WO2002039189A1

WO2002039189A1 - Dispositif de transfert de motif comportant un projecteur pour circuits imprimes

Info

Publication number: WO2002039189A1
Application number: PCT/JP2000/007929
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Yokoyama; Kazumi Haga
Original assignee: National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology; Newcreation Co., Ltd.
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-05-16
Also published as: JP4195915B2; KR100727009B1; JPWO2002039189A1; KR20040004433A; US6967708B1

Description

明細

P Cプロジェクタ一を用いた任意パ夕一ン転写装置技術分野

本発明は、フォトリソグラフィ用に任意のパターンを転写することができる投影露光装置に関する。背景技術

リソグラフィ用の投影露光装置として、マスクァライナとステツパ（縮小投影露光装置）とがある。前者は、ワイドエリアのレチクルマスクパターンを一括露光する装置であり、ラインアンドスペースで 0 . 8 m以上の精度があり、液晶などのデバイス作製に不可欠の装置となっている。また、後者のステッパは、半導体プロセス専用のもので、デバイスサイズ毎にレチクルマスクパ夕一ンを縮小結像させて露光する装置となっており、ラインアンドスペースで

0 . 1 8〜0 . 5 程度の精度がある。

しかしながら、前者のマスクァライナをデバイスの研究開発に用いようとすると、レチクルが非常に高価となり、またレチクルの納期が非常に長くなることから、試行錯誤的な実験を迅速に繰り返すことが困難となる。また、比較的安価なマニュアル操作型のマスクァライナでは、ァライメント等がマニュアルとなるため操作に熟練を要し、実験結果等の再現性が操作の熟練の度合いに左右されることになる。

一方、後者のステツバについても、レチクルの作製について上記と同様の問題があるばかりでなく、装置が高価であること、装置の設備環境が非常にシビァであること、フルオートであり半導体プロセス以外の目的に使用することが困難であること等から、研究開発目的での使用は現実的でない。そこで、本発明は、簡易に任意のパターンを転写することができ、しかも、小型で、安価で、操作が簡単な研究開発用の投影露光装置を提供することを目的とする。発明の開示

上記課題を解決するため、本発明の投影露光装置は、反射型若しくは透過型の表示部を有し、この表示部に露光すベき所定の画像を表示させる表示装置と、露光の対象となる基板を支持するステージと、表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板の表面に投影するテレセントリックタイプの投影レンズとを備える。

上記投影露光装置では、投影レンズが表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板の表面に投影するので、任意の画像を基板上に簡易に転写することができる。すなわち、表示装置は、例えば液晶表示装置等で構成することができ、電気的な入力信号に応じて上記所定の画像の表示を簡易に変更することができ、しかも安価なものが市販されているので、高価で長納期のレチクルを使用する場合に比較して、研究開発段階での設計や仕様の変更が簡易となる。さらに、投影レンズとしてテレセントリックタイプのものを用いているので、光軸方向にわずかなァライメント誤差等があっても基板上の転写像の結像倍率等に与える影響が少なくなり、再現性の高いパターン転写が可能になる。

上記装置の好ましい態様では、投影レンズが、この投影レンズの倍率を変化させるズーム光学系を有し、当該ズーム光学系は、インナー駆動方式の変倍機構を有する。

この場合、投影レンズが縮小倍率を変化させるズーム光学系を有し、当該ズーム光学系は、インナー駆動方式の変倍機構を有するので、表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板に適宜任意の倍率で投影することができるだけでなく、変倍に際してヮ一キングディスタンスが変わることがないので作業性を高めることができる。

上記装置の好ましい態様では、投影レンズに設けた開口絞りの大きさを調節する絞り調節機構をさらに備える。

この場合、開口絞りの大きさを調節する絞り調節機構をさらに備えるので、表示部上に表示された所定の画像がドットマトリックスを連結した階段状の輪郭を有する場合であっても、絞り調節機構の調整次第で解像度を変更することができ、基板上に投影された投影像の輪郭を比較的滑らかなものとできる。

上記装置の好ましい態様では、表示装置に所定の画像に対応する画像データを供給して表示部に設けたドットマトリックスタイプの画素の表示状態を画像デ一夕に対応する表示状態に切り替えさせる制御コンピュータをさらに備える。この場合、制御コンピュータを利用して表示装置に供給する画像デ一タを簡易かつ迅速に修正 ·変更することができ、投影露光装置の操作性が高まる。

上記装置の好ましい態様では、表示装置は、例えば液晶表示装置等で構成することが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、実施形態の投影露光装置の全体構造を説明する図である。

図 2は、図 1の装置の光学系を説明する図である。

図 3 ( a ) は、転写用パ夕一ンを示し、図 3 ( b ) は、解像度を調節した投影像を示す。

図 4は、第 2実施形態の投影露光装置の要部を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

図 1は、本発明の一実施形態に係るの投影露光装置の構造を概略的に説明する図である。

この投影露光装置は、露光の対象となる基板 Wを支持するステージ 1 0と、基板 Wに露光すべき転写用パターンを液晶表示部である液晶パネル 2 1に表示させる液晶表示装置 2 0と、液晶パネル 2 1上に表示された転写用パターンをステージ 1 0上の基板 Wの表面に投影するテレセントリックタイプの投影レンズ装置 3 0と、投影露光装置の全体的な動作を統括制御するコンピュータ 4 0 とを備える。

ステージ 1 0は、基板 Wを X— Y面内で移動させることができるとともに Z 軸の方向に移動させることができる。さらに、ステージ 1 0は、 X軸や Y軸の回りに回転可能となっており、基板 Wのチルト角を調整できるようになつている。ステージ 1 0上の基板 Wの X、 Y面内での位置や Z軸方向の位置、さらに基板 Wのチルト角は、ァライメントユニット 5 0から出力される計測結果に基づいて、コンピュータ 4 0によって制御されている。

なお、ァライメントユニット 5 0は、ステージ 1 0上のマークを読み取ったり、基板 W上に検査光を照射等することによって、光学的にステージ 1 0等の位置や傾きを検出することができる。このようなァライメントュニット 5 0を用いることで、基板 Wの投影レンズ装置 3 0に対する自動的なァライメントが可能になり、フルオートで動作する投影露光装置とすることができる。

液晶表示装置 2 0は、市販の液晶プロジェクタを利用したものであり、ドットマトリックス状の画素からなり任意の転写用パターンを表示する透過照明型の液晶パネル 2 1と、液晶パネル 2 1を駆動して各画素のオン ·オフ表示を切り替える駆動回路 2 2と、液晶パネル 2 1を裏面から照明する露光光源装置 2 3とを備える。ここで、液晶パネル 2 1は、転写用パターンを表示するマスクとしての役割を有する。

投影レンズ装置 3 0は、液晶表示装置 2 0の液晶パネル 2 1に表示された転写用パターンを一旦結像して中間像を形成する第 1結像系 3 1と、第 1結像系 3 1によって形成された中間像を基板 W上に任意の倍率で投影する第 2結像系 3 2と、基板 Wの像を観察するための観察光学系 3 4とを備える。ここで、第 2結像系 3 2は、投影レンズ装置 3 0の倍率を例えば 3段階で変化させるテレセントリックタイプのズーム光学系であり、対物レンズ 3 2 aにインナー駆動方式の変倍機構や開口絞り調節機構を組み込んだ構造となっている。なお、レンズ制御ュニット 5 2は、コンピュータ 4 0からの指示に基づいて対物レンズ 3 2 aに設けた変倍機構を駆動し、投影レンズ装置 3 0の投影倍率を調節する。また、第 1結像系 3 1と第 2結像系 3 2との間であって、第 1結像系 3 1によつて液晶パネル 2 1の中間像が形成される位置には、電磁式のシャツ夕 3 7が配置されている。このシャツ夕 3 7は、シャツ夕駆動機構 3 8によって駆動されて露光時のみ開状態となる。さらに、観察光学系 3 4には、ファイバ 3 5を介して照明光源装置 3 6が接続されている。

制御用のコンピュータ 4 0は、市販の液晶プロジェクタに付属しているパーソナルコンピュータを流用したもので、液晶表示装置 2 0の動作を制御してマスクである液晶パネル 2 1に所望の転写用パターンを表示させることができる。この際、パ一ソナルコンビュ一夕に組み込まれた C A Dや画像処理ソフトを利用すれば、簡易かつ迅速に液晶パネル 2 1上の転写用パターンを変更することができ、変更前後の転写用パターンに関する膨大なデ一夕を統計的に管理することもできる。さらに、コンピュータ 4 0は、液晶パネル 2 1上の転写用パ夕 —ンの表示状態に応じてレンズ制御ュニット 5 2の動作を制御して対物レンズ 3 2 aによる縮小倍率や開口数を調節することができるようになつている。図 2は、投影レンズ装置 3 0、液晶表示装置 2 0等を構成する具体的な光学要素を説明する図である。露光光源装置 2 3は、露光に必要な例えば紫外光を発生するランプ 2 3 aと、ランプ 2 3 aからの露光光を平行光にして液晶パネル 2 1に入射させる放物面鏡 2 3 bとを備える。露光光によって裏面から照明された液晶パネル 2 1の正面からは、転写用パターンの分布に応じて透過画素からのみ露光光が出射する。液晶パネル 2 1の透過画素を出射した露光光は、

1を経て平行光束にされ、反射鏡 M lによって垂直方向に偏向され、レンズ L 2を経て集光される。レンズ 2によって液晶パネル 2 1の中間像が形成される位置には、電磁式のシャツ夕 3 7が配置されている。このシャツタ 3 7を通過した露光光は、フィールドレンズであるレンズ L 3を経て平行光束にされ、ビ一ムスプリッ夕に組み込んだダイクロイツクミラー M 2で反射されて垂直方向に偏向され、対物レンズ 3 2 aを経て基板 W上に集光される。この結果、基板 W上には、液晶パネル 2 1上に形成された転写用パターンの縮小像等が投影される。これにより、基板 W上のレジスト層を転写用パターンに応じて露光することができる。

一方、ファイバ 3 5を介して投影レンズ装置 3 0に供給された照明光は、ハ一フミラー M 3で反射され、ダイクロイツクミラー M 2を通過し、対物レンズ 3 2 aを経て基板 Wを照明する。基板 W上の各点で散乱された光は、対物レンズ 3 2 aで平行光束にされ、ダイクロイツクミラー M 2及びハーフミラー M 3 を通過し、結像レンズ L 5で集光されて C C Dカメラ 3 4 aに入射する。これにより、露光光とは異なる波長で基板 Wを観察することができる。

ここで、レンズ L 1とレンズ L 2とからなる第 1結像系 3 1は、両側テレセントリックの光学系であり、レンズ L 3と対物レンズ 3 2 aとからなる第 2結像系 3 2も、両側テレセントリックの光学系である。さらに、対物レンズ 3 2 の基板 W側のレンズは固定されており、ワーキングディス夕ンスが常に一定に維持される。また、対物レンズ 3 2 a内に設けた開口絞り VAは、第 2結像系 3 2の投影倍率に応じて自動制御されており、常に光学的な明るさ（実効 F 値）が一定に保たれるようになつている。

具体的な設計例では、レンズ L 1の焦点距離を約 1 5 0 mmとし、レンズ L 2の焦点距離を約 7 0 mmとし、レンズ 3の焦点距離を約 2 0 0 mmとした。さらに、対物レンズ 3 2 aの焦点距離は、 2 mm、 2 0 mm, 1 0 0 mmの 3 段階で変更できるようにした。対物レンズ 3 2 aの焦点距離が 2 mmの場合、 N A 0 . 5で 1 0 0倍の縮小像が形成され、対物レンズ 3 2 aの焦点距離が 2 0 mmの場合、 NA O . 2 6で 1 0倍の縮小像が形成され、対物レンズ 3 2 a の焦点距離が 1 0 O mmの場合、 NA 0 . 0 5 5で 2倍の縮小像が形成される。なお、対物レンズ 3 2 a内に設けた開口絞り VAは、解像度調節のために流用することができる。図 3は、液晶パネル 2 1に表示される転写用パターンと、基板 W上に形成される投影像との関係を説明する図である。図 3 ( a ) は、液晶パネル 2 1に表示される転写用パターンを示し、図 3 ( b ) は、基板 W上に形成される投影像を示す。 3 ( a ) に示すように、転写用パターンは、液晶パネル 2 1の縦又は横方向に延びる部分では滑らかな輪郭となるが、液晶パネル 2 1の斜め方向に延びる部分では階段状で、でこぼこの輪郭となる。このため、対物レンズ 3 2 a内に設けた開口絞り VAの径を調節することにより、解像度を意図的に劣化させる。図 3 ( b ) は、解像度を意図的に劣化させた場合に基板 W上に形成される投影像を説明する図である。この場合、液晶パネル 2 1の斜め方向に延びる部分でも、比較的滑らかな輪郭が得られる。なお、本実施形態では、テレセントリック系である投影レンズ装置 3 0を用いて転写用パターンを基板 W上に投影しているので、開口絞り VAを制御して解像度を変更しても倍率等が変化しないという利点がある。

以下、図 1及び図 2に示す投影露光装置の動作について説明する。まず、シャッ夕 3 7を閉じた状態で、ステージ 1 0上に基板 Wをセットする。次に、コンピュー夕 4 0に適当な指示を入力して投影レンズ装置 3 0に対しステージ 1 0上の基板 Wをァライメントする。次に、コンピュータ 4 0に保存してある画像に関するパターンデー夕や新たに入力したパターンデー夕等を用いて液晶パネル 2 1に所望の転写用パターンを表示させる。次に、コンピュータ 4 0に保存してある倍率データや絞りデータを用いてレンズ制御ュニット 5 2を動作させて投影レンズ装置 3 0による投影倍率を必要な値に設定し、解像度を適当な値に設定する。次に、コンピュータ 4 0に保存してある露光時間に関するデ一夕基づいてシャツ夕 3 7を適当なタイミングで露光時間だけ開放する。これにより、露光光源装置 2 3によって照明された液晶パネル 2 1の転写用パターンが投影レンズ装置 3 0を介して基板 W上に投影されれる。基板 W上に投影された投影像は、転写用パターンを所望の倍率に拡大又は縮小したものとなっており、さらに解像度を適当に劣化させて階段状のでこぼこの輪郭を滑らカこしたものとなっている。次に、基板 Wを交換すれば、上記と同様の工程で、この基板 Wを適宜露光することができる。この際、基板 W上に投影される投影像は、コンピュータ 4 0に適当な指示を入力する簡単な操作だけで基板 Wごとに変更することができる。

[第 2実施形態]

第 2実施形態の投影露光装置は、第 1実施形態の装置の変形例であるので、第 1実施形態の場合と異なる部分についてのみ説明し、重複説明を省略する。図 4は、第 2実施形態の投影露光装置に組み込まれる表示装置 1 2 0の構造を概念的に説明する図である。この場合、図 1に示す透過照明型の液晶パネル 2 1に代えて反射型の D M D (digi t al mi cromi rror devi ce) からなる表示パネル 1 2 1を用い、これに任意の転写用パターンを表示させる。

具体的に説明すると、表示パネル 1 2 1は、露光光源装置 2 3を構成するランプ 2 3 a及び放物面鏡 2 3 bからの露光光によって表面側から照明される。表示パネル 1 2 1は、マトリックス状に配列され角度を適宜調整可能な多数のミラーからなり、図示を省略する駆動回路によって、入射した露光光を画素単位でレンズ L 1方向に反射させたり、レンズ L 1から外れた方向に反射させたりする切り替えが可能となっている。つまり、表示パネル 1 2 1には、レンズ L 1の方向から観察すれば、任意の転写用パターンが表示される。この結果、図 1に示す基板 W上には、第 1実施形態の場合と同様に、表示パネル 1 2 1に形成された転写用パターンの縮小像等が投影され、基板 W上のレジスト層を転写用パターンに応じて露光することができる。

以上、実施形態に即してこの発明を説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ァライメントユニット 5 0は不可欠のものでなく、観察光学系 3 4等を利用したマニュアル操作でァライメントを行うこともできる。

また、第 2結像系 3 2でズームの倍率比を大きくとると、諸収差が大きくなるため、第 2結像系 3 2を倍率比を分割した別々のズームレンズで構成することもできる。

また、縮小率が大きい等、必要な解像度が得られない場合、投影レンズ装置 3 0を固定倍率とし、倍率の変更は、液晶パネル 2 1に表示させる転写用バタ —ンによって行うこともできる。産業上の利用可能性

以上の説明から明らかなように、本発明の投影露光装置によれば、投影レンズが表示部上に表示された所定の画像をステージ上の基板の表面に投影するので、任意の画像を基板上に簡易に転写することができる。さらに、投影レンズとしてテレセントリックタイプのものを用いているので、高精度で再現性の高いパターン転写が可能になる。

本発明の投影露光装置は、簡易に任意のパターンを転写することができ、しかも、小型で、安価で、操作が簡単であり、研究開発用の投影露光装置に特に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 反射型、若しくは透過型の表示部を有し、当該表示部に露光すべき所定の画像を表示させる表示装置と、

露光の対象となる基板を支持するステージと、

前記表示部上に表示された前記所定の画像を前記ステージ上の前記基板の表面に投影するテレセントリックタイプの投影レンズと

を備える投影露光装置。

2 . 前記投影レンズは、当該投影レンズの倍率を変化させるズーム光学系を有し、当該ズーム光学系は、インナー駆動方式の変倍機構を有することを特徴とする請求項 1記載の投影露光装置。

3 . 前記投影レンズに設けた開口絞りの大きさを調節する絞り調節機構をさらに備えることを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載の投影露光装置。

4 . 前記表示装置に前記所定の画像に対応する画像データを供給して前記表示部に設けたドットマトリックスタイプの画素の表示状態を前記画像データに対応する表示状態に切り替えさせる制御コンピュータをさらに備えることを特徴とする請求項 1〜請求項 3いずれか記載の投影露光装置。