JP3339149B2 - 走査型露光装置ならびに露光方法 - Google Patents

走査型露光装置ならびに露光方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査型露光装置に関し、
特に液晶ディスプレイパネル等の大型基板の露光に適し
た露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイパネルは、その表示品
質が近年著しく向上し、しかも薄くて軽量である利点か
らＣＲＴに替わり広く普及してきている。特にアクティ
ブマトリックス方式の直視型液晶パネルでは大画面化が
進み、その製造に用いられるガラス基板も大型化してい
る。
【０００３】このような大型のガラス基板を露光するた
めの露光装置としては、マスクと基板とを近接させて一
括露光する所謂プロキシミティ方式、投影光学系として
転写面積の大きな等倍の屈折光学系を用いたステップア
ンドリピート方式、および投影光学系を等倍の反射光学
系とし、円弧状の照明光でマスクを照明してこのマスク
の像を円弧状に基板に形成するとともに、マスクと基板
とを投影光学系に対して走査するミラープロジェクショ
ン方式がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プロキシミティ方式で
大型基板の露光を行う場合、基板に応じた大型のマスク
と基板とを数十μｍにまで近接させる必要がある。その
ためマスクや基板の平坦性、基板に塗布されたレジスト
の表面形状（凹凸）や表面に付着したゴミ等のためにマ
スクと基板とが接触し、マスクのパターンを基板全面に
渡って無欠陥で転写することは相当困難である。また、
マスクと基板との間隔が転写される像の解像度、線幅、
線の形状に大きく影響するため、この間隔が均一に設計
値に維持されないとアクティブマトリックス方式の液晶
パネルや高精細なＳＴＮ方式の液晶パネルを製造するに
は適さない。
【０００５】またステップアンドリピート方式は、基板
に比べて相対的に小さな６インチ程度のレチクルをマス
クとして用い、ステップアンドリピートにより大型基板
へ転写を行うものである。このステップアンドリピート
方式は半導体素子の製造に用いられているレチクルをマ
スクとして用いることができるため、その描画精度、パ
ターン寸法管理、ゴミ管理等、半導体素子製造で培われ
た技術を応用することができる。しかしながら、大型基
板への転写の際、投影光学系の有効投影領域（イメージ
サークル）を越えた面積のデバイスを露光するために
は、基板の被転写領域を小面積に分割してそれぞれに露
光を行う、所謂分割露光することが必要である。アクテ
ィブマトリックス液晶パネルの表示部においては、分割
露光によって形成されたパターンの境界部分に微小なず
れが生じた場合、この部分で素子の性能が変化し、完成
された液晶パネル上で濃度むらが起こることになる。こ
れは人間の視覚で差として認識されやすく、液晶パネル
の表示品質上の欠陥となる。また分割数が多くなると露
光回数が増加するほか、１枚の基板を露光する間に何度
もレチクルを交換する必要が生じることもあり、装置と
しての処理能力を低下させる原因となっていた。
【０００６】さらにミラープロジェクション方式は、マ
スクや基板の走査方向に直交する方向に伸びた円弧状の
スリットをマスクと基板に対して相対走査することによ
ってマスクの全面を基板上に転写するため、大型基板を
効率的に露光するためにはスリット長を基板の寸法と同
等に長くする必要がある。このため光学系をより大型化
する必要が生じ、装置が大型化して高価なものとならざ
るを得ないといった問題がある。
【０００７】本発明は上記問題点に鑑み、小型の投影光
学系を用いて効率よく大面積に露光を行うことができる
露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するた
め、請求項１記載の走査型露光装置は、光源（1）から
の光束をマスク（10）のパタ−ン領域の一部分（11a〜1
1e）に照射する複数の照明光学系（L1〜L5）と、所定の
方向（Y）に沿って複数配置されるとともに、マスク（1
0）を透過した光束による一部分（11a〜11e）それぞれ
の等倍の正立像を感光基板（14）上に投影する複数の投
影光学系（12a〜12e）と、複数の照明光学系（L1〜L5）
それぞれの、感光基板（14）とほぼ共役な位置に配置さ
れ、光束の感光基板（14）に対する投影領域を制限する
絞り手段（9）と、投影光学系（12a〜12e）に対して所
定の方向とほぼ直交する方向に、マスク（10）と感光基
板（14）とを同期して走査する走査手段（16）と、絞り
手段（9）の開口部の走査する方向に関する幅を変更す
る絞り制御手段（18）とを備えている。請求項２記載の
走査型露光装置は、等倍の正立像の光束それぞれの強度
を検出する光強度検出手段（19）をさらに備え、この光
強度検出手段（19）の検出結果に基づいて幅を変更して
いる。請求項３記載の走査型露光装置は、開口部の形状
は斜辺を有する多角形である。請求項４記載の走査型露
光装置は、第１パタ−ン(11b)と第２パタ−ン(11c)との
投影領域を設定する設定手段（9, 18）を有し、第１パ
タ−ンの一部と第２パタ−ンの一部とを感光基板（14）
上で重複露光して所望のパタ−ンを露光する走査型露光
装置であって、第１パタ−ンと第２パタ−ンとを感光基
板（14）に走査露光する露光手段(12, 16)を有し、設定
手段（9, 18）が重複露光部分の露光量が所望の露光量
になるように、第１パタ−ンを投影する際の投影領域の
大きさと第２パタ−ンを投影する際の投影領域の大きさ
とを異ならせて設定している。請求項５記載の走査型露
光装置は、設定手段（9, 18）が投影領域を斜辺を有す
る多角形に設定している。請求項６記載の露光方法は、
第１パタ−ン(11b)の一部と第２パタ−ン(11c)の一部
とを感光基板（14）上で重複露光して所望のパタ−ンを
露光する露光方法であって、重複露光部分の露光量が所
望の露光量になるように、第１パタ−ンを投影する際の
投影領域の大きさと第２パタ−ンを投影する際の投影領
域の大きさとを異ならせて設定するステップと、第１パ
タ−ンと第２パタ−ンとを感光基板（14）に走査露光す
るステップと、を含んでいる。請求項７記載の露光方法
は、第１パタ−ンの投影領域と第２パタ−ンの投影領域
とが斜辺を有する多角形である。
【０００９】
【作用】請求項１から３記載の走査型露光装置は、等倍
の正立像を結像する投影光学系をマスクと基板との走査
方向に直交する方向に沿って複数配置し、この複数の投
影光学系に対してマスクと基板とを同期して走査するこ
ととしたため、個々の投影光学系のイメージサークルを
大きくすることなく、走査方向に直交する方向に長い投
影領域を形成することができる。このため、従来の小型
の投影光学系を流用することができる。また、走査方向
は一定であるため、投影光学系の数や走査距離を選択す
れば基板のサイズに応じた従来よりも小型な露光装置が
実現できる。
【００１０】また、絞り手段の開口部の走査方向に関す
る幅を変更する絞り制御手段を備えるため、各投影光学
系からの光束の基板に対する露光量を変更することがで
きる。請求項４記載の走査型露光装置は、露光手段が第
１パタ−ンと第２パタ−ンとを感光基板に走査露光する
際に、設定手段が重複露光部分の露光量が所望の露光量
になるように、第１パタ−ンを投影する際の投影領域の
大きさと第２パタ−ンを投影する際の投影領域の大きさ
とを異ならせて設定している。請求項５記載の走査型露
光装置は、投影領域が斜辺を有する多角形である。請求
項６記載の露光方法は、重複露光部分の露光量が所望の
露光量になるように、第１パタ−ンを投影する際の投影
領域の大きさと第２パタ−ンを投影する際の投影領域の
大きさとを異ならせて設定して、第１パタ−ンと第２パ
タ−ンとを感光基板に走査露光している。請求項７記載
の露光方法は、第１パタ−ンの投影領域と第２パタ−ン
の投影領域とを斜辺を有する多角形にしている。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の実施例による投影露光装置
の概略的な構成を示す図である。超高圧水銀ランプ等の
光源１から射出した光束は、楕円鏡２で反射された後に
ダイクロイックミラー３に入射する。このダイクロイッ
クミラー３は露光に必要な波長の光束を反射し、その他
の波長の光束を透過する。ダイクロイックミラー３で反
射された光束は、光軸ＡＸ１に対して進退可能に配置さ
れたシャッター４によって投影光学系側への照射を選択
的に制限される。シャッター４が開放されることによっ
て、光束は波長選択フィルター５に入射し、投影光学系
１１ａが転写を行うのに適した波長（通常は、ｇ，ｈ，
ｉ線のうち少なくとも１つの帯域）の光束となる。ま
た、この光束の強度分布は光軸近傍が最も高く、周辺に
なると低下するガウス分布状になるため、少なくとも投
影光学系１１ａの投影領域１２ａ内で強度を均一にする
必要がある。このため、フライアイレンズ６とコンデン
サーレンズ８によって光束の強度を均一化する。尚、ミ
ラー７は配列上の折り曲げミラーである。
【００１２】強度を均一化された光束は、視野絞り９を
介してマスク１０のパターン面上に照射される。この視
野絞り９は感光基板（プレート）１４上の投影領域１３
ａを制限する開口を有する。この視野絞り９は、絞り駆
動装置１８によって開口の大きさを変更できるようにな
っており、プレート１４上での投影領域１３ａの大きさ
を変更するようになっている。尚、視野絞り９とマスク
１０との間にレンズ系を設けて視野絞り９とマスク１０
のパターン面とプレート１４の投影面とが互いに共役に
なるようにしてもよい。
【００１３】光源１から視野絞り９までの構成を投影光
学系１２ａに対する照明光学系Ｌ１とし、本実施例では
上記と同様の構成の照明光学系Ｌ２〜Ｌ５を設けてそれ
ぞれからの光束を投影光学系１２ｂ〜１２ｅのそれぞれ
に供給する。複数の照明光学系Ｌ１〜Ｌ５のそれぞれか
ら射出された光束はマスク１０上の異なる小領域（照明
領域）１１ａ〜１１ｅをそれぞれ照明する。マスクを透
過した複数の光束は、それぞれ異なる投影光学系１２ａ
〜１２ｅを介してプレート１４上の異なる投影領域１３
ａ〜１３ｅにマスク１０の照明領域１１ａ〜１１ｅのパ
ターン像を結像する。この場合、投影光学系１２ａ〜１
２ｅはいずれも正立等倍実結像系とする。
【００１４】ところでプレート１４上の投影領域１３ａ
〜１３ｅは、図２に示すようにＹ方向に沿って、隣合う
領域どうし（例えば、１３ａと１３ｂ，１３ｂと１３
ｃ）が図のＸ方向に所定量変位するように、且つ隣合う
領域の端部どうし（破線で示す範囲）がＹ方向に重複す
るように配置される。よって、上記複数の投影光学系１
２ａ〜１２ｅも各投影領域１３ａ〜１３ｅの配置に応じ
てＸ方向に所定量変位するとともにＹ方向に重複して配
置されている。また、複数の照明光学系Ｌ１〜Ｌ５の配
置は、マスク１０上の照明領域が上記投影領域１３ａ〜
１３ｅと同様の配置となるように配置される。そして、
マスク１０とプレート１４とを同期して、投影光学系１
２ａ〜１２ｅに対してＸ方向に走査することによって、
マスク上のパターン領域１０ａの全面をプレート上の露
光領域１４ａに転写する。
【００１５】プレート１４はプレートステージ１５に載
置されており、プレートステージ１５は一次元の走査露
光を行うべく走査方向（Ｘ方向）に長いストロークを持
った駆動装置１６を有している。さらに、走査方向につ
いては高分解能および高精度の位置測定装置（例えばレ
ーザ干渉計）１７を有する。また、マスク１０は不図示
のマスクステージにより支持され、このマスクステージ
もプレートステージ１５と同様に、駆動装置とステージ
の走査方向の位置を検出する位置測定装置とを有する。
このプレートステージ１５上にはプレートの投影面と同
一の面内に受光面を有する照度センサ１９が設けられて
おり、照明光学系および投影光学系を介してプレート上
に照射される光束の強度を検出する。
【００１６】本実施例による露光装置に適用される投影
光学系は、上述のように複数の投影光学系を走査方向に
対して直交する方向に沿って配置するため、投影光学系
それぞれの像は正立像である必要がある。また、マスク
とプレートの移動精度を高くしたり、移動方向の違いに
よって装置が大型化することを防ぐ等の目的で、マスク
とプレートとを一体に移動することが考えられる。そこ
で本発明ではマスクとプレートとを投影光学系に対して
同方向に同一量、相対的に走査することとし、投影光学
系は正立等倍実結像系とする。
【００１７】次に本発明による露光装置の動作について
説明する。アクティブマトリックス方式の液晶パネル
は、そのアクティブ素子を形成するために製造工程で複
数のパターン層を重ね合わせて露光することが必要にな
る。このため、原板となるマスク１０も複数必要であ
る。先ず、投影光学系を保持している保持部材によって
保持された不図示のマスクアライメント系によって、あ
る層の露光に用いるマスク１０を露光装置に対して位置
決めする。同様に、プレート１４も露光装置に対して位
置決めする。このようにマスク１０とプレート１４が位
置決めされた状態を保ち、マスクとプレートとを同期し
て同速度で投影光学系に対して図のＸ方向に走査するこ
とによって露光を行う。このとき、図２に示す距離Ｌ
ｘ，Ｌｙで示す露光領域１４ａ内で同一の露光条件（均
一な露光量）とするためにＸ方向の走査範囲のうち、Ｌ
ｘ間の走査は等速度で行わなければならない。このた
め、Ｘ方向の走査には投影光学系の結像範囲にＬｘが達
するまでに等速度となるよう助走を要する。露光中の走
査速度をｖ（cm/s）、光束の強度をＰ（W/cm2）、開口
の幅をｗ（cm）としたとき、得られる露光量Ｄ（J/c
m2）は、
【００１８】
【数１】
【００１９】によって与えられる。よって、プレート１
４に塗布された感光剤に必要な露光量に従ってそれぞれ
のパラメータを決定することができる。ところで、図１
に示すような構成の走査型露光装置は複数の照明光学系
および複数の投影光学系を用いているため、これらの光
学系それぞれを介してプレート上に照射される各光束の
強度が均一である保証はない。これは、例えば光源の輝
度のばらつきや、照明光学系および投影光学系の光学素
子の透過率の違い等が原因となるものである。これら各
光束の強度を均一にするためには、強度に基づいて光源
に対する印加電圧をフィードバック制御することや、各
光束の光路中に減光部材を挿入することなどが考えられ
る。しかしながら、いずれの場合も必要な精度に制御す
ることが困難である。そのため本発明では、投影領域の
大きさの違いがプレートに対する露光量の違いになるこ
とを利用して、この投影領域の大きさを変更するために
視野絞りの開口幅を光束の強度に応じて変更するように
する。
【００２０】いま、図２に示すプレート上の照度センサ
１９の各検出位置１９ａ〜１９ｅによって得られた各投
影光学系１２ａ〜１２ｅの光束の強度がそれぞれＰａ〜
Ｐｅであるとする。このとき投影光学系１２ａからの光
束によってプレート１４に与えられる露光量をＤａとす
ると、
【００２１】
【数２】
【００２２】となる。プレート上で均一な露光量を得る
ためには、投影光学系１２ｂ〜１２ｅそれぞれからの光
束によってプレート１４に与えられる露光量をそれぞれ
Ｄｂ〜Ｄｅとして、
【００２３】
【数３】
【００２４】である必要がある。そこで、投影領域１４
ａ〜１４ｅそれぞれのＸ方向の幅ｗａ〜ｗｅを、次式
【００２５】
【数４】
【００２６】が成立するようにそれぞれ変更する。視野
絞り９の開口幅の変更について図３〜図５を用いて説明
する。マスクのパターンの像をプレート上に転写するの
に先立って、装置にマスクを設置しない状態で光束を照
射する。この状態で光束を照射し、上述のように照度セ
ンサ１９によって各投影光学系からの光束の強度を検出
する。検出した各強度に基づいて各投影領域１４ａ〜１
４ｅの幅ｗａ〜ｗｅを求め、求めた幅が得られるように
視野絞り９の開口の幅を変更する。図３〜５の円は、投
影光学系１つが投影可能な範囲、即ちイメージサークル
を示す。この円内で投影光学系の１度に転写できる範囲
（即ち、視野絞り９の開口によって制限される投影領
域）を決定する。図３において、Ｙ方向の範囲ｓはこの
投影光学系のみによって転写が行われる領域であって、
範囲ｔはこの投影光学系と隣合う投影光学系との組み合
わせによって転写が行われる重なり領域である。いま、
開口幅ｗをその照度に合わせてｗ′に変更する場合を考
える。図３中の辺ＡＢを基準として辺ＤＣを動かしたと
き、図４に示すように辺ＡＤと辺ＢＣの傾きを変えるこ
となく開口幅をｗ′に変更すると、領域ｓは領域ｓ′
に、領域ｔは領域ｔ′に変化してしまい、次式
【００２７】
【数５】
【００２８】となる。これでは、隣接する投影光学系の
投影領域との整合がとれずに露光量の均一性を低下させ
る原因となる。そこで、図５に示すように、辺ＡＤを基
準として辺ＤＣを動かすときに、点Ｄおよび点ＣのＹ方
向の座標値が変化しないように辺ＡＤと辺ＢＣの傾きを
変えながら開口幅をｗ′に変更する。これによって領域
ｓと領域ｔを一定に保つことができる。
【００２９】本実施例によれば、複数の投影光学系それ
ぞれを介した光束の強度に応じて、視野絞りの開口の走
査方向に関する幅を変更する構成としたため、各照明光
学系の光束の強度が均一でない場合でも、感光基板に対
する露光量を均一にすることが可能となる。尚、上記実
施例では投影光学系が一度に転写できる範囲（投影領
域）の形状を図２に示すような平行四辺形（１３ａ〜１
３ｅ）としたが、台形や六角形の開口を有する視野絞り
を用いて台形や六角形の形状の投影領域としても構わな
い。いずれの場合も、走査方向（図２のＸ方向）と一致
した方向の幅を上記と同様に変更すればよい。またこの
投影領域を、上述のようにプレートに対する一度の走査
中に１つの投影光学系によってのみ投影される部分ｓ
と、複数の走査または複数の投影光学系によって投影さ
れる部分ｔとに分けて考えたとき、部分ｔのプレートに
対する露光量の総和が部分ｓの露光量に一致している必
要を満たす形状でなければならない。
【００３０】また照度センサは、プレートの走査方向に
直交する方向に沿ってプレートステージ上に５つ（投影
光学系と同数）設ける例としたが、１つの照度センサで
全ての強度を検出する構成であっても構わない。さらに
上記実施例では、複数の投影光学系をプレートの走査方
向に直交する方向（Ｙ方向）に沿って、且つ走査方向
（Ｘ方向）に互いに変位して配置する構成としたが、投
影光学系の配置はこれに限定されるものではなく、投影
光学系を複数備えたその他の露光装置にも本発明を適用
できる。
【００３１】
【発明の効果】 以上のように請求項１から３記載の走
査型露光装置は、基板の走査方向に直交する方向に沿っ
て複数の正立等倍実像系の投影光学系を配置し、マスク
と基板とを同期して走査する構成としたため、小型の投
影光学系を用いながらも従来より大きな投影領域を得る
ことができる。そのため、コンパクトで低コストの走査
型露光装置の実現が可能となる。
【００３２】 また、絞り制御手段によって絞り手段の
開口部の走査方向に関する幅を変更する構成としたた
め、各投影光学系からの光束の基板に対する露光量を均
一にすることができる。請求項４及び５記載の走査型露
光装置は、重複露光部分の露光量を所望の露光量にする
ことができる走査型露光装置を実現できる。請求項６及
び７記載の露光方法は、重複露光部分の露光量を所望の
露光量にすることができる露光方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による走査型露光装置の概略的
な構成を示す図
【図２】プレート上での投影領域の様子を示す図
【図３】本発明の実施例による視野絞りの開口幅の変更
の方法を示す図
【図４】視野絞りの開口幅の変更の方法を示す図
【図５】本発明の実施例による視野絞りの開口幅の変更
の方法を示す図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ５ 照明光学系 ９ 視野絞り １０ マスク １１ａ〜１１ｅ 照明領域 １２ａ〜１２ｅ 投影光学系 １３ａ〜１３ｅ 投影領域 １４ プレート １５ ステージ １６ 駆動装置 １８ 絞り駆動装置 １９ 照度センサ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−204163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−109228（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−65222（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196513（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−183212（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−135165（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−153683（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−57986（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−218863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−15266（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−251812（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−81841（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4696889（ＵＳ，Ａ) 米国特許4769680（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 7/20 H01L 21/027

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源からの光束をマスクのパタ−ン領域
    の一部分に照射する複数の照明光学系と、 所定の方向に沿って複数配置されるとともに、前記マス
    クを透過した前記光束による前記一部分それぞれの等倍
    の正立像を感光基板上に投影する複数の投影光学系と、 前記複数の照明光学系それぞれの、前記感光基板とほぼ
    共役な位置に配置され、前記光束の前記感光基板に対す
    る投影領域を制限する絞り手段と、 前記投影光学系に対して前記所定の方向とほぼ直交する
    方向に、前記マスクと前記感光基板とを同期して走査す
    る走査手段と、 前記絞り手段の開口部の前記走査する方向に関する幅を
    変更する絞り制御手段とを備えたことを特徴とする走査
    型露光装置。
  2. 【請求項２】 前記走査型露光装置は、前記等倍の正立
    像の光束それぞれの強度を検出する光強度検出手段をさ
    らに備え、該光強度検出手段の検出結果に基づいて前記
    幅を変更することを特徴とする請求項１記載の走査型露
    光装置。
  3. 【請求項３】 前記開口部の形状は斜辺を有する多角形
    であることを特徴とする請求項１記載の走査型露光装
    置。
  4. 【請求項４】 第１パタ−ンと第２パタ−ンとの投影領
    域を設定する設定手段を有し、前記第１パタ−ンの一部
    と前記第２パタ−ンの一部とを感光基板上で重複露光し
    て所望のパタ−ンを露光する走査型露光装置において、 前記第１パタ−ンと前記第２パタ−ンとを前記感光基板
    に走査露光する露光手段を有し、 前記設定手段は、前記重複露光部分の露光量が所望の露
    光量になるように、前記第１パタ−ンを投影する際の投
    影領域の大きさと前記第２パタ−ンを投影する際の投影
    領域の大きさとを異ならせて設定することを特徴とする
    走査型露光装置。
  5. 【請求項５】 前記設定手段は、前記投影領域を斜辺を
    有する多角形に設定することを特徴とする請求項４記載
    の走査型露光装置。
  6. 【請求項６】 第１パタ−ンの一部と第２パタ−ンの一
    部とを感光基板上で重複露光して所望のパタ−ンを露光
    する露光方法において、 前記重複露光部分の露光量が所望の露光量になるよう
    に、前記第１パタ−ンを投影する際の投影領域の大きさ
    と前記第２パタ−ンを投影する際の投影領域の大きさと
    を異ならせて設定するステップと、 前記第１パタ−ンと前記第２パタ−ンとを前記感光基板
    に走査露光するステップと、を含むことを特徴とする露
    光方法。
  7. 【請求項７】 前記第１パタ−ンの投影領域と前記第２
    パタ−ンの投影領域とは、斜辺を有する多角形であるこ
    とを特徴とする請求項６記載の露光方法。
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