JP4074011B2

JP4074011B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP4074011B2
Application number: JP24735398A
Authority: JP
Inventors: 賢一香椎
Original assignee: 東芝電子エンジニアリング株式会社; 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: JP2000077311A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、未露光の感光性レジスト膜を備えた対象物、例えば、液晶表示装置に適用される基板や、半導体素子に適用されるシリコンウェハ等の対象物に対して、露光処理を行う露光装置及びこの露光装置に適用される露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置に適用される基板や、半導体素子に適用されるシリコンウェハの回路パターンは、以下のようなフォトエッチングプロセス、すなわちＰＥＰによって形成されている。
【０００３】
まず、未露光の感光性のレジスト膜が基板表面に塗布される。続いて、基板のレジスト膜に対して、所定のフォトマスクパターンを介して回路パターンが露光される。
【０００４】
続いて、基板が基板搬送系を経て周辺露光装置に搬送される。そして、周辺露光処理、すなわち基板周辺部の未露光のレジスト膜が露光される。この露光処理により、後の現像処理によって基板周辺部のレジスト膜が除去される。
【０００５】
続いて、基板が基板搬送系を経てナンバリング露光装置に搬送される。そして、ナンバリング露光処理、すなわち基板の所定領域に基板管理用番号パターンが露光される。
【０００６】
続いて、基板が基板搬送系を経て現像装置に搬送され、現像処理が施される。そして、レジスト膜を除去した部分がエッチングされる。
このようなＰＥＰに利用される周辺露光装置は、図１に示すように、基板ホルダ１０と、照明光学ユニット１１とを有している。基板ホルダ１０は、周辺露光装置に搬送された基板１を位置決めした状態で真空吸着することにより保持する。
【０００７】
照明光学ユニット１１は、紫外線ビームを発生する超高圧水銀ランプ１２、紫外線ビームを案内する光ファイバ１３、基板１全周囲の４辺を露光処理するために基板面の全方位に移動可能なＸＹ駆動軸１４に固定された露光ヘッド１５等を有している。
【０００８】
そして、周辺露光装置は、ＸＹ駆動軸１４により露光ヘッド１５を基板上の任意の位置に対向するように移動させ、装置に登録された紫外線ビームのビーム断面径、露光量、露光パターンなどの露光データに基づいて、所定の基板周辺部をスキャン露光する。
【０００９】
また、上述したようなＰＥＰに利用されるナンバリング露光装置は、基板ホルダ２０と、照明光学ユニット２１とを有している。基板ホルダ２０は、ナンバリング露光装置に搬送された基板１を位置決めした状態で真空吸着することにより保持する。この基板ホルダ２０は、保持した基板を基板面の全方位に移動可能なＸＹステージ２２に取り付けられている。
【００１０】
照明光学ユニット２１は、紫外線ビームを発生する超高圧水銀ランプ２３、任意の基板管理用番号パターンのマスクを形成する液晶マスク２４、液晶マスク２４を通過した紫外線ビームを任意の縮小倍率により投影する投影光学系２５、紫外線ビームを所定のタイミングで遮蔽するシャッタ２６などを有している。
【００１１】
そして、ナンバリング露光装置は、ＸＹステージ２２により基板上の任意の位置を照明光学ユニット２１に対向するように基板１を移動させ、所定のタイミングでシャッタ２６を開放して基板管理用番号パターンを露光する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＰＥＰでは、周辺露光処理及びナンバリング露光処理は、それぞれ全く異なるビーム断面径の光ビームを利用して行われるため、それぞれ別の露光装置が必要となる。また、それぞれの露光装置に基板を搬送して露光処理を行うため、製造工程数が多く、露光に要する時間が長くなるといった問題が発生する。これにより、製造コストが増大する問題も発生する。
【００１３】
また、周辺露光処理は、すべてのＰＥＰに必要であるのに対して、ナンバリング露光処理は、特定のＰＥＰのみに必要である。このため、レジスト膜塗布処理、露光処理、現像処理の工程を一括処理するために個々の処理装置を接続したインライン型の装置においては、周辺露光装置及びナンバリング露光装置の適用工程の組み合わせによって、接続装置個数が異なり、装置寸法が変動する問題点がある。
【００１４】
さらに、それぞれの露光装置には、以下のような問題がある。
すなわち、周辺露光装置は、基板全面の任意の箇所を露光する必要がある。このため、基板ホルダに保持された基板のレジスト膜上に、露光ヘッドを駆動するＸＹ駆動軸を設けた場合、ＸＹ駆動軸から発生した塵が基板上に付着するおそれがある。塵が基板上に付着した場合には、露光不良が発生するといった問題がある。また、ＸＹ駆動軸を駆動する機構機構が基板の外周部よりも外側に設置されるため、装置が大型化してしまう問題がある。
【００１５】
また、ナンバリング露光装置も同様に、基板全面の任意の箇所を露光する必要がある。このため、基板を移動させるＸＹステージの移動面積が、基板面積の倍以上必要となり、装置が大型化してしまう問題がある。また、基板管理用番号パターンは、液晶マスクを利用して形成している。このため、液晶マスクに含まれる液晶材料は、照射される紫外線によってダメージを受け、マスク寿命が短縮されて製造コストの増大を招くおそれがある。また、液晶マスクの遮光率が１００％より低下するため、コントラストの低下を招き、レジストパターンのコントラストが劣化する。レジストパターンのコントラストが劣化した場合には、露光不良が発生するおそれがある。
【００１６】
この発明の目的は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、製造工程数を削減でき、製造コストの低減が可能な露光装置を提供することにある。
また、この発明の目的は、装置の移動面積を縮小するとともに駆動機構を小型化することによって装置の小型化が可能な露光装置を提供することにある。
【００１７】
さらに、この発明の目的は、発塵量を低減するとともにレジストパターンのコントラスト低下を防止して露光不良の発生を防止することが可能な露光装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、この発明は、
感光性のレジスト膜が塗布された基板を単一の保持手段上に保持した状態でこの基板に向けて光ビームを照射する露光装置において、
第１の光ビームを発生する第１光源と、
前記第１の光ビームのビーム断面径を第１の大きさとする第１光学系と、
前記第１光学系を経由した前記第１の光ビームを前記基板上で走査露光するための駆動機構を備えた第１反射鏡と、
第２の光ビームを発生する第２光源と、
前記第２の光ビームのビーム断面径を前記第１の大きさより小さい第２の大きさとする第２光学系と、
前記第２光学系を経由した前記第２の光ビームを前記基板上で走査露光するための駆動機構を備えた第２反射鏡と、
を備えたことを特徴とする露光装置を提供する。
【００１９】
この発明の露光装置によれば、それぞれ異なるビーム断面径を有する第１の光ビーム及び第２の光ビームを、それぞれ基板上の異なる任意の位置に照射して、露光マスクを使用することなく、それぞれ異なる任意のパターンを同時に露光することができる。
【００２０】
これにより、従来のように２つの露光装置を用意する必要がなくなるため、製造工程数を削減でき、製造コストの低減が可能となる。また、従来のように露光ヘッドを移動させたり、基板を移動させる必要がなくなるため、装置の移動面積を縮小するとともに駆動機構を小型化することが可能となり、装置を小型化することが可能となる。さらに、従来のように基板上に駆動機構を設ける必要がなく、また、マスクパターンも必要なくなるため、発塵量を低減するとともにレジストパターンのコントラスト低下を防止して露光不良の発生を防止することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の露光装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。図３は、この発明の一実施の形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【００２２】
すなわち、この露光装置３０は、保持手段として機能する基板ホルダ３１と、第１露光系３２Ａと、第２露光系３２Ｂとを備えている。
基板ホルダ３１は、基板１を位置決めした状態で真空吸着することによって保持する。この基板ホルダ３１に保持される基板１は、レジスト膜塗布装置において、未露光の感光性レジスト膜が塗布された後に、基板搬送系を経て露光装置３０に搬送される。なお、この基板１に塗布された感光性レジスト膜は、露光された部分が現像液によって溶解しやすくなるいわゆるポジ型のフォトレジスト膜である。
【００２３】
第１露光系３２Ａは、基板周辺部を露光するための周辺露光処理に利用される。この第１露光系３２Ａは、第１光源として機能するレーザ発振器３３Ａと、第１光学系３４Ａと、第１反射鏡として機能するガルバノミラー３５Ａと、を備えている。
【００２４】
レーザ発振器３３Ａは、例えばエキシマレーザ装置などを利用し、紫外線の波長成分を含む所定のビーム断面径のレーザビームを発生する。第１光学系３４Ａは、レーザ発振器３３Ａから出力されたレーザビーム、すなわち第１の光ビームのビーム断面径を第１の大きさに成形する。すなわち、この第１光学系３４Ａは、第１ミラー３６Ａ、シャッタ３７Ａ、第２ミラー３８Ａ、第１レンズ３９Ａ、スリット４０Ａ、及び第２レンズ４１Ａを有している。
【００２５】
第１ミラー３６Ａは、レーザ発振器３３Ａから出力されたレーザビームを反射して光路を略直角に折り曲げる。シャッタ３７Ａは、第１ミラー３６Ａと第２ミラー３８Ａとの間の光路上に配置され、所定のタイミングで第１ミラー３６Ａから反射されたレーザビームを遮断する。このシャッタ３７Ａは、例えばプリズムシャッタを利用し、電圧制御により屈折率を変化させることにより第２ミラー３８Ａに向かうレーザビームの光路を変更させて遮断する。第２ミラー３８Ａは、シャッタ３７Ａを通過したレーザビームを反射して光路をほぼ直角に折り曲げる。
【００２６】
第１レンズ３９Ａ及び第２レンズ４１Ａは、それぞれ所定の結像条件を有し、また、第１レンズ３９Ａと第２レンズ４１Ａとの間に配置されるスリット４０Ａは、所定のスリット幅を有している。そして、第１レンズ３９Ａ、スリット４０Ａ、及び第２レンズ４１Ａは、第２ミラー３８Ａで反射されたレーザビームのビーム断面径を第１の大きさに成形する。
【００２７】
なお、第１レンズ３９Ａ及び第２レンズ４１Ａの結像条件、及びスリット４０Ａのスリット幅は、成形したいビーム断面径、すなわち第１の大きさに合わせて設定される。ここで、第１光学系３４Ａによって成形されるビーム断面径、すなわち第１の大きさは、例えば、５ｍｍ×２ｍｍ乃至１０ｍｍ×２ｍｍに設定されている。
【００２８】
ガルバノミラー３５Ａは、第１の大きさのビーム断面径に成形された第１のレーザビームを基板１の周辺部に向けて反射し、ガルバノミラー３５Ａに取り付けられた駆動機構により、基板１の周辺部に沿ってレーザビームで走査する。
【００２９】
第２露光系３２Ｂは、基板１の任意の位置に基板管理用番号を露光するためのナンバリング露光処理に利用される。この基板管理用番号は、文字パターン及び記号パターンを組み合わせたものである。この第２露光系３２Ｂは、第２光源として機能するレーザ発振器３３Ｂと、第２光学系３４Ｂと、第２反射鏡として機能するガルバノミラー３５Ｂと、を備えている。
【００３０】
レーザ発振器３３Ｂは、第１露光系３２Ａのレーザ発振器３３Ａと同様に、例えばエキシマレーザ装置などを利用し、紫外線の波長成分を含む所定のビーム断面径のレーザビームを発生する。第２光学系３４Ｂは、レーザ発振器３３Ｂから出力されたレーザビーム、すなわち第２の光ビームのビーム断面径を第２の大きさに成形する。すなわち、この第２光学系３４Ｂは、第１ミラー３６Ｂ、シャッタ３７Ｂ、第２ミラー３８Ｂ、第１レンズ３９Ｂ、スリット４０Ｂ、及び第２レンズ４１Ｂを有している。
【００３１】
第１ミラー３６Ｂ、シャッタ３７Ｂ、及び第２ミラー３８Ｂは、第１露光系３２Ａの第１光学系３４Ａに利用されるものと同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００３２】
第１レンズ３９Ｂ及び第２レンズ４１Ｂは、それぞれ第１露光系３２Ａの第１光学系３４Ａに利用される第１レンズ３９Ａ及び第２レンズ４１Ａとは異なる所定の結像条件を有している。また、第１レンズ３９Ｂと第２レンズ４１Ｂとの間に配置されるスリット４０Ｂは、第１光学系３４Ａのスリット４０Ａとは異なる所定のスリット幅を有している。そして、第１レンズ３９Ｂ、スリット４０Ｂ、及び第２レンズ４１Ｂは、第２ミラー３８Ｂで反射されたレーザビームのビーム断面径を第２の大きさに成形する。
【００３３】
なお、第１レンズ３９Ｂ及び第２レンズ４１Ｂの結像条件、及びスリット４０Ｂのスリット幅は、成形したいビーム断面径、すなわち第２の大きさに合わせて設定される。ここで、第２光学系３４Ｂによって成形されるビーム断面径、すなわち第２の大きさは、例えば、ナンバリング露光処理を施す描画パターンのサイズに合わせて、約Φ３０μｍ乃至５０μｍに設定されている。
【００３４】
ガルバノミラー３５Ｂは、第２の大きさのビーム断面径に成形された第２のレーザビームを基板１上の任意の位置に向けて反射し、ガルバノミラー３５Ｂに取り付けられた駆動機構により、基板１上の任意の位置に任意の描画パターンを露光する。
【００３５】
また、露光装置３０は、ガルバノミラー３５Ａで反射された第１のレーザビーム、及びガルバノミラー３５Ｂで反射された第２のレーザビームに対して共通の所定の光学特性を与える光学部材として機能する単一のｆθレンズ４２を備えている。
【００３６】
図４は、この発明の一実施の形態に係る露光装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
すなわち、露光装置３０は、制御手段として機能するＣＰＵ１００を備えている。このＣＰＵ１００には、メモリ１０２が接続されている。このメモリは、露光装置３０全体の制御データや、周辺露光処理に利用する第１露光系３２Ａの各部を制御するための制御データ、ナンバリング露光処理に利用する第２露光系３２Ｂの各部を制御するための制御データ、ナンバリング露光処理用の文字パターンや記号パターンに関する描画データ等を記憶している。
【００３７】
また、ＣＰＵ１００には、レーザ駆動回路１０４Ａ及び１０４Ｂ、電圧制御手段として機能する電圧制御回路１０６Ａ及び１０６Ｂ、駆動機構１０８Ａ及び１０８Ｂ等が接続されている。
【００３８】
レーザ駆動回路１０４Ａ及び１０４Ｂは、ＣＰＵ１００の制御に基づき、第１露光系３２Ａのレーザ発振器３３Ａ及び第２露光系３２Ｂのレーザ発振器３３Ｂの駆動をそれぞれ個別に制御する。電圧制御回路１０６Ａ及び１０６Ｂは、ＣＰＵ１００の制御に基づき、それぞれプリズムシャッタ３７Ａ及び３７Ｂに印加する電圧値を個別に制御する。駆動機構１０８Ａ及び１０８Ｂは、ＣＰＵ１００によって制御され、それぞれガルバノミラー３５Ａ及び３５Ｂを駆動する。
【００３９】
すなわち、ＣＰＵ１００は、メモリ１０２に記憶されている制御データに基づいて、駆動機構１０８Ａを制御し、第１露光系３２Ａのガルバノミラー３５Ａによって反射された第１のレーザビームを基板ホルダ３１に保持されている基板１の周辺部に沿って走査する。
【００４０】
また、ＣＰＵ１００は、メモリ１０２に記憶されている制御データ及び描画データに基づいて、駆動機構１０８Ｂを制御し、第２露光系３２Ｂのガルバノミラー３５Ｂによって反射される第２のレーザビームを基板１の任意の位置に案内し、所定の基板管理用番号を描画する。
【００４１】
図５は、この発明の露光装置を利用したフォトエッチングプロセスすなわちＰＥＰを説明するためのフローチャートである。
すなわち、このＰＥＰを実行するために、感光性レジスト膜を基板に塗布するレジスト膜塗布装置、基板に塗布されたレジスト膜に対して所定の回路パターンを露光するステッパー露光装置、回路パターンが露光されたレジスト膜に対して周辺露光処理及びナンバリング露光処理を並列して同時に行う上述した露光装置、露光されたレジスト膜を現像処理する現像装置、及びエッチング処理するエッチング装置は、すべて基板搬送系を介して接続されている。
【００４２】
まず、基板は、基板搬送系を介してレジスト膜塗布装置に搬送される。そして、基板の表面にポジ型の感光性レジスト膜が塗布される（ＳＴ１）。
続いて、基板は、基板搬送系を介してステッパー露光装置に搬送される。そして、基板に塗布されたレジスト膜に対して、所定のマスクパターンを介して所定の回路パターンが１ショット毎にステッピング露光される（ＳＴ２）。
【００４３】
続いて、基板は、基板搬送系を介して図３及び図４に示したような構成の露光装置３０に搬送される。そして、基板は、基板ホルダ３１上において、位置決めされた後、真空吸着されることにより保持される。そして、ＣＰＵ１００の制御に基づき、第１露光系３２Ａにより周辺露光処理が行われるとともに、同時に、第２露光系３２Ｂによりナンバリング露光処理が行われる。すなわち、第１露光系３２Ａにより、大ビーム断面径の第１のレーザビームが基板周辺部に沿って照射される。同時に、第２露光系３２Ｂにより、小ビーム断面径の第２のレーザビームが基板上の任意の位置に任意の基板管理用番号を描画するように照射される（ＳＴ３）。
【００４４】
続いて、基板は、基板搬送系を介して現像装置に搬送される。そして、基板に塗布されたレジスト膜は、所定の現像条件に基づいて、現像処理される。この時、ポジ型のレジスト膜の露光部分は、現像液により溶解して除去され、未露光部分は、残留する（ＳＴ４）。
【００４５】
続いて、基板は、基板搬送系を介してエッチング装置に搬送される。そして、基板上におけるレジスト膜を除去した部分、すなわち露光部分がエッチング処理され、除去される（ＳＴ５）。
【００４６】
以上のようなプロセスにより、ＰＥＰが実行される。
上述したように、この発明の露光装置及びこの露光装置に適用される露光方法によれば、単一の基板ホルダに保持された基板に塗布された感光性のレジスト膜に対して、それぞれ露光条件の異なるパターンを同時に並列して露光することができる第１露光系及び第２露光系を備え、かつこれらの露光系を同時に個別に駆動する。
【００４７】
このため、異なるビーム断面径を有する第１のレーザビーム及び第２のレーザビームを、それぞれ基板上の異なる任意の位置に照射して、露光マスクを使用することなく、それぞれ異なる任意のパターンを同時に露光することができる。
【００４８】
これにより、従来のように２つの露光装置を用意する必要がなくなるため、製造工程数を削減でき、製造コストの低減が可能となる。また、従来のように露光ヘッドを移動させたり、基板を移動させる必要がなくなるため、装置の移動面積を縮小するとともに駆動機構を小型化することが可能となり、装置を小型化することが可能となる。さらに、従来のように基板上に駆動機構を設ける必要がなく、また、マスクパターンも必要なくなるため、発塵量を低減するとともにレジストパターンのコントラスト低下を防止して露光不良の発生を防止することが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、製造工程数を削減でき、製造コストの低減が可能な露光装置を提供することができる。
また、この発明によれば、装置の移動面積を縮小するとともに駆動機構を小型化することによって装置の小型化が可能な露光装置を提供することができる。
【００５０】
さらに、この発明によれば、発塵量を低減するとともにレジストパターンのコントラスト低下を防止して露光不良の発生を防止することが可能な露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の周辺露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、従来のナンバリング露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図３は、この発明の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】図４は、この発明の露光装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】図５は、この発明の露光装置が適用されるフォトエッチングプロセスを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…基板
３０…露光装置
３１…基板ホルダ
３２Ａ…第１露光系
３２Ｂ…第２露光系
３３（Ａ，Ｂ）…レーザ発振器
３４Ａ…第１光学系
３４Ｂ…第２光学系
３５（Ａ，Ｂ）…ガルバノミラー
３６（Ａ，Ｂ）…第１ミラー
３７（Ａ，Ｂ）…プリズムシャッタ
３８（Ａ，Ｂ）…第２ミラー
３９（Ａ，Ｂ）…第１レンズ
４０（Ａ，Ｂ）…スリット
４１（Ａ，Ｂ）…第２レンズ
４２…ｆθレンズ
１００…ＣＰＵ
１０２…メモリ
１０４（Ａ，Ｂ）…レーザ駆動回路
１０６（Ａ，Ｂ）…電圧制御回路
１０８（Ａ，Ｂ）…駆動機構

Claims

感光性のレジスト膜が塗布された基板を単一の保持手段上に保持した状態でこの基板に向けて光ビームを照射する第１露光系及び第２露光系を備えた露光装置において、
前記第１露光系は、
第１の光ビームを発生する第１光源と、
前記第１の光ビームのビーム断面径を第１の大きさとする第１光学系と、
前記第１光学系を経由した前記第１の光ビームを前記基板上で走査露光するための駆動機構を備えた第１反射鏡と、を備え、
前記第２露光系は、
第２の光ビームを発生する第２光源と、
前記第２の光ビームのビーム断面径を前記第１の大きさより小さい第２の大きさとする第２光学系と、
前記第２光学系を経由した前記第２の光ビームを前記基板上で走査露光するための駆動機構を備えた第２反射鏡と、を備え、
前記第１露光系及び前記第２露光系は、前記基板を保持する保持手段に対して固定されたことを特徴とする露光装置。
前記露光装置は、前記第１反射鏡に備えられた駆動機構及び第２反射鏡に備えられた駆動機構を、それぞれ独立に制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記第１光学系及び第２光学系は、それぞれ異なる結像条件を有するレンズと、それぞれ異なるスリット幅を有するスリットとを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記第１反射鏡及び第２反射鏡は、ガルバノミラーであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記第１反射鏡及び第２反射鏡の反射光は、共通のｆθレンズを介してそれぞれ前記基板上に照射されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記光ビームは、レーザー光であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記第１光源と前記第１反射鏡との間、及び、前記第２光源と前記第２反射鏡との間には、それぞれプリズムシャッタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記プリズムシャッタは、それぞれ独立の電圧制御手段により制御されることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
前記第１露光系は、前記第１反射鏡を駆動することによって前記基板の周辺部に沿って走査露光する周辺露光処理を行い、
前記第２露光系は、前記第２反射鏡を駆動することによってナンバリング露光処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。