置ずれを予め見込んでフォトマスク１を形成しており、フォトマスク１の製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整可能とした露光照明装置及び露光パターンの位置ずれ調整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、本発明による露光照明装置は、紫外線を放射する光源と、前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する光学距離調整手段と、を備えたものである。

このような構成により、光学距離調整手段でコリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整した後、光源から紫外線を放射し、フライアイレンズでフォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にし、コリメート手段で光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射する。

また、前記光学距離調整手段は、前記コリメート手段をその光軸方向に移動するものである。これにより、光学距離調整手段でコリメート手段をその光軸方向に移動する。

そして、前記光学距離調整手段は、前記フライアイレンズをその光軸方向に移動するものである。これにより、光学距離調整手段でフライアイレンズをその光軸方向に移動する。

また、本発明による露光パターンの位置ずれ調整方法は、紫外線を放射する光源と、前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、を備え、基板上に露光パターンを形成する露光照明装置における露光パターンの位置ずれ調整方法であって、前記基板上に形成された露光パターンの所定位置からの位置ずれ量が略最小となるように前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整するものである。

このような構成により、基板上に形成された露光パターンの所定位置からの位置ずれ量が略最小となるようにコリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整したのち、光源から紫外線を放射し、フライアイレンズでフォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にし、コリメート手段で光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射し、基板上に露光パターンを形成する。

さらに、前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記コリメート手段をその光軸方向に移動して行なうものである。これにより、コリメート手段をその光軸方向に移動してコリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する。

さらにまた、前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記フライアイレンズをその光軸方向に移動して行なうものである。これにより、フライアイレンズをその光軸方向に移動してコリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する。

そして、前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記基板上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んだ複数の露光パターンの位置ずれ量の平均値が略最小となるように行なう。これにより、基板上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んだ複数の露光パターンの位置ずれ量の平均値が略最小となるコリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する。

請求項１及び４に係る発明によれば、露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整することができる。したがって、露光パターンの位置ずれを予め見込んでフォトマスクを形成する必要がなく、パターン形成工程のコストを低減することができる。

また、請求項２及び５に係る発明によれば、コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を変更することができる。

さらに、請求項３及び６に係る発明によれば、コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を変更することができる。この場合、フライアイレンズは、コリメート手段に比べて小さな部品であるため、それを移動させる光学距離調整手段を小型化することができる。

そして、請求項７に係る発明によれば、基板の全面にわたって露光パターンの位置ずれ量を許容値内に容易に収めることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による露光照明装置の実施形態を示す正面図である。この露光照明装置は、フォトマスクに露光光を照射して基板上に露光パターンを形成するもので、光源３と、マスクステージ４と、コンデンサレンズ５と、フライアイレンズ６と、光学距離調整手段７と、を備えている。

上記光源３は、紫外線を放射するものであり、例えばキセノンランプ、超高圧水銀ランプ、又はレーザ光源である。

上記光源３の紫外線放射方向前方には、マスクステージ４が設けられている。このマスクステージ４は、透明なガラス基板に形成されたクロム（Ｃｒ）等の不透明膜に例えば所定のマスクパターン（例えば開口部）を形成したフォトマスク１を基板２に近接対向して保持するものであり、フォトマスク１のマスクパターン形成領域に対応して開口部８を形成し、フォトマスク１の周縁部を保持するようになっている。

上記マスクステージ４の上方には、コンデンサレンズ５が設けられている。このコンデンサレンズ５は、光源３から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスク１に照射するものであり、集光レンズである。又は、複数のレンズを組み合わせて構成したものであってもよい。

上記光源３とコンデンサレンズ５との間には、フライアイレンズ６が設けられている。このフライアイレンズ６は、上記フォトマスク１に照射される紫外線の照明光の輝度分布を均一にするためのものであり、同一平面内に複数の単位レンズをマトリクス状に配列した第１のレンズアレイ６ａと、第２のレンズアレイ６ｂとを互いに対応する単位レンズが対面するように対向配置した構成となっている。また、光源３側のレンズアレイを第１のレンズアレイ６ａとし、コンデンサレンズ５側のレンズアレイを第２のレンズアレイ６ｂとすると、フライアイレンズ６は、第２のレンズアレイ６ｂの後焦点位置とコンデンサレンズ５の前焦点位置とが略一致するように配設される。

上記フライアイレンズ６をその光軸に沿って矢印Ａ，Ｂ方向に移動可能に光学距離調整手段７が設けられている。この光学距離調整手段７は、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を調整するものであり、フライアイレンズ６を保持した例えば可動式のステージである。このステージは、電動式であっても手動式であってもよく、又は固定ピンを抜き差しして所定の間隔でステップ移動できるようにしたものであってもよい。

なお、図１において、符号９は、ロッドレンズであり、例えば石英の棒状体である。このロッドレンズ９は、フライアイレンズ６に入射する照明光の強度分布を均一にする均一化手段であり、ライトパイプやフライアイレンズ等であってもよく、一般にインテグレータと呼称されるものである。また、符号１０は、集光レンズであり、光源３から放射された照明光をロッドレンズ９の前端面９ａに集光させるためのものである。さらに、符号１１は、複数のレンズを組み合わせた拡大投影系であり、ロッドレンズ９の後端面９ｂの像をフライアイレンズ６の第１のレンズアレイ６ａ上に拡大投影するものである。そして、符号１２は、平面反射ミラーであり、フライアイレンズ６とコンデンサレンズ５との間の光路を折り曲げるものであり、装置の背丈を低くするために使用されている。

次に、このように構成された露光照明装置の動作及び露光パターンの位置ずれ調整方法について説明する。
光源３から放射された紫外線の照明光は、集光レンズ１０によってロッドレンズ９の前端面９ａに集光される。ロッドレンズ９の前端面９ａに入射した照明光の光線は、ロッドレンズ９内を通過する際にロッドレンズ９の内面で多重反射して混合されてロッドレンズ９の後端面９ｂから射出する。これにより、射出する照明光の強度分布は、横断面内で略均一となる。

ロッドレンズ９から射出した照明光は、拡大投影系１１で断面積が拡大されてフライアイレンズ６の第１のレンズアレイ６ａに入射する。そして、第１のレンズアレイ６ａの各単位レンズを射出した照明光は、第２のレンズアレイ６ｂの対応する単位レンズに入射し、該単位レンズから射出する。第２のレンズアレイ６ｂの各単位レンズを射出した照明光は、コンデンサレンズ５の前焦点位置に集光した後、コンデンサレンズ５により平行光とされ、マスクステージ４に保持されたフォトマスク１の照明領域に重畳して照射する。これにより、フォトマスク１に照射する照明光の輝度分布が均一となる。

ここで、従来技術の説明において述べたように、コンデンサレンズ５の球面収差の影響により、コンデンサレンズ５の周辺部においては、その光軸に平行な光線に対して傾いた光線が発生し、基板２上に露光される露光パターンの位置が本来形成されるべき所定位置に対してずれることがある。

図２は、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を変化させた場合のディクリネーション角θの変化の様子を示す説明図である。なお、同図中の破線Ｐは、コンデンサレンズ５の前焦点位置とフライアイレンズ６の後焦点位置とが一致する位置を示している。
同図（ａ）に示すように、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を拡げると、コンデンサレンズ５を射出する照明光は収束し、照明光の横断面周辺部に大きなディクリネーション角θが発生する。また、同図（ｂ）に示すように、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離が適正値である場合、即ちコンデンサレンズ５の前焦点位置とフライアイレンズ６の後焦点位置とが完全に一致している場合には、コンデンサレンズ５を射出する照明光は、光軸に平行な平行光となり、ディクリネーション角θはゼロとなる。そして、同図（ｃ）に示すように、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を縮めると、コンデンサレンズ５を射出する照明光は発散し、照明光の横断面周辺部に大きなディクリネーション角が発生する。このように、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を変化させることにより、ディクリネーション角θを変えることができる。

ところで、ディクリネーション角θは、照射領域の最周縁部で最大となるとは限られず、その大きさ及び発生状況はレンズの特性によって決まる。図３は、方形状の照射領域の対角線方向に測定したディクリネーション角θの大きさの一測定例を示している。同図に示すように、ディクリネーション角θは、照射領域の中心部で小さく周縁部で大きくなっている。そして、ディクリネーション角θが最大となるのは、最周縁部から僅かに内側に入った領域においてである。このように、ディクリネーション角θは、照射領域の中央部と周辺部とで異なり、さらにレンズ毎に異なるため、設計値に基づいて装置を組立てても、ディクリネーション角θを全照射領域においてゼロ、又は最小とすることができない。そこで、照射領域全体に亘ってディクリネーション角θが許容範囲内となるように調整することが必要となる。

本発明は、光学距離調整手段７によりフライアイレンズ６をその光軸方向に移動させてディクリネーション角を変化させ、基板２上に形成された露光パターンの所定位置からの位置ずれ量Ｄが略最小となるように調整可能としたものである。具体的には、基板２上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んだ複数の露光パターンの位置ずれ量Ｄの平均値が略最小となるようにフライアイレンズ６の位置調整を可能としたものであり、方形状の露光領域の場合には、その対角線方向に上記露光パターンの位置ずれ量Ｄが測定される。

この場合、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を変えて複数回の試し露光を行い、上記露光パターンの位置ずれ量Ｄを測定してその平均値を求める。例えば、図３に示すように、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を設計値に対して＋５ｍｍ、０ｍｍ、−５ｍｍと変化すると、照射領域の対角線方向のディクリネーション角が線Ｅ，Ｆ，Ｇで示すように変化する。即ち、露光パターンの位置ずれ量が上記線Ｅ，Ｆ，Ｇに対応して変化する。そこで、各光学距離における露光パターンの位置ずれ量Ｄの平均値を求め、露光パターンの位置ずれ量Ｄの平均値が最小となるように上記光学距離を設定する。例えば、図３においては、光学距離を線Ｅに対応する＋５ｍｍに設定することにより、露光パターンの位置ずれ量Ｄの平均値を最小にすることができる。

なお、上記実施形態においては、コンデンサレンズ５とフライアイレンズ６との間の光学距離を調整するためにフライアイレンズ６を移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られずコンデンサレンズ５をその光軸方向に移動してもよい。

また、上記実施形態においては、光源３とフライアイレンズ６との間に照明光の強度分布を均一にする均一化手段（インテグレータ）を配設した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、均一化手段は無くてもよい。

そして、以上の説明においては、コリメート手段としてコンデンサレンズ５を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限られず、コリメート手段はコリメートミラーであってもよい。

本発明による露光照明装置の実施形態を示す正面図である。 コンデンサレンズとフライアイレンズとの間の光学距離を変化させた場合のディクリネーション角の変化の様子を示す説明図である。 方形状の照射領域の対角線方向に測定したディクリネーション角の大きさの一測定例を示すグラフである。 ディクリネーション角と露光パターンの位置ずれとの関係を示した説明図である。

符号の説明

１…フォトマスク
２…基板
３…光源
５…コンデンサレンズ（コリメート手段）
６…フライアイレンズ
７…光学距離調整手段

Claims (7)

1. 紫外線を放射する光源と、
   前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、
   前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、
   前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する光学距離調整手段と、
   を備えたことを特徴とする露光照明装置。
2. 前記光学距離調整手段は、前記コリメート手段をその光軸方向に移動するものであることを特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
3. 前記光学距離調整手段は、前記フライアイレンズをその光軸方向に移動するものであることを特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
4. 紫外線を放射する光源と、前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、を備え、基板上に露光パターンを形成する露光照明装置における露光パターンの位置ずれ調整方法であって、
   前記基板上に形成された露光パターンの所定位置からの位置ずれ量が略最小となるように前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する、
   ことを特徴とする露光パターンの位置ずれ調整方法。
5. 前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記コリメート手段をその光軸方向に移動して行なうものであることを特徴とする請求項４記載の露光パターンの位置ずれ調整方法。
6. 前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記フライアイレンズをその光軸方向に移動して行なうものであることを特徴とする請求項４記載の露光パターンの位置ずれ調整方法。
7. 前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記基板上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んだ複数の露光パターンの位置ずれ量の平均値が略最小となるように行なうことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の露光パターンの位置ずれ調整方法。
   

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