JP2000049078A

JP2000049078A - 露光方法

Info

Publication number: JP2000049078A
Application number: JP10216316A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shimoyama; 隆司下山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】テスト露光する際にも一枚の感光基板に、よ
り多くの条件で露光する。【解決手段】並列する複数の光路に対しマスクＭと感
光基板Ｐとを同期移動して複数の光路のそれぞれからの
露光光によりマスクＭの像を感光基板Ｐの複数の転写領
域に走査露光する。複数の転写領域のうち第１の転写領
域への露光量と、第１の転写領域とは異なる第２の転写
領域への露光量とが異なるように、複数の光路毎に露光
光のエネルギ量を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等を製造するための露光装置を用いて、所望の
露光条件を選定するための露光方法に関し、特に投影露
光装置における露光光のエネルギ量を設定する際に用い
て好適な露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンやテレビ等の表示素子と
しては、薄型化を可能とする液晶表示基板が多用される
ようになっている。この種の液晶表示基板は、平面視矩
形状のガラスプレート上に透明薄膜電極をフォトリソグ
ラフィの手法で所望の形状にパターニングすることによ
り製造されている。そして、このフォトリソグラフィの
装置として、マスク上に形成された露光パターンを投影
光学系を介してガラスプレート上のフォトレジスト層に
露光する投影露光装置が用いられている。

【０００３】従来、この種の露光装置では、一定の厚み
（１〜５μｍ程度）でレジスト層を塗布されたガラスプ
レートに、マスクに形成されたパターン（光透過部と遮
光部とによる幾何学的な模様）の像を露光するために、
マスクの上方から均一な照度分布でほぼ一定の光強度の
露光光を所定時間だけ照射する照明光学系、あるいはパ
ルス発光型のレーザ光源からの露光光（パルス光）を、
所定の光量積分が得られるまで複数パルスを照射する照
明光学系が設けられている。いずれの場合も、上記露光
装置は、レジスト層に形成されるパターンの線幅を十分
な精度でコントロールするために、マスクのパターン像
をレジスト層に対して最適な露光量、すなわち最適なエ
ネルギ量で焼き付けるように制御されている。

【０００４】そこで、露光装置では、ガラスプレートに
対する露光光の最適なエネルギ量を見い出すためにガラ
スプレートへテスト露光を行った後、ガラスプレートを
現像して、直線状のパターンの線幅を光学顕微鏡や専用
の線幅測定装置で計測し、設計上の線幅値との比較を行
うか、あるいはある条件のときに線幅が最も小さくなる
ことを利用して、最適な露光条件を決定することが行わ
れている。

【０００５】例えば、マスクとガラスプレートとを一つ
の投影光学系に対して所定の走査方向に同期移動させる
走査型の露光装置においては、テスト露光にあたって走
査方向で走査速度を変化させることにより照射時間を種
々変化させている。これにより、図６に示すように、露
光光のエネルギ量が異なる領域Ａ１〜Ａ４が走査方向に
列設されたガラスプレート１が得られる。

【０００６】そして、現像後に、形成された各領域Ａ１
〜Ａ４内の線状のレジストパターンの線幅を直に測定
し、その中で線幅が設計値となる、あるいは設計値に最
も近い領域の走査速度をもって最適な露光条件とするこ
とが考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の露光方法には、以下のような問題が存在
する。一つの投影光学系しか持たない走査型の露光装置
では、走査方向でしか露光光のエネルギ量を変化させる
ことができない。そのため、露光光の最適なエネルギ量
を選定するためにより多くの条件でテスト露光しようと
すると、多数のテスト用ガラスプレートが必要になり、
多くの手間と時間がかかるという問題が発生する。

【０００８】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、露光光の最適なエネルギ量を選定するため
に、感光基板にテスト露光する際にも一枚の感光基板
に、より多くの条件で露光することが可能な露光方法を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図５に対応
付けした以下の構成を採用している。本発明の露光方法
は、並列する複数の光路に対しマスク（Ｍ）と感光基板
（Ｐ）とを同期移動して複数の光路のそれぞれからの露
光光によりマスク（Ｍ）の像を感光基板（Ｐ）の複数の
転写領域（ＰＡ１〜ＰＡ５）に走査露光する露光方法に
おいて、複数の転写領域（ＰＡ１〜ＰＡ５）のうち第１
の転写領域（ＰＡ１）への露光量と、第１の転写領域
（ＰＡ１）とは異なる第２の転写領域（ＰＡ２）への露
光量とが異なるように、複数の光路毎に露光光のエネル
ギ量を設定することを特徴とするものである。

【００１０】従って、本発明の露光方法では、マスク
（Ｍ）と感光基板（Ｐ）とが複数の光路に対して同期移
動したときに、マスク（Ｍ）の像が感光基板（Ｐ）の複
数の転写領域（ＰＡ１〜ＰＡ５）のうち第１の転写領域
（ＰＡ１）と第２の転写領域（ＰＡ２）とへ、異なるエ
ネルギ量の露光光で走査露光される。従って、これら第
１、第２の転写領域（ＰＡ１、ＰＡ２）へ露光されたマ
スク（Ｍ）の像を測定することにより、露光時の最適な
露光量を選定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光方法の実施の
形態を、図１ないし図５を参照して説明する。これらの
図において、従来例として示した図６と同一の構成要素
には同一符号を付し、その説明を省略する。図２は、露
光装置２の概略構成図である。

【００１２】露光装置２は、マスクＭと角形のガラスプ
レートＰとを、並列する複数の光路に対し同期移動して
マスクＭの像をガラスプレート（感光基板）Ｐに走査露
光するものであって、複数の照明光学系Ｉ１〜Ｉ５と、
複数の投影光学系Ｌ１〜Ｌ５と、マスクステージ３と、
プレートステージ４とから構成されている。また、上記
複数の光路のそれぞれには、各照明光学系Ｉ１〜Ｉ５お
よび各投影光学系Ｌ１〜Ｌ５が含まれている。

【００１３】照明光学系Ｉ１〜Ｉ５は、各光路の露光光
をマスクＭの照明領域に照明するものであって、図１に
示すように、露光光を照射する光源５と楕円鏡６と視野
絞り（不図示）とレンズ系７とを主体として構成されて
いる。なお、本実施の形態では、この照明光学系Ｉ１と
同じ構成の照明光学系Ｉ２〜Ｉ５が、Ｘ方向とＹ方向と
に一定の間隔をもって配置されている。（ただし図１に
おいては、便宜上照明光学系Ｉ１に対応するもののみを
示している）そして、各照明光学系Ｉ１〜Ｉ５からの露
光光は、マスクＭ上の異なる照明領域を照明する構成に
なっている。

【００１４】光源５は、電源８から供給される電力によ
り露光光を照射するものである。楕円鏡６は、光源５が
照射した露光光を集光するものである。視野絞りは、楕
円鏡６で集光された露光光の照明範囲を開口を介して調
節するものである。レンズ系７は、視野絞りの開口の像
をマスクＭの照明領域に結像させるものである。

【００１５】投影光学系Ｌ１〜Ｌ５は、マスクＭの照明
領域に応じた像を、図２に示すように、ガラスプレート
Ｐ上の異なる転写領域ＰＡ１〜ＰＡ５にそれぞれ結像す
るものであって、いずれも等倍正立系とされている。転
写領域ＰＡ１〜ＰＡ５は、隣り合う領域同士（例えば、
ＰＡ１とＰＡ２、ＰＡ２とＰＡ３）がＸ方向に所定量変
位するように、且つ隣り合う領域の端部同士がＹ方向に
重複するように配置される。

【００１６】したがって、投影光学系Ｌ１〜Ｌ５は、各
転写領域ＰＡ１〜ＰＡ５の配置に応じてＸ方向に所定量
変位するとともに、Ｙ方向に重複して配置されている。
また、照明光学系Ｉ１〜Ｉ５も、マスクＭ上の照明領域
が上記の転写領域ＰＡ１〜ＰＡ５と同様に配置されてい
る。

【００１７】マスクステージ３は、マスクＭを保持する
ものであって、一次元の走査露光を行うべく走査方向
（Ｘ方向）に長いストロークを有するマスクステージ駆
動部９を備えている。プレートステージ４は、ガラスプ
レートＰを保持するものであって、マスクステージ３と
同様に、一次元の走査露光を行うべくＸ方向に長いスト
ロークを有するプレートステージ駆動部１０を備えてい
る。

【００１８】そして、これらマスクステージ駆動部９、
プレートステージ駆動部１０は、ステージ制御部１１に
接続されている。ステージ制御部１１は、両駆動部１
０，１１を制御することにより、マスクＭとガラスプレ
ートＰとを投影光学系Ｌ１〜Ｌ５に対して、任意の走査
速度（同期移動速度）でＸ方向に同期移動させるもので
ある。

【００１９】一方、本露光装置２には、照度設定機構１
２が付設されている。照度設定機構１２は、光路毎に露
光光の照度を設定することによって、転写領域ＰＡ１〜
ＰＡ５への露光量を設定するものであって、ハーフミラ
ー１３、ディテクタ１４、フィルター１５、フィルター
駆動部１６および信号処理部１７とから構成されてい
る。

【００２０】ハーフミラー１３は、照明光学系Ｉ１〜Ｉ
５の光源５とレンズ系７との間の光路中に配置され、露
光光の一部をディテクタ１４へ入射させるものである。
ディテクタ１４は、入射した露光光の照度を検出し、検
出した照度信号を信号処理部１７へ出力するものであ
る。これらハーフミラー１３およびディテクタ１４は、
複数の光路毎に配設されている。

【００２１】フィルター１５は、透過率がＹ方向に沿っ
てある範囲で線形に漸次変化するように形成されてお
り、各光路中の光源５とハーフミラー１３との間に配置
されている。フィルター駆動部１６は、信号処理部１７
の指示に基づいてフィルター１５をＹ方向に沿って移動
させるものである。

【００２２】信号処理部１７は、ディテクタ１４が出力
した照度信号と予め与えられた目標照度との差分を算出
し、差分補正するようにフィルター駆動部１６を制御す
るものである。この信号処理部１７には、主制御部１８
が接続されている。主制御部１８は、信号処理部１７に
対して光路毎の目標照度を指示するとともに、ステージ
制御部１１を制御する構成になっている。

【００２３】上記の構成の露光装置の作用を説明する。
まず、光源５から楕円鏡６を介して照射された露光光
は、フィルター１５を透過した後、ハーフミラー１３に
よりその一部がディテクタ１４へ入射する。ディテクタ
１４は、入射した露光光の照度を検出し、検出した照度
信号を信号処理部１７へ出力する。信号処理部１７は、
各光路毎に検出された露光光の照度信号と各光路の目標
照度との差分を算出し、その差分を補正するようにフィ
ルター駆動部１６を制御する。これにより、フィルター
１５がＹ方向に移動して露光光に対する透過率が変化す
る。したがって、各光路における露光光は、設定された
フィルター１５を透過した後に、目標照度に設定され
る。

【００２４】一方、光源５からの露光光は、ハーフミラ
ー１３を透過してレンズ系７によって、視野絞りの開口
に応じた像をマスクＭの照明領域に結像する。マスクＭ
の照明領域に応じた像は、マスクＭとガラスプレートＰ
とが投影光学系Ｌ１〜Ｌ５に対して同期移動することに
より、投影光学系Ｌ１〜Ｌ５を介してガラスプレートＰ
上の所定の転写領域に等倍正立で投影されて転写され
る。

【００２５】続いて、上記の構成の露光装置２を用いて
ガラスプレートＰにテスト露光する方法を説明する。ま
ず、主制御部１８に光路毎の目標照度、例えば転写領域
ＰＡ１〜ＰＡ５に対してそれぞれ９０ｍＷ、９５ｍＷ、
１００ｍＷ、１０５ｍＷ、１１０ｍＷを設定する。ここ
で、テスト露光ではなく、実際にマスクＭに形成された
回路パターン等を複数の投影光学系Ｌ１〜Ｌ５でガラス
プレートＰ上に合成して転写する場合は、全ての照度を
均一にする必要があるため、各照明光学系Ｉ１〜Ｉ５の
目標照度は各フィルター１５の最大透過率より低めに設
定する。

【００２６】また、主制御部１８には、マスクステージ
３およびプレートステージ４の走査速度が、図３に示す
ように、一回の走査露光において１２０ｍｍ／ｓｅｃ、
１１０ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｍｍ／ｓｅｃ、９０ｍｍ／
ｓｅｃと段階的に変化するように、且つ各走査速度によ
る露光面積がほぼ同一になるような入力を行う。

【００２７】上記の条件でテストパターン（例えば所定
の間隔で形成されたライン・アンド・スペースパター
ン）が形成されたマスクＭを用いて走査露光を行うと、
図４に示すように、ガラスプレートＰ上には、照度が異
なる、すなわち露光量が異なる複数（５ヶ所）の転写領
域ＰＡ１〜ＰＡ２がＹ方向に形成される。加えて、ガラ
スプレートＰ上には、走査速度が異なる、すなわち単位
長さ当たりの露光時間が異なる複数（４ヶ所）の転写領
域がＸ方向に形成される。

【００２８】この結果、ガラスプレートＰ上には、各領
域で露光光のエネルギ量が異なる露光条件で露光された
複数（２０ヶ所）の転写領域がマトリックス状に形成さ
れる。そして、現像後に、各転写領域毎に転写されたパ
ターンの線幅を所定の測定装置で計測し、設計上の線幅
との比較を行うか、最小の線幅を選択することにより最
適な走査速度および照度を決定することができる。

【００２９】本実施の形態の露光方法では、走査速度を
変えるとともに、複数の光路に対して光路毎に照度を設
定しているので、露光時間と同時に露光量も種々異なる
転写領域を形成することができる。そのため、本実施の
形態の露光方法では、一回の走査露光で、一枚のガラス
プレートＰに対して露光光のエネルギ量が異なるより多
くの条件で露光することができる。また、この結果、露
光に最適な条件を選定できることになり、露光されたデ
バイスの品質向上にもつながる。

【００３０】なお、上記実施の形態において、並列する
複数の光路を５ヶ所とし、これに対応して照明光学系お
よび投影光学系を設ける構成としたが、光路が複数であ
れば５ヶ所に限定されるものではない。また、照明光学
系毎に光源を設ける構成としたが、これに限られるもの
ではなく、例えば図５に示すように、ライトガイド１９
を用いて複数の光源（または一つ）からの光を一つに合
成し、再び各光路毎に光を分岐させる構成であってもよ
い。

【００３１】また、上記実施の形態において、一回の走
査露光中に走査速度および光路の照度を変更したが、照
度のみを変更して露光してもよい。さらに、転写領域毎
に露光光のエネルギ量を変更して設定するパラメータと
して露光量を用い、照度を変更することによりこの露光
量を変更したが、これに限定されるものではなく、他の
手段で露光量を変更してもよい。

【００３２】なお、露光装置としては、マスクおよびガ
ラスプレートがＸ方向に移動する構成としたが、プレー
トステージにＹ方向に移動可能な駆動装置を設けたステ
ップ・アンド・スキャン方式の露光装置であってもよ
い。また、光路を複数有するものであれば、投影光学系
を用いないミラープロジェクション方式の露光装置にも
適用することができる。また、マスクＭとガラスプレー
トＰとを鉛直方向に沿って支持する縦型の露光装置にも
適用することができる。

【００３３】また、露光装置の種類としては、液晶表示
素子製造用の露光装置に限られず、例えば半導体製造用
の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装
置にも広く適用できる。

【００３４】また、照明光学系の光源として、水銀ラン
プから発生する輝線（ｇ線、ｉ線）、ＫｒＦエキシマレ
ーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電
子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、
電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型の
ランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タンタル（Ｔ
ａ）を用いることができる。

【００３５】投影光学系の倍率としては、等倍のみなら
ず縮小系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光
学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる
場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する
材料を用い、Ｆ₂レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折
系または屈折系の光学系にし（レチクルも反射型タイプ
のものを用いる。）、また電子線を用いる場合には光学
系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を
用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状
態にすることはいうまでもない。

【００３６】プレートステージやマスクステージにリニ
アモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア
浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用い
た磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ステージ
は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを
設けないガイドレスタイプであってもよい。

【００３７】なお、プレートステージの移動により発生
する反力は、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）
に逃がしてもよい。マスクステージの移動により発生す
る反力は、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に
逃がしてもよい。

【００３８】なお、複数のレンズから構成される照明光
学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整を
するとともに、多数の機械部品からなるレチクルステー
ジやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や
配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）
をすることにより本実施の形態の露光装置を製造するこ
とができる。ここで、露光装置の製造は、温度およびク
リーン度が管理されたクリーンルームで行うことが望ま
しい。

【００３９】液晶表示素子は、液晶表示素子の機能・性
能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマ
スクＭを製作するステップ、ガラス材料からガラスプレ
ートＰを製作するステップ、前述した実施の形態の露光
装置によりマスクＭのパターンをガラスプレートＰに露
光するステップ、液晶表示素子の組み立てステップ、検
査ステップ等を経て製造される。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る露
光方法は、複数の転写領域のうち異なる転写領域への露
光量がそれぞれ異なるように複数の光路毎に露光光のエ
ネルギ量を設定する構成となっている。これにより、こ
の露光方法では、一回の走査露光で、一枚の感光基板に
対して露光光のエネルギ量が異なるより多くの条件で露
光することができ、露光条件選定時が容易に、且つ短い
時間で行えるという優れた効果が得られる。また、露光
に最適な条件を選定できることになり、露光されたデバ
イスの品質向上にもつながるという効果が得られる。

【００４１】請求項２に係る露光方法は、複数の光路の
それぞれに、マスクの像を感光基板へ投影する投影光学
系が含まれる構成となっている。これにより、この露光
方法では、複数の投影光学系を用いた、特にマルチレン
ズ方式の露光装置で、露光光のエネルギ量が異なるより
多くの条件で露光することができるという優れた効果を
奏する。

【００４２】請求項３に係る露光方法は、走査露光の間
に、マスクと感光基板との同期移動速度を変更する構成
となっている。これにより、この露光方法では、一枚の
感光基板に対して、露光量に加えて露光時間を種々変更
したより多くの条件で露光することができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、照度
設定機構が付設された露光装置の概略構成図である。

【図２】同露光装置の外観斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態を示す図であって、ガラ
スプレートの位置と走査速度との関係を示す関係図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態を示す図であって、ガラ
スプレート上に複数の露光条件で転写領域が形成された
平面図である。

【図５】本発明を構成する照明光学系の別の実施の形
態を示す図であって、光源からの光がライトガイドによ
って合成、分岐される概略構成図である。

【図６】従来技術の露光方法で転写領域が形成された
ガラスプレートの平面図である。

【符号の説明】

ＭマスクＰガラスプレート（感光基板）ＰＡ１〜ＰＡ５転写領域Ｌ１〜Ｌ５投影光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並列する複数の光路に対しマスクと感光
基板とを同期移動して前記複数の光路のそれぞれからの
露光光により前記マスクの像を前記感光基板の複数の転
写領域に走査露光する露光方法において、前記複数の転写領域のうち第１の転写領域への露光量
と、該第１の転写領域とは異なる第２の転写領域への露
光量とが異なるように、前記複数の光路毎に前記露光光
のエネルギ量を設定することを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法において、前記複数の光路のそれぞれには、前記マスクの像を前記
感光基板に投影する投影光学系が含まれていることを特
徴とする露光方法。
【請求項３】請求項１または２記載の露光方法におい
て、前記走査露光の間に、前記マスクと前記感光基板との同
期移動速度を変更することを特徴とする露光条件選定方
法。