(57)【要約】【課題】装置の生産性を低下させることなく、光源の出力応答特性の優れた液晶露光装置を提供すること。【解決手段】露光装置は、被露光基板に露光光を照射する主光源２０１と、被露光基板に露光光を照射する光源であって、主光源と出力応答特性が異なる補助光源２０２と、主光源と補助光源の射出光を検出する光電センサ２０８と、被露光基板に照射される露光光の強度を変更する露光量制御部２１９と、を有する。【選択図】  図２
2015087517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクと被露光基板とを露光ビ−ムで前記マスクのパタ−ンを前記被露光基板上に順次投影する露光装置において
前記被露光基板に露光光を照射する主光源と、
前記被露光基板に露光光を照射する光源であって、前記主光源と出力応答特性が異なる補助光源と、
前記主光源と前記補助光源の射出光を検出する光電センサと、
前記被露光基板に照射される露光光の強度を変更する露光量制御部と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記露光量制御部は、前記光電センサの検出結果と前記被露光基板への目標露光量に応じて、前記補助光源の出力を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記光電センサは、前記主光源の射出光のみを検出する光電センサと前記補助光源の射出光のみを検出する光電センサを有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記露光量制御部は、前記光電センサの検出結果と前記被露光基板の目標露光量に応じて、前記主光源の出力を一定に保ちつつ、前記補助光源の出力を微調整することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記主光源は、ランプであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記補助光源は、エキシマレーザ、もしくは半導体レーザ、もしくは発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置の光源、およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示素子などのディスプレイは、大型化、高精細化が望まれている。そのため、液晶表示素子等の製造装置に対する要求精度はますます高くなっている。特に、これらの素子を製造する上で重要なのは、パターンを形成するために用いられる露光装置である。
【０００３】
従来の液晶露光装置は、光源として大出力のランプが使用されている。露光装置は、高い生産性を実現するため、露光光の高照度化を達成する必要がある。この従来の液晶露光装置においては、光源として大出力のランプを複数個構成することで、露光光の高照度化を実現している（特許文献１）。
【０００４】
また、別の公知技術としては、光源として、固体素子を複数個配置した方法も提案されている。特許文献２によると、ランプは、投入電力に対する発光効率が低い、ランプの寿命が短い、といった課題を抱えており、その解決の手段として固体素子による光源が提案されている。
【０００５】
一方、ガラスプレートへ転写するパターンの微細化が進められることで、各製造工程への要求精度はより厳しくなり、CD均一性（critical dimension uniformity)を一定に維持することが困難になってくる。例えば、レジストの厚みむらによって生じるCD(critical dimension)の不均一性がパターンの解像不良を起こすことで、製品の歩留りを低下させる。
【０００６】
これらの解決手段の一つとして、光源の出力の強弱によって、ガラスプレート上の場所毎に露光量を変える技術（以下、Active Dose Control）が提案されている(特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３２６１７１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４１２号公報
【特許文献３】特開平７−２９８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ランプを光源とする従来の露光装置において、Active Dose Control を実現することは難しい。
【０００９】
その要因として、Active Dose Controlを実現するためには、ステージの走査速度に対して、光源の出力応答速度が十分に早くなければならない。
【００１０】
Active Dose Controlで必要となる光源の出力応答速度について詳しく説明する。
【００１１】
図１は、ガラスプレート上の場所毎に露光量を変える技術(Active Dose Control)に関する説明図である。
【００１２】
図１（b）は、ガラスプレートに配置した露光画角（Y=800[mm], X=450[mm]）を走査露光する概略図である。露光画角とは、１度の走査駆動で、マスクパターンを焼き付けるサイズである。以後、露光画角もしくはショットと表現する。実際の製造工程においては、１枚のガラスプレートを４ショット以上から８ショット以下程度に分割して配置される。走査露光は、同図の露光光に対して、光が均一に照射されるよう、ガラスプレートを走査駆動させている。
【００１３】
図１(a)は、１ショット内の目標露光量の例を示す。Active Donse Controlは、同図に示すように、ガラスプレートの場所毎に目標露光量を変えるように制御する技術である。
【００１４】
Active Dose Controlにおける露光量制御手段は、光源の出力の強弱である。よって、図１（a)に示した目標露光量の変化に、光源の出力変化が追従しなければならない。同図中(a)のΔdose/Δlは、１ショット内の目標露光量の変化量を示す。例えば、同図に示したΔdose/Δlの最大値が0.05[%/mm]、ガラスプレートの駆動速度が500[mm/sec]の場合、光源に要求される出力応答速度は、およそ25[%/sec]以上となる。
【００１５】
しかし、ランプを出力応答速度はガラスプレートの駆動速度やActive Dose Controlで要求されるΔdose/Δlに対して低いがために、Active Dose Controlを実現することが困難であった。
【００１６】
一方で、特許文献２では、発光ダイオードなどの固体素子を露光光とした露光装置を提供している。発光ダイオードなどの出力応答速度はランプに比べて早く、Active Dose Controlを実現することは容易である。しかしながら、固体素子は、ランプに比べて照度が低い。そのため液晶露光装置の光源として固体素子を用いると、デバイスの生産性が大きく低下する課題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、装置の生産性を低下させることなく、光源の出力応答特性の優れた液晶露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
その目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、マスクと被露光基板とを露光ビ−ムで前記マスクのパタ−ンを前記被露光基板上に順次投影する露光装置において
前記被露光基板に露光光を照射する主光源と、
前記被露光基板に露光光を照射する光源であって、前記主光源と出力応答特性が異なる補助光源と、
前記主光源と前記補助光源の射出光を検出する光電センサと、
前記被露光基板に照射される露光光の強度を変更する露光量制御部と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
そこで、本発明は、装置の生産性を低下させることなく、光源の出力応答特性の優れた液晶露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガラスプレート上の場所毎に露光量を変える技術に関する説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の露光装置を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る露光量制御のブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る露光量制御の説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態の露光装置を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る露光量制御のブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る露光量制御の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
〔第1実施形態〕
図２は本発明の第１実施形態の露光装置の図である。本実施形態の露光装置は、図２に示すように、主光源２０１、補助光源２０２、主光源点灯装置２０３、補助光源点灯装置２０４、光合成部２０５、ハエの目レンズ２０６、コンデンサーレンズ２０７、光電センサ２０８、視野絞り２０９、リレー系２１０−２１２、マスク２１３、投影露光系２１４−２１７、プレート２１８、露光量制御系２１９、メイン演算ユニット２２０で構成する。
【００２３】
主光電２０１は、プレート２１８を露光する露光光源である。主光源２０１は、プレート２１８を駆動・保持するプレートステージ（不図示）が最大速度で走査露光可能
な照度を満足する。例えば、プレートステージの最大走査速度が、500[mm/sec]、プレートへの露光量が50[mJ/cm2]の場合、プレート面照度が25000[mW×mm /cm2]以上になる光源を選択する。選定可能な光源素子としては、水銀ランプが挙げられる。同図では、主光源を１つ構成としているが、照度が不足している場合には、２つ以上の組み合わせで構成してもよい。
【００２４】
補助光源２０２は、プレート２１８を露光する露光光源である。補助光源２０２は、ガラスプレート上の場所毎に設定された目標露光量の変化に追従可能な出力応答速度を満足する。図１(a)は、ガラスプレート上の場所毎に設定された目標露光量の一例を示す。例えば、図１(a)に示したΔdose/Δlの最大値が0.05[%/mm]、ステージの走査速度が500[mm/sec]の場合、補助光源２０２には、出力応答速度が25[%/sec]以上の光源を選択する。また、補助光源の最大照度が、Active Dose ControlによるCDの補正レンジを決定する要因となる。そのため、補助光源２０２の照度は、主光源の照度の１０％以上が望ましい。補助光源の照度を主光源の１０％以上を満足することで、走査露光中の露光量を１０％近く可変させることが可能となる。選定可能な光源素子としては、半導体レーザ、発光ダイオード素子、エキシマレーザが挙げられる。同図では、補助光源を１つ構成としているが、照度が不足している場合には、２つ以上の組み合わせで構成してもよい。また、半導体レーザ、発光ダイオード素子は、照度が非常に小さい。その場合、補助光源は半導体レーザ、および発光ダイオード素子を１次元若しくは２次元アレイ状に配置してもよい。
【００２５】
主光源点灯装置２０３は、主光源２０１の照度制御あるいは電力制御を行う。目標値は、露光量制御部２１９にて演算された結果に基づく。
【００２６】
例えば、主光源２０１が、水銀ランプの場合、主光源点灯装置２０３は、露光量制御部２１９から目標電力を受ける。そして、主光源点灯装置２０３は、ランプ電流を監視しながら、所望の電力になるよう、ランプの電極へ印加する電圧を制御する。
【００２７】
補助光源点灯装置２０４は、補助光源２０３の照度制御あるいは電力制御を行う。目標値は、露光量制御部２１９にて演算された結果に基づく。
【００２８】
例えば、補助光源２０２がエキシマレーザの場合、補助光源点灯装置２０４は、露光量制御部２１９から電圧指令値を受ける。そして、補助光源点灯装置２０４は、プラズマを発生させる電極へ指令された電圧を印加し所望の出力を得る。
【００２９】
また、補助光源２０４が複数の発光ダイオード素子から構成される場合、補助光源点灯装置は、露光量制御部２１９から駆動Ｄｕｔｙを受ける。そして、補助光源点灯装置２０４は、発光ダイオード素子を指定されたＤｕｔｙで駆動する。Ｄｕｔｙの制御には、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation)制御を用いる。
【００３０】
光合成部２０５は、主光源２０１および補助光源２０２より照射された光を合成して、ハエの目レンズ２０６の光入射面に入射させる。
【００３１】
ハエの目レンズ２０６は、複数の微小なレンズより構成されており、その光出射面近傍には多数の２次光源を形成する。
【００３２】
コンデンサーレンズ２０７は、視野絞り２０９をケーラー照明する。つまり、ハエの目レンズ２０６とコンデンサーレンズ２０７によって、視野絞り２０９を均一に照明するものである。
【００３３】
光電センサ２０８は、視野絞り２０９に照射された一部の光を計測する。光電センサ２０８の計測は、プレート面の照度モニターとして使用される。つまり、光電センサ２０８は、あらかじめステージ上に構成される不図示の照度センサで校正されており、プレート露光時は光電センサ２０８の出力に基づいて露光量制御が行われる。計測した結果は、露光量制御部２１９へ転送される。
【００３４】
視野絞り２０９は、マスク２１３およびプレート２１８を照明するスリット（開口）形状を形成する。スリット（開口）形状は、円弧若しくは扇型で構成しうる。
【００３５】
視野絞り２０９に形成された円弧若しくは扇型の露光光は、リレーレンズ２１０、ミラー２１１、リレーレンズ２１２によって、被照射面であるマスク２１３上に結像される。これにより、マスク２１３には、所望の円弧若しくは扇型で、照明領域内の全ての点において照度が均一である光が照明される。
【００３６】
マスク２１３は、プレート２１８に転写するパターンが形成されている。マスク２１３は、不図示のマスクステージに保持され、走査露光時には、プレート２１８と同期をとりつつ駆動制御が行われる。
【００３７】
ミラー２１４，２１５、凹面鏡２１７、凸面鏡２１６は、マスク２１３から照射されたパターンを忠実にプレート２１８面へ結像する。
【００３８】
露光量制御部２１９は、演算部（ＣＰＵ）、アナログ検出部（Ａ／Ｄコンバータ）を含む電子デバイスによって構成される。露光量制御部２１９は、プレート２１８へ適正な露光量を制御する機能を有し、光電センサ２０８の計測結果をモニタしながら、プレート２１８の露光量が適正露光量になるよう、主光源点灯装置２０３および補助光源点灯装置２０４へ目標指令値を設定する。
【００３９】
メイン演算ユニット２２０は、露光装置全体のシーケンス制御や、ユーザインターフェイス、など装置全般の機能を担う。露光量制御部２１９に対しては、露光量制御に関る光源の目標照度を算出を行っている。
【００４０】
図３、図４を用いて露光量制御方法について詳しく説明する。
【００４１】
図３は、露光量制御のブロック図を示す。
【００４２】
同図の目標照度３０１は、プレート２１８へ照射する光源の目標照度である。目標照度は、露光工程によって決定されるプレートへの露光量とプレートステージの走査速度から、メイン演算ユニット２２０によって求められる。算出した目標照度は、露光量制御部２１９へ走査露光動作毎に設定される。図４（a)は、１度の走査露光で必要な光源の目標照度を示し、例えば露光量制御部２１９は、走査露光動作毎に同図のような時系列データが設定される。
【００４３】
光電センサ出力３０２は、光電センサ２０８の計測値である。
【００４４】
最小照度算出部３０３は、目標最小照度３０４を算出する。図４(a)に、目標照度と目標最小照度の関係を示す。目標最小照度３０４は、目標照度３０１の最小値に対して、数％低めに設定する。低めに設定する目的は、主光源や補助光源の出力変動を考慮するためであり、この設定幅は実際に構成するハードウェアに依存する。
【００４５】
主光源指令値算出部３０５は、目標最小照度３０４から主光源点灯装置に設定する主光源指令値３０６を算出する。主光源指令値３０６は、図４(b)に示すような、光源の指令値に対する照度特性と、最小照度算出部３０３から入力される目標最小照度３０４とで求める。光源の指令値に対する照度特性は予め計測しておき、主光源指令値算出部に補正テーブルを記憶しておくものとする。また、光源の指令値に対する照度特性が経時変化する場合には、定期的に光源の指令値に対する照度特性を取得して、主光源指令値算出部の補正テーブルを更新してもよい。例えば、ランプの照度特性が経時変化する要因としては、電極の劣化によって入力する電力に対して、光出力が低下する現象が知られている。
【００４６】
制御偏差３０７は、目標照度３０１と光電センサ出力３０２の差分を示す。
【００４７】
補助光源ＰＩＤ演算部は、制御偏差３０７から、補助光源指令値３０９を求める。
ＰＩＤ制御に係る補正係数は、予め計測しておき、補助光源ＰＩＤ制御部に記憶しておく。
【００４８】
以上の制御系で露光量制御を実施した結果を図4(c)に示す。主光源は、目標最小照度から決定された指令値にて発光制御を行う。本制御系では、主光源に対してフィードバック制御ループが形成されていないため、主光源の出力が変動してもその補正は行われない。一方、補助光源は、光電センサ出力にて補助光源をフィードバック制御されている。
そのため、補助光源は目標照度と主光源による照度との差分と一致するように制御される。
【００４９】
以上示したように、本実施形態に係る露光装置の構成によれば、装置の生産性を落とすことなく、出力応答特性の優れた光源を得ることができる。
【００５０】
出力応答特性の優れた光源は、Active Dose Controlの実現を可能とし、結果的に装置の生産性を落とすことなく、ＣＤの均一性を向上させ、製品歩留り向上に寄与する。
【００５１】
また、本実施形態は、Active Dose Controlに実現手段のみならず、ショット毎に光源の照度を変更する露光制御にも有用な手段である。
【００５２】
〔第２実施形態〕
つぎに、図５に基づいて本発明の第２実施形態の露光装置について説明する。図５は本発明の第２実施形態の露光装置の図である。本実施形態の露光装置は、図５に示すように、主光源２０１、補助光源２０２、主光源点灯装置２０３、補助光源点灯装置２０４、光合成部２０５、ハエの目レンズ２０６、コンデンサーレンズ２０７、視野絞り２０９、リレー系２１０−２１２、マスク２１３、投影露光系２１４−２１７、プレート２１８、露光量制御系２１９、メイン演算ユニット２２０、主光源用光電センサ５０１、補助光源用光電センサ５０２で構成する。
【００５３】
主光源用光電センサ５０１は、主光源２０１から光合成部２０５へ照射する光の一部の照度特性が経時変化光を切り出して検出する。補助光源用光電センサ５０２は、補助光源２０２から光合成部２０５へ照射する光の一部を切り出して検出する。主光源用光電センサ５０１と補助光源用光電センサ５０２は、プレート面の照度モニターとして使用される。つまり、光電センサ２０８は、あらかじめステージ上に構成される不図示の照度センサで校正されており、プレート露光時は光電センサ２０８の出力に基づいて露光量制御が行われる。計測した結果は、露光量制御部２１９へ転送される。
【００５４】
図６、図７を用いて露光量制御方法について詳しく説明する。
【００５５】
図６は、露光量制御のブロック図を示す。
【００５６】
同図の目標照度３０１は、プレート２１８へ照射する光源の目標照度である。目標照度は、露光工程によって決定されるプレートへの露光量とプレートステージの走査速度から、メイン演算ユニット２２０によって求められる。算出した目標照度３０１は、露光量制御部２１９へ走査露光動作毎に設定される。図７（a)は、１度の走査露光で必要な光源の目標照度を示し、例えば露光量制御部２１９は、走査露光動作毎に同図のような時系列データが設定される。
【００５７】
光電センサ出力６０１は、主光源用光電センサ５０１の計測値である。
【００５８】
光電センサ出力６０２は、主光源用光電センサ５０２の計測値である。
【００５９】
最小照度算出部３０３は、目標最小照度３０４を算出する。図７(a)に、目標照度と目標最小照度の関係を示す。目標最小照度３０４は、目標照度３０１の最小値に対して、数％低めに設定する。低めに設定する目的は、主電源や補助電源の出力変動を考慮するためであり、この設定幅は実際に構成するハードウェアに依存する。
【００６０】
制御偏差Ａ６０３は、目標最小照度３０４と光電センサ出力６０１の差分を示す。
【００６１】
主光源ＰＩＤ演算部６０５は、制御偏差Ａ６０３から、主光源指令値３０６を求める。
ＰＩＤ制御に係る補正係数は、予め計測しておき、補助光源ＰＩＤ制御部に記憶しておく。
【００６２】
制御偏差Ｂ６０４は、同図に示した通り目標照度３０１と目標最小照度３０４と光電センサ出力６０２とで求められる。
【００６３】
補助光源ＰＩＤ演算部３０８は、制御偏差Ｂ６０４から、補助光源指令値３０９を求める。ＰＩＤ制御に係る補正係数は、予め計測しておき、補助光源ＰＩＤ制御部に記憶しておく。
【００６４】
以上の制御系で露光量制御を実施した結果を図７(b)に示す。主光源は、光電センサ出力にて主光源をフィードバック制御することで、主光源の照度が、目標最小照度と一致するように制御される。補助光源は、光電センサ出力にて補助光源をフィードバック制御することで、補助光源の照度が、目標照度と目標最小照度の差分に一致するように制御される。
【００６５】
以上示したように、本実施形態に係る露光装置の構成によれば、装置の生産性を落とすことなく、出力応答特性の優れた光源を得ることができる。また、第１実施形態において、主光源はフィードバック制御されていない。主光源の出力が変動した場合には、補助光源側で変動分を補正する必要があった。第２実施形態では、主光源、補助光源毎に光電センサを設け、主光源に対してもフィードバック制御を実現している。そのため、補助光源は、主光源の変動分を補正する必要がなり、補助光源の出力をより小さくすることが可能となる。
【００６６】
出力応答特性の優れた光源は、Active Dose Controlの実現を可能とし、結果的に装置の生産性を落とすことなく、ＣＤの均一性を向上させ、製品歩留り向上に寄与する。
【００６７】
また、本実施形態は、Active Dose Controlに実現手段のみならず、ショット毎に光源の照度を変更する露光制御にも有用な手段である。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
２０１  主光源
２０２  補助光源
２０８  光電センサ
２１９  露光量制御部
【図１】
2015087517.tif 000003
【図２】
2015087517.tif 000004
【図３】
2015087517.tif 000005
【図４】
2015087517.tif 000006
【図５】
2015087517.tif 000007
【図６】
2015087517.tif 000008
【図７】
2015087517.tif 000009