JP4224805B2 - 投影露光光学系および投影露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プリント基板や液晶ディスプレイパネルの製造工程においてフォトリソグラフィの手法でパターンを露光、描画する際に利用される投影露光装置、および、これに含まれる投影露光光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の用途には、物体側のマスクに形成されたパターンを複数の投影露光光学系を用いてほぼ等倍でマスクとほぼ平行な被投影面上に投影し、マスクと被投影面とを投影露光光学系に対して移動させることによりパターンの像を被投影面上に形成する走査型の投影露光装置が用いられている。それぞれの投影露光光学系が走査により帯状の領域を露光することができ、複数の投影露光光学系により形成される複数の帯状の領域を切れ目なく繋ぐことにより、広い領域にパターンを形成することができる。
【０００３】
パターンを等倍で投影するためには、一定の物像間距離が必要であるが、単一の直線状の光軸に沿って光学系の各レンズを配置すると、マスク面、被投影面に対して垂直な方向における光学系のサイズが大きく、この光学系を用いる装置のサイズも大きくなる。そこで、例えば特開平７−３２６５５７号公報には、結像レンズの光軸をマスク面、被投影面に対して平行になるように設定し、結像レンズの光軸上で一方側に直角プリズム、他方側に平面ミラーを配置し、マスクからの光束を直角プリズムの一面で反射させて結像レンズに入射させ、結像レンズを透過した光束を平面ミラーにより反射させて再び結像レンズに入射させ、結像レンズを往復した光束を直角プリズムの他方の面で反射させて被投影面に導く投影露光光学系が開示されている。このような構成によれば、上記の物像間距離を保ちつつ、マスク面、被投影面に対して垂直な方向における光学系のサイズを小さくすることができる。
【０００４】
なお、投影露光装置では、被投影面に配置される基板の温度変化による伸縮や、他工程における倍率誤差を補正するため、投影倍率を変更しなければならない場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報に記載された投影露光光学系は、投影光束が全てのレンズ要素を往復する構成であるため、一部のレンズを光軸方向に移動させたとしても、移動による光学特性の変化が結像レンズの物体側、像側の双方に対して等しく現れるため、投影倍率を調整するのが難しいという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、結像レンズの光軸をマスク面、被投影面に対して平行になるように設定し、ミラーを用いて結像レンズ内を往復した光束を被投影面に導く構成を採用しつつ、投影倍率を容易に調整することができる投影露光光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる投影露光光学系は、上記の目的を達成させるため、物体側のパターンをこのパターンとほぼ平行な被投影面上にほぼ等倍で投影露光する構成において、パターンおよび被投影面に対してほぼ垂直な共通の第１の光軸を持ち、光学的に正のパワーを持つ第１，第２の光学素子と、第１，第２の光学素子の中間位置で第１の光軸に対して垂直に交差する第２の光軸を持つ結像光学系と、パターンから発して第１の光学素子を透過した光束を反射させて結像光学系に入射させる第１のミラーと、結像光学系の瞳位置の近傍に配置されて結像光学系を透過した光束を反射させて再び結像光学系に入射させる第２のミラーと、結像レンズを往復した光束を反射させて第２の光学素子に入射させる第３のミラーとを備え、第１、第２の光学素子の少なくとも一方が第１の光軸方向に移動可能であり、この光学素子の移動により被投影面上に形成された像の倍率を調整可能としたことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、結像光学系とは別個に配置され、投影光束が一回しか透過しない第１，第２の光学素子の少なくとも一方を第１の光軸方向に移動させることにより、投影倍率を容易に調整することができる。
【０００９】
また、第１、第２の光学素子の少なくとも一方の第１の光軸方向への移動に伴って被投影面、あるいは物体側のパターンを第１の光軸方向へ移動させれば、倍率の調整によってずれた像のピントを合わせることができる。さらに、第１、第２の光学素子の少なくとも一方を第１の光軸に直交し、第２の光軸と平行な方向に移動可能とすれば、第１、第２の光学素子の少なくとも一方の第１の光軸方向への移動に伴う像の歪みを補正することができる。第１、第２の光学素子の少なくとも一方を第１、第2の光軸の双方に対して直交する方向に移動させれば、第１、第2の光軸の双方に対して直交する方向の像の位置が調整できる。あるいは、第２のミラーが１つの反射面を持つ平面ミラーである場合には、これを第1の光軸と平行な軸回りに回動させても、第１、第2の光軸の双方に対して直交する方向の像の位置が調整できる。
【００１０】
一方、第２のミラーは、ダハミラー、あるいはダハプリズムのような互いに直交する２つの反射面をもつミラーとすると、レンズ系の一回の結像により形成される倒立像を正立させることができる。このとき、第２のミラーを第２の光軸回りに回動可能とすれば、像の傾きを調整することができ、さらに、第２のミラーを第１、第２の光軸の双方に対して垂直な軸回りに回動可能とすれば、像の位置ズレを補正することができる。
【００１１】
第１，第２の光学素子は、光学系を物体側、像側の双方に対してテレセントリックにするためのコンデンサレンズとしての機能を持つことが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる投影露光光学系の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。
図１は実施形態の投影露光光学系の具体的な構成を示すレンズ図、図２は投影露光光学系の概略を示す斜視図、図３は投影露光光学系の光路を展開して示すレンズ図である。
【００１３】
実施形態の投影露光光学系１０は、照明光学系１から発してマスク２を透過した光をマスク２とほぼ平行な被投影面であるプレート３に投影し、マスク２に形成されたパターンをほぼ等倍でプレート３に投影露光する。マスク２は、所定の回路パターンが形成された透過型の基板であり、プレート３は、フォトレジスト等の感光材料が塗布された基板である。投影露光光学系１０を介してマスク２に形成されたパターンをプレート３に投影露光することにより、プレート３上の感光材料を感光させてパターンを転写することができる。
【００１４】
投影露光光学系１０は、図１に示すように、マスク２およびプレート３に対してほぼ垂直な共通の第１の光軸Ａｘ1を持ち、光学的なパワーを持つ第１，第２の光学素子として、それぞれ正のパワーを持つ第１，第２のコンデンサレンズ１１、１５を備えている。第１，第２のコンデンサレンズ１１、１５は、投影露光光学系１０を物体(マスク)側、像(プレート)側の双方に対してテレセントリックにするためのパワーを有する。また、投影露光光学系１０は、第１，第２のコンデンサレンズの中間位置で第１の光軸Ax1に対して垂直に交差する第２の光軸Ax2を持つ結像レンズ１３と、マスク２から発して第１のコンデンサレンズ１１を透過した光束を反射させて結像レンズ１３に入射させる第１のミラー１２ａと、結像レンズ１３の瞳位置の近傍に配置されて結像レンズ１３を透過した光束を反射させて再び結像レンズ１３に入射させる第２のミラー１４と、結像レンズ１３を往復した光束を反射させて第２のコンデンサレンズ１５に入射させる第３のミラー１２ｂとを備える。
【００１５】
ここで、図中にＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標を定義する。Ｘ軸は、第１の光軸Ax1に対して平行、Ｚ軸は、第２の光軸Ax2に対して平行、Ｙ軸は、２つの光軸の双方に対して垂直である。
【００１６】
マスク２側に配置された第１のコンデンサレンズ１１は、マスク２に平面を向けて配置された平凸レンズであり、投影されるパターンＰ(図２参照)より大きな直径を有する。プレート３側に配置された第２のコンデンサレンズ１５は、第１のコンデンサレンズ１１と同一設計の平凸レンズであり、プレート３に平面を向けて配置されている。この例では、図中矢印で示したように、第２のコンデンサレンズ１５が第1の光軸Ａｘ1に沿って移動可能であり、かつ、プレート３が同様に光軸Ａｘ1に沿って移動可能である。なお、第２のコンデンサレンズ１５とプレート３との間には、投影露光される領域を限定する視野絞りＳが配置されている。
【００１７】
第１，第３のミラー１２ａ，１２ｂは、両コンデンサレンズの間に配置された直角プリズム１２の互いに直交する２つの面にアルミ等の反射コーティングを施すことにより、単一の部品として構成されている。直角プリズム１２は、第１，第３ミラー１２ａ，１２ｂの境界となる直角プリズム１２の稜線が、Ｙ軸に対して平行となり、かつ、第１の光軸Ax1と第２の光軸Ax2との交点を通るように配置されている。
【００１８】
結像レンズ１３は、直角プリズム１２側から順に、両凹の第１レンズ１３ａ、正メニスカスの第２レンズ１３ｂ、両凸の第３レンズ１３ｃ、正メニスカスの第４レンズ１３ｄ、正負貼り合わせの第５レンズ１３ｅとが配列して構成されている。
【００１９】
第２のミラー１４は、図２に示したように、互いに直交して向かい合う２つの反射面を有する、いわゆるダハミラーであり、２つの反射面の境界線となる稜線が基準状態で第１の光軸Ax1と平行になるように配置されている。
【００２０】
露光時には、照明光学系１を点灯させることにより、マスク２上の所定の領域Ｐ内のパターンが、投影露光光学系１０を介して等倍でプレート３上の領域Ｐ'内に形成される。複数の投影露光光学系を並べてマスク２上の連続した領域のパターンを分割して同時に投影するためには、各投影露光光学系が正立像を形成する必要がある。但し、コンデンサレンズと結像レンズとによる結像では倒立像が形成されるため、第２のミラー１４としてダハミラーを用いている。これにより、マスク２上のパターンを正立像としてプレート３上に形成することができる。照明光学系１を点灯させた状態で、マスク２とプレート３とを同時に等速度でＺ軸方向に走査させることにより、領域Ｐ'の幅で帯状の領域にマスクのパターンを投影露光することができる。
【００２１】
プレート３の温度変化による伸縮や、他工程における倍率誤差を補正するには、第２のコンデンサレンズ１５を第1の光軸Ａｘ1方向に移動させることにより、投影倍率を変化させ、像のサイズを調整する。また、このとき、プレート３を第1の光軸Ａｘ1方向に移動させることにより、倍率調整によってずれた像のピントを合わせることができる。倍率調整の具体例を図３〜図６にしたがって説明する。
【００２２】
図３は、投影露光光学系１０の倍率調整前後の配置を光路を展開して示したレンズ図、図４はその拡大図である。第２の投影レンズ１５、プレート３は、等倍での投影時には図中に破線で示した位置に配置されている。第2のコンデンサレンズ１５よりプレート３側の光路は、倍率調整の前後で変化する。等倍時の光線は破線で示されている。投影倍率を調整して像のサイズを小さくするには、第２のコンデンサレンズ１５を第1の光軸Ａｘ1に沿って実線の位置まで移動させる。第２のコンデンサレンズ１５を移動させると、光線は実線で示すように進む。これにより、像の形成される範囲は狭くなる。ただし、単に第2のコンデンサレンズ１５を移動させるのみでは、像の形成位置が第1の光軸Ａｘ1の方向にずれるため、プレート３に形成される像のピントがずれることになる。そこで、プレート３を破線に示す等倍時の位置から実線で示す位置まで移動させる。これにより、像のピントを合わせることができる。
【００２３】
なお、第2のコンデンサレンズ１５のパワーが大きい場合、あるいは、倍率調整のための移動量が大きい場合、像が湾曲する可能性がある。この湾曲と、その補正方法について、図５、図６を参照して説明する。図５及び図６は、図２と同様に投影露光光学系１０の全体構成を示す斜視図である。ただし、ここでは説明を簡単にするため、マスク２上の直線パターンＬがプレート３上に投影される場合について説明する。
【００２４】
図５に示すように、等倍時には破線の位置に配置されていた第２のコンデンサレンズ１５を、倍率調整、この例では像のサイズを拡大するため、第1の光軸Ａｘ1に沿ってプレート３側に移動させる。等倍時には、マスク２上の直線パターンＬは、プレート３上では破線で示す直線状の像Ｌ'として形成される。ここで、第２のコンデンサレンズ１５を図中の矢印で示すように移動させると、像Ｌ1'は実線で示すように湾曲する場合がある。このように像が湾曲すると、マスク２上のパターンをプレート３上に正確に投影することができず、投影性能を劣化させる。
【００２５】
そこで、倍率調整により像が湾曲する場合には、図６に示すように、第２のコンデンサレンズ１５を第１の光軸Ａｘ1に直交し、第２の光軸Ａｘ2と平行な方向、すなわちＺ方向に移動させる。図６では、倍率調整後、湾曲補正前のレンズ位置、光線、像を破線で示し、湾曲補正のためにＺ方向に移動された第２のコンデンサレンズ１５の位置を実線で示すと共に、補正後の像Ｌ2'を実線で示している。第２のコンデンサレンズ１５をＺ方向に移動させると、大きく湾曲していた像Ｌ1'の湾曲が低減され、より直線に近い像Ｌ2'を形成することができる。
【００２６】
次に、上記の倍率調整と同時に、あるいは、倍率調整とは独立して、像のＹ方向の位置、Ｙ−Ｚ面内での傾き、Ｚ方向の位置を調整するための方法を図７〜図９に基づいて説明する。
像のＹ方向の位置は、図７に拡大して示すように、第２のコンデンサレンズ１５をＹ方向に平行移動させることにより、調整することができる。調整前、第２のコンデンサレンズ１５が破線で示した位置に配置されている場合、光線は破線で示すように進み、プレート３上で範囲Ｒ1内に像が形成される。位置調整のために第２のコンデンサレンズ１５を実線で示した位置に移動させると、光路は実線で示すように変化し、プレート３上では範囲Ｒ2内に像が形成される。すなわち、第２のコンデンサレンズ１５をＹ方向に平行移動させることにより、像の形成範囲もＹ方向に沿ってＲ1からＲ2へと変化する。
【００２７】
像のＹ−Ｚ面内での傾きは、図８に示すように、第２のミラー１４を第２の光軸Ａｘ2回りに回動させることにより調整することができる。調整前、第２のミラー１４が破線で示した位置に配置されている場合、光線は破線で示すように進み、マスク２上の直線パターンＬは、プレート３上では破線で示す直線状の像Ｌ'として形成される。傾き調整のために第２のミラー１４を第２の光軸Ａｘ2回りに回動させて実線で示した位置に変位させると、光路は実線で示すように変化し、プレート３上では像Ｌ3'は実線で示すように調整前の像Ｌ'に対して傾斜する。
【００２８】
像のＺ方向の位置は、図９に示すように、第２のミラー１４を第１、第２の光軸Ａｘ1、Ａｘ2の双方に対して垂直な軸、すなわち、Ｙ方向の軸回りに回動させることにより、調整することができる。調整前、第２のミラー１４が破線で示した位置に配置されている場合、光線は破線で示すように進み、マスク２上の直線パターンＬは、プレート３上では破線で示す直線状の像Ｌ'として形成される。位置調整のために第２のミラー１４をＹ方向の軸Ｙ1回りに回動させて実線で示した位置に変位させると、光路は実線で示すように変化し、プレート３上では像Ｌ4'は実線で示すように調整前の像Ｌ'に対してＺ方向に移動する。
【００２９】
図１０は、上記の投影露光光学系１０を２系統組み合わせて構成される走査型の投影露光装置の概略を示す斜視図である。結像レンズ１３は、その光軸が互いに平行になるように隣接してＹ方向に一列に配列しており、一方の投影露光光学系に含まれるコンデンサレンズ１１，１５、直角プリズム１２、第２ミラー１４は、他方の投影露光光学系に含まれる該当部材に対して結像レンズ１３を挟んで反対側に配置されている。
【００３０】
図１１は、第２のミラーとして、上述のダハミラー１４に代えて、１つの反射面を持つ平面ミラーを用いた投影露光光学系の実施形態を示す斜視図である。ダハミラー１４を用いる場合には、第1のコンデンサレンズ１１から結像レンズ１３を介して第2のコンデンサレンズ１５に至るレンズ系と組み合わせて一回の結像で正立像を形成することができる。
【００３１】
これに対して第2のミラーとして平面ミラー１６を用いる場合には、一回の結像では倒立像が形成される。そこで、ここでは第1のコンデンサレンズ１１から結像レンズ１３を介して第2のコンデンサレンズ１５に至るレンズ系を備える第1の光学系１０と、同様に第1のコンデンサレンズ１１'から結像レンズ１３'を介して第2のコンデンサレンズ１５'に至る第2の光学系１０'とを直列に配置することにより、２回の結像で正立像を形成する。それぞれの光学系に第２のミラーとして平面ミラー１６、１６'が設けられており、第２の光学系１０'に含まれる第２のミラー１６'が、第1の光軸Ａｘ1と平行な軸回りに回動可能とされている。平面ミラー１６'を回転調整することにより、第１、第2の光軸の双方に対して直交する方向、すなわちＹ方向の像の位置を調整することできる。
【００３２】
なお、図１１の構成においても、図１の実施形態と同様に、いずれかの光学系のコンデンサレンズを第1の光軸Ａｘ1方向に移動させることにより倍率の調整が可能であり、このとき、マスク２、あるいはプレート３を第1の光軸Ａｘ1方向に移動させることにより、ピントを合わせることが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の投影露光光学系によれば、ミラーを用いて結像レンズ内を往復した光束を被投影面に導く構成を採用しつつ、投影倍率を容易に調整することができ、被投影面に配置される基板の温度変化による伸縮や、他工程における倍率誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の投影露光光学系の具体的な構成を示すレンズ図である。
【図２】 図１に示す投影露光光学系の概略を示す斜視図である。
【図３】 図１に示す投影露光光学系の光路を展開して示すレンズ図である。
【図４】 図３に示す投影露光光学系の一部拡大図である。
【図５】 図１に示す投影露光光学系で像の倍率を調整する方法を示す斜視図である。
【図６】 図１に示す投影露光光学系で倍率調整による像の湾曲を補正する方法を示す斜視図である。
【図７】 図１に示す投影露光光学系で像のＹ方向の位置を調整する方法を示す斜視図である。
【図８】 図１に示す投影露光光学系で像の傾きを調整する方法を示す斜視図である。
【図９】 図１に示す投影露光光学系で像のＺ方向の位置を調整する方法を示す斜視図である。
【図１０】 図1の投影露光光学系を２系統組み合わせて構成される走査型の投影露光装置の概略を示す斜視図である。
【図１１】 他の実施形態の投影露光光学系の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 投影露光光学系
１１ 第1のコンデンサレンズ
１２ 直角プリズム
１２ａ 第１のミラー
１２ｂ 第３のミラー
１３ 結像レンズ
１４ 第２のミラー
１５ 第２のコンデンサレンズ

Claims (11)

1. 物体側のパターンを該パターンとほぼ平行な被投影面上にほぼ等倍で投影露光する投影露光光学系において、
   前記パターンおよび前記被投影面に対してほぼ垂直な共通の第１の光軸を持ち、光学的に正のパワーを持つ第１，第２の光学素子と、
   前記第１，第２の光学素子の中間位置で前記第１の光軸に対して垂直に交差する第２の光軸を持つ結像光学系と、
   前記パターンから発して前記第１の光学素子を透過した光束を反射させて前記結像光学系に入射させる第１のミラーと、
   前記結像光学系の瞳位置の近傍に配置されて前記結像光学系を透過した光束を反射させて再び前記結像光学系に入射させる第２のミラーと、
   前記結像レンズを往復した光束を反射させて前記第２の光学素子に入射させる第３のミラーとを備え、
   前記第１、第２の光学素子の少なくとも一方が前記第１の光軸方向に移動可能であり、該光学素子の移動により前記被投影面上に形成された像の倍率を調整可能としたことを特徴とする投影露光光学系。
2. 前記被投影面が前記第１の光軸方向に移動可能であり、前記第１、第２の光学素子の少なくとも一方の前記第１の光軸方向への移動に伴って前記被投影面を前記第１の光軸方向へ移動させることにより、像のピント合わせが可能であることを特徴とする請求項１に記載の投影露光光学系。
3. 前記物体側のパターンが前記第１の光軸方向に移動可能であり、前記第１、第２の光学素子の少なくとも一方の前記第１の光軸方向への移動に伴って前記物体側のパターンを前記第１の光軸方向へ移動させることにより、像のピント合わせが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の投影露光光学系。
4. 前記第１、第２の光学素子の少なくとも一方が前記第１の光軸に直交し、前記第２の光軸と平行な方向に移動可能であり、前記第１、第２の光学素子の少なくとも一方の前記第１の光軸方向への移動に伴う像の歪みを補正可能としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投影露光光学系。
5. 前記第１、第２の光学素子の少なくとも一方が前記第１、第２の光軸の双方に対して直交する方向に移動可能であり、前記第１、第２の光軸の双方に対して直交する方向の像の位置を調整可能としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投影露光光学系。
6. 前記第２のミラーは、１つの反射面を持つ平面ミラーであり、かつ、前記第１の光軸と平行な軸回りに回動可能であり、前記第１、第２の光軸の双方に対して直交する方向の像の位置を調整可能としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投影露光光学系。
7. 前記第２のミラーが前記第１、第２の光軸の双方に対して直交する軸回りに回動可能であり、像の、前記第２の光軸に平行な方向の位置を調整可能としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の投影露光光学系。
8. 前記第２のミラーが、互いに直交する２つの反射面をもつことを特徴とする請求項１〜５、または請求項７のいずれかに記載の投影露光光学系。
9. 前記第２のミラーが前記第２の光軸回りに回動可能であり、像の傾きを調整可能としたことを特徴とする請求項８に記載の投影露光光学系。
10. 前記第１，第２の光学素子は、光学系を物体側、像側の双方に対してテレセントリックにするためのコンデンサレンズとしての機能を持つことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の投影露光光学系。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の投影露光光学系を前記第１、第２の光軸の双方に対して直交する方向に複数並べて配置したことを特徴とする投影露光装置。

Images