JP4092753B2

JP4092753B2 - 走査型露光装置及び走査露光方法

Info

Publication number: JP4092753B2
Application number: JP30938497A
Authority: JP
Inventors: 雅一村上; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: JPH11125912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイや半導体集積回路等の製造に使用される露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイや半導体集積回路等の製造は、マスクやレチクル等の投影原版（本明細書においてマスクと総称する。）上に形成された回路パターンを照明光学系で照明し、このパターンを投影光学系でレジスト等の感光剤を塗布したガラスプレートやウエハ等の感光性基板（本明細書において被露光基板と総称する。）に結像転写することによって行われているが、近年液晶ディスプレイ等の大型化に伴い、大型の被露光基板上に回路パターンを投影露光する要求がますます高まっている。
大型の被露光基板上に回路パターンを投影露光する方法としては、被露光基板を前後左右４つの露光領域に分割し、被露光基板を載置した被露光基板ステージを前後左右に移動させて、４つの露光領域を順次露光する方法が知られている。すなわち、まず例えば前側左部分の露光領域を投影光学系の結像位置に置いて第１の露光を行い、さらに被露光基板ステージを左右方向に平行移動させて前側右部分の露光領域を投影光学系の結像位置に置いて第２の露光を行う。つぎに被露光基板ステージを前後方向に平行移動させ、後側右部分の露光領域を投影光学系の結像位置に置いて第３の露光を行い、さらに被露光基板ステージを左右方向に平行移動させて後側左部分を投影光学系の結像位置に置いて第４の露光を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被露光基板が大型化しているときに、被露光基板ステージを平行移動する構成とした場合、被露光基板が大型化した分だけ被露光基板ステージのストロークを延長する必要がある。そのために、被露光基板ステージそのものが大型化し、重量が増加するという不都合があった。
そこで、本発明は、被露光基板ステージのストロークを延長することなく被露光基板の大型化に対応できると共に、高精度な位置制御が可能な露光装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、一実施例を表す図１に対応つけて説明すると、パターンを有したマスク（１）と基板（２）とを所定の走査方向へ同期移動して、パターンの像を投影光学系により基板に露光する走査型露光装置において、投影光学系（１４、２４）は、走査方向に沿って複数配置されていることを特徴とする走査型露光装置である。また、本発明は、上記の走査型露光装置において、基板（２）を載置して移動する基板ステージ（６）と、基板（２）の走査方向の長さをＬとし、投影光学系（１４、２４）の数をＮ（Ｎは２以上の整数）としたときに、基板ステージ（６）を走査方向に沿ってほぼＬ／Ｎ移動させる制御装置（９）とを備えたことを特徴とする走査型露光装置である。
【０００５】
また、本発明は、上記の走査型露光装置において、制御装置（９）は、基板ステージ（６）を走査方向とほぼ直交する非走査方向に移動させることを特徴とする走査型露光装置である。また、本発明は、上記の走査型露光装置において、複数の投影光学系（１４、２４）は、正立正像系であることを特徴とする走査型露光装置である。
【０００６】
また、本発明は、同一のマスク（１）上にパターン（１ａ、１ｂ）が走査方向に沿って復数個形成され、露光光学系（１０、２０）が走査方向に沿ってパターン（１ａ、１ｂ）の個数と同数組配置されたことを特徴とする走査型露光装置である。また、本発明は、マスク（１）が走査方向に沿って復数個配置され、露光光学系（１０、２０）が走査方向に沿ってマスク（１）の個数と同数組配置されたことを特徴とする走査型露光装置である。
【０００７】
また、本発明は、パターンを有したマスク（１）と基板（２）とを所定の走査方向へ同期移動して、パターンを基板に露光する走査露光方法において、走査方向に沿って複数の投影光学系（１４、２４）を配置するステップと、マスク（１）と基板（２）とを走査方向に同期移動するステップとを含むことを特徴とする走査露光方法である。また、本発明は、上記の走査露光方法において、マスク（１）と基板（２）とを走査方向とほぼ直交する非走査方向に移動するステップを含むことを特徴とする走査露光方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例に係る露光装置について説明する。本実施例に係る露光装置の概略断面図を図１に示す。本実施例の露光装置では、第１照明光学系１３と第１投影光学系１４からなる第１露光光学系１０と、第２照明光学系２３と第２投影光学系２４からなる第２露光光学系２０とがｙ方向に縦列に配置されている。また第１、第２照明光学系１３、２３と第１、第２投影光学系１４、２４との間にはマスクステージ５が配置され、マスクステージ５上にはマスク１が載置されている。このマスクステージ５は、マスクステージ駆動系７により図１のｘ方向とｙ方向とに移動する（詳細後述）。なお、不図示ではあるが、マスクステージ５の位置はレーザ干渉計により測定され制御装置９に出力されている。マスク１上には第１露光光学系１０と第２露光光学系２０とが配置された方向（ｙ方向）に沿って第１回路パターン１ａと第２回路パターン１ｂとが縦列に形成されている。なお本実施例の露光装置では、第１投影光学系１４と第２投影光学系２４とは等倍正立正像系のダイソン型光学系で構成されており、六角形の露光領域（図２、３参照）を有している。
【０００９】
第１露光光学系１０及び第２露光光学系２０において、第１及び第２光源１２、２２からｉ線、エキシマレーザ等の光束１１、２１が第１照明光学系１３及び第２照明光学系２３に入射し、それぞれマスク１上の第１回路パターン１ａ及び第２回路パターン１ｂの一部を照明する。そして第１回路パターン１ａ及び第２回路パターン１ｂの一部を透過したそれぞれの光束１１、２１は、第１投影光学系１４及び第２投影光学系２４によって被露光基板ステージ６上に載置された被露光基板２上を露光する。被露光基板ステージ６は、被露光基板ステージ駆動系８により図１のｘ方向とｙ方向とに移動する（詳細後述）。なお、不図示ではあるが、被露光基板ステージ６の位置はレーザ干渉計により測定され制御装置９に出力される。
なお、本実施例では両露光光学系１０、２０にそれぞれ光源１２、２２を持つ構成としているが、両露光光学系１０、２０に共通の１つの光源だけを持つ構成としてもよい。この場合には、第１露光光学系１０と第２露光光学系２０との照明光の強度を等しくすることができる。
【００１０】
制御装置９は、露光装置全体を制御するものであり、本実施例では特にマスクステージ駆動系７と被露光基板ステージ駆動系８とを介して、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とを同期して図１のｙ方向に走査し、マスク１上のパターン１ａ、１ｂの像を被露光基板２上に露光している。
また第１露光光学系１０と第２露光光学系２０、及び第１回路パターン１ａと第２回路パターン１ｂとを走査方向に沿ってそれぞれ縦列に配置しているので、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とを第１回路パターン１ａと第２回路パターン１ｂとの走査方向の長さ（両パターン１ａ、１ｂで異なるときには、いずれか長尺の方の長さ）だけ走査することで、第１露光光学系１０によって第１回路パターン１ａの像が被露光基板２上の走査方向に形成され、これと同時に、第２露光光学系２０によって、第２回路パターン１ｂの像が被露光基板２上の走査方向に形成される。
【００１１】
制御装置９は、前述の様に、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とは走査方向（±ｙ方向）だけでなく、走査方向と直交する走査直交方向（±ｘ方向）に移動させ、第１回路パターン１ａと第２回路パターン１ｂの全体の像を露光する。例えば、回路パターン１ａの像２ａは次のように露光される。なお、マスク１と被露光基板２とは、不図示のアライメント装置により予めアライメントされているものとする。図２（ａ）において、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とは走査開始点Ａ１から走査を開始し、＋ｙ方向への往路で被露光基板２を露光し、折り返し点Ａ２においてマスクステージ５と被露光基板ステージ６とを有効露光幅だけ走査直交方向（＋ｘ方向）に移動し（点Ａ３）、−ｙ方向への復路で被露光基板２を露光し（点Ａ４）、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とを有効露光幅だけ走査直交方向（＋ｘ方向）に移動する（点Ａ５）。かかる走査露光工程と移動工程とを走査終了点Ａ８に至るまで順次繰り返して、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とを回路パターンの走査直交方向の長さだけ移動する。これを被露光基板２上に形成されたパターン像２ａに基準をおくと、図２（ｂ）に示したように、露光光学系１０が相対的に走査開始点Ａ１から走査終了点Ａ８までの被露光基板２上を順次往復走査し、回路パターン１ａの像２ａを一部重複露光して被露光基板２上に画面合成したパターンを露光する。回路パターン１ｂの像２ｂについても同様である。
【００１２】
ここで有効露光幅とは、マスクステージ５と被露光基板ステージ６が停止した状態で露光光学系が被露光基板２を露光する領域を露光領域と定義して、露光領域のうちで、走査露光によって画面合成した結果、露光に必要な光量が照射され有効に露光が行われる領域の幅をいう。図３に示したように、例えば露光光学系１０の露光領域１５は、走査方向の長さが一定で１回の片道走査によって十分な光量を露光する全光量領域１５ｂと、全光量領域１５ｂの上下両側にあって、走査方向の長さが漸減し、往復走査を行うことで互いに領域が重なり合い十分な光量を露光する漸減領域１５ａ、１５ｃとならなる。全光量領域１５ｂの走査方向の長さをｗとし、走査直交方向の幅をｄとし、漸減領域の走査直交方向の幅をｅとしたとき、露光領域の面積をＳとして、有効露光幅はＳ／ｗである。すなわち、

したがって、露光領域の有効露光幅は、ｄ＋ｅとなる。
【００１３】
図３では被露光基板２が固定されているとし、相対的に露光光学系１０が走査されると考えると、例えば、往路（−ｙ方向）では往路全光量領域１５ｂは十分な光量が露光されるが、両側の往路漸減領域１５ａ、１５ｃでは十分な光量が露光されない。次の復路（＋ｙ方向）では、復路上側漸減領域１５ａ′が往路下側漸減領域１５ｃと重なって露光されて十分な光量が露光される。したがって、往路露光領域１５では往復走査によって全光量領域１５ｂと下側漸減領域１５ｃにおいて十分な光量が露光される。すなわち、露光領域の有効露光幅は全光量領域の幅ｄと片側漸減領域の幅ｅとの合計ｄ＋ｅである。
【００１４】
このように本実施例の露光装置では、被露光基板ステージ６の走査直交方向へのストロークは従来と同じではあるが、被露光基板ステージ６の走査長は第１回路パターン１ａと第２回路パターン１ｂとの走査方向の長さ（両パターン１ａ、１ｂで異なるときには、いずれか長尺の方の長さ）だけであるので、走査方向へのストロークを大幅に減少させることが可能となった。特に、第１回路パターン１ａと第２回路パターン１ｂとを同じ長さとした場合には、走査方向へのストロークを半減させることが可能となる。
【００１５】
つぎに第２の実施例に係る露光装置について説明する。本実施例の露光装置では、図４（ａ）に示したように、走査方向だけでなく、走査方向と直交する走査直交方向（ｘ方向）にもそれぞれ３つの露光光学系３１〜３３、４１〜４３が並列して配置されている。またそれぞれ第１及び第２回路パターン像３ａ、４ａが形成された第１マスク３及び第２マスク４の２枚を用い、走査方向に沿って第１マスク３及び第２マスク４をマスクステージ５上に載置している
本実施例の露光装置では、例えば、回路パターン３ａの像２ａは次のように露光される。すなわち、マスクステージ５と被露光基板ステージ６とは走査開始点Ａ１から走査を開始し、＋ｙ方向への往路で露光し、折り返し点Ａ２においてマスクステージ５と被露光基板ステージ６とを有効露光幅だけ走査直交方向（＋ｘ方向）に移動し（Ａ３点）、−ｙ方向の復路で露光して走査終了点Ａ４に至る１回の往復走査が行われる。これを被露光基板２上に形成されたパターン像を基準に見ると、図４（ｂ）示したように、露光光学系３１が相対的に走査開始点Ａ１から走査終了点Ａ４まで被露光基板２上を往復走査する。これと同時に、露光光学系３２、３３も相対的に被露光基板２上を往復走査し、回路パターン３ａの像２ａを被露光基板２上に画面合成することとなる。回路パターン４ａの像２ｂも同様である。
【００１６】
本実施例の露光光学系３１〜３３、４１〜４３は、漸減領域が互いに重なるように配置されている。そのために、図５に示したように、互いに隣接する２つの露光光学系３４、３５では、それぞれの光軸３４ｄ、３５ｄの間の距離ＬはＬ＝２（ｄ＋ｅ）、すなわち有効露光幅（＝ｄ＋ｅ）の２倍となるように配置されている。また折り返し点Ａ２、Ｂ２でのマスクステージ５と被露光基板ステージ６の走査直交方向への移動量ＭはＭ＝ｄ＋ｅであり、第１の実施例の場合と同様に有効露光幅と同じ距離だけ移動させる。なお、本実施例では、露光光学系３１〜３３、４１〜４３を走査直交方向にそれぞれ３個配置したが、走査直交方向に配置する露光光学系３１〜３３、４１〜４３の数は、マスクサイズ、被露光基板サイズ等によって適宜決定される。
【００１７】
本実施例の露光装置では、被露光基板ステージ６及びマスクステージ５の走査方向へのストロークを半減させることが可能であるだけでなく、走査直交方向へのストロークは有効露光幅と同じ距離だけでよく、走査直交方向へのストロークも大幅に減少させることができる。
【００１８】
なお、第２の実施例では隣接する露光光学系３１〜３３、４１〜４３の光軸間の距離が有効露光幅の２倍となるように走査直交方向に複数配置したが、第３の実施例として、露光光学系を走査直交方向にそれぞれ有効露光幅の２Ｎ（Ｎは整数）倍だけ離して複数配置し、マスク１と被露光基板２とをＮ回往復走査し、マスク１上のパターンの像を被露光基板２上に画面合成するように構成することも可能である。
本実施例の露光装置でも、マスクステージ５と被露光基板ステージ６との走査方向へのストロークを半減させることが可能であるだけでなく、走査直交方向へのストロークは有効露光幅のＮ倍の距離だけでよく、走査直交方向へのストロークも大幅に減少させることが可能となる。
【００１９】
なお、第２及び第３の実施例では２枚のマスクを用いた場合を示したが、３枚以上のマスクを用いる場合でも同様に適用することが可能である。
また、第４の実施例として、第２及び第３の実施例と同様の構成を用い、図６に示したように、２デバイス分の回路パターン３ａ、３ｂが走査方向に沿って配置された１枚のマスク３を用いて露光することも可能である。さらに、２以上の複数のデバイス分の回路パターンを走査方向に沿って配置されたマスクを用いることも可能である。
上述の様に、被露光基板ステージ６の移動ストロークを減少することができるので、不図示のレーザ干渉計から照射されるレーザビームを反射する移動鏡の長さを短くすることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、走査方向に複数の露光光学系を縦列に配置したことで基板の移動ストロークを延長することなく露光装置を構成できるので、基板の大型化に対応して基板ステージを大型化しても、装置は必要最小限の設置面積及び重量で構成できる。
さらに複数の露光光学系を走査直交方向に並列して配置することによって、被露光基板ステージの走査直交方向への移動ストロークも延長することなく露光装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係る露光装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）第１の実施例を説明する図、及び（ｂ）第１の実施例のマスク及び被露光基板の走査方向を示す図である。
【図３】第１の実施例の露光光学系の有効露光幅を説明する図である。
【図４】（ａ）第２の実施例を説明する図、及び（ｂ）第２の実施例のマスク及び被露光基板の走査方向を示す図である。
【図５】第２の実施例の露光光学系の配置を説明する図である。
【図６】第４の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１、３、４…マスク２…被露光基板
１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ…回路パターン
５…マスクステージ６…被露光基板ステージ
７…マスクステージ駆動系８…被露光基板ステージ駆動系
９…制御装置
１０、２０、３１〜３３、４１〜４３…露光光学系
１１、２１…光束１２、１３…光源
１３…第１照明光学系１４…第１投影光学系
１５、１５′…露光領域１５ｂ、１５ｂ′…全光量領域
１５ａ、１５ａ′、１５ｃ…漸減領域
２３…第２照明光学系２４…第２投影光学系

Claims

パターンを有したマスクが載置されるマスクステージと基板が載置される基板ステージとを所定の走査方向へ同期移動して、前記パターンの像を複数の投影光学系により前記基板に露光する走査型露光装置において、
前記複数の投影光学系は、前記走査方向に縦列に配置された第１投影光学系および第２投影光学系を含み、前記第１投影光学系は、前記パターンのうちの第１パターンの像を前記基板に露光し、前記第２投影光学系は、前記パターンのうち前記第１パターンに対して前記走査方向に縦列に設けられた第２パターンの像を前記基板に露光することを特徴とする走査型露光装置。
前記第２パターンは、前記第１パターンに対して前記走査方向に離れて設けられたことを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置。
前記走査方向と直交する走査直交方向における前記第１投影光学系の露光領域の幅および前記第２投影光学系の露光領域の幅は、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の走査型露光装置。
前記基板の前記走査方向の長さをＬとし、前記複数の投影光学系の数をＮ（Ｎは２以上の整数）としたときに、前記基板ステージを前記走査方向に沿ってほぼＬ／Ｎ移動させる制御装置を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
前記走査方向における前記第１パターンの長さおよび前記第２パターンの長さは、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
前記複数の投影光学系は、前記第１投影光学系および前記第２投影光学系に対し、前記走査方向と直交する走査直交方向にそれぞれ並列配置された第３投影光学系および第４投影光学系を含み、前記第３投影光学系は、前記第１パターンの像を前記基板に露光し、前記第４投影光学系は、前記第２パターンの像を前記基板に露光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
前記複数の投影光学系のうち前記走査直交方向に隣り合う各投影光学系の光軸の間隔は、該隣り合う各投影光学系の露光領域の前記走査直交方向における有効露光幅の偶数倍に設定されることを特徴とする請求項６に記載の走査型露光装置。
前記第１パターンおよび前記第２パターンは、同一の前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
前記第１パターンおよび前記第２パターンは、異なる前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
パターンを有したマスクが載置されるマスクステージと基板が載置される基板ステージとを所定の走査方向へ同期して移動させ、前記パターンの像を投影光学系により前記基板に露光する走査型露光装置において、
前記マスクは、前記走査方向に沿って複数個載置され、前記投影光学系は、前記走査方向に縦列に前記マスクの個数と同数組配置されることを特徴とする走査型露光装置。
前記基板は、液晶ディスプレイ用基板であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
パターンを有したマスクが載置されるマスクステージと基板が載置される基板ステージとを所定の走査方向へ同期して移動させ、前記パターンの像を複数の投影光学系により前記基板に露光する走査露光方法において、
前記複数の投影光学系のうちの第１投影光学系によって、前記パターンのうちの第１パターンの像を前記基板に露光するとともに、前記複数の投影光学系のうち前記第１投影光学系に対して前記走査方向に縦列に配置された第２投影光学系によって、前記パターンのうち前記第１パターンに対して前記走査方向に縦列に設けられた第２パターンの像を前記基板に露光する露光ステップを含むことを特徴とする走査露光方法。
前記第２パターンは、前記第１パターンに対して前記走査方向に離れて設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の走査型露光装置。
前記走査方向と直交する走査直交方向における前記第１投影光学系の露光領域の幅および前記第２投影光学系の露光領域の幅は、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１２または１３に記載の走査型露光装置。
前記露光ステップは、前記基板の前記走査方向の長さをＬとし、前記複数の投影光学系の数をＮ（Ｎは２以上の整数）としたときに、前記基板ステージを前記走査方向に沿ってほぼＬ／Ｎ移動させる走査ステップを含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の走査露光方法。
前記走査方向と直交する走査直交方向へ前記基板を、前記複数の投影光学系の各露光領域の前記走査直交方向における有効露光幅だけ移動させる移動ステップを含むことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の走査露光方法。
前記基板は、液晶ディスプレイ用基板であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の走査露光方法。