JP2020166204A - 位置計測装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の搬入から基板の側面位置の計測が完了するまでの時間を短縮することが可能な位置計測装置を提供すること。【解決手段】 光源から出射して基板の側面で反射された光を検出するセンサを含む位置計測部と、基板昇降部の昇降動作と連動して位置計測部を昇降させる駆動部を含み、基板昇降部によって昇降される基板の側面位置を計測する位置計測装置において、位置計測部は、位置計測部が駆動部によって昇降されている間に、基板昇降部に載置された基板の側面位置を計測する。【選択図】 図２

Description

本発明は、基板の位置計測装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。

ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用のガラス基板などの基板を露光する露光装置では、プリアライメントと呼ばれる工程において、ステージ装置に保持された基板の側面（端面）の位置の計測が行われている。プリアライメントとは、基板に形成されたアライメントマークを高倍率で検出して位置決めを行うファインアライメントの前に、基板の側面位置を数μｍ〜数十μｍの精度で計測し、アライメントマークがスコープの視野に入るように基板を駆動する工程である。

基板の側面位置の計測方法として、特許文献１は、基板端に照射した光のうち基板で反射された光を撮像して基板端の位置を計測する反射光方式の位置計測方法を開示している。

特開２０１７−１１６８６８号公報

特許文献１の位置計測方法では、基板ステージに基板が保持された状態で、基板に対して光源からの光が照射され、基板の側面で反射された光を受光部によって検出している。つまり、基板搬送装置によって搬送される基板が基板ステージに保持された後でなければ、基板の側面位置の計測を行うことは困難である。基板の側面位置の計測は、照射光の光量調整等の調整が必要になることがあり、場合によっては、基板の側面位置を正確に計測するために、受光部による反射光の検出動作を複数回行う必要が生じることがある。

基板の搬入から基板の側面位置の計測が完了するまでの時間が長くなると、ファインアライメントの開始タイミングが遅延し、スループットの低下を招くおそれがある。

本発明は、基板の搬入から基板の側面位置の計測が完了するまでの時間を短縮することが可能な位置計測装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の位置計測装置は、基板昇降部によって昇降される基板の側面位置を計測する位置計測装置であって、光源から出射して前記基板の側面で反射された光を検出するセンサを含む位置計測部と、前記基板昇降部の昇降動作と連動して前記位置計測部を昇降させる駆動部を有し、前記位置計測部は、前記位置計測部が前記駆動部によって昇降されている間に、前記基板昇降部に載置された前記基板の側面位置を計測することを特徴とする。

本発明によれば、基板の搬入から基板の側面位置の計測が完了するまでの時間を短縮することが可能な位置計測装置が得られる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 露光装置における位置計測装置の構成を示す図である。 従来のアライメント手順を示すフローチャートである。 本実施形態のアライメント手順を示すフローチャートである。

以下、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。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用のガラス基板などの基板を露光してパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置１は、照明光学系１０と、マスクステージ２０と、投影光学系３０と、基板ステージ４０と、ステージ定盤５０と、ステージ位置計測部６０と、アライメント検出部７０と、制御部８０と、基板位置計測部９０とを有する。

照明光学系１０は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、位相板、回折光学素子、絞りなどを含み、光源からの光でマスクＭを照明する光学系である。マスクＭには、基板Ｗに転写すべきパターンが形成されている。マスクステージ２０は、マスクＭを吸着するマスクチャック２２と、マスクチャック２２を支持するベース２４とを含み、マスクＭを保持して移動可能なステージ装置である。ベース２４には、マスクステージ２０の位置を計測するためのバーミラー６５が配置されている。

投影光学系３０は、照明光学系１０によって照明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｗに投影する光学系である。マスクＭと基板Ｗとは、投影光学系３０に対して光学的に共役な位置に配置されている。投影光学系３０は、等倍結像光学系、拡大結像光学系及び縮小結像光学系のいずれの光学系も適用可能である。本実施形態では、投影光学系３０は、平面ミラー、凹面ミラー、凸面ミラーなどを含む等倍結像光学系として構成されている。

基板ステージ４０は、基板Ｗを保持するステージ装置である。基板ステージ４０は、ステージ定盤５０に載置されている。基板ステージ４０は、ステージ定盤５０の上を、基板Ｗを保持しながらＸＹ平面内で移動することが可能である。基板ステージ４０には、後述するように、基板ステージ４０に保持された基板Ｗの側面位置を光学的に計測する基板位置計測部（計測装置）９０が取り付けられている。

ステージ位置計測部６０は、例えば、レーザ干渉計６１と、ビームスプリッタ６２と、折り曲げミラー６３と、バーミラー６４及び６５とを含み、マスクステージ２０及び基板ステージ４０のそれぞれの位置をリアルタイムに計測する。

アライメント検出部７０は、例えば、スコープで構成され、マスクＭに形成されたアライメントマークと、基板Ｗに形成されたアライメントマークとを、投影光学系３０を介して検出する。アライメント検出部７０は、マスクＭ及び基板Ｗのそれぞれに形成されたアライメントマークを同時に検出してもよいし、個別に検出してもよい。

制御部８０は、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置１の全体を制御する。制御部８０は、露光装置１の各部を統括的に制御して、基板Ｗを露光する処理、即ち、マスクＭのパターンを基板Ｗに転写する処理を制御する。制御部８０は、基板Ｗを露光する際に、まず、基板ステージ４０に保持された基板Ｗの側面位置を求め、基板Ｗに形成されているアライメントマークをアライメント検出部７０の視野内に収めるように基板ステージ４０を移動させるプリアライメントを行う。制御部８０は、アライメント制御部として機能する。

次いで、制御部８０は、アライメント検出部７０によるマスクＭ及び基板Ｗのそれぞれに形成されたアライメントマークの検出結果、即ち、マスクＭと基板Ｗとのずれ量に基づいて、マスクＭや基板Ｗの位置合わせを行うファインアライメントを行う。なお、マスクＭと基板Ｗとのずれ量は、例えば、アライメントマークを検出（撮像）して取得される画像を画像処理することで求めることができる。そして、照明光学系１０からの光でマスクＭを照明し、マスクＭのパターンを反映する光を、投影光学系３０を介して、基板Ｗに投影することで、基板Ｗを露光する。

続いて、図２を用いて、基板ステージ４０及び基板位置計測部９０の構成について説明する。基板ステージ４０は、基板昇降部１０１、基板保持部としての基板チャック１０２、ベース１０３、基板昇降部１０１の位置を検出する位置センサ（第１の位置検出部）１０４を含む。基板Ｗは基板チャック１０２によって吸着保持され、基板チャック１０２はベース１０３上に配置されている。また、基板Ｗは、基板昇降部１０１によってＺ軸方向に昇降され、位置センサ１０４によって基板昇降部１０１のＺ軸方向の位置を検出することができる。例えば、図２に矢印で示したように、ベース１０３の上面から位置センサ１０４までの距離を検出することができる。

図２に示したように、基板昇降部１０１は、基板チャック１０２からＺ軸方向に離れた状態において、不図示の基板搬送部から基板Ｗを受け取る。その後、基板昇降部１０１は基板Ｗを下方（Ｚ軸のマイナス方向）に移動させることによって、基板チャック１０２上に基板Ｗを搭載する。このように、基板ステージ４０上に基板Ｗを搭載する際には、基板昇降部１０１を上方に位置させた状態で基板昇降部１０１に基板Ｗを載置した後に、基板Ｗを載置した基板昇降部１０１が下方に移動する。

次に、基板位置計測部９０の構成について説明する。基板位置計測部９０は、光源１０９、光源１０９から出射した光を基板Ｗの側面に導くためのレンズ１１０及びプリズム１１１を含む。基板Ｗの側面において反射された光は、レンズ１１２、１１３を介して受光部１１４に導かれる。受光部（センサ）１１４における検出結果に基づいて、基板位置算出部１１５は、基板Ｗの側面位置を計測する。なお、基板位置計測部９０は、基板Ｗの周囲に複数設けることが可能であり、それぞれの基板位置計測部９０に対応して基板位置算出部１１５が設けられる。

基板位置計測部９０は、駆動部１０６によってＺ軸方向に駆動される。駆動部１０６は、Ｚ軸方向に延設されたレール１０５に沿って移動する。駆動部１０６には、駆動部１０６の位置を検出する位置センサ（第２の位置検出部）１０７が設けられおり、位置センサ１０７によって駆動部１０６のＺ軸方向の位置を検出することができる。例えば、図２に矢印で示したように、ベース１０３の上面から位置センサ１０７までの距離を検出することができる。

駆動制御部１０８は、位置センサ１０４及び位置センサ１０７の検出結果から、基板Ｗと基板位置計測部９０の相対位置を検出する。基板ＷのＺ軸方向の位置変化に応じて基板位置計測部９０のＺ軸方向の位置を変化させることで、基板Ｗと基板位置計測部９０の相対位置関係を略一定に保つことができる。具体的には、位置センサ１０４の検出結果に基づいて、駆動部１０６をＺ軸方向に駆動させることで、基板昇降部１０１の昇降動作と連動して基板位置計測部９０を昇降させることができる。これにより、基板Ｗと基板位置計測部９０の相対位置関係が制御される。駆動制御部１０８は、図１における制御部８０の一部であっても良いし、制御部８０とは別個に設けられても良い。

基板Ｗと基板位置計測部９０の原点出しの方法について説明する。不図示の基板搬送部から基板Ｗが基板昇降部１０１に載置されたときにおける位置センサ１０４の検出結果に基づいて基板Ｗの原点を設定する。このときの基板昇降部１０１の位置と基板Ｗの厚みに基づいて、基板位置計測部９０と基板Ｗの高さを合わせる。さらに、駆動部１０６によって基板位置計測部９０をＺ軸方向に微小駆動させながら、基板Ｗの側面位置検出を行う。基板位置算出部１１５によって基板Ｗの側面位置が計測されたときの基板位置計測部９０の位置を基板位置計測部９０の原点に設定する。

原点出しを実行したときにおける基板Ｗと基板位置計測部９０の相対位置関係を維持するように、基板昇降部１０１の移動に連動させて駆動部１０６を移動させる。これにより、基板昇降部１０１のＺ軸方向への移動中であっても、基板位置計測部９０による基板Ｗの側面位置計測を実行することが可能となる。

続いて、基板昇降部１０１に基板Ｗが搬入されてから、プリアライメント及びファインアライメントを経て、基板Ｗ上にマスクのパターンが露光されるまでのフローについて説明する。まず、図３を用いて、従来のフローについて説明する。ステップＳ３０１において、基板昇降部１０１に基板Ｗが搬入されると、ステップＳ３０２に進み、基板昇降部１０１に基板Ｗが載置された状態で基板昇降部１０１が下方に移動する。

基板昇降部１０１の下降により、基板Ｗとチャック１０２が接触すると、ステップＳ３０３に進み、チャック１０２による基板Ｗの保持制御が開始される。チャック１０２が真空式のチャックの場合には、基板Ｗの吸着制御が開始される。基板Ｗの保持制御の開始とほぼ同時に、ステップＳ３０４のプリアライメントが開始される。その後、ステップＳ３０５において、マスクＭと基板Ｗとのずれ量に基づいて、マスクＭや基板Ｗの位置合わせを行うファインアライメントが実行された上で、ステップＳ３０６において露光動作が行われる。

ここで、ステップＳ３０４のプリアライメントに要する時間が長くなると、チャック１０２による基板Ｗの吸着保持が完了した状態での待機時間が発生してしまうおそれがある。例えば、投影光学系３０の支持部材や、投影光学系３０の光学特性を補正する補正機構等の構造物が存在することにより、プリアライメントに時間を要することがある。これは、当該構造物によって反射された光と基板Ｗの側面で反射された光が受光部１１４によって検出されることで、基板Ｗの側面位置の計測精度が低下することが一因である。プリアライメントのための時間が長くなると、スループットの低下を招くため好ましくない。

そこで、本実施形態では、基板昇降部１０１が基板Ｗを受け取った位置からチャック１０２まで下降する間にもプリアライメントを実施する。図４を用いて、本実施形態におけるプリアライメント動作について説明する。図３で説明した従来のフローと同様に、ステップＳ４０１において基板昇降部１０１に基板Ｗが搬入されると、ステップＳ４０２に進み、基板昇降部１０１に基板Ｗが載置された状態で基板昇降部１０１が下方に移動する。

本実施形態では、基板昇降部１０１の下降によって基板Ｗとチャック１０２が接触する前からステップＳ４０３のプリアライメントを実行する。プリアライメントの開始タイミングは、基板昇降部１０１が下降を開始する前でも後でも良いし、同時でも良い。いずれにしても、基板昇降部１０１が基板Ｗを受け取ってから基板Ｗがチャック１０２上に載置されるまでの間にプリアライメントが開始される。

プリアライメントの開始タイミングを早めることで、ステップＳ４０４におけるチャック１０２による基板Ｗの保持が完了するまでの間に、確実にプリアライメントを完了させることができる。プリアライメントか完了してからは、ステップＳ４０５において、マスクＭと基板Ｗとのずれ量に基づいて、マスクＭや基板Ｗの位置合わせを行うファインアライメントが実行された上で、ステップＳ４０６において露光動作が開始される。

Ｓ４０３のプリアライメントに関して詳しく説明する。本実施形態では、プリアライメントモードとして、モードＸとモードＹを選択可能である。はじめに、ステップＳ４０３Ａにおいて、プリアライメントモードの選択が行われる。ステップＳ４０３ＡにおいてモードＸが選択されると、ステップＳ４０３Ｂに進み、モードＸにおけるプリアライメントが実行される。モードＸでは、基板昇降部１０１の昇降中に、基板Ｗの側面位置計測を継続して行う。そして、これらの計測結果を平均化することで、基板Ｗの側面位置を決定し、ステップＳ４０５のファインアライメントに進む。

ステップＳ４０３ＡにおいてモードＹが選択されると、ステップＳ４０３Ｃに進み、モードＹにおけるプリアライメントが実行される。モードＹでは、基板Ｗが基板昇降部１０１に載置される位置と、基板Ｗがチャック１０２に載置される位置とに位置ずれが生じ得ることに着目している。具体的には、当該位置ずれ量をオフセットとして、基板Ｗが基板昇降部１０１に載置されているときに計測された基板Ｗの側面位置に対して、上記オフセットを適用する。これにより、基板Ｗがチャック１０２上に載置されたときにおける基板Ｗの側面位置を高精度に求めることが可能となる。

上述した位置ずれは、基板昇降部１０１及びチャック１０２の特性と基板Ｗの特性によって所定の傾向を示す。それゆえ、露光装置において基板昇降部１０１やチャック１０２を交換しない限り、基板Ｗの種類（大きさや材質）に応じて上述した位置ずれの傾向を事前に把握することができる。つまり、基板Ｗの種類に応じて上述したオフセットを予め設定することが可能である。

モードＹにおけるフローの説明に戻る。ステップＳ４０３Ｃでは、基板昇降部１０１が基板Ｗを受け取ってから、基板Ｗがチャック１０２上に載置されるまでの間に、基板Ｗの側面位置計測を少なくとも１回行う。そして、ステップＳ４０３Ｄにおいて、基板Ｗの側面位置の計測結果に対して、基板Ｗの種類に応じて予め設定されたオフセット値を適用する。これにより、チャック１０２上に基板Ｗが載置されたときにおける基板Ｗの側面位置をより高精度に求めることができる。なお、基板Ｗの側面位置計測を複数回行う場合には、これらの計測結果を平均化して基板Ｗの位置を決定する。プリアライメントが終了すると、ステップＳ４０５のファインアライメントに進む。

なお、モードＹにおける基板Ｗの側面位置の計測結果は、露光装置１中のメモリに保存され、蓄積された計測結果に基づいて上述したオフセット値の最適化が順次行われる。

以上説明したように、本実施形態の基板位置計測装置では、基板昇降部１０１の昇降動作と連動して基板位置計測部９０を昇降させることで、基板昇降部１０１の昇降中であっても基板の側面位置計測を実行することができる構成としている。これにより、基板の搬入から基板の側面位置の計測が完了するまでの時間を短縮することができ、チャック１０２による基板Ｗの保持が完了するまでの間に、確実にプリアライメントを完了させることができる。

（物品の製造方法）
次に、前述の露光装置を用いた物品（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。物品の製造方法としては、本発明に係る位置計測装置を用いて、マスクに対する位置合わせが行われた基板に対して露光光を照射してパターンを形成する工程と、パターンが形成された基板を加工（現像、エッチングなど）する工程が行われる。本発明に係る位置計測装置を用いることで、基板の搬入から基板の側面位置の計測が完了するまでの時間を短縮することが可能となり、結果として露光装置のスループット向上に貢献し得る。

本物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。または、前述の露光装置は、高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）などの物品を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Ｗ 基板
９０ 位置計測部
１０１ 基板昇降部
１０６ 駆動部
１１４ センサ

Claims (8)

1. 基板昇降部によって昇降される基板の側面位置を計測する位置計測装置であって、
   光源から出射して前記基板の側面で反射された光を検出するセンサを含む位置計測部と、
   前記基板昇降部の昇降動作と連動して前記位置計測部を昇降させる駆動部を有し、
   前記位置計測部は、前記位置計測部が前記駆動部によって昇降されている間に、前記基板昇降部に載置された前記基板の側面位置を計測する位置計測装置。
2. 前記基板昇降部は、前記基板を昇降させることにより前記基板を基板保持部に受け渡し、
   前記位置計測部は、前記基板昇降部に前記基板が載置されているときにおける前記基板の位置と、前記基板保持部に前記基板が載置されているときにおける前記基板の位置との位置ずれに基づいて前記基板の側面位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
3. 前記位置計測部は、前記位置ずれに基づいて予め設定されたオフセット値を用いて前記基板の側面位置を計測することを特徴とする請求項２に記載の位置計測装置。
4. 前記基板昇降部の位置を検出する第１の位置検出部と、前記駆動部の位置を検出する第２の位置検出部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置計測装置。
5. 前記駆動部を制御する駆動制御部をさらに有し、
   前記駆動制御部は、前記第１の位置検出部の検出結果に応じて、前記駆動部が前記基板昇降部の昇降動作と連動するように、前記駆動部を制御することを特徴とする請求項４に記載の位置計測装置。
6. 基板の上にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、
   前記基板を載置して昇降する基板昇降部と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置計測装置を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
7. マスクに形成されたマークと、前記基板に形成されたマークを検出するアライメント検出部と、
   前記マスクと前記基板との位置合わせを行うアライメント制御部をさらに有し、
   前記アライメント制御部は、前記アライメント検出部の検出結果に基づいた前記位置合わせを行う前に、前記位置計測装置によって求められた前記基板の側面位置に基づいて、前記アライメント検出部の視野内に前記基板に形成されたマークが収まるように、前記基板を移動させるステージを駆動することを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 請求項７に記載のリソグラフィ装置を用いて前記基板にパターンを形成する工程と、
   前記パターンが形成された基板を加工する工程を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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