曝光方法及装置 技术领域
本发明是关于使曝光用光罩(以下称之为“光罩”)的图案曝光在感光材的曝光方法以及装置，尤其关于：适合作为制造半导体集成电路、液晶显示装置、软性印刷电路板等的微影制程中所使用的曝光技术，用于印刷制版的扫描装置、电子影印装置等的曝光技术的曝光方法以及装置。
背景技术
作为在半导体集成电路、液晶显示装置等的制程之一地微影制程中所使用的曝光装置中，有一种利用成像光学系统使光罩的图案曝光于感光材的投影曝光装置。
这种曝光装置中，有一种投影曝光装置(例如美国专利第5,652,645号说明书)，是通过使接收各种光入射的面大致位于同一平面内的方式，将光罩与具有感光材的被曝光物支撑于同一支撑台，使来自曝光用光源的光入射至光罩，并使来自光罩的透过光得以经由成像光学系统而成像于感光材。
在该投影曝光装置中，用以支撑光罩及被曝光物的支撑机构与光学系统是相对地以2维方式移动，也即进行扫描曝光。具体而言，该曝光装置，是使用XY驱动机构使支撑机构在XY平面内移动，并在曝光时，重复多次往支撑机构的一方移动、停止照射区域的扫描间距的移动以及往反方向的移动。
但是这种投影曝光装置，其XY驱动机构，在每次进行前述支撑机构的移动、停止时，必须使支撑机构产生动作以控制支撑机构的运动。尤其是，为了通过XY驱动机构高速驱动支撑机构，必须具有用以解除或缓和支撑机构的重量或惯性所致的对XY驱动机构造成物理性负荷的装置，因此具有使曝光装置大型化的缺点。
此外，在使用用来支撑大尺寸的光罩及被曝光物的支撑时，会增加支撑的重量使支撑的惯性变得更大，而使作用于XY驱动机构的物理性负荷更为增加。因此，具有例如，无法忽视间隙(backlash)等对移动量精度的影响，以及XY驱动机构的耐久性降低等问题。
另一方面，在不使用这种XY驱动机构的曝光装置中，有一种可连续使光罩及被曝光物旋转以进行扫描曝光的曝光装置(例如日本专利特开平6-274945号公报)。但是，这种曝光装置，会产生：由于两者间设有投影光学系统的光罩与被曝光物，必须通过个别的驱动机构进行旋转，而不易使光罩与被曝光物的位置一致；2个驱动机构需确实同步；以及必须去除光罩与被曝光物的旋转中偏离圆心等种种问题，而具有使驱动机构复杂化的缺点。
发明内容
本发明的目的是降低支撑光罩及具有感光材的被曝光物的支撑机构移动的驱动机构所承受的物理性负荷，并将驱动机构制作成简单的结构。
本发明的曝光用光罩图案曝光于感光材的方法，包含：使来自曝光用光源的至少部分光入射至支撑于支撑机构的前述光罩的入射步骤；使来自前述光罩的透过光，从与入射至前述光罩的光入射方向不同的方向入射至支撑于前述支撑机构的前述感光材，并使前述透过光成像于前述感光材的成像步骤；旋转前述支撑机构，使来自前述光源的光沿着圆周方向变化其入射在前述光罩的照射位置的旋转步骤；在前述支撑机构的旋转中，使照射到前述光罩及前述感光材的光的照射位置，得以在前述旋转面内，朝着与前述圆周方向不同的方向变化的照射位置变更步骤。
本发明曝光用光罩图案曝光于感光材的装置，是包含：支撑机构，具有；以该光罩可接收来自曝光用光源的至少部分光的方式支撑前述光罩的第1支撑部；以该感光材由与入射至前述光罩的光入射方向不同的方向接收来自前述光罩的透过光的方式，支撑前述感光材的第2支撑部；引导来自前述光罩的透过光成像在前述感光材的成像光学机构；旋转前述支撑机构，使来自前述光源的光得以沿着圆周方向变化其入射在前述光罩的照射位置的旋转机构；使照射到前述光罩及前述感光材的光的照射位置在前述支撑机构的旋转面内朝着与前述圆周方向不同的方向变化的照射位置变更机构。
支撑光罩与感光材的支撑机构是通过旋转机构进行旋转，借此，可使光源光对光罩的照射位置以及透过光对感光材的照射位置朝圆周方向变化。此外，通过照射位置变更机构，可使光源光对光罩的照射位置以及光对感光材的照射位置在支撑机构的旋转面内朝与圆周方向不同的方向变化。
因此，根据本发明，支撑机构可通过旋转机构，例如恒定地朝同一方向连续旋转。如此一来，可降低用以移动支撑机构的驱动机构所承受的物理性负荷，与以往使用XY驱动机构的扫描曝光相比，更能够以高速进行扫描曝光，并提升其通过率(throughput)。
也可使来自前述光罩的透过光通过多个反射镜及至少一个成像透镜，以改变来自前述光罩的透过光的行进方向，并在前述感光材中成像，同时移动至少一个前述反射镜。
前述反射镜，也可使前述反射镜朝前述支撑机构的旋转轴线方向移动。或是使前述成像透镜与前述反射镜同时移动。
也可使来自前述光罩的透过光通过多个反射镜及至少一个凹面镜，以变更来自前述光罩的透过光的行进方向，同时在前述感光材中成像，并移动前述凹面镜。此时，也可使前述凹面镜朝前述支撑机构的旋转轴线方向移动。
前述光罩与前述感光材是与该支撑机构的旋转轴线呈对称配置在前述支撑机构上。
也可使前述光罩与前述感光材之间的光路长度维持一定而变化前述照射位置。
附图说明
图1是本发明曝光装置的第1实施例的斜视图；
图2是图1所示的曝光装置的支撑机构的平面图；
图3是图1所示的曝光装置的工作的侧面图；
图4是图1所示的曝光装置的工作的平面图；
图5是本发明曝光装置所使用的照射区域的平面图；
图6是本发明曝光装置的支撑机构例的平面图；
图7是本发明曝光装置的第2实施例的侧面图；
图8是本发明曝光装置的第3实施例的侧面图。
具体实施方式
参照图1及图2，曝光装置10，是包含：用以支撑光罩12与被曝光物14的支撑机构16；使支撑机构16旋转的旋转机构18；使发自光源机构20的光源光经由光罩12而导向被曝光物14的成像光学机构22；用以使被曝光物14的曝光位置改变，并与成像光学机构22连接的照射位置变更机构24。
光源机构20是配置在支撑机构16的大致下方位置，使光源光A朝支撑机构16的直径方向行进。在光源方面，可使用例如超高压水银灯、氟化氪KrF或氟化氩ArF等准分子雷射光。光源机构20，是产生照射较小区域(例如具有20mm的直径尺寸的圆形区域)的形成在光束截面的光源光的装置。这种光源光，可取代入射至光罩12的照射区域M的圆形光，而使用形成六角形或扇形形状的光。
光罩12，可使用由具有光反射性的金属膜，在具有光透过性的玻璃基板的至少一面上形成预定图案的光罩。
被曝光物14，可使用以感光材料在板状基材的其中一面形成感光层的被曝光物。在图1中，被曝光物14有与光罩12大致相同的大小及形状。
支撑机构16，在图标例中，是使用具有第1支撑体26与第2支撑体28的圆板。第1支撑体26与第2支撑体28，是以与支撑机构16的旋转轴线P对称也即呈旋转对称的方式配置在圆板状的支撑机构16上。至少，第1支撑体26形成可使光透过的透明部分。
光罩12，是通过图未标的第1安装装置以可拆除的方式安装在第1支撑体26。此外，被曝光物14，是通过图未标的第2安装装置，以可拆除的方式安装在第2支撑体28，使该感光层一侧可面向上方。
因此，安装在第1支撑体26的光罩12与安装在第2支撑体28的被曝光物14，是以与支撑机构16的旋转轴线P对称也即呈旋转对称的方式配置。换言之，光罩12与被曝光物14，是以偏离通过支撑机构16的旋转轴线P的直径方向(光源光A的指定方向)的方式配置。
如上述一般，由于支撑机构16是使用圆板，且在该圆板上面同时安装光罩12与被曝光物14，因此上下方向的尺寸较小。
旋转装置18，是通过图未标的支持机构使支撑机构16朝同一方向旋转。在图标例中，旋转机构18，是使支撑机构16沿着旋转轴线P的周围沿顺时针方向R旋转。
成像光学机构22，其反射镜30是配置在光源机构20与光罩12之间的光路，反射镜32，34，36是配置在M字形的3个角的部分使之大致形成M字形，其成像用透镜38是配置在光罩12与反射镜32之间的光路，而成像用透镜40则是配置在反射镜36与被曝光物14之间的光路。
反射镜30，是将光源机构20所发出的光源光导向光罩12(以M表示照射区域)。反射镜32，34，36是依次改变由反射镜30所发出光的行进方向并将其导向被曝光物14(以Q表示曝光区域)。透镜38及40，是将光源光成像在被曝光物14的感光层，使光罩12的图案能以等倍率转印到被曝光物14的感光层。
反射镜34具有可决定大小及形状的光学“光圈”机能。也可代之以在反射镜34的正前方配置光圈装置或具有针孔的构件。
引导至被曝光物14的感光层的光在该感光层中成像，借此使光罩12的照射区域的像转印到被曝光物14的感光层。
照射位置变更装置24，是通过移动机构42使反射镜30朝光源光A的指示方向(远离光罩12及被曝光物14的方向)呈直线移动，并通过移动机构44使反射镜32，36以及透镜38，40朝光源光A的指示方向(远离光罩12以及被曝光物14的方向)呈直线移动，或是使反射镜32，36旋转，并通过移动机构46，使反射镜34朝着与光源光A的指示方向(远离光罩12以及被曝光物14的方向)垂直的方向进行直线移动。
移动机构42，其移动体52是螺合在与电动机机构48的旋转轴结合的螺丝棒50。螺丝棒50，往远离光罩12以及被曝光物14的方向延伸。移动体52，是以无法旋转的方式支撑在图未标的导轨上，并通过螺丝棒50的旋转，朝远离光罩12以及被曝光物14的方向移动。
移动体52，是在与螺丝棒50呈大致垂直，并朝着与支撑机构16大致平行的方向延伸的连结棒54上安装反射镜30。如此一来，反射镜30得以朝远离光罩12以及被曝光物14的方向移动，而使入射至光罩12的光B的照射位置从支撑机构16的半径方向的外侧位移至内侧或其相反侧。
移动机构44，其移动体62是螺合在与电动机机构56的旋转轴结合的螺丝棒58上，而移动体64是螺合在与螺丝棒58结合的螺丝棒60上。螺丝棒58与螺丝棒60是形成逆螺纹状，而使两者螺丝的螺纹方向相反。
移动体62，是以无法旋转的方式支撑在图未标的导轨上，而随着螺丝棒58的旋转往远离光罩12以及被曝光物14的方向移动。移动体62，是在与螺丝棒58呈大致垂直，并朝着与支撑机构16大致平行的方向延伸的连结棒66及68上安装反射镜32以及透镜38。
借此，反射镜32及透镜38，可往远离光罩12以及被曝光物14的方向移动，而得以接收来自反射镜30的光。
移动体62，收容有图未标的电动机机构。该电动机机构，是通过在该连结棒的延伸方向中以连结棒66作为旋转轴线并使之旋转，以旋转反射镜32而使来自反射镜30的光入射至反射镜34中并改变反射镜32的反射面的方向。
移动体64，是以无法旋转的方式支撑在图未标的导轨上，而随着螺丝棒60的旋转往远离光罩12以及被曝光物14的方向移动。移动体64，是在连结棒70及72上安装反射镜36以及透镜40。借此，反射镜36以及透镜40，可以朝远离光罩12以及被曝光物14的方向移动，而得以接收来自反射镜34的光。
移动体64，收容有图未标的电动机装置。该电动机装置，是通过使连结棒70旋转而旋转反射镜36，使来自反射镜34的光入射至反射镜36，并改变反射镜36的反射面的方向。
移动机构46，其移动体78是螺合之与电动机机构74的旋转轴结合的螺丝棒76上。
移动体78，是以无法旋转的方式支撑在图未标的导轨中，通过螺丝棒76的旋转，与支撑机构16的旋转轴线P大致平行地往上下方移动。移动体78，是在与螺丝棒76呈大致垂直，并朝着与支撑机构16大致平行的方向延伸的连结棒80上安装反射镜34。
借此，反射镜34，在与支撑机构16的旋转轴线P呈大致平行的状态下往上下方移动，而从反射镜32接收光，并将该光导向反射镜36。
接着，参照图2到图4，以说明通过曝光装置10使光与光罩12及被曝光物14相对地进行2维移动，而进行使光罩12的图案全面曝光在被曝光物14的称之为扫描曝光的曝光方法。
在以下说明中，是根据使光B对光罩12的照射位置从支撑机构16的半径方向外侧往内侧移位并进行扫描的情形进行说明。
参照图2以及图3(A)，光罩12与被曝光物14是在曝光之前，通过与该支撑机构的旋转轴线P对称、也即呈旋转对称的方式安装在支撑机构16。
此外，是预先通过移动机构42移动反射镜30并决定其所在位置，而对光罩12的照射区域M，通过与光罩12的旋转轴线P的距离最远的位置、也即支撑机构16的直径方向外侧的位置。
反射镜32，34及36，是通过移动机构44以及46而移动并定位，使来自光罩12的透过光，得以在光罩12的照射区域M的位置S，以及与支撑机构16的旋转轴线P对称的被曝光物14的位置W中形成曝光区域Q。
在曝光中，是通过同时进行：经由光罩12而将光源光导向被曝光物14的步骤；通过旋转机构18使支撑机构16旋转的步骤；以及包含使反射镜30，32，34，36以及透镜38，40移动，并使反射镜32，36旋转而使被曝光物14的曝光位置得以从支撑机构16的半径方向的外侧往内侧变化的步骤，而进行扫描曝光。其详细说明如下。
通过操作曝光装置10中的图未标的控制面板，使激活讯号输入图未标的控制机构中。接收到激活讯号的控制机构，对光源机构20送出发光开始讯号。而接收到发光开始讯号的光源机构20，会使光源持续产生预定时间的光束。使用准分子雷射光做为光源时，光源机构20会产生预定时间的脉冲光。
参照图3(A)，在进行扫描曝光的初期阶段，光源光是照射到距离光罩12的旋转轴线P的最远位置。反射镜30，将光源装置20所发出的光束A1的至少一部分加以反射。反射光是作为光B1前进而入射到光罩12。入射至光罩12的入射光的至少一部分，是作为反应入射至光罩12的光入射部是否为是透过部分的光C1行进。反射镜32，改变经过透镜38的光的行进方向并作为光D1而导入反射镜34。
反射镜34，改变来自反射镜32的反射光D1的行进方向而作为光E1并导入反射镜36。反射镜36，则改变其行进方向，经过透镜40后作为光F1而导入被曝光物14。透镜38及40，使来自光罩12的透过光成像在被曝光物14的感光层。而在被曝光物14的位置W中形成曝光区域Q。
当光源光如上述一般被导入被曝光物14的期间，支撑机构16是通过旋转机构18沿着旋转轴线P的周围进行旋转。借此，照射区域M，通过支撑机构16的旋转沿着支撑机构16的圆周方向在支撑机构上进行移位。借此，照射区域M可通过支撑机构16的一次旋转再次移位至位置S。
当照射区域M由光源光未照射到光罩12的位置再次移位至照射到光罩12的位置的期间，曝光装置10的图未标的控制机构是对移动机构42的电动机机构48发出驱动讯号。接收到驱动讯号的电动机机构48，使螺丝棒50仅旋转预定角度，使反射镜30得以通过移动体52沿与支撑机构16大致平行的朝旋转轴线P的方向仅移动预定量X1(参照图3(A))。借此，照射区域M可由外侧往内侧朝着接近支撑机构16的旋转轴线P的方向、也即支撑机构16的半径方向移动。
参照图4，照射区域M，在支撑机构16每旋转一次时，即由外侧往内侧朝半径方向进行距离仅为尺寸d的移动，如同绘制同心圆R1、R2、…、Rn、…、Re一般，沿着圆周方向移动，并朝半径内侧方向移动。该尺寸d表示Rn与Rn+1之间的半径方向的尺寸，需依据照射区域M的大小及形状而定。
如上述一般，是在反射镜30仅移动距离d的同时，与上述同步，如下所详述一般使反射镜32，34，36，透镜38，40移动，反射镜32，36进行旋转，借此，可使照射区域M在支撑机构16每进行一次旋转时，即可朝半径方向移动照射区域M的扫描路径的变动间距d。
移动机构44的电动机构56，使螺丝棒58仅旋转预定角度，使反射镜32以及透镜38通过移动体62沿与支撑机构16大致平行的朝旋转轴线P的方向仅移动预定量X1(参照图3(A))。而电动机机构56，是以螺丝棒58使螺丝棒60仅旋转预定角度，使反射镜36以及透镜40通过移动体64沿与支撑机构16的旋转面大致平行的朝旋转轴线P的方向仅移动预定量X1(参照图3(A))。
收容在移动体62中的图未标的电动机机构，是以连结棒66的延伸方向做为旋转轴线，并通过连结棒66朝图3的逆时针方向使反射镜32仅进行r1的旋转，并改变反射镜32的反射面的方向。收容在移动体64内的图未标的电动机机构，是以连结棒70的延伸方向做为旋转轴线，并通过连结棒70朝图3的顺时钟方向使反射镜36仅进行r1的旋转，并变更反射镜36的反射面的方向。
移动机构46的电动机机构74，使螺丝棒76仅进行预定角度的旋转，而使反射镜34通过移动体78朝着与支撑机构16大致垂直的下方仅移动预定量Y1(参照图3(A))。
如上述一般，反射镜32，34，36，透镜38，40是与反射镜30同步进行移动，反射镜32，36依预定角度进行旋转。借此，对被曝光物14的曝光区域Q，可进行与照射区域M的移动量相同的移动，该照射区域M是由外侧往内侧朝着接近支撑机构16的旋转轴线P的方向也即支撑机构16的半径方向移动。
因此，对光罩12的照射区域M与对被曝光物14的曝光区域Q，是位于与支撑机构16的旋转轴线P保持恒定对称也即旋转对称的位置。此外，光罩12与被曝光物14之间的光路长度也维持恒定。
具体而言，光罩12与透镜38之间的光路长度L1；透镜38与反射镜34之间的光路长度L2；反射镜34与透镜40之间的光路长度L3；以及透镜40与被曝光物14之间的光路长度L4是彼此恒定维持在相等的状态。
更进一步而言，使用远心光学系统并将曝光倍率设定在1∶1时，L1＝L2＝L3＝L4＝f。在此，f为透镜38，40的焦点距离。因此将倍率设定为1∶1时，是使用具有相同焦点距离的透镜38，40。
如上述一般，是将对光罩12的照射区域M与对被曝光物14的曝光区域Q恒定维持在与支撑机构16的旋转轴线P形成旋转对称的位置上并进行扫描曝光。
参照图3(B)可得知，在扫描曝光的最后阶段，光源光是照射在距离光罩12的旋转轴线P最近的位置。借此，光罩12的所有图案将曝光在被曝光物14上，而完成曝光处理。
如上述一般，在本发明中，在进行曝光时，只需使支撑机构16朝同一方向旋转即可，因此不会产生在以往的曝光技术中，出现例如在通过XY驱动机构使支撑机构进行XY驱动的曝光技术中所产生的反复移动、停止支撑机构所致的问题，同时可使对作用于驱动系统的负荷降低到最小限度。此外，因负荷降低的缘故，而可以进行高速扫描，并大幅提升通过率(throughput)。
支撑机构16是以：曝光时，对光罩12的照射量为一定的情况下，当照射区域M位于支撑装置16的外周时，支撑机构16的旋转变慢，而随着照射区域M往内周侧移动其旋转速度则跟着加快，也即线速度维持一定的方式进行旋转。可将支撑机构16的旋转设定成角速度一定的旋转、也即等速旋转，或代之以使其配合曝光位置而使曝光量改变。
参照图5，照射区域M的形状，可做成具有由2个不同曲率半径的圆弧RB、RS所围成的扇形。做成这种形状时，可消除当照射区域M的形状为圆形或六角形等时所造成的扫描时的照射区域M的外周侧(圆弧RB侧)与内周侧(圆弧Rs侧)之间的光量差。
作为照射区域M的扫描路径，是在图4所示例中显示经过同心圆般的扫描路径，但也可依照逐渐接近旋转中心的螺旋状扫描路径进行扫描。即使在使用同心圆及螺旋状的任一扫描路径的情况下，照射区域M以及曝光区域Q也可由半径方向内侧往外侧移动。
是以单一的透镜说明成像用透镜38、40，但也可依照解像度而使用多个透镜。在多个透镜方面，例如，可使用像的扩大倍率为1比1的远心光学系统透镜。
如图6所示，若将多组光罩以及被曝光物配置在支撑机构16上，即可进一步提升通过率。在图中，光罩82及被曝光物84的一组是与光罩12及被曝光物14的一组以90度错开配置。
在图7中，与图1至图4所示的曝光装置10共同的部分是以同一符号标示，省略共同部分的一部分。
参照图7，在曝光装置86中，取代图1所示的曝光装置10所使用的透镜38及40，而使用一个成像用透镜88。透镜88是以图未标的连结棒安装在移动机构46的移动体78。因此，透镜88是通过电动机机构74的驱动所产生的螺丝棒76的旋转而在移动体78与反射镜34之间一起直线移动。
在曝光装置86中，光罩12与被曝光物14之间的光路长度维持一定。更详细而言，光罩12与透镜88之间的光路长度LL1，是与透镜88及被曝光物14之间的光路长度LL2恒定维持在相等的状态。
在图7所示实施例中，仅需一个成像用透镜。曝光装置的构造比以往的构造简单，且装置的设计与制造也较为容易。
在图8中，与图1至图4所示的曝光装置10共同的部分是以同一符号标示，省略共同部分的一部分。
参照图8，在曝光装置90中，是取代图1所示的曝光装置10所使用的透镜38及40以及反射镜34，而使用凹面镜92及反射镜94。凹面镜92，是通过图未标的连结棒而安装在移动机构46的移动体78上。因此，凹面镜92是通过电动机机构74的驱动所产生的螺丝棒76的旋转而与移动体78一起直线移动。而反射镜94并不移动，并安装在图未标的固定侧的预定位置上。
凹面镜92，在凹面中具有反射面，并具有反射镜及成像透镜两者的机能。反射镜94，是将来自反射镜32的反射光导向凹面镜92，并将来自凹面镜92的反射光导向反射镜36。
在曝光装置90中，光罩12与被曝光物14之间的光路长度维持一定。更详细而言，光罩12与凹面镜92之间的光路长度LL3，是与凹面镜92与被曝光物14之间的光路长度LL4恒定维持在相等的状态。
由于在图8所示的实施例中，无须使用成像用透镜。因此，没有限制较多的透镜设计或透镜制造上的问题，且曝光装置的构造比以往更为简化，装置的设计与制造也更为容易。
本发明，不限于上述实施例，只要未脱离发明的主旨，任何变更均为可行。组件符号说明：10、86、90曝光装置12、82光罩14、84被曝光物16支撑机构18旋转机构20光源机构22成像光学机构24照射位置变更机构26、28支撑体30、32、34、36、94反射镜38、40、88透镜42、44、46移动机构48、56、74电动机机构52、62、64、78移动体54、66、68、70、72、80连结棒58、60、76螺丝棒92凹面镜D 变动间距 M 照射区域P 旋转轴线 Q 曝光区域R1、R2…Rn、Re同心圆f 焦点距离L1、L2、L3、L4、LL1、LL2光路长度