JP2015079812A - 基板保持装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板保持機構のシーケンスを指定することで、基板による拘束を発生させずに、高精度な補正駆動が可能な基板保持機構を提供する。【解決手段】基板保持機構３５は、基板３６を吸着保持する複数の基板吸着部材１と、基板吸着部材1上で基板３６のうねりを計測するセンサ６０と、基板吸着部材1を基板３６のうねり方向に駆動させる駆動機構２を有する。駆動機構２を駆動させる際、駆動する基板吸着部材１及びその周辺の吸着を解除することで、駆動機構２が駆動時に基板３６からの拘束の影響を受けない。【選択図】 図２

Description

本発明は液晶パネル並びに半導体デバイスを製造する露光装置における、ガラスプレートならびにシリコンウエハ等の基板表面の凹凸を補正する機構に関する。

近年の露光パターンの微細化に伴い焦点深度が浅くなり、基板保持部分の平面度や基板の厚みムラによって、基板の露光面の全面を焦点深度内に収めることが困難となっている。そのため、基板保持部分を駆動させることで、基板の露光面を焦点深度内に補正駆動する機構がある（図１３、図１４参照）。この基板保持機構は大きく分けて、基板の露光面のうねりを計測する計測手段（４０，４２）と、基板を保持するための多数の面要素６２と、基板を吸着するための吸着孔６４と、基板のうねり方向に面要素６２を駆動する駆動機構６８で構成されている。この基板保持機構は、計測手段（４０，４２）により基板の表面のうねりを計測し、計測結果から基板の表面のうねりを露光装置の結像光学系の焦点深度内に収まるように各々独立に面要素６２を変位させている（特許文献１）。

特開平１０−２０９０３０号公報

しかし、従来の基板保持機構には以下のような問題がある。特許文献１のような基板保持機構にすると、各々の面要素が基板を吸着することにより連結された状態となり、各面要素間に基板による拘束が発生する。この状態で駆動機構を上下に動作させると、基板による拘束の影響で位置決め精度が劣化する。その結果、前記うねり計測から算出した補正量が正確に基板に反映されないため、再度うねり計測を行い、基板保持機構に追込み動作が必要となる。

そこで本発明は、基板保持機構のシーケンスを指定することで、基板による拘束を発生させずに、高精度な補正駆動が可能な基板保持機構を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、基板を吸着保持する複数の基板吸着部材と、前記基板吸着部材上で基板のうねりを計測するセンサと、前記基板吸着部材を基板のうねり方向に駆動させる駆動機構を有し、前記駆動機構を駆動させる際、駆動する前記基板吸着部材および基板の端部までの吸着を解除し、前記駆動機構が駆動時に基板からの拘束の影響を受けないことを特徴とする。

本発明によれば、前記課題で述べた基板による拘束の影響を受けずに、前記基板吸着部材を駆動させることができる。よって基板のうねりに対して高精度に補正駆動が可能な基板保持機構を提供することができる。また、高精度に補正が可能なため、再度基板のうねりを計測する必要がなくなり、スループットの低下を抑えることができる。

本発明の第１実施形態の露光装置の概念図 本発明の第１実施形態の基板保持機構をＸ方向からの概略構成図 本発明の第１実施形態の基板保持機構を斜め上方向から示した概略構成図 本発明の第１実施形態の真空チャック１を示した概略構成図 本発明の第１実施形態の駆動機構２を示した概略構成図 本発明の第１実施形態の動作フローチャート 本発明の第１実施形態の補正駆動シーケンスフローチャート 本発明の実施例２の吸着エリアを示した図 本発明の実施例２の補正駆動シーケンスフローチャート 本発明の実施例２の基板の吸着状態を示した図 本発明の実施例３の補正駆動シーケンスフローチャート 本発明の実施例３の基板の吸着状態を示した図 従来の露光装置の概念図 従来の基板保持機構を示した図

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第1実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態の露光装置の概念図である。投影光学系１０を挟んで垂直方向の上側にマスクステージ２０が配置され、下側にプレートステージ３０が配置されている。これらマスクステージ２０とプレートステージ３０はそれぞれ個別に移動可能であり、これらの移動位置はともにレーザ干渉測長器５０により計測制御可能である。

プレートステージ３０は本体ベース３１上に配置したＹステージ３２およびＸステージ３３を有する。なお、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する方向とする。このＸＹステージ上にθＺステージ３４が搭載され、この上に基板保持機構３５を配置し、それにより露光されるべき基板３６を支持する。従って、基板３６は、プレートステージ３０によりＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能であると共にＸＹ面内でも回転可能に支持されることになる。変位センサ６０は、基板の露光面のうねりを計測するためのもので、この計測結果から、基板保持機構３５は、基板３６の表面を投影光学系１０の基板側焦点面に一致させる。

マスクステージ２０は、マスクステージ定盤２１と、その上に配置されたＸＹθステージ２２とを備え、この上に投影されるべきパタ−ンを有するマスク２３を配置される。従って、マスク２３はＸおよびＹ方向に移動可能であると共にＸＹ面内で回転可能に支持されることになる。マスクステージ２０の上方には、マスク２３と基板３６の像を投影光学系１０を介して観察できる観察光学系４０が配置され、さらにその上方に照明光学系４１が配置されている。

マスクステージ２０およびプレートステージ３０は共にレーザ干渉測長器５０により位置計測制御される。レーザ干渉測長器５０はレ−ザヘッド５１、干渉ミラ−５２，５３、およびθＺステージ３４に取り付けられた第１の反射ミラ−５４とマスクステージ定盤２１に取り付けられた第２の反射ミラ−５５を有する。ここで、レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、マスクステージ２０については上下方向（投影光学系１０の光軸方向）ではほぼ投影光学系１０のマスク側焦点面に設定され、水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定される。プレートステージ３０については水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定されているが、上下方向では投影光学系１０のプレート側焦点面から下側に距離Ｌだけ変位した位置を通るように設定されている。

図２および図３に本発明に関わる基板保持機構３５を示す。本実施形態の基板保持機構３５は、基板３６を吸着保持する真空チャック１と、前記真空チャック１の下部に設けられたZ方向に変位可能な駆動機構２と、前記駆動機構２を支持するθＺステージ３４と、θＺステージ上部に搭載された基板のうねりを計測するためのうねり計測センサ６０からなる。また、前記真空チャック１は個別に吸着・大気開放・ブローが可能なエアーライン３を有し、それぞれの真空チャック１ごとに動作を行うことができる電磁弁４を有する。

図４は真空チャック1を拡大した図である。図４に示すように真空チャック1表面は、基板３６との接触面積を減らすために凸形状のピン５が周期的に並んでいる。また、真空チャック１にはエアーライン３と接続する吸着孔６がある。これにより、真空チャック１全面で基板３６を吸着することができる。

本実施形態における真空チャック1はピンを周期的に並べた真空ピンチャックであるが、真空ピンチャックに限らず、多孔質セラミックを用いた多孔質チャックでもよい。また静電作用を利用して基板を吸着する静電チャックでも良い。

図５は駆動機構2を拡大した図である。駆動機構2は大きく分けて駆動源となる回転機7と、回転機7による回転運動を水平方向の運動に変換するねじ機構8、水平方向の運動を上下方向の運動に変換する楔機構9、楔機構９の上下方向の変位を計測する変位センサ１０によって構成されている。回転機7は具体的にはサーボモータやステッピングモータなどが挙げられる。また、変位センサ１０は静電容量センサや渦電流センサ、レーザ変位計などが挙げられる。なお、本実施形態における駆動機構2は楔機構９を用いているが、上下方向に駆動可能であれば楔機構９に限らず、圧電効果を用いて変位させる圧電素子や油圧・空圧による駆動機構でもよい。また、変位センサ１０には非接触式を挙げているが、リニアゲージなどの接触式センサでも良い。

［実施例１］
図6は第１実施形態における、露光装置の動作の具体例である。

まず、イニシャライズ（ステップＳ１０）を行う。ステップＳ１０１でうねり計測センサ６０により真空チャック1の全面を計測する。ここで用いるうねり計測センサ６０は真空チャック面形状を正確に把握する必要があるため、レーザ変位計等の高精度かつ非接触で計測が可能なものであることが望ましい。次に計測した値から、チャック面を平面にするための補正値を算出し（ステップＳ１０２）、駆動機構２を駆動する（ステップＳ１０３）。駆動後にチャック面形状を再計測し（ステップＳ１０４）、補正結果が規定値内の場合は基板搬入（ステップＳ２０１）へと進み、規定値外の場合はステップＳ１０２に戻り再度チャック面を補正する（ステップＳ１０５）。

基板搬入（ステップS２０１）後は、基板保持機構３５に基板３６を全面吸着（ステップＳ２０２）させる。全面吸着後、うねり計測センサ６０で基板のうねり量を計測（ステップS２０３）する。この計測結果から、露光面のうねりが焦点深度の中に収まる駆動機構２の補正量を算出（ステップＳ２０４）し、後述する補正駆動シーケンス（ステップＳ２０５）を実行する。実行後は基板３６の露光を行い（ステップS２０６）、基板３６を搬出する（ステップＳ２０７）。搬出後は、次の基板を露光するならば基板搬入（ステップＳ２０１）に戻り、以下同様に補正駆動を行い露光する（ステップＳ２０８）。

図７は本実施例における補正駆動シーケンス（ステップS２０５）の具体例である。ここで重要となるのが請求項１に記載しているように、動作させる駆動機構２の範囲と、基板３６の端部までの吸着を解除することである。これは基板を吸着することで、基板保持機構３５への拘束を発生させないためである。また、全面の吸着を解除しないのは、プレートステージ３０が移動中でも基板位置がずれないだけのエリアの吸着を維持することが必要となるためである。

基板３６のうねりを計測（Ｓ２０４）した後、図８に示す基板３６のLのエリアのみ吸着を解除し（ステップＳ３０１）、ステップＳ２０４で算出した補正量分駆動させる（ステップS３０２）。駆動完了後、Lエリアを再度吸着する（ステップＳ３０３）。次にRエリアについてもLエリアと同様に吸着を解除し（ステップＳ３０４）、ステップＳ２０４で算出した補正量分駆動させ（ステップＳ３０５）、駆動完了後に全面を吸着する（ステップＳ３０６）。以上のような手順を踏むことで、基板３６による拘束を受けずに駆動機構２を動作させることができるため、高精度な補正駆動が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、吸着を行うことでの基板３６による拘束の発生がないことから、無負荷に近い状態で駆動機構２の動作ができる。また、うねり計測センサ６０により、駆動機構２の現在位置と補正量がわかるため、変位センサ１０と回転機７によるフィードバック系を構成しなくてもよい。

以上のことから、ステッピングモータなどのオープンループで位置制御が可能なアクチュエータを使用することで、変位センサ１０によるフィードバック制御を用いることなしに駆動することができる。そのため、変位センサ１０を構成から外すことができるので省配線・コストダウンが可能となる。

［実施例２］
次に、本実施形態における実施例２について説明する。

本実施例では、補正駆動を行うエリアを図８に示すように分け、さらに駆動機構の補正駆動タイミングに時間差を持たせて補正駆動を行う。具体例として図９に本実施例での補正駆動シーケンスを示す。

まず、補正量算出（ステップＳ２０４）までの工程は、実施例１と同様に行う。このときの基板の状態を図１０(a)に示す。次にステップＳ４０１でLエリアの吸着を解除する（図１０(b)）。そして、ステップＳ４０２でAエリアの補正駆動および吸着を行い、Ａエリアの吸着完了後は、Ｂエリア（ステップＳ４０３）、Ｃエリア（ステップＳ４０４）、Ｄエリア（ステップＳ４０５）の補正駆動および吸着を順次行う。次に、RエリアについてもLエリアと同様に吸着を解除し（ステップＳ４０６）（図１０(c)）、Eエリアの補正駆動および吸着を行う（ステップS４０７）。Eエリアの吸着完了後は、Fエリア（ステップS４０８）、Gエリア（ステップS４０９）、Hエリア（ステップS４１０）の補正駆動および吸着を順次行う。

このように、本実施例の補正駆動シーケンスを行うことによって、基板３６による拘束を受けずに駆動機構２を動作させることができる。また、基板中心部から基板端部に順次吸着動作を行うことになるため、基板にシワが寄ることが無く吸着を行うことができる。また、駆動機構の駆動タイミングに時間差を持たせることで、必要な電源容量を小さくすることができる。

［実施例３］
次に、本実施形態における実施例３について説明する。

本実施例では、補正駆動を行うエリアを、実施例２と同様にわける（図９）。図１１に本実施例における補正駆動シーケンスを示す。

まず、補正量算出（ステップＳ２０４）までの工程は、実施例１と同様に行う。このときの状態を図１２(a)に示す。次にステップS５０１として、基板３６の露光面が焦点深度の中に入っていないエリアおよび、そのエリアから基板端部までのエリアを吸着解除エリアとして選択する。この際、できる限り吸着している面積が多く残せるように吸着を解除するエリアを選ぶことで、補正エリアを減らすことができる。そしてステップS５０２で、ステップＳ５０１で選択したエリアの吸着を解除する。ここで、AエリアとEエリアの吸着が維持された場合を図１２(b)、CエリアとDエリアの吸着が維持された場合を図１２(c)に示す。次に、ステップS５０３で、吸着を解除したエリアの補正駆動を行い、ステップＳ５０４で、吸着を維持したエリアの周辺から、基板端部へと順に吸着を行う。これは図１２(b)では、吸着をBエリア、Cエリア、DエリアおよびFエリア、Gエリア、Hエリアの順に同時に吸着を行い、図１２(c)では、Bエリア、Aエリア、Eエリア、Fエリア、Gエリア、Hエリアの順で吸着を行うことである。

このように、本実施例の補正駆動シーケンスを行うことによって、基板３６による拘束を受けずに駆動機構２を動作させることができる。また、本実施例では補正駆動範囲を、基板３６の露光面が焦点深度に入っていないエリアおよびそのエリアから基板端部までのエリアとすることができることから、全面を一律に補正駆動する場合に対して、補正時間を少なくすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、吸着による基板３６の拘束を発生させず、基板吸着時にシワや空間が出来ないような吸着手順であれば、基板保持機構や基板サイズに合わせてさまざまな手順やエリアに変更可能である。

１ 真空チャック
２ 駆動機構
３ エアーライン
４ 電磁弁
５ ピン
６ 吸着孔
３５ 基板保持機構
３６ 基板
６０ 基板のうねり計測用センサ

Claims (6)

1. 基板を吸着保持する複数の基板吸着部材と、前記基板吸着部材上で基板のうねりを計測するセンサと、前記基板吸着部材を基板のうねり方向に駆動させる駆動機構を有し、前記駆動機構を駆動させる際、駆動する前記基板吸着部材および基板の端部までの吸着を解除することを特徴とする基板保持装置。
2. 前記基板吸着部材は、真空ピンチャックならびに多孔質チャック、静電チャックであり、各々が個別に基板吸着可能な吸着手段を有することを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
3. 前記駆動機構をオープンループ制御可能なアクチュエータとし、前記基板のうねりを計測するセンサの計測結果からのフィードバックで補正駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
4. 前記駆動機構を駆動後、再度基板を吸着する際に、基板にシワが発生しない吸着手順で吸着を行うことを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
5. 前記駆動機構の駆動タイミングをずらすことで、必要な電源容量を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
6. 原版のパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する露光装置において、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の基板保持装置を使用して、基板表面のうねりを投影光学系の焦点深度内に維持することを特徴とする露光装置。