JP5556774B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
図6に示す露光装置は、投影レンズを備え、マスクのパターンを該投影レンズによりワーク上に投影して露光する投影露光装置を示し、同図に示すものはワークWの裏面にアライメントマークが形成され、このワークの裏面のアライメントマーク(以下ワークマークWAM)と、マスクMに形成されているアライメントマーク(以下マスクマークMAM)とを位置合せして露光する投影露光装置を示す。
このような露光装置として特許文献1に記載されたものが知られている。
このような露光装置は、主に、光照射部10、ワークに露光(転写)するパターンを形成したマスクM、このマスクを保持するマスクステージ20、露光処理を行うプリント基板や液晶パネルなどのワークWを保持する吸着テーブル33を備えたワークステージ30、マスクMに形成されたパターンを吸着テーブル33に保持されたワークW上に投影する投影レンズ40を備える。
なお、マスクMに形成されたパターンを、ワークステージ30に保持されたワークW上に投影する投影手段として、レンズを用いずミラーを用いるものもある。
また、ワークステージ30は、ワークWを保持する吸着テーブル33、XYθ駆動部37を備えた移動ステージ32、Z駆動部51を備えた移動ステージZ方向移動機構50から構成され、移動ステージ32は、上記Z方向移動機構50上に載せられている。また、移動ステージ32上には前記ワークWを保持する吸着テーブル33が取り付けられる。
ワークステージ30の移動ステージ32と吸着テーブル33は、XYθ駆動部37によりXY方向(ワーク面(露光光が照射される面)に平行な直交する2軸、すなわち投影レンズの光軸に直交する2軸)、θ方向(ワーク面に垂直な軸の周りの回転、すなわち投影レンズ40の光軸Lに平行な軸の周りの回転)に移動し、Z方向移動機構50のZ駆動部51によりZ方向(ワーク面に垂直な方向、すなわち投影レンズ40の光軸L方向)に移動する。吸着テーブル33も移動ステージ32と一体でXYθ方向に移動する。
上記Z方向移動機構50におけるZ駆動部51についても、同様に、Z方向の移動量を検出する検出手段(例えば、エンコーダ)を内蔵したラジアル型サーボモータとリニアガイドとボールねじなどで構成することができ、該サーボモータを駆動することにより、上記移動ステージ32をZ方向に移動させることができる。
上記では、ワークステージを移動させる手段としてサーボモータ等からなる駆動装置を用いる場合について説明したが、ワークステージを移動させる機構としては、例えば、サーフェスモータステージ装置、ソーヤモータステージ装置等と称されるステージ装置(例えば特許文献2等参照)等を用いることもできる。
なお、図6においては、露光装置の動作を制御する制御部やランプを点灯させる電源部などは省略している。
ワークステージ30の、ワークマークWAMがある位置には貫通孔33aが形成されている。そして、ワークステージ30には、その貫通孔33aを介してワークマークWAMと、マスクMに形成されているマスクマークMAMを検出するためのアライメント顕微鏡80が取り付けられている。
アライメント顕微鏡80の焦点f2は、ワークW裏面のワークマークWAMを検出するために、ワークWの裏面の位置である吸着テーブル33の表面位置になるように設定されている。
(1)まずマスクマークMAMの検出を行う。吸着テーブル33上にワークWがない状態で光照射部10から露光光を出射する。マスクMに形成されているマスクマークMAMが投影レンズ40により投影され、ワークWの表面に相当する位置に結像する。
投影レンズ40の焦点位置f1(即ちマスクに形成されているマスクマークMAMやパターンが結像する位置)は、移動ステージ32の吸着テーブル33にワークWが置かれたときのワークWの表面になるように、あらかじめ調整がなされている。
(2)上記したようにアライメント顕微鏡80の焦点位置f2は、吸着テーブル33の表面位置である。そのため、投影レンズ40の焦点位置f1とアライメント顕微鏡80の焦点位置f2とは一致していない。両者を一致させなければ、アライメント顕微鏡80は、結像した鮮明なマスクマークMAM像を受像することができない。
そのため、図7に示すように、Z方向移動機構50により、ワークステージ30全体をワークWの厚みに相当する距離だけ上昇(投影レンズ40の光軸L方向に移動)させる。
これにより投影レンズ40の焦点位置f1(マスクマークMAMの結像位置)とアライメント顕微鏡80の焦点位置f2とが一致し、アライメント顕微鏡80は結像したマスクマークMAM像を受像する。
(5)吸着テーブル33の貫通孔33aを介して、アライメント顕微鏡80が、ワークW裏面のワークマークWAMを検出する。検出したワークマークWAMの位置と、記憶しているマスクマークMAMの位置とを比較し、両者があらかじめ設定された位置関係になるように(例えば一致するように)、制御部(不図示)が、移動ステージ32を、投影レンズ40の光軸Lに直交する平面内の、X方向(図面の左右方向)、Y方向(図面の手前奥方向)、θ方向(光軸の回りの回転方向)に移動させる。
(7)この状態で光出射部10から再度露光光を出射する。マスクMに形成されているパターンが、ワークWの表面に投影結像しワークWは露光される。露光されたワークWは、不図示の搬送機構により、吸着テーブル33上から搬出される。
図6に示した露光装置では、図8に示すように、Z方向移動機構50の真直度が悪いと、上昇していたワークステージ30(図中点線で示す)が下降する時に、ワークWを保持している移動ステージ32が、投影レンズ40の光軸Lに直交する平面内(すなわちワーク面に平行な平面内)で、図面左右手前奥方向(XY方向)や光軸の周りの回転方向(θ方向)に移動してしまい、そのためにワークが、マスクMと位置合せした位置からずれてしまう。
現在上記の露光装置においては、0.5μm以下の露光精度を達成することを目標としている。しかし、このようなワークステージのZ方向移動時の真直度に起因するずれが生じると、0.5μm以下の露光精度を達成することは困難になる。
このため、上記のようにZ方向移動機構50により、移動ステージ32が投影レンズ40の光軸L方向(Z方向)に移動させたときに、上記真直度に起因してワークWを保持する移動ステージ32(吸着テーブル33)がXYθ方向へ移動した(ずれた)としても、この移動ステージ32が、どの程度XYθ方向に移動したのかを検出することができなかった。
本発明は上記問題点を解決するものであって、ワークステージがワーク面に直交する方向(Z方向)に移動したとき、ワークステージをZ方向に移動させる移動機構の真直度が原因で生じる、ワーク面に平行な平面内での移動量(XYθ方向のずれ量)を検出し、ワークの位置を修正することができるようにすることを目的とする。
このため、Z方向移動機構50上に、移動ステージ32と該移動ステージ32の移動量を検出する位置検出手段を備えたXYθ駆動部が設けられたワークステージにおいては、XYθ方向の位置決め精度を如何に向上させても、Z方向移動時の真直度を向上させない限り、XYθ方向の位置決め精度を向上させるのには限界がある。
このような問題に対して、上記移動ステージがZ方向(ワーク面に垂直な方向)移動した時に、移動ステージのXYθ方向のずれ量を測定することができれば、そのずれ量に基づいて移動ステージの位置を元に戻すことができ、上記問題を解決することができる。
このように構成すれば、Z方向移動機構により移動ステージがZ方向に移動する際、Z方向移動機構の真直度が原因で、ワークがXYθ方向にずれたとしたとしても、上記位置検出手段によりワークのXYθ方向のずれ量を求めて補正することができる。
すなわち、上記レーザ測長手段により、Z方向に移動する前の上記移動ステージのXYθ方向の位置を求めて、制御部に設けた記憶手段に記憶しておき、移動ステージをZ方向に移動させた後の上記XYθ方向の位置を上記レーザ測長手段で測定し、制御部において、上記記憶されたXYθ方向の位置と、Z方向移動後の上記XYθ方向の位置を比較し、Z方向移動によるXYθ方向の位置ずれ量を求め、このずれ量をキャンセルするように移動ステージをXYθ方向に移動させれば、Z方向移動機構の真直度が原因で生ずるワークのXYθ方向のずれを補正することができる。
(1)露光光を出射する光照射部と、パターンを形成したマスクを保持するマスクステージと、測長用のレーザを入出射するレーザ測長器を備えワークを保持する移動ステージと、上記移動ステージを、上記マスクのパターンが露光される上記ワーク面に平行な平面内を移動させる移動ステージXYθ方向移動機構と、上記移動ステージを上記移動ステージXYθ方向移動機構とともに、上記ワーク面に直交する方向に移動させる移動ステージZ方向移動機構と、上記移動ステージに設けられたレーザ測長器からのレーザを反射する反射ミラーと、上記反射ミラーにより反射したレーザが上記レーザ測長器に入射することにより測長される上記レーザ測長器から上記反射ミラーまでの距離に基づき、上記移動ステージXYθ方向移動機構により上記移動ステージを移動させる制御部とを備えた露光装置において、上記反射ミラーを、上記マスクステージを支持する構造体に固定し、上記Z方向移動機構により移動ステージがZ方向に移動する際、上記制御部は、上記レーザ測長手段により、Z方向に移動する前の上記移動ステージのXYθ方向の位置を求めて記憶しておき、移動ステージをZ方向に移動させた後の上記XYθ方向の位置を上記レーザ測長手段で測定し、上記記憶されたXYθ方向の位置と、Z方向移動後の上記XYθ方向の位置を比較し、Z方向移動によるXYθ方向の位置ずれ量を求め、このずれ量をキャンセルするように移動ステージをXYθ方向に移動させる。
(2)上記(1)において、移動ステージXYθ移動機構を、碁盤目状に凸極が設けられた平面状のプラテンと、該プラテン上を、該プラテン平面において直交するXY座標軸の各軸方向に移動磁界を発生する磁極を有する移動子を備えた移動体から構成する。
ワークステージの移動ステージに設けたレーザ測長器からのレーザを反射するミラーを、マスクを保持するマスクステージを支持する構造体と一体に固定したので、ワークステージがZ方向(ワーク面に垂直な方向)に移動する際に、移動ステージがXY方向(ワーク面に平行な方向)、さらにはθ方向(ワーク面に垂直な軸の周りに回転する方向)に移動しても、反射ミラーは移動しない。
そのため、ワークステージがZ方向に移動するに際し、スライダがXY方向またθ方向に移動した場合であっても、レーザ測長器により、その移動量を検出することができる。
このため、この検出した移動量をキャンセルするように、移動ステージを移動させ、ワークを元の位置(マスクとワークとが位置合せされた位置)に戻すことができる。
本実施例の露光装置は、図6に示したものと同様、主に、光照射部10、ワークに露光(転写)するパターンを形成したマスクM、このマスクMを保持するマスクステージ20、露光処理を行うプリント基板や液晶パネルなどのワークWを保持するワークステージ30、マスクMに形成したパターンを、ワークステージ30上のワークW上に投影する投影手段を備える。
なお、投影手段として、レンズを用いた投影レンズや、レンズを用いずミラーを用いたものなどがあるが、本実施例においては投影レンズ40を例にして説明する。投影手段の方式は、レンズを使ったものであろうと、ミラーを使ったものであろうと、本発明とは関係しない。
光照射部10は、露光光を放射する光源であるランプ11、ランプ11からの光を反射するミラー12、シャッタ13aを有しその開閉を制御することにより光照射部10からの露光光の出射を制御するシャッタ機構13などを備える。
プラテン31は、碁盤目状に磁性体の凸極が設けられている平面を有する部材である。このプラテン31上に、スライダ32がエアの作用により浮上している。
この状態でスライダ32に磁力を加え、スライダ32とプラテン31の凸極との間の磁界を変化させることにより、スライダ32がプラテン31上を、投影レンズ40の光軸Lに直交する平面内で移動する。このプラテン31とスライダ32に磁力を加える機構が、移動ステージ(スライダ)XYθ方向移動機構である。
レーザ測長器34から出射したレーザ光36は、この反射ミラー35により反射されてレーザ測長器34に戻り、スライダ32の位置(移動距離)aを測定する。
なお、図1等には、X方向(図面の左右方向)の距離を測定するレーザ測長器のみが示されているが、Y方向(図面の手前奥方向)を測定するレーザ測長器と反射ミラー(不図示)も設けられており、これらのレーザ測長器により、XYθ方向の移動量を測定することができる。
スライダ32の上には、ワークWを吸着保持するための真空配管(不図示)が接続された吸着テーブル33が取り付けられており、露光処理を行うワークWを吸着保持する。
レーザ測長器34によりスライダ32の位置が検出され、これにより吸着テーブル33に吸着保持されたワークWとマスクMとの位置合せが行われて露光される。
露光装置の制御部70は、光照射部10のランプ11に給電して点灯させるランプ点灯装置71の動作、シャッタ機構13の動作、投影レンズ40のズーム機構の動作、ワークステージ30のスライダ32等の動作(移動ステージXYθ方向移動機構の動作)、Z方向移動機構50の動作などを制御する。
光照射部10、マスクステージ20、投影レンズ40、Z方向移動機構50、反射ミラー35は、一つの構造体(フレーム60)に支持固定されている。すなわち、マスクステージ20はマスクステージを保持するフレーム61を介して上記装置全体を支持するフレーム60に保持され、投影レンズ40は投影レンズを固定するフレーム62を介して上記フレーム60に支持され、反射ミラー35は反射ミラーを支持するフレーム63を介して上記フレーム60に支持されている。プラテン31とスライダ32などは、Z方向移動機構50を介してフレーム60に支持される。
一方、近年、レーザ測長器用の光源として半導体レーザが使用されるようになり、レーザ測長器は従来に比較して軽量となった。このため、レーザ測長器を移動体側(スライダ32)に設けても重量の増加は少ない。
そこで、本実施例では、スライダ32にレーザ測長器34を設け、反射ミラー35をフレーム60に取り付けている。
背景技術と同様に、ワークWの裏面にワークマークWAMが複数(図1においては2個)形成されている。吸着テーブル33の、ワークマークWAMがある位置には貫通孔33aが形成されている。スライダ32には、その貫通孔33aを介してワークマークWAMとマスクマークMAMを検出するためのアライメント顕微鏡80が取り付けられている。
アライメント顕微鏡80の焦点f2は、ワークW裏面のワークマークWAMを検出するために、ワークWの裏面位置である吸着テーブル33の表面位置になるように設定されている。また、投影レンズ40の焦点位置f1(即ちマスクマークMAMやマスクのパターンが結像する位置)は、スライダ32の吸着テーブル33にワークWが置かれたときのワークWの表面位置になるように、あらかじめ調整がなされている。
まずマスクマークMAMの検出を行う。吸着テーブル33上にワークWがない状態で、制御部70はシャッタ13aを開け光照射部10から露光光を出射する。マスクマークMAMは、投影レンズ40により投影され、焦点位置f1(ワークWの表面に相当する位置)に結像する。
図2に示すように、Z方向移動機構50により、ワークステージ30をワークWの厚みに相当する距離上昇(投影レンズ40の光軸L方向、すなわちワーク面に垂直な方向に移動)させる。
これにより投影レンズ40の焦点位置f1(マスクマークMAMの結像位置)とアライメント顕微鏡80の焦点位置f2とが一致する。これによりアライメン顕微鏡は結像したマスクマークMAM像を受像する。
なお、ワークWの厚みは、あらかじめワークWの厚みを制御部70に登録し、記憶させておくようにしても良いし、投影レンズ40の鏡筒に測長センサを取付け、投影レンズ40から吸着テーブル33の表面までの距離と、投影レンズ40からワークWまでの距離を測定し、その差からワークWの厚さを計算するようにしても良い。
制御部70がマスクマークMAMの位置を記憶すると、制御部70はシャッタ13aを閉じ、光出射部10からの露光光の出射を停止する。不図示の搬送機構によりワークWが搬送されて、スライダ32の吸着テーブル33上に置かれる。
アライメント顕微鏡80が、ワークWの裏面のワークマークWAMを検出する。検出したワークマークWAMの位置と、記憶しているマスクマークMAMの位置とを比較し、両者があらかじめ設定された位置関係になるように(例えば一致するように)、制御部70は、スライダ32を、投影レンズ40の光軸Lに直交する平面内の、X方向(図面の左右方向)、Y方向(図面の手前奥方向)、θ方向(光軸Lの回りの回転方向)に移動させ、マスクMとワークWの位置合せを行う。位置合せ終了後、露光装置の制御部70は、この時のスライダ32から反射ミラー35までの距離a(上昇したスライダ32の位置情報)を記憶する。
図3に示すように、Z方向移動機構50の真直度が悪いと、上昇していたワークステージ30(図中点線で示す)が下降する時に、ワークWを保持しているスライダ32が、投影レンズ40の光軸Lに直交する平面内で、XY方向(図面左右手前奥方向)、またはθ方向(光軸Lの周りの回転方向)に移動してしまう。
しかし、本発明においては、レーザ測長器34からのレーザ36を反射する反射ミラー35は、マスクMを保持するマスクステージ20が取り付けられたフレーム60と一体に固定されており、マスクMに対して移動しない。
そして、反射ミラー35は上記フレーム60に一体に固定されているのであるから、ワークステージ30が下降した時のスライダ32から反射ミラー35までの距離bを測定し、これを記憶しているマスクMとワークWとを位置合せされた位置(ワークステージに30が上昇している時のスライダ32から反射ミラー35までの距離)である距離a(図1参照)と比較すれば、スライダ32(即ちその上に固定されているワークW)が、ワークステージ30の下降により、投影レンズ40の光軸Lに直交する方向に対してどの程度移動したのか(ずれたのか)、その移動量(ずれ量)を検出することができる。
この状態で、制御部70は再びシャッタ13aを開け、光出射部10から露光光を出射する。マスクMに形成されているパターンが、ワークWの表面に投影結像し、所望の位置(マスクMとワークWとを位置合せした位置)に露光される。露光されたワークWは、不図示の搬送機構により、吸着テーブル33上から搬出される。
しかし、以下に説明するように、測長レーザ34から出射するレーザ光の高さを、ワークWの高さと合せるような構造にしても良い。
図5は、上記レーザ光の高さを、ワークWの高さと合せるような構造としたワークステージの構成例を示す図である。
本実施例は、吸着テーブル33の側面に、レーザ光反射ユニット90を取り付けたものであり、レーザ光反射ユニット80は、同図(b)に示すように、2枚の全反射ミラー91a,91bを組合わせた潜望鏡のような構造であり、レーザ出入射口92に入出射するレーザ光の光軸を、吸着テーブル33の表面の位置まで移動させる。
また、レーザ光を反射するためにワークステージ外の基準位置に設けられた反射ミラー35は、吸着テーブル33の表面の位置の高さと移動方向に合わせて、吸着テーブル33に対向する位置に設けられている。
レーザ光反射ユニット90により、レーザ光の光路長は長くなるが、ワークステージ30から出射する高さ方向の位置が変わるだけであるので、従来と同様に距離を測定することができる。このような構造とすることにより、ワーク表面位置における反射ミラーとの距離を正確に求めることができる。
また、本実施例においては、Z方向移動機構に載っているワークステージが、θ方向(光軸の周りの回転方向)にも移動するものについて説明した。しかし、本発明は、ワークステージにθ方向に移動する機構がないものであっても適用できる。
さらに、上記実施例では、投影レンズを備えた投影露光装置について説明したが、本発明の適用対象は、上記投影露光装置に限られず、例えば投影レンズを備えないプロキシミティ露光装置等にも同様に適用することが可能である。
11 ランプ
12 ミラー
13 シャッタ機構
13a シャッタ
20 マスクステージ
30 ワークステージ
31 プラテン
32 スライダ(移動ステージ)
33 吸着テーブル
33a 貫通孔
34 レーザ測長器
35 反射ミラー
36 レーザ光
40 投影レンズ
50 移動ステージZ方向移動機構
60 フレーム
70 制御部
80 アライメント顕微鏡
90 レーザ光反射ユニット
91a 全反射ミラー
91b 全反射ミラー
92 レーザ出入射口
M マスク
MAM マスクマーク
W ワーク
WAM ワークマーク
Claims (2)
- 露光光を出射する光照射部と、
パターンを形成したマスクを保持するマスクステージと、
測長用のレーザを入出射するレーザ測長器を備えワークを保持する移動ステージと、
上記移動ステージを、上記マスクのパターンが露光される上記ワーク面に平行な平面内を移動させる移動ステージXYθ方向移動機構と、
上記移動ステージを上記移動ステージXYθ方向移動機構とともに、上記ワーク面に直交する方向(Z方向)に移動させる移動ステージZ方向移動機構と、
上記移動ステージに設けられたレーザ測長器からのレーザを反射する反射ミラーと、
上記反射ミラーにより反射したレーザが上記レーザ測長器に入射することにより測長される上記レーザ測長器から上記反射ミラーまでの距離に基づき、上記移動ステージXYθ方向移動機構により上記移動ステージを移動させる制御部とを備えた露光装置であって、
上記反射ミラーは、上記マスクステージを支持する構造体に固定されており、
上記Z方向移動機構により移動ステージがZ方向に移動する際、上記制御部は、上記レーザ測長手段により、Z方向に移動する前の上記移動ステージのXYθ方向の位置を求めて記憶しておき、移動ステージをZ方向に移動させた後の上記XYθ方向の位置を上記レーザ測長手段で測定し、上記記憶されたXYθ方向の位置と、Z方向移動後の上記XYθ方向の位置を比較し、Z方向移動によるXYθ方向の位置ずれ量を求め、このずれ量をキャンセルするように移動ステージをXYθ方向に移動させる
ことを特徴とする露光装置。 - 上記移動ステージXYθ移動機構は、
碁盤目状に凸極が設けられた平面状のプラテンと、該プラテン上を、該プラテン平面において直交するXY座標軸の各軸方向に移動磁界を発生する磁極を有する移動子を備えた移動体から構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
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