JP2010278353A - 露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】、裏面側の位置検出光学系を移動させることなく、投影光学系の露光パターンの投影位置及び位置検出光学系の検出位置の相対的な位置合わせをより正確に行って、露光を高精度に行うことが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置1は、基板7を載置するステージ9と、基板7の表面側に配置され、基板7の表面7aにパターンを投影する投影光学系4と、基板7の裏面側に配置され、基板7の裏面7bに形成された位置合わせマークを検出する裏面位置検出光学系6と、ステージ9を貫通する貫通孔9bに取り付けられ、光を透過する部材で形成された窓部材10と、投影光学系4により窓部材10の表面10aに形成されたパターンの像を、窓部材10の裏面側から裏面位置検出光学系6で検出し、投影光学系4により形成されるパターンの像の位置と裏面位置検出光学系6で検出される位置合わせマークの位置との相対関係を算出する制御部11と、を有する
【選択図】図1
【解決手段】露光装置1は、基板7を載置するステージ9と、基板7の表面側に配置され、基板7の表面7aにパターンを投影する投影光学系4と、基板7の裏面側に配置され、基板7の裏面7bに形成された位置合わせマークを検出する裏面位置検出光学系6と、ステージ9を貫通する貫通孔9bに取り付けられ、光を透過する部材で形成された窓部材10と、投影光学系4により窓部材10の表面10aに形成されたパターンの像を、窓部材10の裏面側から裏面位置検出光学系6で検出し、投影光学系4により形成されるパターンの像の位置と裏面位置検出光学系6で検出される位置合わせマークの位置との相対関係を算出する制御部11と、を有する
【選択図】図1
Description
本発明は、露光装置に関する。
従来、基板上にフォトレジストを塗布し、露光、現像、及び、エッチング工程を経て電気回路素子を製造する際に、サイリスタなど一部の電気回路素子では、その構造上、基板の両面に対して上記工程を行って素子を作成する必要があった。この両面への加工を高精度に行うため、基板の裏面に設けられた位置合わせマークを検出して、位置合わせを行う露光装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、最近では、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子なども半導体プロセスを使って作成されるようになったため、このような裏面からの加工の需要が増えてきている。この場合、より高精度な加工技術が求められているが、投影光学系がパターンを投影する位置と、位置検出光学系が位置合わせマークを検出する位置との相対関係を決める必要があり、そのための提案がなされている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2に記載の発明は、レチクル(またはフォトマスク)を用いた露光方法であり、露光前に行う基板の位置合わせのために、まず投影光学系から基板を退避させた状態で、投影光学系によりレチクルに設けたレチクルアライメントマークを投影し、この投影位置を裏面側の位置検出光学系により検出するようにしている。その際に、位置検出光学系のレンズを移動させて、基板の厚さの影響を除去していた。
しかしながら、位置検出光学系のレンズを移動させることにより光軸がずれたり、移動方向が投影光学系の光軸に完全には一致していなかったりすることがあり、その結果、位置検出光学系が検出する位置にズレが生じてしまうと言う課題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、裏面側の位置検出光学系を移動させることなく、投影光学系が露光パターンを投影する表面側の位置と、位置検出光学系が検出する裏面側の位置との相対関係を高精度に決めることが可能な露光装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る露光装置は、基板を載置するホルダを有するステージと、基板の表面側に配置され、基板の表面にパターンを投影する投影光学系と、基板の裏面側に配置され、基板の裏面に形成された位置合わせマークを検出する裏面位置検出光学系と、ホルダを貫通する貫通孔に取り付けられ、光を透過する部材で形成された窓部材と、投影光学系により窓部材の表面に形成されたパターンの像を、窓部材の裏面側から裏面位置検出光学系で検出し、投影光学系により形成されるパターンの像の位置と裏面位置検出光学系で検出される位置合わせマークの位置との相対関係を算出する制御部と、を有する。
このような露光装置において、窓部材は、当該窓部材の表面が、ホルダ上に載置された状態の基板の表面と略同一平面上に位置し、かつ、投影光学系より当該窓部材の表面に形成されたパターンの像が裏面位置検出光学系の焦点面に略一致する厚さを有することが好ましい。
このとき、窓部材は、この窓部材の媒質の投影光学系からの光に対する屈折率をnEXPとし、窓部材の厚さをtwとし、基板の厚さをtsとし、投影光学系の合焦位置と裏面位置検出光学系の合焦位置との差をΔEXPとし、裏面位置検出光学系の焦点深度をDOFとしたとき、次式
の条件を満足するよう構成されることが好ましい。
また、このような露光装置は、ホルダ上に載置したときに、ホルダの表面および窓部材の表面に接する面を有し、当該面の各々に校正用マークが形成された校正用標板を有し、制御部は、ホルダ上にこの校正用標板が載置された状態で、裏面位置検出光学系により校正用マークの各々の位置を検出して、投影光学系により形成されるパターンの像の位置と裏面位置検出光学系により検出される位置合わせマークの位置との相対関係のオフセットを算出することが好ましい。
本発明に係る露光装置を以上のように構成すると、基板の裏面側の位置検出光学系を移動させることなく、投影光学系が露光パターンの像を投影する位置と、位置検出光学系による位置合わせマークの検出位置との相対関係を算出し、これらの位置合わせをより正確に行うことができ、露光装置による露光を高精度に行うことができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いて本実施形態に係る露光装置1の構成について説明する。本実施形態の露光装置1は、DMD素子からの像(露光パターン)を基板7上に投影するマスクレス露光装置であって、図1に示すように、照明光を照射する照明光学系2と、この照明光学系2からの照明光を空間的に変調し複数の像(露光パターン)を生成する光変調部としてのDMD素子3と、このDMD素子3からの露光パターンを基板7上に投影する投影光学系4と、この投影光学系4に組み込まれ、DMD素子3からの露光パターンの像が基板7の表面に合焦するよう調整するためのオートフォーカス検出光学系5と、基板7の裏面側の位置を検出するための裏面位置検出光学系6と、基板7を載置するためのホルダ8を備えたステージ9と、オートフォーカス検出光学系5及び裏面位置検出光学系6からの検出結果によりDMD素子3およびステージ9の作動を制御する制御部11と、を有して構成されている。
DMD素子3は、反射角を変更可能な図示しない複数のマイクロミラーを有して構成されている。DMD素子3の各マイクロミラーは、制御部11により駆動され、その反射面の反射角を変化させることで、反射光を投影光学系4に導くか導かないかを任意に選択することができ、多様な形状の露光パターンを生成することができる。
照明光学系2は、水銀灯、LEDなどからなる基板7上に塗布されたフォトレジストを感光させる波長を発する露光光源21と、この露光光源21からの照明光を集光してDMD素子3に照射するコンデンサレンズ22とから構成されている。また、投影光学系4は、DMD素子3にて生成された露光パターン(露光光)を略平行光に変換する第2対物レンズ41と、この略平行光を基板7上に投影する対物レンズ42とから構成されている。
オートフォーカス検出光学系5は、基板7上に塗布されたフォトレジストを感光させない波長のフォーカス検出用の光(以下、「フォーカス検出光」と呼ぶ)を出射する点光源51と、この点光源51からのフォーカス検出光を略平行光に変換するコリメータレンズ52と、このコリメータレンズ52を透過したフォーカス検出光のうち、その瞳の半分を遮る遮光絞り53と、この略平行なフォーカス検出光を透過し基板7で反射された反射光をさらに反射するハーフミラー54と、投影光学系4の光路上に配置され、フォーカス検出光とその反射光とを反射し、露光光を透過するダイクロイックミラー55と、ダイクロイックミラー55及びハーフミラー54で反射された反射光を結像する結像レンズ56と、この像を受光するリニアセンサ57とから構成されている。
基板7を載置するホルダ8には、上下方向(投影光学系4および裏面位置検出光学系6の光軸と略平行な方向)に貫通する貫通孔8a及び貫通孔8bが形成されている。貫通孔8aは、基板7の裏面に形成された位置合わせマークを観察するための開口である。基板7の裏面には、例えば、十字マークなどの位置合わせマークが3カ所以上形成されており、これらの位置合わせマークを、各位置合わせマークに対応して形成された複数の貫通孔8aを介して裏面位置検出光学系6が検出する。また、貫通孔8bには光透過性の窓部材10が取り付けられている。この窓部材10は、後述するように、投影光学系4による露光パターンの投影位置と、裏面位置検出光学系6による位置合わせマークの検出位置との相対的な位置合わせをするために設けられている。なお、貫通孔8b(窓部材10)は、ホルダ8上に載置された基板7がこの貫通孔8bを塞がない位置に形成されている。また、ステージ9は、制御部11によって制御される図示しない適宜の移動手段により、水平方向及び鉛直方向に移動可能となっている。なお、ステージ9には干渉計またはリニアエンコーダが取り付けられ、制御部11によってホルダ8の位置がモニタリングされている。
裏面位置検出光学系6は、ホルダ8を挟んで投影光学系4と対向する側、すなわち、ホルダ8の下方に配置されている。この裏面位置検出光学系6は、位置検出用の光(以下「位置検出光」と呼ぶ)を出射する位置検出用光源61と、この位置検出用光源61からの位置検出光を集光するコンデンサレンズ62と、このコンデンサレンズ62で集光した位置検出光を基板7方向に反射するハーフミラー63と、このハーフミラー63で反射された位置検出光を集光して基板7の裏面を照明する対物レンズ64と、基板7の裏面で反射して再び対物レンズ64で集光され、ハーフミラー63を透過した反射光を結像させる結像レンズ65と、この像を検出する撮像素子66とから構成されている。
以上のような構成の露光装置1において、照明光学系2の露光光源21から出射した照明光(露光光)は、コンデンサレンズ22を介してDMD素子3に照射される。このとき、制御部11では、この制御部11に内蔵されたパターンジェネレータの信号に対応して、DMD素子3の画素に相当するすべてのマイクロミラーの反射角を制御する。この制御により、DMD素子3の各マイクロミラーでは照明光を投影光学系4に導くか否かを選択することができ、所望の露光パターンを生成することができる。このDMD素子3により生成された露光パターンは、投影光学系4により基板7上に投影される。このとき、投影光学系4に組み込まれたオートフォーカス検出光学系5からのフォーカス信号に基づいて、制御部11の制御によりステージ9を上下させて、DMD素子3からの露光パターンが基板7の表面に合焦するよう投影される。そして、この露光パターンの投影により、基板7に対して露光が行われる。
ここで、オートフォーカス検出光学系5の動作を説明する。まず、点光源51から射出したフォーカス検出光がコリメータレンズ52で略平行光に変換される。この略平行なフォーカス検出光は、上述のように、遮光絞り53により瞳の略半分が遮られて絞られた後、ハーフミラー54を透過して、ダイクロイックミラー55に入射し、このダイクロイックミラー55で基板7の方向に反射され、投影光学系4の対物レンズ42を介して基板7上に照射される。そして、この基板7で反射された反射光は、投影光学系4の対物レンズ42により再び集光された後、ダイクロイックミラー55で反射されてオートフォーカス検出光学系5に導かれる。反射光は、さらにハーフミラー54で反射され、結像レンズ56によりリニアセンサ57上に結像する。このように、このオートフォーカス検出光学系5は、いわゆる瞳半隠しフォーカス検出光学系になっている。そして、このリニアセンサ57で得られた像を基に、投影光学系4の合焦位置に対する基板7の高さのずれが検出され、その信号に基づいて制御部11によりステージ9を光軸方向(上下方向)に移動させることにより、DMD素子3からの露光パターンを基板7の表面に合焦させる。
一方、裏面位置検出光学系6において、位置検出用光源61から出射した位置検出光はコンデンサレンズ62で略平行光に変換されてハーフミラー63に入射し、このハーフミラー63で反射された後、対物レンズ64により集光され、ホルダ8に設けられた貫通孔8aを介して基板7の裏面を照明する。この基板7の裏面には、前述の通り位置合わせマークが3カ所以上形成されている。基板7の裏面で反射した位置検出光は、再び対物レンズ64で集光されて略平行光になり、ハーフミラー63を透過した後、結像レンズ65により撮像素子66上に結像する。この撮像素子66では、基板7の裏面像が光電変換され、画像処理により位置合わせマークが認識される。
裏面位置検出光学系6では、予め、制御部11により位置合わせの基準となる基準点を記憶している。基準点とは、後述する投影光学系4により窓部材10上に投影されたパターン中心を裏面位置検出光学系6で検出したときの撮像素子66上の座標のことである。この基準点と、撮像素子66で認識された3箇所以上の位置合わせマークの各中心とが順次一致するように、制御部11の制御によりステージ9を移動させる。そして、制御部11は、その際のステージ9の座標を読み込むことにより、基板7のステージ9における座標上での水平面内の位置及び水平面内の回転量が算出される。このように算出された基板7の位置及び回転量に基づいて、ステージ9を移動させて所定の露光位置に基板7を移動させ、露光処理を行う。なお、この裏面位置検出光学系6による処理は、例えば、基板7をホルダ8にセットし、露光処理を行う前に実行される。
ところで、上述のように基板7を正確な露光位置に配置した場合でも、投影光学系4による露光パターンの投影位置と、裏面位置検出光学系6による位置合わせマークの検出位置との相対的な位置関係にズレを生じている場合、高精度な加工ができない。この高精度な加工を可能とするため、投影光学系4の投影位置と裏面位置検出光学系6の基準点との相対的な位置関係を正確に把握し、ズレがある場合は補正する必要がある。そのため、本実施形態の露光装置1では、上述の窓部材10を用いて投影光学系4と裏面位置検出光学系6との位置合わせマークの中心位置(追い込み位置)の計測処理が行われる。この処理は、例えば、加工を行う前に、初期処理として一度行ってもよいし、所定の時間ごとに複数回行ってもよい。
まず、投影光学系4の投影位置と裏面位置検出光学系6の検出位置との位置関係について、図2を参照して説明する。基板7に露光パターンを投影する場合には、図2(a)に示すように、DMD素子3からの露光光LEXPが基板7の表面7aで合焦するように、オートフォーカス検出光学系5(オートフォーカス機構)による検出結果に基づいて、制御部11がステージ9を上下動させることで調整される。その際、裏面位置検出光学系6は、貫通孔8aを介して基板7の裏面7b、すなわち、ホルダ8と基板7との接触面に合焦して観察することができるように構成されている。つまり、投影光学系4及び裏面位置検出光学系6は、共に、基板7の表面7aおよび裏面7bにそれぞれ合焦している状態になっている。
図2(b)では、ステージ9を水平方向に移動させて、窓部材10において、投影光学系4が露光パターンを投影する位置と、裏面位置検出光学系6がこの露光パターンを検出する位置との対応をとっている状態を示している。このとき、DMD素子3は、露光パターンを投影する位置の指標になるように、例えば、十字パターンなどの露光パターンを表示している。そして、オートフォーカス機構により、DMD素子3からの十字パターンは、窓部材10の上面10aに合焦するように調整される。また、この窓部材10は、光透過性であるため露光パターンを含む露光光LEXPは、図2(b)に示すように、屈折して窓部材10を透過する。この窓部材10は平行平板であり、その厚さをtw、窓部材10での露光光LEXPの屈折率をnEXPとしたとき、像の浮き上がり量uは、以下に示す式(1)により表される。
また、ホルダ8に穴が開いている場合など、この穴から裏面位置検出光学系6の位置検出光が漏れて装置本体に照射され、その結果、基板7に不測の迷光が照射されることがある。このような迷光が照射されても基板7上のレジストが感光しないように、裏面位置検出光学系6では露光光とは異なる波長の光を位置検出光として用いるのが一般的である。しかしながら、この波長の違いによる露光光と位置検出光との色収差が原因で、合焦位置のズレが生じてしまう。図2(b)の例では、露光光LEXPの合焦位置が、裏面位置検出光学系6の合焦位置よりも、ΔEXPだけ低い位置にある場合を示している。つまり、基板7の厚tsと露光光LEXPの合焦位置のズレ量ΔEXPとの和と、上記式(1)で表される像の浮き上がり量uとが焦点深度内で一致すれば、裏面位置検出光学系6を上下に移動させることなく、合焦した状態で、裏面位置検出光学系6は投影光学系4が露光パターンを投影する位置を検出することができる。この関係は、窓部材10における裏面位置検出光学系6の焦点深度をDOFとしたとき、以下に示す式(2)で表される。
上記式(2)の関係を満足するように窓部材10を構成する、すなわち、この条件式(2)を満足する厚さtwとすることにより、投影光学系4により露光パターンが投影された位置(パターンの中心)を、裏面位置検出光学系6により検出し、撮像素子66上の座標として検出することにより、投影光学系4と裏面位置検出光学系6との相対的な位置関係を、正確に算出することができる。撮像素子66上のパターン中心の座標は前述の基準点となる。そのため、裏面位置検出光学系6を用いた位置合わせによって基板7を露光位置に設置し、この基板7に対して、投影光学系4による露光を高精度に行うことができる。窓部材10に石英(nexp=1.46674)を使った場合、裏面位置検出光学系6の開口が0.3、露光光波長が435nmのとき、焦点深度DOFは約2.4μmとなる。裏面位置検出光学系6の合焦位置のずれ10μm、基板7の厚さ0.7mmとしたとき、2.224mm<tw<2.238mmが窓部材10の厚さの最適値となる。
ところで、以上の説明では、窓部材10が平行平板である場合について説明したが、現実に使用される窓部材10では、表面と裏面との平行が完全でない場合や、取り付けが不完全で表面と裏面とが、投影光学系4及び裏面位置検出光学系6の光軸に対して垂直でない場合がある。このような場合の位置合わせ処理について、図3及び図4を用いて、以下に説明する。
まず、図3に示すように、窓部材10の表面10aと裏面10bとの平行が完全ではなく、例えば、裏面10bが光軸に対して角度εだけ傾斜していた場合、窓部材10の表面10aの位置は、近似的に以下に示す式(3)で算出されるEεだけシフト(横ズレ)して観察される。
また、図4に示すように、窓部材10の取り付けが不完全で、表面10aと裏面10bとが光軸に対して角度δだけ傾斜していた場合には、窓部材10の表面10aの位置は、近似的に以下に示す式(4)で算出されるEδだけシフト(横ズレ)して観察される。
このような表面9aの位置の横ズレは、窓部材10本体及び取り付けが完全でないことに起因するものであるので、装置内で変化することはほとんど考えられない。そのため、投影位置と検出位置との相対的な位置合わせを行う際のオフセットとして補正してやればよい。そのためには、図5に示すような、校正用標板12を用いることができる。この校正用標板12は、ホルダ8に載置して用いるものであり、ホルダ8への接触面は、窓部材10側がこの窓部材10の突出高さ分だけ切り取られて、段差が設けられている。また、校正用標板12には、校正用マーク12a,12bが形成されているが、これらは、校正用標板12をホルダ8に載置した際に、基板7の裏面7bを観察するための貫通孔8aから校正用マーク12aが観察でき、窓部材10から校正用マーク12bが観察できるように配置されている。なお、校正用標板12に設けられた段差、すなわち、校正用マーク12a,12b間の段差は、厚さtwの窓部材10がホルダ8の表面から浮き上がった浮き上がり量ωにほぼ一致するように形成されている。この校正用マーク12a,12b間の水平方向の相対位置は、干渉計などで厳密に測定されている。
上述のような構成の校正用標板12をホルダ8に載置し、裏面位置検出光学系6により貫通孔8aを介して校正用マーク12aのマーク位置を観察し、ステージ9を適宜移動して校正用マーク12aのマーク位置を撮像素子66の画面中心(基準点)に合わせ、この状態のステージ9の示す座標を記憶する。次に、裏面位置検出光学系6により窓部材10を介して校正用マーク12bのマーク位置を観察し、ステージ9を適宜移動して校正用マーク12bのマーク位置を撮像素子66の画面中心に合わせ、この状態のステージ9の示す座標を記憶する。
このようにして得られた、校正用マーク12aを画像中心に合わせた状態のステージ9の示す座標と、校正用マーク12bを画像中心に合わせた状態のステージ9の示す座標との差を、前述のように予め厳密に測定した校正用マーク12a,12b間の相対位置と比較し、その差分を求める。この差分を位置合わせの際のオフセットとし、露光に際してステージ9移動を行う場合に補正してやることで、位置合わせを正確に行うことができる。
以上のように、本実施形態の露光装置1によれば、裏面位置検出光学系6の一部または全体を移動させることなく、投影光学系4が露光パターンを投影する位置と、裏面位置検出光学系6が、投影された露光パターンを検出する位置とを一致させることができるので、安定した位置合わせが可能となる。
なお、以上の説明では、投影光学系4と裏面位置検出光学系6との位置あわせ機構を、DMD素子3を用いたいわゆるマスクレス露光装置1に適用した例を説明したが、レチクルを用いた露光装置に適用することもできる。この場合、レチクルアライメントマークを裏面位置検出光学系6で検出することにより、露光パターンの投影される位置の座標を、ステージ9の座標として読み込むことができ、前述の位置合わせ処理と同様な手順で、基板7の裏面7bに形成された位置合わせマークに基づいて投影位置と検出位置との位置決めを行って、露光処理をすることが可能である。更に、この位置あわせ機構は、三次元実装の位置調整(アライメント)に応用することも可能である。
1 露光装置 4 投影光学系 6 裏面位置検出光学系
7 基板 7a 表面 7b 裏面
8 ホルダ 8a,8b 貫通孔 9 ステージ
10 窓部材 11 制御部 12 校正用標板
7 基板 7a 表面 7b 裏面
8 ホルダ 8a,8b 貫通孔 9 ステージ
10 窓部材 11 制御部 12 校正用標板
Claims (4)
- 基板を載置するホルダを有するステージと、
前記基板の表面側に配置され、前記基板の前記表面にパターンを投影する投影光学系と、
前記基板の裏面側に配置され、前記基板の前記裏面に形成された位置合わせマークを検出する裏面位置検出光学系と、
前記ホルダを貫通する貫通孔に取り付けられ、光を透過する部材で形成された窓部材と、
前記投影光学系により前記窓部材の表面に形成された前記パターンの像を、前記窓部材の裏面側から前記裏面位置検出光学系で検出し、前記投影光学系により形成される前記パターンの像の位置と前記裏面位置検出光学系で検出される前記位置合わせマークの位置との相対関係を算出する制御部と、を有する露光装置。 - 前記窓部材は、当該窓部材の前記表面が、前記ホルダ上に載置された状態の前記基板の前記表面と略同一平面上に位置し、かつ、前記投影光学系より当該窓部材の前記表面に形成された前記パターンの像が前記裏面位置検出光学系の焦点面に略一致する厚さを有する請求項1に記載の露光装置。
- 前記ホルダ上に載置したときに、前記ホルダの表面および前記窓部材の表面に接する面を有し、当該面の各々に校正用マークが形成された校正用標板を有し、
前記制御部は、前記ホルダ上に前記校正用標板が載置された状態で、前記裏面位置検出光学系により前記校正用マークの各々の位置を検出して、前記投影光学系により形成される前記パターンの像の位置と前記裏面位置検出光学系で検出される前記位置合わせマークの位置との相対関係のオフセットを算出する請求項1〜3いずれか一項に記載の露光装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014521116A (ja) * | 2011-06-27 | 2014-08-25 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 照明制御 |
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2009
- 2009-05-29 JP JP2009131169A patent/JP2010278353A/ja active Pending
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JP2014521116A (ja) * | 2011-06-27 | 2014-08-25 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 照明制御 |
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