曝光装置、元件制造方法以及曝光方法

专利名称：曝光装置、元件制造方法以及曝光方法
技术领域：
本发明涉及一种曝光装置、元件制造方法以及曝光方法，特别是涉及一
种关于用以在光刻(lithography)步骤中制造半导体元件、摄影元件、液晶 显示元件、薄膜磁头(thin film magnetic head)等元件的曝光装置、元件 制造方法以及曝光方法。
背景技术：
在用以制造半导体元件等的光刻(photolithography)步骤中，使用经 由投影光学系统，将掩模(或中间掩模)的图案像投影曝光于感光性基板(涂 布了光致抗蚀剂(photoresist)晶圓、玻璃板等)上的曝光装置。普通的曝 光装置是将1种图案形成感光性基板上的一个曝光照射(shot)区域(单位曝 光区域)上。
相对于此，为了使生产量(throughput)提高，提出将两种图案重叠曝 光于感性基板上的同一曝光照射区域，以形成一个合成图案的双重曝光 (double exposure)方式的曝光装置(参照专利文献1)。
曰本专利特开2000-21748号公报
专利文献1所揭示的双重曝光方式的曝光装置中，必须具有两个照明 系统，该些照明系统在所需的照明条件下，对例如彼此分开的两个掩模上 的区域进行个别地照明。在此情形时，特别重要的是，考虑两个照明系统 的布局(layout),避免装置的大型化，以实现精简的结构。
由此可见，现有的曝光装置在产品结构、制造方法与使用上，显然仍 存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决存在的问题，相关 厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发 展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决问题，此显 然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的曝光装置、元件 制造方法以及曝光方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需 改进的目标。
有鉴于现有的曝光装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计 制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究 创新，以期创设一种新的曝光装置、元件制造方法以及曝光方法，能够改 进一般现有的曝光装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经
反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的在于，克服现有的曝光装置存在的缺陷，而提供一种新 型的双重曝光方式的曝光装置，所要解决的技术问题是使其#4居较精简的 结构，例如将两种图案重叠曝光于感光性基板上的同一曝光照射区域，以 形成一个合成图案。
为解决问题，本发明第1形态提供一种曝光装置，该曝光装置包括
第1照明系统，对形成于第1掩模的图案区域中，沿第1方向细长延 伸的第1区域进行照明；
第2照明系统，对形成于第2掩模的图案区域中，沿该第1方向细长 延伸的第2区域进行照明，该第2掩模沿着与该第1方向正交的第2方向， 与该第1掩模空开间隔而配置的；以及
投影光学系统，使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像沿着该 第2方向并排地形成于感光性基板上，或者使该第1区域的图案像与该第2 区域的图案像一致而形成于该感光性基板上；
该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的 射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着与该第1方向平行的平面而设定 的。
本发明的第2形态提供一种曝光装置，该曝光装置包括
第1照明系统，对形成于第1掩模的图案区域中，沿第1方向细长延 伸的第1区域进行照明；
第2照明系统，对形成于第2掩模的图案区域中，沿该第1方向细长 延伸的第2区域进行照明，该第2掩模是沿着该第1方向，与该第1掩模 空开间隔而配置的；以及
投影光学系统，使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像，沿着 与该第1方向正交的第2方向并排地形成于感光性基板上，或者使该第1 区域的图案像与该第2区域的图案像一致而形成于该感光性基板上；该第1 照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的射出侧的部 分光学系统的光轴，分别沿着与该第2方向平行的平面而设定的。
本发明的第3形态提供一种曝光装置，该曝光装置包括
第1照明系统，对第1掩模进行照明；
第2照明系统，对沿着第1方向与该第1掩模空开间隔而配置的第2 掩冲莫进行照明；以及
投影光学系统，使该第1掩模的图案像与该第2掩模的图案像并排地 形成于感光性基板上，或者使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像
一致而形成于该感光性基板上；
该第1照明系统的射出侧的部分光学系统与第2照明系统的射出侧的 部分光学系统，彼此邻4^而并排地配置的；
该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的 射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着平行于与该第1方向正交的第2 方向的平面而设定的。
本发明的第4形态提供一种元件制造方法，该元件制造方法的步骤包
括
曝光步骤，使用第1形态、第2形态或第3形态的曝光装置，将该第1 掩模的图案及该第2掩模的图案曝光于该感光性基板上；以及
显影步骤，使经过该曝光步骤之后的该感光性基板显影。
本发明第5形态提供一种曝光方法，该曝光方法中使用第l形态、第2 形态或第3形态的曝光装置，将该第l掩模的图案及该第2掩模的图案曝 光于该感光性基板上，其包括以下步骤
一面使该第1掩模、该第2掩模以及该感光性基板沿着该第2方向移 动， 一面使该第l掩模的图案及该第2掩模的图案，在该感光性基板上的 一个单位曝光区域内扫描曝光。
本发明第6形态提供一种曝光方法，该曝光方法中使用第l形态、第2 形态或第3形态的曝光装置，将该第1掩模的图案及该第2掩模的图案曝 光于该感光性基板上，其包括以下步骤
一面使该第1掩模、该第2掩模以及该感光性基板沿着该第2方向移 动， 一面使该第1掩模的图案在该感光性基板上的一个单位曝光区域内扫 描曝光，且使该第2掩模的图案在沿着该第2方向，与该一个曝光区域空 开间隔而配置的其他单位曝光区域内扫描曝光。
本发明第7形态提供一种照明装置，该照明装置包括
第1照明系统，对形成于第1掩模上的图案区域中，沿第1方向细长 延伸的第1区域进行照明；
第2照明系统，对形成于第2掩模上的图案区域中，沿着该第1方向 细长延伸的第2区域进行照明，该第2掩模沿着与该第1方向正交的第2方 向，与该第l掩模空开间隔而配置的；该第1照明系统的射出侧的部分光学 系统的光轴及该第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着 与该第1方向平行的平面而设定的；
该第1照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧 的部分光学系统，彼此邻接而并排设置的。
本发明第8形态提供一种照明装置，该照明装置包括
第1照明系统，对形成于第1掩模上的图案区域中，沿第1方向细长
延伸的第1区域进行照明；
第2照明系统，对形成于第2掩模上的图案区域中，沿着该第1方向 细长延伸的第2区域进行照明，该第2掩模沿着该第1方向，与该第1掩 ^f莫空开间隔而配置的；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及 该第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着平行于与该第1 方向正交的第2方向的平面而设定的；
该第1照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧 的部分光学系统，彼此邻接而并排设置的。
本发明的第9形态提供一种元件制造方法，该元件制造方法包括以下 步骤
曝光步骤，使用第7形态或第8形态的照明装置，将该第1掩模的图 案及该第2掩模的图案曝光于该感光性基板上；以及
显影步骤，使经过该曝光步骤之后的该感光性基板显影。 本发明中，沿着与各掩模上所形成的照明区域的长度方向即第1方向平 行的平面，分别设定了两个照明系统的射出侧的光轴。在此情形时，例如在 各照明系统的射出端附近，使光路弯曲的反射镜的有效反射区域易变大，但 可使两个照明系统以精简的形态并排配置于投影光学系统及一对掩模上。 因而，本发明的曝光装置可根据较精简的结构，例如将两种图案重叠曝光 于感光性基板上的同一曝光照射区域，以形成一个合成图案，而且可高产 量地制造元件。
说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的和其他目的、特 征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如 下。


图1是概略地表示本发明的实施形态的曝光装置的构成的图。 图2是表示图1的曝光装置中， 一对照明系统并排配置的情况的图。 图3是表示图l及图2所示的实施形态的曝光装置的情况的立体图。 图4是概略地表示双头式(double head)投影光学系统与两个掩模的位 置关系的图。
图5 (a)是表示分别形成于第1掩模及第2掩模上的矩形形状的照明区 域的图，图5(b)是表示经由投影光学系统而形成的第l掩模的图案像及第 2掩模的图案像的图。
图6 (a)是表示与本实施形态的布局不同的双形例中 一对矩形形状的照
明区域的图，图6(b)是表示该变形例中经由投影光学系统所形成的一对图 案像的图。
图7是概略地表示本实施形态的变形例中照明系统的构成的图。 图8是图7所示的变形例的曝光装置的情况的立体图。 图9是概略地表示包括折射系统与偏转镜的双头式投影光学系统的构 成的图。
图10是概略地表示反射折射型双头式投影光学系统的构成的图。 图11是概略地表示使用分光镜的双头式投影光学系统的构成的图。 图12是表示获得半导体元件作为微型元件时的方法的流程图。 图13是表示获得液晶显示元件作为微型元件时的方法的流程图。 la、 lb:光源 2a、 2b:第l光学系统
3a、 3b:复眼透镜 4a、 4b:第2光学系统
4aa、 4ba、 7:光if各弯曲反射4竟5a、 5b:孔径光阑 6:光分割部(偏振分光镜) ILa、 ILb:照明系统
Ma、 Mb:掩模 PL:投影光学系统
W:晶圓
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的曝光装置、元件制造 方法以及曝光方法其具体实施方式
、结构、制造方法、步骤、特征及其功 #文，"^细"i兌明^口后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图 式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当
;了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明;以 限制。
根据附图式来说明本发明的实施形态。图1是概略地表示本发明的实 施形态的曝光装置的构成的图。图2是表示图1的曝光装置中， 一对照明 系统并排配置的情况的图。图3是表示图1及图2所示的实施形态的曝光 装置的情况的立体图。图1中，将Z轴沿着感光性基板即晶圓(wafer)W的法 线方向而设定，将Y轴设定于晶圓W的面内与图1的纸面平行的方向上，且 将X轴设定于晶圓W的面内与图1的纸面垂直的方向上。
请参阅图1、图2及图3所示，本实施形态的曝光装置包括两个照明系 统ILa及ILb，该等照明系统分别具有沿着YZ平面(与Y方向平行且与X方 向垂直的平面)而设定的光轴AXa及AXb。以下，并排配置的第l照明系统 ILa与第2照明系统ILb具有^皮此相同的结构，因此将着眼于第1照明系统
ILa来说明各照明系统的构成及作用，并且将所对应的第2照明系统的参照 符号及其构成元件的参照符号表示在括弧内。
第1照明系统ILa(第2照明系统ILb)具备用以供应曝光用光(照明 光)的光源la(lb);第1光学系统2a(2b);复眼透镜(Fly eye lens)(或复 眼微透镜)3a(3b);以及第2光学系统4a (4b)。光源la (lb)可使用例如供 应波长约为193nm的光的ArF准分子激光(excimer laser)光源，或者供应 波长约为248nm的光的KrF准分子激光光源。
自光源la(lb)射出的大致平行光束是经由第1光学系统2a(2b)而射入 复眼透镜3a(3b)的。第1光学系统2a(2b)包括例如具有众所周知的结构的 光束(beam)发送系统(未图示)；及偏振状态可变部(未图示)等。光束发送 系统具有如下功能，即一面将射入光束转换为截面具有适当大小及形状的 光束， 一面将该光束引向偏振状态可变部，并且积极地修正向偏振状态可 变部射入的光束的位置变动及角度变动。
偏振状态可变部具有使射入复眼透镜3a (3b)的照明光的偏振状态变化 的功能。具体而言，偏振状态可变部自光源侧起依序包括例如由水晶形成 的l/2波长板；由水晶形成的偏向棱镜(deviation prism)即水晶棱^;;由 石英玻璃形成的偏向棱镜即石英棱镜。1/2波长板、水晶棱镜以及石英棱镜 形成为可分别以光轴AXa(AXb)为中心进行旋转的结构。水晶棱镜有消偏振 (depolarization)作用，石英棱镜具有修正因水晶棱镜的偏向作用而导致 的光线弯曲的功能。
偏振状态可变部中，通过适当设定1/2波长板的结晶光学轴的方向及 水晶棱镜的结晶光学轴的方向，而将自光束发送系统所射入的直线偏振光 转换为振动方向不同的直线偏振，或将所射入的直线偏振光转换为非偏振 光，或者不将所射入的直线偏振光进行转换，而是使其直接射出。由偏振 状态可变部根据所需要进行偏振状态转换后的光束，将射入复眼透镜 3a(3b)。
射入复眼透镜3a(3b)的光束藉由多个微小透镜元件进行二维分割，且 在光射所射入的各微d、透镜元件的背侧焦点面上分别形成小光源。以此方 式，在复眼透镜3a(3b)的背侧焦点面上，形成了由多个小光源组成的实际 上的面光源。来自复眼透镜3a (3b)的光束经由第2光学系统4a (4b)被引向 第l掩模Ma(第2掩模Mb)。
第2光学系统4a(4b)包括例如具有众所周知的结构的聚光(condenser) 光学系统(未图示)、掩模遮器(maskblind)(未图示)、成像光学系统(未图 示)、作为偏向构件的光路弯曲反射镜4aa(4ba)等。在此情形时，来自复眼 透镜3a(3b)的光束经由聚光光学系统之后，对掩模遮器进行重叠地照明。 在作为照明视场光阑(visual field diaphragm)的掩才莫遮器上，形成了与
构成复眼透镜3a (3b)的各微小透镜元件的形状相对应的矩形形状的照明区域。
通过掩模遮器的矩形形状的开口部(光透过部)的光束，经由成像光学 系统及光路弯反射镜4aa (4ab),对第1掩模Ma (第2掩模Mb)进行重叠地照 明。再者，在复眼透镜3a(3b)的射出面附近，配置着用以限制来自复眼透镜 3a (3b)的光束的孔径光阑(apert ure stop) 5a (5b)。孑L径光阑5a(5b)具有使 复眼透镜3a(3b)的射出面附近即光瞳(pupil)上的光强度分布(以下，称为 瞳强度分布)的大小及形状改变的功能。
透过第1掩模Ma的光束及透过第2掩模Mb的光束如图4所示，经由例 如由折射系统与偏转镜(deflecting mirror)所组成的双头式冲殳影光学系统 PL，在晶圆(感光性基板)W上分别形成第l掩模Ma的图案像及第2掩模Mb 的图案像。双头式投影光学系统PL具有彼此分开的两个有效^f见场与一个有 效成像区域的光学系统。
本实施形态中，第1照明系统ILa如图5(a)的左侧所示，在第1掩模 Ma上形成沿Y方向细长延伸的矩形形状的照明区域IRa。又，第2照明系 统ILb如图5 (a)的右侧所示，在第2掩模Mb形成沿Y方向细长延伸的矩形 形状的照明区域IRb。第1照明区域IRa及第2照明区域IRb分别以例如第 1照明系统ILa的光轴AXa及第2照明系统ILb的光轴AXb为中心而形成。
亦即，第l掩模Ma的图案区域PAa中，与第1照明区域IRa对应的图 案，在由第1照明系统ILa中的偏振状态可变部而设定的偏振状态、及由 孔径光阑5a而设定的瞳强度分布的大小及形状所规定的照明条件下，受到 照明。又，沿X方向与第1掩模Ma空开间隔而配置的第2掩模Mb的图案 区域PAb中，与第2照明区域IR2对应的图案，在由第2照明系统ILb中 的偏振状态可变部而设定的偏振状态、及由孔径光阑5b而设定的瞳强度分 布的大小及形状所规定的照明条件下，受到照明。如上所述，第1照明系 统ILa中的偏振状态可变部及孔径光阑5a，构成将第1照明区域IRa设定 为第1照明条件的第1设定部，第2照明系统ILb中的偏振状态可变部及 孔径光阑5b，构成将第2照明区域IRb设定为第2照明条件的第2设定部。 又，偏振状态可变部及孔径光阑5a、 5b，构成使对第1照明区域IRa及第 2照明区域IRb进行照明的照明条件可变的照明条件可变部。
如此而言，如图5 (b)所示，在^:影光学系统PL的有效成像区域ER内，在 沿Y方向细长延伸的矩形形状的第1区域ERa中，形成了由第1照明区域 IRa所照明的第l掩模Ma的图案像；在有效成像区域ER内，在具有同样沿 Y方向细长延伸的矩形的外形形状且与第1区域ERa并排于X方向的第2区 ERb中，形成了由第2照明区域IRb所照明的第2掩模Mb的图案像。进一步 详细而言，沿着铅直方向即Z方向自正J^r观察投影光学系统PL时，在由第
1照明系统ILa所形成的第1照明区域IRa、及由第2照明系统ILb所形成 的第2照明区域IRb之间的区域中，并排地形成了第l掩模Ma的第l照明 区域IRa的图案像及第2掩模Mb的第2照明区域IRb的图案像。
在本实施形态中，一面使第l掩模Ma、第2掩模Mb以及晶圆W沿X方 向相对于投影光学系统PL进行同步移动，一面在晶圆W上的一个曝光照射 区域中，使第1掩模Ma的图案与第2掩模Mb的图案重叠而进行扫描曝光，以 形成一个合成图案。其后， 一面使晶圆W沿XY平面相对于投影光学PL进 行二维步进移动， 一面重复进行重叠扫描曝光，藉此在晶圆W上的各曝光 照射区域内，逐渐形成第1掩模Ma的图案及第2掩模Mb的图案的合成图 案。
如上所述，本实施形态中，在沿着X方向空开间隔而配置的第1掩模Ma 及第2掩模Mb上，形成了沿Y方向细长延伸的矩形形状的照明区域IRa及 IRb，第1掩模Ma的第1照明区域IRa的图案像及第2掩模Mb的第2照明 区域IRb的图案像，沿着X方向并排地形成于晶圆W上。而且，并排地配置 着两个照明系统ILa、 ILb，该等照明系统具有沿着YZ平面彼此平行的光轴 AXa、 AXb，且具有彼此相同的结构，YZ平面与掩模Ma、 Mb上所形成的照明 区域IRa、 IRb的长度方向即Y方向(第1方向)平行，且与X方向(第2方 向)垂直的。
在此情形时，在照明系统ILa、 ILb的射出端附近，使光路弯曲的反射 镜4aa、 4ba的有效反射区域易变大，而且光路弯曲反射镜4aa、 4ba容易 大型化，但可使两个照明系统ILa、 ILb以精简的形态并排配置于投影光学 系统PL及掩模Ma、 Mb上。因而，本实施形态的曝光装置可根据较精简的 结构，将两种掩模图案重叠曝光于晶圓(感光性基板)W上的同一曝光照射区 域，以形成一个合成图案。
再者，实施形态中，沿着与第l掩模Ma及第2掩模Mb上所形成的矩形形 状的照明区域IRa、 IRb的长度方向(Y方向)平行的平面(YZ平面)，分别设 定了两个照明系统ILa、 ILb的光轴AXa、 AXb，第1掩模Ma与第2掩模Mb 沿着照明区域IRa、 IRb的宽度方向(X方向)空开间隔。然而，并未限定于 此，请参阅图6(a)所示，沿着设定了两个照明系统ILa、 ILb的光轴AXa、 AXb 的YZ平面而具有短边的矩形形状的照明区域IRa、 IRb，分别形成于掩模 Ma、 Mb上，掩模Ma与Mb的布局的变形例亦可为，沿着照明区域IRa、 IRb 的长度方向(X方向)空开间隔而配置。
图6所示的布局的变形例中，请参阅图6(b)所示，在矩形形状的第1区 域ERa中，形成了由第1照明区域IRa所照明的第1掩才莫ERa的图案像，矩 形形状的第1区域ERa在省略图示的投影光学系统PL的有效成像区域ER 内，沿着X方向细长地延伸；在第2区域ERb中，形成了由第2照明区域IRb
所照明的第2掩模Mb的图案像，第2区域ERb于有效成像区域ER内，具有 同样沿X方向细长延伸的矩形的外形形状，且与第1区域ERa并排位于Y 方向上。进一步详细而言，沿着铅直方向即Z方向自正上方观察投影光学 系统PL时，在由第1照明系统所形成的第1照明区域IRa、及由第2照明 系统ILb所形成的第2照明区域IRb之间的区域中，并排地形成了第1掩 模Ma的第1照明区域IRa的图案像及第2掩模Mb的第2照明区域IRb的 图案像。
在图6的变形例中， 一面使第l掩模Ma、第2掩模Mb以及晶圓W沿Y 方向相对于投影光学系统PL进行同步移动， 一面在晶圓W上的一个曝光照 射区域中，使第l掩模Ma的图案与第2掩模Mb的图案重叠而进行扫描曝 光，以形成一个合成图案。图6的变形例，与实施形态的情况相同，可使 两个照明系统ILa、 ILb以精简的形态并排配置于投影光学系统PL及掩模 Ma、 Mb上。又，在图6的变形例中，与实施形态的情况不同的是，沿着与掩模 Ma、 Mb上所形成的照明区域IRa、 IRb的长度方向平行的YZ平面，设定照 明系统ILa、 ILb的光轴AXa、 AXb，因此可使光^各弯曲反射镜4aa、 4ba比 较小型化。
又，在实施形态及图6的变形例中，两个照明系统ILa与ILb具有彼 此相同的结构，且第1照明系统ILa全系统的光轴AXa及第2照明系统ILb 的全系统的光轴AXb,分别沿YZ平面而设定的。然而，并未限定于此，请 参阅图7所示，第1照明系统及第2照明系统亦可为具有共同光源1及光 分割部6的变形例，该分割部6将来自共同光源1的光分割成向第1照明 系统的光路行进的光，以及第2照明系统的光路行进的光。图8是表示图7 所示的变形例的曝光装置的情况的立体图。
在图7及图8的变形例中，例如自如ArF准分子激光光源或KrF准分 子激光光源之类的共同光源1沿Y方向射出的大致平行光束，射入偏振分 光镜(polarization beam spl iUer)的光分割部6。透过偏振分光4竟6的P 偏振光束，被引向第1照明系统的第1光学系统2a。另一方面，由偏振分光 镜反射至-X方向的S偏振光束，由光路弯曲反射镜7反射至+Y方向后，被 引向第2照明系统的第l光学系统2b。
如此而言，在图7及图8的变形例中，配置于光分割部6与第l掩模Ma 之间的第1照明系统的部分光学系统ILa，的光轴AXa，以及配置于光分割 部6与第2掩模Mb之间的第2照明系统的部分光系统ILb，的光轴AXb，分别 沿着与Y方向平行的YZ平面而设定的。因而，在图7及图8的变形例中，与 实施形态及6的变形例相同，可使两个照明系统以简单的形态并排配置于 投影光学系统PL及掩模Ma、 Mb上。
又，在实施形态及图6的变形例中，矩形形状的第1照明区域IRa及
第2照明区域IRb，分别以第1照明系统ILa的光轴AXa及第2照明系统 ILb的光轴Axb为中心而形成。然而，并未限定于此，照明区域IRa、 IRb 的外形形状、照明区域IRa 、 IRb相对应于光轴AXa 、光轴AXb的位置关系
等可具有各种形态。
又，在实施形态及图6的变形例中，联系一双重曝光来说明本发明，双 重曝光是将两种图案重叠曝光于感光性基板(晶圆)上的同一曝光照射区域 以形成一个合成图案。然而，并未限定于此，对于将3种以上的图案重叠 曝光于感光性基板上的同一曝光照射区域以形成一个合成图案的多重曝 光，亦可同样应用本发明。
又，在实施形态及图6的变形例中，在感光性基板上的一个曝光照射 区域，使第1图案与第2图案重叠而进行扫描曝光，藉此形成一个合成图 案。然而，并未限定于此，亦可将第1图案于感光性基板上的第1曝光照 射区域进行扫描曝光或整体曝光，且可将第2图案在感光性基板上的第2 曝光照射区域进行扫描曝光或整体曝光。
又，在实施形态及图6的变形例中，第1掩^f莫的第1照明区域的图案 像与第2掩模的第2照明区域的图案像，并排地形成于感光性基板上。然 而，并未限定于此，亦可使用下述投影光学系统，在感光性基板上的一个曝 光照射区域，将第1图案与第2图案重叠而进行扫描曝光或整体曝光，藉此 形成一个合成图案，该投影光学系统使第1掩模的第1照明区域的图案像 与第2掩模的第2照明区域的图案像一致而形成于感光性基板上。
又，在图1的实施形态及图6的实施形态中，使用了包括折射系统与 偏转镜的双头式投影光学系统。然而，并未限定于此，例如，可使用如图9 所示包括折射系统与偏转镜的其他类型的双头式投影光学系统PL,或者可 使用如图IO所示的反射折射双头式的投影光学系统PL。又，作为使第l掩 模的第1照明区域的图案像与第2掩模的第2照明区域的图案像一致而形 成于感光性基板上的投影光学系统，可采用如图ll所示的使用分光镜的双 头式投影光学系统PL。
再者，以上所说明的各实施形态中，第1照明系统的射出侧的部分光 学系统是光学积分器(optical integrator)的复眼透镜3a或孔径光阑5a 的偏下游的光学系统(4a、 4aa)，第2照明系统的射出侧的部分光学系统是 光学积分器的复眼透镜3b或孔径光阑5b的偏下游的光学系统(4b, 4ab)。 而且，第l及第2照明系统的射出侧的部分光学系统，沿着第l掩模Ma及第 2掩模Mb空开间隔而配置的X方向所正交的Y方向并排地邻接配置的，第 1及第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴(AXa， AXb)，沿着与Y方向 平行的平面(与YZ平面平行的平面)，而分别配置的，该Y方向正交于第1 掩模Ma及第2掩模Mb空开间隔而配置的X方向。藉由结构，可形成双重
曝光的装置结构，而且可使第1及第2照明系统精简地集约配置。特别是
通过将第1照明系统与第2照明系统彼此邻接而并排配置，可使双重曝光
装置的照明系统的结构更加精简。
实施形态的曝光装置利用照明光学装置对掩模(中间掩模)进行照明 (照明步骤)，并使用投影光学系统使形成于掩模上的转印用的图案曝光于 感光性基板上(曝光步骤)，藉此可制造微型元件(半导体元件、摄影元件、
液晶显示元件、薄膜磁头等)。以下，请参阅图12所示的流程图，来说明 使用本实施形态的曝光装置于感光性基板的晶圆等上形成规定的电路图 案，以此获得作为微型元件的半导体元件时的方法的 一例。
首先，在图12的步骤301中，在一批晶圆上蒸镀金属膜。在下一步骤 302中，在一批晶圓上的金属膜上涂布光致抗蚀剂。其后，在步骤303中，使 用本实施形态的曝光装置，将掩模上的图案像经由该曝光装置的投影光学 系统，依序曝光转印至1批晶圓上的各曝光照射区域。其后，在步骤304 中，使一批晶圆上的光致抗蚀剂显影之后，在步骤305中，在一批晶圓上以 光致抗蚀剂图案为掩模进行蚀刻，藉此在各晶圆上的各曝光照射区域，形成 与掩模上的图案对应的电路图案。
其后，进一步形成上层电路图案等，由此制造半导体元件等元件。根 据半导体元件的制造方法，可高生产量地获得具有极;微细电路图案的半导 体元件。再者，在步骤301-步骤305中，在晶圆上蒸镀金属，再在该金属 膜上涂布光致抗蚀剂，然后进行曝光、显影、蚀刻等各步骤，当然亦可在 该些步骤之前，在晶圓上形成硅氧化膜之后，在该硅氧化膜上涂布光致抗 蚀剂，然后进行曝光、显影、蚀刻等各步骤。
又，本实施例形态的曝光装置亦可在感光板(玻璃基板)上形成规定的 图案(电路图案、电极图案等)，由此获得作为微型元件的液晶显示元件。 以下，参阅图13的流程图来说明此时的方法的一例。图13的图案形成步 骤401中，使用本实施形态的曝光装置将掩模的图案转印曝光于感光性基 板(涂布了光致抗蚀剂的玻璃基板等)上，即实行所谓的光刻步骤。通过此 光刻步骤，在感光性基板上形成包含多个电极等的规定图案。其后，所曝光 的基板经过显影步骤、蚀刻步骤、光致抗蚀剂剥离步骤等各步骤后，在基 板上形成规定的图案，并进入下一彩色滤光片(color filter)形成步骤402。
继而，在彩色滤光片形成步骤402中形成彩色滤光片，该彩色滤光片 是将与R (RED,红)G (GREEN，绿)B (BLUE,蓝)对应的3个点(dot)的组合排 列成多个矩阵状，或者将R、 G、 B此3根条紋状滤光片的组合排列于多个 水平扫描线方向上。其次，在彩色滤片形成步骤402之后，执行单元组装步 骤403。在单元组装步骤403中，使用有图案形成步骤401中所获得的规定 图案的基板、以及彩色滤光片形成步骤402中所获得的彩色滤光片等，来 组装液晶面板(液晶单元)。
在单元组装步骤403中，例如，在具有图案形成步骤401中所获得的规 定图案的基板与彩色滤光片形成步骤402中所获得的彩色滤光片之间，注 入液晶，以制造液晶面板(液晶单元)。其后，在模块组装步骤404中，安装 使所组装的液晶面板(液晶单元)进行显示动作的电路、背光等各零件，以 完成液晶显示元件。根据液晶显示元件的制造方法，可高生产量地获得具 有极微细电路图案的液晶显示元件
再者，在实施例中，是使用KrF准分子激光光源或ArF准分子激光光 源作为光源的，但并未限定于此，例如对于采用了如F2激光光源的类的其 他适当光源的曝光装置，亦可应用本发明。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施 例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上 实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案 的范围内。
权利要求
1、一种曝光装置，其特征在于其包括::第1照明系统，对形成于第1掩模的图案区域中，沿第1方向细长延伸的第1区域进行照明；第2照明系统，对形成于第2掩模的图案区域中，沿该第1方向细长延伸的第2区域进行照明，该第2掩模沿着与该第1方向正交的第2方向，与该第1掩模空开间隔而配置的；以及投影光学系统，使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像沿着该第2方向并排地形成于感光性基板上，或者使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像一致而形成于该感光性基板上；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着与该第1方向平行的平面而设定的。
2. 根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1照明 系统的射出侧的部分光学系乡^J玄第2照明系统6謝出侧的部分光学系统，彼 此邻接而并排配置的。
3. 根据权利要求1或2所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1 照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧的部分光学 系统，分别包括4吏光if各偏向的偏向构件。
4. 根据权利要求1至3中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在于 其中所述的第1照明系统与该第2照明系统具有彼此相同的结构；该第1照明系统的全系统的光轴及该第2照明系统的全系统的光轴，分 别沿着与该第1方向平行的平面而设定的。
5. 根据权利要求1至3中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在于 其中所述的第1照明系统及该第2照明系统包括共同光源及光分割部，该 光分割部将来自该共用光源的光，分割为向该第1照明系统的光路行进的 光以及向该第2照明系统的光路行进的光；配置于该光分割部与该第1掩 模之间的该第1照明系统的部分光学系统的光轴，以及配置于该光分割部 与该第2掩模之间的该第2照明系统的部分光学系统的光轴，分别沿着与 该第1方向平行的平面而设定的。
6. —种曝光装置，其特征在其包括第1照明系统，对形成于第1掩模的图案区域中，沿第1方向细长延 伸的第1区域进行照明；第2照明系统，对形成于第2掩模的图案区域中，沿该第1方向细长 延伸的第2区域进行照明，该第2掩模沿着该第1方向，与该第1掩模空开间隔而配置的；以及投影光学系统，使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像沿着与该第1方向正交的第2方向并排地形成于感光性基板上，或者使该第1区 域的图案像与该第2区域的图案像一致而形成于该感光性基板上；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的 射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着与该第2方向平行的平面而设定的。
7. 根据权利要求6所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第l照明系 统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出側的部分光学系统，彼 此邻接而并排配置的。
8. 根据权利要求6或7所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1 照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧的部分光学 系统，分别包括使光路偏向的偏向构件。
9. 根据权利要求6至8中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在于 其中所述的第1照明系统与该第2照明系统具有彼此相同的结构；该第1照明系统的全系统的M由及该第2照明系统的全系统的光轴，分 别沿着与该第2方向平行的平面而设定的。
10. 根据权利要求6至8中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在于 其中所述的第1照明系统及该第2照明系统包括共同光源及光分割部，该 光分割部将来自该共用光源的光，分割为向该第1照明系统的光路行进的 光以及向该第2照明系统的光路行进的光；配置于该光分割部与该第1掩 模之间的该第1照明系统的部分光学系统的光轴，以及配置于该光分割部 与该第2掩模之间的该第2照明系统的部分光学系统的光轴，分别沿着与 该第2方向平行的平面而设定的。
11. 根据权利要求1至10中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在 于其中所述的第l照明系统及该第2照明系统分别^i舌照明条件可变部，该 照明条件可变部使该第1区域及该第2区域进行照明的照明条件可变。
12. 根据权利要求11所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1照 明系统的照明条件可变部，配置于相较该第1照明系统的射出侧的部分光 学系统更偏向光源側；该第2照明系统的照明条件可变部，配置于相较该第2照明系统的射 出侧的部分光学系统更偏向光源侧。
13，根据权利要求1至10中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在 于其中所述的第1照明系统包括第1设定部，该第1设定部配置于该第1 照明系统的射出侧的部分光学系统的光源侧，且将该第1区域"&定为第1 照明条件该第2照明系统包括第2设定部，该第2设定部配置于该第2照 明系统的射出侧的部分光学系统的光源侧，且将该第2区域设定为第2照 明条件。
14. 根据权利要求13所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第li殳 定部包括第1照明条件可变部，该第1照明条件可变部使该第1区域的照 明条件可变；该第2设定部包括第2照明条件可变部，该第2照明条件可 变部使该第2区域的照明条件可变。
15. 根据权利要求14所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1照 明条件可变部设定该第1区域中的偏振状态、以及该第1照明系统的光瞳 上的光强度分布；该第2照明条件可变部设定该第2区域中的偏振状态、 以及该第2照明系统的光瞳上的光强度分布。
16. 根据权利要求1至15中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在 于其中所述的第1区域的图案像及该第2区域的图案像，具有沿该第1方 向细长延伸的形状。
17. 根据权利要求1至16中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在于其中沿着铅直方向自正上方观察该投影光学系统时，在由该第1照明系 统所形成的该第1区域与由该第2照明系统所形成的该第2区域之间的区 域中，形成了该第1区域的图案像及该第2区域的图案像。
18. 根据权利要求1至5中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在 于其中所述的第1照明系统的射出侧的光轴及该第2照明系统的射出侧的 光轴，分别沿着与该第1方向平行且与该第2方向垂直的平面而设定的。
19. 根据权利要求6至10中任一权利要求所述的曝光装置，其特征在 于其中所述的第1照明系统的射出侧的光轴及该第2照明系统的射出侧的 光轴，分别沿着与该第2方向平行且与该第1方向垂直的平面而设定的。
20. —种曝光装置，其特征在于其包括 第1照明系统，对第1掩模进行照明；第2照明系统，对沿着第1方向与该第1掩模空开间隔而配置的第2 掩模进行照明；以及投影光学系统，使该第l掩模的图案像与该第2掩模的图案像并排地 形成于感光性基板上，或者使该第1区域的图案像与该第2区域的图案像 一致而形成于该感光性基板上；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统与第2照明系统的射出侧的 部分光学系统，彼此邻接而并排地配置的；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的 射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着平行于与该第1方向正交的第2 方向的平面而设定的。
21. 根据权利要求20所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧的部分光学系 统，分别包括使光路偏向的偏向构件。
22. 根据权利要求20或21所述的曝光装置，其特征在于其中所述的 第1照明系统在第1照明条件下对该第1掩模进行照明，该第2照明系统 在与该第1照明条件不同的第2照明条件下，对该第2掩模进行照明。
23. 根据权利要求20至22中任一权利要求所述的曝光装置，其特征 在于其中所述的第1照明系统在该第1照明系统的射出侧的部分光学系统 的光源侧包括第1照明条件可变部，该第1照明条件可变部使对该第1掩 模进行照明的照明条件可变；该第2照明系统在该第2照明系统的射出侧 的部分光学系统的光源侧包括第2照明条件可变部，该第2照明条件可变 部使对该第2掩^^莫进行照明的照明条件可变。
24. 根据权利要求20至22中任一权利要求所述的曝光装置，其特征 在于其中所述的第1照明系统在该第1照明系统的射出侧的部分光学系统 的光源侧包括第l设定部，该第l设定部设定对该第l掩模进行照明的照 明条件；该第2照明系统在该第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光 源侧包括第2设定部，该第2设定部设定对该第2掩模进行照明的照明条 件。
25. 根据权利要求24所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第l设 定部包括第1照明条件可变部，该第1照明条件可变部使对该第1掩模进 行照明的照明条件可变；该第2设定部包括第2照明条件可变部，该第2照明条件可变部使对 该第2掩模进行照明的照明条件可变。
26. 根据权利要求25所述的曝光装置，其特征在于其中所述的第1照 明条件可变部设定该第1掩模的偏振状态、以及该第1照明系统的光瞳上 的光强度分布；该第2照明条件可变部设定该第2掩模的偏振状态、以及 该第2照明系统的光瞳上的光强度分布。
27. 根据权利要求20至26中任一权利要求所述的曝光装置，其特征 在于其包括供应光的光源及光分割部，该光分割部将来自该光源的光，分 割为向该第1照明系统行进的光以及向该第2照明系统行进的光。
28. 根据权利要求20至26中任一权利要求所述的曝光装置，其特征 在于其包括将光引向该第1照明系统的第1光源、以及将光引向该第2照 明系统的第2光源。
29. 根据权利要求20至28中任一权利要求所述的曝光装置，其特征 在于其中所述的第1照明系统与第2照明系统彼此邻接而并排配置的。
30. —种元件制造方法，其特征在于其包括以下步骤曝光步骤，使用权利要求1至29中任一权利要求所述的曝光装置， 该第1掩模的图案及该第2掩模的图案曝光于该感光性基板上；以及 显影步骤，使经过该曝光步骤之后的该感光性基板显影。
31. —种曝光方法，使用权利要求1至29中任一权利要求所述的曝光 装置，将该第l掩模的图案及该第2掩模的图案曝光于该感光性基板上， 其特征在于其包括以下步骤一面使该第1掩模、该第2掩模以及该感光性基板沿着该第2方向移 动， 一面使该第l掩模的图案及该第2掩模的图案，在该感光性基板上的 一个单位曝光区域内扫描曝光。
32. —种曝光方法，使用权利要求1至29中任一权利要求所述的曝光 装置，将该第l掩模的图案及该第2掩模的图案曝光于该感光性基板上， 其特征在于其包括以下步骤一面使该第1掩模、该第2掩模以及该感光性基板沿着该第2方向移 动， 一面使该第1掩模的图案在该感光性基板上的一个单位曝光区域内扫 描膝光，且使该第2掩模的图案在沿着该第2方向，与该一个曝光区域空 开间隔而配置的其他单位曝光区域内扫描曝光。
33. —种照明装置，其特征在于其包括第1照明系统，对形成于第1掩模上的图案区域中，沿第1方向细长 延伸的第1区域进行照明；以及第2照明系统，对形成于第2掩模上的图案区域中，沿着该第1方向 细长延伸的第2区域进行照明，该第2掩模是沿着与该第1方向正交的第2 方向，与该第1掩才莫空开间隔而配置的；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴及该第2照明系统的 射出侧的部分光学系统的光轴，分别沿着与该第1方向平行的平面而设定 的；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧 的部分光学系统，彼此邻接而并排设置的。
34. —种照明装置，其特征在于其包括第1照明系统，对形成于第1掩模上的图案区域中，沿第1方向细长 延伸的第1区域进行照明；以及第2照明系统，对形成于第2掩模上的图案区域中，沿着该第1方向 细长延伸的第2区域进行照明，该第2掩模是沿着该第1方向，与该第1 掩模空开间隔而配置的；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴 及该第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴，是分别沿着平行于与 该第1方向正交的第2方向的平面而设定的；该第1照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧 的部分光学系统，彼此邻接而并排设置的。
35. 根据权利要求33或34所述的照明装置，其特征在于其中所述的第 1照明系统的射出侧的部分光学系统及该第2照明系统的射出侧的部分光学 系统，分别包括使光路偏向的偏向构件。
36. 根据权利要求33至35中任一权利要求所述的照明装置，其特征在 于其中所述的第1照明系统包括第1照明条件可变部，该第1照明条件可变 部配置于相较该第1照明系统的射出侧的部分光学系统更偏向光源侧，使 对该第1区域进行照明的照明条件可变；该第2照明系统包括第2照明条 件可变部，该第2照明条件可变部配置于相较该第2照明系统的射出侧的 部分光学系统更偏向光源侧，使对该第2区域进行照明的照明条件可变。
37. 根据权利要求33至35任一权利要求所述的照明装置，其特征在 于其中所述的第1照明系统包括第1设定部，该第1设定部配置于该第1 照明系统的射出侧的部分光学系统的光源侧，且将该第1区域设定为第1 照明条件该第2照明系统包括第2设定部，该第2设定部配置于该第2照 明系统的射出侧的部分光学系统的光源侧，且将该第2区域设定为第2照 明条件。
38. 根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于其中所述的第l设 定部包括第1照明条件可变部，该第1照明条件可变部使该第1区域的照 明条件可变；该第2设定部包括第2照明条件可变部，该第2照明条件可 变部使该第2区域的照明条件可变。
39. 根据权利要求38所述的照明装置，其特征在于其中所述的第1照 明条件可变部设定该第1区域中的偏振状态、以及该第1照明系统的光瞳 上的光强度分布；该第2照明条件可变部设定该第2区域中的偏振状态、 以及该第2照明系统的光瞳上的光强度分布。
40. —种元件制造方法，其特征在于其包括以下步骤曝光步骤，使用申请专利范围第33至39项中任一项的照明装置，将 该第l掩模的图案及该第2掩模的图案曝光于该感光性基板上；以及 显影步骤，使经过该曝光步骤之后的该感光性基板显影。
全文摘要
本发明是有关于一种曝光装置、元件制造方法以及曝光方法，该双重曝光方式的曝光装置，可根据较精简的结构，例如将两种图案重叠曝光于感光性基板上的同一曝光照射区域，以形成一个合成图案。该曝光装置包括第1照明系统(ILa)，对形成于第一掩模(Ma)上的图案区域中，沿Y方向而细长延伸的第1区域进行照明；第2照明系统(ILb)，对形成于沿X方向与第1掩模空开间隔而配置的第2掩模(Mb)上的图案区域中，沿Y方向而细长延伸的第2区域进行照明以及投影光学系统(PL)，使第1区域的图案像与第2区域的图案像沿第2方向并排地形成于感光性基板上。第1照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴(AXa)及第2照明系统的射出侧的部分光学系统的光轴(AXb)，分别沿YZ平面而设定。
文档编号H01L21/027GK101379593SQ200780004190
公开日2009年3月4日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年4月14日
发明者重松幸二 申请人:株式会社尼康