JPH0864517A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPH0864517A
JPH0864517A JP6225643A JP22564394A JPH0864517A JP H0864517 A JPH0864517 A JP H0864517A JP 6225643 A JP6225643 A JP 6225643A JP 22564394 A JP22564394 A JP 22564394A JP H0864517 A JPH0864517 A JP H0864517A
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light
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projection
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政光 柳原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 各照明領域における走査直交方向の傾斜ムラ
を補正して、感光基板の各領域を一定の露光光量で走査
露光することのできる、露光装置を提供すること。 【構成】 本発明においては、マスク上に複数の照明領
域をそれぞれ形成する複数の照明光学系と、前記マスク
上の前記複数の照明領域の像を感光基板上の複数の投影
領域にそれぞれ形成する複数の投影光学系と、前記感光
基板上の複数の投影領域の各々における走査方向と直交
する方向に沿った光強度分布を検出するための検出手段
と、前記検出手段による検出結果に基づき、前記感光基
板上の前記複数の投影領域の各々における光強度分布を
前記走査方向と直交する方向に沿って実質的に一定とす
るように、前記複数の照明光学系の各々を制御するため
の制御手段と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶表示
基板の製造用の露光装置に関し、特に複数の照明光学系
および投影光学系を備えた走査型露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、パソコン、テレビ等の表示素子と
して、液晶表示基板が多用されている。この液晶表示基
板は、ガラス基板上に透明薄膜電極をフォトリソグラフ
ィの手法で所望の形状にパターニングして作られる。こ
のリソグラフィのための装置として、マスク上に形成さ
れた原画パターンを投影光学系を介してガラス基板上の
フォトレジスト層に露光する投影露光装置が用いられて
いる。
【0003】また、最近では液晶表示基板の大面積化が
要求されており、それに伴って上記の投影露光装置にお
いても投影領域の拡大が望まれている。この投影領域の
拡大の手段として、複数の投影光学系を備えた走査型露
光装置が提案されている。即ち、複数の照明光学系を設
け、各照明光学系から射出した光束でマスクを照明し、
照明されたマスクの像を対応する複数の投影光学系を介
してガラス基板上の投影領域に形成する。
【0004】さらに詳細には、光源から射出した光束を
フライアイレンズ等を含む光学系を介して光量を均一化
した後、視野絞りによって所望の形状に整形してマスク
のパターン面上を照明する。このような構成の照明光学
系を複数配置し、各照明光学系から射出された光束でマ
スク上の個別の照明領域をそれぞれ照明する。マスクを
透過した光束は、対応する投影光学系を介してガラス基
板上の投影領域にマスクのパターン像をそれぞれ結像す
る。そして、マクスとガラス基板とを同期して前記複数
の投影光学系に対して走査することによって、マスク上
のパターン領域の全面をガラス基板上に転写する。
【0005】ところで、上述のような走査型露光装置で
は、複数の照明光学系の光束の強度の均一化が要求され
る。すなわち、マスク上の各照明領域内において照明光
の強度に誤差があると、ガラス基板上の各投影領域内に
おいて転写されたパターンの線幅が異なってしまう。特
に、アクティブマトリクス液晶デバイスを製造する場
合、コントラスト変化としてデバイスの品質の低下を招
く。
【0006】図5(a)は、隣接する3つの投影領域P
A1〜PA3を示す図である。図5(a)において、各
投影領域PA1〜PA3はそれぞれ同じ台形状であり、
隣接する投影領域同士(例えば、PA1とPA2、PA
2とPA3)が図中に示す走査方向に所定量だけ互いに
変位するように並んでいる。また、各台形の底辺および
上辺は全体的に走査方向と直交する方向(以下、単に
「走査直交方向」という)すなわち図中水平方向に延び
ている。そして、隣接する投影領域の端部の突出した三
角形領域(以下、「継ぎ部」という)は、図中破線で示
す範囲において走査直交方向に重複するように配置され
ている。こうして、走査直交方向の任意の位置において
走査方向の沿った投影領域の長さの総和がほぼ一定にな
るように構成されている。
【0007】また、図5(b)は、投影領域PA1〜P
A3における光束の典型的な強度分布を示している。す
なわち、図5(b)は、各投影領域の走査直交方向に沿
った両端および中央における光束の強度をプロットした
ものである。図5(b)に示すように、各投影領域PA
1〜PA3の光強度はその中央位置P2、P5およびP
8においてほぼ一致しているが、個々の投影領域内にお
いて垂直直交方向に強度がほぼ線形的に変化するいわゆ
る傾斜ムラが発生し易い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の走査型露光装置
では、各投影領域において走査直交方向に傾斜ムラが発
生してもこれを検知して補正するための手段を備えてい
なかった。この走査直交方向の傾斜ムラが発生している
状態で走査方向に露光走査すると、走査直交方向に露光
光量の傾斜ムラがそのまま残ることになる。したがっ
て、感光基板の各領域を一定の露光光量で走査露光を行
うことができないという不都合があった。本発明は、前
述の課題に鑑みてなされたものであり、各照明領域にお
ける走査直交方向の傾斜ムラを補正して、感光基板の各
領域を一定の露光光量で走査露光することのできる、露
光装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定のパターンを有するマスク
の像を感光基板上に形成する投影光学系に対して、前記
マスクと前記感光基板とを所定方向に相対移動させつ
つ、前記投影光学系によって前記マスクの前記パターン
を前記感光基板上に投影露光する露光装置において、前
記マスク上に複数の照明領域をそれぞれ形成する複数の
照明光学系と、前記マスク上の前記複数の照明領域の像
を前記感光基板上の複数の投影領域にそれぞれ形成する
複数の投影光学系と、前記感光基板上の複数の投影領域
の各々における前記所定方向と直交する方向に沿った光
強度分布を検出するための検出手段と、前記検出手段に
よる検出結果に基づき、前記感光基板上の前記複数の投
影領域の各々における光強度分布を前記所定方向と直交
する方向に沿って実質的に一定とするように、前記複数
の照明光学系の各々を制御するための制御手段と、を備
えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【0010】本発明の好ましい態様によれば、前記制御
手段は、各照明光学系中の所定のレンズを前記所定方向
と直交する方向と光軸とを含む面内において回動させる
ためのレンズ駆動手段を備えている。この場合、前記複
数の照明光学系は、光源からの光束に基づいて多数の二
次光源を形成するオプティカルインテグレータと、該オ
プティカルインテグレータからの光を集光する集光光学
系とをそれぞれ有し、前記所定のレンズは、前記集光光
学系を構成するレンズのうちの負レンズであるのが好ま
しい。
【0011】
【作用】本発明においては、感光基板上の複数の投影領
域の各々における走査直交方向に沿った光強度分布を検
出し、この光強度分布が走査直交方向に沿って実質的に
一定になるように、すなわち傾斜ムラが実質的になくな
るように各照明光学系を制御する。具体的には、各照明
光学系に含まれるレンズを走査直交方向と光軸とを含む
面内において回動(チルト)させるか、あるいは光軸と
直交する面内において走査直交方向に偏心(シフト)さ
せて、上記傾斜ムラを補正する。
【0012】このように、本発明の露光装置では、各投
影光学系に起因して各投影領域において走査直交方向に
傾斜ムラが発生してもこれを補正することができる。し
たがって、感光基板上の全体に亘って光強度分布の変化
を最小限に抑えて、感光基板の各投影領域を一定の露光
光量で走査露光を行うことができる。その結果、転写精
度が向上し、製造されるデバイスの品質が著しく向上す
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て説明する。図1は、本発明の実施例にかかる露光装置
の構成を概略的に示す図である。図示の装置は、たとえ
ば超高圧水銀ランプからなる3つの光源1を備えてい
る。各光源1から射出した光束Lは、楕円鏡2を介して
集光され、ライトガイド20の入射端に入射する。ライ
トガイド20は、たとえばランダムに束ねられた複数の
光ファイバからなり、3つの入射端と5つの射出端とを
有する。そして、各光源1の出力の変動にかかわらず、
各射出端から出力される光束の光量がほぼ一定になるよ
うに、光ファイバの数を各射出端に等分に分枝してい
る。
【0014】こうして、ライトガイド20の各射出端か
らの光は、各照明光学系において二次光源を形成する。
各射出端からの光は、レンズ3を介して平行光束に変換
された後、たとえば印加電圧に応じて透過率の変化する
光変調素子のような透過率調整フィルタ14を透過して
オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ
4に入射する。フライアイレンズ4を介して強度が均一
化された光は、ハーフミラー5、レンズ系6を介して視
野絞り7によって所望の形状、たとえば台形状に整形さ
れる。視野絞り7で台形状に整形された光束は、レンズ
系8を介してマスク9のパターン面上に視野絞り7の像
を形成する。なお、レンズ系6は、光源側から順に、正
レンズ成分6a、負レンズ成分6bおよび正レンズ成分
6cからなる。
【0015】このように、共通の構成要素である光源1
およびライトガイド20を含み、レンズ3、透過率調整
フィルタ14、フライアイレンズ4、ハーフミラー5、
レンズ系6、視野絞り7およびレンズ系8が、1つの照
明光学系を構成している。なお、図1には、第1の照明
光学系LO1についてのみ全体の構成を示し、他の4つ
の照明光学系LO2〜LO5についてはその一部の構成
のみを示している。
【0016】各照明光学系からの光束は、マスク9上に
おいてそれぞれ個別の小領域(照明領域)をそれぞれ照
射する。マスク9上の各照明領域をそれぞれを透過した
光束は、対応する等倍正立系の投影光学系PL1〜PL
5を介して感光基板10上の各投影領域をそれぞれ照射
する。こうして、感光基板10上の各投影領域には、マ
スク9の各照明領域に対応したパターン像がそれぞれ結
像する。
【0017】図2は、上述の実施例において感光基板上
の投影領域を示す図である。図示のように、各投影領域
はそれぞれ同じ台形状であり、隣接する投影領域同士
(例えば、PA1とPA2、PA2とPA3)がX方向
(走査方向)に所定量だけ互いに変位するように並んで
いる。また、各台形の底辺および上辺は全体的にY方向
(走査直交方向)に延びている。そして、隣接する投影
領域の継ぎ部同士が、図中破線で示す範囲でY方向(走
査直交方向)に重複するように配置されている。換言す
れば、Y方向(走査直交方向)の任意の位置においてX
方向(走査方向)に沿った投影領域の長さの総和がほぼ
一定になるように構成されている。
【0018】なお、上述のような各投影領域PA1〜P
A5の配置が得られるように、対応する複数の投影光学
系PL1〜PL5および照明光学系LO1〜LO5も、
投影領域PA1〜PA5と同様に配置されている。そし
て、マスク9と感光基板10とを同期して、投影光学系
PL1〜PL5に対してX方向(図1では紙面に垂直な
方向)に走査することによって、マスク9上のパターン
領域の全面を感光基板10上の露光領域EAに転写す
る。
【0019】また、各照明光学系LO1〜LO5の光路
中に設けられたハーフミラー5によって光束Lの一部を
反射して、ディテクタ11に入射させる。ディテクタ1
1は入射光束を受光し、光電変換して得られた信号P1
〜P5を信号処理装置12に出力する。信号処理装置1
2では、信号P1〜P5に基づいて各照明光学系の光束
の強度を求め、各強度のうち最低値を示す強度を基準値
として設定する。信号処理装置12からの光強度情報を
受けて、フィルタ駆動部15では、他の光束の強度がこ
の基準値とほぼ一致するように、各照明光学系の透過率
調整フィルタ14の透過率を適宜変更する。
【0020】上述したように、各光源1の出力が変動し
ても、ライトガイド20の各出力端には互いにほぼ等し
い光量が得られるので、ディテクタ11で検出される光
強度は各照明光学系についてほぼ等しい。しかしなが
ら、本実施例のように、透過率調整フィルタ14を付設
して各照明光学系の光束の強度を補正することにより、
各照明光学系の光束の強度をさらに正確に一定化させる
ことができる。
【0021】図3は、投影領域における傾斜ムラの補正
を説明する図であって、(a)は図2の隣接する3つの
投影領域PA2〜PA4についての傾斜ムラ補正前の光
強度分布を、(b)は傾斜ムラ補正後の光強度分布をそ
れぞれ示している。以下、図3を参照して、傾斜ムラの
補正動作を説明する。
【0022】まず、投影露光に先立って、図1に示すよ
うに感光基板10と同じ高さの平面内においてディテク
タ16をY方向(走査直交方向)に走査することによっ
て、各投影領域におけるY方向に沿った光強度分布を測
定して記憶する。具体的には、図2において、各投影領
域PA2〜PA4のY方向(走査直交方向)に沿った中
央および両端の位置P1 〜P9について光束の強度を測
定する。測定した光強度情報は、信号処理装置12に入
力される。こうして、信号処理装置12では、図3
(a)に示すように、各投影領域について走査直交方向
にほぼ線形的に変化する光強度分布が得られる。
【0023】次に、信号処理装置12からの光強度分布
情報を受けてレンズ駆動部17は、各照明光学系のレン
ズ系6の負レンズ6bを図中矢印で示すように適宜チル
トさせる。すなわち、図1の紙面内において負レンズ6
bを適宜回動させる。こうして、各投影領域における走
査直交方向の光強度分布を、図3(b)に示すようにほ
ぼ一定にすることができる。前述したように、各投影領
域の中心位置P2、P5およびP8の光束の強度が互い
にほぼ一致するように構成されているので、各投影領域
の傾斜ムラを補正することによって、すべての投影領域
に亘り光強度をほぼ一様にすることができる。
【0024】なお、上述のように傾斜ムラを補正した
後、隣接する投影領域間において継ぎ部の光強度が異な
るような場合には、隣接する継ぎ部の光強度が互いにほ
ぼ一致するように、透過率調整フィルタ14を適宜制御
するようにしてもよい。また、上述の実施例では、各照
明光学系が共通の光源1およびライトガイド20を備え
る構成であり、ライトガイド20の各射出端を二次光源
としている。このようなライトガイド20を用いる構成
の代わりに、各照明光学系がそれぞれ光源を有する構成
であってもよい。以下、各照明光学系がそれぞれ光源を
有する構成の実施例につき図4を参照して説明する。
尚、図4においては、図1に示す実施例と同様の機能を
有する部材には、同一の符号を付してある。
【0025】図4において、光源1から射出した光束L
は、楕円鏡2を介して集光された後に、レンズ3を介し
て平行光束に変換される。レンズ3を介した光束は、図
1の実施例と同様に、透過率調整フィルタ14、フライ
アイレンズ4、ハーフミラー5、レンズ系6、視野絞り
7およびレンズ系8を順に介して、マスク9上において
照明領域を形成する。尚、図4には、第1の照明光学系
LO1についてのみ全体の構成を示し、他の4つの照明
光学系LO2〜LO5についてはその位置の構成のみを
示している。
【0026】図4の実施例において、図1の実施例とは
異なる点は、各照明光学系中の光源1に対する印加電圧
を調整する電源13を信号処理装置12が制御する構成
である。ここで、信号処理装置12は、ディテクタ11
からの信号P1〜P5に基づいて各照明光学系の光束の
強度を求め、各強度のうち最低値を示す強度を基準値と
して設定する。さらに、信号処理装置12は、この基準
値に他の光束の強度がほぼ一致するように、電源13の
各光源に対する印加電圧を制御する。
【0027】なお、本実施例においては、複数の照明光
学系LO1〜LO5のうちの特定の光源1を新しい光源
と交換すると、この新しい光源は他の光源に比べてその
輝度が著しく大きくなるため、電源13による印加電圧
の調整のみでは各光束の強度を一定にするように補正す
ることが困難である。この場合においては、各照明光学
系LO1〜LO5中の光路中に配置された透過率調整フ
ィルタ14の透過率を変化させることによって、各照明
光学系の各光束の強度を一定にするように補正すればよ
い。
【0028】また、上述の各実施例では、光強度補正手
段として透過率調整フィルタを用いているが、各照明光
学系の光路中に進退可能なNDフィルタを利用してもよ
い。この場合、透過率の異なる複数のNDフィルタを用
意し、これらのNDフィルタを単独であるいは組み合わ
せて使用するようにしてもよい。
【0029】また、上述の各実施例においては、レンズ
6bをチルトさせて傾斜ムラを補正しているが、フライ
アイレンズの光源側のレンズ3を図1中矢印の方向にシ
フトさせて傾斜ムラを補正してもよい。この場合、対応
する投影領域内でテレセントリック性などの変化が生じ
ないことが望ましい。
【0030】また、上述の各実施例においては、各照明
光学系中のレンズをチルト、シフトさせて傾斜ムラを補
正する構成であるが、その代わりに例えば特開平2-1701
52号公報に開示されている技術を用いて傾斜ムラを補正
してもよい。簡単に説明すると、図1又は図4におい
て、各照明光学系LO1〜LO5のフライアイレンズ4
とレンズ系6との間の光路中に、角度透過率特性を持つ
誘電体多層膜がコートされた基板を各照明光学系LO1
〜LO5の光軸に対する傾角が可変となるように設け
る。このとき、信号処理装置12は、各照明光学系LO
1〜LO5中の基板の傾きを変化させる図示なき傾き調
整部に対して、感光基板10上での光強度分布情報を伝
達する。この傾き調整部は、上記光強度分布情報に基づ
いて、各投影領域における走査直交方向での光強度分布
をほぼ一定とするように各照明光学系LO1〜LO5中
の基板の傾角を調整する。これにより、全ての投影領域
にわたって光強度をほぼ一様にすることができる。
【0031】尚、フライアイレンズ4の光源側に、各照
明光学系LO1〜LO5の光軸に対して傾角可変な平行
平面板を設ける構成も可能である。このときには、平行
平面板を光軸に対して傾けることにより、フライアイレ
ンズ4に入射する光束が光軸に対して平行移動するた
め、フライアイレンズ4の入射面上での光束の強度分布
が変化する。これにより、レンズ系6を介したフライア
イレンズ4からの光束には傾斜ムラが発生する。従っ
て、各投影領域における走査直交方向の傾斜ムラを補正
するように各照明光学系LO1〜LO5の平行平面板の
傾角を調整すればよい。
【0032】また、上述の各実施例においては、図2に
おいて各投影領域が走査直交方向に沿って互いに一部重
複する構成をとっている。しかしながら、図2の投影領
域PA2およびPA4を形成する照明光学系および投影
光学系を設けない構成を採用してもよい。この場合、マ
スク9および感光基板10をX方向に走査した後、マス
ク9および感光基板10をY方向に所定距離だけ移動さ
せて再びX方向に走査することにより、マスクのパター
ン領域の全面を感光基板上に転写することができる。
【0033】また、上述の各実施例においては、等倍の
投影光学系を用いた露光装置について説明したが、所定
の倍率を有する投影光学系を用いた露光装置にも本発明
を適用することができる。さらに、上述の各実施例にお
いては、屈折系の投影光学系を用いた露光装置について
説明したが、反射系の投影光学系を用いた露光装置にも
本発明を適用することができる。また、上述の各実施例
においては、各照明光学系において視野絞りの開口形状
を台形状としているが、例えば六角形の開口を有する視
野絞りを用いても良い。
【0034】
【効果】以上説明したように、本発明の露光装置によれ
ば、各投影領域において走査直交方向に傾斜ムラが発生
してもこれを補正することができる。したがって、感光
基板の各投影領域を一定の露光光量で走査露光を行うこ
とができ、その結果、転写精度が向上し製造されるデバ
イスの品質が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略
的に示す図である。
【図2】図1の装置における感光基板上の投影領域を示
す図である。
【図3】図1の装置の投影領域における傾斜ムラの補正
を説明する図であって、(a)は傾斜ムラ補正前の光強
度分布を、(b)は傾斜ムラ補正後の光強度分布をそれ
ぞれ示している。
【図4】本発明の別の実施例にかかる露光装置の構成を
概略的に示す図である。
【図5】従来技術の不都合を説明する図であって、
(a)は隣接する3つの投影光学系による投影領域PA
1〜PA3を示す図であり、(b)は、投影領域PA1
〜PA3における露光光束の典型的な強度分布を示す図
である。
【符号の説明】
1 光源 2 楕円鏡 3 レンズ 4 フライアイレンズ 5 ハーフミラー 6 レンズ系 7 視野絞り 9 マスク 10 感光基板 11 ディテクタ 12 信号処理装置 14 透過率調整フィルタ 15 フィルタ駆動部 16 ディテクタ 17 レンズ駆動部 20 ライトガイド

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定のパターンを有するマスクの像を感
    光基板上に形成する投影光学系に対して、前記マスクと
    前記感光基板とを所定方向に相対移動させつつ、前記投
    影光学系によって前記マスクの前記パターンを前記感光
    基板上に投影露光する露光装置において、 前記マスク上に複数の照明領域をそれぞれ形成する複数
    の照明光学系と、 前記マスク上の前記複数の照明領域の像を前記感光基板
    上の複数の投影領域にそれぞれ形成する複数の投影光学
    系と、 前記感光基板上の複数の投影領域の各々における前記所
    定方向と直交する方向に沿った光強度分布を検出するた
    めの検出手段と、 前記検出手段による検出結果に基づき、前記感光基板上
    の前記複数の投影領域の各々における光強度分布を前記
    所定方向と直交する方向に沿って実質的に一定とするよ
    うに、前記複数の照明光学系の各々を制御するための制
    御手段と、 を備えていることを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、各照明光学系中の所定
    のレンズを前記所定方向と直交する方向と光軸とを含む
    面内において回動させるためのレンズ駆動手段を備えて
    いることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の照明光学系は、光源からの光
    束に基づいて多数の二次光源を形成するオプティカルイ
    ンテグレータと、該オプティカルインテグレータからの
    光を集光する集光光学系とをそれぞれ有し、 前記所定のレンズは、前記集光光学系を構成するレンズ
    のうちの負レンズであることを特徴とする請求項2に記
    載の露光装置。
  4. 【請求項4】 前記制御手段は、各照明光学系中の所定
    のレンズを光軸と直交する面内において前記所定方向と
    直交する方向に偏心させるためのレンズ駆動手段を備え
    ていることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  5. 【請求項5】 前記複数の照明光学系は、前記複数の照
    明光学系中の光源からの光を平行光束に変換するレンズ
    系と、該レンズ系を介した前記平行光束に基づいて多数
    の二次光源を形成するオプティカルインテグレータとを
    それぞれ有し、 前記所定のレンズは、前記レンズ系を構成するレンズの
    うちの正レンズであることを特徴とする請求項4に記載
    の露光装置。
  6. 【請求項6】 前記複数の照明光学系の各々の光束の強
    度を検出するための第2検出手段と、 前記第2検出手段の検出結果に基づき、前記複数の照明
    光学系の各々の光束の強度が実質的に一定になるよう
    に、前記複数の照明光学系の各々を制御するための第2
    制御手段と、 をさらに備えていることを特徴とする請求項1乃至5の
    いずれか1項に記載の露光装置。
  7. 【請求項7】 前記第2制御手段は、各照明光学系の光
    路中に配置され透過率が変化する透過率調整フィルタ
    と、該透過率調整フィルタの透過率を制御するための透
    過率制御手段とを備えていることを特徴とする請求項6
    に記載の露光装置。
  8. 【請求項8】 前記第2制御手段は、各照明光学系の光
    源の出力を制御するための出力制御手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項6または7に記載の露光装置。
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