TWI490540B - An optical system, an exposure apparatus, and a manufacturing apparatus - Google Patents

Description

光學系統、曝光裝置及製造設備的方法

本發明是有關一種在製造液晶顯示元件、半導體元件時使用的光微影工程中所使用的光學系統、曝光裝置以及使用該曝光裝置製造設備的方法。

近年來，在個人電腦、電視機等顯示裝置中，正在大量使用液晶顯示基板。藉由使用光微影工程，在玻璃基板上把透明的薄膜電極圖案形成為所希望的形狀來製作液晶顯示基板。為了進行光微影工程，使用投影曝光裝置，該投影曝光裝置在預先描繪所希望的圖案的光罩上照射曝光光，經由投影光學系統，把光罩上的圖案投影到塗佈光抗蝕劑的玻璃基板等基板上，使基板進行曝光。在液晶顯示基板的製造中，使用藉由鏡面投射方式的投影曝光裝置。

使用圖4，說明在日本特開2006-78631號公報、日本特開2008-89832號公報所揭示的習知之鏡面投射方式的投影曝光裝置。照明光學系統101會將從載置在照明光學系統101內部的高壓水銀燈所發出的光，整形成所希望的形狀，對著描繪圖案的光罩102進行照明。來自照明光學 系統101的光，對光罩102照明之後，入射到容納有投影光學系統的鏡筒103內。入射到鏡筒103內的光由平面反射鏡131以及凹面反射鏡132反射，導向投影光學系統的光瞳的附近。在投影光學系統光瞳的附近，設置有凹凸透鏡133以及凸面反射鏡134。

藉由平面反射鏡131以及凹面反射鏡132被反射的光，透過凹凸透鏡133之後，藉由凸面反射鏡134被反射，再次透過凹凸透鏡133。再次透過凹凸透鏡133的光，再次藉由凹面反射鏡132以及平面反射鏡131被反射，到達塗佈感光劑的基板104。在基板104的位置，來自光罩102的透射光以及繞射光產生干擾，成像光罩102的圖案，對基板104進行曝光。光罩102以及板104分別被設置於圖未表示的光罩工件台以及基板工件台，使光罩工件台以及基板工件台邊同步掃描、邊進行曝光，就能夠實現對大畫面的基板104的曝光。

近年來，液晶顯示基板日趨大畫面化，為了回應其要求，曝光裝置的曝光區域也擴大起來。如果曝光區域增大，則每單位面積的光量變小，曝光所需要的時間變長，作為曝光裝置的生產率降低。因此，使用多根作為曝光用的光源的輸出為10KW左右的大型水銀燈，達到保持高照度、抑制曝光時間。

由於大型水銀燈的數量大增，在曝光工程中的曝光裝置的投影光學系統的內部，會產生非常高的熱負荷。具體而言，曝光光的一部分會被構成投影光學系統的光學零件 吸收，光學零件會蓄熱，該熱會再度被釋放到鏡筒內，藉此光學零件以及光學零件周圍的氣體的溫度會上升。如果光學零件以及光學零件周圍的氣體的溫度上升的話，在光學零件的表面附近會因氣體的對流產生氣體的擺動，且會產生通過擺動之氣體的光線的前進路徑的偏移(像的擺動)。進而，溫度上升的氣體，會蓄積在搭載著投影光學系統的鏡筒內的上部，鏡筒內部的氣體會在鉛直方向成為具有溫度梯度的狀態。

在圖4所示的鏡面投射方式的曝光裝置中，在成為投影光學系統的光瞳的凸面反射鏡134的附近，聚光度最高，成為高溫。因而，凹凸透鏡133與凸面反射鏡134之間的空間成為高溫，由於空間不是密閉構造，因此從凸面反射鏡134的近旁開始，向上方產生對流的氣流，形成引發像的擺動等。成像性能由於像這樣在曝光工程中產生的投影光學系統內的氣體的溫度梯度、光學零件的表面附近的氣體的擺動而下降被視為問題。

因而，本發明提供一種減低光路的一部分之環境氣體對光路的其他部分帶來的影響的光學系統。

本發明的第1方面，在於提供一種沿著光路按順序配置：平面反射鏡、凹面反射鏡、凹凸透鏡以及凸面反射鏡的光學系統中，在前述凹凸透鏡與前述凸面反射鏡之間形成有空間，前述光學系統具備用來分離包含前述平面反射 鏡與前述凹面反射鏡之間的光路的空間、和前述空間的構件。

本發明的第2方面，在於提供一種把形成在光罩的圖案經過投影光學系統投影到基板，並對前述基板進行曝光的曝光裝置，前述投影光學系統包括前述第1方面的光學系統。

本發明的第3方面，在於提供一種製造設備的方法，前述方法包括：使用前述第2方面的曝光裝置對基板進行曝光；使前述已曝光的基板進行顯影；和加工前述已顯影的基板來製造前述設備。

本發明的進一步的特徵，藉由參照所附圖面，由以下所舉的例示的實施形態的說明即可明白。

1‧‧‧照明光學系統

2‧‧‧光罩

3‧‧‧投影光學系

4‧‧‧基板(板)

31‧‧‧平面反射鏡(第1光學元件)

32‧‧‧凹面反射鏡(第2光學元件)

33‧‧‧凹凸透鏡(第3光學元件)

34‧‧‧凸面反射鏡(第4光學元件)

35‧‧‧鏡筒

36‧‧‧光吸收構件

37‧‧‧冷媒用配管

38‧‧‧配管

39‧‧‧空間

圖1是表示本發明的曝光裝置的概略圖。

圖2是表示在圖1中，凸面反射鏡的附近的詳細圖。

圖3是圖1中，由凹面反射鏡32側觀察凸面反射鏡的附近的圖。

圖4是表示習知的曝光裝置的概略圖。

〔曝光裝置〕

以下，有關本發明的曝光裝置的實施形態，使用圖1做說明。對光罩2進行照明的照明光學系統1，在內部包 括：光源的高壓水銀燈、橢圓鏡、整形光學系統、ND濾光片、光學積分器、聚光透鏡等光學零件。橢圓鏡會將由高壓水銀燈所發出的光，朝特定方向聚光。整形光學系統會將來自橢圓鏡的光分佈，整形成所希望的形狀。ND濾光片是用來調節光強度。光學積分器，會使得光罩兩面的光強度均均的分佈。聚光透鏡，是對通過光學積分器的光進行聚光。

由照明光學系統所射出的曝光光，會照射到已描繪應轉印的圖案的光罩(也稱為底片)2。透過光罩2的光，會經由投影光學系統3到達基板(板)4上，把光罩2上的圖案轉印到板4上，而對板4進行曝光。在板4上預先塗佈著感光劑，藉由在曝光前後實施適當的處理，就能夠在板4上製造出所希望的圖案。

在投影光學系統3內，沿著從光罩2至板4的光路，按順序配置：平面反射鏡(第1光學元件)31、凹面反射鏡(第2光學元件)32、凹凸透鏡(第3光學元件)33、凸面反射鏡(第4光學元件)34。在本實施形態中，經過光罩2入射到投影光學系統3的光，會因平面反射鏡31被折射，且利用凹面反射鏡32被反射之後，透過凹凸透鏡33，入射到凸面反射鏡34。利用凸面反射鏡34被反射的光，再次透過凹凸透鏡33之後，會再次利用凹面反射鏡32、平面反射鏡31被反射，入射到板4。平面反射鏡31、凹面反射鏡32、凹凸透鏡33以及凸面反射鏡34，是構成沿著光路按順序配置：第1光學元件、第2光學元件 、第3光學元件以及第4光學元件的光學系統。

在本實施方式所介紹的鏡面投射方式的曝光裝置的投影光學系統3中，在光路的上游側配置有凹凸透鏡33，在光路的下游側配置有凸面反射鏡34。在鏡面投射方式的曝光裝置的投影光學系統3中，在設計上把凹凸透鏡33和凸面反射鏡34被配置在投影光學系統3的光瞳的附近。由於凸面反射鏡34的附近，聚光度最高，因此發熱量也多。在凹凸透鏡33與凸面反射鏡34之間形成空間39，以使得藉由照射到凸面反射鏡34的表面的反射膜而由反射膜所產生的熱難以傳遞到凹凸透鏡33。凹凸透鏡33和凸面反射鏡34是利用鏡筒35被固定，空間39是利月凹凸透鏡33、凸面反射鏡34以及鏡筒35被包圍。因而，藉由在反射膜部所產生的熱而昇溫的空間39中的氣體，並不會從空間39釋出，就不會使其在平面反射鏡31與凹面反射鏡32之間的光路產生氣體的擺動。鏡筒35，是構成來用分離包含平面反射鏡(第1光學元件)31與凹面反射鏡(第2光學元件)之間的光路的空間、和空間39的構件。

鏡筒35的材質，是選擇隔熱性優的材料，使熱難以傳遞到外部。在隔著凸面反射鏡34而與凹凸透鏡33相反側(光路的下游側)，中介著空間而配置著光吸收構件36。光吸收構件36，是使吸收沒在凸面反射鏡34的表面反射，而透過凸面反射鏡34的光。在凸面反射鏡34與光吸收構件36之間介設著空間，是為了吸收凸面反射鏡34與光吸收構件36的熱膨脹係數之差，並且使得光吸收構 件36所產生的熱難以傳遞到凸面反射鏡34。

在凸面反射鏡34的反射面，為了反射光而製造有反射膜。該反射膜的材質與鋁等金屬相比最好是電介體。選擇電介體的理由是因為與金屬膜相比，電介體的膜照射光時，光吸收度小。在作為反射膜的材質選擇電介體的情況下，與金屬膜相比較，由於不在凸面反射鏡34的光反射面反射，而直接透過的光量增加，因此用來固定凸面反射鏡34的鏡筒35有可能發熱。其結果，凸面反射鏡34附近的溫度上升，在投影光學系統3內部的光路中產生氣體的擺動，使投影光學系統3的成像性能下降。

於圖2表示凸面反射鏡34的附近的放大圖。在光吸收構件36連接有冷媒用配管37，該冷媒用配管37包括：對光吸收構件36的內部供給溫度受控制的液體(冷媒)的液體供給部和從內部排出液體的液體排出部，且為了防止光吸收構件36過熱，可使冷媒沿著圖2中的箭頭方向流動。冷媒用配管37被引回到投影光學系統3的外部，使用圖未表示的冷凍機等，邊把冷媒的溫度控制為恒定、邊使其循環。冷媒可以經常性循環，也可以僅在光吸收構件36的溫度高於某個臨界值的情況下使其循環。藉由設置冷媒用配管37，就能將光吸收構件36的溫度上升抑制在最小限度，將能夠抑制投影光學系統3的內部的光路中的氣體的擺動。光吸收構件36使用具有高熱傳導率的物質，例如：鋁。流經冷媒用配管37的冷媒，例如為氟系的惰性液體。

接著，使用圖3，針對凹凸透鏡33與凸面反射鏡34之間的空間39的冷卻方法做記載。圖3是從凹面反射鏡32側觀察空間39以及鏡筒35的剖面圖。如果持續曝光，凹凸透鏡33與凸面反射鏡34之間的空間39的溫度就會逐漸上升。其結果，在空間39內產生溫度分佈，發生像偏、像散等。為了防止發生像偏、像散等，在鏡筒35上連接有配管38，能夠經由配管38，對凹凸透鏡33與凸面反射鏡34之間的空間39，輸送溫度被控制的空氣、氮氣等氣體。配管38是由投影光學系統3的外部被引回。 藉由調節氣體的流量，或者調節對鏡筒35內部的氣體之噴射口的形狀，就能有效的進行凹凸透鏡33與凸面反射鏡34之間的空間39的溫度管理。圖3中的箭頭是模式表示氣體有效流經凹凸透鏡33與凸面反射鏡34之間的空間39的狀況。流經配管38的氣體，例如為空氣、惰性氣體。

另外，在圖3的配管38的構造中，將對空間39供給氣體的氣體供給部、從空間39排出氣體的氣體排出部的數量設為一個，但不限於該數量，也可以把氣體供給部、氣體排出部的數量設為多個。另外，氣體的流動為水平方向，但關於這一點，即使為配置在水平方向以外的方向的情況下，當然也能夠得到一定的效果。

〔設備製造方法〕

接著，針對本發明的其中一實施方式的設備(半導體 設備、液晶顯示設備等)的製造方法做說明。在這裏以半導體設備的製造方法為例進行說明。

半導體設備，是藉由經過在基板上製作積體電路的前工程、以得在前工程所製作的基板上的積體電路晶片作為產品而完成的後工程來製造。前工程包括：使用前述的曝光裝置來掃描曝光塗佈感光劑的基板的工程、和使基板顯影的工程。後工程包括：組裝工程(切割、接合)、和封裝工程(密封)。另外，液晶顯示設備，是藉由經過形成透明電極的工程來製造。形成透明電極的工程包括：在蒸鍍透明導電膜的玻璃基板上塗佈感光劑的工程、使用前述的曝光裝置來掃描曝光塗佈感光劑的玻璃基板的工程、和使玻璃基板顯影的工程。若藉由本實施形態的設備製造方法，有關設備的生產性以及品質的至少一方，會比習知技術有利。

本發明雖是與舉例所示的實施方式相關做說明，但應可理解本發明並未被限定於所揭示的例示的實施方式。在接下來的申請專利範圍中，像是構成及機能的所有變形例及等效設計，應獲得最廣泛的解釋。

1‧‧‧照明光學系統

2‧‧‧光罩

3‧‧‧投影光學系

4‧‧‧基板(板)

31‧‧‧平面反射鏡(第1光學元件)

32‧‧‧凹面反射鏡(第2光學元件)

33‧‧‧凹凸透鏡(第3光學元件)

34‧‧‧凸面反射鏡(第4光學元件)

35‧‧‧鏡筒

36‧‧‧光吸收構件

39‧‧‧空間

Claims (9)

1. 一種光學系統，係在沿著光路按順序配置：平面反射鏡、凹面反射鏡、凹凸透鏡以及凸面反射鏡；在前述凹凸透鏡與前述凸面反射鏡之間形成有空間；前述光學系統具備用來分離包含前述平面反射鏡與前述凹面反射鏡之間的光路的空間、和前述空間的構件。
2. 如請求項1所述的光學系統，其中，前述構件與前述凹凸透鏡以及前述凸面反射鏡一起包圍前述空間。
3. 如請求項2所述的光學系統，其中，具備：氣體供給部、和氣體排出部，該氣體供給部是對前述包圍的空間供給溫度被控制的氣體，該氣體排出部是從前述空間排出前述氣體。
4. 如請求項1所述的光學系統，其中，前述凹凸透鏡與前述凸面反射鏡相比配置在前述光路的上游側，前述光學系統，在前述光路的前述凸面反射鏡的下游側具備吸收透過前述凸面反射鏡的光的光吸收構件。
5. 如請求項4所述的光學系統，其中，具備：液體供給部、和液體排出部，該液體供給部是對前述光吸收構件的內部供給溫度被控制的液體，該液體排出部是從前述光吸收構件的內部排出前述液體。
6. 如請求項1所述的光學系統，其中，前述凹凸透鏡和前述凸面反射鏡被配置在前述光學系 統的光瞳的附近。
7. 如請求項1所述的光學系統，其中，前述凸面反射鏡的反射面是以電介體的膜構成。
8. 一種曝光裝置，係在將形成於光罩的圖案經由投影光學系統投影到基板，並對前述基板進行曝光；其特徵為：前述投影光學系統包括：請求項1至請求項7中的任一項所述的光學系統。
9. 一種製造設備的方法，其包括：使用請求項8所述的曝光裝置，對基板進行曝光；使前述曝光基板進行顯影；和加工前述被顯影的基板來製造前述設備。