JP2010197517A - 照明光学装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 照射領域変更などの理由でハエの目レンズを交換する場合にハエの目レンズ固有の照度むらを補正し、照度むら調整のダウンタイムを無くし、生産性を向上させる照明光学装置を提供する。
【解決手段】 光源からの光を照明光学系に入射し、該照明光学系からの照明光により被照射面を照射する照明光学装置であって、複数のハエの目レンズと、光路内において前記ハエの目レンズを他のハエの目レンズに交換するハエの目レンズ交換手段と、前記複数のハエの目レンズと同数の、照射範囲を規定するスリットと、光路内において前記スリットを他のスリットに交換するスリット交換手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、照明光学装置およびその照明光学装置を用いた露光装置に関する。

液晶画面の大型化に伴い、露光装置及び被露光基板も大型化してきた。大型基板から大型の液晶画面を効率よく面取りするためには、一回で露光する幅を大きくする必要がある。一方、大型基板から中型もしくは小型の液晶画面を効率よく面取りするために、一回で露光する幅を逆に小さくすることがある。このように、目的とする液晶画面の大きさに対応して露光幅を変化させることは、より効率の高い生産へと繋がる。

この露光する幅は、均一にすべき照明光幅と等価である。光源から発生する光線は、複数のレンズを通過した後、ハエの目レンズとコンデンサーレンズを通過する。各ハエの目レンズ素子一つを通過した光線がマスク全面の光線に対応している。光線はハエの目素子の数で空間的に平均化されて、マスク面上では均一な照度分布となる。露光幅を変えた場合には、均一にすべき光の幅も変化させた方が単位面積あたりの照明を効率よくすることができる。

しかし、それに対応するには均一照射領域の異なるハエの目レンズに交換する必要がある。露光装置の照明光学系内に構成されているオプティカルインテグレータとしてのハエの目レンズは、設計的に照射範囲内で数％の照度むらが発生してしまう。そのため、ハエの目レンズを交換する度に、照明系内のスリット幅を手動または自動で調整することにより照度むらを補正していた（特許文献１参照）。
特開２００５−１９１４９５号公報

照明系内にハエの目レンズを複数、有し、ハエの目レンズを光軸上で切替えが必要な照射範囲を選択可能な照明装置では、ハエの目レンズを交換する度に照度むらが発生してしまう。液晶パネル製造において、基板面で照度むらが発生してしまうと、パターンの線幅が不均一になってしまう。

そのため、基板ステージ上の照度むらセンサーにより照度むらを確認し、露光装置照明系内に構成されているスリットのスリット幅調整を、オペレーターが手動または自動で調整を行う必要があり、そのため生産が出来ないダウンタイムが発生した。
そこで、本発明は、照射領域変更などの理由でハエの目レンズを交換する場合にハエの目レンズ固有の照度むらを補正し、照度むら調整のダウンタイムを無くし、生産性を向上させる照明光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の照明光学装置は、光源からの光を照明光学系に入射し、該照明光学系からの照明光により被照射面を照射する照明光学装置であって、複数のハエの目レンズと、光路内において前記ハエの目レンズを他のハエの目レンズに交換するハエの目レンズ交換手段と、前記複数のハエの目レンズと同数の、照射範囲を規定するスリットと、光路内において前記スリットを他のスリットに交換するスリット交換手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、照射領域変更などの理由でハエの目レンズを交換する場合にハエの目レンズ固有の照度むらを補正し、照度むら調整のダウンタイムを無くし、生産性を向上させる。

本発明の露光装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 本発明の露光装置の一実施形態を示す側面図である。 照明光学装置の構成を示す概略図である。 ハエの目レンズの出射面から光源を見た平面図である。 スリットを入射面からみた上面図である。

以下、本発明の光源からの照明光を照明光学系に入射し、該照明光学系からの照明光により基板を照射する照明光学装置の実施態様を図面と共に説明する。
図１、図２は、それぞれ、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す斜視図、側面図である。図３は照明光学装置ＩＬの詳細図である。図４は、ハエの目レンズの出射面から光源を見た平面図である。図５は、スリットを入射面からみた上面図である。

図１、図２、図３において、露光装置ＥＸは、光源６からの光でマスクＭを照明する照明光学装置ＩＬと、マスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、を有する。さらに、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴとを有する。照明光学装置ＩＬは、光源６からの光を照明光学系に入射し、照明光学系からの露光光ＥＬ（照明光）によりマスクステージＭＳＴに支持されたマスクＭ（被照射面）を照射する装置である。
また、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板ステージＰＳＴに保持された基板Ｐに投影し転写する投影光学系ＰＬを備えている。
マスクステージＭＳＴに保持されているマスクＭと基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐとは投影光学系ＰＬを介して共役な位置関係に配置される。露光装置ＥＸは大型凹面鏡を有するいわゆるミラースキャン型露光装置として構成されている。基板Ｐはガラスプレート（ガラス基板）に感光剤（フォトレジスト）を塗布したものである。

この実施形態では、露光装置ＥＸは、走査型露光装置として構成され、露光光ＥＬを射出する照明光学装置ＩＬに対してマスクＭと基板Ｐとを同期移動して移動させて、マスクＭのパターンを基板Ｐに走査露光により転写する。
以下では、投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な方向でマスクＭ及び基板Ｐの同期移動方向をＹ軸方向（走査方向）、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわり、Ｚ軸まわりのそれぞれの方向をθＸ方向、θＹ方向、θＺ方向とする。

照明光学装置ＩＬは、例えば、超高圧水銀ランプ等を含む光源と、光源から射出された光束を集光する楕円鏡と、楕円鏡により集光された光束を拡大しかつ平行光束化するコンデンサーレンズとを備えている。
また、コンデンサーレンズからの平行光束のうちマスクＭへの照射光として使用しない部分をカットして所定面積の露光照射領域を定義する必要がある。この定義のためにマスクＭと共役な位置に配置された制限スリット板と、制限スリット板からの光束を反射してマスクＭにスリット状照明光束を照射するミラーとを備える。

照明光学装置ＩＬが発生する露光光ＥＬとしては、例えば、水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）の他に、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）である。あるいは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２ レーザー光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。照明光学装置ＩＬは、所謂ケーラー照明系として構成されている。

マスクステージＭＳＴは、照明光学装置ＩＬに対してマスクＭを走査駆動するように構成され、Ｙ軸方向（走査方向）に長いストロークを有し、走査方向に直交するＸ軸方向に適当なストロークを有する。
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを保持するための吸着部４０を有する。吸着部４０は、不図示のバキューム装置に接続されており、マスクＭは吸着部４０により真空吸着されて保持される。

マスクステージ駆動部ＭＳＴＤは、マスクステージＭＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動され、該マスクステージ駆動部ＭＳＴＤは主制御系により制御される。図１に示すように、マスクステージＭＳＴ上のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの端縁には直交する方向に移動鏡３２ａ、３２ｂがそれぞれ設けられている。移動鏡３２ａに対向するように、レーザー干渉計Ｍｘ１が配置され、移動鏡３２ｂに対向するように複数（この来施形態では２個）のレーザー干歩計Ｍｙ１、Ｍｙ２が配置されている。

レーザー干渉計Ｍｙ１、Ｍｙ２は、移動鏡３２ｂにレーザー光を照射して、レーザー干渉計Ｍｙ１、Ｍｙ２と移動鏡３２ｂとの距離を検出する。レーザー干渉計Ｍｙ１、Ｍｙ２の検出結果は主制御系に出力される。前記主制御系は、レーザー干渉計Ｍｙ１、Ｍｙ２の検出結果に基づいてマスクステージＭＳＴのＹ軸方向における位置、及びＺ軸まわりの回転量を演算する。

また、レーザー干渉計Ｍｘ１は移動鏡３２ａにレーザー光を照射して、レーザー干渉計Ｍｘ１と移動鏡３２ａとの距離を検出する。
レーザー干渉計Ｍｘ１の検出結果は主制御系に出力され、主制御系はレーザー干渉計Ｍｘ１の検出結果に基づいてマスクステージＭＳＴのＸ軸方向における位置を求める。また、前記主制御系は、レーザー干渉計Ｍｘ１、Ｍｘ２、及びＭｙ１の出力からマスクステージＭＳＴの位置（姿勢）をモニタしつつマスクステージ駆動部ＭＳＴＤを制御することでマスクステージＭＳＴを所定の位置（姿勢）に設定する。

マスクＭを透過した露光光ＥＬは投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬは、マスクＭの照明領域に存在するパターン像を基板Ｐ上に形成する。図２に示すように、投影光学系ＰＬは、例えば、台形ミラー５２、凸面鏡５３及び凹面鏡５４を介して該マスクＭのパターンの像を基板Ｐ上に形成する。基板Ｐ上での投影光学系ＰＬの投影領域は所定形状（例えば、円弧形状）に設定される。投影光学系は、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合には、石英や蛍石などの遠紫外線を透過する硝材で構成することが好ましく、Ｆ_２ レーザーを用いる場合には、反射屈折系または屈折系の光学系として構成されることが好ましい。なお、投影光学系は、等倍系であっても、縮小系であっても、拡大系であってもよい。

基板Ｐを保持する基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持する基板ホルダを有する。基板ステージＰＳＴは、マスクステージＭＳＴと同様に、Ｙ軸方向（走査方向）に走査用のストロークを有し、走査方向に直交するＸ軸方向にステップ移動用のストロークとを有する。
更に、基板ステージＰＳＴは、Ｚ軸方向、及びθＸ、θＹ、θＺ方向にも移動可能に構成されている。基板ステージ駆動部ＰＳＴＤは、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する。基板ステージ駆動部ＰＳＴＤは主制御系により制御される。
図１に示すように、基板ステージＰＳＴ上のＹ軸方向及びＸ軸方向のそれぞれの端縁には直交する方向に移動鏡３３ａ、３３ｂがそれぞれ設置されている。Ｘ軸方向に延在する移動鏡３３ａに対向するように、複数（例えば、３個）のレーザー干渉計Ｐｘｌ、Ｐｘ２、Ｐｘ３が配置されている。

また、Ｙ軸方向に延在する移動鏡３３ｂに対向するように、複数（例えば、２個）のレーザー干渉計Ｐｙｌ、Ｐｙ２が配置されている。レーザー干渉計Ｐｙｌ、Ｐｙ２は、移動鏡３３ｂにレーザー光を照射して、レーザー干渉計Ｐｙ１、Ｐｙ２と移動鏡３３ｂとの距離を検出する。レーザー干渉計Ｐｙｌ、Ｐｙ２の検出結果は主制御系に出力され、主制御系はレーザー干渉計Ｐｙｌ、Ｐｙ２の検出結果に基づいて基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における位置、及びＺ軸まわりの回転量を求める。また、レーザー干渉計Ｐｘｌ〜Ｐｘ３は移動鏡３３ａにレーザー光を照射して、レーザー干渉計Ｐｘ１〜Ｐｘ３と移動鏡３３ａとの距離を検出する。レーザー干渉計Ｐｘｌ〜Ｐｘ３の検出結果は主制御系に出力され、主制御系はレーザー干渉計Ｐｘｌ〜Ｐｘ３それぞれの検出結果に基づいて基板ステージＰＳＴのＸ軸力向における位置を求める。

主制御系は、レーザー干渉計Ｐｙｌ、Ｐｙ２、及びＰｘｌ〜Ｐｘ３の出力から基板ステージＰＳＴの位置（姿勢）をモニタし基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを制御することで基板ステージＰＳＴを所定の位置（姿勢）に設定する。マスクステージ駆動部ＭＳＴＤ及び基板ステージ駆動部ＰＳＴＤは、それぞれ、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤ、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤによって駆動される。

主制御系は、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴの位置をモニタしながら両駆動部ＰＳＴＤ、ＭＳＴＤを制御することによりマスクＭと基板Ｐとを投影光学系ＰＬに対して任意の走査速度（同期移動速度）でＸ軸方向に同期移動する。
基板ステージＰＳＴ上に露光面での光の強さを測定する、照度むらセンサーＩＬＬが構成されている。照度むらセンサーＩＬＬは基板面の積算照度（単位面積×スリット幅）を測定するセンサーである。また、露光幅方向に照度むらセンサーＩＬＬを駆動させることにより、基板面の照度むらを測定することができる。

基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴの駆動装置としてリニアモータを用いる場合は、例えば、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型を採用することができる。
ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもよいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
ステージの駆動装置として平面モータを用いる場合には、磁石ユニットと電機ユニットのいずれか一方をステージ側に配置し、磁石ユニットと電機ユニットの他方をステージの定盤（ベース）側に配置すればよい。

図３に照明光学装置ＩＬの構成概略図を示す。光源６から出射された光を楕円ミラー７により効率的に集光される。光源の数は限定するものではない。
集光されて光源ボックス３から垂直出射された光束が折り曲げミラー４により水平方向に偏向される。水平方向に偏向された光束は、第１コンデンサーレンズ群５により拡大され平行光束に変換しハエの目レンズ１に集光する
ハエの目レンズ１は入射光の角度分布を位置分布に変換して出射する光学素子であり、入射面と出射面とは光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係になる。かかる関係をフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある。

オプティカルインテグレータとしてのハエの目レンズは、射出面において複数の光源を形成する。ハエの目レンズの射出面は照明光学系の瞳面となる。なお、オプティカルインテグレータとして、ハエの目レンズの代わりに、例えば、シリンドリカルレンズ、２次元的に束ねて構成したロッドレンズや、一体的に形成されたマイクロレンズアレイなどを用いられる。また、オプティカルインテグレータとして計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いることもできる。照明光学装置ＩＬは、ハエの目レンズ１を複数、有し、光路内においてハエの目レンズ１を駆動して他のハエの目レンズ１’に交換する駆動機構であるハエの目レンズ交換手段１０を有する。

コンデンサーレンズ８は、ハエの目レンズから出射した光をできるだけ多く集めて主光線が平行になるようにして、その光線を折り曲げミラー４’で偏向し、スリット２をケーラー照明する。スリット２、２’は、複数のハエの目レンズ１，１’と同数設けられ、照射範囲を規定する。すなわち、スリット２、２’とハエの目レンズ１，１’はフーリエ変換の関係に配置されている。折り曲げミラー４’で偏向した光線を、スリット２、２’により必要形状に切り出す。すなわち、照明光学装置ＩＬは、照明光を必要形状に切り出すハエの目レンズ１，１’と同数のスリット２、２’を有する。スリット２は他のスリッ２’トに交換する駆動機構であるスリット交換手段１１に取付けられており、スリット開口部を透過した光束がマスクＭの照明光として使用される。スリット交換手段１１は、光路内においてスリット２を他のスリット２’に交換する。

ハエの目レンズ１は図４に示すように微小レンズ９により構成されている。ここで、図４は、ハエの目レンズ１を出射面から光源を見た平面図である。図４に示すハエの目レンズ１の各微小レンズ９の小円は楕円ミラー７の開口像（即ち、光源６から出謝された光束）である。このようにハエの目レンズ１の出射面はその近傍に形成された複数の点光源（有効光源）からの各光束をコンデンサーレンズ８によりマスクＭに重畳している。これにより、多数の点光源（有効光源）によりマスクＭ全体が均一に照明される。しかし、製造・組立誤差などにより、数％の照度むらが発生してしまう。

スリット２は図５に示すように、スリット開口部を形成しているブレード１３を、ネジ１４を回動することによる調整コマ１２の押し引きにより、スリット幅を場所ごとに調整できる機構が望ましい。スリット形状は円弧に限定しない。
図３の照明光学装置ＩＬで、ハエの目レンズ１と対になるように配置されているスリット２を、ハエの目レンズ１が持っている固有の照度むらを補正するようにスリット幅の調整を行う。
同様に、ハエの目レンズ１’と対になるように配置されているスリット２’を、ハエの目レンズ１’が持っている固有の照度むらを補正するように、予め光路内に挿入する前にスリット幅の調整を行う。
これにより、ハエの目レンズ１と対となるスリット２を予め照度むらが無くなるようにスリット幅を調整する。さらに、ハエの目レンズ１′の交換と同時に、ハエの目レンズ１’固有の照度むらを補正するようにスリット幅が調整済みのスリット２’に交換することにより、光源を交換しないかぎり照度ムラ計測が不要になる。

〔デバイス製造方法の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法においては、本発明を適用した露光装置を使用する。
半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて基板（感光剤が塗布されている）を露光する工程と、該露光された基板を現像する工程とを含むデバイス製造方法である。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含んでいる。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コストの少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ ハエの目レンズ
２ スリット
６ 光源
１０ ハエの目レンズ交換手段
１１ スリット交換手段
ＥＸ 露光装置
ＩＬ 照明光学装置
Ｐ 基板
ＰＬ 投影光学系

Claims (4)

1. 光源からの光を照明光学系に入射し、該照明光学系からの照明光により被照射面を照射する照明光学装置であって、
   複数のハエの目レンズと、
   光路内において前記ハエの目レンズを他のハエの目レンズに交換するハエの目レンズ交換手段と、
   前記複数のハエの目レンズと同数の、照射範囲を規定するスリットと、
   光路内において前記スリットを他のスリットに交換するスリット交換手段と、
   を有することを特徴とする照明光学装置。
2. 前記ハエの目レンズの対となる前記スリットを予め照度むらが無くなるようにスリット幅を調整し、ハエの目レンズの交換と同時に対となる前記調整済みのスリットに交換することを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
3. 光源からの光でマスクを照明する請求項１または２に記載された照明光学装置と、
   前記マスクのパターンの像を基板に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする露光装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。
   

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