JP5388019B2 - Exposure illumination apparatus and exposure pattern misalignment adjustment method - Google Patents
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Description
本発明は、フォトマスクに露光光を照射して基板上に露光パターンを形成する露光照明装置に関し、詳しくは、上記露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整可能とした露光照明装置及び露光パターンの位置ずれ調整方法に係るものである。 The present invention relates to an exposure illumination apparatus that irradiates a photomask with exposure light to form an exposure pattern on a substrate, and more specifically, exposure illumination that can be adjusted so that the positional deviation amount of the exposure pattern falls within an allowable range. The present invention relates to an apparatus and an exposure pattern misregistration adjustment method.
従来の露光照明装置は、紫外線を放射する光源と、光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコンデンサレンズと、光源とコンデンサレンズとの間に配設され、フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、を備えていた(例えば、特許文献1参照)。 A conventional exposure illumination apparatus is disposed between a light source that emits ultraviolet light, a condenser lens that irradiates a photomask with ultraviolet illumination light emitted from the light source as parallel light, and between the light source and the condenser lens. And a fly-eye lens that makes the luminance distribution of the illumination light applied to the mask uniform (see, for example, Patent Document 1).
このような露光照明装置においては、コンデンサレンズの球面収差により、上記コンデンサレンズの周辺部において、図4に示すように、その光軸に平行な光線L1に対して傾いた光線L2が発生する。この場合、上記傾いた光線L2がフォトマスク1のマスクパターンの開口部1aを通過すると、該傾いた光線L2により基板2上に露光される露光パターンの位置が本来形成されるべき所定位置に対してDだけずれることがあった。なお、上記傾いた光線L2の光軸に平行な光線L1に対する傾き角度θを以下、「ディクリネーション角θ」という。
しかし、このような従来の露光照明装置においては、フライアイレンズ及びコンデンサレンズのいずれもが固定して備えられているため、上述のようにコンデンサレンズの球面収差の影響により、基板2上に形成された露光パターンの所定位置に対する位置ずれが発生しても、その位置ずれを補正することができなかった。
However, in such a conventional exposure illumination apparatus, since both the fly-eye lens and the condenser lens are fixed, they are formed on the
このような場合、通常は、その位置ずれを予め見込んでフォトマスク1を形成しており、フォトマスク1の製造コストが高くなるという問題があった。 In such a case, normally, the photomask 1 is formed in advance of the misalignment, and there is a problem that the manufacturing cost of the photomask 1 increases.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整可能とした露光照明装置及び露光パターンの位置ずれ調整方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention addresses such problems and provides an exposure illumination apparatus and an exposure pattern misalignment adjustment method that can be adjusted so that the exposure pattern misalignment amount is within an allowable range. And
上記目的を達成するために、本発明による露光照明装置は、紫外線を放射する光源と、前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、事前に露光して基板上に形成された複数の露光パターンの本来形成されるべき位置に対する位置ずれ量の平均値が最小となるように前記コリメート手段をその光軸方向に移動して、該コリメート手段と前記フライアイレンズとの間の光学距離を調整する光学距離調整手段と、を備えたものである。 In order to achieve the above object, an exposure illumination apparatus according to the present invention comprises a light source that emits ultraviolet light, collimating means for irradiating a photomask with ultraviolet illumination light emitted from the light source as parallel light, and the light source. A fly-eye lens disposed between the collimating means and uniforming the luminance distribution of the illumination light applied to the photomask, and a plurality of exposure patterns originally formed on the substrate by exposure in advance. Optical distance adjusting means for adjusting the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens by moving the collimating means in the optical axis direction so that the average value of the positional deviation amount with respect to the position to be minimized is minimized. And.
このような構成により、光学距離調整手段で、事前に露光して基板上に形成された複数の露光パターンの本来形成されるべき位置に対する位置ずれ量の平均値が最小となるようにコリメート手段をその光軸方向に移動して、コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整した後、光源から紫外線を放射し、フライアイレンズでフォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にし、コリメート手段で光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射する。 With such a configuration, the collimating means is adjusted by the optical distance adjusting means so that the average value of the positional deviation amounts with respect to the positions where the plurality of exposure patterns that have been exposed in advance and are formed on the substrate should be minimized. After moving in the optical axis direction and adjusting the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens, the UV light is emitted from the light source, and the brightness distribution of the illumination light irradiated on the photomask by the fly-eye lens is uniform. Then, the illumination light of ultraviolet rays emitted from the light source by the collimating means is converted into parallel light and irradiated to the photomask.
また、本発明による露光パターンの位置ずれ調整方法は、紫外線を放射する光源と、前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、を備え、基板上に露光パターンを形成する露光照明装置における露光パターンの位置ずれ調整方法であって、事前に露光して前記基板上に形成された複数の露光パターンの本来形成されるべき位置に対する位置ずれ量の平均値が最小となるように前記コリメート手段をその光軸方向に移動して、該コリメート手段と前記フライアイレンズとの間の光学距離を調整するものである。 The exposure pattern misalignment adjusting method according to the present invention includes a light source that emits ultraviolet light, collimating means that irradiates the photomask with parallel illumination light emitted from the light source, and the light source and collimating means. And a fly-eye lens that makes the luminance distribution of illumination light applied to the photomask uniform, and adjusts the positional deviation of the exposure pattern in an exposure illumination device that forms an exposure pattern on the substrate. In the method, the collimating means is arranged in the optical axis direction so that an average value of positional deviation amounts with respect to positions where a plurality of exposure patterns formed on the substrate by exposure in advance is to be formed is minimized. It moves to adjust the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens.
このような構成により、事前に露光して前記基板上に形成された複数の露光パターンの本来形成されるべき位置に対する位置ずれ量の平均値が最小となるようにコリメート手段をその光軸方向に移動して、コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整したのち、光源から紫外線を放射し、フライアイレンズでフォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にし、コリメート手段で光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射し、基板上に露光パターンを形成する。 With such a configuration, the collimating means is arranged in the optical axis direction so that the average value of the positional deviation amount with respect to the position where the plurality of exposure patterns formed in advance on the substrate by exposure in advance is minimized. After moving and adjusting the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens, ultraviolet light is emitted from the light source, and the brightness distribution of the illumination light irradiated to the photomask with the fly-eye lens is made uniform, and the collimating means Ultraviolet illumination light emitted from the light source is converted into parallel light and irradiated onto the photomask to form an exposure pattern on the substrate.
そして、前記コリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離の調整は、前記基板上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んだ複数の露光パターンの位置ずれ量の平均値が略最小となるように行なう。これにより、基板上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んだ複数の露光パターンの位置ずれ量の平均値が略最小となるコリメート手段とフライアイレンズとの間の光学距離を調整する。 And the adjustment of the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens is an average of the positional deviation amounts of a plurality of exposure patterns arranged from one edge of the exposure area on the substrate toward the other edge. This is done so that the value is almost the minimum. As a result, the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens in which the average value of the positional deviation amounts of the plurality of exposure patterns arranged from one edge of the exposure area on the substrate toward the other edge is substantially minimized. Adjust the distance.
請求項1及び2に係る発明によれば、露光パターンの位置ずれ量が許容範囲内となるように調整することができる。したがって、露光パターンの位置ずれを予め見込んでフォトマスクを形成する必要がなく、パターン形成工程のコストを低減することができる。 According to the first and second aspects of the invention, it is possible to adjust the positional deviation amount of the exposure pattern to be within an allowable range. Therefore, it is not necessary to form a photomask in advance considering the positional deviation of the exposure pattern, and the cost of the pattern forming process can be reduced.
そして、請求項3に係る発明によれば、基板の全面にわたって露光パターンの位置ずれ量を許容値内に容易に収めることができる。 According to the third aspect of the present invention, the amount of positional deviation of the exposure pattern can be easily accommodated within the allowable value over the entire surface of the substrate.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明による露光照明装置の実施形態を示す正面図である。この露光照明装置は、フォトマスクに露光光を照射して基板上に露光パターンを形成するもので、光源3と、マスクステージ4と、コンデンサレンズ5と、フライアイレンズ6と、光学距離調整手段7と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view showing an embodiment of an exposure illumination apparatus according to the present invention. This exposure illumination apparatus forms an exposure pattern on a substrate by irradiating exposure light onto a photomask, and includes a light source 3, a mask stage 4, a condenser lens 5, a fly-
上記光源3は、紫外線を放射するものであり、例えばキセノンランプ、超高圧水銀ランプ、又はレーザ光源である。 The light source 3 emits ultraviolet rays, and is, for example, a xenon lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, or a laser light source.
上記光源3の紫外線放射方向前方には、マスクステージ4が設けられている。このマスクステージ4は、透明なガラス基板に形成されたクロム(Cr)等の不透明膜に例えば所定のマスクパターン(例えば開口部)を形成したフォトマスク1を基板2に近接対向して保持するものであり、フォトマスク1のマスクパターン形成領域に対応して開口部8を形成し、フォトマスク1の周縁部を保持するようになっている。
A mask stage 4 is provided in front of the light source 3 in the ultraviolet radiation direction. The mask stage 4 holds a photomask 1 in which a predetermined mask pattern (for example, an opening) is formed on an opaque film such as chromium (Cr) formed on a transparent glass substrate in close proximity to the
上記マスクステージ4の上方には、コンデンサレンズ5が設けられている。このコンデンサレンズ5は、光源3から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスク1に照射するものであり、集光レンズである。又は、複数のレンズを組み合わせて構成したものであってもよい。 A condenser lens 5 is provided above the mask stage 4. The condenser lens 5 is a condenser lens that irradiates the photomask 1 with ultraviolet illumination light emitted from the light source 3 as parallel light. Alternatively, it may be configured by combining a plurality of lenses.
上記光源3とコンデンサレンズ5との間には、フライアイレンズ6が設けられている。このフライアイレンズ6は、上記フォトマスク1に照射される紫外線の照明光の輝度分布を均一にするためのものであり、同一平面内に複数の単位レンズをマトリクス状に配列した第1のレンズアレイ6aと、第2のレンズアレイ6bとを互いに対応する単位レンズが対面するように対向配置した構成となっている。また、光源3側のレンズアレイを第1のレンズアレイ6aとし、コンデンサレンズ5側のレンズアレイを第2のレンズアレイ6bとすると、フライアイレンズ6は、第2のレンズアレイ6bの後焦点位置とコンデンサレンズ5の前焦点位置とが略一致するように配設される。
A fly-
上記フライアイレンズ6をその光軸に沿って矢印A,B方向に移動可能に光学距離調整手段7が設けられている。この光学距離調整手段7は、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を調整するものであり、フライアイレンズ6を保持した例えば可動式のステージである。このステージは、電動式であっても手動式であってもよく、又は固定ピンを抜き差しして所定の間隔でステップ移動できるようにしたものであってもよい。
Optical distance adjusting means 7 is provided so that the fly-
なお、図1において、符号9は、ロッドレンズであり、例えば石英の棒状体である。このロッドレンズ9は、フライアイレンズ6に入射する照明光の強度分布を均一にする均一化手段であり、ライトパイプやフライアイレンズ等であってもよく、一般にインテグレータと呼称されるものである。また、符号10は、集光レンズであり、光源3から放射された照明光をロッドレンズ9の前端面9aに集光させるためのものである。さらに、符号11は、複数のレンズを組み合わせた拡大投影系であり、ロッドレンズ9の後端面9bの像をフライアイレンズ6の第1のレンズアレイ6a上に拡大投影するものである。そして、符号12は、平面反射ミラーであり、フライアイレンズ6とコンデンサレンズ5との間の光路を折り曲げるものであり、装置の背丈を低くするために使用されている。
In FIG. 1,
次に、このように構成された露光照明装置の動作及び露光パターンの位置ずれ調整方法について説明する。
光源3から放射された紫外線の照明光は、集光レンズ10によってロッドレンズ9の前端面9aに集光される。ロッドレンズ9の前端面9aに入射した照明光の光線は、ロッドレンズ9内を通過する際にロッドレンズ9の内面で多重反射して混合されてロッドレンズ9の後端面9bから射出する。これにより、射出する照明光の強度分布は、横断面内で略均一となる。
Next, the operation of the exposure illumination apparatus configured as described above and the exposure pattern positional deviation adjustment method will be described.
The ultraviolet illumination light emitted from the light source 3 is condensed on the
ロッドレンズ9から射出した照明光は、拡大投影系11で断面積が拡大されてフライアイレンズ6の第1のレンズアレイ6aに入射する。そして、第1のレンズアレイ6aの各単位レンズを射出した照明光は、第2のレンズアレイ6bの対応する単位レンズに入射し、該単位レンズから射出する。第2のレンズアレイ6bの各単位レンズを射出した照明光は、コンデンサレンズ5の前焦点位置に集光した後、コンデンサレンズ5により平行光とされ、マスクステージ4に保持されたフォトマスク1の照明領域に重畳して照射する。これにより、フォトマスク1に照射する照明光の輝度分布が均一となる。
The illumination light emitted from the
ここで、従来技術の説明において述べたように、コンデンサレンズ5の球面収差の影響により、コンデンサレンズ5の周辺部においては、その光軸に平行な光線に対して傾いた光線が発生し、基板2上に露光形成される露光パターンの位置が本来形成されるべき所定位置に対してずれることがある。 Here, as described in the description of the prior art, due to the influence of the spherical aberration of the condenser lens 5, light rays tilted with respect to the light rays parallel to the optical axis are generated in the peripheral portion of the condenser lens 5. position of the exposure pattern to be exposed formed on the 2 may deviate relative to a predetermined position to be formed originally.
図2は、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を変化させた場合のディクリネーション角θの変化の様子を示す説明図である。なお、同図中の破線Pは、コンデンサレンズ5の前焦点位置とフライアイレンズ6の後焦点位置とが一致する位置を示している。
同図(a)に示すように、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を拡げると、コンデンサレンズ5を射出する照明光は収束し、照明光の横断面周辺部に大きなディクリネーション角θが発生する。また、同図(b)に示すように、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離が適正値である場合、即ちコンデンサレンズ5の前焦点位置とフライアイレンズ6の後焦点位置とが完全に一致している場合には、コンデンサレンズ5を射出する照明光は、光軸に平行な平行光となり、ディクリネーション角θはゼロとなる。そして、同図(c)に示すように、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を縮めると、コンデンサレンズ5を射出する照明光は発散し、照明光の横断面周辺部に大きなディクリネーション角が発生する。このように、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を変化させることにより、ディクリネーション角θを変えることができる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a change in the declination angle θ when the optical distance between the condenser lens 5 and the fly-
As shown in FIG. 5A, when the optical distance between the condenser lens 5 and the fly-
ところで、ディクリネーション角θは、照射領域の周縁部で最大となるとは限られず、その大きさ及び発生状況はコンデンサレンズ5の特性によって決まる。図3は、方形状の照射領域の対角線方向に測定したディクリネーション角θの大きさの一測定例を示している。同図に示すように、ディクリネーション角θは、照射領域の中心部で小さく周縁部で大きくなっている。そして、ディクリネーション角θが最大となるのは、周縁部から僅かに内側に入った領域においてである。このように、ディクリネーション角θは、照射領域の中央部と周辺部とで異なり、さらに使用するコンデンサレンズ5毎に異なるため、設計値に基づいて装置を組立てても、ディクリネーション角θを全照射領域においてゼロ、又は最小にすることができない。そこで、照射領域全体に亘ってディクリネーション角θが許容範囲内となるように調整することが必要となる。 However, the di declination angle theta, not necessarily a maximum at the peripheral edge of the irradiated region, the size and occurrence depends characteristic of the condenser lens 5. FIG. 3 shows one measurement example of the magnitude of the declination angle θ measured in the diagonal direction of the rectangular irradiation region. As shown in the figure, the declination angle θ is small at the central portion of the irradiation region and large at the peripheral portion. And, the maximum di declination angle θ is is in the region that has entered the slightly inward from the circumferential edge. As described above, the declination angle θ differs between the central portion and the peripheral portion of the irradiation region, and further differs depending on the condenser lens 5 to be used. Therefore, even if the apparatus is assembled based on the design value, the declination angle θ Cannot be zero or minimized in the entire irradiation area. Therefore, it is necessary to adjust so that the declination angle θ is within the allowable range over the entire irradiation region.
本発明は、光学距離調整手段7によりフライアイレンズ6をその光軸方向に移動させてディクリネーション角を変化させ、事前に露光して基板2上に形成された露光パターンの所定位置からの位置ずれ量Dが略最小となるように調整可能としたものである。具体的には、基板2上の露光領域の一方の縁部から他方の縁部に向かって並んで形成されている複数の露光パターンの所定位置からの位置ずれ量Dの平均値が略最小となるようにフライアイレンズ6の位置調整を可能としたものであり、方形状の露光領域の場合には、その対角線方向に上記露光パターンの位置ずれ量Dが測定される。
In the present invention, the fly-
この場合、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を変えて複数回の試し露光を行い、上記露光パターンの位置ずれ量Dを測定してその平均値を求める。例えば、図3に示すように、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を設計値に対して+5mm、0mm、−5mmと変化すると、照射領域の対角線方向のディクリネーション角が線E,F,Gで示すように変化する。即ち、露光パターンの位置ずれ量が上記線E,F,Gに対応して変化する。そこで、各光学距離における露光パターンの位置ずれ量Dの平均値を求め、露光パターンの位置ずれ量Dの平均値が最小となるように上記光学距離を設定する。例えば、図3においては、光学距離を線Eに対応する+5mmに設定することにより、露光パターンの位置ずれ量Dの平均値を最小にすることができる。
In this case, the trial exposure is performed a plurality of times while changing the optical distance between the condenser lens 5 and the fly-
なお、上記実施形態においては、コンデンサレンズ5とフライアイレンズ6との間の光学距離を調整するためにフライアイレンズ6を移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られずコンデンサレンズ5をその光軸方向に移動してもよい。
In the above embodiment, the case where the fly-
また、上記実施形態においては、光源3とフライアイレンズ6との間に照明光の強度分布を均一にする均一化手段(インテグレータ)を配設した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、均一化手段は無くてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the uniformizing means (integrator) for uniformizing the intensity distribution of the illumination light is disposed between the light source 3 and the fly-
そして、以上の説明においては、コリメート手段としてコンデンサレンズ5を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限られず、コリメート手段はコリメートミラーであってもよい。 In the above description, the case where the condenser lens 5 is used as the collimating means has been described. However, the present invention is not limited to this, and the collimating means may be a collimating mirror.
1…フォトマスク
2…基板
3…光源
5…コンデンサレンズ(コリメート手段)
6…フライアイレンズ
7…光学距離調整手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
6 ... Fly-eye lens 7 ... Optical distance adjustment means
Claims (3)
前記光源から放射された紫外線の照明光を平行光にしてフォトマスクに照射するコリメート手段と、
前記光源とコリメート手段との間に配設され、前記フォトマスクに照射される照明光の輝度分布を均一にするフライアイレンズと、
事前に露光して基板上に形成された複数の露光パターンの本来形成されるべき位置に対する位置ずれ量の平均値が最小となるように前記コリメート手段をその光軸方向に移動して、該コリメート手段と前記フライアイレンズとの間の光学距離を調整する光学距離調整手段と、
を備えたことを特徴とする露光照明装置。 A light source that emits ultraviolet light;
Collimating means for irradiating the photomask with parallel illumination of ultraviolet illumination light emitted from the light source;
A fly-eye lens disposed between the light source and the collimating means, and uniformizing the luminance distribution of the illumination light irradiated on the photomask;
The collimating means is moved in the direction of the optical axis so that the average value of the positional deviation amount with respect to the position where the plurality of exposure patterns formed on the substrate by exposure in advance is to be formed is minimized. Optical distance adjusting means for adjusting the optical distance between the means and the fly-eye lens;
An exposure illumination apparatus comprising:
事前に露光して前記基板上に形成された複数の露光パターンの本来形成されるべき位置に対する位置ずれ量の平均値が最小となるように前記コリメート手段をその光軸方向に移動して、該コリメート手段と前記フライアイレンズとの間の光学距離を調整する、
ことを特徴とする露光パターンの位置ずれ調整方法。 A light source that emits ultraviolet light, collimating means that irradiates the photomask with the illumination light of ultraviolet light emitted from the light source as parallel light, and is disposed between the light source and the collimating means, and is applied to the photomask. A method for adjusting the positional deviation of an exposure pattern in an exposure illumination apparatus that forms an exposure pattern on a substrate.
The collimating means is moved in the direction of the optical axis so that the average value of the positional deviation amounts with respect to the positions where the plurality of exposure patterns formed on the substrate by exposure in advance is minimized, Adjusting the optical distance between the collimating means and the fly-eye lens;
A method for adjusting the positional deviation of an exposure pattern.
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