JP4324989B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶基板、液晶ディスプレイ用カラーフィルタなどのような基板にマスクのパターンを焼き付けるのに用いる露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の露光装置としては、例えば図６に示すように、表面に感光剤を塗布した透光性の被露光材であるワークＷに対し平行光を照射するパターン露光用の照明光学系６と、ワークＷを保持するワークステージ７と、マスクパターンを有するマスクＭを保持するマスクステージ８とを備えたものが知られている。図示の照明光学系６は、例えば、水銀灯など紫外線照射用の光源１，その照射光を集光する凹面鏡例えば楕円ミラー２，光路反転用の平面ミラー３，平面ミラーの反射光を集光して照度を均一化するオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）４，オプチカルインテグレータの射出光路を反転させると共に平行光をつくる球面ミラー５等を組み合わせて構成されている。この露光装置でワークＷに所定のパターンを露光する場合は、そのワークステージ７にワークＷを保持し、所定のマスクパターンを有するマスクＭが保持されたマスクステージ８をその上に重ねて、露光用の照明光学系６から平行光Ｌを照射する。
【０００３】
上記照明光学系６に設置されているオプチカルインテグレータ４は、図７に示すように、光の入射面４１と射出面４２とが所定の曲率半径Ｒを有する曲面とされた角柱状のレンズ４４を、縦横に複数本ずつ積層して透過した光の照度を均一化するように構成されており、その曲率半径Ｒの違いで射出角度が異なる。一つの照明光学系６には、ある特定の曲率半径Ｒを有する１個のオプチカルインテグレータ４が配設され、その平行光Ｌの適切な露光照射範囲を規定する有効露光領域Ｌ_H も決まっている。また、上記マスクステージ８は、そのマスクＭを吸着保持する固定式のマスクホルダを有しており、マスクＭのサイズ毎に複数種のものが別途に用意されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ワークＷのサイズが異なると、使用するマスクＭのサイズおよび有効露光領域Ｌ_H もそれに応じて変更する必要がある。しかるに、従来の露光装置の場合は、一つのマスクステージ８は一つのマスクサイズにしか対応できないし、特定の有効露光領域Ｌ_H を有する照明光学系６は、当該特定有効露光領域Ｌ_H 以内の範囲の露光にしか対応できない。したがって、マスクＭのサイズの変更に伴い、次のような問題点が生じている。
【０００５】
▲１▼マスクステージについては、マスクサイズに応じて、マスクステージ８を対応する他のサイズ用のものに交換するので、その交換作業に時間がかかり露光工程の所要時間が長くなる。且つ複数種のマスクホルダを予め用意しなければならないので、設備費が高くなる。
【０００６】
▲２▼照明光学系６については、交換後のマスクサイズが小さくなる場合には、交換前の有効露光領域Ｌ_H をそのまま使用することができるが、しかし照射領域の使用効率が悪く、照度が専用のオプチカルインテグレータを用いた場合に比べて大幅に低下してしまう。反対に、交換後のマスクサイズが大きくなる場合は、交換前の有効露光領域Ｌ_H をそのまま使用することは不可能となり、照明光学系６の全体を対応する有効露光領域Ｌ_H を備えた他のものに交換しなければならないので、その交換作業に時間がかかり、且つ設備費が高くなる。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の未解決の課題を解決するためになされたものであり、マスクサイズに応じてマスクステージを交換したり照明光学系を交換する必要がない露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、被露光材を支持するワークステージと、該ワークステージに対向して配置されたマスクステージと、該マスクステージに保持されたマスクに対して露光光を前記ワークステージの反対側から照射する照明光学系とを備えた近接露光装置において、
前記照明光学系は光軸が一致し且つ前記マスクに照射される露光光の出射角が各々異なる複数種のオプチカルインテグレータと、該オプチカルインテグレータの一つが前記照明光学系の光軸上に位置するように前記オプチカルインテグレータの位置を前記マスクサイズに応じて選択的に切り替える切り替え機構と、前記オプチカルインテグレータと前記マスクとの間に配設された球面ミラーとを備え、前記切り替え機構は複数種の前記オプチカルインテグレータを立てた状態で支持する交換用ステージと、該交換用ステージを直線方向に案内して前記複数種のオプチカルインテグレータの光軸を個々に前記照明光学系の光軸に一致させる直動案内装置とで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明の露光装置は、図１〜図３に示す照明光学系６Ａと、図４に示すマスクステージ２０とを備えている。なお、従来と同一または相当部分には同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。まず、照明光学系６Ａの構成について説明すると、この実施形態の近接露光装置の構成概略図である図１に示すように、光源１，楕円ミラー２，平面ミラー３，オプチカルインテグレータ４，球面ミラー５を組み合わせて光路が構成されている。しかしてそのオプチカルインテグレータ４は、射出角がそれぞれ異なる二種類のオプチカルインテグレータ４ａ，４ｂを備えている。各オプチカルインテグレータ４ａ，４ｂは、その側面図である図２に示すように、レンズ面の曲率半径は、一方のオプチカルインテグレータ４ａがＲ1 、他方のオプチカルインテグレータ４ｂの方はそれより小さいＲ2 とされている。
【００１０】
上記二種類のオプチカルインテグレータ４ａ，４ｂは、図３に示すようなオプチカルインテグレータ切り替え機構１０により切り替え可能である。すなわち、２種類のオプチカルインテグレータ４ａ，４ｂはそれぞれ支持部１１ａ，１１ｂを介して交換用ステージ１２に固定されており、該交換用ステージ１２はガイドレール１３１とスライダ１３２とよりなる直動案内装置（リニアガイド）１３のスライダ１３２に固定されている。交換用ステージ１２の一端には、交換用ステージ移動のための把手１２１が設けられている。図３では、オプチカルインテグレータ４ａの中心が照明光学系６Ａの光軸ＬＡと一致するように交換用ステージ１２が位置決めされているが、交換用ステージ１２をリニアガイド１３のガイドレール１３１の方向に沿って移動させることにより、オプチカルインテグレータ４ｂの中心を照明光学系６Ａの光軸ＬＡと一致するように位置決めできる。このように交換用ステージ１２を移動することにより、両オプチカルインテグレータ４ａ，４ｂのうち所望の方を選択して、照明光学系６Ａの光軸ＬＡ上に位置決めすることが可能である。
【００１１】
続いて、マスクステージ２０の構成について説明する。図４は、本実施形態の可動のマスク保持部付きマスクステージ２０の平面図で、当該可動のマスク保持部の前進位置を示す上半分と、後退位置を示す下半分とを合成した図である。図において、符号２１は固定部であるマスクステージベースで、４か所に設けた取り付けフランジ部２１１を図外の基台上にボルト止めして固定支持される。そのマスクステージベース２１の中央部には開口２１２を設けてあり、その開口２１２を取り囲んでマスク保持部としてのＸ方向可動の２枚のマスク保持部材２２Ｘ₁，２２Ｘ₂ 及びＹ方向可動の２枚のマスク保持部材２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ が、それぞれリニアガイド２３を介して移動可能に装着されている。
【００１２】
すなわち、Ｘ方向可動の一対のマスク保持部材２２Ｘ₁ ，２２Ｘ₂ は、開口２１２を挟んで（左右）両側に対向配置されており、各保持部材毎にそれぞれ、Ｘ軸に沿ってマスクステージベース２１上に平行に配設した例えば３台のリニアガイド２３の案内レール２３１に取り付けてあるスライダ２３２に固定支持されている。また、マスクステージベース２１上には、Ｘ方向の可動マスク保持部の駆動機構としてのシリンダ装置２４Ｘを配設している。このシリンダ装置２４Ｘは、一方のマスク保持部材２２Ｘ₁ の最前進位置ＦＸと最後退位置ＢＸとの２通りの設定位置に合わせて移動距離が決められるスライダ２４１と、そのスライダ２４１を駆動するためのシリンダ２４２を有しており、当該スライダ２４１とマスク保持部材２２Ｘ₁ とが連結されている。なお、他方のマスク保持部材２２Ｘ₂ の方のエアシリンダ装置２４Ｘについては、図示を省略している。
【００１３】
一方、Ｙ方向可動の一対のマスク保持部材２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ は、同じく開口２１２を挟んで（上下）両側に対向配置されており、各保持部材毎にそれぞれ、Ｙ軸に沿ってマスクステージベース２１上に平行に配設した３台のリニアガイド２３の案内レール２３１に取り付けてあるスライダ２３２に固定支持されている。また、マスクステージベース２１上には、Ｙ方向のマスク保持部駆動手段としてのシリンダ装置２４Ｙを配設している。このシリンダ装置２４Ｙは、一方のマスク保持部材２２Ｙ₁ の最前進位置ＦＹと最後退位置ＢＹとの２通りの設定位置に合わせて移動距離が決められるスライダ２４１と、そのスライダ２４１を駆動するためのシリンダ２４２を有しており、当該スライダ２４１とマスク保持部材２２Ｙ₁とが連結されている。なお、他方のマスク保持部材２２Ｙ₂ の方のエアシリンダ装置２４Ｙについては、図示を省略している。
【００１４】
上記の各マスク保持部材２２Ｘ₁ ，２２Ｘ₂ 及び２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ は、図示しないがその前進方向の先端部に、マスクＭを吸着保持するマスク保持手段を備えている。そして、各マスク保持部材２２Ｘ₁ ，２２Ｘ₂ 及び２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ の最前進位置ＦＸ，ＦＹと最後退位置ＢＸ，ＢＹは、使用されるマスクＭのサイズに応じて予め設定される。
【００１５】
次に、本実施形態の作用を述べる。マスクサイズが大小２種類のマスクＭを切り換えて使用する場合について説明する。例えば初めに、サイズの大きい方のマスクＭを用いてワークＷの感光剤塗布面に所定のマスクパターンを露光するなら、マスクステージ２０の各マスク保持部材２２Ｘ₁ ，２２Ｘ₂ 及び２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ はいずれも最後退位置ＢＸ，ＢＹまで下げておく。そのとき、マスクステージベース２１の開口２１２の開口面積は最大である。その可動マスク保持部材２２Ｘ₁ ，２２Ｘ₂ ，２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ に、所定のマスクパターンが描かれている大きい方のマスクＭを、パターン面を下にして図外の真空式吸着装置により吸着保持させる。
【００１６】
マスクステージ２０に保持したマスクＭに対向させて、ワークステージ７にはワークＷを感光剤塗布面を上に向けて取り付ける。そのワークＷの感光剤塗布面に照明光学系６Ａを用いて平行光線Ｌを照射し、マスクＭのパターンを露光する。この場合の照明光学系６Ａには、レンズ面の曲率半径Ｒ1 が比較的大きい方のオプチカルインテグレータ４ａをセットしておく。光源の水銀灯１から出た光は、楕円ミラー２で集光された後に平面ミラー３で反射されてオプチカルインテグレータ４ａに入射し、照度が均一化されて射出される。その射出角は比較的大きいから、その後の球面ミラー５で反射されて得られた平行光Ｌの有効露光領域Ｌ_H は広い。したがって、大きい方のマスクＭのパターン面を全面的に通過してワークＷの感光剤を露光させることができる。
【００１７】
次いで、ワークステージ７を操作してワークＷを移動させた後、よりサイズの小さいマスクＭのパターンの露光を行う。その場合、マスクステージ２０の真空を一旦解除して、初めに使用したサイズの大きい方のマスクＭをマスク保持部材２２Ｘ ₁ ，２２Ｘ ₂ ，２２Ｙ ₁ ，２２Ｙ ₂ から外す。その後、マスク保持部駆動機構であるシリンダ装置２４Ｘ及び２４Ｙを作動させて、そのスライダ２４１を最前進位置まで前進させる。これにより、最後退位置ＢＸに位置していたＸ方向可動部である一対のマスク保持部材２２Ｘ₁ ，２２Ｘ₂ がリニアガイド２３に案内されつつ最前進位置ＦＸまで前進移動する。同時に、Ｙ方向可動部である一対のマスク保持部材２２Ｙ₁ ，２２Ｙ₂ も、同様にして最前進位置ＦＸまで前進移動する。かくして、マスクステージベース２１の開口２１２の開口面積が最小になる。その可動マスク保持枠２２Ｘ ₁ ，２２Ｘ ₂ ，２２Ｙ ₁ ，２２Ｙ ₂ の下面に、小さい方のマスクＭを、パターン面を下にして吸着保持させる。
【００１８】
照明光学系６Ａの方は、そのオプチカルインテグレータ切り替え機構１０を操作することにより、比較的小さい曲率半径Ｒ2 を有するオプチカルインテグレータ４ｂに切り替える。その切り替え操作は、オプチカルインテグレータ４ｂの中心が照明光学系６Ａの光軸ＬＡと一致する位置まで、交換用ステージ１２をガイドレール１３１に沿って手で動かすことにより行う。このオプチカルインテグレータ４ｂの射出角は比較的小さいから、その後の球面ミラー５で反射されて得られた平行光Ｌの有効露光領域Ｌ_H ’はより狭くなり、小さい方のマスクＭのパターンのサイズに適合する。
【００１９】
このように、本実施形態によれば、マスクサイズが変わっても、それに応じてマスクステージ２０を対応するサイズ用のものに容易に変換するので、従来のようにマスクステージの交換作業に時間がかかることがなく、したがって露光工程の所要時間が短くて済む。また複数種のマスクホルダを予め用意する必要もないので、設備費を低減できる。
【００２０】
照明光学系についても、マスクサイズの変更に応じてオプチカルインテグレータを自動的に交換することにより、有効露光領域を適合させることができるから、照射領域の使用効率が良く、且つ照度も常に適正に維持できる。また、従来のように、照明光学系の全体を対応する有効露光領域を備えた他のものに交換する必要がないから、その交換作業に時間がかかるとか、複数の照明光学系のため設備費が高くなるということがない。
【００２１】
次に、本発明の露光装置におけるオプチカルインテグレータ切り替え機構の他の実施の形態について、図５を参照して説明する。この例では、４種類のオプチカルインテグレータ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから回転式の切り換え機構により一つを選択するようになっている。
【００２２】
すなわち、このオプチカルインテグレータ切り替え機構１０Ａは、４種類のオプチカルインテグレータ４ａ〜４ｄを保持する回転ホルダ１５と、不図示の照明光学系の本体に固定され前記回転ホルダ１５を回転位置決め可能な回転駆動モータ１６とを備えている。図５では、オプチカルインテグレータ４ａが照明光学系６Ａの光軸ＬＡと一致するようになっているが、マスクサイズの変更に応じて回転駆動モータ１６を回転させて、回転ホルダ１５を位置決めすることにより、他のオプチカルインテグレータ４ｂ〜４ｄのうち所望のものと切り替えることができる。この実施の形態では、オプチカルインテグレータを４種類としているが、これに限らず、マスクサイズの種類に応じて変更すればよい。
【００２３】
なお、上記各実施の形態では、図３または図５のオプチカルインテグレータ切り替え機構と図４等のマスクステージとの両方を用いた露光装置について説明したが、いずれか一方を用いたものであってもよく、その場合であっても従来の露光装置に比べると有利になる利点がある。
【００２４】
また、オプチカルインテグレータ以外の照明光学系の構成については、上記の実施形態に必ずしも限定されない。例えばミラー等の配置としては、平面ミラー３と球面ミラー５とを組み合わせて光路の反転と平行光線とを得る構成を示したが、その他、例えば一組の反転ミラーとコンデンサレンズとの組み合わせにより光路の反転と平行光線とを得る構成などでも良い。
【００２５】
また、本発明の露光装置は、露光装置，近接露光装置やソウトコンタクトタイプの露光装置等、要は被露光材に対し光を照射する光路内にオプチカルインテグレータを備えたパターン露光用の照明光学系を有するものであれば適用可能である。
【００２６】
また、本発明のマスクステージの可動部の駆動機構としては、シリンダ装置に代えて、例えばボールねじとモータとの組み合わせた駆動装置とか電動シリンダ装置等のその他の構成であってもよい。このように構成すると、最前進位置と最後退位置とに限らずに、その中間の任意の位置に可動部を位置決めできるので、よりフレキシビリティが増すという利点がある。その場合、これによって３種類以上のマスクサイズに対応可能となるので、第１の実施形態のオプチカルインテグレータ切り替え機構１０にあっても、マスクサイズの種類の増加に対応して増加するするオプチカルインテグレータの数（２個以上）に対応できるものとする。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、露光用の照明光学系にオプチカルインテグレータの切り替え機構を設けたため、マスクサイズの変更に応じて最適なオプチカルインテグレータに自動的に交換することが可能になり、照射領域の使用効率が良く、且つ照度も常に適正に維持でき、しかも、照明光学系の全体を交換する必要がないから、交換作業が迅速で且つ照明光学系の設備費が低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の照明光学系の概略図である。
【図２】その二種のオプチカルインテグレータの側面図である。
【図３】オプチカルインテグレータ切り替え機構の一実施の形態の概略図である。
【図４】本発明の露光装置のマスクステージの平面図である。
【図５】オプチカルインテグレータ切り替え機構の他の実施の形態の概略図である。
【図６】従来の露光装置の照明光学系の概略図である。
【図７】図６のオプチカルインテグレータの側面図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 凹面鏡
３ ミラー
４ オプチカルインテグレータ
５ 球面ミラー
６ 照明光学系
６Ａ 照明光学系
７ ワークステージ
１０ オプチカルインテグレータ切り替え機構
１０Ａ オプチカルインテグレータ切り替え機構
２０ マスクステージ
２１ マスクステージベース
２２Ｘ ₁ ，２２Ｘ ₂ ，２２Ｙ ₁ ，２２Ｙ ₂ マスク保持部材
２４Ｘ シリンダ装置（マスク保持部材Ｘ方向駆動機構）
２４Ｙ シリンダ装置（マスク保持部材Ｙ方向駆動機構）

Claims (1)

1. 被露光材を支持するワークステージと、該ワークステージに対向して配置されたマスクステージと、該マスクステージに保持されたマスクに対して露光光を前記ワークステージの反対側から照射する照明光学系とを備えた近接露光装置において、
   前記照明光学系は光軸が一致し且つ前記マスクに照射される露光光の出射角が各々異なる複数種のオプチカルインテグレータと、該オプチカルインテグレータの一つが前記照明光学系の光軸上に位置するように前記オプチカルインテグレータの位置を前記マスクサイズに応じて選択的に切り替える切り替え機構と、前記オプチカルインテグレータと前記マスクとの間に配設された球面ミラーとを備え、前記切り替え機構は複数種の前記オプチカルインテグレータを立てた状態で支持する交換用ステージと、該交換用ステージを直線方向に案内して前記複数種のオプチカルインテグレータの光軸を個々に前記照明光学系の光軸に一致させる直動案内装置とで構成されていることを特徴とする近接露光装置。

Images