JP5908297B2

JP5908297B2 - 露光装置

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Publication number: JP5908297B2
Application number: JP2012025733A
Authority: JP
Inventors: 弘英皆川
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: JP2013162110A

Description

本発明は、二波長以上の露光波長の光を用いてフォトレジスト（感光材料）が形成された対象ワークを露光する露光装置及び露光方法に関し、更に詳しくは、上部に半導体チップを搭載しかつ下部に端子を有するサブストレート基板（プリント基板）を製作するのに好適な露光装置に関する。

従来から、対象ワーク上に形成されたフォトレジスト（感光材料）に単一波長の光を用いてマスクパターン像を投影することによりフォトレジスト（感光材料）を露光する露光装置が知られている。なお、二波長以上の露光波長の光を用いてフォトレジスト（感光材料）が形成された対象ワークを露光する露光装置も知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−２４９５６０号公報

ところで、対象ワークに形成されたフォトレジスト（感光材料）には、露光波長によって吸収率が異なるものがあり、例えば、感光材料としてのソルダーレジスト（SR）の場合には、図１に示すように、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）に主として感度があり、ｈ線（波長λ＝４０５ｎｍ）に対しては感度が低く、ソルダーレジスト（SR）は非線形の波長−感度特性（波長−吸収率特性）を有している。

このソルダーレジスト（SR）を図２（ａ）に示すようにｉ線を用いて露光すると、図２（ｂ）に示すように、ｉ線の光の強度（ｈ）がソルダーレジスト（SR）の厚さ（ｄ）に伴って指数関数的に減少する。その図２（ａ）において、符号ＭＳはマスク像であり、このマスク像ＭＳ直下のソルダーレジストの箇所には、ｉ線の光は当たっておらず、残余の箇所にｉ線の光が当たっている。

このソルダーレジスト（SR）は、ｉ線の光によって露光された箇所が硬化して現像液に対する溶解性が低下するというネガタイプのフォトレジストである。このため、ソルダーレジスト（SR）の厚さが厚いと、ソルダーレジスト（SR）の厚さ方向の奥部（表面から深い箇所）OKUにまでｉ線の光が到達せず、その結果、マスクパターン像に忠実に対応した露光潜像が奥部OKUに形成されず、奥部OKUが生焼け状態となって、現像すると、図２（ｃ）に示すように、上部に対して奥部OKUに空洞KUDが生じ、精密形状のプリント基板の製作に支障をきたす。

なお、その図２（ａ）において、点線ｉはｉ線の光が奥部OKUに到達しにくいことを意味し、図２（ｂ）において、点線で示す楕円枠は、ソルダーレジスト（SR）の生焼けに対応する深さ部分を示している。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、厚さの厚いフォトレジストであっても、その厚さ方向奥部にまでマスクパターン像に忠実に対応した露光潜像を形成することのできる露光装置を提供することにある。

本発明の露光装置は、紫外線領域に感度を有すると共に紫外線領域の近傍の可視光領域に感度を有し、かつ紫外線領域の感度に対してその可視光領域の感度が低いフォトレジストを露光するのに用いる。

この露光装置は、照明光学系と、マスクステージと、投影レンズ系と、投影露光ステージとをこの順に備え、投影露光ステージにはフォトレジストが形成された対象ワークが設けられている。マスクステージにはマスクパターン像をフォトレジストに形成するマスクが設けられている。

照明光学系または投影レンズ系の光路には波長選択絞りが配設されている。この波長選択絞りは、紫外線領域の波長の光と可視光領域の光を透過する紫外線・可視光透過部が中央部に、紫外線領域の波長の光を透過する紫外線透過部が紫外線・可視光透過部の周囲にそれぞれ形成されている。

上記構成によれば、紫外線・可視光透過部の周囲に紫外線透過部が形成されているので、紫外線に対する開口数はそのままであるが、可視光に対する開口数が小さくなって、可視光の焦点深度を長くすることができる。その結果、厚さの厚いフォトレジストであっても、その厚さ方向奥部までマスク像に忠実に対応した露光潜像を形成することができる。

本発明によれば、厚さの厚いフォトレジストであっても、その厚さ方向奥部にまでマスクパターン像に忠実に対応した露光潜像を形成することができる。

フォトレジストとしてのソルダーレジストの波長−感度特性（波長−吸収率特性）を示すグラフである。図１に示す波長−感度特性を有するソルダーレジストに対する露光の状態とソルダーレジストの露光後の現像結果とを示す説明図であって、（ａ）はソルダーレジストへのｉ線の露光状態を示し、（ｂ）はｉ線の強度とソルダーレジストの深さとの関係を示す強度曲線を示し、（ｃ）はｉ線による露光後の現像結果を示す図である。本発明に係る露光装置の実施例に係る光学系の一例を示す模式図である。図３の露光装置に搭載される波長選択絞りを示しており、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は正面図である。図４に示す波長選択絞りについての波長−感度特性（波長−吸収率特性）のグラフを示しており、（ａ）はｉ線及びｈ線を透過する部分におけるグラフ、（ｂ）はｉ線だけを透過する部分におけるグラフ、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を合成させたグラフである。実施例１を示しており、照明光学系のインテグレータレンズとコリメータレンズとの間の光路に波長選択絞りを配置した様子を示す模式図である。図１に示す波長−感度特性を有するソルダーレジストに対するｉ線とｈ線による露光状態と露光後の現像結果とを模式的に示す説明図であって、（ａ）はソルダーレジストへのｉ線とｈ線による露光状態を示し、（ｂ）はｉ線、ｈ線の強度とソルダーレジストの深さとの関係を示す強度線を示し、（ｃ）はｉ線とｈ線による露光後のソルダーレジストの現像結果を示す図である。実施例２を示しており、照明光学系の光源部近傍の光路に波長選択絞りを配置した様子を示す模式図である。実施例３を示しており、投影レンズ系の光学素子保持装置内に波長選択絞りを配置した様子を示す模式図である。

《実施例１》
図３は本発明に係る露光装置１０の全体構成を模式的に示す説明図である。

露光装置１０は、図３に示すように、照明光学系１として、光軸方向に沿って出射側から順に、光源部１１と、コールドミラー１２と、露光シャッタ１３と、インテグレータレンズ１５と、コリメータレンズ１６と、平面鏡１７とを有する。

また、この露光装置１０は、マスクステージ機構２として、マスクステージ１８と、マスクブラインド１９とを有すると共に、投影レンズ系２０を保持する光学素子保持装置と、歪補正部２１と、投影露光ステージ２２とを有する。投影露光ステージ２２には、対象ワーク２３が載置されている。

この露光装置１０は、露光用光束として紫外線領域の光と紫外線領域の近傍の可視光領域の光を用いる。ここでは、露光用光束としてｉ線（紫外線領域）の光とｈ線（可視光領域）の光とが用いられる。

本実施例では、光源部１１は、水銀ランプ１１ａと楕円反射鏡１１ｂとからなる。水銀ランプ１１ａは楕円反射鏡１１ｂの第１焦点位置に配置されている。水銀ランプ１１ａは、制御部２４により点灯・消灯される。水銀ランプ１１ａからの光は楕円反射鏡１１ｂにより反射されてコールドミラー１２に導かれる。

コールドミラー１２は、赤外領域の熱線を透過させかつ他の波長帯域の光を反射する。これにより赤外領域の熱線が分離される。コールドミラー１２により反射された光は、露光シャッタ１３、インテグレータレンズ１５に導かれる。

その露光シャッタ１３は、コールドミラー１２により反射された光の透過・遮断の切り替えに用いられる。その露光シャッタ１３は、コールドミラー１２とインテグレータレンズ１５との間の光路に照明系移動機構２５により出入される。

この露光シャッタ１３が、その光路から退避されると対象ワーク２３が露光され、光路に進入すると対象ワーク２３の露光が停止される。

その対象ワーク２３には、紫外線領域に感度を有すると共に紫外線領域の近傍の可視光領域に感度を有し、かつ紫外線領域の感度に対して可視光領域の感度が低いフォトレジストが形成されている。ここでは、図１に示す波長−感度特性を有するソルダーレジスト（SR）が対象ワーク２３に形成されているものとする。

本実施例では、照明光学系１の光軸上で、インテグレータレンズ１５とコリメータレンズ１６との間に、波長選択絞り１４が配置されている。この波長選択絞り１４には、図４に示すように、ガラス等から成る透明基板１４ａが設けられている。そして、透明基板１４ａの一側面（同図（ａ）において左側側面）には、ｉ線（紫外線領域）の光及びｈ線（可視光領域）の光を透過する紫外線・可視光透過部１４ｂが、他側面（同図（ａ）において右側側面）には、ｉ線（紫外線領域）の光のみを透過する紫外線透過部１４ｃがそれぞれ形成されている。

ここでは、波長選択絞り１４は、紫外線・可視光透過部１４ｂがインテグレータレンズ１５側に、紫外線透過部１４ｃとコリメータレンズ１６側にそれぞれ対峙するように配置されている。また、波長選択絞り１４は、光源部１１及び投影レンズ系２０と共役の位置に配置されている。

なお、紫外線・可視光透過部１４ｂ及び紫外線透過部１４ｃは蒸着で形成された薄膜であって、紫外線透過部１４ｃの開口１４ｄは蒸着時にマスキングなどを行うことにより形成することができる。

透明基板１４ａは正方形を成し、紫外線・可視光透過部１４ｂは透明基板１４ａよりも僅かに小さい正方形を成している。また、紫外線透過部１４ｃは、外径が紫外線・可視光透過部１４ｂの辺の長さに合致した円環状を成し、その中央部に開口１４ｄが形成されている。

紫外線・可視光透過部１４ｂは、上述したように、ｉ線（紫外線領域）の光及びｈ線（可視光領域）の光は透過させるが、ｉ線よりも更に短波長の光はカットする。すなわち、紫外線・可視光透過部１４ｂにおける波長−透過率との関係をグラフで示せば、図５（ａ）のようになる。

紫外線透過部１４ｃは、上述したように、ｉ線（紫外線領域）の光を透過し、ｉ線よりも更に長波長であるｈ線（可視光領域）の光はカットする。すなわち、紫外線透過部１４ｃにおける波長−透過率との関係をグラフで示せば、図５（ｂ）のようになる。

ここで、上記波長選択絞り１４にｉ線やｈ線を含む光を光軸に平行に照射すると、紫外線・可視光透過部１４ｂはｉ線もｈ線も透過できるので、紫外線透過部１４ｃの中央部に形成された円形の開口１４ｄからは、図５（ａ）に示す波長特性を有する光、つまり、ｉ線及びｈ線を含む光がそのまま出射される。

一方、開口１４ｄの周囲には、ｉ線を透過する紫外線透過部１４ｃが存在しているので、この紫外線透過部１４ｃからは、紫外線・可視光透過部１４ｂ及び紫外線透過部１４ｃを透過した光、つまり、図５（ａ）の波長特性と図５（ｂ）の波長特性とを合成した図５（ｃ）に示す波長特性を有する光（ｉ線のみ有する光）が出射される。

なお、本実施例では、紫外線透過部１４ｃは、波長３６５ｎｍの水銀のスペクトル線であるｉ線を透過するｉ線バンドパスフィルタであり、紫外線・可視光透過部１４ｂは、波長４０５ｎｍのｈ線を透過するｈ線バンドパスフィルタである。

インテグレータレンズ１５は、露光用光束としての照明光の照度ムラを打ち消し、対象ワーク２３の照射面の周辺部まで含めてその照射面に均一な照度分布を形成するのに用いる。すなわち、その露光用光束は、インテグレータレンズ１５により均一な照度分布とされて、波長選択絞り１４に導かれる。

その露光用光束は、コリメータレンズ１６により平行光束とされて平面鏡１７に導かれ、その平面鏡１７によりマスクステージ１８に向けて反射される。

マスクステージ１８は、平面鏡１７による反射光路上に設けられている。このマスクステージ１８はマスク１８ａを有する。このマスク１８ａにはマスクパターンが形成されている。このマスク１８ａはその反射光路の光軸（投影光軸）Ｏに直交する方向にマスクステージ１８により移動される。

マスクステージ１８は、マスク１８ａが取り外し可能とされ、そのマスク１８ａとは異なるマスクパターンを有するマスクをそのマスクステージ１８に取り付けることができる。

各マスクには、複数のマスク側アライメントマーク（図示を略す）が設けられている。平面鏡１７により反射された露光用光束はマスク１８ａを照明し、その露光用光束の一部はマスク１８ａ上のマスクパターンに遮られ、残りの露光用光束はマスク１８ａを透過する。これにより、マスクパターンの形状に対応するマスクパターン像を形成するマスクパターン像形成光束が投影レンズ系２０に導かれる。

その照明光学系１は、照明系移動機構２５により、マスクステージ１８に対して、光軸Ｏと直交する平面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能とされている。その照明系移動機構２５は、制御部２４により駆動制御される。

マスクステージ１８と投影レンズ系２０との間に、マスクブラインド１９が設けられている。マスクブラインド１９は、マスク１８ａを通過したマスクパターン像形成光束の進行光路に進退可能に設けられている。

このマスクブラインド１９は、マスク１８ａのマスクパターンのうち所望の領域のみのマスクパターン像を、対象ワーク２３上に形成する機能を有する。このマスクブラインド１９は、マスクブラインド駆動機構２６により駆動され、このマスクブラインド駆動機構２６も制御部２４により駆動制御される。

投影レンズ系２０は、対象ワーク２３に、マスクパターン像を投影するのに用いられる。その投影レンズ系２０は、ここでは、ｉ線に対して色収差補正され、ｉ線に対する結像分解能が５μｍ程度とされている。

そのマスク１８ａに形成されたマスクパターンは適宜変倍され、これにより、対象ワーク２３の表面にマスクパターン像が形成される。

対象ワーク２３の表面とマスク１８ａとはその投影レンズ系２０により光学的に共役とされる。その図３においては、ｉ線の露光用光束に対して対象ワーク２３の表面とマスク１８ａとが光学的に共役な状態が示され、対象ワーク２３のフォトレジストとしてのソルダーレジスト（SR）にマスクパターン像が形成された状態が示されている。

その投影レンズ系２０と投影露光ステージ２２との間に、歪補正部２１が設けられている。歪補正部２１は、対象ワーク２３の歪みに応じて、対象ワーク２３の表面である結像面に形成されるマスクパターン像を変形させるのに用いる。この歪補正部２１は、歪補正駆動機構２８により駆動され、この歪補正駆動機構２８も制御部２４により駆動制御される。

投影露光ステージ２２は、ステージ駆動機構２９により対象ワーク２３を光軸Ｏに直交する平面内でＸ−Ｙ方向に移動可能とされ、投影露光ステージ２２による対象ワーク２３の保持には適宜の手段を用いる。そのステージ駆動機構２９の駆動制御にも制御部２４を用いる。

以下、この露光装置１０による露光手順について説明する。

まず、図６に示すように、照明光学系１の光路に波長選択絞り１４が配置された状態で、対象ワーク２３の表面のソルダーレジスト（SR）にピントを合わせて、マスクパターン像を形成する。この場合、図７（ａ）に示すように、ソルダーレジスト（SR）には、ｉ線による露光潜像と、ｈ線による露光潜像とが同時に形成される。すなわち、ｉ線による露光潜像は、ソルダーレジスト（SR）の表面から所定深さまで形成され、該所定深さよりも深い箇所に存在する奥部OKUは生焼けの状態となってしまうが、ｈ線による露光潜像は当該奥部OKUまで達し、ソルダーレジスト（SR）を充分に硬化させることができる。

なお、本実施例では、ソルダーレジスト（SR）の表面に、ｉ線の露光用光束のピント位置を合わせて露光を行う。このようにすると、ｈ線の露光用光束のピント位置がソルダーレジスト（SR）の表面からずれてしまうが、ｉ線はマスク１８ａのマスクパターン像を正確にソルダーレジスト（SR）に形成するためのものであるのに対し、ｈ線はソルダーレジスト（SR）の奥部OKUを硬化させるためのものであるから、ｈ線の露光用光束のピント位置を厳密に合わせる必要はない。

また、投影レンズはｉ線に対して色収差補正されているので、ｈ線による結像分解能は劣化するが、ｉ線のマスクパターン像により結像分解能が保証されているので、支承は生じない。

ｉ線及びｈ線の露光用光束により、図７（ａ）に示すように、所定深さ及び所定深さより深い奥部まで露光潜像が形成される。図７（ｂ）は、ｉ線及びｈ線による露光光束の強度とソルダーレジスト（SR）の深さとの関係を示している。ｉ線による露光光束の強度が深さが深くなるに伴って指数関数的に減衰するのに対して、ｈ線による露光光束の強度はリニアーに減衰し、その減衰量も小さい。

その結果、このｉ線とｈ線とを用いて露光されたソルダーレジスト（SR）は、奥部OKUまでマスクパターン像を反映した露光潜像が形成されるため、現像後、図７（ｃ）に示すように、マスクパターンを忠実に反映したパターンが形成される。なお、その図７（ｃ）において、符号３１はコンタクトホール、符号３２は銅箔である。

《実施例２》
図８は実施例２を示している。本実施例では、照明光学系１（図１参照）の光軸上で、光源部１１の近傍に波長選択絞り１４が配置されている。波長選択絞り１４は図４に示したものと同じもので、その紫外線・可視光透過部１４ｂが光源部１１側に、紫外線透過部１４ｃがコールドミラー１２側にそれぞれ対峙するように配置されている。他の構成は実施例１の場合と同様である。

本実施例においても、ｉ線とｈ線とを用いて露光されたソルダーレジスト（SR）は、奥部OKUまでマスクパターン像を反映した露光潜像が形成されるため、現像後、図７（ｃ）に示したように、マスクパターンを忠実に反映したパターンが形成される。

《実施例３》
図９は実施例３を示している。本実施例では、投影レンズ系２０の一部である光学素子保持装置内に波長選択絞り１４が配置されている。波長選択絞り１４は図４に示したものと同じもので、その紫外線・可視光透過部１４ｂがマスク１８ａ側に、紫外線透過部１４ｃが対象ワーク２３（ソルダーレジスト（SR））側にそれぞれ対峙するように配置されている。他の構成は実施例１の場合と同様である。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、上記各実施例では、波長選択絞り１４の透明基板１４ａや紫外線・可視光透過部１４ｂの外形を正方形としたが、これに限定せず、これら透明基板１４ａや紫外線・可視光透過部１４ｂを円形にしても良い。

１照明光学系
１０露光装置
１１光源部
１４波長選択絞り
１４ａ透明基板
１４ｂ紫外線・可視光透過部
１４ｃ紫外線透過部
１４ｄ開口
１５インテグレータレンズ
１６コリメータレンズ
１８マスクステージ
１８a マスク
２０投影レンズ系
２２投影露光ステージ
２３対象ワーク
SR ソルダーレジスト（フォトレジスト）

Claims

フォトレジストを露光する露光装置であって、
照明光学系と、マスクステージと、投影レンズ系と、投影露光ステージとをこの順に備え、前記投影露光ステージには前記フォトレジストが形成された対象ワークが設けられ、前記マスクステージにはマスクパターン像を前記フォトレジストに形成するマスクが設けられ、
前記照明光学系または前記投影レンズ系の光路には波長選択絞りが配設され、
該波長選択絞りには、紫外線領域の波長の光と前記紫外線領域の近傍の可視光領域の光を透過する紫外線・可視光透過部が中央部に、前記紫外線領域の波長の光を透過する紫外線透過部が前記紫外線・可視光透過部の周囲にそれぞれ形成されていることを特徴とする露光装置。
前記フォトレジストが、前記紫外線領域に感度を有すると共に前記紫外線領域の近傍の可視光領域に感度を有し、かつ前記紫外線領域の感度に対して前記可視光領域の感度が低いネガタイプのソルダーレジストであり、前記紫外線領域の光がｉ線波長の光であり、前記可視光領域の光がｈ線波長の光であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記照明光学系に、光源部、露光シャッタ、インテグレータレンズ、及びコリメータレンズがこの順に配置されている場合、前記波長選択絞りは、該照明光学系の光軸上で、前記光源部の近傍または前記インテグレータレンズと前記コリメータレンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
前記投影レンズ系に光学素子保持装置が設けられている場合、前記波長選択絞りは、該投影レンズ系の光軸上で、前記光学素子保持装置の内部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。