特開 2023-121208 露光用光照射装置、露光装置、および露光方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121208

(43)【公開日】2023-08-31

(54)【発明の名称】露光用光照射装置、露光装置、および露光方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20230824BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022024408

(22)【出願日】2022-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】510138741

【氏名又は名称】フェニックス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】山下 健一

(72)【発明者】

【氏名】松本 弘

(72)【発明者】

【氏名】井上 智彦

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 加名

【テーマコード（参考）】

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H197AA31

2H197AA50

2H197BA02

2H197BA03

2H197BA04

2H197BA10

2H197CA04

2H197CA05

2H197CA07

2H197CA13

2H197CA18

2H197CB16

2H197DB06

2H197DB07

2H197HA03

2H197HA05

(57)【要約】

【課題】光源とフライアイレンズとの間の距離を長くすることなく、露光工程全体における照射面での積算照度のムラを低減できる露光用光照射装置を提供する。
【解決手段】露光用光照射装置１０を、複数の光源２２が配置された露光用光源１２と、露光用光源１２からの光Ｌを受けるフライアイレンズ１４と、露光中に露光用光源１２およびフライアイレンズ１４の少なくとも一方を露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向に移動させる移動装置１６とで構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光源が配置された露光用光源と、
前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズと、
露光中に前記露光用光源および前記フライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する方向に移動させる移動装置とを備える
露光用光照射装置。

【請求項2】

複数の光源が配置された露光用光源と、
前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズと、
露光中に前記露光用光源および前記フライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する平面上で回転移動させる回転移動装置とを備える
露光用光照射装置。

【請求項3】

前記移動の前後で照射面を照らす前記光の強度が変わらないようにする照度均一化手段をさらに備えている
請求項１または２に記載の露光用光照射装置。

【請求項4】

露光中に前記露光用光源および前記フライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に沿って移動させる平行移動装置をさらに備えている
請求項１から３のいずれか１項に記載の露光用光照射装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の露光用光照射装置を備える露光装置。

【請求項6】

露光中に、複数の光源が配置された露光用光源、および、前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する方向に移動させる
露光方法。

【請求項7】

露光中に、複数の光源が配置された露光用光源、および、前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する平面上で回転移動させる
露光方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主に半導体を製造する際の露光に用いられる露光用光照射装置、露光装置、および露光方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従前より、半導体製造用等の露光装置の光源として、例えば定格１２ｋＷの大型水銀灯を１本ないし数本使用する方式が採用されてきた。しかし、１台の露光装置に使用される水銀灯の本数が少ない場合、１本でも水銀灯が不点灯状態になると直ちに光量不足に陥ってしまい当該露光装置を停止せざるを得ないことから、大型水銀灯を使用する露光装置には生産継続性に問題があった。

【0003】

さらにいえば、万一、大型水銀灯が破裂した場合には、その衝撃の大きさによってリフレクターや反射鏡等の光学系部材まで破損してしまい、交換費用等の多額の修繕費用が発生するおそれがあった。

【0004】

このような問題を回避するため、近年、より小型の放電灯（例えば３００Ｗ）を多数（例えば、２４０灯）並べてひとつの光源とする多灯式が実用化されている。このように多灯式にすることにより、もし、複数個の放電灯が不点灯になったとしても、装置全体として大きな光量の低下を避けることができるので、露光装置の停止による生産継続停止を避けることができる。

【0005】

また、万一、小型の放電灯が破裂した場合であっても、その衝撃は比較的小さいので光学系部材まで破損させてしまう可能性が低くなる。

【0006】

このような利点を有していることから、現在、例えば液晶パネルのカラーフィルターの生産に使用される露光装置の大部分には多灯式のものが採用されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２０－４３０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

このように露光装置による生産継続性をさらに追求しようとすると、光源の交換頻度を減らすために、光源の長寿命化が求められる。

【0009】

光源の長寿命化を実現する方法のひとつとして放電灯の長寿命化があり、従来の平均寿命１２５０時間から１９００時間まで延ばすことができている。

【0010】

また、光源の長寿命化を実現する別の方法として、光源にＬＥＤ（発光ダイオード）を使用することが考えられる。ＬＥＤの平均寿命は２万時間から３万時間と非常に長いことから、光源としてＬＥＤを使用することで光源の交換頻度は飛躍的に低くなることは明らかである。

【0011】

しかし、多灯式を採用し、使用される光源の数が増加していくと、ワーク等が配置される照射面における照度ムラが多くなるという問題が生じてきた。

【0012】

具体的には、図９に示すように、露光用光照射装置１には多数の光源２からそれぞれ放射された光を均一化して照射面を照らすフライアイレンズ（インテグレータ）３が使用されている。フライアイレンズ３は小型のレンズ４を多数並べることによって構成されており、個々のレンズ４は、複数の光源２から放射された光を受け、その受けた光を屈折させることによって照射面に向かわせる役割を有している。

【0013】

図２に示すように、フライアイレンズ３の受光面では、各レンズ４の受光面（セルＳ）に対して複数（図示例では４つ）の光源２からの光が照射される。このとき、例えば、ひとつの光源２からの光がセルＳに照射される領域Ａと隣り合う光源２からの光が照射される領域Ａとの間隙の領域Ｂとで照度に差ができてしまい、ひとつのセルＳ内で照度ムラが生じる。そして、各レンズ４の受光面から入った光がそれぞれフライアイレンズ３を透過し、照射面全体においてレンズ４の数だけ重ね合わされるので、セルＳ内で生じた照度ムラが照射面全体としての照度ムラにつながり、露光工程全体における照射面での積算照度のムラとなる。

【0014】

このような積算照度のムラを低減させるひとつの方法として、光源とフライアイレンズとの間の距離をより長くすることが考えられる。しかし、当該距離をより長くすると、光源から放射された光のフライアイレンズから外れてしまう割合が増加してしまい、結果として照射面（露光面）での照度が低下してしまうという別の問題が生じるおそれがあった。

【0015】

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源とフライアイレンズとの間の距離を長くすることなく、照射面における積算照度のムラを低減できる露光用光照射装置、露光装置、および露光方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の一局面によれば、
複数の光源が配置された露光用光源と、
前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズと、
露光中に前記露光用光源および前記フライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する方向に移動させる移動装置とを備える
露光用光照射装置が提供される。

【0017】

本発明の別の局面によれば、
複数の光源が配置された露光用光源と、
前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズと、
露光中に前記露光用光源および前記フライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する平面上で回転移動させる回転移動装置とを備える
露光用光照射装置が提供される。

【0018】

好適には、
前記移動の前後で照射面を照らす前記光の強度が変わらないようにする照度均一化手段をさらに備えている。

【0019】

好適には、
露光中に前記露光用光源および前記フライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に沿って移動させる平行移動装置をさらに備えている。

【0020】

本発明の他の局面によれば、
上述した露光用光照射装置を備える露光装置が提供される。

【0021】

本発明のさらに別の局面によれば、
露光中に、複数の光源が配置された露光用光源、および、前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する方向に移動させる
露光方法が提供される。

【0022】

本発明のさらに別の局面によれば、
露光中に、複数の光源が配置された露光用光源、および、前記露光用光源からの光を受けるフライアイレンズの少なくとも一方を前記露光用光源の光軸に対して直交する平面上で回転移動させる
露光方法が提供される。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る露光用光照射装置、露光装置、および露光方法によれば、露光中に露光用光源およびフライアイレンズの少なくとも一方が移動することにより、フライアイレンズを構成するひとつのレンズの受光面であるセルにおいて、ひとつの光源からの光が照射される領域と隣り合う光源からの光が照射される領域との間隙の領域に、当該移動後における光源からの光が照射されることから、結果として、ひとつのセル内における照度の差を低減できる。これにより、露光工程全体における照射面での積算照度のムラを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明が適用された露光装置１００を示す図である。

【図2】照射面における、ひとつのレンズ２４からの光が照射される領域（セル）Ｓを示す図である。

【図3】移動装置１６による移動の前後における、照射面でのひとつのレンズ２４からの光が照射される領域（セル）Ｓを示す図である。

【図4】変形例２に係る露光装置１００を示す図である。

【図5】変形例２に係る回転移動装置３０による移動の前後における、照射面でのひとつのレンズ２４からの光が照射される領域（セル）Ｓを示す図である。

【図6】変形例３に係る露光装置１００を示す図である。

【図7】移動装置１６による移動の前後における、照度均一化手段４０における光通過孔４２と、光Ｌが照射される位置との関係を示す図である。

【図8】変形例４に係る平行移動装置５０による移動の前後における、照射面でのひとつのレンズ２４からの光が照射される領域（セル）Ｓを示す図である。

【図9】従来の露光用光照射装置１を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（露光装置１００の構成）
本発明が適用された実施形態に係る露光用光照射装置１０を備える露光装置１００について以下に説明する。主に液晶パネル等を製造する際に使用される露光装置１００は、図１に示すように、大略、露光用光照射装置１０と、光学系具１０２と、ワーク載置台１０４と、ワーク搬送装置１０６とを備えている。

【0026】

露光用光照射装置１０は、液晶パネル等のワークＸを露光するための光Ｌを放射するための装置であり、大略、露光用光源１２と、フライアイレンズ１４と、移動装置１６とを有している。

【0027】

露光用光源１２は、本体部材２０と、この本体部材２０に配置された複数の光源２２とを有している。光源２２は、ワークＸの露光に必要な照度および波長の光Ｌを放射できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ、放電灯、有機ＥＬ、白熱灯等が考えられる。

【0028】

フライアイレンズ１４は、複数の光源２２から放射された露光用光源１２からの光Ｌを受けて、光学系具１０２を介してワーク載置台１０４上の照射面に照射する光Ｌを均一化するための部材であり、複数のレンズ２４を組み合わせて構成されている。

【0029】

なお、複数のレンズ２４を組み合わせて略板状に一体化させたものがレンズアレイ２６であり、本実施形態に係るフライアイレンズ１４は２枚のレンズアレイ２６を互いに所定の間隔で配置して構成されている。

【0030】

移動装置１６は、露光用光源１２を移動させる装置である。具体的に説明すると、この移動装置１６は、露光装置１００によるひとつのワークＸの露光中において、露光用光源１２を当該露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向（図１におけるＸ方向および／またはＹ方向［図１の面に直交する方向］）に所定の距離だけ移動させるようになっている。なお、露光用光源１２の光軸ＣＬとは、複数の光源２２を有する露光用光源１２をひとつの光源と見たときに、当該露光用光源１２全体から放射される光Ｌの中心軸のことをいう。通常、光軸ＣＬは、フライアイレンズ１４の中心を通るように設定されている。

【0031】

光学系具１０２は、露光用光照射装置１０のフライアイレンズ１４から放射された光Ｌをワーク載置台１０４上の照射面まで導く役割を有しており、大略、シャッター１１０と、平行化鏡１１２と、反射鏡１１４とを有している。

【0032】

シャッター１１０は、フライアイレンズ１４から放射された光Ｌを通過あるいは遮断することによってワークＸの露光時間等を制御する役割を有する装置である。

【0033】

平行化鏡１１２は、シャッター１１０を通過してきた光Ｌを平行光にする役割を有する部材である。

【0034】

反射鏡１１４は、平行化鏡１１２で平行光となった光Ｌをワーク載置台１０４上の照射面に向けて反射させる部材である。

【0035】

なお、本実施形態に係る光学系具１０２の構成はあくまで一例であり、露光装置１００全体のレイアウト等の諸条件に基づいて当該光学系具１０２を構成する部材の数や、それらの配置位置・配置順序が決定される。例えば、光学系具１０２にシャッター１１０を使用しない態様等が考えられる。

【0036】

ワーク載置台１０４は、光Ｌによって露光されるワークＸが載置される台である。

【0037】

ワーク搬送装置１０６は、ワーク載置台１０４およびワークＸを所定の方向・距離だけ移動させる装置であり、公知のアクチュエータ等が使用される。

【0038】

（露光装置１００を用いた露光方法）
次に、本実施形態に係る露光装置１００を用いてワークＸを露光する手順について説明する。先ず、シャッター１１０を閉じた状態にするとともに、ワーク載置台１０４の所定位置にワークＸを載置する。

【0039】

なお、光学系具１０２にシャッター１１０を使用しない場合は、露光用光照射装置１０における露光用光源１２からの光Ｌの発光をオン／オフすることで、露光時間の調節を行う。つまり、光学系具１０２にシャッター１１０を使用しない場合、本明細書における「シャッター１１０の開閉」は、「露光用光源１２からの光Ｌの発光のオン／オフ」と読み替えることになる。

【0040】

そして、移動装置１６によって第１の位置に配置した露光用光源１２の各光源２２に給電して光Ｌの放射を開始する。然る後、シャッター１１０を開けてワークＸの露光を開始する。

【0041】

図２に示すように、フライアイレンズ１４の受光面では、各レンズ２４の受光面（セルＳ）に対して複数（図示例では４つ）の光源２２からの光Ｌが照射される。このとき、例えば、ひとつの光源２２からの光ＬがセルＳに照射される領域Ａと隣り合う光源２２からの光Ｌが照射される領域Ａとの間隙の領域Ｂとで照度に差ができてしまい、ひとつのセルＳ内で照度ムラが生じる。そして、各レンズ２４の受光面から入った光Ｌがそれぞれフライアイレンズ１４を透過し、光学系具１０２を経た後、照射面全体においてレンズ２４の数だけ重ね合わされるので、セルＳ内で生じた照度ムラが、照射面全体としての照度ムラにつながり、露光工程全体における照射面での積算照度のムラとなる。

【0042】

ワークＸの露光を開始してから所定の時間が経過した後、移動装置１６は、露光用光源１２を当該露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向（図１におけるＸ方向および／またはＹ方向［図１の面に直交する方向］）に所定の距離だけ移動させて第２の位置に配置する。なお、この移動に際して、一旦シャッター１１０を閉じてもよいし、シャッター１１０を開けたままで移動を行ってもよい。また、露光時間は、０．５秒以上１０秒以下とするのが好適である。露光時間を０．５秒未満にするには必要となる照射面照度が高くなりすぎるので現実的ではない。また、露光時間を１０秒よりも長くすると露光工程のタクトタイムが長くなりすぎて露光装置１００としての生産能力に問題が生じるからである。

【0043】

移動装置１６による露光用光源１２の移動後、必要に応じてシャッター１１０を開けて、ワークＸの露光を続ける。露光が完了したら、シャッター１１０を閉じ、各光源２２への給電を停止して光Ｌの放射を終了するとともに、移動装置１６は露光用光源１２を第１の位置に戻す。

【0044】

もちろん、露光が完了した後、次のワークＸの露光を露光用光源１２が第２の位置にある状態から開始し、当該露光中に移動装置１６によって当該露光用光源１２を第１の位置に移動させるようにしてもよい。

【0045】

また、移動装置１６により、１回の露光中に、露光用光源１２を２回以上移動させてもよい。この場合、露光用光源１２の第３の位置、第４の位置…が予め設定されることになる。

【0046】

このように、露光中に、移動装置１６によって露光用光源１２の位置を当該露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向（例えば、図１におけるＸ方向）に所定の距離だけ移動させることにより、図３に示すように、フライアイレンズ１４を構成するひとつのレンズ２４の受光面であるセルＳにおいて、ひとつの光源２２からの光Ｌが照射される領域Ａ（破線円で表示）と隣り合う光源２２からの光が照射される領域Ａ（破線円で表示）との間隙の領域Ｂに、当該移動後における光源２２からの光Ｌが照射される（実線円で表示）ことから、結果として、ひとつのセルＳ内における照度の差を低減できる。これにより、露光工程全体における照射面での積算照度のムラを低減できる。なお、図３では、図１におけるＸ方向に移動させた例を示しているが、Ｙ方向に移動させてもよく、また、ＸおよびＹ方向に移動させてもよい。

【0047】

（変形例１）
上述した実施形態では、移動装置１６が露光用光源１２を当該露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向に所定の距離だけ移動させるようになっていたが、これに変えて、移動装置１６がフライアイレンズ１４を露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向に所定の距離だけ移動させるようにしてもよい。

【0048】

また、移動装置１６が露光用光源１２とフライアイレンズ１４の両方を露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向に所定の距離だけ移動させるようにしてもよい。この場合、露光用光源１２およびフライアイレンズ１４の移動方向は、互いに一致しないようにするのが好適である。

【0049】

（変形例２）
上述した実施形態では、移動装置１６が露光用光源１２を当該露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する方向に所定の距離だけ移動させるようになっていたが、移動装置１６に変えて回転移動装置３０を設けて、図４に示すように、露光中に露光用光源１２およびフライアイレンズ１４の少なくとも一方を露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する平面上で回転移動させるようにしてもよい（図４では、回転移動装置３０は露光用光源１２を回転させるようになっている）。

【0050】

露光中に、回転移動装置３０によって露光用光源１２の位置を当該露光用光源１２の光軸ＣＬに対して直交する平面上で回転移動させることにより、図５に示すように、フライアイレンズ１４を構成するひとつのレンズ２４の受光面であるセルＳにおいて、ひとつの光源２２からの光Ｌが照射される領域Ａ（破線円で表示）と隣り合う光源２２からの光が照射される領域Ａ（破線円で表示）との間隙の領域Ｂに、当該回転移動後における光源２２からの光Ｌが照射される（実線円で表示）ことから、結果として、ひとつのセルＳ内における照度の差を低減できる。これにより、露光工程全体における照射面での積算照度のムラを低減できる。

【0051】

なお、回転移動装置３０が露光用光源１２とフライアイレンズ１４の両方を回転させる場合、露光用光源１２およびフライアイレンズ１４の回転方向あるいは回転角速度は、互いに一致しないようにするのが好適である。

【0052】

（変形例３）
移動の前後で照射面を照らす光Ｌの強度が変わらないようにする照度均一化手段４０を露光用光照射装置１０に追加してもよい。この照度均一化手段４０には、例えば、アパーチャー４０が考えられる。アパーチャー４０は、フライアイレンズ１４からの光Ｌを通過させる光通過孔４２を有する部材であり、図６に示すように、例えば、フライアイレンズ１４と光学系具１０２のシャッター１１０との間に配置される。

【0053】

光通過孔４２の大きさは、フライアイレンズ１４からの光Ｌの一部が通過できる程度に設定されている。一例として、図７には、移動装置１６による露光用光源１２の移動前（例えば、第１の位置）に当該露光用光源１２がある場合において光Ｌが照射される位置が「Ｘ」で示されており、移動後（例えば、第２の位置）に当該露光用光源１２がある場合において光Ｌが照射される位置が「Ｙ」で示されている。このとき、移動の前後（第１の位置、および、第２の位置）でアパーチャー４０の光通過孔４２を通過する光Ｌの量は同じであることから、移動の前後で照射面を照らす光Ｌの強度が変わらないようになっている。

【0054】

なお、この照度均一化手段４０の考え方は、フライアイレンズ１４が移動する場合、あるいは、露光用光源１２やフライアイレンズ１４が回転する場合も同じである。

【0055】

また、アパーチャー以外の照度均一化手段４０としては、フライアイレンズ１４における、照射される光Ｌの照度が高い領域に遮光物（例えば、遮光性のテープ）を貼付ける手段が考えられる。

【0056】

（変形例４）
さらに、露光中に露光用光源１２およびフライアイレンズ１４の少なくとも一方を露光用光源１２の光軸ＣＬに沿って移動させる平行移動装置５０を加えてもよい。露光用光源１２とフライアイレンズ１４との間の距離を長くすると、図８に示すように、ひとつの光源２２からの光Ｌが照射される領域Ａの面積が大きくなり（破線円から実線円になる）、その分、隣り合う光源２２からの光が照射される領域Ａとの間隙の領域Ｂの面積が狭くなるので、露光工程全体における照射面での積算照度のムラを低減できる。

【0057】

ただし、露光用光源１２とフライアイレンズ１４との間の距離を長くすると、照射面の範囲外を照らす光Ｌの量が増えて照射強度が低下するので、平行移動装置５０は、あくまで予備的に使用するのが好適である。

【0058】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0059】

１０…露光用光照射装置、１２…露光用光源、１４…フライアイレンズ、１６…移動装置
２０…本体部材、２２…光源、２４…レンズ、２６…レンズアレイ
３０…回転移動装置
４０…照度均一化手段、４２…光通過孔
５０…平行移動装置
１００…露光装置、１０２…光学系具、１０４…ワーク載置台、１０６…ワーク搬送装置
１１０…シャッター、１１２…平行化鏡、１１４…反射鏡
Ｘ…ワーク（露光対象物）、Ｌ…（露光用）光、Ｓ…セル、ＣＬ…（露光用光源１２の）光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】