JPH08305035A

JPH08305035A - 照明装置およびこれを用いた露光方法

Info

Publication number: JPH08305035A
Application number: JP8048769A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagano; 寛之長野; Takashi Inoue; 隆史井上; Hiroshi Yamashita; 博山下; Takeo Sato; 健夫佐藤; Yoshiji Fujita; 佳児藤田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】小型かつ安価な装置により所定の大きさでか
つ十分に均一な光強度分布を持ってスポット照明できる
ようにする。【解決手段】照明装置Ａは照明光源１からの光を集光
する集光反射部材２と、この集光反射部材２を経た光を
一端から受入れて積分し他端から出射するロッド状の光
学インテグレータ３と、この光学インテグレータ３の出
射面を被照射面に所定の大きさで投影することにより被
照射面に照明光束を照射する投影レンズ系とを備え、照
明装置Ａによって被照射面である被露光面１１ａの局所
１１ｂをマスク１２を介して照明し、照明装置Ａ側と、
被露光面１１ａおよびマスク１２側とを相対移動させる
ことにより、被露光面１１ａの所定の領域を走査して露
光を行いマスクパターンを被露光面１１ａに転写する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、半導体装置や
液晶表示装置の製造において用いられる露光に好適な照
明装置およびこれを用いた露光方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】前記露光方法にいわゆる近接露光方法で
あるプロキシミティ露光方法がある。

【０００３】この露光方法は感光剤を塗布したガラス基
板またはウエハ（以後これらを単に基板という）とマス
クとを近接させた状態で支持し、マスク上方より照明光
を照射してマスクパターンを感光剤に転写するものであ
る。この露光方法は投影露光方法に比べると、複雑なレ
ンズ系や高精度なステージを必要としないので低コスト
化しやすい。またコンタクト露光方法と比べると、マス
クと基板が直接接触しないので感光剤の剥がれによる不
良が発生しにくい。

【０００４】従来提供されているプロキシミティ露光装
置は図４に示すように、水銀ランプａを光源としてこれ
からの光を集光ミラーｂにより集光した後、コールドミ
ラーｋにより光路を折り曲げて、あるいはそのままでフ
ライアイレンズｃと非球面ミラーｍとを経て積分するこ
とにより、所定の大きさでスポット照射する光強度分布
が均一な照明光束ｎとし、これを基板ｇの被露光面ｄの
局所にマスクｅを介して投光するようにしている。この
局所への投光にて照明系側と、被露光面ｄおよびマスク
ｅ側とを相対移動させることにより走査露光を行うこと
で、所定の領域を露光しマスクパターンを転写できるよ
うにする。

【０００５】ところで、このようなプロキシミティ露光
方法の解像度は、被露光面ｄとマスクｅとのギャップに
依存している。解像できる最小線幅をｄｓ、光源の波長
をλ、マスクｅと基盤ｇの被露光面ｄとのギャップをＧ
とすると、ｄｓ＝√（２λＧ）で表され、上記のように光源に水銀ランプａを用いて液
晶表示装置の製造等に必要とされる３μｍ程度の線幅を
解像しようとすると前記ギャップＧを１０μｍ程度とす
る必要がある。

【０００６】しかし、基板ｇの被露光面ｄは一般的なも
ので１０〜２０μｍ程度のうねりがある。これに対処す
るのに図４の露光装置は基板ｇを平坦化チャックｈにて
支持しておき、図に示す露光ステーションに隣接した図
示しない高さ測定ステーションに移動して基板ｇの被露
光面ｄの高さを計測し、この計測結果に基づいて平坦化
チャックｈ内の上下動素子ｉを調整することにより被露
光面ｄを平坦化する。

【０００７】これにより被露光面ｄとマスクｅとのギャ
ップＧが均一化し、後はｚステージｊを調整することに
より被露光面ｄとマスクｅとのギャップＧを必要な１０
μｍ程度に設定した上で、図の露光ステーションに移動
し前記走査露光を行う。

【０００８】このような走査露光によると、全面一括露
光方式の場合のように大口径の集光レンズは必要でなく
装置が低コスト化する。また倍率補正が容易になる利点
もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のもの
では、水銀ランプａからの光を走査露光のための所定の
大きさでスポット照射する照明光束ｎにまで積分するの
に、フライアイレンズｃと非球面ミラーｍとを用いてお
り、これらは特殊な形状に高精度に製作される必要があ
るので照明装置はなお高価なものとなっている。また、
照明装置の前記フライアイレンズと非球面ミラーとから
なる積分系の光路長は比較的長くなり照明装置全体が大
型化する原因になっている。さらに、照明装置を小型化
するにはフライアイレンズｃを小型化すればよいが、こ
の場合フライアイレンズｃが細かくなり過ぎて実用性は
ない。

【００１０】したがって、これらの問題を解消すること
ができる照明装置が望まれるが、これを満足するものは
未だ提供されていない。

【００１１】本発明者等はこれにつき種々に研究し、実
験を繰り返し行ったところ、小さく単純な光学部材が必
要な積分機能を発揮することを知見した。

【００１２】本発明は、上記従来のような問題を解消す
ることを課題とし、光学積分要素を採用して通常の投影
光学系と組み合わせることにより、小型かつ安価な装置
により所定の大きさでかつ十分に均一な光強度分布を持
ってスポット照明できる照明装置とこれを用いた露光方
法を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明の照明装置は、照明光源からの光を
集光する集光反射部材と、この集光反射部材を経た光を
一端から受入れて積分し他端から出射するロッド状の光
学インテグレータと、この光学インテグレータの出射面
を被照射面に所定の大きさで投影することにより被照射
面に照明光束を照明する投影レンズ系とを備えたことを
特徴とするものである。

【００１４】また、本発明の露光方法は、前記照明装置
によって照明光束の被照射面である被露光面の局所をマ
スクを介して照明し、照明装置側と、被露光面およびマ
スク側とを相対移動させることにより、被露光面の所定
の領域を走査して露光を行いマスクパターンを被露光面
に転写することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明の照明装置の上記構成では、集光反射部
材によって集光した照明光源からの光はロッド状の光学
インテグレータにこれの一端から受入れられて他端から
出射される。このとき、光学インテグレータは前記ロッ
ド形状によって一端から受け入れた光を他端から出射す
るまでに側周内側にて種々な反射を繰り返させながら積
分し、光学インテグレータの出射面全域から均一な光強
度分布を持った光束として出射させるので、１つの小さ
く単純な光学部材だけで所定の大きさで均一にスポット
照射するのに適した照明光束とすることができ、光学イ
ンテグレータの出射面を投影レンズ系により被照射面に
所定の大きさで投影するだけで、所定の局所照明が高精
度に達成され、性能の低下なく装置を小型かつ安価なも
のとすることができる。

【００１６】また、本発明の露光方法は、前記照明装置
を用いることにより、この装置からの所定の大きさでス
ポット照射する均一な照明光束にて被照射面である被露
光面の局所をマスクを介して照明することになるし、照
明装置側と、被露光面およびマスク側とを相対移動させ
ることにより被露光面の所定の領域を走査して、前記均
一な局所照明が所定の領域の全域に及んで露光するの
で、どのように広い範囲の被露光面でも均一照明によっ
てむらなく露光しマスクパターンを高精度に転写するこ
とができる。しかも、照明装置が小型であるので、これ
の側の移動にて前記走査露光を行うことで、走査露光の
ための支持構造や駆動装置が小型化するし、照明装置が
被露光面範囲からまわりに大きくはみ出すようなことも
解消するので、装置全体が小さく安価なものとなる。

【００１７】

【実施例】本発明の照明装置およびこれを用いた露光方
法の一実施例につき、図面を参照しながら以下具体的に
説明する。

【００１８】図１、図２は本発明の第１の実施例として
の照明装置Ａ、およびこの照明装置Ａを利用した露光装
置Ｂの全体を概略的に示している。

【００１９】照明装置Ａは図１に示すように、照明光源
としての水銀ランプ１からの光を集光する集光反射部材
である楕円ミラー２と、この楕円ミラー２を経た光を一
端から受入れて積分し他端から出射するロッド状の光学
インテグレータ３と、この光学インテグレータ３の出射
面を被照射面に所定の大きさで投影する投影レンズ系４
とを備えている。

【００２０】用途や諸条件から水銀ランプ１以外の光源
を用いてもよいのは勿論である。そして本実施例では、
楕円ミラー２によって集光した光をコールドミラー５
と、光ファイバ６とによって光学インテグレータ３の一
端に入射させている。また投影レンズ系４は図１、図２
に示すようにレンズ群４ａとレンズ群４ｂとの２群構成
になっており、これらの中間に反射ミラー７を設けて光
路を直角に折り曲げている。コールドミラー５や光ファ
イバ６、および反射ミラー７は省略することができる
し、他のものを採用することもできる。しかしコールド
ミラー５や光ファイバ６、および反射ミラー７は光路を
他との干渉を避けたり、所要部材を特定の範囲に集約し
て配置するのに適宜選択して使用すると便利である。

【００２１】照明装置Ａ部で楕円ミラー２によって集光
した水銀ランプ１からの光は、コールドミラー５および
光ファイバ６を介してロッド状の光学インテグレータ３
にこれの一端から図１に示すように受入れられて他端か
ら図１、図２の（ａ）に示すように出射させられる。こ
のとき、光学インテグレータ３は前記ロッド形状である
ことによって一端から受け入れた光を他端から出射する
までに側周内側にて種々な反射を繰り返させながら積分
する。

【００２２】このような積分機能によって光学インテグ
レータ３はこれの出射面全域から図３に示すような均一
な光強度分布Ｃを持った光束として出射させる。したが
って、ロッド状の光学インテグレータ３による１つの小
さく単純な光学部材だけで所定の大きさで均一にスポッ
ト照射するのに適した平行光束１０とすることができ、
光学インテグレータ３の出射面を投影レンズ系４により
被照射面に所定の大きさで投影するだけで、所定の局所
照明が高精度に達成され、性能の低下なく装置を小型か
つ安価なものとすることができ、プロキシミティ露光や
その他の各種局所照明に適用して有効である。

【００２３】図３に示す本実施例の実験データは、光学
インテグレータ３が正四角形な横断面形状をした場合の
もので、好適な結果が得られている。しかし、これに限
られることはなく横断面が三角形や長方形等の各種形状
のものを採用してもよいのは勿論である。

【００２４】この照明光束は最終的に整形マスク８によ
って所定の大きさおよび形状に整形するようにしてあ
る。これも必要に応じて設けられればよいものである。

【００２５】光学インテグレータ３を形成する反射面が
平面であり、かつ、向かい合う面が互いに平行の場合、
光束が光学インテグレータ３に入射するときの各々の光
線の光軸に対する角度の絶対値は、光学インテグレータ
３を通過しても変わらない。

【００２６】したがって、投影レンズ系４により被照射
面に照射される照明光束１０が持つ強度分布の角度依存
性は、光学インテグレータ３に入射する光束の持つそれ
にほぼ相似のものとなる。照明光束１０が強度分布に角
度依存性を持つと、この照明装置を利用する際の性能に
悪影響を与えることがある。その場合は、光学インテグ
レータ３に入射する光の強度分布の角度依存性を減少さ
せるための角度分布平滑化手段を設けることが有効であ
る。その手段として、表面に凹凸を付けた透過面や反射
面を用いることができる。たとえば、表面に凹凸を持つ
板を光学インテグレータ３の直前に設置し、光を透過さ
せれば良い。また、光ファイバ６内を光は反射しながら
進むのであるが、光ファイバ６の自然な曲がりは凹凸の
役目をするので、光ファイバ６を通すのでもよい。

【００２７】図１に示す上記の照明装置Ａを用いた露光
装置Ｂは、照明光束１０の被照射面であるガラス製の基
板１１の感光剤が塗布された被露光面１１ａをこれに近
接したマスク１２を介してプロキシミティ露光を行い、
マスクパターンを前記被露光面１１ａを形成する感光剤
に転写する場合を示してる。

【００２８】露光装置Ｂは、照明装置Ａによって被露光
面１１ａの局所１１ｂをマスク１２を介して照明し、照
明装置Ａ側と、被露光面１１ａおよびマスク１２側とを
相対移動させることにより、被露光面１１ａの所定の領
域を走査して露光するようにしている。

【００２９】この走査露光のために、図示しない直交す
るＸＹ２方向に架台上で移動できるＸＹθステージと、
この上でＺ方向に移動できるＺステージによって、基板
１１を図に示す石英チャック１３を介して支持し、照明
装置Ａは図示しない架台上でＹ方向に移動できるＹステ
ージと、このＹステージの上でＸ方向に移動できる図に
示すＸステージ１４、およびこのＸステージ１４の上で
Ｚ方向に移動できるＺステージ１５を介して支持するこ
とにより、前記露光のための各部の位置調節と、基板１
１の被露光面１１ａおよびマスク１２間のギャップＧの
調節と、前記露光のための走査とを行うようにしてあ
る。この走査は各局所１１ｂにつき必要露光時間を満足
するように間欠的に行われる。

【００３０】これにより、照明装置ＡはＸステージのＸ
方向の移動と、ＹステージのＹ方向の移動とで、ＸＹ面
内で自由に移動でき、基板１１の被露光面１１ａの所定
の露光帯域の全域に移動して走査露光することができ
る。そしてこの露光に際して、照明装置Ａの走査に同期
してＸＹθステージを走査方向と同方向に微小に移動さ
せることによって誤差分配を図り、マスクパターンを倍
率補正して基板１１に転写できる。

【００３１】前記ギャップＧの調節は、照明装置Ａによ
って間欠的な走査により露光している局所１１ｂごとに
行うようにしてある。これについて説明する。照明装置
Ａの前記整形マスク８が設けられる照明光束１０の出口
部は、図１に示すようなノズルになっており、空気配管
２１を介して空気源２２から供給される圧縮空気を噴出
するので、マスク１２は局所的に変形させられる。ノズ
ル出口の圧力をＰ、ノズルの断面積をＳとするとマスク
１２に加えられる力はＰＳとなる。具体的に大きさが３
６０ｍｍ×４６５ｍｍで厚さが４ｍｍのマスク、断面積
４ｃｍ² のノズルを用いると、マスク１２を数十μｍ撓
ませるのに圧力Ｐは数百ｇ／ｃｍ² 必要となる。そして
ノズル出口の圧力Ｐはノズル先端とマスク１２上面との
距離に依存し照明装置Ａを下降させると大きくなりマス
ク１２の変形量も大きくなる。

【００３２】一方、基板１１の被露光面１１ａとマスク
１２とのギャップＧは、レーザ反射型のギャップ計測手
段２３で計測し、この計測の結果の出力信号と図示しな
い設定器で設定されるギャップ信号とから、双方の偏差
信号に応じた量だけ照明装置ＡのＺステージ１５を駆動
することによって、ギャップＧが常に設定通りになるよ
うにする。これによって、走査露光が全域において高解
像度で達成される。

【００３３】特に本実施例では、照明装置Ａのノズルの
周囲にポートを形成し、真空配管３１を介して真空源３
２を連結することにより吸引ポートを構成している。こ
れにより、この吸引ポートでマスク１２の照明光束１０
を照射する部分の周辺を負圧で引き上げることができ、
マスク１２をより局所的に変形させてマスク１２と基板
１１の被露光面１１ａとをより近接させられ、さらに高
解像度が得られるようになっている。しかし、このよう
な構成も必要に応じて適用すればよい。

【００３４】以上のように照明装置Ａを用いて走査露光
すれば、この装置Ａからの所定の大きさでスポット照射
する均一な照明光束１０にて被露光面１１ａの局所１１
ｂをマスク１２を介して照明することになり、照明装置
Ａ側と、被露光面１１ａおよびマスク１２側とを相対移
動させることにより、被露光面１１ａの所定の領域を走
査して、前記均一な局所照明が所定の領域の全域に及ん
で露光するので、どのように広い範囲の被露光面１１ａ
でも均一照明によってむらなく露光しマスクパターンを
被露光面１１ａに高精度に転写することができる。しか
も、照明装置Ａが小型であるので、これの側の移動にて
前記走査露光を行うことで、走査露光のための支持構造
や駆動装置が小型化するし、照明装置Ａが被露光面１１
ａの範囲からまわりに大きくはみ出すようなことも解消
するので、装置全体が小さく安価なものとなる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の照明装置によれば、１つの小さ
く単純な光学部材だけで所定の大きさで均一にスポット
照射するのに適した照明光束とし、光学インテグレータ
の出射面を投影レンズ系により被照射面に所定の大きさ
で投影するだけで、所定の局所照明が高精度に達成され
るので、性能の低下なく装置を小型かつ安価なものとす
ることができる。

【００３６】また、本発明の露光方法によれば、前記照
明装置からの所定の大きさでスポット照射する均一な照
明光束にて被露光面の所定の領域を走査して露光し、ど
のように広い範囲の被露光面でもマスクパターンを均一
照明に基づき高精度に転写することができる。しかも、
照明装置が小型であるので、これの側の移動にて前記走
査露光を行うことで、走査露光のための支持構造や駆動
装置が小型化するし、照明装置が被露光面範囲からまわ
りに大きくはみ出すようなことも解消するので、装置全
体が小さく安価なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての照明装置およびこれ
を用いた露光装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の照明装置の積分系および投影系を示し、
（ａ）はその縦断正面図、（ｂ）はその平面図である。

【図３】図１の照明装置により得られる平行光束の断面
図と光強度分布との関係を示す説明図である。

【図４】従来の照明装置およびこれを用いた露光装置を
示す概略構成図である。

【符号の説明】

Ａ照明装置Ｂ露光装置１照明光源２集光反射部材３光学インテグレータ４投影レンズ系１１基板１１ａ被露光面１１ｂ局所１２マスクＧギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤健夫神奈川県川崎市多摩区東三田三丁目10番１号松下技研株式会社内 (72)発明者藤田佳児大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光源からの光を集光する集光反射部
材と、この集光反射部材を経た光を一端から受入れて積
分し他端から出射するロッド状の光学インテグレータ
と、この光学インテグレータの出射面を被照射面に所定
の大きさで投影することにより被照射面に照明光束を照
射する投影レンズ系とを備えたことを特徴とする照明装
置。
【請求項２】光学インテグレータに入射する光の強度
分布の角度依存性を減少させる角度分布平滑化手段を設
けた請求項１記載の照明装置。
【請求項３】角度分布平滑化手段は、表面に凹凸を持
つ透過面で構成した請求項２記載の照明装置。
【請求項４】角度分布平滑化手段は、表面に凹凸を持
つ反射面で構成した請求項２記載の照明装置。
【請求項５】角度分布平滑化手段は、表面に凹凸を持
つ反射面で取り囲まれた光が通過するトンネルで構成し
た請求項４記載の照明装置。
【請求項６】トンネルは、光ファイバで構成した請求
項５記載の照明装置。
【請求項７】請求項１に記載の照明装置によって被照
射面である被露光面の局所をマスクを介して照明し、照
明装置側と、被露光面およびマスク側とを相対移動させ
ることにより、被露光面の所定の領域を走査して露光を
行いマスクパターンを被露光面に転写することを特徴と
する露光方法。