JP2011100999A - Method of manufacturing liquid crystal display device and aligner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子の製造方法、及びこの製造方法を実施するために使用できる露光装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display element and an exposure apparatus that can be used to carry out this manufacturing method.
近年、フラットパネル型テレビやラップトップ型のコンピュータ及び携帯電話機等の各種の情報表示装置及び情報処理装置の普及に伴い、表示パネルの高性能化が要請されている。このような要請に応えるために、IPS(In Plane Switching)方式及びVA(Vertical Alignment: 垂直配向)方式等の、表示画素の電極又は電極上に微細な格子パターンを形成した液晶表示素子(液晶表示装置)が開発されている。特に、VA方式の液晶表示素子では、表示の応答性を高速化し、視野角を広げ、さらに透過率を向上するために、電極又は電極上に形成する微細な格子パターンのピッチは6μm程度に微細化されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, with the widespread use of various information display devices and information processing devices such as flat panel televisions, laptop computers and mobile phones, there has been a demand for higher performance display panels. In order to meet such demands, liquid crystal display elements (liquid crystal display) such as IPS (In Plane Switching) method and VA (Vertical Alignment: vertical alignment) method, etc., in which fine lattice patterns are formed on the electrodes of the display pixels Equipment) has been developed. In particular, in the VA liquid crystal display element, the pitch of the fine lattice pattern formed on the electrode or the electrode is as fine as about 6 μm in order to increase the display response speed, widen the viewing angle, and further improve the transmittance. (For example, refer to Patent Document 1).
また、視野角の一層の向上のために、各画素を複数のドメインに分割したMVA(Multi-domain Vertical Alignment) 方式の液晶表示素子では、分割された各ドメインにおいて、上記の微細な格子パターンの周期方向を変更することが行われている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、液晶表示素子の微細な格子パターンは、リソグラフィー工程で形成されるとともに、液晶表示素子のような大型の基板の全面を露光するには、大フィールドの投影光学系を備えた露光装置が必要である。そのため、投影光学系を複数のそれぞれ開口数が0.1未満程度の部分投影光学系から構成したマルチレンズ方式の露光装置が開発されている(例えば、特許文献3参照)。
In addition, in the MVA (Multi-domain Vertical Alignment) type liquid crystal display element in which each pixel is divided into a plurality of domains in order to further improve the viewing angle, the above-described fine lattice pattern is formed in each divided domain. Changing the periodic direction is performed (for example, refer to Patent Document 2).
By the way, a fine lattice pattern of a liquid crystal display element is formed by a lithography process, and in order to expose the entire surface of a large substrate such as a liquid crystal display element, an exposure apparatus equipped with a large-field projection optical system is required. It is. Therefore, a multi-lens type exposure apparatus has been developed in which the projection optical system is composed of a plurality of partial projection optical systems each having a numerical aperture of less than about 0.1 (for example, see Patent Document 3).
従来の表示画素の電極又は電極上に微細な格子パターンを形成した液晶表示素子において、さらに応答速度を向上させるためには、その格子パターンのピッチの一層の微細化が必要である。しかしながら、従来のマルチレンズ方式のような液晶表示素子用の露光装置では、投影光学系(又は部分投影光学系)には100mm以上の大視野が要求されるため、開口数の増大(大NA化)が難しく、よって、より微細なピッチの格子パターンを形成するのは困難であった。 In a conventional liquid crystal display element in which a fine lattice pattern is formed on an electrode of a display pixel or the electrode, in order to further improve the response speed, it is necessary to further refine the pitch of the lattice pattern. However, in a conventional exposure apparatus for a liquid crystal display element such as a multi-lens method, the projection optical system (or partial projection optical system) requires a large field of view of 100 mm or more, so that the numerical aperture is increased (large NA). Therefore, it is difficult to form a lattice pattern with a finer pitch.
本発明の態様は、このような事情に鑑み、視野角や応答速度が向上した液晶表示素子の製造方法、及びその製造方法を実施するために使用できる露光装置を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of an aspect of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid crystal display element with an improved viewing angle and response speed, and an exposure apparatus that can be used to implement the method.
本発明の第1の態様によれば、所定ピッチを有する周期パターンであって互いに異なる第1方向及び第2方向にそれぞれ配列された第1パターン及び第2パターンを含む素子用パターンが形成されたマスクを露光装置の投影光学系の物体面側に配置することと、その露光装置の露光光でそのマスクを照明する照明系の瞳面又はこの近傍の面におけるその露光光の光量分布を、その照明系の光軸を通り、その第1方向とその第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、その光軸からそれぞれ反対の方向にありその光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域における光量が他の領域における光量よりも大きくなるようにして、そのマスクのその素子用パターンをその投影光学系を介してその液晶表示素子の基板に転写することと、そのパターンが転写されたその基板を処理することと、を含む液晶表示素子の製造方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, an element pattern including a first pattern and a second pattern, which are periodic patterns having a predetermined pitch and are arranged in different first and second directions, respectively, is formed. The mask is disposed on the object plane side of the projection optical system of the exposure apparatus, and the light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system that illuminates the mask with the exposure light of the exposure apparatus or in the vicinity thereof, It is on a first straight line that passes through the optical axis of the illumination system and extends in a direction corresponding to the intermediate direction between the first direction and the second direction, and is in the opposite direction from the optical axis and with the optical axis. The light amount in the first region and the second region including the first point and the second point having the same distance is larger than the light amount in the other region, and the element pattern of the mask is passed through the projection optical system. Teso And it is transferred to the substrate of the liquid crystal display device, a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising a treating the substrate on which the pattern has been transferred, is provided.
また、本発明の第2の態様によれば、露光光でマスクのパターンを介して基板を露光する露光装置において、その露光光でそのマスクのパターンを照明する照明系と、その照明系の瞳面又はこの近傍の面におけるその露光光の光量分布を、その照明系の光軸を通り、そのマスクのパターン面において互いに交差する第1方向と第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、その光軸からそれぞれ反対の方向にありその光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域における光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能な光量分布設定装置と、そのマスクのパターンの像をその基板の表面に形成する複数の部分投影光学系よりなる投影光学系と、そのマスクのその複数の部分投影光学系に対する所定方向への移動と、その基板のその所定方向に対応する方向への移動とを同期して行うステージ系と、を備える露光装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, in an exposure apparatus that exposes a substrate with exposure light through a mask pattern, an illumination system that illuminates the mask pattern with the exposure light, and a pupil of the illumination system The light quantity distribution of the exposure light on the surface or a surface in the vicinity thereof extends in a direction corresponding to an intermediate direction between the first direction and the second direction intersecting each other on the pattern surface of the mask through the optical axis of the illumination system. The amount of light in the first region and the second region on the first straight line and in the opposite direction from the optical axis and including the first point and the second point that are equal to each other is equal to the optical axis in the other region. A light quantity distribution setting device that can be set to be larger than the light quantity; a projection optical system comprising a plurality of partial projection optical systems that form an image of the mask pattern on the surface of the substrate; and the plurality of parts of the mask And moving in a predetermined direction with respect to projection optical system, a stage system for performing synchronization with the movement in the direction corresponding to the predetermined direction of the substrate, the exposure apparatus comprising a are provided.
本発明の液晶表示素子の製造方法によれば、照明系の瞳面又はこの近傍の面における第1領域(又は第2領域)からの光束がマスクの第1パターン又は第2パターンに照明されると、投影光学系の瞳面において、その第1パターン又は第2パターンからの0次光がその第1領域(又は第2領域)と共役な位置(光軸から離れた位置)を通過し、その第1パターン又は第2パターンからの1次回折光が、その0次光から第1方向又は第2方向に対応する方向に離れた位置を通過する。従って、基板にその第1パターン及び第2パターンの像がそれぞれ高いコントラストで形成されるため、その第1パターン及び第2パターン(微細な格子パターン)のピッチをより微細化できる。 According to the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention, the light flux from the first region (or the second region) on the pupil plane of the illumination system or a surface in the vicinity thereof is illuminated onto the first pattern or the second pattern of the mask. And, on the pupil plane of the projection optical system, the zero-order light from the first pattern or the second pattern passes through a position conjugate with the first area (or the second area) (position away from the optical axis), The first-order diffracted light from the first pattern or the second pattern passes through a position away from the zero-order light in a direction corresponding to the first direction or the second direction. Accordingly, since the images of the first pattern and the second pattern are formed on the substrate with high contrast, the pitch of the first pattern and the second pattern (fine lattice pattern) can be further miniaturized.
また、本発明によれば、0次光が投影光学系の光軸を中心とする領域を通過する通常の照明方式を用いる場合に比べて、同じ投影光学系を用いても、投影光学系の瞳面において第1パターン及び第2パターンからの0次光と1次回折光との距離を長くできるため、転写できる第1パターン及び第2パターンのピッチを微細化できる。従って、基板に形成する格子パターンのピッチを小さくできるため、応答速度が向上した液晶表示素子を容易に製造できる。 In addition, according to the present invention, even when the same projection optical system is used, the projection optical system can be compared with a case where a normal illumination system in which zero-order light passes through a region centered on the optical axis of the projection optical system is used. Since the distance between the 0th order light and the 1st order diffracted light from the first pattern and the second pattern can be increased on the pupil plane, the pitch of the first pattern and the second pattern that can be transferred can be miniaturized. Therefore, since the pitch of the lattice pattern formed on the substrate can be reduced, a liquid crystal display element with improved response speed can be easily manufactured.
また、本発明の露光装置を用いて、本発明の液晶表示素子の製造方法を実施できる。 Moreover, the manufacturing method of the liquid crystal display element of this invention can be implemented using the exposure apparatus of this invention.
本発明の実施形態の一例につき図1〜図16を参照して説明する。
図1(A)は、本実施形態で製造されるVA(Vertical Alignment: 垂直配向)方式でアクティブマトリクス駆動型の液晶表示素子(液晶表示装置)20の一つの表示画素内の概略構成を示す拡大断面図であり、図1(B)は、図1(A)のB−B’部分の断面図である。図1(A)において、液晶表示素子20は基本的に、液晶分子22aを含む液晶層22と、液晶層22を挟持するTFT(Thin Film Transistor)側のガラス基板21A及びカラーフィルター側のガラス基板21Bと、ガラス基板21Aの上面に形成された透明な画素電極23Aと、ガラス基板21Bの底面に画素電極23Aに対向するように形成された透明な対向電極23Bとを備えている。画素電極23A及び対向電極23Bは、それぞれITO(Indium Tin Oxide)又はIZO(Indium Zinc Oxide)等より形成されている。
An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is an enlarged view showing a schematic configuration in one display pixel of a liquid crystal display element (liquid crystal display device) 20 of an active matrix drive type by a VA (Vertical Alignment) method manufactured in this embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view of the BB ′ portion of FIG. 1A. 1A, a liquid crystal display element 20 basically includes a
さらに、液晶表示素子20は、ガラス基板21Aに形成された画素電極23Aの表面に電極23A,23B間に形成される電界パターンを変形するように所定ピッチで所定方向に形成された、微細な周期的な構造としての第1の格子パターン24Aと、ガラス基板21Bに形成された対向電極23Bの表面に例えば格子パターン24Aと位相がほぼ180°異なるように形成された、微細な周期的な構造としての第3の格子パターン24Cとを備えている。格子パターン24A,24Cは周期的な凸パターンである。なお、液晶表示素子20の一つの表示画素内で、例えば格子パターン24A及び24Cにそれぞれ連結されるように又は近接して、かつ格子パターン24A,24Cと同じピッチで周期方向が異なるように微細な周期的な構造としての第2及び第4の格子パターン(不図示)も形成されている。これらの第1〜第4の格子パターン24A,24C等は、誘電体(絶縁材料)又は導電性材料から形成される。格子パターン24A,24C等は、液晶表示素子20に導入される光束が通過できるように、例えば可視光に対して透明な材料より形成するのが好ましい。
Further, the liquid crystal display element 20 has a fine period formed in a predetermined direction at a predetermined pitch so as to deform the electric field pattern formed between the
本実施形態において、格子パターン24A,24C等のピッチは一例として3〜5μmであることが好ましい。その範囲内で、一例として、格子パターン24A,24C等の線幅は2μm程度でピッチは4μm程度である。ただし、格子パターン24A,24C等のピッチは3μm以下又は5μm以上も可能である。
さらに、液晶表示素子20は、画素電極23Aの表面に格子パターン24Aを覆うように形成された分子配向膜25Aと、対向電極23Bの表面に格子パターン24Cを覆うように形成された分子配向膜25Bと、ガラス基板21Aの下面に形成されて第1の光吸収軸P(図1(B)参照)を有する偏光膜(ポラライザ)26Aと、ガラス基板21Bの上面に形成されて第1の光吸収軸Pに直交する第2の光吸収軸Aを有する偏光膜(アナライザ)26Bとを備えている。分子配向膜25A,25Bは液晶層22に接触し、液晶層22中の液晶分子22aを、画素電極23A及び対向電極23Bの間に電界が印加されていない非駆動状態において、液晶層22の境界面に対して略垂直な方向に規制する。従って、非駆動状態では、液晶表示素子20に入射する光束はほぼ遮光される。
In the present embodiment, the pitch of the
Furthermore, the liquid crystal display element 20 includes a
一例として、液晶層22としては、メルク社より市販されている負の誘電率異方性を有する液晶を使うことができ、分子配向膜25A,25BとしてはJSR社より提供される垂直配向膜を使用することができる。典型的な例では、ガラス基板21A及び21Bは、液晶層22の厚さが約4μmになるように適当なスペーサを使って組み立てられる。さらに、一例として、格子パターン24A,24C等(微細な周期的な構造)は、透明な誘電体であるポジ型のフォトレジストから形成でき、このようなフォトレジストとしてはJSR社のポジ型レジストPC403等を使用できる。格子パターン24A,24Cは、例えば約0.4μmの厚さに形成するのが好ましい。
As an example, the
図1(B)は、画素電極23A及び対向電極23B間に駆動電圧が印加された、液晶表示素子20の駆動状態におけるガラス基板21Aの表面の液晶分子22aの配向状態を示している。図1(B)において、格子パターン24Aの各ラインパターンの延在方向(周期方向に直交する方向)は、偏光膜26A,26Bによる光吸収軸P,Aに対して45°で交差している。また、液晶分子22aは格子パターン24Aの形成する局所的に変形された電界の効果により、格子パターン24Aの延在方向に倒れた状態で配向している。従って、入射する光束に対する液晶表示素子20の当該表示画素における透過率が高くなる。実際には各表示画素内に第1の格子パターン24Aと周期方向が異なる第2の格子パターン(不図示)が形成されており、液晶分子22aの倒れる方向は第1及び第2の格子パターンで異なるため、液晶表示素子20は広い視野角特性を示す。
FIG. 1B shows an alignment state of the
また、そのように駆動電界が形成された場合、個々の液晶分子22aが格子パターン24A等の延在方向に倒れるため、液晶分子のチルトが或る領域から他の領域へと伝搬する必要がなく、応答速度が非常に速くなる。さらに、本実施形態では、格子パターン24A等のピッチが3〜5μmと従来に比べて微細であるため、さらに高い応答速度が得られる。
Further, when such a driving electric field is formed, the individual
また、本実施形態の変形例として、図1(C)の液晶表示素子20Aで示すように、微細な周期的な構造を、ガラス基板21Aの画素電極23Aに形成された周期的な凹パターンよりなる第1の格子パターン24E、及びガラス基板21Bの対向電極23Bに形成された周期的な凹パターンよりなる第3の格子パターン24Gとしてもよい。格子パターン24E,24Gは、画素電極23A及び対向電極23Bに形成されたカットアウトパターンである。この構成例でも、格子パターン24E,24Gに連結されるように又は近接して、かつ格子パターン24E,24Gと同じピッチで周期方向が異なるように第2の格子パターン(不図示)及び第4の格子パターン(不図示)が形成されている。この構成例でも、格子パターン24E,24Gのピッチは3〜5μmが好ましい。
As a modification of the present embodiment, as shown by the liquid
また、ガラス基板21Aの画素電極23Aの表面に格子パターン24Eを覆うように分子配向膜25Aが形成され、ガラス基板21Bの対向電極23Bの表面に格子パターン24Gを覆うように分子配向膜25Bが形成されている。液晶表示素子20Aにおいても、格子パターン24E,24G等が設けられているため、広い視野角特性が得られるとともに、高い応答速度が得られる。
Further, a
次に、本実施形態における液晶表示素子20の製造方法につき説明する。なお、液晶表示素子20において、格子パターン24A,24C以外の部分は周知技術で製造できるとともに、格子パターン24Cは格子パターン24Aと同様に製造できるため、以下では主に格子パターン24A及びこれに連結又は近接した格子パターンの製造方法につき説明する。
Next, a manufacturing method of the liquid crystal display element 20 in the present embodiment will be described. In the liquid crystal display element 20, the portions other than the
まず、液晶表示素子20を製造するためのリソグラフィー工程で使用される露光装置の構成につき図2〜図11を参照して説明する。
図2は、本実施形態に係る露光装置EXの全体構成を概略的に示す斜視図、図3は、図2中の照明系ILSの構成を概略的に示す図、図4は、図2の投影光学系PLを構成する各部分投影光学系(投影光学ユニット)の構成を概略的に示す図である。露光装置EXは、複数の反射屈折型の部分投影光学系からなる投影光学系PLに対してマスクMと基板PTとを移動させつつ、マスクMのパターンをフォトレジストが塗布された基板PTの表面に投影露光するマルチレンズ方式の走査型露光装置である。
First, the configuration of an exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing the liquid crystal display element 20 will be described with reference to FIGS.
2 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the exposure apparatus EX according to the present embodiment, FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the illumination system ILS in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram in FIG. It is a figure which shows schematically the structure of each partial projection optical system (projection optical unit) which comprises the projection optical system PL. The exposure apparatus EX moves the mask M and the substrate PT with respect to the projection optical system PL composed of a plurality of catadioptric partial projection optical systems, and the pattern of the mask M is applied to the surface of the substrate PT coated with a photoresist. This is a multi-lens scanning exposure apparatus that performs projection exposure.
なお、露光時にマスクMのパターン面及び基板PTの表面は実質的に平行である。図2〜図4等において、マスクMのパターン面に平行な面(本実施形態ではほぼ水平面)内で、走査露光時のマスクM及び基板PTの移動方向(走査方向)に沿ってX軸を設定し、X軸に直交する方向(非走査方向)に沿ってY軸を設定し、X軸及びY軸に直交する方向にZ軸を設定して説明する。 Note that the pattern surface of the mask M and the surface of the substrate PT are substantially parallel during exposure. 2 to 4 and the like, the X axis is set along the moving direction (scanning direction) of the mask M and the substrate PT at the time of scanning exposure in a plane parallel to the pattern surface of the mask M (substantially horizontal plane in the present embodiment). A description will be given by setting, setting the Y axis along the direction orthogonal to the X axis (non-scanning direction), and setting the Z axis in the direction orthogonal to the X axis and the Y axis.
図2及び図3において、露光装置EXは、露光用の照明光(露光光)を発生する例えば超高圧水銀ランプからなる光源1と、露光用の照明光でマスクMのパターン面の所定の複数の照明領域を均一な照度分布で照明する照明系ILSと、マスクMをマスクホルダ(不図示)を介してXY平面に平行に保持して移動するマスクステージMSと、マスクMのパターンの像を基板PTの表面に形成する投影光学系PLと、基板PTを保持して移動する基板ステージPS(図4参照)とを備えている。そして、楕円鏡2の第1焦点位置にある光源1から射出された照明光は、楕円鏡2及びミラー3を介して楕円鏡2の第2焦点位置に光源像を形成する。この第2焦点位置の近傍には、シャッター(不図示)が配置されている。
2 and 3, the exposure apparatus EX includes a
開状態のシャッターを通過した照明光は、光軸AX0に沿って所望の波長域の光束のみを透過させる波長選択フィルター6を含む第1リレーレンズ系5に入射する。波長選択フィルター6では、露光用の照明光(露光光)として、一例としてi線(波長365nm)を選択する。なお、波長選択フィルター6では、g線(波長436nm)とh線(波長405nm)とi線とを露光光として同時に選択してもよい。さらに、波長選択フィルター6では、例えばg線とh線とを同時に選択してもよく、h線とi線とを同時に選択してもよい。
The illumination light that has passed through the open shutter enters the first
上記のように、露光装置EXを用いて例えば液晶表示素子20に形成する格子パターン24A,24C等のピッチを3〜5μmにする場合、露光光の波長は365〜486nm(0.365〜0.486μm)程度にすることが好ましい。
第1リレーレンズ系5を通過した照明光は、第2リレーレンズ系7を介して、ライトガイド8の入射端8aに入射する。ライトガイド8は、多数の光ファイバー素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバーであって、光源1の数(図2では1つ)と同じ数の入射端8aと、投影光学系PLを構成する部分投影光学系の数(図2では5つ)と同じ数の射出端8b〜8f(図3では射出端8bだけを示す)とを備えている。こうして、ライトガイド8の入射端8aへ入射した照明光は、その内部を伝播した後、5つの射出端8b〜8fから射出される。照明系ILSは、射出端8b〜8fとマスクMとの間に配置される複数(ここでは5つ)の部分照明系を有する。
As described above, when the pitch of the
The illumination light that has passed through the first
図3において、ライトガイド8の射出端8bから射出された発散光束は、部分照明系81内でコリメートレンズ10bによりほぼ平行な光束に変換された後、フライアイインテグレータ(オプティカルインテグレータ)11bに入射する。フライアイインテグレータ11bは、多数の正屈折力のレンズエレメントをその中心軸線が光軸AXIに沿って延びるように縦横に且つ稠密に配列したものである。フライアイインテグレータ11bに入射した光束は、多数のレンズエレメントにより波面分割され、その後側焦点面(射出面の近傍の面)である部分照明系81の瞳面(以下、照明瞳面という。)IPPに多数の二次光源よりなる面光源を形成する。
In FIG. 3, the divergent light beam emitted from the
照明瞳面IPP(又はこの近傍の面)には複数の開口絞りが形成されたスライド可能な開口絞り板12bが配置されている。フライアイインテグレータ11bから射出され、開口絞り板12b中の一つの開口絞りを通過した照明光は、コンデンサーレンズ系13bを介してマスクMのパターン面のY方向に、フライアイインテグレータの各要素の形状に相似な細長い概長方形形状の照明領域を照明する。照明瞳面IPPは、マスクMのパターン面に対して光学的にフーリエ変換の関係にある。すなわち、照明瞳面IPP上の任意の一点を射出した照明光は、概ね平行光となって、マスクMのパターン面に対して上記任意の一点の位置に応じた入射角をもって入射する。逆に言えば、マスクMのパターン面上の任意の一点に照射する照明光は、その照明光の照明瞳面IPP上における位置に応じた入射角で、マスクMのパターン面に照射される。開口絞り板12b中の開口絞りによって、二次光源の形状と、部分照明系81からマスクMに入射する光束の最大の開口数NAILの対応する投影光学系(本実施形態では部分投影光学系PL1)の入射側の開口数NAinに対する比の値であるコヒーレンスファクタ(σ値)(=NAIL/NAin)と、が決定される。
A slidable
コリメートレンズ10bからコンデンサーレンズ系13bまでの光学部材を含んで部分照明系81が構成されている。同様に、図2の射出端8c〜8fとマスクMとの間にも部分照明系81と同じ構成の部分照明系(図2ではそのうちのコンデンサーレンズ系のみを図示している)が配置されている。
図5(A)は、図3の部分照明系81及び射出端8dの後段の部分照明系83のさらに詳細な構成を示す。図5(A)において、コリメートレンズ10bとフライアイインテグレータ11bとの間に、強度分布設定装置14bが配置されている。図5(B)は、強度分布設定装置14bを+Y方向から見た側面図である。図5(B)において、強度分布設定装置14bは、XZ平面内で楔型の断面形状を持ちY方向には一様な2つのプリズム15A,15Bを光軸AXIに平行な軸に沿って配置した構成の第1分布設定部15と、光路長を揃えるための平板状の第2部分設定部16と、第1分布設定部15と第2分布設定部16とを交互に照明光ILの光路に設置するスライド方式の駆動部17とを備えている。第1分布設定部15を照明光ILの光路に設置すると、照明光ILはX方向に離れた2つの光束ILA,ILBとしてフライアイインテグレータ11bに入射するため、X軸に平行な軸に沿った4極照明又は2極照明(詳細後述)を行う場合に高い照明効率が得られる。第2分布設定部16は、通常の照明方式を用いる場合に照明光ILの光路に設置される。
A
FIG. 5A shows a more detailed configuration of the
また、第1分布設定部15の2つのプリズム15A,15Bの間隔を調整する間隔調整部をさらに備えてもよい。この場合、X軸に平行な軸に沿った4極又は2極の2次光源の間隔に合わせてプリズム15A,15Bの間隔を調整することで、さらに高い照明効率が得られる。
また、開口絞り板12bには、図5(C)に示すように、X軸に平行な軸に沿って配置される2つの楕円状(それぞれ2つの分離した円形でもよい)の開口18Aa,18Abを有する開口絞り18A、X軸に平行な軸に沿って配置される2つの円形の開口18Ba,18Bbを有する開口絞り18B、及び円形開口を持つ通常照明用の開口絞り18Cが形成されている。不図示のスライド方式の駆動部によって、開口絞り板12bをX方向に移動することで、開口絞り18A〜18Cのうちの任意の開口絞りをフライアイインテグレータ11bの射出面の照明瞳面IPPに設置できる。なお、開口絞り18A,18Bの詳細な形状は後述する。また、開口絞り板12b(特に開口絞り18A,18B)は、露光対象のマスクに形成されているパターンに応じて交換してもよい。
Further, an interval adjusting unit that adjusts the interval between the two
Further, as shown in FIG. 5C, the
さらに、分布設定部15,16等によって、照明瞳面IPPにおける二次光源の形状を必要な形状に高精度に設定できる場合には、照明瞳面IPPには必ずしも開口絞りを設定する必要はない。
また、射出端8d側の部分照明系83も、部分照明系81と同じく、コリメートレンズ10d、強度分布設定装置14bと同じ構成の強度分布設定装置14d、フライアイインテグレータ11d、開口絞り板12bと同じ構成の開口絞り板12d、及びコンデンサーレンズ系13dを含んで構成されている。光軸AXIdを持つ部分照明系83も、フライアイインテグレータ11dの射出面の照明瞳面IPPdにおける二次光源の形状を部分照明系81と同様に設定する。これは、他の部分照明系も同様である。
Further, when the shape of the secondary light source on the illumination pupil plane IPP can be set to a required shape with high accuracy by the
Similarly to the
なお、プリズム15Bとフライアイレンズ11bの間に、プリズム15A及び15Bにより分割された2つの照明光束のそれぞれを集光するための集光レンズを設けることで、照明光ILの利用効率を一層高めることもできる。この集光レンズは例えばその中心が、図5(B)中の2つの光束ILA,ILBの中心とそれぞれ一致するような2つの正屈折力レンズとすればよい。
以上の実施形態においては、照明瞳面IPPにおける二次光源の形状は、光軸AXIからX方向に離れた2点または4点の近傍において照明光の強度分布が増大しているものとしたが、この方向は上記のX方向に限るものではなく、Y方向であってもよく、あるいはX方向とY方向の中間方向であっても良い。さらには、露光対象のマスクに形成されているパターンに応じて任意の方向に設定可能とすることもできる。
In addition, by using a condensing lens for condensing each of the two illumination light beams divided by the
In the above embodiment, the shape of the secondary light source on the illumination pupil plane IPP is such that the intensity distribution of illumination light increases in the vicinity of two or four points away from the optical axis AXI in the X direction. This direction is not limited to the X direction, but may be the Y direction, or may be an intermediate direction between the X direction and the Y direction. Furthermore, it can be set in any direction according to the pattern formed on the mask to be exposed.
図2の5つの部分照明系は、マスクMのパターン面(下面)においてY方向に2列に並んだ5つの概長方形形状の領域を照明する。なお、上述の例では、照明系ILSにおいて、光源1からの照明光をライトガイド8を介して5つの照明光に等分割しているが、分割数は任意である。
マスクMの各照明領域からの照明光は、各照明領域に対応するようにY方向に沿って2列に配列された複数(図1では合計で5つ)の部分投影光学系PL1〜PL5からなる投影光学系PLに入射する。部分投影光学系PL1〜PL5の構成は、互いに同じである。部分投影光学系PL1〜PL5の開口数は例えば0.1〜0.07の間である。以下、図4を参照して、各部分投影光学系の構成について説明する。
The five partial illumination systems in FIG. 2 illuminate five generally rectangular regions arranged in two rows in the Y direction on the pattern surface (lower surface) of the mask M. In the above example, in the illumination system ILS, the illumination light from the
Illumination light from each illumination area of the mask M is received from a plurality of (a total of five in FIG. 1) partial projection optical systems PL1 to PL5 arranged in two rows along the Y direction so as to correspond to each illumination area. Is incident on the projection optical system PL. The configurations of the partial projection optical systems PL1 to PL5 are the same. The numerical apertures of the partial projection optical systems PL1 to PL5 are, for example, between 0.1 and 0.07. Hereinafter, the configuration of each partial projection optical system will be described with reference to FIG.
図4に示す部分投影光学系は、マスクMからの光に基づいてマスクパターンの一次像を形成する第1結像光学系K1と、一次像の近傍に配置され、マスクMにおける部分投影光学系の視野領域(照明領域)及び基板PTにおける部分投影光学系の投影領域(露光領域)を台形形状に規定する視野絞りFSと、その一次像からの光に基づいてマスクパターンの正立正像(二次像)を基板PT上に形成する第2結像光学系K2とを有する。 The partial projection optical system shown in FIG. 4 is arranged in the vicinity of the first imaging optical system K1 that forms a primary image of the mask pattern based on the light from the mask M and the primary image, and the partial projection optical system in the mask M A field stop FS that defines a trapezoidal shape of the field area (illumination area) and the projection area (exposure area) of the partial projection optical system on the substrate PT, and an erect image (2) of the mask pattern based on the light from the primary image And a second imaging optical system K2 for forming a next image) on the substrate PT.
第1結像光学系K1は、マスクMから−Z方向に入射する光を−X方向に反射する第1反射面を有する第1直角プリズムPR1と、第1直角プリズムPR1側から順に−X方向に配列された、正の屈折力を有する第1屈折光学系G1P及び第1凹面反射鏡MI1とを備えている。第1凹面反射鏡MI1から+X方向に第1直角プリズムPR1に入射した光は、第1直角プリズムPR1の第2反射面によって−Z方向に反射される。 The first imaging optical system K1 includes a first right-angle prism PR1 having a first reflection surface that reflects light incident in the −Z direction from the mask M in the −X direction, and the −X direction in order from the first right-angle prism PR1 side. And a first refractive optical system G1P having a positive refractive power and a first concave reflecting mirror MI1. The light incident on the first right-angle prism PR1 in the + X direction from the first concave reflecting mirror MI1 is reflected in the −Z direction by the second reflection surface of the first right-angle prism PR1.
一方、第2結像光学系K2は、視野絞りFSから−Z方向に入射する光を−X方向に反射する第1反射面を有する第2直角プリズムPR2と、第2直角プリズムPR2側から順に−X方向に配置された、正の屈折力を有する第2屈折光学系G2P及び第2凹面反射鏡MI2とを備えている。第2凹面反射鏡MI2から+X方向に第2直角プリズムPR2に入射した光は、第2直角プリズムPR2の第2反射面によって−Z方向に反射されて基板PTに入射する。また、マスクMのパターン面の近傍、及び視野絞りFSの近傍には、それぞれ像シフターとしての平行平面板DP1及びDP2が配置されている。 On the other hand, the second imaging optical system K2 sequentially includes a second right-angle prism PR2 having a first reflection surface that reflects light incident in the −Z direction from the field stop FS in the −X direction and the second right-angle prism PR2 side. A second refractive optical system G2P having a positive refractive power and a second concave reflecting mirror MI2 are disposed in the −X direction. The light incident on the second right-angle prism PR2 in the + X direction from the second concave reflecting mirror MI2 is reflected in the −Z direction by the second reflection surface of the second right-angle prism PR2 and enters the substrate PT. In addition, parallel plane plates DP1 and DP2 as image shifters are disposed in the vicinity of the pattern surface of the mask M and in the vicinity of the field stop FS, respectively.
部分投影光学系において、第1結像光学系K1はX方向における横倍率が+1倍、Y方向おける横倍率が−1倍の一次像を形成し、第2結像光学系K2はX方向における横倍率が+1倍、Y方向おける横倍率が−1倍の一次像を形成する。従って、各部分投影光学系を介して基板PTに形成されるマスクパターンの像は等倍の正立正像である。また、各部分投影光学系は、ほぼ両側にテレセントリックな光学系である。なお、各部分投影光学系の構成は任意であり、各部分投影光学系を屈折系から構成してもよい。 In the partial projection optical system, the first imaging optical system K1 forms a primary image with a lateral magnification of +1 in the X direction and a lateral magnification of -1 in the Y direction, and the second imaging optical system K2 in the X direction. A primary image is formed with a lateral magnification of +1 and a lateral magnification in the Y direction of -1. Therefore, the image of the mask pattern formed on the substrate PT via each partial projection optical system is an equal-size erect image. Each partial projection optical system is a telecentric optical system on substantially both sides. The configuration of each partial projection optical system is arbitrary, and each partial projection optical system may be configured from a refractive system.
図2において、基板PTの表面において各照明領域に対応するようにY方向に2列に並んだ複数の台形状の露光領域には、マスクパターンの等倍の正立像が形成される。また、図3のマスクステージMSには、このステージを走査方向であるX方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系(不図示)が設けられている。また、マスクステージMSを非走査方向(Y方向)に沿って微小量だけ移動させるとともにZ軸に平行な軸の回りに微小量だけ回転させるための一対の駆動系(不図示)が設けられている。そして、マスクステージMSの位置座標が移動鏡を用いたレーザー干渉計MIFによって計測され、この計測結果によりマスクステージMSの位置制御が行われる。 In FIG. 2, an erect image equal to the mask pattern is formed in a plurality of trapezoidal exposure regions arranged in two rows in the Y direction so as to correspond to each illumination region on the surface of the substrate PT. Further, the mask stage MS of FIG. 3 is provided with a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the stage along the X direction which is the scanning direction. Also, a pair of drive systems (not shown) are provided for moving the mask stage MS by a minute amount along the non-scanning direction (Y direction) and rotating the mask stage MS by a minute amount around an axis parallel to the Z axis. Yes. Then, the position coordinates of the mask stage MS are measured by a laser interferometer MIF using a moving mirror, and the position control of the mask stage MS is performed based on the measurement result.
同様のステージ駆動系が、図4の基板ステージPSにも設けられている。即ち、基板ステージPSを走査方向(X方向)に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系(不図示)と、基板ステージPSを非走査方向(Y方向)に沿って微小量だけ移動させるとともにZ軸に平行な軸の回りに微小量だけ回転させるための一対の駆動系(不図示)とが設けられている。そして、基板ステージPSの位置座標が移動鏡を用いたレーザー干渉計PIFによって計測され、この計測結果による基板ステージPSの位置制御が行われる。 A similar stage drive system is also provided in the substrate stage PS of FIG. That is, a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the substrate stage PS along the scanning direction (X direction) and the substrate stage PS is moved by a minute amount along the non-scanning direction (Y direction). And a pair of drive systems (not shown) for rotating the axis around the axis parallel to the Z axis by a minute amount. Then, the position coordinate of the substrate stage PS is measured by a laser interferometer PIF using a moving mirror, and the position control of the substrate stage PS is performed based on the measurement result.
さらに、図2において、マスクMと基板PTとをXY平面に沿って相対的に位置合わせするための手段として、一対の例えば画像処理方式のアライメント系ALがマスクMの上方に配置されている。
こうして、マスクステージMS側の走査駆動系及び基板ステージPS側の走査駆動系により、複数の部分投影光学系PL1〜PL5からなる投影光学系PLに対してマスクMと基板PTとを一体的に同一方向(X方向)に沿って移動させることによって、マスクPのパターン領域の全体の像が順次、基板PTの各パターン形成領域の全面に転写(走査露光)される。なお、複数の台形状の露光領域の形状及び配置、ひいては複数の概長方形形状の照明領域の形状及び配置については、たとえば特開平7−183212号公報などに詳細な説明が記載されている。
Further, in FIG. 2, as a means for relatively aligning the mask M and the substrate PT along the XY plane, a pair of, for example, an image processing type alignment system AL is disposed above the mask M.
In this way, the mask M and the substrate PT are integrated with each other with respect to the projection optical system PL including the plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5 by the scanning drive system on the mask stage MS side and the scanning drive system on the substrate stage PS side. By moving in the direction (X direction), the entire image of the pattern area of the mask P is sequentially transferred (scanned exposure) to the entire surface of each pattern formation area of the substrate PT. The shape and arrangement of the plurality of trapezoidal exposure areas and the shape and arrangement of the plurality of generally rectangular illumination areas are described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-183212.
次に、図1(A)の液晶表示素子20のTFT側のガラス基板21Aに微細な周期的な構造としての格子パターン24A等を形成するために、図6に示す素子用パターンが形成されたマスクM1が露光装置EXの投影光学系PLの物体面(マスクステージMSの上面)に配置される。マスクM1のパターン領域には、X方向及びY方向に所定間隔でI行×J列(I,Jはそれぞれ例えば数100〜1000程度の整数)に配置された複数の位置P(i,j)(i=1〜I,j=1〜J)を中心としてそれぞれ液晶表示素子20の各表示画素に対応する画素領域30が配置されている。なお、これらの複数の画素領域30は、一つの液晶表示素子(液晶表示パネル)用の素子用パターンであり、マスクM1のパターン領域は、X方向及びY方向に所定間隔で複数個の液晶表示素子用の素子用パターンが形成されている。
Next, in order to form a
図6は、その複数の画素領域30のうちの位置P(i,j)〜P(i+1,j−1)にある2行×2列分の画素領域30の拡大図を示す。図6において、X軸及びY軸はそれぞれ液晶表示素子20の偏光膜26A,26Bによる図1(B)の光吸収軸P及びAに対応する方向にそれぞれ平行に設定されている。この場合、各画素領域30は、それぞれX軸に平行な2辺及びY軸に平行な2辺で囲まれたほぼY方向に細長い長方形の領域であり、+Y方向で−X方向の角部にTFT形成用の凹部が設けられている。各画素領域30には、それぞれ光透過部を背景として互いに同じ形状の周期的なパターン31が形成されている。
FIG. 6 shows an enlarged view of the
パターン31は、X軸に時計回りに角度θで交差する方向S1(第1方向)に平行にピッチP1で形成されたライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという。)よりなる第1の周期的パターン31Sと、X軸に反時計回りに角度θで交差する方向R1(第2方向)に平行にピッチP1で形成されたL&Sパターンよりなる第2の周期的パターン31Rと、X軸に平行であって、周期的パターン31Sの各ラインパターン31Saと周期的パターン31Rの対応するラインパターン31Raとをそれぞれ連結するX方向に周期P0の連結部31Cとから構成されている。言い換えると、第1の周期的パターン31Sは、方向S1に直交する方向に延在し、かつ方向S1の線幅がほぼP1/2の薄膜よりなる多数のラインパターン31Saを方向S1に平行にピッチP1で配置したものである。同様に、第2の周期的パターン31Rは、方向R1に直交する方向に延在し、かつ方向R1の線幅がほぼP1/2の薄膜よりなる多数のラインパターン31Raを方向R1に平行にピッチP1で配置したものである。
The
この場合、第1の周期的パターン31Sが図1(A)の第1の格子パターン24Aを形成するためのパターンであり、第2の周期的パターン31Rが、第2の格子パターン(不図示)を形成するためのパターンである。また、周期的パターン31Sの周期方向(方向S1)と周期的パターン31Rの周期方向(方向R1)とがなす角度は2θであり、方向S1と方向R1との中間方向はX軸に平行な方向である。また、角度θは(0°<θ<90°)の範囲内で任意の値を取ることが可能であるが、本実施形態では、角度θは45°である。従って、方向S1と方向R1とは直交している。なお、方向S1がX軸に対して時計回りになす角度をθ1、方向R1がX軸に対して反射時計回りになす角度をθ2として、角度θ1と角度θ2とが異なっていてもよい。さらに、方向S1と方向R1とはともにX軸に対して時計回り(又は反時計回り)で異なる角度に設定することも可能である。
In this case, the first
図6において、連結部31CのX方向(方向D3)のピッチP0は、周期的パターン31S,31RのピッチP1に対して次の関係にある。
P0=P1/cosθ>P1 …(1)
本実施形態の投影光学系PLの倍率βは等倍であるため、ピッチP1は、格子パターン24A等のピッチと同じであり、ピッチP1の好ましい範囲は3〜5μmである。なお、投影光学系PLの倍率βが等倍でないときには、ピッチP1は、格子パターン24A等のピッチの1/β倍に設定される。
In FIG. 6, the pitch P0 in the X direction (direction D3) of the connecting
P0 = P1 / cos θ> P1 (1)
Since the magnification β of the projection optical system PL of the present embodiment is equal, the pitch P1 is the same as the pitch of the
また、露光装置EXでマスクM1のパターンを投影光学系PLを介して基板PTに投影する場合、照明系ILSの図5(A)の部分照明系81の照明瞳面IPPにおける照明光ILの光量分布は、図7(A)の斜線を施した4つの円形の領域43A,43B及び45A,45Bでの光量(積分値)がそれ以外の領域の光量(積分値)よりも大きくなるように設定される。他の全部の部分照明系83等の照明瞳面における光量分布も、照明瞳面IPPにおける照明光ILの光量分布と同じ分布に設定される。
When the exposure apparatus EX projects the pattern of the mask M1 onto the substrate PT via the projection optical system PL, the amount of illumination light IL on the illumination pupil plane IPP of the
図7(A)において、X軸及びY軸の原点を部分照明系81の光軸AXIに設定している。また、部分照明系81の照明瞳面IPPとマスクのパターン面は光学的なフーリエ変換の関係にあるので、照明瞳面IPPにおいて光軸AXIから所定の方向DILSに離れた位置を通過する光束は、マスク(例えばマスクM1)のパターン面に対して方向DILSに応じた方向DMに傾斜して入射する。言い換えると、その光束のパターン面に対する射影は方向DMに平行である。以下では、このような関係にあるマスクのパターン面上の方向DMと、照明瞳面IPP上の方向DILSとを互いに対応する関係にあるという。
In FIG. 7A, the origins of the X axis and the Y axis are set to the optical axis AXI of the
図5(A)の部分照明系81では、照明瞳面IPPとマスクのパターン面との間にはコンデンサーレンズ系13bのみがあるため、マスクのパターン面の所定方向に対応する照明瞳面IPP上の方向は、その所定方向に平行である。従って、マスクのパターン面のX軸に平行な方向に対応する照明瞳面IPP上の方向はX軸に平行である。照明瞳面IPPとマスクの間に折り曲げミラーが配置された場合には、ミラーによる反転作用により、この対応する関係が、単純な空間的な関係に対して変化することはいうまでもない。
図7(A)において、光軸AXIを中心とする円周46は、射出される照明光の開口数が対応する部分投影光学系PL1の入射側の開口数NAinと同じになる領域である。従って、円周46は、コヒーレンスファクタ(σ値)が1の領域である。また、図6のマスクM1の2つの周期的パターン31S,31Rの周期方向である方向S1及びR1に対応する照明瞳面IPP上の方向がそれぞれ方向S2及びR2である。この場合、図6の方向S1及びR1の中間方向(X方向)に対応する照明瞳面IPP上の方向は同じくX方向である。従って、図7(A)において、方向S2はX軸に対して時計回りに角度θで交差し、方向R2はX軸に対して反時計回りに角度θで交差する。
In the
In FIG. 7A, a circumference 46 centered on the optical axis AXI is an area where the numerical aperture NAin on the incident side of the corresponding partial projection optical system PL1 is the same as the numerical aperture of the emitted illumination light. Accordingly, the circumference 46 is a region where the coherence factor (σ value) is 1. In addition, the directions on the illumination pupil plane IPP corresponding to the directions S1 and R1 which are the periodic directions of the two
また、照明瞳面IPPにおいて、光軸AXIから方向S2に沿って距離D2の点を通り方向S2に直交する2つの対称な直線40S及び40SBを想定し、直線40S及び40SBとX軸との交点42A及び42Bを中心とする所定の半径rの円周で囲まれた領域43A及び43Bが光量の大きい領域である。この場合、照明光の波長をλとして、照明光(照明系ILS又は部分照明系81)の開口数を単位として、図6の周期的パターン31S,31RのピッチP1、又は連結部31CのピッチP0を用いて距離D2は次のように設定される。
In addition, on the illumination pupil plane IPP, two symmetrical
D2=λ/(2・P1)=λ/(2・P0・cosθ) …(2)
また、方向S2とX軸とがなす角度はθであるため、中心42A,42Bと光軸AXIとの距離D1は次のようになる。
D1=D2/cosθ=λ/(2・P1・cosθ)
=λ/(2・P0・cos2θ) >D2 …(3)
また、X軸上において光軸AXIから対称に距離D0の点44A及び44Bを取り、点44A及び44Bを中心とする所定の半径rの円周で囲まれた領域45A及び45Bも光量の大きい領域である。図6の連結部31CのピッチP0を用いて、距離D0は次のように設定される。
D2 = λ / (2 · P1) = λ / (2 · P0 · cos θ) (2)
Since the angle formed between the direction S2 and the X axis is θ, the distance D1 between the
D1 = D2 / cos θ = λ / (2 · P1 · cos θ)
= Λ / (2 · P0 · cos 2 θ)> D2 (3)
In addition, on the X axis, points 44A and 44B having a distance D0 symmetrically from the optical axis AXI are taken, and
D0=λ/(2・P0) …(4)
本実施形態では、光軸AXIを通るX軸に沿って配置された4つの領域43A,43B及び45A,45Bにおける光量が大きいため、この照明条件を仮に一直線に沿った4極照明と呼ぶことができる。また、一例として、領域43A,43B及び領域45A,45Bの半径rは、σ値が1の半径を単位として、次のように0.2〜0.3に設定されることが好ましい。
D0 = λ / (2 · P0) (4)
In the present embodiment, since the amount of light in the four
r=0.2〜0.3 …(5)
この場合、半径rが大きいときには、図7(A)に示すように、−X方向の領域43A,45A及び+X方向の領域43B,45Bはそれぞれ連結されて一つのほぼ楕円状の領域となるため、照明条件は実質的にX軸に沿った2極照明となる。なお、外側の領域43A,43Bのうちで円周46からはみ出る部分については、照明光の光量はほぼ0である。一方、半径rが小さいときには、領域43A,45A及び領域43B,45Bはそれぞれ分離した2つの領域となってもよい。
r = 0.2-0.3 (5)
In this case, when the radius r is large, as shown in FIG. 7A, the -
一例として、領域43A,43B及び領域45A,45B内の光量分布はそれぞれ均一な同じ光量であり、かつ円周46内を通過する照明光の光量のうちで、領域43A,43B及び領域45A,45B内を通過する照明光の光量の積分値が90%程度以上で、それ以外の領域を通過する照明光の光量の積分値が10%程度以下であることが好ましい。また、例えば式(5)を満たす範囲内で、領域43A,43Bの半径と領域45A,45Bの半径とが異なってもよい。
As an example, the
なお、領域43A,43B,45A,45Bの代わりに、領域43A,43B,45A,45Bとほぼ同じ面積の小さい楕円状、矩形、又は扇型等の領域で光量が大きくなるような照明条件を用いてもよい。
図7(A)の照明瞳面IPPの光量分布を持つ照明光で、図6のマスクM1の多数のパターン31(周期的パターン31S,31R及び連結部31C)を照明すると、対応する開口数NAの部分投影光学系PL1の瞳面PP(射出瞳と共役な面)における回折光の分布は図7(B)のようになる。他の部分投影光学系PL2〜PL5の瞳面における回折光の分布も図7(B)と同じである。なお、部分投影光学系PL1は等倍であるため、入射側の開口数NAinと射出側の開口数NAとは等しい。また、瞳面PPは照明瞳面IPPと光学的に共役であるため、照明瞳面IPP上のX軸及びY軸に対応する瞳面PP上の座標軸をそれぞれX軸及びY軸としている。
In place of the
When a large number of patterns 31 (
図7(B)の瞳面PPにおいて、円周46Pは、照明瞳面IPPの円周46(σ=1)と共役な開口数がNAの照明光が通過する領域である。また、円周46P内で光軸AXを通るX軸上の対称な点を中心とする2つの円形の領域(領域43A,43Bと共役な領域)を、図7(A)の領域43A,43Bから射出されて図6の周期的パターン31S,31Rを通過した0次光43A0及び43B0が通過する。
また、0次光43A0及び43B0からX軸に時計回りに角度θで交差する方向に、それぞれ開口数を単位として距離λ/P1の点を中心とする領域を、図7(A)の領域43A,43Bから射出された光束の図6の第1の周期的パターン31Sによる1次回折光43AS及び43BSが通過する。
In the pupil plane PP of FIG. 7B, a
Further, a region centering on the point of the distance λ / P1 with the numerical aperture as a unit in the direction that intersects the X axis clockwise from the zero-order light 43A0 and 43B0 with an angle θ is a
また、0次光43A0及び43B0からX軸に反時計回りに角度θで交差する方向に、それぞれ開口数を単位として距離λ/P1の点を中心とする領域を、図7(A)の領域43A,43Bから射出された光束の第2の周期的パターン31Rによる1次回折光43AR及び43BRが通過する。この場合、式(2)及び式(3)の条件が満たされているため、1次回折光43AR及び43BRは1次回折光43AS及び43BSと同じY軸上の位置を通過する。そして、2つの0次光43A0及び43B0と、4つの一次回折光43AS,43BS,43AR,43BRは、瞳面PPにおいて、すべて光軸AXからほぼ等距離の位置を通り、すなわち、ほぼ等しい入射角で、基板PTの表面に入射する。
図6の多数のパターン31中の第1の周期的パターン31Sから発生する回折光の主成分は0次光と一次回折光43AS,43BSであるため、0次光と一次回折光との干渉により、周期的パターン31Sの像が高いコントラストで基板PTの表面に形成される。一方、図6の多数のパターン31中の第2の周期的パターン31Rから発生する回折光の主成分は0次光と一次回折光43AR,43BRであるため、周期的パターン31Rの像も高いコントラストで基板PTの表面に形成される。そして、0次光および一次回折光が、いずれもほぼ等しい入射角で基板PTの表面に入射するため、周期的パターン31R及び31Sの像は、大きな焦点深度を有することになる。
Further, in the direction crossing the 0th-order light 43A0 and 43B0 in the counterclockwise direction with respect to the X axis at an angle θ, an area centered on the point of the distance λ / P1 with the numerical aperture as a unit is shown in FIG. First-order diffracted lights 43AR and 43BR through the second
The main components of the diffracted light generated from the first
図7(B)の瞳面PPにおいて、光軸AXを通るX軸上の対称な点を中心とする2つの円形の領域(領域45A,45Bと共役な領域)を、図7(A)の領域45A,45Bから射出されて図6の周期的パターン31S,31Rを通過した0次光45A0及び45B0が通過する。
さらに、0次光45A0及び45B0に対してX軸に沿った逆方向にそれぞれ開口数を単位として距離λ/P0の点を中心とする領域を、図7(A)の領域45A,45Bから射出された光束の図6の連結部31Cによる1次回折光45AD及び45BDが通過する。この際に式(4)の条件が成立しているため、0次光45A0及び45B0の位置と1次回折光45AD及び45BDの位置とは同じであり、光軸AXからの距離がほぼ等しい。従って、図6の連結部31Cの像も高いコントラストで、かつ大きな焦点深度をもって基板PTの表面に形成される。
In the pupil plane PP of FIG. 7B, two circular regions (regions conjugate to the
Further, regions having a distance λ / P0 as the center in the opposite direction along the X axis with respect to the zero-order light 45A0 and 45B0 are emitted from the
また、図8(B)は、部分投影光学系PL1によって結像される角度θが45°の周期的パターン31SのピッチP1が最も小さい場合の、瞳面PPにおける0次光43A0,43B0及び1次回折光43AS,43BSの位置を示す。図8(B)において、0次光43A0及び1次回折光43ASはそれぞれ半径が開口数NAの円周46P上にあるため、距離λ/P1は次のようになる。
FIG. 8B shows zero-order light 43A0, 43B0 and 1 in the pupil plane PP when the pitch P1 of the
λ/P1=21/2×NA、即ち P1=λ/(21/2×NA) …(6)
これに対して、通常の照明条件では、0次光470の中心は光軸AX上にあり、1次回折光47Sの中心は円周46P上にあるため、周期的パターン31SのピッチをP1’とすると、次のようになる。
λ/P1’=NA、即ち P1’=λ/NA …(7)
式(6)と式(7)とを比較することによって、本実施形態の照明条件を用いることによって、同じ部分投影光学系PL1を用いても、通常照明に比べて転写できる周期的パターン31S,31RのピッチP1を1/21/2、即ちほぼ1/1.41倍に微細化できることが分かる。
λ / P1 = 2 1/2 × NA, that is, P1 = λ / (2 1/2 × NA) (6)
In contrast, under normal illumination conditions, the center of the zero-
λ / P1 ′ = NA, that is, P1 ′ = λ / NA (7)
By comparing the expression (6) with the expression (7), by using the illumination conditions of the present embodiment, the
また、一例として、照明光の波長λを0.365μm、部分投影光学系PL1の開口数NAを0.1とすると、式(6)より転写可能な周期的パターン31S,31RのピッチP1の最小値はほぼ2.6μmとなる。従って、部分投影光学系PL1の開口数NAを0.1より大きくするか、及び/又は照明光の波長λをより短波長化することが可能であれば、転写可能な周期的パターン31S,31RのピッチP1を2.6μmより小さくできる。
As an example, when the wavelength λ of the illumination light is 0.365 μm and the numerical aperture NA of the partial projection optical system PL1 is 0.1, the minimum pitch P1 of the
なお、図6のマスクM1のパターン31において、周期的パターン31Sの角度θ1と周期的パターン31Rの角度θ2とが異なっている場合には、照明瞳面IPPにおける光量分布は、図8(A)に示すように、方向S2及び方向R2の中間方向の角度がX軸に対して反時計回りに(θ2−θ1)/2となる。従って、X軸及びY軸を光軸AXIの回りに反時計回りに角度(θ2−θ1)/2だけ回転した新たな座標系のX’軸及びY’軸を設定し、図7(A)の場合と同様に、X’軸上に光量が大きくなる領域43A,43B及び45A,45Bを設定すればよい。
In the
また、図7(A)の光量分布を使用する照明条件は、図9に示すように、隣接する画素領域30のパターン31がそれぞれ連結部32で連結されている素子パターンが形成されたマスクM2を投影光学系PLの物体面に配置する場合にも使用できる。この場合には、図1(A)の格子パターン24Aは、隣接する表示画素間で連結されることになる。また、連結部32は、パターン31の連結部31Cと同様にX方向にピッチP0のパターンであるため、図7(A)の照明瞳面IPPの内側の領域45A,45Bからの照明光で高いコントラストで結像可能である。
Further, as shown in FIG. 9, the illumination condition using the light amount distribution of FIG. 7A is a mask M2 in which an element pattern in which
一方、図1(A)において、第1の格子パターン24Aと第2の格子パターン(不図示)とが分離されている場合、格子パターン24A等を形成するためには、図10に示すように、各画素領域30にそれぞれ第1の周期的パターン31S及び第2の周期的パターン31Rを離して配置した形状のパターン31Aが形成されたマスクM3を使用すればよい。マスクM3のパターンを照明する場合、部分照明系81の開口絞りとしては、図5(C)の2つの円形開口が形成された開口絞り18Bを使用すればよい。
On the other hand, in FIG. 1A, when the
この場合の部分照明系81(他の部分照明系も同様)の照明瞳面IPPにおける光量分布は、図11(A)に示すように、図7(A)の4つの領域のうちの外側の2つの円形の領域43A,43Bのみで光量が大きくなればよい。この照明条件は、X軸に沿った2極照明と呼ぶことができる。領域43A,43Bの中心は、方向S2に直交し、光軸AXIからの距離がD2の直線40S,40SBとX軸との交点である。また、領域43A,43Bの中心と光軸AXIとの距離D1は式(3)で表される。
In this case, the light quantity distribution on the illumination pupil plane IPP of the partial illumination system 81 (the same applies to other partial illumination systems), as shown in FIG. 11 (A), is outside the four regions in FIG. 7 (A). It is sufficient that the amount of light is increased only by the two
この照明条件を用いて図10のマスクM3を照明すると、図11(B)に示す部分投影光学系PL1の瞳面PPにおいて、周期的パターン31S又は31Rからの1次光43AS,43BS又は43AR,43BRは、それぞれY軸上を通過し、2つの0次光と4つの1次光のそれぞれの光軸AXからの距離がほぼ等しいため、微細な周期的パターン31S及び31Rの像をそれぞれ高いコントラストで、すなわち高い解像度で、かつ大きな焦点深度で形成できる。
次に、本実施形態の露光装置EXを用いて図1(A)の液晶表示素子20を製造する工程の一例につき図16のフローチャートを参照して説明する。また、製造過程の液晶表示素子の構造を図12〜図15を参照して説明する。説明の便宜上、図12〜図15では、図1(A)のTFT側のガラス基板21Aをガラス基板TG、格子パターン24A,24Cを格子パターンLS1,LC1、カラーフィルター側のガラス基板21Bをガラス基板FG、液晶層22を液晶層LC、対向電極23Bを対向電極CEとして、画素電極23Aを表示画素別に画素電極PE1,PE2,…として説明する。また、分子配向膜25A,25B及び偏光膜26A,26Bは説明を省略するとともに、図12、図13では、偏光膜26A,26Bによる図1(B)の光吸収軸P及びAにそれぞれ平行にX軸及びY軸を取って説明する。
When the mask M3 in FIG. 10 is illuminated using this illumination condition, the primary light 43AS, 43BS, or 43AR from the
Next, an example of a process for manufacturing the liquid crystal display element 20 of FIG. 1A using the exposure apparatus EX of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The structure of the liquid crystal display element in the manufacturing process will be described with reference to FIGS. 12 to 15, the TFT
図12は、製造中の液晶表示素子のTFT側のガラス基板TGの複数の画素領域を含む要部をTFTパターンの形成された側から見た拡大図である。図12において、ガラス基板TGの上面には、Y方向に多数本の信号線(信号電極)SL1,SL2,SL3,…が延び、X方向に多数本の選択線(走査電極)GL1,GL2,…が延びている。各信号線SL1,SL2,…と各選択線GL1,GL2,…との交点にはTFTよりなるトランジスタTR1,TR2,…が形成される。そして、トランジスタTR1,TR2,…によって各表示画素を規定する画素電極PE1,PE2,…に印加される電位が決定され、各表示画素の明るさ(透過率)が決定される。 FIG. 12 is an enlarged view of a main part including a plurality of pixel regions of the glass substrate TG on the TFT side of the liquid crystal display element being manufactured as viewed from the side where the TFT pattern is formed. 12, a large number of signal lines (signal electrodes) SL1, SL2, SL3,... Extend in the Y direction on the upper surface of the glass substrate TG, and a large number of selection lines (scanning electrodes) GL1, GL2,. ... is extended. Transistors TR1, TR2,... Composed of TFTs are formed at the intersections between the signal lines SL1, SL2,... And the selection lines GL1, GL2,. .. Are determined by the transistors TR1, TR2,..., And the brightness (transmittance) of each display pixel is determined.
まず、図16のパターン形成工程401では、ガラス基板TGに回路パターンを形成することによって、TFT側のガラス基板TGが製造される。この製造工程について、図14を用いて説明する。
図14(A)、(C)、(E)、(G)は、それぞれ図12中のトランジスタTR5付近の拡大図を示し、図14(B)、(D)、(F)、(H)は、図12中のトランジスタTR5付近におけるA−A’部分での断面図を示す。
First, in the
FIGS. 14A, 14C, 14E, and 14G are enlarged views of the vicinity of the transistor TR5 in FIG. 12, and FIGS. 14B, 14D, 14F, and 14H are shown in FIGS. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the vicinity of the transistor TR5 in FIG.
始めに、図14(A)及び図14(B)に示すように、ガラス基板TGの上面にタンタル等の金属膜を成膜し、露光装置(例えば図2の露光装置EXでもよい)を用いたリソグラフィー工程により所定部分に上記金属膜による選択線GL2及びゲート電極TG5を形成する。その後、例えば上記金属膜を陽極酸化することにより、選択線GL2及びゲート電極TG5の表面に金属酸化膜(不図示)を形成する。 First, as shown in FIGS. 14A and 14B, a metal film such as tantalum is formed on the upper surface of the glass substrate TG, and an exposure apparatus (for example, the exposure apparatus EX of FIG. 2 may be used). The selection line GL2 and the gate electrode TG5 made of the metal film are formed in predetermined portions by the lithography process. Thereafter, for example, by anodizing the metal film, a metal oxide film (not shown) is formed on the surfaces of the selection line GL2 and the gate electrode TG5.
ここにおいて、選択線GL2及びゲート電極TG5の線幅は、それぞれ10μm程度とすることが好ましい。
次に、図14(C)及び図14(D)に示すように、ガラス基板TGの上面にアモルファスシリコン膜を成膜し、リソグラフィー工程により、ゲート電極TG5を跨ぐように上記アモルファスシリコンによるトランジスタTR5を形成する。そして、その上に、アルミニウム等の金属又は導電性の高い半導体を成膜し、リソグラフィー工程によりトランジスタTR5上の所定領域にソース電極TS5及びドレイン電極TD5を形成する。
Here, the line widths of the selection line GL2 and the gate electrode TG5 are preferably about 10 μm, respectively.
Next, as shown in FIGS. 14C and 14D, an amorphous silicon film is formed on the upper surface of the glass substrate TG, and the transistor TR5 made of the above amorphous silicon is straddled across the gate electrode TG5 by a lithography process. Form. Then, a metal such as aluminum or a highly conductive semiconductor is formed thereon, and the source electrode TS5 and the drain electrode TD5 are formed in a predetermined region over the transistor TR5 by a lithography process.
この状態において、ソース電極TS5とドレイン電極TD5との間隙は、3μm程度とすることが好ましい。
続いて、図14(E)及び図14(F)に示すように、上記のTFT側のガラス基板TGの上面に、アルミニウム等の金属を成膜し、リソグラフィー工程により、ソース電極TS5と整合する位置に信号線SL2を形成する。その後、ガラス基板TGの上面に、たとえば有機物質からなる透明な絶縁膜PVを形成し、リソグラフィー工程により、ドレイン電極TD5と整合する位置の絶縁膜PVに開口(ホール)を形成する。そして、その上に、ITO又はIZOによる透明電極を成膜し、リソグラフィー工程により、この透明電極を各表示画素に対応する透明な画素電極PE5等に分離する。
In this state, the gap between the source electrode TS5 and the drain electrode TD5 is preferably about 3 μm.
Subsequently, as shown in FIGS. 14E and 14F, a metal such as aluminum is formed on the upper surface of the glass substrate TG on the TFT side and aligned with the source electrode TS5 by a lithography process. A signal line SL2 is formed at the position. Thereafter, a transparent insulating film PV made of, for example, an organic material is formed on the upper surface of the glass substrate TG, and an opening (hole) is formed in the insulating film PV at a position aligned with the drain electrode TD5 by a lithography process. A transparent electrode made of ITO or IZO is formed thereon, and the transparent electrode is separated into transparent pixel electrodes PE5 corresponding to the respective display pixels by a lithography process.
次に、図14(G)及び図14(H)に示すように、上記の透明な画素電極PE5等の表面に、リソグラフィー工程によって本実施形態の特徴事項である微細な格子パターンLS1を形成する。この工程を詳細に説明すると、図16のステップ301において、コータ・デベロッパ(不図示)において、ガラス基板TGの画素電極PE5等を含む表面に誘電体としてのポジ型のフォトレジストを塗布する。次のステップ302において、図2の露光装置EXの投影光学系PLの物体面(マスクステージの上面)に、図6の多数の画素領域30毎に周期的なパターン31が形成されたマスクM1をロードする。これとほぼ並行してステップ303において、露光装置EXの照明系ILS(部分照明系81等)の照明条件を、照明瞳面IPP等での光量分布が図7(A)の状態になる一直線上の4極照明に設定する。
Next, as shown in FIGS. 14G and 14H, a fine lattice pattern LS1, which is a feature of the present embodiment, is formed on the surface of the transparent pixel electrode PE5 or the like by a lithography process. . This process will be described in detail. In
次のステップ304において、露光装置EXにおいて、マスクM1のパターンの像をガラス基板TGのフォトレジスト層に走査露光する。次のステップ305において、コータ・デベロッパ(不図示)において、ガラス基板TGのフォトレジストを現像することによって、複数の表示画素の画素電極PE5等の表面に図6の周期的パターン31Sの像としての格子パターンLS1及び周期的パターン31Rの像としての格子パターンLS2(図13参照)及び連結部31Cの像としての格子パターンLS1,LS2の連結部が高精度に形成される。
In the
図13は、微細な格子パターンLS1,LS2の形成が終了した状態における本実施形態のTFT側のガラス基板TGの複数の画素領域(それぞれ画素電極PE1,PE2,…が形成されている)を含む要部の拡大図を示す。一例として、格子パターンLS1,LS2のラインパターンの線幅は2μm程度、ピッチは4μm程度であるが、露光装置EXの部分投影光学系PL1〜PL5(投影光学系PL)の開口数NAが0.1より大きいのであれば、格子パターンLS1,LS2のピッチはもっと細かくても良い。 FIG. 13 includes a plurality of pixel regions (pixel electrodes PE1, PE2,... Are formed respectively) of the glass substrate TG on the TFT side of the present embodiment in a state where the formation of the fine lattice patterns LS1, LS2 is completed. The enlarged view of the principal part is shown. As an example, the line width of the lattice patterns LS1 and LS2 is about 2 μm and the pitch is about 4 μm, but the numerical aperture NA of the partial projection optical systems PL1 to PL5 (projection optical system PL) of the exposure apparatus EX is 0. If it is larger than 1, the pitch of the lattice patterns LS1 and LS2 may be finer.
次に、ステップ402において、カラーフィルター側のガラス基板FGが製造される。 図15は、本実施形態における完成した液晶表示素子の複数の表示画素を示す拡大断面図であり、かつ図15は、図13におけるB−B’部分の断面図を表している。図15に示すように、完成した液晶表示素子においては、TFT側のガラス基板TGとカラーフィルター側のガラス基板FGとが対向して配置され、その間に液晶層LCが挟み込まれている。
Next, in
カラーフィルター側のガラス基板FGの底面のTFT側のガラス基板TGの各画素電極PE5,PE6,PE10に対向する部分には、一般的なカラーフィルター側のガラス基板と同様に、リソグラフィー工程で形成されたブラックマトリクス層MB2,MB3,BM4、及び赤色カラーフィルターCR、緑色カラーフィルターCG、青色カラーフィルターCBが形成されている。そして、これらの表面(下面)を覆うように、透明な絶縁膜PV2、及びITOやIZOによる対向電極CEが形成されている。 A portion facing the pixel electrodes PE5, PE6, and PE10 of the TFT side glass substrate TG on the bottom surface of the color filter side glass substrate FG is formed by a lithography process in the same manner as a general color filter side glass substrate. The black matrix layers MB2, MB3, BM4, the red color filter CR, the green color filter CG, and the blue color filter CB are formed. A transparent insulating film PV2 and a counter electrode CE made of ITO or IZO are formed so as to cover these surfaces (lower surfaces).
さらに、本実施形態におけるカラーフィルター側のガラス基板FGでは、対向電極CEの表面(図15の下面)の格子パターンLS1及びLS2(図15では不図示)に対向する領域に、それぞれリソグラフィー工程によって本実施形態の特徴事項である微細な第1の格子パターンLC1及び第2の格子パターン(不図示)が形成されている。
なお、格子パターンLC1等は、図2の露光装置EXにおいて、図6と同様なマスクM1(又は周期的パターン31S,31Rに対して位相が180°異なる周期的パターンが形成されたマスクでもよい)を用いて、ステップ301〜305と同様の工程を実施することによって形成できる。
Further, in the glass substrate FG on the color filter side in the present embodiment, the main surface of the counter electrode CE (the lower surface in FIG. 15) is opposed to the lattice patterns LS1 and LS2 (not shown in FIG. 15) by the lithography process. A fine first lattice pattern LC1 and a second lattice pattern (not shown), which are features of the embodiment, are formed.
Note that the lattice pattern LC1 and the like are the same as the mask M1 in FIG. 6 in the exposure apparatus EX in FIG. 2 (or a mask in which a periodic pattern having a phase different by 180 ° from the
そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られたTFT側のガラス基板TG、及びカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター側のガラス基板FGとの間に液晶を注入して、液晶表示素子(液晶セル)を製造する。
その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶セルの表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、露光装置EXを用いて、微細な格子パターンLS1,LC1等が形成された極めて応答速度の高い液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
Then, after the color
Thereafter, in a
本実施形態の効果等は以下の通りである。
(1)本実施形態の露光装置EXを用いた液晶表示素子の製造方法は、ピッチP1を有し互いに異なる方向S1(第1方向)及び方向R1(第2方向)にそれぞれ配列された周期的パターン31S(第1パターン)及び周期的パターン31R(第2パターン)と、周期的パターン31Sと周期的パターン31Rとを方向S1及び方向R1の中間方向(X方向)に直交する方向に連結する連結部31Cとを含むパターン31(素子用パターン)が形成されたマスクM1を露光装置EXの投影光学系PLの物体面側に配置するステップ302を含む。さらにその製造方法は、波長λの照明光(露光光)でマスクM1を照明する照明系ILSの部分照明系81の照明瞳面IPP(又はこの近傍の面でもよい)における照明光の光量分布を、光軸AXIを通り、方向S1と方向R1との中間方向に対応する方向に伸びるX軸(第1直線)上にあって、光軸AXIからそれぞれ反対の方向にあり光軸AXIとの距離D1が互いに等しい交点42A(第1点)及び交点42B(第2点)を含む領域43A(第1領域)及び領域43B(第2領域)と、交点42A,42Bよりも光軸AXIに近く、かつ光軸AXIに関して対称に配置された中心44A(第3点)及び中心44B(第4点)を含む領域45A(第3領域)及び領域45B(第4領域)とにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるようにして、マスクM1の素子用パターンを投影光学系PLを介して液晶表示素子のガラス基板TGに転写するステップ303,304と、その素子用パターンが転写されたガラス基板TGのフォトレジストを現像して処理するステップ305とを含んでいる。
The effects and the like of this embodiment are as follows.
(1) A method for manufacturing a liquid crystal display element using the exposure apparatus EX of the present embodiment is a periodic method having a pitch P1 and arranged in different directions S1 (first direction) and R1 (second direction). A
本実施形態の製造方法によれば、照明瞳面IPPの領域43A,43Bからの光束がマスクM1の周期的パターン31S(又は31R)に照明されると、投影光学系PLの瞳面(部分投影光学系PL1の瞳面PP)において、周期的パターン31S(又は31R)からの0次光43A0,43B0が領域43A,43Bと共役な位置(光軸AXから離れた位置)を通過し、周期的パターン31S(又は31R)からの1次回折光43AS,43BS(又は43AR,43BR)が、0次光43A0,43B0の位置から方向S1又は方向R1に対応する方向にλ/P1だけ離れた位置を通過する。そして、
各0次光と各1次回折光が、瞳面PPにおいて光軸からほぼ等距離の位置を通り、ガラス基板TGにほぼ等しい角度傾いて入射する。従って、ガラス基板TG上に周期的パターン31S,31Rの像がそれぞれ高いコントラストで形成されるとともに、通常の照明方式を用いる場合に比べて、転写できる周期的パターン31S,31RのピッチP1を例えば1/21/2倍(ほぼ1/1.41倍)に微細化でき、さらに大きな焦点深度を得ることができるため、ガラス基板TGに形成する微細な格子パターンLS1のピッチをより小さくできる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, when the light flux from the
Each 0th-order light and each 1st-order diffracted light pass through the pupil plane PP at substantially the same distance from the optical axis, and are incident on the glass substrate TG at an almost equal angle. Therefore, images of the
さらに、照明瞳面IPPの内側の領域45A,45Bからの照明光によって、連結部31Cの像が高いコントラストでガラス基板TGに投影できる。このため、マスクM1の各パターン31の全部の像を高い解像度で、かつ大きな焦点深度をもってガラス基板TGに転写でき、視野角が広く応答速度が向上した液晶表示素子を製造できる。
(2)なお、ステップ302において、図10に示すように、連結部31Cが除去された周期的パターン31S,31Rからなるパターン31Aが形成されたマスクM3を露光装置EXの投影光学系PLの物体面に配置してもよい。マスクM3のパターンを露光するためには、ステップ303,304において、照明系ILSの部分照明系81の照明瞳面IPPにおける光量分布は、図11に示すように、外側の領域43A,43Bのみで光量が大きくなるようにすればよい。この場合には、領域43A,43Bを通過した照明光によって、投影光学系PLを介して周期的パターン31S,31Rの像が、高い解像度で、かつ大きな焦点深度をもってガラス基板TGに転写できる。
Furthermore, the image of the
(2) In
(3)また、マスクM1の周期的パターン31S,31Rは、ガラス基板TGの表面の誘電体膜としてのフォトレジストをパターニングするためのパターンである。なお、誘電体膜としてはフォトレジスト以外の物質も使用可能である。
(4)また、本実施形態で製造される液晶表示素子20は、1つのTFTに対応する画素電極内に2つのドメインを有するマルチドメイン型のVA方式であるが、本発明は、例えば、4つのTFTに対応する画素電極に4つ以上のドメインを有するマルチドメイン型のVA方式の液晶表示素子を製造する場合にも適用可能である。この場合、マスクM1の周期的パターン31S,31Rは、表示画素中のマルチドメインに含まれる各ドメインをそれぞれ形成するためのパターンとして使用可能である。また、本発明は、1つの画素電極を2つ以上の画素電極に分割する方式のマルチドメイン型のVA方式の液晶表示素子を製造する場合にも適用可能である。さらに、本発明は、VA方式に限らず、画素電極に微細なL&Sパターンが要求される場合には、IPS方式の液晶表示素子の製造に適用することも可能である。
(3) Further, the
(4) Further, the liquid crystal display element 20 manufactured in the present embodiment is a multi-domain type VA method having two domains in a pixel electrode corresponding to one TFT. The present invention can also be applied to the case of manufacturing a multi-domain VA liquid crystal display element having four or more domains in a pixel electrode corresponding to one TFT. In this case, the
(5)また、本実施形態では、液晶表示素子を構成するTFT側のガラス基板TG上の画素電極、及びカラーフィルター側のガラス基板FG上の画素電極の両方に対して微細な格子パターンLS1及びLC1を形成しているため、液晶表示素子の応答速度をさらに速くできる。なお、液晶表示素子を構成するTFT側のガラス基板TG上の画素電極、及びカラーフィルター側のガラス基板FG上の画素電極の少なくとも一方にたいして微細な格子パターンLS1又はLC1を形成するのみでもよい。この場合でも、応答速度は速くなる。 (5) In the present embodiment, the fine lattice pattern LS1 and the pixel electrode on the TFT-side glass substrate TG constituting the liquid crystal display element and the pixel electrode on the color filter-side glass substrate FG Since LC1 is formed, the response speed of the liquid crystal display element can be further increased. Note that the fine lattice pattern LS1 or LC1 may be formed only on at least one of the pixel electrode on the TFT-side glass substrate TG and the color filter-side glass substrate FG constituting the liquid crystal display element. Even in this case, the response speed is increased.
(6)また、投影光学系PLは、それぞれマスクM1のパターンの一部の像をガラス基板TG等の表面に形成する複数の部分投影光学系PL1〜PL5よりなる。従って、全体として小型の投影光学系PLを用いて露光領域を広くできるため、1回の走査露光で、大面積のガラス基板TGに対してマスクM1のパターンの像を露光できる。
また、照明系ILSの射出側の光学系は、複数の部分投影光学系PL1〜PL5に対応して複数個の部分照明系81等に分かれている。従って、照明系ILSも小型化できる。
(6) Further, the projection optical system PL includes a plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5 that respectively form partial images of the pattern of the mask M1 on the surface of the glass substrate TG or the like. Accordingly, since the exposure area can be widened by using the small projection optical system PL as a whole, the image of the pattern of the mask M1 can be exposed to the glass substrate TG having a large area by one scanning exposure.
The optical system on the exit side of the illumination system ILS is divided into a plurality of
なお、本発明の液晶表示素子の製造方法は、一つの結像光学系のみからなる投影光学系を備えた露光装置で露光する場合にも適用可能である。この場合には、照明系ILSは、全体として一つの照明領域を照明する一つの光学系から構成できる。
(7)また、露光装置EXは走査露光を行っているが、ステッパー型の露光装置で露光する場合にも本発明の液晶表示素子の製造方法が適用可能である。
Note that the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention can also be applied to exposure using an exposure apparatus having a projection optical system composed of only one imaging optical system. In this case, the illumination system ILS can be composed of one optical system that illuminates one illumination area as a whole.
(7) Although the exposure apparatus EX performs scanning exposure, the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention is also applicable when exposure is performed with a stepper type exposure apparatus.
(8)また、本実施形態の露光装置EXは、照明光IL(露光光)でマスクMのパターンを介して基板PTを露光する露光装置において、照明光ILでマスクMのパターンを照明する部分照明系81を含む照明系ILSと、部分照明系81の照明瞳面IPP(又はこの近傍の面でもよい)における照明光の光量分布を、部分照明系81の光軸AXIを通り、マスクMのパターン面において互いに交差するS1方向及びR1方向との中間方向(X方向)に対応する方向に伸びるX軸(第1直線)上にあって、光軸AXIからそれぞれ反対の方向にあり光軸AXIとの距離D1が互いに等しい交点42A,42Bを含む領域43A,43Bにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能な強度分布設定装置14b及び開口絞り板12b(光量分布設定装置)と、マスクMのパターンの像を基板PTの表面に形成する複数の部分投影光学系PL1〜PL5よりなる投影光学系PLと、マスクMの複数の部分投影光学系PL1〜PL5に対するX方向(所定方向)への移動と、基板PTのその所定方向に対応する方向への移動とを同期して行うステージ系と、を備えるものである。
(8) The exposure apparatus EX of the present embodiment is a part that illuminates the pattern of the mask M with the illumination light IL in the exposure apparatus that exposes the substrate PT through the pattern of the mask M with the illumination light IL (exposure light). The distribution of the amount of illumination light in the illumination system ILS including the
露光装置EXによれば、照明瞳面IPPの領域43A,43Bからの照明光によって、マスクM3の周期的パターン31S,31Rの像を高い解像度、かつ大きな焦点深度で基板PTに露光できる。従って、基板PTを液晶表示素子のガラス基板とすることによって、ガラス基板に微細な格子パターンLC1,LC2を形成でき、液晶表示素子の応答速度を速くできる。
According to the exposure apparatus EX, the images of the
(9)また、強度分布設定装置14b及び開口絞り板12bによって、部分照明系81の照明瞳面IPP(又はこの近傍の面)における照明光の光量分布を、X軸(第1直線)上で、交点42A,42Bよりも光軸AXIに近く、かつ光軸AXIに関して対称に配置された中心44A,44Bを含む領域45A,45Bと、領域43A,43Bとにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能である。
(9) Further, the intensity
この場合には、周期的パターン31S,31Rの他に連結部31Cを含むパターン31が形成されたマスクM1のパターンを基板PTに高い解像度かつ大きな焦点深度で転写できる。従って、液晶表示素子のガラス基板にパターン31に対応する微細な格子パターンLC1,LC2及びこの連結部を形成できるため、液晶表示素子の応答速度を向上できる。
In this case, the pattern of the mask M1 in which the
(10)また、強度分布設定装置14bは、光軸方向の間隔が可変の2つのプリズム15A,15Bを備えている。従って、照明瞳面IPPの領域43A,43B等で光量を大きくするときに、照明光の利用効率を高めることができる。
(11)また、照明系ILSは、複数の部分投影光学系PL1〜PL5に対応して設けられる複数の部分照明系81,83等を有するため、小型の照明系ILSで複数の照明領域をそれぞれ最適な照明条件で照明できる。なお、例えば部分投影光学系の数が少ない場合には、一つの共通の照明系によって、複数の部分投影光学系の照明領域を照明してもよい。
(10) In addition, the intensity
(11) Since the illumination system ILS includes a plurality of
次に、上記の実施形態の変形例につき図17を参照して説明する。この変形例では、図1(C)の液晶表示素子20AのようにTFT側のガラス基板21A(TG)上の画素電極23A(PE1等)に設けた周期的なカットアウトパターンを微細な格子パターン24E(LS1)として、カラーフィルター側のガラス基板21B(FG)の底面の対向電極23B(CE)に設けた周期的なカットアウトパターンを微細な格子パターン24G(LC1)とする。その格子パターン24Eを形成するためには、ガラス基板21Aに画素電極23Aを形成するときに、図17に示すように、各画素領域30にそれぞれ遮光膜33を形成し、かつ各遮光膜33内に図6の周期的パターン31S,31Rと明暗が逆になるように、方向S1に沿ったピッチP1のL&Sパターンよりなる周期的パターン31BSと、方向R1に沿ったピッチP1のL&Sパターンよりなる周期的パターン31BRと、周期的パターン31BS,31BRを連結する連結部31BCとからなるパターン31Bを形成したマスクM4を用いればよい。
Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the periodic cutout pattern provided on the
この場合、周期的パターン31BS(31BR)は、方向S1(R1)に直交する方向に延在する幅がほぼP1/2の開口パターンよりなるラインパターン31BSa(31BRa)を方向S1(R1)にピッチP1で配列したものである。マスクM4のパターンを照明する照明条件としては、各部分照明系81等の照明瞳面IPP等における光量分布が図7(A)のように一直線上の4極になる条件を使用すればよい。
In this case, the periodic pattern 31BS (31BR) is formed by pitching the line pattern 31BSa (31BRa) including the opening pattern having a width of approximately P1 / 2 extending in the direction orthogonal to the direction S1 (R1) in the direction S1 (R1). Arranged at P1. As an illumination condition for illuminating the pattern of the mask M4, a condition in which the light quantity distribution on the illumination pupil plane IPP of each
この変形例では、例えば図1(C)のガラス基板21A上に画素電極23Aを形成する際、又は図14(F)の画素電極PE5等を形成する際に、ITO等の透明な導電膜を基板の全面に形成し、その上にポジ型のフォトレジストを塗布する。その後、露光装置EXによって、図7(A)の照明条件のもとで、図17のマスクM4のパターンの像をそのフォトレジストに転写し、現像及びエッチング処理を施せばよい。同様にして、ガラス基板21B(FG)側の格子パターン24G等も形成できる。
In this modification, for example, when the
なお、上述の実施形態では、光源として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限定されることなく、他の適当な光源を用いることができる。即ち、本発明において、露光波長は、g線、h線、i線などに特に限定されるものではない。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
In the above-described embodiment, an ultrahigh pressure mercury lamp is used as the light source, but the present invention is not limited to this, and other appropriate light sources can be used. That is, in the present invention, the exposure wavelength is not particularly limited to g-line, h-line, i-line and the like.
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
ILS…照明装置、IPP…照明瞳面、M1〜M4…マスク、PL…投影光学系、PT…基板、20,20A…液晶表示素子、21A(TG)…TFT側のガラス基板、21B(FG)…カラーフィルター側のガラス基板、24A(LS1)…格子パターン、24C(LC1)…格子パターン、31S…第1の周期的パターン、31R…第2の周期的パターン、31C…連結部、43A,43B…光量の大きい領域、45A,45B…光量の大きい領域 ILS ... illumination device, IPP ... illumination pupil plane, M1 to M4 ... mask, PL ... projection optical system, PT ... substrate, 20, 20A ... liquid crystal display element, 21A (TG) ... TFT side glass substrate, 21B (FG) ... glass substrate on the color filter side, 24A (LS1) ... lattice pattern, 24C (LC1) ... lattice pattern, 31S ... first periodic pattern, 31R ... second periodic pattern, 31C ... connecting part, 43A, 43B ... Area with a large amount of light, 45A, 45B ... Area with a large amount of light
Claims (23)
所定ピッチを有する周期パターンであって互いに異なる第1方向及び第2方向にそれぞれ配列された第1パターン及び第2パターンを含む素子用パターンが形成されたマスクを露光装置の投影光学系の物体面側に配置することと、
前記露光装置の露光光で前記マスクを照明する照明系の瞳面又はこの近傍の面における前記露光光の光量分布を、前記照明系の光軸を通り、前記第1方向と前記第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、前記光軸からそれぞれ反対の方向にあり前記光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域における光量が他の領域における光量よりも大きくなるようにして、前記マスクの前記素子用パターンを前記投影光学系を介して前記液晶表示素子の基板に転写することと、
前記パターンが転写された前記基板を処理することと、
を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 A method of manufacturing a liquid crystal display element,
An object plane of the projection optical system of the exposure apparatus is formed by using a mask having a periodic pattern having a predetermined pitch and an element pattern including a first pattern and a second pattern arranged in different first and second directions, respectively. Placing it on the side,
The light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system that illuminates the mask with the exposure light of the exposure apparatus or in the vicinity thereof, passes through the optical axis of the illumination system, and the first direction and the second direction. A first region including a first point and a second point which are on a first straight line extending in a direction corresponding to an intermediate direction of the first and second points in opposite directions from the optical axis and having the same distance from the optical axis. Transferring the element pattern of the mask to the substrate of the liquid crystal display element via the projection optical system so that the light quantity in the two areas is larger than the light quantity in the other areas;
Processing the substrate to which the pattern has been transferred;
A method for producing a liquid crystal display element comprising:
前記第1点及び前記第2点の位置を、前記光軸との距離がλ/(2・P1・cosθ)となる点に設定することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。 When the pitch of the first pattern and the second pattern is P1, the wavelength of the exposure light is λ, and the angle of the first direction with respect to the intermediate direction is θ,
2. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the position of the first point and the second point is set to a point where a distance from the optical axis is λ / (2 · P1 · cos θ). Production method.
前記照明系の瞳面又はこの近傍の面における前記露光光の光量分布を、前記第1直線上で、前記第1点及び前記第2点よりも前記光軸に近く、かつ前記光軸に関して対称に配置された第3点及び第4点を含む第3領域及び第4領域と、前記第1領域及び前記第2領域とにおける光量を他の領域における光量よりも大きくすることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示素子の製造方法。 At least a part of the first pattern and the second pattern of the element pattern is connected in a direction orthogonal to the intermediate direction,
The light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system or a plane near the pupil plane is closer to the optical axis than the first point and the second point on the first straight line and symmetrical with respect to the optical axis. The amount of light in the third region and the fourth region including the third point and the fourth point and the first region and the second region arranged in the region is made larger than the light amount in the other regions. Item 3. A method for producing a liquid crystal display element according to Item 1 or 2.
前記露光光で前記マスクのパターンを照明する照明系と、
前記照明系の瞳面又はこの近傍の面における前記露光光の光量分布を、前記照明系の光軸を通り、前記マスクのパターン面において互いに交差する第1方向と第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、前記光軸からそれぞれ反対の方向にあり前記光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域における光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能な光量分布設定装置と、 前記マスクのパターンの像を前記基板の表面に形成する複数の部分投影光学系よりなる投影光学系と、
前記マスクの前記複数の部分投影光学系に対する所定方向への移動と、前記基板の前記所定方向に対応する方向への移動とを同期して行うステージ系と、を備えることを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that exposes a substrate through a mask pattern with exposure light,
An illumination system for illuminating the pattern of the mask with the exposure light;
The light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system or a surface in the vicinity thereof is in an intermediate direction between the first direction and the second direction passing through the optical axis of the illumination system and intersecting each other on the pattern surface of the mask. Amount of light in the first area and the second area that are on the first straight line extending in the corresponding direction and that are in opposite directions from the optical axis and that have the same distance from the optical axis. A light quantity distribution setting device that can be set to be larger than the light quantity in other regions, a projection optical system comprising a plurality of partial projection optical systems that form an image of the pattern of the mask on the surface of the substrate,
An exposure apparatus comprising: a stage system that synchronizes movement of the mask in a predetermined direction with respect to the plurality of partial projection optical systems and movement of the substrate in a direction corresponding to the predetermined direction. .
前記照明系の瞳面又はこの近傍の面における前記露光光の光量分布を、前記第1直線上で、前記第1点及び前記第2点よりも前記光軸に近く、かつ前記光軸に関して対称に配置された第3点及び第4点を含む第3領域及び第4領域と、前記第1領域及び前記第2領域とにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能であることを特徴とする請求項17に記載の露光装置。 The light quantity distribution setting device includes:
The light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system or a plane near the pupil plane is closer to the optical axis than the first point and the second point on the first straight line and symmetrical with respect to the optical axis. The third region and the fourth region including the third point and the fourth point, and the light amount in the first region and the second region can be set to be larger than the light amount in the other regions. The exposure apparatus according to claim 17, wherein:
前記光量分布設定装置は、
前記第1点及び前記第2点の位置を、前記光軸との距離がλ/(2・P1・cosθ)となる点に設定することを特徴とする請求項17〜19のいずれか一項に記載の露光装置。 The pitch of the first pattern and the second pattern formed at the same pitch in the first direction and the second direction on the pattern surface of the mask is P1, the wavelength of the exposure light is λ, and the intermediate in the first direction When the angle with respect to the direction is θ,
The light quantity distribution setting device includes:
The position of the first point and the second point is set to a point where the distance from the optical axis is λ / (2 · P1 · cos θ). The exposure apparatus described in 1.
前記光量分布設定装置は、前記光軸と前記第3点との距離を前記照明系の開口数を単位としてλ/(2・P0)に設定することを特徴とする請求項18に記載の露光装置。 A pitch in a direction corresponding to a direction along the first straight line of the first pattern and the second pattern formed on the pattern surface of the mask at the same pitch in the first direction and the second direction and connected to each other. Is P0, and the wavelength of the exposure light is λ,
19. The exposure according to claim 18, wherein the light quantity distribution setting device sets the distance between the optical axis and the third point to λ / (2 · P0) with the numerical aperture of the illumination system as a unit. apparatus.
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