JP2013162109A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚いフォトレジストにおいて、その厚さ方向にマスクパターン像に対応した露光潜像を形成する。
【解決手段】紫外線領域と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を露光する露光装置であって、照明光学系１と、マスクステージ１８と、投影レンズ系２０と、投影露光ステージ２２とを備え、投影露光ステージ２２には対象ワーク２３が設けられ、マスクステージ１８にはマスク１８aが設けられ、照明光学系１の光路には、i線の光を透過する紫外線透過用フィルタとｈ線の光を透過する可視光透過用フィルタとが挿脱可能に設けられ、投影レンズ系２０はi線の波長の光に対して色収差補正され、可視光透過用フィルタが光路に挿入されたときには、マスクパターン像が結像されるように、マスクステージ１８と投影露光ステージ２２との少なくとも一方が投影レンズ系２０の光軸方向に可動される。
【選択図】図３

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）は非線形の波長ー感度特性（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、符合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、図２（ｃ）に示すように、現像すると、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、破線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、破線で示す楕円枠は、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。

照明光学系の光路には、紫外線領域の波長の光を透過する紫外線透過用フィルタと可視光領域の光を透過する可視光透過用フィルタとが挿脱可能に設けられている。投影レンズ系は紫外線領域の波長の光に対して色収差補正され、可視光透過用フィルタが光路に挿入されたときには、マスクパターン像がフォトレジストに結像されるように、マスクステージと投影露光ステージとの少なくとも一方が投影レンズ系の光軸方向に可動される。

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という効果を奏する。

図１は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２は図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。 図３は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４は図３に示す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i線透過フィルタを挿入して、i線（紫外線領域の光）を用いてソルダーレジストの表面にピントを合わせてこのソルダーレジストに所定深さの露光潜像を形成する状態を示す模式図である。 図５は図４に示す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ｈ線透過フィルタを挿入して、ｈ線（可視光領域の光）を用いてソルダーレジストの表面にピントを合わせてこのソルダーレジストに所定深さよりも更に深い露光潜像を形成する状態を示す模式図である。 図６は図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。 図７は、i線、ｈ線、ｇ線に感度を有するフォトレジストの波長−感度特性を示すグラフである。 図８は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ｇ線透過フィルタを挿入して、ｇ線（可視光領域の光）を用いてソルダーレジストの表面にピントを合わせてこのソルダーレジストに更に深い露光潜像を形成する状態を示す模式図である。

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の全体構成）
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。

光源部１１は、この実施例では、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。

照明光学系１には、ここでは、インテグレータレンズ１５とコリメータレンズ１６との間の光路に、紫外線透過フィルタ１４iと可視光透過フィルタ１４ｈとが挿脱可能に設けられている。紫外線透過フィルタ１４iは、紫外線領域の光を透過する。この実施例では、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により構成されている。可視光透過フィルタ１４ｈは、紫外線領域の近傍の可視光領域の光を透過する。この実施例では、波長４０５ｎｍのｈ線を透過するｈ線バンドパスフィルタにより構成されている。

その図３には、紫外線透過フィルタ１４iが照明光学系１の光路に挿入され、可視光透過フィルタ１４ｈがその光路から挿脱された状態が示されている。この紫外線透過フィルタ１４i、可視光透過フィルタ１４ｈの光路への挿脱制御は、制御部２４の指令によりフィルタ駆動機構３０を用いて行う。

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、紫外線透過フィルタ１４i、可視光透過フィルタ１４ｈ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を透過して、マスク１８ａを照明する。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。

その照射光学系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。

この露光装置１０は、投影露光ステージ２２とマスクステージ１８との少なくとも一方が投影レンズの光軸Oに沿って駆動され、ｈ線の露光用光束を用いるときには、ソルダーレジストSRにマスクパターン像が形成されるように、ｈ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とが光学的に共役とされる。

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。

（露光方法）
以下、この露光装置１０による露光手順を説明する。
まず、図４に示すように、紫外線透過フィルタ１４iが照明光学系１の光路に挿入された状態で、第１ステップとして、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。これにより、ソルダーレジスト（SR）にi線による所定深さの露光潜像が図２（a）に示すように形成される。所定深さよりも深い箇所に存在する奥部OKUは生焼けの状態にある。

ついで、図５に示すように、インテグレータレンズ１５とコリメータレンズ１６との間の光路から紫外線透過フィルタ１４iを離脱させ、その替わりに可視光透過フィルタ１４ｈをその光路に挿入する。ついで、第２ステップとして、投影露光ステージ２２とマスクステージ１８との少なくとも一方を光軸Oに沿って移動させ、ｈ線の露光用光束を用いて所定深さの露光潜像が形成されたソルダーレジスト（SR）の表面にピントが合うように第１ステップのi線の露光用光束のピント位置からｈ線の露光用光束のピント位置にピント位置を変更する。

これにより、ｈ線の露光用光束によるマスクパターン像がソルダーレジスト（SR）の表面に形成される。なお、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。

このｈ線の露光用光束により、図６（a）に示すように、所定深さより深い奥部まで露光潜像が形成される。図６）（ｂ）はその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６（ｃ）に示すように、マスクパターン１８aを忠実に反映したパターンが形成される。なお、その図６（ｃ）において、符合３１はコンタクトホール、符合３２は銅箔である。

（変形例）
以上、この実施例においては、i線に感度を有すると共にｈ線に感度を有しかつi線の感度に対してｈ線の感度が低いソルダーレジスト（SR）にマスクパターン像を露光潜像として形成する場合について説明したが、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にも本発明は適用できるものである。

また、この実施例においては、i線の光を用いてソルダーレジスト（SR）の表面にピントを合わせてこのソルダーレジスト（SR）に所定深さの露光潜像を形成し、ついで、ｈ線の光を用いて所定深さの露光潜像が形成されたソルダーレジスト（SR）の表面にピントが合うようにi線の光のピント位置からｈ線の光のピント位置にピント位置を変更してソルダーレジストに所定深さよりも深い露光潜像を形成することにしたが、ｈ線の光を用いてソルダーレジストの表面にピントを合わせてこのソルダーレジスト（SR）の表面に所定深さの露光潜像を先に形成し、i線の光を用いて所定深さの露光潜像が形成されたソルダーレジスト（SR）の表面にピントが合うようにｈ線の光のピント位置からi線の光のピント位置にピント位置を変更してソルダーレジスト（SR）に所定深さよりも浅い露光潜像を形成しても良い。

その他、更に深い箇所にまでマスクパターン像を忠実に反映した露光潜像を形成するために、ｇ線の光を用いてｇ線の光のピント位置にピント位置を変更してマスクパターン像をフォトレジストに形成する構成としても良い。

図７は、i線とｈ線のみならずｇ線にも感度を有するフォトレジストの波長−感度特性を示している。この種のフォトレジストにマスクパターンに忠実に反映した露光潜像を形成するには、図８に示すように、露光装置１０の照明光学系１の光路にｇ線を透過する可視光透過フィルタ１４ｇを設け、ｇ線の光を用いてｇ線の光のピント位置にピント位置を変更してフォトレジストに所定深さよりも更に深い露光潜像を形成することもできる。

１…照明光学系
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 (6)

1. 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前記可視光領域の感度が低い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、
   前記照明光学系の光路には、前記紫外線領域の波長の光を透過する紫外線透過用フィルタと前記可視光領域の光を透過する可視光透過用フィルタとが挿脱可能に設けられ、前記投影レンズ系は前記紫外線領域の波長の光に対して色収差補正され、前記可視光透過用フィルタが前記光路に挿入されたときには、前記マスクパターン像が前記フォトレジストに結像されるように、前記マスクステージと前記投影露光ステージとの少なくとも一方が前記投影レンズ系の光軸方向に可動されることを特徴とする露光装置。
2. 前記フォトレジストが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線とｇ線とのいずれか一方の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。
3. 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前記可視光領域の感度が低いフォトレジストにマスクパターン像を露光潜像として形成する露光方法であって、
   前記紫外線領域の光を用いて前記フォトレジストの表面にピントを合わせて該フォトレジストに所定深さの露光潜像を形成する第１ステップと、
   前記可視光領域の光を用いて該所定深さの露光潜像が形成されたフォトレジストの表面にピントが合うように前記第１ステップの前記紫外領域の光のピント位置から前記第２ステップの可視光領域の光のピント位置にピント位置を変更して前記フォトレジストに前記所定深さよりも深い露光潜像を形成する第２ステップと、
   を含むことを特徴とする露光方法。
4. i線に感度を有すると共にｈ線に感度を有しかつi線の感度に対して前記ｈ線の感度が低いフォトレジストにマスクパターン像を露光潜像として形成する露光方法であって、
   前記i線の光を用いて前記フォトレジストの表面にピントを合わせて該フォトレジストに所定深さの露光潜像を形成する第１ステップと、
   前記ｈ線の光を用いて該所定深さの露光潜像が形成されたフォトレジストの表面にピントが合うように前記第１ステップの前記i線の光のピント位置から前記ｈ線の光のピント位置にピント位置を変更して前記フォトレジストに前記所定深さよりも深い露光潜像を形成する第２ステップと、
   を含むことを特徴とする露光方法。
5. 更に、ｇ線の光を用いてｇ線の光のピント位置にピント位置を変更して前記フォトレジストに前記所定深さよりも深い露光潜像を形成する第３ステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. i線に感度を有すると共にｈ線に感度を有しかつi線の感度に対して前記ｈ線の感度が低いフォトレジストにマスクパターン像を露光潜像として形成する露光方法であって、
   前記ｈ線の光を用いて前記フォトレジストの表面にピントを合わせて該フォトレジストに所定深さの露光潜像を形成する第１ステップと、
   前記i線の光を用いて前記所定深さの露光潜像が形成されたフォトレジストの表面にピントが合うように前記第１ステップの前記ｈ線の光のピント位置から前記i線の光のピント位置にピント位置を変更して前記フォトレジストに前記所定深さよりも浅い露光潜像を形成する第２ステップと、
   を含むことを特徴とする露光方法。