曝光装置及曝光方法
【专利说明】曝光装置及曝光方法
[0001 ] 本发明申请是国际申请日为2013年3月26日、国际申请号为PCT/JP2013/058704、进入中国国家阶段的国家申请号为201380036561.0、发明名称为“衬底处理装置及器件制造方法”的发明申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及衬底处理装置及器件制造方法。
[0003]本申请基于2012年7月13日申请的日本国特愿2012 —157810号及2012年7月13日申请的日本国特愿2012-157811号主张优先权，并在此援引其内容。
【背景技术】
[0004]作为进行半导体集成器件、显示面板等的电子电路的图案形成(patterning)的衬底处理装置，广泛利用精密的曝光装置。该曝光装置一般是将形成于光罩(mask)的电子电路的图案经由投影光学系统而光学地转印在半导体晶圆或玻璃衬底等感光性衬底上的装置。其中所使用的光罩通常是在平坦的石英板上通过铬等遮光材料形成电路图案而成，在扫描型的投影曝光装置中，一边使该光罩一维地往复移动，一边使感光性衬底以步进扫描方式移动，从而将光罩的电路图案以矩阵状(2维)排列的方式转印到衬底上。
[0005]已知在这样的步进扫描方式的投影曝光装置中，通过减少步进的次数(使衬底移动的可动载台的加减速次数)能够提高生产量(生产率)。因此，例如在下述的专利文献I中记载了一种曝光装置，其准备反射型的圆筒光罩，并在该圆筒表面的周向上反复排列多个电路图案以实现高生产量。
[0006]另一方面，在生产大型显示面板的现场，使用具有搭载大型玻璃衬底(2mX2m以上)的可动载台的扫描型曝光装置、直接对大型玻璃衬底进行显像、蚀刻、沉积等的各种处理装置和搬运装置。这些曝光装置、处理装置、搬运装置都是极其大型且高造价的，不仅如此，还很难抑制与显示面板的制造有关的总成本(伴随装置工作的各种运转经费，大规模清洁室的维持经费、诸如蚀刻等的材料废弃工序所带来的浪费等)。
[0007]因此，作为更节省资源的制造方法而受到关注的是，利用高精度的印刷技术在柔性的树脂衬底或塑料衬底上直接形成电子电路的印刷电子技术。利用该技术以卷对卷方式制造有机EL的显示面板的方法例如在下述的专利文献2中有记载。卷对卷方式是指，从供给卷筒拉出柔性(挠性)的长条衬底(薄膜)并在将其卷绕到回收卷筒上的搬运路径的途中对衬底实施各种处理的方式。
[0008]此外，作为曝光装置等的衬底处理装置，例如下述的专利文献I所记载的那样，为了提高在半导体晶圆上以扫描方式连续地投影曝光多个芯片器件时的生产量，提出了使用圆筒状的旋转光罩的装置。此外，作为制造显示面板、太阳能电池等电子器件的方法之一，已知例如下述的专利文献2所记载的卷对卷方式。卷对卷方式是，一边从送出用的卷筒向回收用的卷筒搬运薄膜等挠性衬底，一边在搬运路径上对衬底进行各种处理的方式。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011 ] 专利文献1:国际公开第2008/029917号
[0012]专利文献2:国际公开第2008/129819号
【发明内容】
[0013]在专利文献I公开的曝光装置中，由于例如能够一边使圆筒光罩旋转一边在衬底(晶圆)上对沿扫描曝光方向排成一列的多个照射(shot)区域集中地进行扫描曝光，所以步进次数激减，能够实现高生产量的曝光处理。但是，在专利文献I公开的曝光装置的投影光学系统中，由于形成在圆筒光罩的外周面上的图案是圆筒形状的，所以也存在投影到衬底上的图案像的品质(像质)劣化、可投影的最小线宽粗、无法期待高精度的(忠实的)转印的可能性。
[0014]此外，在专利文献2所公开的卷对卷方式的显示面板的制造方式中，若只通过印刷方式或喷墨(液滴)方式无法进行高精细的图案形成，则导入曝光装置。在该情况下，需要在投影系统下稳定地搬运挠性的片状衬底。用于实现该搬运的有效方式是，例如将片状衬底一边沿长度方向张紧一边卷绕在旋转滚筒的表面的一部分上来运送的方式。在该方式中，由于基于投影系统形成的光罩的图案像被投影在弯曲成圆筒面状的片状衬底上，所以同样存在衬底上的图案像的品质(像质)劣化、可投影的最小线宽粗、无法期待高精度的(忠实的)转印的可能性。
[0015]本发明的一方式的目的在于，提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够在弯曲成圆筒状的光罩面上的图案投影或是向弯曲成圆筒状的衬底上的图案投影中，将投影像以高精度曝光在衬底上。
[0016]此外，上述的曝光装置通过一边使例如弯曲成卷筒状的光罩图案连续旋转一边与该旋转同步地使衬底(晶圆)扫描移动，能够实现高效率的曝光处理。但是，由于光罩图案弯曲成圆筒面状，所以若经由通常的投影光学系统将该光罩图案的一部分投影到平面状的半导体晶圆上，则存在投影像的品质(变形误差、非等向的倍率误差、聚焦误差等)低下的可能性。
[0017]本发明的另一方式的目的在于，提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够利用弯曲的光罩图案(圆筒光罩)在不使投影像的品质降低的情况下高精度地投影曝光。
[0018]根据本发明的第I方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括:光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转;投影光学系统，使从设定于所述光罩图案上的一部分的照明区域产生的反射光束向所述感应性衬底投射，由此在所述感应性衬底上形成所述光罩图案的一部分的像;光分离部，为了对所述照明区域进行落射照明而配置在所述投影光学系统的光路内，使朝向所述照明区域的所述照明光和从所述照明区域产生的反射光束中的一方通过而使另一方反射；以及照明光学系统，形成作为所述照明光的光源的一次光源像，经由所述光分离部和所述投影光学系统的一部分光路而将来自所述一次光源像的所述照明光照射于所述照明区域，并且，在所述中心线与所述圆筒面之间形成与所述一次光源像光学共轭的第I共轭面。
[0019]根据本发明的第2方式，提供一种器件制造方法，包括:通过第I方式的衬底处理装置一边在使所述光罩保持部件旋转的同时将所述感应性衬底沿规定方向搬运，一边在所述感应性衬底上曝光所述光罩图案;和利用被曝光的所述感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理。
[0020]根据本发明的第3方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括:光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转;投影光学系统，使从设定于所述光罩图案上的一部分的照明区域产生的反射光束向所述感应性衬底投射，由此在所述感应性衬底上形成所述光罩图案的一部分的像;光分离部，为了对所述照明区域进行落射照明而配置在所述投影光学系统的光路内，使朝向所述照明区域的所述照明光和从所述照明区域产生的反射光束中的一方通过而使另一方反射；以及照明光学系统，使从光源产生的所述照明光经由所述光分离部而照射于所述照明区域，并且使所述照明光的主光线以朝向所述中心线与所述圆筒面之间的规定位置的方式关于所述圆筒面的周向倾斜。
[0021]根据本发明的第4方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括:光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转;照明光学系统，形成以作为朝向设定在所述光罩图案上的一部分的照明区域的照明光的光源的一次光源像，将来自所述一次光源像的所述照明光照射于所述照明区域，并且，在所述中心线与所述圆筒面之间形成与所述一次光源像光学共轭的第I共轭面;第I投影光学系统，将从被照射所述照明光的所述照明区域产生的反射光束引导至中间像面，并在所述中间像面形成所述光罩图案的一部分的像;凹面镜，配置在所述中间像面的位置或其附近；以及第2投影光学系统，通过将在所述凹面镜反射的所述反射光束向着所述感应性衬底投射而将所述第I投影光学系统在所述中间像面上形成的像投影于所述感应性衬底。
[0022]根据本发明的第5方式，提供一种器件制造方法，包括:通过第3方式的衬底处理装置在使所述光罩保持部件旋转的同时将所述感应性衬底沿规定方向搬运，在所述感应性衬底上连续曝光所述光罩图案;和利用被曝光的所述感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理。
[0023]根据本发明的第6方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括:光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转;照明光学系统，使来自光源的照明光朝着设定在所述光罩图案上的一部分的照明区域照射，并且使所述照明光的主光线以朝向所述中心线与所述圆筒面之间的规定位置的方式关于所述圆筒面的周向倾斜;第I投影光学系统，将通过所述照明光的照射而从所述照明区域产生的反射光束引导至中间像面，并在所述中间像面形成所述光罩图案的一部分的像；凹面镜，配置在所述中间像面的位置或其附近；以及第2投影光学系统，使在所述凹面镜反射的所述反射光束入射，将通过所述第I投影光学系统形成在所述中间像面上的像投影于所述感应性衬底。
[0024]发明效果
[0025]根据本发明的方式，能够提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够将投影像尚精度地曝光在衬底上，而且能够尚效率地进彳丁曝光。
[0026]此外，根据本发明的另一方式，能够提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够以高品质投影出弯曲的光罩图案的像，而且在进行高精细化、微细化的显示器件等的图案形成时，能够进行高精度的投影曝光。
【附图说明】
[0027]图1是示出第I实施方式的器件制造系统的图。
[0028]图2是用于说明曝光装置的光学系统的概略情况的示意图。
[0029]图3是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束的图。
[0030]图4是示出衬底处理装置(曝光装置)的构成的图。
[0031]图5是示出从光源到照明光学系统的第2光阑部件的构成的图。
[0032]图6是示出照明光学系统的第I光阑部件的构成的图。
[0033]图7A是示出照明光学系统的从第I光阑部件到光分离部的构成的图。
[0034]图7B是示出照明光学系统的从第I光阑部件到光分离部的构成的图。
[0035]图8是示出从照明光学系统的光分离部到投影光学系统的像面的构成的图。
[0036]图9是示出第I实施方式的光分离部的图。
[0037]图10是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束的图。
[0038]图11是示出从照明区域出射的光束的俯视图。
[0039]图12是示出在光点的说明中参照的照明区域的代表位置的图。
[0040]图13是示出与光源像共轭的第I共轭面中的光点的图。
[0041]图14是示出第2实施方式的衬底处理装置的构成的图。
[0042]图15是将曝光装置的光学系统的一部分放大示出的图。
[0043]图16是示出第3实施方式的器件制造系统的图。
[0044]图17是用于说明第3实施方式的曝光装置的光学系统的示意图。
[0045]图18是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束的图。
[0046]图19是示出第3实施方式的底处理装置(曝光装置)的构成的图。
[0047]图20是示出均匀照射光学系统的构成的图。
[0048]图21是示出第I光阑部件的构成的图。
[0049]图22A是示出从第I光阑部件到光分离部的构成的图。
[0050]图22B是示出从第I光阑部件到光分离部的构成的图。
[0051 ]图23是示出光分离部的构成的图。
[0052]图24是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束图。
[0053]图25是示出从照明区域出射的光束的图。
[0054]图26是示出在光点的说明中参照的照明区域的代表位置的图。
[0055]图27是示出与光源像共轭的第I共轭面中的光点的图。
[0056]图28是示出第I投影光学系统中的光路的图。
[0057]图29是示出第2投影光学系统中的光路的图。
[0058]图30是示出第4实施方式的衬底处理装置(曝光装置)的构成的图。
[0059]图31是示出照明光学系统中的光路的图。
[0060]图32是示出第I投影光学系统中的光路的图。
[0061]图33是示出第2投影光学系统中的光路的图。
[0062]图34是示出器件制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0063][第I实施方式]
[0064]图1是示出本实施方式的器件制造系统SYS(柔性显示器制造生产线)的一例的构成的图。这里示出了从供给卷筒FRl拉出的挠性的衬底P(片、薄膜等)依次经过η台处理装置U1，U2，U3，U4，U5，...Un并直到卷绕在回收卷筒FR2上的例子。
[0065]在以下的说明中，关于XYZ正交坐标系，将衬底P的表面(或背面)设定为与XZ面垂直且将与衬底P的搬运方向(长度方向)正交的宽度方向设定为Y轴方向。在以下的说明中，将围绕X轴方向的旋转方向作为ΘΧ轴方向，同样地，将围绕Y轴方向、Z轴方向的旋转方向分别作为ΘΥ轴方向、ΘΖ轴方向。
[0066]卷绕在供给卷筒FRl上的衬底P由被夹压的驱动辊DRl拉出并向处理装置Ul搬运。衬底P的Y轴方向(宽度方向)的中心由边缘位置控制器EPCl伺服控制，以使得其相对于目标位置处于土十几μπι至数十μπι程度的范围内。
[0067]处理装置Ul是以印刷方式将感光性功能液(光致抗蚀剂、感光性耦合材料、感光性电镀还原剂、UV固化树脂液等)关于衬底P的搬运方向(长度方向)连续地或选择性地涂布于衬底P的表面上的涂布装置。在处理装置Ul内设有:卷绕衬底P的压印辊DR2;包括在该压印辊DR2上将感光性功能液(感应性功能液)均匀地或局部地涂布在衬底P的表面上的涂布用辊等的涂布装置Gpl;用于将涂布在衬底P上的感光性功能液中所包含的溶剂或水分急速除去的干燥装置Gp2等。
[0068]处理装置U2是用于将从处理装置Ul搬运来的衬底P加热到规定温度(例如，数十。C至IJ120°C左右)以使涂布在表面上的感光性功能层(感应性功能层)稳定地固着的加热装置。在处理装置U2内设有:用于将衬底P折返搬运的多个棍和空气转向杆(air turn bar);用于对搬入的衬底P进行加热的加热腔部HAl;用于使加热了的衬底P的温度下降以与后续工序(处理装置U3、衬底处理装置)的环境温度相适的冷却腔部HA2;被夹压的驱动辊DR3等。
[0069]处理装置U3(衬底处理装置)包括曝光装置，其对从处理装置U2搬运来的衬底P的感光性功能层(感应性功能层)照射与显示器用的电路图案或布线图案相对应的紫外线图案形成光。在处理装置U3内设有:将衬底P的Y轴方向(宽度方向)的中心控制在恒定位置的边缘位置控制器EPC2;被夹压的驱动辊DR4;在图案形成光照射衬底P的位置支承衬底P的衬底支承卷筒DR5(衬底支承部件)；以及用于对衬底P施加规定的松弛度(富余量)DL的2组驱动辊DR6，DR7等。
[0070]在处理装置U3设有:在圆筒状的外周面上形成有反射型的光罩图案M并围绕与Y轴方向平行的中心线旋转的滚筒光罩DM;对滚筒光罩DM的光罩图案M照射沿Y轴方向延伸的狭缝状的曝光用照明光的照明单元IU;在由衬底支承卷筒DR5支承的衬底P的一部分上，投影出滚筒光罩DM的光罩图案M的周向上的一部分的像的投影光学系统PL;以及为了使被投影的图案的一部分的像与衬底P的相对位置对合(对准)而检测预先形成在衬底P上的对准标记等的对准显微镜AM。
[0071]处理装置U4是对从处理装置U3搬运来的衬底P的感光性功能层进行湿式的显像处理、无电解电镀处理等各种湿式处理的至少I种的湿式处理装置。在处理装置U4内设有:在Z轴方向上分层的3个处理槽BTl，BT2，BT3;将衬底P折弯搬运的多个辊；以及被夹压的驱动辊DR8 等。
[0072]处理装置U5是对从处理装置U4搬运来的衬底P进行加热从而将在湿式处理中变潮湿的衬底P的水分含有量调整到规定值的加热干燥装置，省略其详细说明。然后，经过几个处理装置且通过了一连串处理的最后的处理装置Un的衬底P经由被夹压的驱动辊DR9而被卷绕在回收卷筒FR2上。在该卷绕时，也是通过边缘位置控制器EPC3对驱动辊DR9与回收卷筒FR2的Y轴方向上的相对位置进行逐次修正控制，以使得衬底P的Y轴方向(宽度方向)的中心或是Y轴方向的衬底端缘在Y轴方向上没有偏差。
[0073]上位控制装置⑶NT用于对构成制造生产线的各处理装置Ul到Un的运转进行总体控制。上位控制装置CONT还进行对各处理装置Ul到Un的处理状况和处理状态的监视、对处理装置之间的衬底P的搬运状态的监视、基于事前事后的检查、测量结果的反馈修正和前馈修正等。
[0074]在本实施方式中使用的衬底P例如是树脂薄膜、由不锈钢等金属或合金构成的箔(薄膜)等柔性衬底。树脂薄膜的材质例如包含聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂，乙烯-乙烯醇共聚物树脂，聚氯乙烯树脂，纤维素树脂，聚酰胺树脂，聚酰亚胺树脂，聚碳酸酯树脂，聚苯乙烯树脂，乙酸乙烯树脂中的I种或2种以上。
[0075]衬底P优选选定热膨胀系数不显著变大的材质，以便能够实质上忽略在各种处理工序中因受热而导致的变形量。热膨胀系数例如可以是通过将无机填充材料混合到树脂薄膜中而将其热膨胀系数设定得比与处理温度等相应的阈值小。无机填充材料例如可以是氧化钛、氧化锌、氧化铝，二氧化硅等。此外，衬底P可以是通过浮法等制造的厚度为ΙΟΟμπι左右的极薄玻璃的单层体，也可以是在该极薄玻璃上贴合上述的树脂薄膜、箔等而成的层积体。此外，衬底P也可以是预先通过规定的前处理将其表面改性而活性化了的，或是通过压印法在表面上形成用于精密图案形成的微细隔壁构造(凹凸构造)而成的。
[0076]本实施方式的器件制造系统SYS对衬底P反复执行或者连续执行用于器件(显示器面板等)制造的各种处理。实施了各种处理的衬底P按照各器件而被分割(切片)从而成多个器件。衬底P的尺寸例如是，宽度方向(作为短边的Y轴方向)的尺寸为1cm到2m左右，长度方向(作为长边的X轴方向)的尺寸为1m以上。衬底P的宽度方向(作为短边的Y轴方向)的尺寸也可以为1cm以下，还可以为2m以上。衬底P的长度方向(作为长边的X轴方向)的尺寸也可以为1m以下。
[0077]下面，说明处理装置U3(曝光装置EX、衬底处理装置)的曝光原理。图2是用于说明曝光装置EX的光学系统的概略构成的示意图。图3是示出向照