JP2009246165A - 露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空間光変調素子11により、波長λの光によるL/Sパターンが作成される。L/Sパターンは、投影光学系13により、所定の投影面に投影される。L/Sパターンには、λ/NA<P1<2λ/NAを満たす周期P1のL/Sパターンと、1.2P1<P2<1.6P1を満たす周期P2のL/Sパターンとが含まれる。
【選択図】図2
Description
焦点調整時には、投影光学系の解像限界に近い周期(=線幅+線間幅)のラインアンドスペースパターン(以下、「L/Sパターン」という。)が投影面に投影される。その一方で、投影光学系に含まれるフォーカスレンズが光軸方向に移動されることにより、焦点が投影面に対して光軸方向に変動される。そして、CCDセンサを含む観察用光学系により、投影面上のL/Sパターンが連続的に読み取られ、画像処理により、焦点の変動によるL/Sパターンのコントラストの変化が取得される。焦点が投影面に合うと、コントラストが極大値となるので、そのコントラストが極大値となるときの焦点の位置が合焦位置として検出される。
図13Aに示すように、焦点がP2/λ(λ:レーザビームの波長)だけ移動されるごとに、L/Sパターンが投影面に明瞭に現れ、また、L/Sパターンのラインとスペースとが反転(明暗が反転)する。したがって、図13Bに示すように、L/Sパターンのコントラストは、周期P2/λごとに極大値をとる。そのため、焦点の変動範囲がP2/λよりも大きいと、その変動範囲で焦点を変動させたときに、コントラストが極大値となる焦点の位置が複数検出され、合焦位置の正確な検出が困難である。
周期P1が投影光学系の解像限界(≒λ/2NA)の2〜4倍に設定され、周期P2が周期P1よりも長く設定されているので、焦点が投影面に合った状態で、周期P1および周期P2の各L/Sパターンを投影面に良好に投影することができる。
また、前記パターン作成手段は、請求項4に記載のように、前記L/Sパターンに対応したマスクパターンを有するレチクルである、請求項1または2に記載の露光装置。
前記露光装置は、請求項5に記載のように、前記投影光学系から出射される光を受光し、その受光した光に応じた画像データを生成する読取手段と、前記読取手段により生成される前記画像データに基づいて、前記焦点が前記投影面に合うときの前記焦点の位置である合焦位置を検出する合焦位置検出手段とを備えていてもよい。この場合、合焦位置を自動的に検出することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る露光装置の斜視図である。
露光装置1は、直接描写描画方式の露光装置であり、基板上の感光材料にパターンを描写描画する露光処理に用いられる。基板には、たとえば、TFT(Thin Film Transistor)液晶パネル用ガラス基板などの液晶表示装置用基板、半導体ウエハ、プラズマディスプレイ用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板が含まれる。
ステージ3は、その上面に基板を載置可能な矩形板状に形成されている。
ステージ移動機構4は、ステージ3を移動させるための駆動力を発生するモータ、ステージ3の移動を案内するためのレールなどを備えている。このステージ移動機構4により、基台2上において、ステージ3をY方向、Y方向と直交するX方向および鉛直軸線まわりのθ方向に移動させることができる。
照明光学系ユニット7は、フレーム6の上面に固定されている。照明光学系ユニット7には、各レーザユニット5からの1本のレーザビームを4本に分岐させるためのレンズなどが備えられている。これにより、照明光学系ユニット7において、互いに平行な8本のレーザビームが生成される。
ヘッド8には、レーザビームを変調する空間光変調素子11と、照明光学系ユニット7からのレーザビームを反射させて、空間光変調素子11に導くための折返しミラー12と、空間光変調素子11により変調されたレーザビームが通過する投影光学系13とが備えられている。
投影光学系13には、フォーカスレンズ14などが含まれる。このフォーカスレンズ14には、たとえば、ボールねじ機構を含むフォーカス駆動機構15が結合されている。フォーカス駆動機構15により、フォーカスレンズ14をレーザビームの光軸方向に移動させることができる。フォーカスレンズ14の光軸方向の移動に伴って、レーザビームの焦点が光軸方向に移動する。
投影面に投影される各L/Sパターンは、CCDセンサ16により連続的に読み取られる。この読み取りにより生成される信号は、画像処理部20に与えられる。画像処理部20により、CCDセンサ16からの信号に基づいて、各L/Sパターンのコントラストが連続して取得される。また、画像処理部20により、合計値(焦点の位置が互いに同じ位置での周期P1のL/Sパターンのコントラストと周期P2のL/Sパターンのコントラストとを足し合わせた値)が算出され、焦点の移動に伴う合計値の変化が調べられる。そして、画像処理部20により、合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置が合焦位置として検出される。
図3Aは、周期P1(=1.0)のL/Sパターンの一例を示す図である。図3Bは、焦点の変動に伴う投影面上の周期P1(=1.0)のL/Sパターンのコントラストの変化を示す図である。図4Aは、周期P2(=1.4)のL/Sパターンの一例を示す図である。図4Bは、焦点の変動に伴う投影面上の周期P2(=1.4)のL/Sパターンのコントラストの変化を示す図である。図5は、焦点の変動に伴う合計値の変化を示す図である。
一方、焦点を一定範囲で変動させつつ、図4Aに示す周期P2のL/Sパターンを投影面に投影させると、投影面上の周期P2のL/Sパターンのコントラストは、図4Bに示すように、焦点の移動に伴い、周期P2 2/λ=22.08μmごとに極大値をとるように変化する。
周期P2がP2=1.2である場合、図6に示すように、焦点が合焦位置から11.26μmだけずれた位置で、周期P1のL/Sパターンのコントラストが極大値となり、周期P2のL/Sパターンのコントラストが極大値の約1/2となる。
また、図示しないが、周期P2がP2=1.6である場合にも、焦点が合焦位置から11.26μmだけずれた位置で、周期P2のL/Sパターンのコントラストが極大値の約1/2となる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、複数の空間光変調素子11が1次元配列され、その配列方向に幅を有するラインビームが空間光変調素子11により変調される構成が採用されてもよい。
空間光変調素子11に照射される光がラインビームである場合、そのラインビームの集光位置が空間光変調素子11の反射面からずれていると、これに起因して、焦点が投影面からずれるため、露光装置1における焦点深度が小さくなる。
ラインビームを変調せずに投影面に投影させ、その一方で、焦点を投影面に対して光軸方向に変動させる。また、投影面に投影されるラインビームをCCDセンサ16により連続的に読み取り、そのラインビームのコントラストを連続して取得する。そして、焦点の位置が互いに同じ位置での合計値(図5参照)とラインビームのコントラストとを足し合わされ、その加算値の変化を調べ、加算値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置を合焦位置として検出する。
空間光変調素子11により作成されるL/Sパターンは、図10に示すように、ラインとスペースとがX方向に交互に配列された周期P1のL/Sパターン、ラインとスペースとがX方向に交互に配列された周期P2のL/Sパターン、ラインとスペースとがY方向に交互に配列された周期P1のL/SパターンおよびラインとスペースとがY方向に交互に配列された周期P2のL/Sパターンを含んでいてもよい。この場合、これらのL/Sパターンを投影面に投影して、投影面上における各L/Sパターンのコントラストを取得し、焦点の位置が互いに同じ位置での各コントラストの合計値の変化を調べ、その合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置を合焦位置として検出する。これにより、投影光学系13の非点収差が考慮された良好な合焦位置の検出を達成することができる。
図11に示す構成では、観察用光学系17に含まれるレンズなどをレーザビームの光軸方向に移動(観察用光学系17の焦点距離を変化)させる観察用光学系移動機構31が設けられている。焦点調整時には、たとえば、焦点を固定とし、観察用光学系17に含まれるレンズなどを移動させつつ、周期P1および周期P2の各L/SパターンをCCDセンサ16により読み取る。こうすることによっても、CCDセンサ16により生成される画像データに基づいて、観察用光学系17に含まれるレンズなどの移動に伴う各L/Sパターンのコントラストを取得することができる。そして、合計値が最も大きな極大値となるときのレンズなどの位置に基づいて、合焦位置を検出することができる。
図12に示すヘッド8には、図2に示す空間光変調素子11および折返しミラー12に代えて、周期P1および周期P2の各L/Sパターンに対応したマスクパターンを有するレチクル41と、照明光学系ユニット7からのレーザビームを反射させて、レチクル41に導くための折返しミラー42とが備えられている。この構成によっても、周期P1および周期P2の各L/Sパターンを投影面に投影することができ、合焦位置を正確かつ容易に検出することができる。
5 レーザユニット(光源)
11 空間光変調素子(パターン作成手段)
13 投影光学系
14 フォーカスレンズ(焦点位置変更手段)
15 フォーカス駆動機構(焦点位置変更手段)
16 CCDセンサ(読取手段)
17 観察用光学系(読取手段)
18 描画制御部(パターン作成手段)
20 画像処理部(合焦位置検出手段)
31 観察用光学系移動機構(移動機構)
41 レチクル
Claims (6)
- 波長λの光を出射する光源と、
光源からの光が照射され、その光による複数種類のラインアンドスペースパターンを作成するパターン作成手段と、
前記ラインアンドスペースパターンを所定の投影面に投影する投影光学系と、
前記投影光学系から出射される光の焦点の位置を変更する焦点位置変更手段とを備え、
前記ラインアンドスペースパターンには、周期P1のラインアンドスペースパターンと、周期P2のラインアンドスペースパターンとが含まれ、
前記周期P1は、λ/NA<P1<2λ/NA(NA:前記投影光学系の像側開口数)を満たし、
前記周期P2は、1.2P1<P2<1.6P1を満たす、露光装置。 - 前記ラインアンドスペースパターンには、周期P3のラインアンドスペースパターンがさらに含まれ、
前記周期P3は、1.2P2<P3<1.6P2を満たす、請求項1に記載の露光装置。 - 前記パターン作成手段は、前記光源からの光を変調し、その変調により前記ラインアンドスペースパターンを作成する空間光変調素子を含む、請求項1または2に記載の露光装置。
- 前記パターン作成手段は、前記ラインアンドスペースパターンに対応したマスクパターンを有するレチクルである、請求項1または2に記載の露光装置。
- 前記投影光学系から出射される光を受光し、その受光した光に応じた画像データを生成する読取手段と、
前記読取手段により生成される前記画像データに基づいて、前記焦点が前記投影面に合うときの前記焦点の位置である合焦位置を検出する合焦位置検出手段とを備えている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光装置。 - 前記読取手段を前記投影光学系から出射される光の光軸方向に移動させる移動機構を備えている、請求項5に記載の露光装置。
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