(57)【要約】【課題】大型液晶表示パネル用の走査型投影露光装置では、生産性拡大のため装置の大型化が進んでいる。装置の大型化に伴い結像系内に入射するエネルギーは増大し、結像系内の光学部品や光路中の空気に、これまで以上に温度分布が発生する。発生した温度分布による像性能変化が無視できなくなってきている。【解決手段】走査型投影露光装置において、結像光学系内の複数個所の温度を計測し、温度分布から良像域内の像性能変化を予測する。温度分布によって発生する性能変化は、良像域内で分布を持つ。性能変化の分布に応じ、像性能変化を補正できる領域のみ照明できるようにスリット形状の変形させることを特徴とする投影露光装置。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型投影露光装置において、結像系内の複数個所の温度を計測する第1手段と、第１手段により計測された結像系内の温度分布から、良像域内の像性能を予測する第２手段と、良像域の範囲内で照明領域を変形させる第３手段を備えることを特徴とする走査型投影露光装置。
【請求項２】
前記第３手段が、結像面と共役な位置にあるスリット形状を変形させる手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の走査型投影露光装置。
【請求項３】
光学部品の位置を駆動させる第４手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の走査型投影露光装置。
【請求項４】
良像域内の像性能を計測する第5手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の走査型投影露光装置。
【請求項５】
走査型投影露光装置において、露光時間と露光休止時間から良像域内での像性能変化を予測する手段６と、良像域の範囲内で照明領域を変形させる第３手段を備えたことを特徴とする走査型投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光装置及び露光方法に関するもので、露光による結像系内の温度分布変化から結像性能変化を予測・計測し、照明領域を制御することでマスクパターンを感光性基板に精度よく投影露光する露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルは、マスクのパターンを感光性基板に転写しフォトリソグラフィの手法により製造される。マスクパターンを転写する行程では、微細なパターン像を結像させるため高精度な投影露光装置が用いられる。
【０００３】
図２は投影露光装置を模式的に表した図である。本模式図の座標系は１６にて示しているとおりとする。
【０００４】
本投影露光装置は、大きく２つのユニットで構成されており（１）から（７）が照明系を示し、（９）から（１４）が結像系を示している。
【０００５】
光源（１）には水銀ランプが用いられており、光源から出射した光線は楕円ミラー（２）によりコリメートされ、オプティカルインテグレータ（３）に入射する。オプティカルインテグレータは照射領域の照度均一性・照明光のNAを制御するために用いられている。オプティカルインテグレータから出射した光線はレンズやミラー（４）を介して照射領域を規定するスリット（５）を照射する。
【０００６】
スリットはマスク（８）と共役な位置にある。本模式図は代表的な液晶用投影露光装置を示しており、本露光装置の結像系（図示９から14）の良像域が円弧状であるためスリット開口部の形状はYX面上で円弧状（１７）である。
【０００７】
スリットによってコリメートされた光束はレンズ（６）やミラー（７）を介して液晶パネル用のパターンが描画されたマスク（８）を照射する。照射領域は円弧状で、マスクはプレート（15）と同期してY方向に走査しながら投影露光を行う。
【０００８】
マスク上のパターンを透過した光は結像系（9から１４）を介してプレート(15)に結像する。本結像系の特徴は、ディストーションやコマ収差を発生させないため、凸面ミラー（13）に対して対称な光学系になっている。
【０００９】
図３は、本結像系の良像域と照明範囲の関係を示した図である。図３−１は本結像系の収差を示した図である。横軸はフォーカス位置を表し、縦軸は像高を示している。実線はサジタル光線のフォーカス位置を表しており、点線はメリジオナル光線のフォーカス位置を表している。像高AからBの領域でサジタル光線のフォーカスとメリジオナル光線のフォーカスが一致しており、この領域ではボケが発生しない良好な像がえられる。
【００１０】
図３−２は、本結像系でのマスク面上での照明範囲を示したものである。点線部分は、図３−１に示したボケが発生しない領域（良像域）を示しており、同一中心の半径Aの円弧と半径Bの円弧に囲まれた領域となる。照明範囲は、良像域内にあり、同一の半径の円弧で囲まれた領域である。図示の例では、円弧の半径はAとなっており、生産性を向上させるため良像域の高い像高の半径の円弧ではさまれた領域となる。また走査方向は、図示の座標系でY方向である。走査方向に直交する方向（X方向）の照度を均一にする為に、走査方向の照明領域の長さ（図３−２、長さW）は等しくする必要がある。よって、同一半径で囲まれた実線で囲まれた領域が照明範囲となっている。
【００１１】
本結像系は特許文献1に記載された結像光学系を模式的に示したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第4688904号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来例で示したような走査型投影露光装置で液晶表示パネルを投影露光するためには、露光領域範囲内での像性能を高性能に維持する必要がある。
【００１４】
一方、液晶表示パネルの高生産性の要求に応えるため、投影露光装置は大型化し、単位時間あたりに光学系に入射する露光エネルギーは増加している。
【００１５】
光学系に入射する露光エネルギーの増加に伴い、各光学部品が吸収する熱量も大きくなってきている。吸収された熱は光学部品の表面の空気を暖め、空気の屈折率を変化させる。
【００１６】
また、投影光学系の大型化に伴い、MaskからPlateまでの光路長が長くなっている。マスクを透過した光線は温度変化した空気層（屈折率が変化した空気層）を長く透過することとなる。
【００１７】
従来と比較して、空気の屈折率変化の影響が大きい結像系の性能の変化は、無視できないものとなってきた。
【００１８】
また、結像性能変化を定期的に計測して、結像系内の補正系を用いて像性能を維持する方法があるが、計測時間が必要になるため、生産性を下げるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明では走査型投影露光装置において、結像系内の複数個所の温度を計測する第1手段と、第１手段により計測された結像系内の温度分布から、良像域内の像性能を予測する第２手段と、良像域の範囲内で照明領域を変形させる第３手段を備えたことを特徴としている。
【００２０】
請求項２の発明では、請求項１の第３手段として、結像面と共役な位置にあるスリット形状を変形させる手段を備えたことを特徴としている。
【００２１】
請求項３の発明では、請求項１の露光装置において、光学部品の位置を駆動させる第４手段を備えたことを特徴としている。
【００２２】
請求項４の発明では、請求項1の露光装置において、良像域内の像性能を計測する第5手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
請求項５の発明では、走査型投影露光装置において、露光時間と露光休止時間から良像域内での像性能変化を予測する手段６と、良像域の範囲内で照明領域を変形させる第３手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
大型液晶表示パネル用の走査型投影露光装置では、生産性拡大のため装置の大型化が進んでいる。装置の大型化に伴い結像系内に入射するエネルギーは増大し、結像系内の空気温度分布による像性能変化が無視できなくなってきている。
【００２５】
本発明を用いることで、結像系内の空気温度分布変化に起因する像性能変化を高精度に予測し、補正することが可能となり、露光装置の像性能を高性能に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１−１】本発明の実施例１を示した図
【図１−２】本発明の実施例１を示した図（温度計配置例１）
【図１−３】本発明の実施例１を示した図（温度計配置例２）
【図２】従来例を示した図
【図３−１】結像系の性能を示した収差図
【図３−２】結像系の良像域を示した図
【図４−１】実施例１の高温の空気溜りを示した図（ＹＺ断面）
【図４−２】実施例１の高温の空気溜りを示した図（ＸＺ断面）
【図４−３】実施例１の高温の空気溜りによる像性能変化を示した図
【図４−４】実施例１のスリット形状
【図５−１】本発明の実施例２を示した図（凸ミラー近辺  温度計配置例１）
【図５−２】実施例２の高温の空気溜りを示した図（ＸＺ断面）
【図５−３】実施例２を示した図（温度計配置例１）
【図５−４】実施例２を示した図（温度計配置例２）
【図６−１】実施例２を示した図（台形ミラー近辺  温度計配置例１）
【図６−２】実施例２を示した図（温度計配置例１）
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［実施例１］
本発明の実施形態１について図１−１を用いて説明する。
【００２８】
図１-１は本発明を搭載した大型液晶表示パネル投影露光装置の投影光学系の図である。本模式図の座標系は（１６）にて示しているとおりとする。
【００２９】
光源（１）には水銀ランプが用いられており、光源から出射した光線は楕円ミラー（２）によりコリメートされ、オプティカルインテグレータ（３）に入射する。オプティカルインテグレータは照射領域の照度均一性・照明光のNAを制御するために用いられている。オプティカルインテグレータから出射した光線はレンズやミラー（４）を介して照射領域を規定するスリット（５）を照射する。
【００３０】
スリットはマスク（８）と共役な位置にある。本模式図は代表的な液晶用投影露光装置を示しており、従来例（図３−１、−２）で示したとおり、本露光装置の結像系（図示９から14）の良像域は円弧状である。
【００３１】
本発明では、結像系内の結像性能の変化を予測、あるいは計測し、結像系内の良像域で結像性能変化が小さい、あるいは、補正できる領域を照明することで像性能変化を制御する。
【００３２】
以下に結像系内の空気温度分布と結像性能への影響について記す。
【００３３】
図４―１は、露光を繰り返した後の凹面ミラー付近の温度分布を定性的に示したものであり、温度が上昇した空気溜り領域Aが記されている。
【００３４】
露光を行うとマスク８から透過した光線は台形ミラー10・凹面ミラー11・凸面ミラー13を反射してプレート15に到達する。ミラー等の光学部品に吸収された熱は、光学部品周りの空気温度の上昇を引き起こす。
【００３５】
露光を行うと、光学部品・空気・鏡筒間で熱交換が行われるが、露光を繰り返すことで熱平衡状態となり、図４−１の領域Aで示すような温度が高い空気溜りが発生する。
【００３６】
領域Aは、凹面ミラー11で吸収された熱により暖められた空気が凹面ミラーに沿って上昇して発生する。
【００３７】
これらの高温空気は、対流により鏡筒の上部に集まる傾向をもち、結像に関与する有効光束の一部に影響を与えることとなる。
【００３８】
図４−２は、凹面ミラー11の前面のXZ平面における温度分布を示した図である。斜線の領域Aは温度が高い空気層を示している。ドーナツ型の横線領域は良像域の有効光束領域を示しており、2つの領域が重なる部分を透過する光線は、高温空気の影響を受ける。
【００３９】
温度が高い領域を透過した光線は、凹レンズを透過するのと同じ作用をうけ、Focus位置がプラス方向に変化する（光線が進む方向をプラスとする）。そのため、温度が高くなった領域を透過した光束と、それ以外の領域を透過した光束では、像性能の差が発生し、照射領域内での均一なFocus性能を維持できなくなる。
【００４０】
また、光線は温度が低い方向に曲がる特性があるので、結像系にDistortionを発生させることとなる。
【００４１】
図４−３は、高温な空気層：領域Aが発生したときのDistortionの変化量を示している。有効領域の外側を透過した光線は領域Aの影響により、露光領域の中心付近でDistortionが発生する。また、有効領域の内側を透過した光線は、領域Aの影響を受けないのでDistortionが発生しない。
【００４２】
このような凹面の前面で温度分布が発生するモデルの場合、図４−４,図４−５に示されるスリットを用いれば像性能変化を小さくすることができる。点線部は良像域を示しており、実線で囲まれた領域はスリット開口の形状を示している。図４−３よりDistortionが発生する領域は、スリット長手方向の中心部で、スリット短手方向の上部（良像域の上部）である。Distortionが発生しない領域を照明するスリット形状（図４−４、図４−５）を用いることで、凹面の前面で温度分布が発生しても露光中の像性能変化を小さくすることができる。
【００４３】
次に、結像系内の温度分布を計測する温度計の配置について記す。
【００４４】
図１−１では、凹面の前面に発生する温度分布を計測するのに適した温度計の配置を示している。高温の空気は対流により、鏡筒上部にたまる傾向がある。よって、結像系の高さ方向（Z方向）に複数の温度計を設置し、温度変化を計測して像性能変化を算出することが望ましい。
【００４５】
図１−２は図１−１で矢視aから見た温度計の配置を示したものである。
図１−２のA1からA9が温度計の位置を示しており、横線領域は良像域の有効光線領域を示している。温度計の配置位置は有効光線領域外で、Z方向の分布を計測できる領域設置する。
【００４６】
また、図１−３も図１−１で矢視aから見た温度計の配置を示したものである。
【００４７】
有効光線領域内の温度分布も計測できる構成となっている。X方向のレール（19）を移動する部材（20）に温度計A10〜A15が取り付けられている。プレート交換等の非露光時に温度計を有効光線領域内に移動させ、XZ平面内の温度分布を網の目状に測定することができる。詳細な空気温度分布を計測でき、像性能変化の予測精度を上げることができる。
【００４８】
また、図１−３ではZ方向に複数の温度計を取り付けているが、温度計を１つにして、部材２０上を駆動可能にしてもよい。
【００４９】
また、19をXYステージとし、凹面ミラーから凸ミラーまでの光線有効領域を任意に測定することで、像性能変化の予測精度を上げることができる。
【００５０】
温度計Aから計測された温度データは図１−１の演算機３０に入力される。演算機では温度データより、良像域内での性能変化量を予測する。良像域内で像性能変化が十分小さい領域を選択し、スリット形状をきめる。
【００５１】
また、良像域内で像性能変化が十分小さい領域が選択できない場合は、結像系内の像性能補正系の敏感度も考慮して、スリット形状と像性能補正系の駆動量を算出する。
【００５２】
光学部品（９）（14）には、位置変化により像性能を変化させる敏感度がある。図１−１(31)、(32)は、光学部品（９）（14）を駆動させる機構を保持しており、演算機30から算出される駆動量に従い、光学部品(9)(14)を駆動させる。
【００５３】
演算機３０から算出されたスリット形状にスリットを変形させ、像性能補正系を駆動することで、露光装置の像性能を高性能に維持することができる。
【００５４】
［実施例２］       
実施例１では、凹面ミラーの前面での空気温度分布についてのスリット形状と温度計の設置位置について記した。
【００５５】
本実施例では、凹面ミラー近傍以外の空気温度分布・温度計の設置例について記す。
【００５６】
図５―１は投影光学系の凸面ミラー１３付近に温度計を設置した図である。本模式図の座標系は（１６）にて示しているとおりとする。
【００５７】
図５―１の凸面ミラー13は、結像系内の瞳であり、入射したエネルギーが集光する。そのため、単位面積あたりの照射エネルギーが他の光学部品より高く、吸収する熱量は多くなる。放熱される熱量もほかの光学部品より多くなり、凸ミラー近辺の空気温度は上昇しやすい。
【００５８】
露光を行うと、光学部品・空気・鏡筒間で熱交換が行われ、露光を繰り返すことで熱平衡状態となり、凸ミラー13の上空に温度が高い空気溜りが発生する。
【００５９】
図５−２は、凸ミラー13を含むXZ平面における温度分布を示した図である。斜線の領域Bは温度が高い空気層を示している。半ドーナツ型の横線領域は良像域の有効光束領域を示しており、領域が重なる部分を透過する光線は、高温空気の影響を受ける。
【００６０】
温度が高くなった領域を透過した光束と、それ以外の領域を透過した光束では、像性能の差が発生し、照射領域内での均一なFocus性能を維持できなくなる。
【００６１】
また、光線は温度が低い方向に曲がる特性があるので、結像系にDistortionを発生させることとなる。
【００６２】
実施例１の図４−２で示したように、有効領域の外側を透過した光線は領域Bの影響により、露光領域の中心付近でDistortionが発生する。また、有効領域の内側を透過した光線は領域Bの影響を受けないのでDistortionを発生ない。
【００６３】
このような凸ミラー上空の温度分布が発生するモデルの場合も、図４−４,図４−５に示されるスリットを用いれば像性能変化を小さくすることができる。
【００６４】
次に、結像系内の温度分布を計測する温度計の配置について記す。
【００６５】
図５−３は、凸ミラーの上空に発生する温度分布を計測するのに適した温度計の配置を示している。高温の空気は対流により、鏡筒上部にたまる傾向がある。よって、結像系の高さ方向（Z方向）に複数の温度計を設置し、温度変化を計測して像性能変化を算出することが望ましい。
【００６６】
図５−３は図５−１で矢視aから見た温度計の配置を示したものである。
図５−３のB1からB4が温度計の位置を示しており、横線領域は良像域の有効光線領域を示している。温度計の配置位置は有効光線領域外で、Z方向の分布を計測できる領域設置する。
【００６７】
また、図５−４も図５−１で矢視aから見た温度計の配置を示したものである。
【００６８】
有効光線領域内の温度分布も計測できる構成となっている。X方向のレール（23）(24)を移動する部材（21）,(22)に温度計B5〜B8が取り付けられている。プレート交換等の非露光時に温度計を有効光線領域内に移動させ、XZ平面内の温度分布を測定することができる。詳細な空気温度分布を計測でき、像性能変化の予測精度を上げることができる。
【００６９】
また、図5−4ではZ方向に複数の温度計を取り付けているが、X方向のレール（23）(24)を移動する部材（21）,(22)それぞれの温度計を１つにして、部材21,22上を駆動可能にしてもよい。
【００７０】
また、23,24をXYステージとし、凸ミラー付近の光線有効領域を任意に測定することで、像性能変化の予測精度を上げることができる。
【００７１】
温度計Bから計測された温度データは演算機３０に入力される。演算機30では凸ミラー付近の温度データより良像域内での性能変化量を予測する。さらに、良像域内で像性能変化が十分小さい領域を選択し、スリット形状をきめる。
【００７２】
また、良像域内で像性能変化が十分小さい領域が選択できない場合は、結像系内の像性能補正系の敏感度も考慮して、スリット形状と像性能補正系の駆動量を算出する。
【００７３】
光学部品（９）（14）には、位置変化により像性能を変化させる敏感度がある。(31)、(32)は、光学部品（９）（14）を駆動させる機構を保持しており、演算機30から算出される駆動量に従い、光学部品(9)(14)を駆動させる。
【００７４】
図６―１、図６−２は投影光学系の台形ミラー１０付近に温度計（C1〜C10）を設置した図である。本模式図の座標系は(16)（33）にて示しているとおりとする。
【００７５】
露光を行うと、台形ミラーの熱吸収量に応じて有効光束領域内で温度分布が発生し、像性能が変化する。
【００７６】
台形ミラー１０近傍の空気温度はxyz軸方向に分布をもつので、図６−１、図６−２で示すように、各方位の温度分布を計測するのに適した温度計の配置を示している。
【００７７】
図６−１、図６−２では、有効光束領域の外側で温度を計測する配置となっているが、駆動可能な部材に温度計を設置し、有効領域内の空気温度を任意に計測すれば、像性能変化の予測精度を向上させることができる。
【００７８】
温度計Cから計測された温度データから良像域での性能変化を予測し、スリット形状と像性能補正系の駆動量を算出する。算出値に基づきスリット形状と像性能補正系を駆動させ、結像性能を制御する。
【００７９】
また、これらの実施例では、結像系内の温度分布を詳細に計測することで像性能変化を予測し、予測値にあわせて補正を行い、性能を高性能に維持する方法について記した。しかし、空気温度以外の要因（気圧変化・湿度・空気中の有機物による空気密度の変化）により、温度分布に対する像性能変化量敏感度にオフセットが発生する懸念がある。よって、良像域内の像性能を直接計測する手段を露光装置に搭載し、定期的に像性能変化量敏感度のオフセットを管理し、像性能変化予測に反映させることで、さらに高精度な像性能補正を行うことができる。
【００８０】
［実施例３］
実施例１、実施例２では、結像系内に温度計を複数個配置して温度分布から像性能変化を予測し、補正を行う方法について記した。
【００８１】
露光による結像系内の性能変化は、結像系内の空気温度分布変化と相関がある。空気温度分布変化は、結像系内に入射するエネルギーと相関がある。結像系内に入射するエネルギーは、露光時間と露光休止時間と相関があるので、実験やシミュレーションにより、良像域内の像性能変化を露光・非露光時間の関数として算出することができる。
【００８２】
よって、実施例1、実施例２の良像域の像性能変化予測手段として、露光・非露光時間に対する関数を用い、像性能変化予測に応じてスリット形状と像性能補正系を駆動させることで、結像性能を制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００８３】
（１）  光源
（２）  楕円ミラー
（３）  オプティカルインテグレータ
（５）  スリット
（８）  マスク
【図１−１】
2013143561.tif 000003
【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図６−１】
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【図６−２】
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