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投影露光装置および投影露光方法 外国出願あり

国内特許コード P08P005873
整理番号 TDU-128
掲載日 2008年8月1日
出願番号 特願2007-037073
公開番号 特開2008-176257
登録番号 特許第5190860号
出願日 平成19年1月22日(2007.1.22)
公開日 平成20年7月31日(2008.7.31)
登録日 平成25年2月8日(2013.2.8)
発明者
  • 堀内 敏行
  • 小林 宏史
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 投影露光装置および投影露光方法 外国出願あり
発明の概要 【課題】分布屈折率レンズアレイを用いた投影露光において、照射範囲や光強度分布の不均一性を低減し、パターンの線幅の均一化や側壁がスムーズなパターンの形成を可能とし、より微細なパターンをも形成可能にする。
【解決手段】分布屈折率レンズアレイを走査方向と直交する方向に移動させるか、分布屈折率レンズアレイを複数設けるかして露光領域を全体的に重畳するか、分布屈折率レンズアレイの光伝播不均一性を補う明暗の濃度分布をもつ光学フィルターを設置するか、均一な部分だけを限定利用する開口制御板を設ける。同時に上記のうち二つ以上の手段を講じてもよい。また、微小透過シャッターアレイ、微小反射シャッターアレイ、微小発光素子アレイのうちいずれかをマスクまたは照明装置とマスクの代わりに使用する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

露光は、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光体を蒸着、エッチングしてパターンを形成したマスクを使用し、このマスクを通して短波長可視光、紫外線、遠紫外線などを被露光基板に照射し、被露光基板上に付したレジストなどの感光性材料にマスクのパターンを転写するために用いられる。露光後に現像など、感光性材料の露光部または未露光部のみを選択的に残す工程を加えることにより、マスクパターンに対応する該感光性材料のパターンを形成する。


露光方式には、密着露光方式、プロキシミティ露光方式、投影露光方式がある。


密着露光方式では、マスクと被露光基板を密着保持して露光する。マスクと被露光基板を密着させるのは、解像度を上げるためである。マスクと被露光基板との隙間を狭くするほど、マスクの透過部から射出される光の回折の影響を小さくでき、解像度が上がる。


しかし、小型の液晶パネルや小口径のウエハなどではマスクと被露光基板とをほぼ均一に密着させることが可能であるが、フラットディスプレイパネルなどの大型の被露光基板では、マスクと被露光基板の表面を完全な平面に製作すること、保持することが難しく、密着時に接触圧力が均等になるように制御することも難しいため、マスク全体を均一に密着することができない。そのため、一部に力が集中し、接触圧の高い部分の感光性材料の一部がマスクに転移しやすくなる。転移した感光性材料の破片は次の露光時にマスクパターンの半遮光部や遮光部となり、転写欠陥を生じる。また、密着を繰り返すことによって、転移した感光性材料に起因するマスクの欠陥は加速度的に増大する。


また、マスクと被露光基板との不均一な接触は、マスクと被露光基板に面方向の相対的な移動を生ずることがあるため、たまたま接触部に硬いごみが挟まっていたりすると、マスクや被露光基板に傷が発生する場合もある。


一方、プロキシミティ露光では、マスクと被露光基板との間に微小な間隙(例えば、10μm~50μm)を置いてマスクと被露光基板を近接保持して露光する。被露光基板上の感光性材料が、マスク側に付着することによるマスクの汚染、転写欠陥の発生や、マスクと被露光基板が接することによるマスクまたは被露光基板への傷の発生は、プロキシミティ露光とすることにより、密着露光よりかなり低減できる。


しかし、プロキシミティ露光方式においても、大きなマスクと大きな被露光基板を近接させる場合には、マスクと被露光基板との間隙を均一に一定に保つことが困難である。そのため、マスクと被露光基板が部分的に接触し、感光性材料の一部がマスクに転移して転写欠陥となったり、マスクや被露光基板に傷が発生する、といった密着露光の問題を完全に解決することはできない。そして、露光フィールドが大きくなればなるほど、マスクと被露光基板が部分的に接触するリスクが上がる。


また、露光フィールドが大きい場合には、マスクと被露光基板との間の微小な間隙のばらつきも大きくなり、露光により転写されるパターンの線幅・形状が該マスクと被露光基板との間隙に依存するため、露光フィールド内で、パターンの線幅・形状のばらつきが大きくなるという問題があった。


投影露光方式とは、マスクと被露光基板の間に、鏡筒内にレンズを直列に並べて組み合わせた投影レンズやミラーの組み合わせで構成した投影ミラー光学系などの投影光学系を入れ、パターンの光像を被露光基板上に作って感光性材料を露光する方式である。


この方法を利用すると、マスク上に形成されたパターンは、投影光学系を介して被露光基板上に転写されることから、マスクと被露光基板は接触せず、感光性材料の一部がマスクに転移して転写欠陥となったり、マスクや被露光基板に傷が発生する、といった問題は生じない。


また、投影光学系を入れることで、ワーキングディスタンスとある程度の焦点深度を確保できることから、露光のためのセッティングが簡易化でき、露光フィールド内のパターンの線幅・形状のばらつきを少なくできるというメリットがある。


しかし、この投影露光方式において、フラットディスプレイ用などの大寸法のガラス基板、プラスチック基板、銅箔付きプラスチック基板、スクリーン印刷用のスクリーン、金属シート、大口径ウエハ等の大型の被露光基板を露光する場合、一括露光を試みようとすると、被露光基板と同等またはそれ以上の大きさの大露光フィールドを有する投影光学系が必要となる。そして、大口径の前記投影レンズや投影ミラー光学系は、製造が難しい上、保持や使用環境の制御にも特殊な工夫が必要なため、極めて高価であり、露光装置や露光のコストが大幅に増大する。


また、大露光フィールドに対処する一方策として、小型の投影光学系による走査露光を行ったり、露光フィールドをつなぎ合せたりすれば大フィールドを露光できる。しかし、一般的に用いられている、投影光学系は、投影レンズに代表されるように、マスク上のパターンの倒立実像を形成する投影光学系である。


そのため、図13に例示するように、該投影光学系を複数隣合せて並べ、マスク上のパターンABを露光すると、投影レンズ61によって光像A1’B1’が投影され、投影レンズ62によって光像A2’B2’が投影され、投影レンズ63によって光像A3’B3’が投影されるため、被露光基板上で光像が同じ位置に重ならず、パターンをうまく転写できない。ここで線群64は光線を示している。


したがって、倒立実像を形成する投影光学系の場合、走査露光を行うにしても一つの投影光学系によって行なうか、複数の投影光学系を十分距離を離して設置し、同一のパターンからの光が同時に該複数の投影光学系に入らないようにすることが必要であった。


また、走査露光を行うにしても、露光フィールドをつなぎ合せるにしても、マスクと被露光基板とを精確に同期させて逆方向に動かすことが必要であるため、走査機構やその制御が複雑で機構の調整工数がかさむ、精度の維持・管理に手間がかかるなどの問題があった。


この問題を解決して小径のレンズ要素を複数隣合せて並べ、レンズ要素にまたがるパターンの像をきちんと作るには、投影されるパターンを等倍正立像にし、かつ、各レンズ要素で形成される像を同じ位置に重ねる必要がある。


等倍正立像を形成する小型、簡便、安価な投影光学系を作る手段としては、マスクと被露光基板の間に、分布屈折率レンズアレイを入れた等倍の投影露光方式(例えば、特許文献1参照)があげられる。


分布屈折率レンズアレイは、円柱軸から円周面に向けて半径方向に屈折率の分布を有する円柱状のレンズ要素71を単列または複数列に互いに円周面を接触させて固定用の基板72で挟み、図14に示すようにアレイ状に配置した光学部品である。


この分布屈折率レンズアレイを利用すると、物体面と像面を適切な位置に取れば等倍の正立実像が形成され、図15に示すように、マスク上の点パターンPおよび矢印パターンABは、分布屈折率レンズアレイの隣接した複数のレンズ要素65、66、67により、被露光基板上の同じ位置P’およびA’B’に重ねて転写される。ここで線群68、69は光線を示している。


したがって、マスクと被露光基板との間に分布屈折率レンズアレイを置いて、分布屈折率レンズアレイ付近のマスクパターンの等倍正立実像を被露光基板上に形成し、該分布屈折率レンズアレイをレンズ要素の配列と直交する方向に走査すれば、小さい光学部品により大領域を露光してパターンを転写することができる。
【特許文献1】
特開昭61-77830号公報

産業上の利用分野

この発明は、ディスプレイ、半導体集積回路、光エレクトロニクス素子、マイクロマシン部品等の微細パターンを、大寸法のガラス基板、プラスチック基板、銅箔付きプラスチック基板、スクリーン印刷用のスクリーン、金属シート、大口径ウエハ等の大きい面積の被露光基板上に転写する、投影露光装置および投影露光方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
パターンが形成されたマスクを照明するための照明装置と、
円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記照明装置からのマスク照明光線によって該マスクに形成されたパターンを被露光基板に投影露光転写する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイと、
露光のために該分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する機構と、
前記分布屈折率レンズアレイを被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する方向に対して直交する方向に露光中または露光工程の間に動かす機構
備えた投影露光装置

【請求項2】
パターンが形成されたマスクを照明するための照明装置と、
円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記照明装置からのマスク照明光線によって該マスクに形成されたパターンを被露光基板に投影露光転写する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い複数の分布屈折率レンズアレイと、
露光のために前記複数の分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する機構とを備え、
前記複数の分布屈折率レンズアレイは、互いに平行すると共に、レンズ要素の配列方向にずれた位置にある、投影露光装置

【請求項3】
パターンが形成されたマスクを照明するための照明装置と、
円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記照明装置からのマスク照明光線によって該マスクに形成されたパターンを被露光基板に投影露光転写する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイと、
露光のために該分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する機構と、
前記照明装置と前記マスクとの間、または、前記マスクの直後、または、該マスクのパターン面と共役な面付近に位置する前記被露光基板に照射される露光光線の光強度分布の不均一性を低減させることが可能な明暗の濃度分布を有する光学フィルター
備えた投影露光装置

【請求項4】
パターンが形成されたマスクを照明するための照明装置と、
円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記照明装置からのマスク照明光線によって該マスクに形成されたパターンを被露光基板に投影露光転写する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイと、
露光のために該分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する機構と、
前記マスクの直後または該マスクのパターン面と共役な面付近に位置する、該分布屈折率レンズアレイの前記レンズ要素の配列方向と直交する方向の投影範囲を制御する開口制御板と
備えた投影露光装置

【請求項5】
パターンが形成されたマスクを照明するための照明装置と、
円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記照明装置からのマスク照明光線によって該マスクに形成されたパターンを被露光基板に投影露光転写する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイと、
露光のために該分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する機構とを備え
前記分布屈折率レンズアレイを被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する方向に対して直交する方向に露光中または露光工程の間に動かす機構、前記分布屈折率レンズアレイに対して平行すると共に、レンズ要素の配列方向にずれた位置にある他の分布屈折率レンズアレイ、前記照明装置と前記マスクとの間、または、前記マスクの直後、または、該マスクのパターン面と共役な面付近に位置する前記被露光基板に照射される露光光線の光強度分布の不均一性を低減させることが可能な明暗の濃度分布を有する光学フィルター、前記マスクの直後または該マスクのパターン面と共役な面付近に位置する、該分布屈折率レンズアレイのレンズ要素の配列方向と直交する方向の投影範囲を制御する開口制御板、のうち少なくとも2つ以上を備えた投影露光装置

【請求項6】
記マスクが、液晶パネルなどの透過型微小シャッターアレイであり、露光前または露光中における該微小シャッターアレイを構成するセルの透過・遮光の切替および/または照明光透過量の変更により、該微小シャッターアレイの射出光に明暗分布を作り、該明暗分布をマスクパターンとする、請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の投影露光装置

【請求項7】
記マスクが、ディジタルミラーデバイス、空間光変調器などの反射型微小シャッターアレイであり、露光前または露光中における該微小シャッターアレイを構成する反射素子で反射した照明光が前記分布屈折率レンズアレイを通過するか否かの切替および/または通過する量の変更により、該微小シャッターアレイの射出光に明暗分布を作り、該明暗分布をマスクパターンとする、請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の投影露光装置

【請求項8】
前記マスクと該マスクを照明するための前記照明装置に代えて、発光ダイオード、レーザダイオード、エレクトロルミネッセンス発光素子などの微小発光素子を並べたアレイや、任意の光源装置に接続して光射出端の明暗を制御できる光ファイバーアレイ、などの微小発光アレイを有し、露光前または露光中における該微小発光アレイの射出光の制御により明暗分布を作り、該明暗分布をマスクパターンとする、請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の投影露光装置

【請求項9】
パターンが形成されたマスクを照明装置により照明しながら、該マスクと被露光基板との間に配置され、円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記マスク上の前記パターンを被露光基板上に投影する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する工程と、
該工程の最中に、前記分布屈折率レンズアレイを該相対的に走査または間欠移動する方向に対して直交する方向に動かす工程
を含む投影露光方法

【請求項10】
パターンが形成されたマスクを照明装置により照明しながら、該マスクと被露光基板との間に配置され、円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記マスク上の前記パターンを被露光基板上に投影する、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する工程と、
記分布屈折率レンズアレイを該相対的に走査または間欠移動する方向に対して直交する方向に動かす工程と、
再度前記分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、該被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する工程
を含む投影露光方法

【請求項11】
照明装置からの照明光に対し、液晶パネルなどの透過型微小シャッターアレイを構成するシャッターセル毎の透過・遮光の切替および/または透過量の変更を行う第1の工程と、
円柱状のレンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記マスクの露光領域の幅よりも長い分布屈折率レンズアレイにより、前記透過型微小シャッターアレイの射出光の明暗分布をマスクパターンとして、該マスクパターンを被露光基板上に投影し、前記分布屈折率レンズアレイを、前記レンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する第2の工程備え、
前記透過・遮光の切替および/または透過量の変更は、前記照明装置及び前記分布屈折率レンズアレイの組み合わせによって生ずる光強度分布の不均一を打ち消すものである、投影露光方法

【請求項12】
照明装置からの照明光に対し、ディジタルミラーデバイス、空間光変調器などの反射型微小シャッターアレイを構成する反射セル毎に、反射した照明光が分布屈折率レンズアレイを通過するか否かの切替および/または通過する量の変更を行う第1の工程と、
透過型微小シャッターアレイの射出光の明暗分布をマスクパターンとして、該マスクパターンを分布屈折率レンズアレイにより被露光基板上に投影し、該分布屈折率レンズアレイを、該分布屈折率レンズアレイのレンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する第2の工程備え、
前記分布屈折率レンズアレイは、円柱状の前記レンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記マスクの露光領域の幅よりも長く、
前記透過・遮光の切替および/または透過量の変更は、前記照明装置及び前記分布屈折率レンズアレイの組み合わせによって生ずる光強度分布の不均一を打ち消すものである、
投影露光方法

【請求項13】
光ダイオードやレーザダイオード、エレクトロルミネッセンス発光素子などの微小発光素子を並べたアレイや、任意の光源装置に接続して光射出端の明暗を制御できる光ファイバーアレイ、などの微小発光素子アレイを用いて、該微小発光素子を発光させるか否かの切替および/または発光する量の変更を行う第1の工程と、
透過型微小発光素子アレイの射出光の明暗分布をマスクパターンとして、該マスクパターンを分布屈折率レンズアレイにより被露光基板上に投影し、該分布屈折率レンズアレイを、前記分布屈折率レンズアレイのレンズ要素の配列方向と直交する方向に、前記被露光基板に対して相対的に走査または間欠移動する第2の工程備え、
前記分布屈折率レンズアレイは、円柱状の前記レンズ要素を単数または複数列に互いに円周面を接触させると共に固定用の基板で挟むことにより形成され、前記マスクの露光領域の幅よりも長く、
前記透過・遮光の切替および/または透過量の変更は、前記照明装置及び前記分布屈折率レンズアレイの組み合わせによって生ずる光強度分布の不均一を打ち消すものである、投影露光方法
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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