JP3770959B2

JP3770959B2 - 投影型ステッパ露光装置およびそれを用いた露光方法

Info

Publication number: JP3770959B2
Application number: JP14079196A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 直明山口; 健司福永
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: JPH09306826A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、投影型ステッパ露光装置の構成に関する。特に、大面積の大型ガラス基板を対象とした大版型ステッパ露光装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイの開発が急速に進められており、安価なガラス基板上に駆動回路とマトリクス回路とを集積化した集積化回路を構成する技術が注目されている。
【０００３】
基板上へのパターン形成においては、ＬＳＩの製造工程に用いられてきた露光技術がそのまま踏襲されている。即ち、露光装置としてはＬＳＩ製造と同じものを用いることが可能である。
【０００４】
従来より露光装置としてはプロキシミティ（近接）方式、結像方式とに大別される。また、結像方式は、さらにミラープロジェクション方式とステッパ方式とに区別される。
【０００５】
プロキシミティ方式の露光装置は、露光すべきガラス基板に転写マスクを近接して配置して直接基板に対して露光光を照射するものであり、特別な光学系を必要としない特徴がある。
【０００６】
従って、装置の製造コストが比較的安価であり、しかもデバイス形成時のスループットが高いという利点を持っている。しかし、転写マスクと基板とを非接触で保持して露光するため露光光の回折が避けられず、高い解像度を望めない。
【０００７】
また、転写マスクと基板との距離（ギャップ）の調節が微妙であり、基板の反りやうねりの影響を受けて解像度の均一性を維持するのも困難である。この事実はガラス基板の大型化に伴い一層顕著な問題となる。
【０００８】
一方で、結像方式は転写マスク（一般的にはレチクルと呼ばれる）の像を光学系を用いて結像する方式であるため、高い解像度を有していることが最大の特徴である。
【０００９】
従って、年々大型化が進められる液晶ディスプレイを形成する際にはプロキシミティ方式では解像度の面で難があり、結像方式が主流となってきている。
【００１０】
結像方式の場合、前述の様にガラス基板の大型化に伴い基板面内において反りやうねりによる平坦性の悪化が大きな問題となる。ガラス基板の平坦性が悪化すると、解像度の均一性を確保するために光学系の焦点深度を基板の凹凸に合わせて深く設計しなければならない。
【００１１】
しかし、現状の光学系は焦点深度を深くすると解像度が落ちるといった相反する特徴を持つ。そのため、露光領域を大きくするとどうしても焦点深度を深くしなければならず、解像度の低下を避けられない状況にある。
【００１２】
この状況に対してステッパ方式を用いた場合、100mm □程度の露光領域の中心でステップ毎にフォーカス制御を行うことで平坦性の悪化の影響を緩和することが可能である。
【００１３】
また、基板保持台はガラス基板の拡大に伴い大型化させる必要があるものの、露光領域はステージの延長により容易に拡大することが可能である。
【００１４】
以上の理由から、液晶ディスプレイ用の露光装置としてはガラス基板の大型化に対して容易に対応可能であるステッパ方式の露光装置が多用されている。また、ステッパ方式は露光領域が狭いため１枚の大型ガラス基板上を複数回に分けて露光する分割露光方式を採用することが多い。
【００１５】
ここで、従来のステッパ露光装置の概略を図２を用いて説明する。なお、ステッパ露光装置の構造は各社様々な工夫が凝らしてあるため、ここでは極一般的なステッパ露光装置の一例を示す。
【００１６】
図２において、２０１は照明系であり、概略図３に示す様な構成である。即ち、超高圧水銀灯３０１から発する強度の高い光を楕円鏡３０２により集光して反射鏡３０３、波長フィルタ３０４、フライアイレンズ３０５、レチクルブラインド３０６を経て均一性の高い露光光を形成する。
【００１７】
図２に戻って、照明系２０１で形成された露光光は反射鏡２０２で方向を変えられてコンデンサレンズ２０３へと入射する。そして、コンデンサレンズ２０３で再び集光されて所望の形状の露光光が形成される。
【００１８】
この時、露光光の形状は可能な限り面積を大きくすることがスループットを高める上で重要であるが、やみくもに面積を稼ぐと露光光の照度が落ちるといった問題がある。
【００１９】
次に、形成された露光光はレチクル２０４へと照射される。分割露光方式により露光を行う場合においては、複数枚のレチクルを必要とする。そのため、レチクル２０４を保持するサセプタ２０５は、通常レチクルチェンジャー（図示せず）へと連結されてレチクル２０４の交換が行われる。
【００２０】
また、ここでは説明を省略するが、レチクルに描画されたパターン像と基板上に形成されたパターン像とを精密に重ね合わせるレチクルアライメント機構が一般的には配置される。
【００２１】
次に、レチクル２０４を透過した露光光は投影レンズ２０６へと入射する。投影レンズ２０６はその光学系の設計次第で等倍投影、縮小投影、拡大投影を行うことが可能である。ステッパ露光装置の解像度はこの投影レンズ２０６の性能により決定されると言っても過言ではない。
【００２２】
次に、レチクル２０４を透過して像形成した露光光は投影レンズ２０６によって正確に被処理基板（本明細書ではガラス基板を例にとる）２０７へと照射される。こうして、レチクル２０４に描画されたパターン像が基板の第１の領域に対して転写される。
【００２３】
また、ここでは説明を省略するが、一般的にはガラス基板２０７と基板保持台２０８とを正確に位置設定するプレート（基板）アライメント機構（レーザー干渉計など）が配置される。また、基板２０７の反りやうねりに対して投影レンズの結像焦点を補正するオートフォーカス機構を備えている。
【００２４】
第１の領域に対してパターン像の転写が終了したら、次は第２の領域に対してパターン像の転写を行う。露光作業の一連の流れは上記と同様であるが、その前に基板保持台２０８を矢印２０９のいずれかの方向へ移動させて第２の露光領域を投影レンズ２０６の直下へと移動させなければならない。
【００２５】
また、第１の領域とその後に続く第２の領域とで転写するパターン像が異なる場合は、レチクル２０４の交換を行わなければならない。即ち、１回１回の露光が終了するたびに基板２０７を少しづつ移動させなければならず、時にはレチクル２０４の交換も行う必要がある。
【００２６】
現状において、１回に照射可能な露光面積は100mm □程度であり、大型ガラス基板の面積が550mm ×650mm 程度へと移行してきていることを踏まえると、基板全体を露光するのに40〜50回程度の露光作業を行うことになる。
【００２７】
従って、ステッパ露光装置は大型ガラス基板に対して最も柔軟性をもって対応できる露光装置である反面、スループットが悪いという欠点を併せ持っていることが問題となっている。
【００２８】
この問題に対して、露光光の照度を強くして露光時間を短縮させたり、レチクル交換や基板保持台の移動速度の向上させたり、投影レンズの性能を向上させて露光可能領域を拡大したりするなどの試みがなされてきたが、現状の技術では未だにスループットの向上が望まれている。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、ステッパ露光装置の露光処理時間を大幅に低減し、スループットの高いステッパ露光装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の構成は、
露光光を形成する光学系と投影レンズとを有する少なくとも３つの露光用光学系と、
少なくとも３つの前記露光用光学系それぞれに対応した、露光パターン形成用のレチクルおよび該レチクルを保持するサセプタと、
被処理基板を保持する基板保持台とを有し、
前記被処理基板は少なくとも３つの前記露光用光学系のうち任意の一つの露光用光学系で露光可能な領域を複数有し、前記複数の領域のうち１つおきの領域に少なくとも３つの前記露光用光学系それぞれにより同時に露光されることを特徴とする。
【００３１】
また、他の発明の構成は、
露光光を形成する光学系と投影レンズとを有する少なくとも３つの露光用光学系と、少なくとも３つの前記露光用光学系それぞれに対応した、露光パターン形成用のレチクルおよび該レチクルを保持するサセプタと、被処理基板を保持する基板保持台とを有する投影型ステッパ露光装置を用い、
少なくとも３つの前記露光用光学系により前記被処理基板の複数の領域のうち１つおきの領域に同時に露光する方法であって、
前記複数の領域それぞれは、複数の前記露光用光学系のうち任意の一つの露光用光学系で露光可能な領域であることを特徴とする。
【００３２】
前記露光光を形成する光学系の光源は、ｇ線若しくはｉ線を発する超高圧水銀灯、又はエキシマレーザーであることを特徴とする。
【００３３】
即ち、露光用光学系（前述の照明系２０１、コンデンサレンズ２０３、投影レンズ２０６等）を少なくとも３つ配置した構成を成し、基板の複数の領域のうち１つおきの領域を同時に露光することで大幅にスループットを向上させることが可能である。
【００３４】
上記構成でなる本発明の詳細について、以下に記載する実施例でもって説明を行うこととする。
【００３５】
【実施例】
〔参考例１〕
本参考例では、本参考例に係る発明を実施するための露光装置の概略の一例を説明する。本参考例で示す露光装置を使用した場合、基板を１列づつ（または１行づつ）線状に露光していくことが可能となる。
【００３６】
図１に示すのは、本参考例を示す露光装置の概略である。基本的な部品は図２、図３を用いて従来例で説明したステッパ露光装置と同様である。
【００３７】
１０１〜１０５で示されるのは、露光光を形成する光学系であり、図２で説明した照明系２０１コンデンサレンズ２０３を具備している。なお、本参考例では光源としてｇ線またはｉ線を発する超高圧水銀灯を用いる。また、光源として代わりにエキシマレーザーを用いることも可能である。
【００３８】
そして、露光光を形成する光学系１０１〜１０５から発した露光光は各々レチクル１０６〜１１０に入射する。簡略化して記載されているが、レチクル１０６〜１１０は各々図示しないサセプタに固定され移動可能となっており、レチクルチェンジャーへと連結している。
【００３９】
また、レチクル１０６〜１１０は各々が図示しないレチクルアライメント機構によって個別に制御される。本参考例に係る発明では隣接した露光領域との繋ぎ合わせ精度を精密に制御する必要がある。繋ぎ合わせの際の制御は公知技術によれば良いが、本参考例に係る発明を実施するにあたって特に精密な制御が必要となる。
【００４０】
次に、レチクル１０６〜１１０を透過して所望のパターン像を含んだ露光光は、投影レンズ１１１〜１１５を透過して反射光学系１１６〜１２０を経てガラス基板１２１へと照射され、基板１２１上に対してパターン像が転写される。
【００４１】
反射光学系１１６〜１２０とは、投影レンズ１１１〜１１５を透過したパターン像を含んだ露光光を正確に基板１２１上に結像させる機能を有した光学系である。
【００４２】
また、投影レンズは用途に応じて等倍投影レンズ、縮小投影レンズ、拡大投影レンズのいずれかを用いれば良い。
【００４３】
この際、露光用光学系（本参考例では、露光光を形成する光学系、投影レンズ、反射光学系を含む）の各々には個別に図示しないオートフォーカス機構が配置され、露光領域に対する焦点合わせは個別に行う構成としている。
【００４４】
また、ガラス基板１２１はレーザー干渉計等を用いたクローズド制御により高精度の位置決めが可能な基板保持台１２２に固定され、基板保持台１２２と一緒に矢印１２３の方向に移動する。
【００４５】
以上の構成でなる本参考例に係る発明のステッパ露光装置を用いると、各々の露光用光学系で一括露光可能な領域を同時に露光することが可能であるため、それら領域の積算値（積算面積値）を本装置の１回の露光処理で可能な実質的な露光面積と考えることができる。
【００４６】
例えば、本参考例の様に露光用光学系を複数並列してガラス基板１２１のある１列（または１行）を一度に露光すると、１回の露光処理における露光領域は実質的に線状を形成することになる。
【００４７】
以上の様に複数の露光用光学系により、複数の領域を同時に露光することに本発明の意義がある。
【００４８】
なお、本参考例では計５つの露光用光学系を装備したステッパ露光装置を一例としたが、露光用光学系の数は必要に応じて増減すれば良い。
【００４９】
例えば、ガラス基板の面積が550mm ×650mm であって、任意の一つの露光用光学系の一括露光可能領域が100mm □である時、少なくとも６×７で４２回の露光処理が必要となる。
【００５０】
この時、本参考例を応用して６つの露光用光学系を装備したステッパ露光装置を使用すれば、７回の露光処理で基板全面を露光することができるため、大幅なスループットの向上が可能である。
【００５１】
〔実施例１〕
本実施例では、参考例１と異なる構成のステッパ露光装置についての説明を行う。なお、各部品や露光処理の流れは既に説明を行ったので、ここでの説明は省略することとする。本実施例で説明するステッパ露光装置の概略の一例を図４に示す。
【００５２】
図４において、４０１〜４０３は参考例１と同様の構成でなる露光光を形成する光学系である。そして、４０４〜４０６はレチクル、４０７〜４０９は投影レンズである。
【００５３】
これらのレチクル４０４〜４０６、投影レンズ４０７〜４０９を透過したパターン像を含んだ露光光は、基板保持台４１１に固定されたガラス基板４１０に対して照射され、基板４１０上にパターン像が形成される。
【００５４】
本実施例が特徴とするのは、図４に示す様に任意の一つの露光用光学系で露光可能な領域を１つおきに露光していく点である。
【００５５】
なお、図４に示す状態から、各々の露光用光学系を矢印４１２の方向へ移動させれば、実質的に線状の露光領域を形成することができる。また、矢印４１３の方向へ基板保持台４１１および基板４１０を移動させ、複数列（または複数行）を順次露光していくことも可能である。
【００５６】
換言すれば、参考例１では各露光用光学系を同時に使用して一括で線状の露光領域を形成していたのに対し、本実施例ではそれを２回またはそれ以上の露光に分けた点で異なると言える。
【００５７】
本実施例の様な構成のステッパ露光装置を用いた場合、隣接する領域を同時に露光する必要がないため、従来と同じ程度の繋ぎ合わせ精度を確保すれば良い点で有意である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によるステッパ露光装置を活用することで、従来からステッパ露光装置の問題点となっていた露光処理時間を大幅に低減することを可能とし、露光処理のスループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本参考例に係る発明のステッパ露光装置の概略を示す図。
【図２】従来のステッパ露光装置の概略を示す図。
【図３】従来のステッパ露光装置の概略を示す図。
【図４】本発明のステッパ露光装置の概略を示す図。
【符号の説明】
１０１〜１０５露光光を形成する光学系
１０６〜１１０レチクル
１１１〜１１５投影レンズ
１１６〜１２０反射光学系
１２１ガラス基板
１２２基板保持台

Claims

露光光を形成する光学系と投影レンズとを有する少なくとも３つの露光用光学系と、
少なくとも３つの前記露光用光学系それぞれに対応した、露光パターン形成用のレチクルおよび該レチクルを保持するサセプタと、
被処理基板を保持する基板保持台とを有し、
前記被処理基板は少なくとも３つの前記露光用光学系のうち任意の一つの露光用光学系で露光可能な領域を複数有し、前記複数の領域のうち１つおきの領域に少なくとも３つの前記露光用光学系それぞれにより同時に露光されることを特徴とする投影型ステッパ露光装置。
前記露光光を形成する光学系の光源は、ｇ線若しくはｉ線を発する超高圧水銀灯、又はエキシマレーザーであることを特徴とする請求項１に記載の投影型ステッパ露光装置。
露光光を形成する光学系と投影レンズとを有する少なくとも３つの露光用光学系と、少なくとも３つの前記露光用光学系それぞれに対応した、露光パターン形成用のレチクルおよび該レチクルを保持するサセプタと、被処理基板を保持する基板保持台とを有する投影型ステッパ露光装置を用い、
少なくとも３つの前記露光用光学系により前記被処理基板の複数の領域のうち１つおきの領域に同時に露光する方法であって、
前記複数の領域それぞれは、少なくとも３つの前記露光用光学系のうち任意の一つの露光用光学系で露光可能な領域であることを特徴とする投影型ステッパ露光装置を用いた露光方法。
前記露光光を形成する光学系の光源は、ｇ線若しくはｉ線を発する超高圧水銀灯、又はエキシマレーザーであることを特徴とする請求項３に記載の投影型ステッパ露光装置を用いた露光方法。