JP3706951B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は露光装置に係り、更に詳しくはマスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に連続的に存在する複数の領域につなぎ合わせて順次転写する露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶デイスプレイ(LCD)を製造する露光装置として、レチクル(マスク)上に形成されたパターンを液晶用ガラスプレート(以下、適宜「プレート」という)の所定領域に露光した後、当該プレートを一定距離だけステッピングさせて、再びレチクルのパターンを露光することを繰り返す、いわゆるステップアンドリピート方式のものがある。
【0003】
かかる露光装置には、レチクルとプレートの正確な位置合わせを行うため、レチクルを投影光学系の光軸に垂直な面内で移動させるレチクルステージや、プレートを投影光学系の光軸に対して垂直な面内で移動させるプレートステージの他、レチクル上のパターンを所定の倍率でプレートに投影するため、投影光学系の投影倍率を制御する倍率コントローラが設けられている。
【0004】
これは、液晶ディスプレイの製造のためには、プレート上に形成されたパターンの上に更に重ねてレチクルのパターンを投影する必要があるが、前層露光時以後のプロセスによってプレートが膨張し、前層露光時にパターンが転写されたプレート上の領域(ショット領域)が拡張することがあり、かかる重ね合わせ露光の際に、投影光学系の投影倍率が固定のままでは、レチクルのパターンをショット領域に正確に重ね合わせて転写できず、かかる場合に倍率コントローラによって投影倍率を調整する必要のあることを考慮したものである。
【0005】
上述した従来の露光装置では、2層目以後では、各層毎の露光に先だってプレート上に形成されたアライメントマークの位置を検出し、この検出結果に基づいてプレートの2次元方向の伸縮率、具体的には、プレートステージの移動方向であるx方向のスケーリング(γx とする)とY方向のスケーリング(γy とする)を算出し、これらの単純平均値m(m=(γx +γy )×1/2)を倍率補正値として設定し、この倍率補正値mに基づいて倍率コントローラが投影光学系の投影倍率を制御することにより、自動的に投影倍率を補正することがなされていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の如く、x方向とy方向のスケーリングの単純平均値を倍率補正値として投影光学系の投影倍率を補正したのでは、x方向、y方向どちらの方向においても正しくパターンを重ね合わせることができない場合が多かった。
【0007】
即ち、図7に示されるように、元々は点線Sで示す領域であったショット領域がプロセスによってプレートが膨張し、2層目以降の露光時に実線で示される領域S’まで拡ったとすると、x方向とy方向のスケーリングの単純平均値mに基づいて投影倍率の補正を行なった場合には、同図中に斜線部で示されるように、x方向では各ショット領域より狭い領域でしかパターンが転写されず、y方向では各ショット領域をはみ出してパターンが転写されるという不都合がしばしば生じていた。
【0008】
ところで、液晶ディスプレイ製造のための露光においては、相互に隣接するショット領域同士の継ぎ目の部分におけるパターンの連続性、重ね合わせ精度に対する要求は、x方向、y方向で必ずしも同レベルではなく、パターンの方向に応じてx方向あるいはy方向のどちらかの一方向のパターンの連続性、重ね合わせ精度が重視されることが多々ある。かかる場合に、上記従来技術では満足できる結果が得られないことは明かであった。
【0009】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、基板の伸縮があった場合に、重視したい方向のパターンの連続性、重ねあわせ精度の向上を図ることができる露光装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に連続的に存在する複数の領域につなぎ合わせて順次転写する露光装置であって、前記基板が載置される直交2軸方向に移動可能なステージと;前記基板上に予め形成された前記直交2軸方向それぞれに応じたアライメントマークの位置及び個数を検出するマーク検出手段と;設定された倍率補正値に基づいて前記投影光学系の倍率を補正する倍率補正手段と;前記検出手段により検出された特定のアライメントマークの位置情報と当該特定のアライメントマークの設計上の位置情報とに基づいて前記基板の前記直交2軸方向の伸縮率をそれぞれ算出する演算手段と;前記算出された前記直交2軸方向の各軸方向の伸縮率を、前記検出手段により検出されたそれぞれの軸方向に応じた前記アライメントマークの個数に応じて重み付けしてその平均値を求め、この求めた前記伸縮率の重みつき平均値を前記倍率補正値として設定する設定手段とを有する。
【0011】
【作用】
本発明によれば、マーク検出手段によって基板上に予め形成された直交2軸方向それぞれに応じたアライメントマークの位置及び個数が検出されると、演算手段では、検出手段により検出された特定のアライメントマークの位置情報と当該特定のアライメントマークの設計上の位置情報とに基づいて基板の前記直交2軸方向の伸縮率をそれぞれ算出する。この伸縮率の算出がなされると、設定手段では、算出された前記直交2軸方向の各軸方向の伸縮率を、検出手段により検出されたそれぞれの軸方向に応じたアライメントマークの数に応じて重み付けしてその平均値を求め、この求めた伸縮率の重みつき平均値を倍率補正値として設定し、倍率補正手段では、この設定された倍率補正値に基づいて投影光学系の倍率を補正する。
【0012】
これによれば、予め優先したい方向(以下、この欄では「一の方向」という)に応じたアライメントマークの数を多く基板上に形成しておくことにより、それに応じてその方向の伸縮率を重視した投影光学系の投影倍率の補正が行なわれるので、この倍率補正がなされた状態で、マスクに形成されたパターンが当該投影光学系を介して基板上転写された場合、基板上に連続的に存在する複数の領域相互間の前記一の方向におけるパターンの連続性及び重ね合わせ精度を向上させることが出来る。
【0013】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図1ないし図6に基づいて説明する。
【0014】
図1には、一実施例に係る露光装置10の概略構成が示されている。この露光装置10は、投影光学系PLと、この投影光学系PLの上方に配置され投影光学系PLの光軸AXの方向であるz軸方向に直交する面内をx、y2次元方向に移動可能であると共にその面内で回転可能に構成されたレチクルステージ12と、投影光学系PLの下方に配置されレチクルステージ12の移動面と平行な面内をx、y2次元方向に移動可能なプレートステージ14とを備えている。
【0015】
前記レチクルステージ12上には、マスクとしてのレチクルRが載置され図示しない真空吸着手段を介して吸着されている。このレチクルRの裏面は所定領域に回路パターンが形成されたパターン面とされている。
【0016】
一方、プレートステージ14上には、表面にフォトレジストが塗布された基板としての液晶プレート(以下、「プレート」という)16が載置され、図示しないプレートホルダに吸着され固定されている。
【0017】
プレート16表面は、投影光学系PLに関してレチクルRのパターン面と共役となっている。このため、図示しない照射光学系から射出された露光光によってレチクルRのパターン面が照明されると、このレチクルRに形成されたパターンが、投影光学系PLを介してプレート16上に投影され転写される。
【0018】
レチクルステージ12は、図1では図示を省略したが、実際にはレチクルステージ駆動系18によって前記の如くx、y2次元方向、及びz軸回りの回転方向(θ方向)に駆動されるようになっており、レチクルステージ駆動系18がレチクルステージコントローラ20によつて制御されるようになっている(図3参照)。
【0019】
プレートステージ14は、図1では図示を省略したが、実際にはプレートステージ駆動系22によって前記の如くx、y2次元方向に駆動されるようになっており、プレートステージ駆動系22がプレートステージコントローラ24によつて制御されるようになっている(図3参照)。また、このプレートステージ14の移動位置は、図1では図示を省略したが、実際には、高精度な位置計測手段、例えばレーザ干渉計26によって計測されるようになっている(図3参照)。
【0020】
投影光学系PLは、図1では図示を省略したが、実際には倍率調整機構28によって倍率が調整されるようになっており、倍率調整機構28が倍率コントローラ30によつて制御されるようになっている。ここで、倍率調整機構としては、例えば、特開昭60−78454号に開示されているような「投影光学系を構成する複数のレンズエレメント間の特定の空間に封入された気体(空気等)の圧力を変えて、その空間の屈折率を変えることによって、倍率(や焦点位置)を変化させる」倍率調整機構が使用される。この他、投影光学系を構成する特定のレンズエレメントを光軸方向に移動させることにより投影倍率を変化させる倍率調整機構を使用しても良い。
【0021】
投影光学系PLの近傍には、投影光学系PLの光軸に対して所定の関係でアライメント顕微鏡32が配設され、プレートステージ14上に載置されたプレート16上に形成されたアライメントマーク(これについては、後述する)がアライメント顕微鏡32で計測されるようになっている。
【0022】
更に、プレートステージ14上には、レチクルRに形成されたレチクルアライメントマークを計測するためのレチクルアライメント系を構成する基準光源34が設けられている。レチクルステージ12へのレチクルRの搭載時には、プレートステージコントローラ24では、図2に示されるように、基準光源30からの光が投影光学系PLを介してレチクルR上に形成されたレチクルアライメントマークを走査するようにプレートステージ駆動系22を介してプレートステージ14の移動を制御する。このとき、アライメントセンサ36で受光する透過光量とレーザ干渉計26の出力とに基づいてプレートステージ14の移動座標系におけるレチクルアライメントマークの位置がわかるようになっており、これに基づいてレチクルステージコントローラ20では、レチクルステージ駆動系18を介してレチクルステージ12をx、y、θ方向に駆動してレチクルRのアライメントを行なう。なお、レチクルステージ12がx、y方向に移動できない構成となっている場合は、その移動量に対応した量だけプレートステージ14側を移動することで補正すれば良い。
【0023】
図3には、露光装置10の制御系の構成が概略的に示されている。この制御系は、マイクロコンピュータ又はミニコンピュータから成る主制御部50を中心として構成され、この主制御部50の入力側には、レーザ干渉計26、アライメント顕微鏡32及びアライメントセンサ36等が接続されている。また、主制御部50の出力側には、レチクルステージコントローラ20、プレートステージコントローラ24及び倍率コントローラ30等が接続されている。レチクルステージコントローラ20、プレートステージコントローラ24、倍率コントローラ30は、主制御部50からの制御信号に基づいてレチクルステージ駆動系18、プレートステージ駆動系22、倍率調整機構28に、それぞれ制御指令を送出するように構成されている。
【0024】
次に、上述のようにして構成された露光装置10の動作を説明する。
【0025】
《第1層目の露光》
前記の如くしてレチクルアライメントが行なわれた後、プレートステージ14上にプレート16が載置されると、主制御部50によって所定の手順によりプレートステージコントローラ20等が制御され、いわゆるステップアンドリピート動作によりプレートステージ14のステッピングと露光が繰り返され、1層目のレチクルパターンの転写が行なわれる。これにより、例えば図4(A)に示されるように、プレート16上の所定の領域に複数(ここでは4つ)のショット領域S1 、S2 、S3 、S4 が形成される。この場合、隣接するショット領域には連続したパターンが存在する。また、この1層目の露光の際に、プレート16上には、アライメントマーク、例えばx方向位置決め用のアライメントマークMx1、Mx2、Mx3、Mx4、y方向位置決め用のアライメントマークMy1、My2、My3、My4、My5、My6が形成される。
【0026】
この1層目の露光の後、現像、エッチングその他のプロセス処理が行なわれ、このプロセスにより、図4(B)に示されるように、プレート16が膨張して点線で示されるショット領域S1 、S2 、S3 、S4 が、実線で示されるショット領域S1'、S2'、S3'、S4'のように拡大したものとする。
【0027】
《第2層目の露光》
ここでは、主制御部50の主要な制御アルゴリズムを示す図5のフローチャートに沿って説明する。ここでは、オペレータは優先方向及び投影倍率を何等指定していないものとする。また、前提として表面にフォトレジストが塗布されたプレート16がプレートステージ14上に載置され図示しないホルダに吸着固定されているものとする。
【0028】
ステップ100でプレート16上のアライメントマークの位置及び数を計測(検出)する。このアライメントマークの位置及び数の計測は、具体的は、アライメント顕微鏡32とレーザ干渉計26の出力をモニタしつつ、ステージコントローラ24を介してプレートステージ駆動系22を制御してプレートステージ14をx、y2次元方向に駆動することによりなされる。そして、この計測結果は、図示しないメモリに記憶される。
【0029】
次のステップ102では、ステップ100の計測値に基づいて各補正パラメータを算出する。
【0030】
ここで、各補正パラメータの算出方法について詳述する。算出方法(解析方法)としては、最小2乗法が用いられる。
【0031】
即ち、プレート16の伸縮及びアライメント誤差等によってアライメントマークの位置に誤差が生じ、アラメントマークの設計上の配列座標と、位置合わせすべき実際の配列座標(補正パラメータによって補正されたアライメントマーク位置)とを、次式(1)で対応させることにより、装置で補正可能なパラメータを算出する。
【0032】
【数1】
【0033】
ここで、各補正パラメータは、次の通りである。
▲1▼ プレートスケーリング(伸縮):γx (x方向)、γy (y方向)[ppm]
▲2▼ プレートローテーション:θ[μrad]
▲3▼ 直交度:ω[μrad]
▲4▼ プレートシフト:εx (x方向)、εy (y方向)[μm]
【0034】
各補正パラメータは、次式(2)で表わされる、上記式(1)に基づいて変換された実際の配列座標と計測値との差の2乗和が最小になるような変換行列の各要素を求めることにより決定される。
【0035】
【数2】
【0036】
このようにして、求められた各補正パラメータの値は、メモリに記憶される。
【0037】
次のステップ104では、所定のメモリ領域をアクセスしてその内容を確認することにより、優先方向はオペレータの設定に従うか否かを判断する。ここでは、前記の如く、オペレータは何等の指定もしていないので、このステップ104における判断は否定され、ステップ106に進んで計測したアライメントマーク数に応じてx方向、y方向の重み付け係数α、βを決定する。
【0038】
具体的には、ステップ100でメモリに格納した、x方向に対応するアライメントマーク数をN個、y方向に対応するアライメントマーク数をM個とすると、それぞれの方向につける重みは、x方向では、α=N/(N+M)、Y方向では、β=M/(N+M)とする。図4の例では、N=4、M=6であるから、α=0.4、β=0.6となる。
【0039】
ステップ110では、求めた重み付けの係数α、βに従って倍率補正値m[ppm]を決定する。具体的には、上記ステップ102において求められたプレートスケーリング補正パラメータ(伸縮率)γx 、γy に重み付けの係数α、βにより重み付けをした重みつき平均値m=αγx +βγy を求める。図4の場合には、m=0.4γx +0.6γy となって、y方向を重視した(優先した)倍率補正値が算出される。
【0040】
最後のステップ112では、ステップ110で求めた倍率補正値mを倍率コントローラ30に送った後、本ルーチンの一連の処理を終了する。これにより、倍率コントローラ30により倍率補正値mに従って倍率調整機構28が制御され、投影光学系PLの投影倍率が調整される。
【0041】
この投影倍率の調整後、第2層目の露光のための、ステップアンドリピート動作が行なわれるが、この際、各ショットの位置決めの際に、先にステップ102で算出されメモリに記憶された各補正パラメータの値に従って位置決めが行なわれる。なお、レチクルステージ12がx、y方向に移動できない場合は、目標位置からのx、y各方向のずれ量を位置決めの際のオフセットとして補正すれば良い。
【0042】
図6には、このようにしてy方向を極端に重視した倍率補正値mに基づいて倍率調整がなされた状態で露光された2層目のパターンの一例が示されている。この図において、斜線で示す領域が2層目のパターンの転写領域を示す。この図によれば、重視したい方向(y方向)のパターンの連続性、及び重ね合わせ精度が、図7の従来例に比較して格段良くなっていることがわかる。
【0043】
これまでの説明から明らかなように、本実施例では、倍率調整機構28と倍率コントローラ30とによって倍率補正手段が実現され、アライメント顕微鏡32と主制御部50の機能によってマーク検出手段が実現され、主制御部50の機能によって演算手段、設定手段が実現されている。
【0044】
以上説明したように、本実施例によると、アライメントマーク計測から得られたx方向、y方向のスケーリングγx ,γy の範囲内、即ち
γy ≦m≦γx (γy ≦γx の場合)
γx ≦m≦γy (γx ≦γy の場合)
の範囲で適当な倍率補正mが自動的に設定され、これに応じて投影光学系PLの投影倍率が調整される。従って、重視したい方向に応じてアライメントマークの数を決めておくだけで、その方向のパターンの連続性、重ね合わせ精度を向上させることができる。特に、x方向とy方向とのスケーリング差が大きいとき程、適当な倍率補正値が設定できる可能性が広がるものと考えられる。
【0045】
また、アライメントマークのx方向、y方向のマーク数より重みづけを行う上記実施例の方法では、マーク数が増えることにより、優先方向のプレートスケーリングの値はいわゆる平均化効果によりその精度が向上するようになる。
【0046】
なお、先のフローチャート中では優先方向をオペレータが設定できる場合を設けており、従って、オペレータが任意の方向を優先して倍率補正するときは、予め図示しないキーボードからアライメントマーク数に相当するパラメータN、Mとして任意の値を入力すればよい。例えばY方向を完全に優先する場合N=0,M=1とパラメータが設定されるとm=γy となりY方向において確実にパターンが重ね合わせられることになる。このように、オペレータ入力により、倍率補正値を設定できるようにしているのは、優先度に応じてマークの数を設定して、試し焼きをした結果、何等かの原因により、必ずしも満足な結果が得られなかった場合を考慮して、容易に倍率を変更できるようにしたものである。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プロセスにより基板の伸縮があった場合に、重視したい方向のパターンの連続性、重ね合わせ精度の向上を図ることができるという従来にない優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例に係る露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【図2】レチクルアライメントマークの計測方法を説明するための図である。
【図3】図1の装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図4】プレートの膨張によるショット領域の拡大の様子を説明するための図である。
【図5】主制御部の主要な制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図6】投影倍率が補正された状態でプレート上にパターンが重ねて転写された状態を示す図である。
【図7】発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
10 露光装置
14 プレートステージ(ステージ)
16 プレート(基板)
28 倍率調整機構(倍率補正手段の一部)
30 倍率コントローラ(倍率補正手段の一部)
32 アライメント顕微鏡(マーク検出手段の一部)
50 主制御部(演算手段、設定手段、マーク検出手段の一部)
R レチクル(マスク)
PL 投影光学系
Claims (2)
- マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に連続的に存在する複数の領域につなぎ合わせて順次転写する露光装置であって、
前記基板が載置される直交2軸方向に移動可能なステージと;
前記基板上に予め形成された前記直交2軸方向それぞれに応じたアライメントマークの位置及び個数を検出するマーク検出手段と;
設定された倍率補正値に基づいて前記投影光学系の倍率を補正する倍率補正手段と;
前記検出手段により検出された特定のアライメントマークの位置情報と当該特定のアライメントマークの設計上の位置情報とに基づいて前記基板の前記直交2軸方向の伸縮率をそれぞれ算出する演算手段と;
前記算出された前記直交2軸方向の各軸方向の伸縮率を、前記検出手段により検出されたそれぞれの軸方向に応じた前記アライメントマークの個数に応じて重み付けしてその平均値を求め、この求めた前記伸縮率の重みつき平均値を前記倍率補正値として設定する設定手段とを有する露光装置。 - 前記設定手段は、前記算出された前記直交2軸方向の各軸方向の伸縮率を、前記検出手段により検出された検出結果と予め入力されたそれぞれの軸方向の優先する方向を決定するパラメータとに基づき重み付けしてその平均値を求め、求めた前記伸縮率の重みつき平均値を前記倍率補正値として設定することを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
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