JP4346320B2

JP4346320B2 - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP4346320B2
Application number: JP2003028073A
Authority: JP
Inventors: 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: JP2004240097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シャッターの開閉により光量を設定し、基板にマスクパターンを露光する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来はシャッターが開閉される際に生じるシャッター羽根の加減速の影響について考慮されていなかった。しかし、シャッター羽根の加減速時にシャッターが開閉されると、光量を設定する上で種々の不都合が生じる。例えば、積算露光量はシャッター羽根の速度の関数として考慮する必要がある。また、露光領域に亘って均一な露光量で露光するためには、シャッター開閉の際の光量の変化も考慮しなければならない。しかし、シャッター羽根の加速度の影響も考慮することとなると光量の計算が複雑になる。このため、レジストの感度に応じて予め設定された積算露光量を正確に得ることや、露光領域に亘って均一な露光量で露光することが困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は、光量を容易に設定可能な露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００６】
本発明の露光方法は、基板（１００）の露光に寄与可能な光束（Ｌ）の光路内にシャッター羽根（１４）を出し入れして光量を設定し、基板にマスクパターンを露光する露光方法において、前記シャッター羽根のエッジ（１４ａ、１４ｂ）が前記光路内から前記光路外へ出るときの前記シャッター羽根の速度が、前記シャッター羽根を出し入れする際の最大速度（ｖ１）に達しているように、前記シャッター羽根を動作させるとともに、前記シャッター羽根を前記光路内から出す動作を前記基板とフォトマスクとの位置合わせ終了前に開始することにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
本発明の露光方法によれば、シャッターを開くときや閉じるときにエッジが光束を横切り終える速度は、シャッター羽根を出し入れする際の最大速度になる。このため、シャッターが開き始めてから全開になるまでの間及びシャッターが閉じ始めてから全閉になるまでの間におけるシャッター羽根の速度が従来に比較して大きい。従って、エッジが光束をよぎる際の時間が短縮され、シャッター羽根の加減速時にシャッター羽根のエッジが光束を横切ることによる種々の不都合が解消される。例えば、エッジが光束をよぎる際に生じる露光領域に対する光量のばらつきが小さくなる。また、シャッターを全開にしている時間に比較して、エッジが光束をよぎる際の時間が短くなるから、エッジが光束をよぎる間の光量が積算露光量に及ぼす影響が小さくなり、レジストの感度に応じた積算露光量を得ることが容易となる。また、シャッター羽根の動作が基板とフォトマスクとの位置合わせ終了前に開始されるので、位置合わせが終了した後にシャッター羽根の駆動を開始する場合に比較して、位置合わせが終了してからシャッター羽根の速度が設定速度に到達するまでの時間が短縮される。
【０００８】
本発明の露光方法において、前記シャッター羽根を前記最大速度で動作させる際に生じる加減速が、前記エッジが前記光路外にある間に終了し、前記最大速度で動作している間に前記エッジが前記光路を横切るように前記シャッター羽根を動作させてもよい。この場合、シャッター羽根が最大速度で移動している間にのみシャッター羽根のエッジが光束を横切る。このため、シャッター羽根の加減速時にシャッター羽根のエッジが光束を横切ることによる種々の不都合が解消される。例えば、シャッターを通過する光量はシャッター羽根の速度の関数として考慮する必要があるが、シャッター羽根の速度が一定であるため、シャッター開閉の際の光量の計算が容易である。従って、レジストの感度に応じた積算露光量で露光することが容易となる。また、露光領域に亘って均一な光量を設定することも容易となる。
【０００９】
本発明の露光方法において、前記エッジが前記光路を横切る方向は、前記光路内から前記シャッター羽根を出すときと、前記光路内に前記シャッター羽根を入れるときとで同じ方向であってもよい。この場合、シャッター羽根を光路内から出すときの光量分布と、シャッター羽根を光路内へ入れるときの光量分布とが互いに反転した分布になるから、露光領域に亘って均一な光量が設定される。
【００１０】
本発明の露光方法において、前記シャッター羽根を前記光路内から出して前記光路内へ入れるまで、前記シャッター羽根を前記最大速度で動作させてもよい。この場合、シャッターが開かれている間、シャッター羽根の速度が一定であるため、シャッターが開かれている時間の計算が容易となる。
【００１１】
本発明の露光方法において、前記シャッター羽根を前記光路内から出して前記光路内へ入れるまでの間に前記シャッター羽根の速度を一旦減じてから再度前記最大速度まで加速するとともに、当該加速の終了時期と前記エッジの前記光路を横切り始める時期とが一致するように、前記シャッター羽根を動作させてもよい。
【００１２】
この場合、シャッター羽根の加減速により光路を開く時間が調整される。また、光路を開く時間は、露光に必要な積算光量と、光源の照度によって定まり、光路を開いた時期が特定されれば、光路を閉じるべき時期も特定され、さらにはエッジが光路を横切り始めるべき時期も特定される。上述の態様では、エッジが横切り始めるときに加速が終了するから、加速に要する時間だけ、エッジが光路を横切り始めるべき時期よりも前に加速を開始するだけで、正確に露光に必要な時間だけ光路を開くことができる。なお、シャッター羽根の速度を減じる概念には、シャッター羽根の停止、逆方向への移動も含まれる。シャッター羽根の停止、逆方向への移動により、加速を再度開始する位置を調整すれば、エッジが光束をよぎる際の速度、及び露光を終了する時間の調整が一層容易に行われる。
【００１３】
本発明の露光方法において、前記シャッター羽根を前記光路内から出す際に前記光路を横切るエッジが、前記基板と前記フォトマスクとの位置合わせが終了した後に前記光路を横切り始めるように、前記シャッター羽根を動作させてもよい。すなわち、上述のようにシャッター羽根を光路内から出す動作を位置合わせ終了前に開始する場合に、露光不良が生じないように条件設定してもよい。
【００１４】
本発明の露光装置（１）は、基板（１００）の露光に寄与可能な光束の光路内に出し入れ可能なシャッター羽根（１４）と、前記シャッター羽根を駆動する駆動手段（１５）とを備え、基板にマスクパターンを露光する露光装置において、前記駆動手段は、前記シャッター羽根のエッジが前記光路内から前記光路外へ出るときの前記シャッター羽根の速度が、前記シャッター羽根を出し入れする際の最大速度に達しているように、前記シャッター羽根を駆動するとともに、前記シャッター羽根により前記光束を遮断している間、前記シャッター羽根を揺動することにより、上述した課題を解決する。
【００１５】
本発明の露光装置によれば、上述した本発明の露光方法を実現できる。
【００１６】
また、光束が照射される位置はシャッター羽根の揺動に伴って変化する。本発明の露光装置によれば、光束を遮断している間、前記シャッター羽根が揺動されるため、シャッター羽根の同一部分が長時間に亘って加熱されることが回避され、シャッター羽根の変形、破損が防止される。
【００１７】
本発明の露光装置において、前記シャッター羽根は、前記光束の出射側の表面が黒体であってもよい。この場合、シャッター羽根からの放熱が容易となり、シャッター羽根の変形、破損が防止される。
【００１８】
本発明の露光装置において、前記シャッター羽根は、前記光束の出射側の表面に凹凸部が設けられていてもよい。この場合、シャッター羽根の表面積が増加することから、放熱が容易となり、シャッター羽根の変形、破損が防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の露光装置１の構成を示す側面図である。露光装置１は、基板１００にプロキシミティ方式の露光を行う装置として構成されている。基板１００は、例えばカラーフィルタやＴＦＴ基板等のガラス基板として構成されている。
【００２０】
露光装置１は、光源２と、光源２の光を集光するための楕円鏡３と、光源２及び楕円鏡３からの光束Ｌの方向を変化させるミラー４と、ミラー４からの光束Ｌの光路を開閉するロータリーシャッター６（以下、単に「シャッター６」という。）と、シャッター６を通過した光束Ｌを均一化するインテグレータレンズ５と、インテグレータレンズ５からの光束Ｌの方向を変化させつつ、光束Ｌを平行光束へと変化させる放物面鏡７と、放物面鏡７からの光束Ｌが照射されるフォトマスク９と、露光対象の基板１００を載置するステージ１０と、フォトマスク４を水平方向に駆動する駆動装置１１と、ステージ２を水平方向及び上下方向に駆動する駆動装置１２と、駆動装置１１等の各種装置の制御を行う制御装置１３とを備えている。
【００２１】
シャッター６は、光路に出し入れ可能なシャッター羽根１４と、シャッター羽根１４を駆動するサーボモータ１５（以下、単に「モータ１５」という。）と、モータ１５の回転位置を検出するロータリーエンコーダ１６と、制御装置１３からの指示信号に基づいてモータ１５に電力を供給するモータドライバ１７とを備えている。
【００２２】
シャッター羽根１４は、図２（ａ）に示すようにモータ１５の出力軸１５ａを中心とした半円形状に形成され、その半径は光束Ｌの断面の直径よりも大きくなるように設定されている。シャッター羽根１４は、例えば銅、アルミニウム等の高伝熱材により形成されている。シャッター羽根１４の入射側（インテグレータレンズ５側）の面には、例えばアルミニウムが蒸着され、反射率が高く設定されている。その裏面（光束Ｌの出射側の表面）は、例えば黒体としたり、表面積が大きくなるように凹凸が設けられ、放熱が容易となっている。なお、黒体とするには、例えばシャッター羽根１４の裏面を黒色の塗料で塗装してもよい。また、凹凸は、例えばシャッター羽根１４のプレス加工により設けてもよい。
【００２３】
シャッター羽根１４は、モータ１５により矢印ｙ１の方向に回転され、エッジ１４ａが位置Ｐ０に一致する位置を停止位置として設定されている。また、図２（ｂ）に示すように、θ１は、シャッター羽根１４が加速する間（時間Ｔ１）の回転量、θ２は、シャッター羽根１４が最大速度（一定速度）ｖ１で回転する間（時間Ｔ２）の回転量、θ３は、シャッター羽根１４が減速する間（時間Ｔ３）の回転量として設定されている。位置Ｐ１は、エッジ１４ａが光束Ｌを横切り始める位置であり、位置Ｐ２は、エッジ１４ｂが光路内から光路外へ出て、光束Ｌを横切り終えるときのエッジ１４ａの位置である。位置Ｐ０は、位置Ｐ１から、シャッター羽根１４の回転方向の逆方向にθ１だけずれた位置に設定されている。θ１は、例えばシャッター羽根１４が速度ｖ１に到達するのに要する回転量を実験等により求めて設定される。速度ｖ１は、例えば、光束Ｌの中心の位置で５ｍ／秒以上に設定される。なお、エッジ１４ａは位置Ｐ３において光路内から光路外へ出て、光束Ｌを横切り終える。
【００２４】
ロータリーエンコーダ１６の検出信号は制御装置１３に出力される。制御装置１３は、ロータリーエンコーダ１６からの信号に基づいて、モータドライバ１７を介してモータ１５を所定の角速度で回転させるとともに、モータ１５の出力軸１５ａを所定の位置に位置決めする。
【００２５】
上記の構成を有する露光装置１の動作を説明する。図３は、制御装置１３が実行する位置合わせ処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば基板１００がステージ１０に搬送されたときに開始される。ステップＳ１では、制御装置１３は、駆動装置１２に指示信号を出力し、基板１００をフォトマスク９の下方に位置させるようにステージ１０を水平方向に駆動するとともに、所定のプロキシミティギャップを介してフォトマスク９と基板１００とを対向させるようにステージ１０を上方へ駆動する。ステップＳ２では、不図示のカメラが撮像した画像信号に基づいて、フォトマスク９のアライメントマーク（不図示）と、基板１００のアライメントマーク（不図示）とを位置合わせするように、駆動装置１１及び駆動装置１２に指示信号を出力する。
【００２６】
図４は、制御装置１３が実行する駆動指示処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば基板１００がステージ１０に搬送されたときに開始される。この処理が開始されたとき、シャッター羽根１４は、エッジ１４ａが位置Ｐ０に一致する位置で停止しており、光束Ｌはシャッター６によって遮断されている。
【００２７】
まず、制御装置１３は、図３のステップＳ１が終了したか否かを判定し、ステップＳ１が終了するまで待機する（ステップＳ１１）。ステップＳ１が終了したと判定したときは、タイマにモータ１５を駆動するまでの待ち時間Ｔ０を設定するとともに、タイマカウントを開始する（ステップＳ１２）。
【００２８】
時間Ｔ０は、例えば、ステップＳ１が終了したと判定されたとき（図２（ｂ）の時刻ｔ０）からステップＳ２のアライメントマークの位置合わせが終了するまでの時間をＴｅとして、以下の式を満たすように設定する。
【数１】
ｍａｘＴｅ＝Ｔ０＋Ｔ１
ここで、ｍａｘＴｅは、Ｔｅのとり得る値の最大値である。ｍａｘＴｅは、例えば実験等により求められる。
【００２９】
ステップＳ１３では、時間Ｔ０が経過したか否かを判定し、経過したと判定するまで待機する。時間Ｔ０が経過したと判定した場合は、モータ１５を一定の速度で回転させるようにモータドライバ１７を介してモータ１５の駆動を開始する（ステップＳ１４）。
【００３０】
図４の処理により、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ１においてシャッター羽根１４の駆動が開始される。時間Ｔ０を数１のように設定することにより、シャッター羽根１４の駆動は位置合わせが終了する時刻ｔｅの前に開始され、露光は時刻ｔｅの後に開始される。そして、シャッター羽根１４が最大速度ｖ１で回転する間（時間Ｔ２）においてエッジ１４ａ、１４ｂが光束Ｌをよぎっている。
【００３１】
なお、時間Ｔ０は、制御装置１３が時間Ｔｅを予測又は学習することにより、制御装置１３が適宜に算出してもよいし、予め定めた時間Ｔ０を制御装置１３に記憶させておいてもよい。時間Ｔｅが時間Ｔ１よりも短い場合には、時間Ｔ０を０とし、時刻ｔ０において直ちに駆動指示を出してもよい。
【００３２】
エッジ１４ａ、１４ｂが光束を横切る位置を考慮する際には、光源２からの光束のうち、露光に有効な光束について考慮すればよい。例えば、エッジ１４ａ、１４ｂが光束を横切る際の速度を一定速度に設定する場合、インテグレータレンズ５の外側に照射されて基板１００に到達しない光束や、光路に設けられたアパーチャ（不図示）を通過しない光束等については、シャッター羽根１４の加減速時にエッジ１４ａ、エッジ１４ｂがこれらの光束を横切ってもよい。
【００３３】
基板１００がステージ２へ搬送される間等、長時間シャッター６が閉じられている場合には、光束Ｌを通過させない範囲（エッジ１４ａがθ１、θ３内に位置する範囲）でシャッター羽根１４を揺動させ、シャッター羽根の同一部分が長時間に亘って加熱されることを防止してもよい。また、加熱部分にエアーを吹き付け冷却しても良い。
【００３４】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００３５】
シャッター６の全開時（エッジ１４ａが光束Ｌを横切り終えてから、エッジ１４ｂが光束Ｌを横切り始めるまでの間）には、シャッター羽根１４を減速、加速させてもよい。１例を図５（ａ）（ｂ）に示す。この図において、シャッター羽根１４は、エッジ１４ａがθ５の範囲にあるときに減速、位置Ｐ４にあるときに停止、θ６の範囲にあるときに加速するように設定されている。位置Ｐ４は、例えばエッジ１４ｂが光束Ｌを横切り始める位置Ｐ５からθ６だけずれた位置に設定される。θ６は例えばシャッター羽根１４が最大速度ｖ１に到達するのに必要な回転量である。露光を行う時間Ｔ２は、露光に必要な積算光量と、光源２の照度によって定まるから、図５のように設定した場合、位置Ｐ４にて再度シャッター羽根１４の駆動を開始する時刻ｔｒを適宜に設定することにより、正確に露光時間Ｔ２の間だけ露光を行うことができる。なお、例えば、θ５の範囲で速度ｖ１から速度０まで減速することが困難な場合には、一旦位置Ｐ４を過ぎた後にシャッター羽根１４を逆方向に移動させて、位置Ｐ４にシャッター羽根１４を停止させてもよい。
【００３６】
エッジ１４ａが位置Ｐ１に到達した時点で加速が終了し、エッジ１４ａが位置Ｐ２に到達した時点で減速を開始する例を示したが、エッジ１４ａが位置Ｐ１に到達する前に加速を終了してもよいし、エッジ１４ａが位置Ｐ２を通過してから減速を開始してもよい。エッジ１４ａが位置Ｐ３に到達するとき等、エッジ１４ａ、１４ｂが光束Ｌを横切り終えるときに、最大速度ｖ１に到達するようにしてもよい。
【００３７】
最大速度ｖ１は、モータ１５の性能、露光時間等の種々の事情に応じて適宜に設定してよい。最大速度ｖ１は、エッジ１４ａ、１４ｂが光束Ｌをよぎる時間を短縮する観点から、できるだけ大きくすることが望ましい。一方、シャッター羽根１４の加速域として確保できる範囲は、一方のエッジが光束Ｌを横切り終えてから、他方のエッジが光束Ｌを横切り終えるまでである。例えば、シャッター羽根１４のように、半円形のシャッター羽根の場合には、シャッター羽根１４が半周する範囲が加速に利用できる範囲である。従って、例えば、モータ１５の加速性能が高く、シャッター羽根１４を半周させる間に、モータ１５の最大角速度までモータ１５を加速できる場合には、そのときのシャッター羽根１４の速度を最大速度ｖ１として設定してもよい。また、例えば、シャッター羽根１４を半周させる間にモータ１５の最大角速度までモータ１５を加速できない場合等には、加速に利用できる範囲の大きさ等に応じて、適宜な速度を最大速度ｖ１と設定してよい。
【００３８】
シャッター６は光路のどの位置に設けられてもよい。例えば、インテグレータレンズ５よりも放物面鏡７側に設けられてもよい。シャッター６はロータリーシャッターに限定されない。シャッター羽根の加減速時に光束を遮断することが可能であれば、公知のあらゆるシャッターを本発明の露光装置のシャッターとして利用可能である。例えばシャッター羽根を往復運動させるものでもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、エッジが光束を横切り終えるときのシャッターの速度はシャッター羽根を出し入れする際の最大速度になる。すなわち、従来に比較してエッジが光束をよぎる際の速度が大きい。このため、エッジが光束をよぎる際の時間が短縮され、シャッター羽根の加減速時にシャッター羽根のエッジが光束を横切ることによる種々の不都合が解消される。例えば、エッジが光束をよぎる際に生じる露光領域に対する光量のばらつきが小さくなる。また、シャッターを全開にしている時間に比較して、エッジが光束をよぎる際の時間が短くなるから、エッジが光束をよぎる間の光量が積算露光量に及ぼす影響が小さくなり、レジストの感度に応じた積算露光量を得ることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の構成を示す図。
【図２】図１の露光装置のシャッター羽根の形状及び速度変化を示す図。
【図３】図１の露光装置の制御装置が実行する位置合わせ処理の手順を示すフローチャート。
【図４】図１の露光装置の制御装置が実行する駆動指示処理の手順を示すフローチャート。
【図５】図２のシャッター羽根の速度変化の変形例。
【符号の説明】
１露光装置
９フォトマスク
１１駆動装置
１２駆動装置
１３制御装置
１４シャッター羽根
１５モータ
１００基板

Claims

基板の露光に寄与可能な光束の光路内にシャッター羽根を出し入れして光量を設定し、基板にマスクパターンを露光する露光方法において、
前記シャッター羽根のエッジが前記光路内から前記光路外へ出るときの前記シャッター羽根の速度が、前記シャッター羽根を出し入れする際の最大速度に達しているように、前記シャッター羽根を動作させるとともに、前記シャッター羽根を前記光路内から出す動作を前記基板とフォトマスクとの位置合わせ終了前に開始することを特徴とする露光方法。
前記シャッター羽根を前記最大速度で動作させる際に生じる加減速が、前記エッジが前記光路外にある間に終了し、前記最大速度で動作している間に前記エッジが前記光路を横切るように前記シャッター羽根を動作させることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
前記エッジが前記光路を横切る方向は、前記光路内から前記シャッター羽根を出すときと、前記光路内に前記シャッター羽根を入れるときとで同じ方向であることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
前記シャッター羽根を前記光路内から出して前記光路内へ入れるまで、前記シャッター羽根を前記最大速度で動作させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
前記シャッター羽根を前記光路内から出して前記光路内へ入れるまでの間に前記シャッター羽根の速度を一旦減じてから再度前記最大速度まで加速するとともに、当該加速の終了時期と前記エッジの前記光路を横切り始める時期とが一致するように、前記シャッター羽根を動作させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
前記シャッター羽根を前記光路内から出す際に前記光路を横切るエッジが、前記基板と前記フォトマスクとの位置合わせが終了した後に前記光路を横切り始めるように、前記シャッター羽根を動作させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
基板の露光に寄与可能な光束の光路内に出し入れ可能なシャッター羽根と、前記シャッター羽根を駆動する駆動手段とを備え、基板にマスクパターンを露光する露光装置において、
前記駆動手段は、前記シャッター羽根のエッジが前記光路内から前記光路外へ出るときの前記シャッター羽根の速度が、前記シャッター羽根を出し入れする際の最大速度に達しているように、前記シャッター羽根を駆動するとともに、前記シャッター羽根により前記光束を遮断している間、前記シャッター羽根を揺動することを特徴とする露光装置。
前記シャッター羽根は、前記光束の出射側の表面が黒体であることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
前記シャッター羽根は、前記光束の出射側の表面に凹凸部が設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。