JP2009182191A - 露光照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化することによって、基板上の露光パターンの位置ずれ量を減少させる。
【解決手段】光源１０から紫外線を放射し、均一化手段１３でフライアイレンズ１２に照射される照明光の強度分布を均一化し、フライアイレンズ１２でフォトマスク６に照射される照明光の強度分布を均一化し、コリメート手段５で光源１０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６に照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスクにフライアイレンズを介して露光光を照射し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、上記フライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化することによって、上記基板上の露光パターンの位置ずれ量を減少させることができる露光照明装置に係るものである。

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強度分布を均一化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、図５に示すように、フライアイレンズ１は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レンズアレイから形成されており、例えば、レンズアレイの個々の単位レンズ２，３，４を透過した光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、各々集光して点光源を形成し、更にコンデンサレンズ５によって平行光とされ、フォトマスク６の照明領域に重畳して照射される。ここで、各単位レンズ２，３，４を透過した光線は、該光線が透過した単位レンズ２，３，４とコンデンサレンズ５の光軸７との距離Ｄ1に応じて、上記光軸７に平行な光線に対して傾いて上記フォトマスク６に照射する。なお、上記傾いた光線の光軸７に対する角度θを以下、「コリメーション半角θ」という。そして、図６に示すように、上記傾いた光線がフォトマスク６のマスクパターン８を通過すると、コリメーション半角θによって広がって基板９に照射する。これにより、基板９の表面には、フォトマスク６に形成されたマスクパターン８の直下の領域だけでなく、その領域をはみ出して露光光が照射される。そして、上記基板９に照射された露光光の強度が、現像閾値を越えた領域において現像がなされて露光パターンが形成される。
特開平７−１０６２３０号公報

しかし、上記従来の露光照明装置においては、光源からフライアイレンズ１（図５参照）に入射する照明光の強度分布が、フライアイレンズ１の入射面の中心部から周辺部に亘って均一ではない場合、また、例えば図７に示すように照明光の強度分布が均一ではなく且つ中心対称であって光強度分布の中心と露光領域の中心とがずれた場合、図６（ａ）に示すフォトマスク６のマスクパターン８を通過する露光光の強度分布に偏りが生じ、例えば光線Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１の順で光強度が大きい場合、基板９上に照射される露光光の強度分布は、図６（ｂ）に示すように、強度が大きい光線Ｌ３の照射位置側に偏っていた。これにより、基板９上に照射される露光光の現像閾値Ａを越える領域が、マスクパターン８の直下からずれて、光強度の大きい光線Ｌ３の照射位置側にシフトしてしまい、図６（ｃ）に示すように、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Ｄ２だけずれることがあった。ここで、図６（ｃ）は、基板９の表面位置に対して露光パターンが形成された領域を示している。

このような場合、通常は、その位置ずれ量を予め見込んでフォトマスクを形成する方法がとられるが、この場合、一度フォトマスクを試作し、この試作のフォトマスクを用いて露光パターンを形成し、上記試作のフォトマスクのマスクパターンと露光パターンとを比較して位置ずれ量を計測し、これを基に改めてフォトマスクを作成しなければならない。これは、用いる光源毎に行わなければならず、また、マスクパターンが多い場合は多数の露光パターンの位置ずれ量を計測しなければならず、フォトマスク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、フライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化することによって、基板上の露光パターンの位置ずれ量を減少させることができる露光照明装置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強度分布を均一にするフライアイレンズと、を備えた露光照明装置において、前記光源とフライアイレンズとの間に、該フライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一にする均一化手段を配設したものである。

このような構成により、光源から紫外線を放射し、均一化手段によってフライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化し、フライアイレンズによってフォトマスクに照射される照明光の強度分布を均一化し、コリメート手段によって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、前記均一化手段は、ロッドレンズである。これにより、ロッドレンズによって、フライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化する。

さらに、前記均一化手段は、他のフライアイレンズである。これにより、他のフライアイレンズによって、前記コリメーション手段の手前側のフライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化する。

請求項１に係る発明によれば、光源から紫外線を放射し、均一化手段でフライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一化し、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強度分布を均一化し、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ことができる。これにより、基板上に照射される露光光の強度分布の偏りを無くすことができる。したがって、マスクパターンに対する基板上の露光パターンの位置ずれ量を減少させることができる。また、露光パターンの位置ずれ量を予め見込んでフォトマスクを形成する必要がなく、マスク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に係る発明によれば、ロッドレンズによって、フライアイレンズに照射する照明光の強度分布を均一化することができる。したがって、均一化手段を小さな素子で構成することができるため、構造を簡単にすることができ、小型化することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、他のフライアイレンズによって、前記コリメーション手段の手前側のフライアイレンズに照射する照明光の強度分布を均一化することができる。したがって、均一化手段としてフライアイレンズを用いたので、部品の種類を少なくすることができ、コストを低減することができる。

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図である。この露光照明装置は、フォトマスクにフライアイレンズを介して露光光を照射し基板上に露光パターンを形成するもので、光源１０と、マスクステージ１１と、コンデンサレンズ５と、フライアイレンズ１２とを備え、さらに、光源１０とフライアイレンズ１２との間にロッドレンズ１３を設けたものである。

上記光源１０は、紫外線を放射するもので、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１０の紫外線放射方向前方には、マスクステージ１１が設けられている。このマスクステージ１１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開口部により形成された所定のマスクパターン８（図３参照）を有するフォトマスク６を基板９に近接対向して保持するものであり、フォトマスク６のマスクパターン８の形成領域に対応して開口部１４を有し、フォトマスク６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１１の手前（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１０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６に照射するコリメート手段となるもので、１枚の集光レンズから成る。なお、上記コンデンサレンズ５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１０とコンデンサレンズ５との間には、フライアイレンズ１２が設けられている。このフライアイレンズ１２は、上記フォトマスク６に照射される紫外線の照明光の強度分布を均一化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１２ａと、第２のレンズアレイ１２ｂ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１０側のレンズアレイを第１のレンズアレイ１２ａ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１２ｂとすると、フライアイレンズ１２は、第２のレンズアレイ１２ｂ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。これにより、従来技術で示した図５と同様に、上記フライアイレンズ１２（従来技術で示したフライアイレンズ１に対応）の個々の単位レンズを透過した光線は、該単位レンズ毎に集光して点光源を形成し、更にコンデンサレンズ５によって平行光とされ、フォトマスク６の照明領域に重畳して照射される。したがって、フォトマスク６の照明領域における照明光の強度分布は略均一化される。

ここで、上記フォトマスク６のマスクパターン８を通過した照明光は、図６に示す従来技術の説明で述べたように、コリメーション半角θによって広がり、基板９に照射する。そして、上記個々の単位レンズを透過した光線の強度の違いにより、基板９上に照射される露光光の強度分布に偏りが生じ、基板９上の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。

本発明は、上記光源１０とフライアイレンズ１２との間にロッドレンズ１３を設けたものである。このロッドレンズ１３は、フライアイレンズ１２に照射される照明光の強度分布を均一にする均一化手段となるもので、例えば石英の棒状体である。このため、ロッドレンズ１３に入射した照明光の光線は、該ロッドレンズ１３内を通過する際にロッドレンズ１３の内面で多重反射して混合されて射出する。これにより、射出する照明光の強度分布を、横断面内で略均一化することができる。したがって、図２に示すように、上記フライアイレンズ１２の入射面に照射される照明光の強度分布を該入射面の中心部から周辺部に亘って略均一化することができ、上記基板９に照射される露光光の強度分布の偏りを無くすことができる。

なお、図１において、符号１５は、他の集光レンズであり、光源１０から放射された照明光を集光した後拡散して、ロッドレンズ１３の前端面１３ａに入射させるためのものである。また、符号１６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１３の後端面１３ｂの像をフライアイレンズ１２の第１のレンズアレイ１２ａ上に拡大投影するものである。さらに、符号１７は、平面反射ミラーであり、フライアイレンズ１２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、装置の高さを低くする目的で使用されている。そして、符号１８は、搬送ステージであり、上面に基板９を載置して搬送するものである。

次に、このように構成された露光照明装置の動作について説明する。まず、光源１０から放射された紫外線の照明光は、集光レンズ１５によって集光された後拡散され、ロッドレンズ１３の前端面１３ａに入射する。ロッドレンズ１３の前端面１３ａに入射した照明光の光線は、ロッドレンズ１３内を通過する際に該ロッドレンズ１３の内面で多重反射して混合されてロッドレンズ１３の後端面１３ｂ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。

次に、ロッドレンズ１３から射出した略均一な強度分布を有する照明光は、拡大投影系１６で断面積が拡大される。そして、フライアイレンズ１２の第１のレンズアレイ１２ａの入射面の中心部から周辺部に亘って略均一な光強度分布（図２参照）を有して各単位レンズに入射する。そして、第１のレンズアレイ１２ａ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１２ｂ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。この時、第２のレンズアレイ１２ｂの各単位レンズから射出する照明光は、略均一な光強度を有している。

次に、第２のレンズアレイ１２ｂ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、該コンデンサレンズ５により平行光とされ、マスクステージ１１に保持されたフォトマスク６の照明領域に重畳して照射する。そして、図３（ａ）に示すように、フォトマスク６のマスクパターン８を通過した光線Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６は、コリメーション半角θによって広がり、基板９に照射する。なお、光線Ｌ４は図６に示す光線Ｌ１に対応し、光線Ｌ５は図６に示す光線Ｌ２に対応し、光線Ｌ６は図６に示す光線Ｌ３に対応する。

ここで、フライアイレンズ１２の各単位レンズを射出した照明光は、図２に示すように略均一な光強度分布を有しているため、図３（ａ）に示す光線Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６は、略均一な光強度となる。これにより、図３（ｂ）に示すように、基板９に照射される照明光の強度分布には偏りが生じない。これにより、マスクパターン８直下の領域をはみ出すことなく、基板９上で重畳される照明光の強度が現像閾値Ａを越えるように設定することが可能となる。したがって、図３（ｃ）に示すように、フォトマスク６のマスクパターン８に対応して本来形成されるべき所定位置に略一致して、露光パターンを形成することができ、露光パターンの位置ずれ量を減少させることができる。

なお、図１の実施形態においては、均一化手段は、ロッドレンズとしたが、本発明はこれに限られず、ライトパイプであってもよい。

図４は、本発明による露光照明装置の他の実施形態を示す図である。この実施形態は、上記光源１０とフライアイレンズ１２との間に、該フライアイレンズ（第１のフライアイレンズ）１２に照射される照明光の強度分布を均一にする他のフライアイレンズとなる第２のフライアイレンズ１９を配設したものである。この実施形態においては、第２のフライアイレンズ１９は、第１のフライアイレンズ１２と同様に、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１９ａと、第２のレンズアレイ１９ｂ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。

これにより、光源１０から放射された照明光は、第２のフライアイレンズ１９によって強度分布を均一にして第１のフライアイレンズ１２に入射することができる。したがって、前述の図１に示す実施形態と同様に、第１のフライアイレンズ１２のレンズアレイ１２ｂの各単位レンズから射出する照明光は、略均一な光強度となり、基板９に照射される照明光の強度分布は、偏りが生じない。これにより、フォトマスク６のマスクパターン８（図３参照）に対応して本来形成されるべき所定位置に略一致して、露光パターンを形成することができ、露光パターンの位置ずれ量を減少させることができる。

また、以上の説明においては、コリメート手段はコンデンサレンズ５としたが、本発明はこれに限られず、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。 フライアイレンズの入射面における照明光の強度分布の一測定例を示すグラフである。 コリメーション半角を有して基板に照射する照明光による基板上の光強度分布と露光パターンとの関係を示す説明図である。 本発明による露光照明装置の他の実施形態を示す正面図である。 従来の露光照明装置においてフライアイレンズとコンデンサレンズとによりコリメーション半角が生じる状態を示す説明図である。 従来の露光照明装置における基板上の光強度分布と露光パターンとの関係を示す説明図である。 従来の露光照明装置におけるフライアイレンズの入射面での照明光の強度分布の一測定例を示すグラフである。

符号の説明

５・・・コンデンサレンズ（コリメート手段）
６・・・フォトマスク
１０・・・光源
１２・・・フライアイレンズ（第１のフライアイレンズ）
１３・・・ロッドレンズ（均一化手段）
１９・・・第２のフライアイレンズ（他のフライアイレンズ）

Claims (3)

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強度分布を均一にするフライアイレンズと、
   を備えた露光照明装置において、
   前記光源とフライアイレンズとの間に、該フライアイレンズに照射される照明光の強度分布を均一にする均一化手段を配設したことを特徴とする露光照明装置。
2. 前記均一化手段は、ロッドレンズ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. 前記均一化手段は、他のフライアイレンズであることを特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
   

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