JP4195915B2 - Ｐｃプロジェクターを用いた任意パターン転写装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、フォトリソグラフィ用に任意のパターンを転写することができる投影露光装置に関する。
背景技術
リソグラフィ用の投影露光装置として、マスクアライナとステッパ（縮小投影露光装置）とがある。前者は、ワイドエリアのレチクルマスクパターンを一括露光する装置であり、ラインアンドスペースで０．８μｍ以上の精度があり、液晶などのデバイス作製に不可欠の装置となっている。また、後者のステッパは、半導体プロセス専用のもので、デバイスサイズ毎にレチクルマスクパターンを縮小結像させて露光する装置となっており、ラインアンドスペースで０．１８〜０．５μｍ程度の精度がある。
しかしながら、前者のマスクアライナをデバイスの研究開発に用いようとすると、レチクルが非常に高価となり、またレチクルの納期が非常に長くなることから、試行錯誤的な実験を迅速に繰り返すことが困難となる。また、比較的安価なマニュアル操作型のマスクアライナでは、アライメント等がマニュアルとなるため操作に熟練を要し、実験結果等の再現性が操作の熟練の度合いに左右されることになる。
一方、後者のステッパについても、レチクルの作製について上記と同様の問題があるばかりでなく、装置が高価であること、装置の設備環境が非常にシビアであること、フルオートであり半導体プロセス以外の目的に使用することが困難であること等から、研究開発目的での使用は現実的でない。
そこで、本発明は、簡易に任意のパターンを転写することができ、しかも、小型で、安価で、操作が簡単な研究開発用の投影露光装置を提供することを目的とする。
発明の開示
上記課題を解決するため、本発明の投影露光装置は、反射型若しくは透過型の表示部を有し、この表示部に露光すべき所定の画像を表示させる表示装置と、露光の対象となる基板を支持するステージと、表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板の表面に投影するテレセントリックタイプの投影レンズとを備える。
上記投影露光装置では、投影レンズが表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板の表面に投影するので、任意の画像を基板上に簡易に転写することができる。すなわち、表示装置は、例えば液晶表示装置等で構成することができ、電気的な入力信号に応じて上記所定の画像の表示を簡易に変更することができ、しかも安価なものが市販されているので、高価で長納期のレチクルを使用する場合に比較して、研究開発段階での設計や仕様の変更が簡易となる。さらに、投影レンズとしてテレセントリックタイプのものを用いているので、光軸方向にわずかなアライメント誤差等があっても基板上の転写像の結像倍率等に与える影響が少なくなり、再現性の高いパターン転写が可能になる。
上記装置の好ましい態様では、投影レンズが、この投影レンズの倍率を変化させるズーム光学系を有し、当該ズーム光学系は、インナー駆動方式の変倍機構を有する。
この場合、投影レンズが縮小倍率を変化させるズーム光学系を有し、当該ズーム光学系は、インナー駆動方式の変倍機構を有するので、表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板に適宜任意の倍率で投影することができるだけでなく、変倍に際してワーキングディスタンスが変わることがないので作業性を高めることができる。
上記装置の好ましい態様では、投影レンズに設けた開口絞りの大きさを調節する絞り調節機構をさらに備える。
この場合、開口絞りの大きさを調節する絞り調節機構をさらに備えるので、表示部上に表示された所定の画像がドットマトリックスを連結した階段状の輪郭を有する場合であっても、絞り調節機構の調整次第で解像度を変更することができ、基板上に投影された投影像の輪郭を比較的滑らかなものとできる。
上記装置の好ましい態様では、表示装置に所定の画像に対応する画像データを供給して表示部に設けたドットマトリックスタイプの画素の表示状態を画像データに対応する表示状態に切り替えさせる制御コンピュータをさらに備える。
この場合、制御コンピュータを利用して表示装置に供給する画像データを簡易かつ迅速に修正・変更することができ、投影露光装置の操作性が高まる。
上記装置の好ましい態様では、表示装置は、例えば液晶表示装置等で構成することが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の一実施形態に係るの投影露光装置の構造を概略的に説明する図である。
この投影露光装置は、露光の対象となる基板Ｗを支持するステージ１０と、基板Ｗに露光すべき転写用パターンを液晶表示部である液晶パネル２１に表示させる液晶表示装置２０と、液晶パネル２１上に表示された転写用パターンをステージ１０上の基板Ｗの表面に投影するテレセントリックタイプの投影レンズ装置３０と、投影露光装置の全体的な動作を統括制御するコンピュータ４０とを備える。
ステージ１０は、基板ＷをＸ−Ｙ面内で移動させることができるとともにＺ軸の方向に移動させることができる。さらに、ステージ１０は、Ｘ軸やＹ軸の回りに回転可能となっており、基板Ｗのチルト角を調整できるようになっている。ステージ１０上の基板ＷのＸ、Ｙ面内での位置やＺ軸方向の位置、さらに基板Ｗのチルト角は、アライメントユニット５０から出力される計測結果に基づいて、コンピュータ４０によって制御されている。
なお、アライメントユニット５０は、ステージ１０上のマークを読み取ったり、基板Ｗ上に検査光を照射等することによって、光学的にステージ１０等の位置や傾きを検出することができる。このようなアライメントユニット５０を用いることで、基板Ｗの投影レンズ装置３０に対する自動的なアライメントが可能になり、フルオートで動作する投影露光装置とすることができる。
液晶表示装置２０は、市販の液晶プロジェクタを利用したものであり、ドットマトリックス状の画素からなり任意の転写用パターンを表示する透過照明型の液晶パネル２１と、液晶パネル２１を駆動して各画素のオン・オフ表示を切り替える駆動回路２２と、液晶パネル２１を裏面から照明する露光光源装置２３とを備える。ここで、液晶パネル２１は、転写用パターンを表示するマスクとしての役割を有する。
投影レンズ装置３０は、液晶表示装置２０の液晶パネル２１に表示された転写用パターンを一旦結像して中間像を形成する第１結像系３１と、第１結像系３１によって形成された中間像を基板Ｗ上に任意の倍率で投影する第２結像系３２と、基板Ｗの像を観察するための観察光学系３４とを備える。ここで、第２結像系３２は、投影レンズ装置３０の倍率を例えば３段階で変化させるテレセントリックタイプのズーム光学系であり、対物レンズ３２ａにインナー駆動方式の変倍機構や開口絞り調節機構を組み込んだ構造となっている。なお、レンズ制御ユニット５２は、コンピュータ４０からの指示に基づいて対物レンズ３２ａに設けた変倍機構を駆動し、投影レンズ装置３０の投影倍率を調節する。また、第１結像系３１と第２結像系３２との間であって、第１結像系３１によって液晶パネル２１の中間像が形成される位置には、電磁式のシャッタ３７が配置されている。このシャッタ３７は、シャッタ駆動機構３８によって駆動されて露光時のみ開状態となる。さらに、観察光学系３４には、ファイバ３５を介して照明光源装置３６が接続されている。
制御用のコンピュータ４０は、市販の液晶プロジェクタに付属しているパーソナルコンピュータを流用したもので、液晶表示装置２０の動作を制御してマスクである液晶パネル２１に所望の転写用パターンを表示させることができる。この際、パーソナルコンピュータに組み込まれたＣＡＤや画像処理ソフトを利用すれば、簡易かつ迅速に液晶パネル２１上の転写用パターンを変更することができ、変更前後の転写用パターンに関する膨大なデータを統計的に管理することもできる。さらに、コンピュータ４０は、液晶パネル２１上の転写用パターンの表示状態に応じてレンズ制御ユニット５２の動作を制御して対物レンズ３２ａによる縮小倍率や開口数を調節することができるようになっている。
図２は、投影レンズ装置３０、液晶表示装置２０等を構成する具体的な光学要素を説明する図である。露光光源装置２３は、露光に必要な例えば紫外光を発生するランプ２３ａと、ランプ２３ａからの露光光を平行光にして液晶パネル２１に入射させる放物面鏡２３ｂとを備える。露光光によって裏面から照明された液晶パネル２１の正面からは、転写用パターンの分布に応じて透過画素からのみ露光光が出射する。液晶パネル２１の透過画素を出射した露光光は、レンズＬ１を経て平行光束にされ、反射鏡Ｍ１によって垂直方向に偏向され、レンズＬ２を経て集光される。レンズＬ２によって液晶パネル２１の中間像が形成される位置には、電磁式のシャッタ３７が配置されている。このシャッタ３７を通過した露光光は、フィールドレンズであるレンズＬ３を経て平行光束にされ、ビームスプリッタに組み込んだダイクロイックミラーＭ２で反射されて垂直方向に偏向され、対物レンズ３２ａを経て基板Ｗ上に集光される。この結果、基板Ｗ上には、液晶パネル２１上に形成された転写用パターンの縮小像等が投影される。これにより、基板Ｗ上のレジスト層を転写用パターンに応じて露光することができる。
一方、ファイバ３５を介して投影レンズ装置３０に供給された照明光は、ハーフミラーＭ３で反射され、ダイクロイックミラーＭ２を通過し、対物レンズ３２ａを経て基板Ｗを照明する。基板Ｗ上の各点で散乱された光は、対物レンズ３２ａで平行光束にされ、ダイクロイックミラーＭ２及びハーフミラーＭ３を通過し、結像レンズＬ５で集光されてＣＣＤカメラ３４ａに入射する。これにより、露光光とは異なる波長で基板Ｗを観察することができる。
ここで、レンズＬ１とレンズＬ２とからなる第１結像系３１は、両側テレセントリックの光学系であり、レンズＬ３と対物レンズ３２ａとからなる第２結像系３２も、両側テレセントリックの光学系である。さらに、対物レンズ３２ａの基板Ｗ側のレンズは固定されており、ワーキングディスタンスが常に一定に維持される。また、対物レンズ３２ａ内に設けた開口絞りＶＡは、第２結像系３２の投影倍率に応じて自動制御されており、常に光学的な明るさ（実効Ｆ値）が一定に保たれるようになっている。
具体的な設計例では、レンズＬ１の焦点距離を約１５０ｍｍとし、レンズＬ２の焦点距離を約７０ｍｍとし、レンズＬ３の焦点距離を約２００ｍｍとした。さらに、対物レンズ３２ａの焦点距離は、２ｍｍ、２０ｍｍ、１００ｍｍの３段階で変更できるようにした。対物レンズ３２ａの焦点距離が２ｍｍの場合、ＮＡ０．５で１００倍の縮小像が形成され、対物レンズ３２ａの焦点距離が２０ｍｍの場合、ＮＡ０．２６で１０倍の縮小像が形成され、対物レンズ３２ａの焦点距離が１００ｍｍの場合、ＮＡ０．０５５で２倍の縮小像が形成される。
なお、対物レンズ３２ａ内に設けた開口絞りＶＡは、解像度調節のために流用することができる。図３は、液晶パネル２１に表示される転写用パターンと、基板Ｗ上に形成される投影像との関係を説明する図である。図３（ａ）は、液晶パネル２１に表示される転写用パターンを示し、図３（ｂ）は、基板Ｗ上に形成される投影像を示す。３（ａ）に示すように、転写用パターンは、液晶パネル２１の縦又は横方向に延びる部分では滑らかな輪郭となるが、液晶パネル２１の斜め方向に延びる部分では階段状で、でこぼこの輪郭となる。このため、対物レンズ３２ａ内に設けた開口絞りＶＡの径を調節することにより、解像度を意図的に劣化させる。図３（ｂ）は、解像度を意図的に劣化させた場合に基板Ｗ上に形成される投影像を説明する図である。この場合、液晶パネル２１の斜め方向に延びる部分でも、比較的滑らかな輪郭が得られる。なお、本実施形態では、テレセントリック系である投影レンズ装置３０を用いて転写用パターンを基板Ｗ上に投影しているので、開口絞りＶＡを制御して解像度を変更しても倍率等が変化しないという利点がある。
以下、図１及び図２に示す投影露光装置の動作について説明する。まず、シャッタ３７を閉じた状態で、ステージ１０上に基板Ｗをセットする。次に、コンピュータ４０に適当な指示を入力して投影レンズ装置３０に対しステージ１０上の基板Ｗをアライメントする。次に、コンピュータ４０に保存してある画像に関するパターンデータや新たに入力したパターンデータ等を用いて液晶パネル２１に所望の転写用パターンを表示させる。次に、コンピュータ４０に保存してある倍率データや絞りデータを用いてレンズ制御ユニット５２を動作させて投影レンズ装置３０による投影倍率を必要な値に設定し、解像度を適当な値に設定する。次に、コンピュータ４０に保存してある露光時間に関するデータ基づいてシャッタ３７を適当なタイミングで露光時間だけ開放する。これにより、露光光源装置２３によって照明された液晶パネル２１の転写用パターンが投影レンズ装置３０を介して基板Ｗ上に投影されれる。基板Ｗ上に投影された投影像は、転写用パターンを所望の倍率に拡大又は縮小したものとなっており、さらに解像度を適当に劣化させて階段状のでこぼこの輪郭を滑らかにしたものとなっている。次に、基板Ｗを交換すれば、上記と同様の工程で、この基板Ｗを適宜露光することができる。この際、基板Ｗ上に投影される投影像は、コンピュータ４０に適当な指示を入力する簡単な操作だけで基板Ｗごとに変更することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態の投影露光装置は、第１実施形態の装置の変形例であるので、第１実施形態の場合と異なる部分についてのみ説明し、重複説明を省略する。
図４は、第２実施形態の投影露光装置に組み込まれる表示装置１２０の構造を概念的に説明する図である。この場合、図１に示す透過照明型の液晶パネル２１に代えて反射型のＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）からなる表示パネル１２１を用い、これに任意の転写用パターンを表示させる。
具体的に説明すると、表示パネル１２１は、露光光源装置２３を構成するランプ２３ａ及び放物面鏡２３ｂからの露光光によって表面側から照明される。表示パネル１２１は、マトリックス状に配列され角度を適宜調整可能な多数のミラーからなり、図示を省略する駆動回路によって、入射した露光光を画素単位でレンズＬ１方向に反射させたり、レンズＬ１から外れた方向に反射させたりする切り替えが可能となっている。つまり、表示パネル１２１には、レンズＬ１の方向から観察すれば、任意の転写用パターンが表示される。この結果、図１に示す基板Ｗ上には、第１実施形態の場合と同様に、表示パネル１２１に形成された転写用パターンの縮小像等が投影され、基板Ｗ上のレジスト層を転写用パターンに応じて露光することができる。
以上、実施形態に即してこの発明を説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、アライメントユニット５０は不可欠のものでなく、観察光学系３４等を利用したマニュアル操作でアライメントを行うこともできる。
また、第２結像系３２でズームの倍率比を大きくとると、諸収差が大きくなるため、第２結像系３２を倍率比を分割した別々のズームレンズで構成することもできる。
また、縮小率が大きい等、必要な解像度が得られない場合、投影レンズ装置３０を固定倍率とし、倍率の変更は、液晶パネル２１に表示させる転写用パターンによって行うこともできる。
産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、本発明の投影露光装置によれば、投影レンズが表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板の表面に投影するので、任意の画像を基板上に簡易に転写することができる。さらに、投影レンズとしてテレセントリックタイプのものを用いているので、高精度で再現性の高いパターン転写が可能になる。
本発明の投影露光装置は、簡易に任意のパターンを転写することができ、しかも、小型で、安価で、操作が簡単であり、研究開発用の投影露光装置に特に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施形態の投影露光装置の全体構造を説明する図である。
図２は、図１の装置の光学系を説明する図である。
図３（ａ）は、転写用パターンを示し、図３（ｂ）は、解像度を調節した投影像を示す。
図４は、第２実施形態の投影露光装置の要部を説明するための図である。

Claims (3)

1. 反射型、若しくは透過型の表示部を有し、当該表示部に露光すべき所定の画像を表示させる表示装置と、
   露光の対象となる基板を支持するステージと、
   前記表示部上に表示された前記所定の画像を前記ステージ上の前記基板の表面に投影するテレセントリックタイプの投影レンズと、
   前記投影レンズに設けた開口絞りの大きさを調節する絞り調節機構と、
   を備える投影露光装置。
2. 前記投影レンズは、当該投影レンズの倍率を変化させるズーム光学系を有し、当該ズーム光学系は、インナー駆動方式の変倍機構を有することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
3. 前記表示装置に前記所定の画像に対応する画像データを供給して前記表示部に設けたドットマトリックスタイプの画素の表示状態を前記画像データに対応する表示状態に切り替えさせる制御コンピュータをさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の投影露光装置。

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