KR102144863B1 - 조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

광원으로부터의 광을, 조명광으로서 물체에 대해서 사출하는 조명장치로서, 상기 광원으로부터의 조명광 중의 제1 조명광이 입사하는 제1 입사구와, 상기 조명광 중의 제2 조명광이 입사하는 제2 입사구와, 상기 제1 입사구에 입사된 상기 제1 조명광 및 상기 제2 입사구에 입사된 상기 제2 조명광을 사출하는 공통 사출구를 가지는 광전송 장치와, 상기 광원과 상기 제1 입사구와의 사이에 마련되며, 상기 제1 입사구에 상기 제1 조명광을 제1 입사각으로 입사시키는 제1 광학계와, 상기 광원과 상기 제2 입사구와의 사이에 마련되며, 상기 제2 입사구에 상기 제2 조명광을 제1 입사각보다도 큰 제2 입사각으로 입사시키는 제2 광학계와, 상기 공통 사출구로부터 사출된 상기 제1 조명광과 상기 제2 조명광이 입사하는 플라이아이 렌즈와, 상기 플라이아이 렌즈에 의해 형성되는 면광원으로부터의 광을 상기 물체에 조사하는 광학계를 가지는 조명 광학계를 구비한다.

Description

조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법{ILLUMINATING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 복수 부분으로부터 도입한 조명광을 공통 부분으로부터 사출(射出)하는 조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
종래, 반도체소자, 액정표시소자, 박막(薄膜)자기헤드 등의 디바이스를 포토리소그래피 공정으로 제조하기 위해서 노광장치가 이용되고 있다. 이 포토리소그래피의 수법을 이용한 제조공정에서는 마스크상에 형성된 원화(原畵)가 되는 패턴을 조명광에 의해 조명하여 투영(投影)광학계를 통하여 포토레지스트 등의 감광제(感光劑)가 도포된 플레이트상에 전사(轉寫)하고 있다.
최근, 액정표시소자 등의 대면적화의 요구에 수반하여 노광장치의 노광영역의 확대가 요구되고 있다. 이것에 대해서, 복수의 투영광학 유니트를 구비하고, 이 복수의 투영광학 유니트에 대해서 마스크와 감광기판인 플레이트를 소정의 주사(走査)방향으로 동기(同期)이동시키면서, 마스크상에 형성된 패턴을 플레이트상에 전사하는 멀티렌즈식의 노광장치가 개발되고 있다(예를 들면 일본특허출원공개 평7-57986호 공보 참조). 이 멀티렌즈식의 노광장치에서는 큰 노광영역에 대응하는 노광량을 확보하기 위해서, 복수의 방전(放電)램프 등의 광원(光源)이 이용되며, 각 광원으로부터의 광은 타원거울에 의해 효율적으로 집광되어, 예를 들면 광파이버 번들(bundled)을 통하여 마스크의 조명에 이용되고 있다.
특허문헌 1 : 일본특허출원공개평7-57986호공보
그런데, 방전램프로부터 발(發)하는 노광광으로서의 조명광을 상술한 바와 같이 타원거울을 이용하여 집광하는 경우, 그 집광광속(集光光束) 중 광축에 대한 입사각도가 작은 범위의 광, 즉 개구수(NA)가 낮은 범위의 광이 존재하지 않는 상태(중심누락상태)가 되어 조명광이 광파이버 번들에 도입된다. 광파이버 번들의 일단에 도입된 조명광은 그 도입시의 입사각도와 동일한 사출각도로 타단으로부터 사출되기 때문에, 마스크 등에 형성된 패턴은 중심누락상태의 조명광에 의해 조명되게 된다. 이 경우, 패턴의 투영상은 광속 내가 일정하게 채워진 조명광에 의해서 조명되는 경우와 비교하여, 투영광학계에 잔존하는 수차(收差) 등의 영향을 받기 쉬워 플레이트에 대한 패턴의 전사정밀도가 저하할 우려가 있었다.
본 발명의 목적은, 광원이 발하는 조명광을 효율적으로 집광하고, 그 집광광속의 입사각에 따른 광의 누락을 억제하여 조명광을 사출할 수 있는 조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 조명장치는, 광원으로부터의 광을, 조명광으로서 물체에 대해서 사출하는 조명장치로서, 상기 광원으로부터의 조명광 중의 제1 조명광이 입사하는 제1 입사구와, 상기 조명광 중의 제2 조명광이 입사하는 제2 입사구와, 상기 제1 입사구에 입사된 상기 제1 조명광 및 상기 제2 입사구에 입사된 상기 제2 조명광을 합성하여 사출하는 공통 사출구를 가지는 광전송 장치와, 상기 광원과 상기 제1 입사구와의 사이에 마련되며, 상기 제1 입사구에 상기 제1 조명광을 제1 입사각으로 입사시키는 제1 광학계와, 상기 광원과 상기 제2 입사구와의 사이에 마련되며, 상기 제2 입사구에 상기 제2 조명광을 제1 입사각보다도 큰 제2 입사각으로 입사시키는 제2 광학계와, 상기 공통 사출구로부터 사출된 상기 제1 조명광과 상기 제2 조명광이 입사하는 플라이아이 렌즈와, 상기 플라이아이 렌즈에 의해 형성되는 면광원으로부터의 광을 상기 물체에 조사하는 광학계를 가지는 조명 광학계를 구비한다.
또, 본 발명의 노광장치는, 본 발명의 조명장치와, 상기 조명장치가 사출하는 조명광에 의해서 조명되는 상기 물체에 마련된 패턴의 투영상(投影像)을 감광(感光)기판상에 형성하는 투영광학계를 구비한다.
또, 본 발명의 노광방법은, 본 발명의 조명장치가 사출하는 조명광에 의해서 물체를 조명하는 조명공정과, 상기 조명광에 의해서 조명된 상기 물체에 마련된 패턴의 투영상을 감광기판상에 형성하는 투영공정을 포함한다.
또, 본 발명의 디바이스 제조방법은, 본 발명의 조명장치가 사출하는 조명광에 의해서 상기 물체를 조명하고, 상기 물체에 마련된 패턴의 투영상을 감광기판에 전사(轉寫)하는 노광공정과, 상기 투영상이 전사된 상기 감광기판을 현상(現像)하는 현상공정을 포함한다.
본 발명의 조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법에 의하면, 광원이 발하는 조명광을 효율적으로 집광하고, 그 집광광속의 입사각에 따른 광의 누락을 억제하여 조명광을 사출할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법에서는 물체의 투영상을 고정밀도로 감광기판에 전사할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 노광장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 조명장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시형태에 관한 부분투영광학계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시형태에 관한 라이트 가이드 파이버의 입사구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시형태에 관한 조명장치의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시형태에 관한 조명장치의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시형태에 관한 플라이아이(fly-eye)렌즈의 입사 측에서의 광량분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 제2 실시형태에 관한 조명장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시형태에 관한 반도체 디바이스의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 본 실시형태에 관한 액정디바이스의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 노광장치(EX)의 전체 구성을 나타내는 사시도이다. 본 실시형태에서는 복수의 반사굴절형의 부분투영광학계로 이루어진 투영광학계(PL)에 대해서 마스크(M)와 플레이트(감광기판)(P)를 동기이동시키면서 마스크(M)에 형성된 패턴의 투영상을 플레이트(P)상에 전사하는 스텝·앤드·스캔(step and scan) 방식의 노광장치를 예로 들어 설명한다.
또, 이하의 설명에서는, 도 1 중에 나타낸 XYZ 직교좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치관계에 대해 설명한다. XYZ 직교좌표계는 X축 및 Y축이 플레이트(P)에 대해서 평행하게 되도록 설정되고, Z축이 플레이트(P)에 대해서 직교하는 방향으로 설정되어 있다. 도면 중의 XYZ 직교좌표계는 실제로는 XY평면이 수평면에 평행한 면으로 설정되고, Z축이 연직 상방향으로 설정된다. 또, 이 실시형태에서는 마스크(M) 및 플레이트(P)를 이동시키는 방향(주사방향)을 X축방향으로 설정하고 있다.
노광장치(EX)는 마스크 스테이지(도시생략)상에 지지된 마스크(M)를 균일하게 조명하기 위해, 복수의 광원으로부터의 조명광을 혼합하여 사출하는 조명장치(IL)를 구비하고 있다. 조명장치(IL)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 초고압 수은램프 등의 방전램프로 이루어진 3개의 광원(2a, 2b, 2c)을 구비하고 있다. 광원(2a)으로부터 사출한 조명광은 타원거울(4a)에 의해 집광되고, 조명릴레이 광학계(6a)에 의해 라이트 가이드 파이버(10,)의 입사구(12a)에 집광된다. 또, 광원(2b)으로부터 사출한 조명광은 타원거울(4b) 및 조명릴레이 광학계(6b)를 통하여 라이트 가이드 파이버(10)의 입사구(12b)에 집광되며, 광원(2c)으로부터 사출한 조명광은 타원거울(4c) 및 조명릴레이 광학계(6c)를 통하여 라이트 가이드 파이버(10)의 입사구(12c)에 집광된다. 여기서 광원(2a) 및 타원거울(4a), 광원(2b) 및 타원거울(4b), 광원(2c) 및 타원거울(4c)은 각각 광원수단을 구성한다. 또, 타원거울(4a, 4b, 4c)은 발광부인 광원(2a, 2b, 2c)의 근방에 제1 초점(焦点)을 가지고 발광상(發光像) 형성수단으로서 기능한다.
라이트 가이드 파이버('라이트 가이드 장치' 또는 '광전송 장치'라고도 함)(10)는 다수의 광파이버 소선(素線)을 그 입사 측과 사출 측에서 랜덤하게 묶어 구성된 랜덤 라이트 가이드 파이버로서 3개의 입사구(12a, 12b, 12c) 및 7개의 사출구(도 2에서는 사출구(14a)만을 나타냄)를 구비하고 있다. 라이트 가이드 파이버(10)는 각 입사구(12a ~ 12c)에서 묶어진 광파이버 소선이 7개의 사출구에 균등하게 분배되어 있고, 입사구(12a ~ 12c)에 입사한 각 조명광은 7개의 사출구에 균등하게 분할되어 사출된다. 즉, 라이트 가이드 파이버(10)는 입사구(12a ~ 12c)로부터 수광한 각 조명광의 적어도 일부를 공통의 사출구로부터 사출시킨다. 7개의 사출구로부터 사출된 조명광의 각각은 마스크(M)를 부분적으로 조명하는 복수의 부분조명광학계(IL1) 및 도시하지 않은 6개의 부분조명광학계(IL2 ~ IL7)에 입사한다.
부분조명광학계(IL1)에서는, 라이트 가이드 파이버(10)의 사출구(14a)로부터 사출한 조명광은 콜리메이터(collimator) 렌즈(16b)에 의해 평행광속이 되며, 옵티컬 인테그레이터(optical integrator)인 플라이아이렌즈(17a)에 입사한다. 플라이아이렌즈(17a)에 입사한 조명광은 플라이아이렌즈(17a)를 구성하는 다수의 렌즈 엘리먼트에 의해 파면(波面) 분할되고, 그 뒤쪽 초점면(사출면 근방)에 렌즈 엘리먼트의 수와 같은 수의 광원상(光源像)으로 이루어진 2차 광원(면광원)을 형성한다. 플라이아이렌즈(17a)의 뒤쪽 초점면에 형성된 다수의 2차 광원으로부터의 조명광은 콘덴서 렌즈(18a)에 의해 마스크(M)상의 일부(부분조명영역)를 대략 균일하게 조명한다. 또한, 부분조명광학계(IL2 ~ IL7)(도시생략)의 구성은 부분조명광학계(IL1)와 동일하며, 부분조명광학계(IL2 ~ IL7)에서도 부분조명광학계(IL1)와 마찬가지로, 마스크(M)상의 각각 대응하는 부분조명영역을 대략 균일하게 조명한다.
부분조명광학계(IL1)에 대응하는 부분조명영역으로부터의 조명광은 각 부분조명영역에 대응하도록 배열된 복수의 부분투영광학계(PL1 ~ PL7)(도 1에서 PL2는 도시생략) 가운데, 부분투영광학계(PL1)에 입사한다. 부분투영광학계(PL1 ~ PL7)는 각각 대응하는 부분조명영역 내의 마스크(M)에 형성된 패턴의 투영상을 플레이트(P)상에 형성한다. 도 3은 부분투영광학계(PL1)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 부분투영광학계(PL1)는 시야(視野)조리개(22)상에 부분조명영역 내의 패턴의 중간상(中間像)을 형성하는 제1 반사굴절형 광학계(PL11)와, 플레이트(P)상에 부분조명영역 내의 패턴의 투영상(등배정립상(等倍正立像))을 형성하는 제2 반사굴절광학계(PL12)를 구비하고 있다.
마찬가지로, 부분조명광학계(IL2 ~ IL7)를 통과한 각 조명광은 부분조명광학계(IL2 ~ IL7)에 대응하여 설치되어 있는 부분투영광학계(PL2 ~ PL7)에 입사한다. 부분투영광학계(PL2 ~ PL7)는 부분투영광학계(PL1)와 동일한 구성을 가지고 있고, 각각 대응하는 부분조명영역 내의 패턴의 투영상을 플레이트(P)상에 형성한다. 또한, 부분투영광학계(PL1 ~ PL7)는 Y방향에서 부분투영광학계(PL2, PL4, PL6)가 부분투영광학계(PL1, PL2, PL5, PL7)의 사이에 각각 위치하도록 지그재그 모양으로 배치되어 있다. 또, 이 부분투영광학계(PL1 ~ PL7)의 배치에 대응하여 부분조명광학계(IL1 ~ IL7)도 Y방향으로 지그재그 모양으로 배치되어 있다.
본 실시형태에 관한 조명장치(IL)에서는 광원(2b)에 대응하여 마련되어 있는 입사구(12b)는, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 원형 모양으로 묶어진 복수의 광파이버(광파이버 묶음)에 의해 구성되어 있다. 또, 광원(2a, 2c)에 대응하여 마련되어 있는 입사구(12a, 12c)는, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 윤대(輪帶) 모양으로 묶어진 복수의 광파이버(광파이버 묶음)에 의해 구성되어 있다. 즉, 입사구(12a, 12c)는 중심누락된 광파이버 묶음에 의해 구성되어 있다.
조명릴레이 광학계(제1 릴레이 광학계)(6b)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(40)와 집광렌즈(41)를 구비하고, 광원(2b)으로부터의 조명광(제1 부분조명광)을 광학적으로 릴레이하여, 입사각 φb를 가지는 제1 광속으로서 입사구(제1 입사구)(12b)에 도입한다. 이 때, 조명릴레이 광학계(6b)는 발광부로서의 광원(2b)의 상(像)을 입사구(12b) 내에 투사(投射)한다. 여기서, 광원(2b)으로부터의 조명광은 타원거울(4b)을 이용하여 효율적으로 집광되기 때문에, 그 집광광속 중 입사각(조명릴레이 광학계(6b)의 광축(7b)에 대한 각도)이 작은 범위의 광, 즉 개구수(NA)가 낮은 범위의 광(예를 들면 도 5 중에 사선으로 나타내는 범위의 광)이 존재하지 않는 상태(중심누락상태)가 되고 있다. 또, 제1 입사각으로서의 입사각 φb는 광원(2b)에서의 조명광의 발산각(發散角)과 조명릴레이 광학계(6b)의 릴레이 배율에 의해서 정해지는 각도로 되어 있다.
한편, 조명릴레이 광학계(제2 릴레이 광학계)(6a, 6c)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각각 제1 콜리메이터 렌즈(42), 집광렌즈(43) 및 제2 콜리메이터 렌즈(44)를 구비하고, 광원(2a, 2c)으로부터의 조명광(제2 부분조명광)을 광학적으로 릴레이하며, 입사각 φb보다 작은 입사각 φa, φc를 가지는 제2 광속으로서 입사구(12a, 12c)에 도입한다. 이 때, 조명릴레이 광학계(6a, 6c)는 각각 발광부로서의 광원(2a, 2c)에 대응하는 푸리에(Fourier) 변환상(變換像)을 조명릴레이 광학계(6a, 6c)의 초점면에 마련된 입사구(12a, 12c)에 투사한다.
여기서, 광원(2a, 2c)으로부터의 조명광도 타원거울(4a, 4c)을 이용하여 효율적으로 집광되기 때문에, 그 집광광속 중 입사각(조명릴레이 광학계(6a, 6c)의 광축(7a, 7c)에 대한 각도)가 작은 범위의 광, 즉 개구수(NA)가 낮은 범위의 광(예를 들면 도 6 중에 사선으로 나타내는 범위의 광)이 존재하지 않는 상태(중심누락상태)가 되어 있다. 또, 제2 입사각으로서의 입사각 φa, φc는 각각 광원(2a, 2c)의 크기와 조명릴레이 광학계(6a, 6c)의 초점거리에 의해서 정해지는 각도로 되어 있다. 이 조명릴레이 광학계(6a, 6c)에서는 중심누락상태의 조명광을, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 윤대 모양의 입사구(12a, 12c)에 도입하기 때문에, 광원(2a, 2c)으로부터의 조명광을 효율적으로 라이트 가이드 파이버(10)에 입사시킬 수 있다.
또한, 입사각 φa ~ φc는 각각 입사구(12a ~ 12c)에 도입되는 조명광의 개구수에 대응하는 각도로서, 도 5 또는 도 6에 나타내는 바와 같이, 입사구(12a ~ 12c)에 집광되는 조명광 중의 최대의 입사각에 상당한다.
도 7은 라이트 가이드 파이버(10)의 사출구(14a)로부터 사출된 조명광의 플라이아이렌즈(17a)의 입사 측 근방에서의 광량분포를 나타내는 도면이다. 이 광량분포는 부분조명광학계(IL1)의 광축을 포함하는 단면 내에서의 광량을 광축으로부터의 위치에 대해서 나타내고 있다. 조명릴레이 광학계(6b)에 의해 릴레이된 광원(2b)으로부터의 조명광만이 입사구(12b)로부터 라이트 가이드 파이버(10)에 입사한 경우에는 플라이아이렌즈(17a)의 입사 측 근방에서의 조명광의 광량분포는, 도 7의 (a)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 광축 근방의 광량이 그 외주부의 광량보다도 적고, 윤대조명과 동일한 조명 특성을 가지게 된다. 한편, 조명릴레이 광학계(6a, 6c)에 의해 릴레이된 광원(2a, 2c)으로부터의 조명광만이 입사구(12a, 12c)로부터 라이트 가이드 파이버(10)에 입사한 경우에는, 플라이아이렌즈(17a)의 입사 측 근방에서의 조명광의 광량분포는, 도 7의 (a)의 점선으로 나타내는 바와 같이, 광축 근방의 광량이 그 외주부의 광량보다 많고, 광축 근방에 광량이 집중한 조명 특성을 가지게 된다.
그리고, 입사구(12a, 12b, 12c)로부터 라이트 가이드 파이버(10)에 조명광을 입사시킨 경우에는, 플라이아이렌즈(17a)의 입사 측 근방에서의 조명광의 광량분포는, 도 7의 (a)에 실선 및 점선으로 나타낸 광량분포를 합성한 광량분포가 되며, 도 7의 (b)에서 나타내는 바와 같이, 광축 근방의 광량과 그 외주부의 광량이 대략 균일한 광량분포가 된다. 또한, 다른 부분조명광학계(IL2 ~ IL7)에서 부분조명광학계(IL1)와 동일한 광량분포를 얻을 수 있다.
그런데, 조명장치(IL)에서는 전원장치(32)에 의해 광원(2a, 2b, 2c)에 대해서 전력의 공급을 행하고 있고, 제어부(30)의 제어에 의해 광원(2a, 2b, 2c)의 각각에 공급하는 전력량을 개별적으로 변경하는 것이 가능하다. 즉, 전원장치(32) 및 제어부(30)는 광량비(光量比) 조정수단으로서 기능한다. 따라서, 제어부(30)의 제어하에서 광원(2a, 2c)에 공급하는 전력량과 광원(2b)에 공급하는 전력량을 변경함으로써, 입사구(12a, 12c)를 통한 조명광과, 입사구(12b)를 통한 조명광과의 광량비(광량밸런스)를 변경시키고, 각 부분조명광학계(IL1 ~ IL7)의 플라이아이렌즈의 입사 측 근방에서의 조명광의 광량분포를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 광축 근방의 광량이 그 외주부의 광량보다도 많은 광량분포를 가지도록 변경할 수 있고, 또 광축 근방의 광량이 그 외주부의 광량보다도 적은 광량분포를 가지도록 변경할 수 있다. 즉, 제조공정에서는 고해상도가 요구되는 경우나, 고콘트라스트가 요구되는 경우 등, 제조공정에 따라 조명광의 광량분포를 최적화하는 요구가 있지만, 광원(2a, 2b, 2c)의 각각에 공급하는 전력량을 개별적으로 변경하여, 각 부분조명광학계(IL1 ~ IL7)의 플라이아이렌즈의 입사 측 근방에서의 조명광의 광량분포를 조정함으로써, 그 요구를 만족시킬 수 있다.
노광장치(EX)에서는 상술의 조명장치에 의해 마스크(M)를 조명하고, 마스크(M)와 플레이트(P)를 부분투영광학계(PL1 ~ PL7)에 대해서 동기이동시키면서 스캔 노광(주사노광)을 행함으로써, 마스크(M)에 형성된 패턴의 투영상을 플레이트(P)상에 형성하여 전사한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 조명장치(IL)에서는, 광원(2a ~ 2c)로부터의 조명광을 효율적으로 집광하고, 그 집광광속의 입사각에 따른 광의 누락을 억제하여 조명광을 사출할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 관한 노광장치(EX)에서는 광속 내가 일정하게 채워진 조명광에 의해서 마스크(M)를 조명할 수 있고, 중심누락상태의 조명광에 의해서 마스크(M)를 조명하는 경우에 비하여, 마스크(M)의 패턴의 투영상을 고정밀도로 플레이트(P)에 전사할 수 있다.
또한, 조명릴레이 광학계, 라이트 가이드 파이버의 입사구의 크기 등의 설계값으로서 최적의 값을 선택한 경우 등에서는 광원으로부터의 조명광의 중심누락부분에 의한 광량손실을 일부 회피할 수가 있기 때문에, 통상의 조명장치와 비교하여 마스크(플레이트)상의 조도(照度)를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 노광장치(EX)에서는 각 부분조명광학계(IL1 ~ IL7)에서의 플라이아이렌즈의 사출 측 근방에 개구지름 및 개구형상 중 적어도 한쪽이 변경 가능한 조리개를 설치함으로써, 각 부분투영광학계(PL1 ~ PL7)에 대응하는 조명광의 조명조건을, 나아가서는 마스크(M)의 패턴의 투영조건(투영상의 결상(結像)조건)을 제어할 수 있다.
그 조리개로서, 예를 들면 개구지름 및 개구형상 중 적어도 한쪽이 다른 복수의 조리개를 조명광의 광로상에 선택적으로 배치가능(전환배치가능)한 리볼버(revolver) 기구 혹은 슬라이더 기구를 이용할 수 있다. 또, 복수의 조리개로서, 예를 들면 통상 조명(컨벤셔널(conventional) 조명)을 행하기 위한 제1 개구지름을 가지는 제1 원형개구와, 통상 조명보다도 조명광의 개구수(NA)를 작게 제한한 소σ조명을 행하기 위해서 제1 개구지름보다도 작은 제2 개구지름을 가지는 제2 원형 개구와, 윤대조명을 행하기 위한 윤대 모양(링 모양)의 개구를 가지는 윤대개구를 구비할 수 있다.
본 실시형태에 관한 조명장치(IL)에서는 각 부분조명광학계(IL1 ~ IL7)의 플라이아이렌즈의 입사 측 근방에서의 조명광의 광량분포가 광축 근방의 광량과 그 외주부의 광량이 대략 균일한 광량분포로 되어 있기 때문에, 상술과 같은 조리개에 의해서, 예를 들면 통상 조명으로부터 소σ조명으로 전환된 경우 및 통상 조명으로부터 윤대조명으로 전환된 경우의 조명광량의 저하(즉, 마스크(M) 및 기판(P)에서의 조명광의 조도저하)를 각각 억제할 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 7의 (a)에 실선으로 나타낸 바와 같이 광량분포가 중심누락된 종래의 조명장치를 이용하는 경우에 비하여, 조리개를 전환한 경우의 조도의 저하율을 작게 할 수 있음과 동시에, 소σ조명시의 조도와 윤대조명시의 조도와의 조도 밸런스를 균등하게 할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 노광장치에 대해 설명한다. 또한, 제2 실시형태에 관한 노광장치는 제1 실시형태에 관한 노광장치를 구성하는 조명장치의 구성이 도 8에 나타내는 구성으로 변경되어 있는 점을 제외하고는 제1 실시형태에 관한 노광장치와 동일한 구성을 가진다. 따라서, 제2 실시형태의 설명에서는 제1 실시형태에 관한 노광장치의 구성과 동일한 구성의 상세한 설명은 생략하며, 제1 실시형태에 관한 노광장치의 구성과 동일한 구성에는 제1 실시형태에서 이용한 것과 동일한 부호를 이용하여 설명을 행한다.
도 8은 제2 실시형태에 관한 조명장치(IL')의 구성을 나타내는 도면이다. 이 조명장치(IL')에서는 광원(2a)으로부터의 조명광을 라이트 가이드 파이버(10)의 입사구(12a)에 릴레이하기 위한 릴레이 광학계(6a)의 집광렌즈(43) 및 제2 콜리메이터 렌즈(44)를 제어부(30)의 제어에 의해서 구동부(34)를 구동시킴으로써, 집광렌즈(45)로 교환 가능하게 구성되어 있다. 즉 릴레이 광학계(6a)를 광원(2a)으로부터의 조명광을 광학적으로 릴레이하여, 제1 입사각을 가지는 제1 광속으로서 라이트 가이드 파이버(10)의 입사구(제1 입사구)(12a)에 도입하는 릴레이 광학계(제3 릴레이 광학계)로 교환할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 릴레이 광학계(6a)를 제3 릴레이 광학계로 교환함으로써, 플라이아이렌즈의 입사 측 근방에서의 부분조명광학계의 광축에 수직인 면에서의 광량분포를 조정할 수 있다.
또한, 상술의 각 실시형태에서는 멀티렌즈식의 주사형 노광장치를 예로서 설명했지만, 주사형 노광장치 외에 마스크(M)와 플레이트(P)를 정지한 상태에서 마스크(M)의 패턴을 노광하고, 플레이트(P)를 차례차례 스텝 이동시키는 스텝·앤드·리피트형의 노광장치에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또, 멀티렌즈식 노광장치에 한정되지 않고, 1개의 투영광학계를 구비하는 노광장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
또, 상술의 각 실시형태에서는 라이트 가이드 파이버(10)가 3개의 입사구(12a ~ 12c)를 가지는 것으로 했지만, 3개로 한정되지 않고, 복수이면 된다. 또, 라이트 가이드 파이버(10)가 광원상과 광학적으로 공역인 위치에 마련된 1개의 입사구(12b)와, 광원상에 대응하는 동면(瞳面)(푸리에 변환면)에 마련된 2개의 입사구(12a, 12c)를 가지고 있지만, 조명광이 소망한 광강도분포를 가지도록 광원상과 광학적으로 공역인 위치에 마련되는 입사구의 수와 광원상에 대응하는 동면에 마련되는 입사구의 수를 적절하게 선택할 수 있다.
또, 상술의 각 실시형태에서는 조명장치의 광원으로서 3개의 광원(2a ~ 2c)을 이용하고 있지만, 1개 이상의 광원을 구비하고 있으면 된다. 광원이 1개인 경우에는 타원거울에서 반사된 조명광을 광학계로 분할하고, 광원상과 광학적으로 공역인 위치에 마련된 입사구 또는 광원상에 대응하는 동면에 마련된 입사구에 조명광을 입사시킨다. 즉, 광원과 라이트 가이드 파이버의 입사구는 1 대 1에 대응하고 있을 필요는 없다. 이 경우에는, 광원, 타원거울 및 조명광을 분할하는 광학계가 광원수단을 구성한다. 또, 광원상과 광학적으로 공역인 위치에 마련된 입사구의 파이버의 개수와, 또는 광원상에 대응하는 동면에 마련된 입사구의 파이버의 개수를 다르게 함으로써, 사출구로부터 사출되는 조명광이 소망의 광량비가 되도록 해도 된다.
또, 상술의 실시형태에서는 라이트 가이드 파이버(10)가 7개의 사출구를 가지고 있지만, 라이트 가이드 파이버의 사출구는 1개 이상 있으면 그 수는 몇 개라도 된다.
또, 상술의 실시형태에서는 제어부의 제어하에서 구동부에 의해 조명릴레이 광학계를 구성하는 렌즈 중의 일부의 렌즈를 다른 렌즈로 교환하고 있지만, 수동으로 조명릴레이 광학계를 구성하는 렌즈 중의 일부의 렌즈를 다른 렌즈로 교환하도록 해도 된다.
또, 상술의 실시형태에서는 광량비 조정수단으로서, 제어부 및 전원장치를 이용하고, 제어부의 제어에 근거하여 전원장치로부터 각 전원에 공급하는 전력량을 변경하고 있었지만, 광량비 조정수단으로서 감광(減光)필터 등을 이용하여 각 광원으로부터의 조명광의 광량을 조정하도록 해도 된다. 또, 릴레이 광학계의 전환에 대응하여(연동하여), 광량비 조정수단에 의해 각 광원으로부터의 조명광의 광량을 조정하도록 해도 된다.
다음으로, 상술의 실시형태에 관한 노광장치를 이용한 디바이스 제조방법에 대해 설명한다. 도 9는 반도체 디바이스의 제조공정을 나타내는 플로우차트이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조공정에서는 반도체 디바이스의 기판이 되는 웨이퍼에 금속막을 증착(蒸着)하고(스텝 S40), 이 증착한 금속막상에 감광성(感光性) 재료인 포토레지스트를 도포하여 플레이트(P)로 한다(스텝 S42). 이어서, 각 실시형태의 노광장치를 이용하고, 마스크(M)(레티클(reticle))에 형성된 패턴의 투영상을 웨이퍼상의 각 쇼트영역에 전사하고(스텝 S44 : 노광공정(조명공정 및 투영공정)), 이 전사가 종료한 웨이퍼의 현상, 즉 패턴이 전사된 포토레지스트의 현상을 행한다(스텝 S46 : 현상공정). 그 후, 스텝 S46에 의해서 웨이퍼 표면에 생성된 레지스터 패턴을 가공용 마스크로 하고, 웨이퍼 표면에 대해서 에칭 등의 가공을 행한다(스텝 S48 : 가공공정).
여기서, 레지스터 패턴이란, 각 실시형태의 노광장치에 의해서 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트층(전사패턴층)으로서, 그 오목부가 포토레지스트층을 관통하고 있는 것이다. 스텝 S48에서는 이 레지스터 패턴을 통하여 웨이퍼 표면의 가공을 행한다. 스텝 S48에서 행해지는 가공에는, 예를 들면 웨이퍼 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막(成膜) 중 적어도 한쪽이 포함된다. 또한, 스텝 S44에서는, 각 실시형태의 노광장치는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼를 감광성 기판으로서 패턴의 전사를 행한다.
도 10은 액정표시소자 등의 액정디바이스의 제조공정을 나타내는 플로우차트이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 액정디바이스의 제조공정에서는 패턴형성공정(스텝 S50), 칼라필터 형성공정(스텝 S52), 셀조립공정(스텝 S54) 및 모듈조립공정(스텝 S56)을 차례차례 행한다.
스텝 S50의 패턴형성공정에서는 플레이트(P)로서 포토레지스트가 도포된 유리기판상에 각 실시형태의 노광장치를 이용하여 회로패턴 및 전극패턴 등의 소정의 패턴을 형성한다. 이 패턴형성공정에는 각 실시형태의 노광장치를 이용하여 포토레지스트층에 패턴을 전사하는 노광공정과, 패턴이 전사된 플레이트의 현상, 즉 유리기판상의 포토레지스트층(전사패턴층)의 현상을 행하며, 패턴에 대응하는 형상의 포토레지스트층을 생성하는 현상공정과, 이 현상된 포토레지스트층을 통하여 유리기판의 표면을 가공하는 가공공정이 포함되어 있다.
스텝 S52의 칼라필터 형성공정에서는 R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응하는 3개의 도트(dot)의 그룹을 매트릭스 모양으로 다수 배열하거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 그룹을 수평주사방향으로 복수 배열한 칼라필터를 형성한다.
스텝 S54의 셀조립공정에서는 스텝 S50에 의해서 소정 패턴이 형성된 유리기판과 스텝 S52에 의해서 형성된 칼라필터를 이용하여 액정패널(액정셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예를 들면 유리기판과 칼라필터와의 사이에 액정을 주입함으로써 액정패널을 형성한다.
스텝 S56의 모듈조립공정에서는 스텝 S54에 의해서 조립된 액정패널에 대하여, 이 액정패널의 표시동작을 행하게 하는 전기회로 및 백라이트 등의 각종 부품을 장착한다.
또, 본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정디바이스 제조용 노광장치로의 적용에 한정되지 않고, 예를 들면, 플라스마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용 노광장치나, 촬상소자(CCD 등), 마이크로 머신, 박막자기헤드 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광장치에도 넓게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토마스크, 레티클 등)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조할 때의 노광공정(노광장치)에도 적용할 수 있다.
또한, 본 개시는 2008년 1월 21일에 제출된 일본특허출원2008-10286호에 포함된 주제에 관한 것이며, 그 개시된 전체는 여기에 참조사항으로서 명백하게 조합된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은 조명장치, 노광장치, 노광방법 및 디바이스 제조방법으로 이용 가능하다.

Claims (8)

  1. 광원으로부터의 광을, 조명광으로서 물체에 대해서 사출하는 조명장치로서,
    상기 광원으로부터의 조명광 중의 제1 조명광이 입사하는 제1 입사구와, 상기 조명광 중의 제2 조명광이 입사하는 제2 입사구와, 상기 제1 입사구에 입사된 상기 제1 조명광 및 상기 제2 입사구에 입사된 상기 제2 조명광을 합성하여 사출하는 공통 사출구를 가지는 광전송 장치와,
    상기 광원과 상기 제1 입사구와의 사이에 마련되며, 상기 제1 입사구에 상기 제1 조명광을 제1 입사각으로 입사시키는 제1 광학계와,
    상기 광원과 상기 제2 입사구와의 사이에 마련되며, 상기 제2 입사구에 상기 제2 조명광을 제1 입사각보다도 큰 제2 입사각으로 입사시키는 제2 광학계와,
    상기 공통 사출구로부터 사출된 상기 제1 조명광과 상기 제2 조명광이 입사하는 플라이아이 렌즈와, 상기 플라이아이 렌즈에 의해 형성되는 면광원으로부터의 광을 상기 물체에 조사하는 광학계를 가지는 조명 광학계를 구비하는 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광학계는, 제1 콜리메이터(collimator) 렌즈 및 집광(集光)렌즈를 포함하고, 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 거친 상기 제1 조명광을 상기 집광렌즈에 의해서 상기 제1 입사구에 집광하여 입사시키고,
    상기 제2 광학계는, 제2 콜리메이터 렌즈를 포함하고, 상기 제2 콜리메이터 렌즈에 의해서 콜리메이트(collimate, 시준(視準))한 상기 제2 조명광을 상기 제2 입사구에 입사시키는 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광전송 장치는, 복수의 광파이버를 포함하고,
    상기 제1 입사구는, 상기 복수의 광파이버 중 제1 부분의 광파이버의 일단을 묶은 제1 파이버 묶음을 포함하며,
    상기 제2 입사구는, 상기 복수의 광파이버 중 상기 제1 부분과 다른 제2 부분의 광파이버의 일단을 묶은 제2 파이버 묶음을 포함하고,
    상기 공통 사출구는, 상기 제1 파이버 묶음 중 적어도 일부의 광파이버의 타단과, 상기 제2 파이버 묶음 중 적어도 일부의 광파이버의 타단을 묶은 제3 파이버 묶음을 포함하는 조명장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 파이버 묶음은, 상기 제2 부분의 광파이버의 일단이 윤대(輪帶) 모양으로 묶여져 있는 조명장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광원은, 복수의 발광부를 가지고,
    상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계는, 각각 다른 상기 발광부로부터 발하게 되는 상기 조명광을 상기 제1 조명광 및 상기 제2 조명광으로서 광학적으로 릴레이하는 조명장치.
  6. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재한 조명장치와,
    상기 조명장치가 사출하는 조명광에 의해서 조명되는 상기 물체에 마련된 패턴의 투영상(投影像)을 감광(感光)기판상에 형성하는 투영광학계를 구비하는 노광장치.
  7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재한 조명장치가 사출하는 조명광에 의해서 상기 물체를 조명하는 조명공정과,
    상기 조명광에 의해서 조명된 상기 물체에 마련된 패턴의 투영상을 감광기판상에 형성하는 투영공정을 포함하는 노광방법.
  8. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재한 조명장치가 사출하는 조명광에 의해서 상기 물체를 조명하고, 상기 물체에 마련된 패턴의 투영상을 감광기판에 전사(轉寫)하는 노광공정과,
    상기 투영상이 전사된 상기 감광기판을 현상(現像)하는 현상공정을 포함하는 디바이스 제조방법.
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