(57)【要約】【課題】  光変調素子を利用して、好ましくは、小型の構成で、スループットを向上することができる露光装置及びそれを使用したデバイス製造方法を提供する。【解決手段】  入射光に位相差を与えて前記入射光を変調する要素を少なくとも一つ有する光変調素子と、前記光変調素子からの回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系とをそれぞれ複数備え、前記光変調素子および前記投影光学系のそれぞれは、並列に配置されていることを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に位相差を与えて前記入射光を変調する要素を少なくとも一つ有する光変調素子と、前記光変調素子からの回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系とをそれぞれ複数備え、
前記光変調素子および前記投影光学系のそれぞれは、並列に配置されていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記要素は、変位可能な光反射帯を複数含み、前記光変調素子は、前記要素を少なくとも１つ含む画素を複数有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記投影光学系を構成する光学素子は、瞳面上で前記回折光が発生する回折方向に垂直な方向において、一の次数の前記回折光の開口数以上、かつ、当該開口数の３．３倍以下の長さを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系を構成する光学素子は、瞳面上で前記回折光が発生する回折方向において、一の次数の前記回折光の開口数以上、かつ、当該開口数の３．３倍以下の長さを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項５】
前記投影光学系を構成する光学素子は、瞳面上で前記回折光が発生する回折方向において、一の次数の前記回折光の開口数以上、かつ、当該開口数の２．２倍以下の長さを有することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
【請求項６】
前記投影光学系のうちの一つが一回に露光可能な領域の、前記回折光が発生する回折方向における幅が前記投影光学系の最大直径の１／Ｍ倍の量である場合、前記投影光学系は前記回折光が発生する回折方向に垂直な方向にＭ列配置されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項７】
前記露光可能領域のうち前記回折光が発生する回折方向における幅だけ前記回折方向にずれて配置されることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の露光装置を利用して前記被露光体を露光するステップと、
露光された前記被露光体を現像するステップとを有するデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光に複数の位相差を与えて変調する光変調素子（「空間光変調器」ともいう）を利用し、原版としてのフォトマスク（レチクル）を使用しない、いわゆるマスクレス露光装置に関する。本発明は、例えば、液晶などの大画面を一度に露光する露光装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体デバイスや液晶パネル等を製造する際に、マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に露光転写する投影露光装置が使用されている。しかし、デバイスの集積度の向上や大面積化に伴い、マスクパターンの一層の微細化や大型化が要求されるため、マスクのコストの増大が問題になっている。そこで、マスクを用いずに露光するマスクレス露光が検討されている。
【０００３】
マスクレス露光の一例として、位相変調型の光変調素子を用いてパターンの像を基板上に投影する方法が注目されている。光変調素子は並列型のデバイスであるため、単位時間に処理できるピクセル数を非常に大きくできる可能性がある。位相変調方式は、必要なミラーの変位が微小で高速動作が可能である。特に、回折格子状の変調パターンを使用するＧｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ（ＧＬＶ）方式の光変調素子は、その動作性から大容量データ転送に向いているため、膨大なデータ量を転写するマスクレス露光装置に好適である。マスクレス露光装置は、マスクの代わりに光変調素子で所望パターンに応じて露光光を変調し、投影光学系を介して集光し、基板上にパターンを形成する。ＧＬＶは、例えば、非特許文献１に開示されている。
【０００４】
以下、従来のＧＬＶ２０の動作原理を図１０を参照して説明する。ここで、図１０（ａ）は、ＧＬＶ２０がオフ状態のＧＬＶ２０の断面と位相差の関係を示す図である。図１０（ｂ）は、ＧＬＶ２０がオン状態のＧＬＶ２０の断面と位相差の関係を示す図である。
【０００５】
ＧＬＶ２０は一つの要素２２が２本の光反射帯（以下、リボン）２１からなっており、要素２２が３個集まった一つの画素（以下、ピクセル）２３が複数個並べられた反射型位相変調素子である。各要素２２の一方のリボン２１は図示しないスイッチに接続され、例えば、リボン２１の下に電圧を印加することで高さが変更可能に構成されている。
【０００６】
動作においては、スイッチがオフの状態では、図１０（ａ）に示すように、全てのリボン２２が等しい高さになっている。一方、スイッチがオンになると、図１０（ｂ）に示すように、リボン２１が一つおきに照射波長の４分の１の高さだけ下がり、結果として反射光は隣り合うリボン２１で位相差１８０度を持つ。スイッチ２１がオフの状態では反射光は位相変調を受けずにそのまま反射するので０次回折光の反射しかない。しかるに、スイッチがオンの状態では反射光は位相変調を受けるため±１次回折光の方向に光が反射される。
【０００７】
以下、図１１（ａ）及び（ｂ）を参照して、ＧＬＶ２０を利用した回折光の制御について説明する。ここで、図１１（ａ）は、ＧＬＶ２０を利用した回折制御を説明するための模式図である。図１１（ａ）に示すように、レンズ３１とＧＬＶ２０の間に０次光を遮光するフィルタ３２を設置する。スイッチがオフのときはレンズ３１に光が入射しない。しかし、スイッチがオンになれば±１次回折光がレンズ３１に入射する。マスクの代わりにＧＬＶ２０を搭載してレンズ３１を投影光学系（投影レンズ）とみなせば、露光光を制御するマスクレス露光装置を構築することができる。
【０００８】
図１１（ａ）では、レンズ３１は±１次回折光を受容する大きさを持たなければならないため、装置が大型になる。また、２光束を投影光学系３１に入射すると干渉して不要なパターンの形成をもたらす。図１１（ｂ）に示すようなＧＬＶ２０と斜入射照明を組み合わせた構成は、スイッチがオフの状態では０次光しかないためレンズ３１に光が照射することはない。スイッチがオンになると±１次回折光が発生し、ＧＬＶへの照射角度を調節してどちらか一方（図１１（ｂ）では−１次回折光）をレンズ３１に入射させる。この結果、投影光学系３１は小型で済み、また、１光束のみを投影光学系３１に入射することによって所望のパターンのみを解像する高品質な露光を実現することができる。
【０００９】
その他の従来技術としては特許文献１、２、非特許文献２がある。
【特許文献１】特開平７−１３５１６５号公報
【特許文献２】特開平９−１７４９３３号公報
【非特許文献１】オプティックス・レターズ、１７号、１９９２年、６８８−６９０頁（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． １７， ｐｐ．６８８−６９０（１９９２））
【非特許文献２】ジェー・ダブリュー・グッドマン、フーリエ光学への入門、第２版、ＩＳＢＮ０−０７−１１４２５７−６（Ｊ． Ｗ． Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ ２ｎｄ ｅｄ．：ＩＳＢＮ ０−０７−１１４２５７−６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スループットを上げるためにＧＬＶを利用して液晶などの大面積露光を行う需要が存在する。その際に、露光装置全体はできるだけ小型化を図ることが好ましい。
【００１１】
そこで、本発明は、光変調素子を利用して、好ましくは、小型の構成で、スループットを向上することができる露光装置及びそれを使用したデバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面としての露光装置は、入射光に位相差を与えて前記入射光を変調する要素を少なくとも一つ有する光変調素子と、前記光変調素子からの回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系とをそれぞれ複数備え、前記光変調素子および前記投影光学系のそれぞれは、並列に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、かかるマスクレス露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光変調素子を利用してスループットを向上することができる露光装置及びそれを使用したデバイス製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１を参照して、本発明の一実施例の露光装置１００について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略ブロック図である。露光装置１００は、図１に示すように、例えば、図１０に示すＧＬＶ２０と同様の構造のＧＬＶ１２０を照明する照明装置１１０と、照明されたＧＬＶ１２０から生じる回折光をプレート１４０に投影する投影光学系１３０と、プレート１４０を支持するステージ１４５とを有する。
【００１７】
露光装置１００は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、ＧＬＶ１２０に対してウェハを連続的にスキャン（走査）して所望のパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。最も露光装置１００はステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）にも適用可能である。
【００１８】
照明装置１１０は、転写用の回路パターンに応じて制御されたＧＬＶ１２０を照明し、光源部１１２と、照明光学系１１４とを有する。
【００１９】
光源部１１２は、光源として、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができるが、光源の種類は限定されないし、その光源の個数も限定されない。また、光源部１１２にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。
【００２０】
照明光学系１１４は、ＧＬＶ１２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系１１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。ＧＬＶを照明する方法は、図１１（ａ）に示す垂直入射でも図１１（ｂ）に示す斜入射でもよいが、本実施例では垂直入射である。
【００２１】
ＧＬＶ１２０は、例えば、外部から電気的にスイッチがオン／オフされ回折光を制御し、図示しないＧＬＶステージに支持及び駆動される。ＧＬＶ１２０から発せられた回折光は、投影光学系１３０を通りプレート１４０上に投影される。ＧＬＶ１２０とプレート１４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１００は、スキャナーであるため、プレート１４０を縮小倍率比の速度比でスキャンする間にＧＬＶ１２０はオン／オフを繰り返すことによりＧＬＶ１２０のパターンをプレート１４０上に転写する。本実施例では、図２を参照して後述するように、Ｎ個のＧＬＶ１２０が設けられている。
【００２２】
投影光学系１３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。本実施例では、図２を参照して後述するように、Ｎ個のＧＬＶ１２０が設けられている。
【００２３】
図２は、ＧＬＶ１２０と投影光学系１３０との関係を示す概略斜視図である。投影光学系１３０を複数並べて一括で走査する構成になっている。投影光学系１３０の配置は走査方向ＳＤを列方向、走査方向ＳＤに垂直な方向を行方向とすると、行方向には一直線上に投影レンズを配置して列方向は少しずつシフトした構成になっている。並列露光をする際、一つの投影光学系１３０が一回の走査で露光できる領域を露光領域ＥＡとすると隣り合う露光領域ＥＡはちょうど重なり合うように露光する必要がある。そのために図３に示すように列方向に隣り合った投影レンズ１３２は露光領域ＥＡの幅すなわち一つの投影光学系１３０が一回の走査で露光できる領域のうち走査方向ＳＤに垂直な幅だけシフトした配置にする。露光領域ＥＡの幅が、投影光学系１３０のレンズ支持機構を含めた最大直径の１／Ｍ倍の量であったとき、列方向に並べる投影光学系１３０の個数をＭ列にすると行方向に隣り合った投影レンズ１３２の露光領域ＥＡとちょうど重なり合う。本実施例のＭは自然数である。結果として投影レンズ１３２は図４に示すレンガ状の配置に並べる。行方向の投影レンズ１３２の個数は不問である。
【００２４】
このように、本実施例は、本来上から見ると円形状の投影レンズ１３２において、回折光が入射しない未使用領域を部分的に除去して投影光学系１３０の大きさを低減し、露光装置１００の小型化を図っている。本実施例では投影レンズ１３２の大きさは±１次光を含む大きさにする必要がある。投影レンズ１３２のうち瞳上で０次光と±１次光が空間的に分離させて０次光は遮蔽し１次光は透過させてスイッチを行う場合は、投影光学系１３０内の全てのレンズ直径を大きくする必要があり、特に、瞳近傍のレンズは光学系の開口数（ＮＡ）に対して３倍の大きさが必要となる。このため、露光装置１００は、ＧＬＶ１２０を用いて並列露光を行う場合の露光装置の大型化の問題を解決している。
【００２５】
ＧＬＶ１２０から発生する０次光と±１次光は一直線上に広がるためレンズ１３２内で光を利用する領域も直線領域となり、レンズ１３２内には光の照射されない未使用領域が多く存在する。この未使用領域を除去したレンズ１３２は図５に示す構成になっている。本実施例の投影レンズ１３０は０次光と±１次光を空間的に分離して且つ±１次光を含むため図６（ａ）又は図７の切断箇所Ｃで除去している。ここで、図６（ａ）は、瞳面付近の投影レンズ１３２を示す概略平面図であり、図７は瞳面から多少離れた投影レンズ１３２を示す概略平面図である。
【００２６】
図６（ｂ）は図６（ａ）に示す切断箇所Ｃで切り出した投影レンズ１３２の概略平面図である。同図に示すように、切り出された投影レンズ１３２は、長さＬ：幅Ｗ＝３：１の大きさのレンズを構成している。このような投影レンズ１３２を搭載した投影光学系１３０を並列に配置して同時に走査露光を行うことでＧＬＶ１２０を用いても露光装置１００が大きくなることなく大面積の領域を効率良く露光することが可能となる。
【００２７】
もっとも、図６（ｂ）において、回折光が発生する回折方向ＤＤと走査方向ＳＤ（又は回折方向ＤＤと直交する方向）を考えた場合、走査方向ＳＤの幅Ｗは、１次回折光のＮＡ以上図６（ａ）に示す径（例えば、ＮＡの約３．３倍）以下であればよい。同様に、回折方向ＤＤの幅Ｌは、本実施例では、図６（ａ）に示す径（例えば、ＮＡの約３．３倍）であるが、斜入射を考慮すると適当な遮蔽手段があれば１次回折光のＮＡ以上であればよい。例えば、長さＬを２つの回折光（例えば、０次回折光と１次回折光）のＮＡに多少余裕を持たせた（例えば、ＮＡの約２．２倍）程度であってもよい。
【００２８】
プレート１４０は、ウェハや液晶基盤などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００２９】
ステージ１４５は、プレート１４０を支持する。ステージ１４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ１４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレートを移動することができる。ＧＬＶ１２０とプレート１４０とは、例えば、同期走査され、ステージ１４５と図示しないＧＬＶステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、ステージ１４５の駆動に合わせてＧＬＶ１２０はオン／オフされる。ステージ１４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、ＧＬＶステージ及び投影光学系１３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００３０】
露光において、光源部１１２から発せられた光束は、照明光学系１１４によりＧＬＶ１２０を、例えば、ケーラー照明する。ＧＬＶ１２０で反射してＧＬＶパターンを反映する光は、投影光学系１３０によりプレート１４０に結像される。露光装置１００が使用するＧＬＶ１２０は、ＮＡを無駄にすることもなく、光量を損失することもないため作業性を高めて従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００３１】
なお、本実施例ではステップ・アンド・スキャン方式を紹介したが、前記方式以外の方式も適用可能である。例えば、１ショット露光終了後にウェハをステップ稼動するのではなく、１ショット内の第一の一部分だけを露光してウェハをステップ稼動し、次のショット内でも同一の第一の一部分だけを露光することを繰り返して全ショットを露光したあと、初めのショットに戻って第二の一部分に対して同様の動作を繰り返していってもよい。
【００３２】
次に、露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図６（ｂ）は液晶パネルの製造のフローチャートである。本実施形態においてステップ１（アレイ設計工程）では液晶アレイの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製造工程）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（基板製造工程）ではガラス基板を製造する。ステップ４（アレイ製造工程）は前工程とも呼ばれ、用意したマスクとガラス基板とを用いてリソグラフィ技術によってガラス基板上に実際のアレイ回路を形成する。ステップ５（パネル製造工程）は後工程とも呼ばれ、別途工程で製造されているカラーフィルタと張合わされた後周辺部が封止され、液晶が注入される。ステップ６（検査工程）ではステップ５の後でタブやバックライト組み立てがされ、エージングが加えられた液晶パネルモジュールの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て液晶パネルが完成し、これがステップ７（出荷）される。
【００３３】
図９はステップ４のアレイ製造工程の詳細なフローチャートである。まずステップ１１（薄膜形成前洗浄）ではガラス基板表面に薄膜を形成する前処理としての洗浄工程を実行する。ステップ１２（ＰＣＶＤ）ではガラス基板表面に薄膜を形成する。ステップ１３（レジスト塗布工程）ではガラス基板表面に所望のレジストを塗布し、ベーキングする。ステップ１４（露光工程）では前記説明した露光装置によってマスクのアレイ回路パターンを側ス基板上に焼付露光する。ステップ１５（現像工程）では露光したガラス基板を現像する。ステップ１６（エッチング工程）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１７（レジスト剥離工程）ではエッチングがすんで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例による露光装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す露光装置のＧＬＶと投影光学系のより詳細な概観斜視図である。
【図３】図２に示す投影光学系の投影レンズと露光領域との関係を示す概略平面図である。
【図４】図２に示す投影光学系の投影レンズの配置を示す概略平面図である。
【図５】図２に示す一のＧＬＶと一の投影光学系の投影レンズとの関係を示す概略斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、投影光学系の瞳面付近に配置された、図５に示す投影レンズの切り出しを説明するための概略平面図であり、図６（ｂ）は切り出された図５に示す投影レンズの概略平面図である。
【図７】図２に示す投影光学系の瞳面から外れた位置に配置された投影レンズと回折光との関係を説明するための概略平面図である。
【図８】図１に示す露光装置を使用したデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【図１０】従来のＧＬＶの構造及び動作を模式的に示す図である。
【図１１】図１０に示すＧＬＶを利用した光を照射制御する光学系を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００                露光装置
１２０                光変調素子（ＧＬＶ）
１３０                投影光学系
１３２                投影光学系の光学素子（投影レンズ）
【図１】
2006108212.tif 000003
【図２】
2006108212.tif 000004
【図３】
2006108212.tif 000005
【図４】
2006108212.tif 000006
【図５】
2006108212.tif 000007
【図６】
2006108212.tif 000008
【図７】
2006108212.tif 000009
【図８】
2006108212.tif 000010
【図９】
2006108212.tif 000011
【図１０】
2006108212.tif 000012
【図１１】
2006108212.tif 000013