JP2001109161A

JP2001109161A - 露光装置

Info

Publication number: JP2001109161A
Application number: JP28610299A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Fujimori; 信孝藤森; Manabu Toguchi; 学戸口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-04-20
Also published as: TW469505B; KR20010040003A; US6538724B1

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のマスクを使用する場合でも、線幅差を
発生させずに容易に基板に露光する。【解決手段】露光光ＢによりマスクＲのパターンを投
影光学系１２を介して基板Ｐに露光する露光装置９にお
いて、マスクＲのパターン線幅を検出する線幅検出装置
と、線幅検出装置の検出結果に基づいて、露光光Ｂの露
光量を制御する制御装置２３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光光によりマス
クのパターンを基板に露光する露光装置に関し、特に、
複数のマスクを用いて画面合成を行うときにマスク間の
パターン線幅差を補正する際に用いて好適な露光装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンやテレビ等の表示素子と
しては、薄型化を可能とする液晶表示基板が多用される
ようになっている。この種の液晶表示基板は、平面視矩
形状のガラスプレート上に透明薄膜電極をフォトリソグ
ラフィの手法で所望の形状にパターニングすることによ
り製造されている。そして、このフォトリソグラフィの
装置として、マスク上に形成された露光パターンを投影
光学系を介してガラスプレート上のフォトレジスト層に
露光する投影型の露光装置が用いられている。

【０００３】図１１に、この種の露光装置の一例を示
す。この露光装置１は、レチクルＲ（例えば、レチクル
ＲＡ）上に形成されたパターンをステージ３上に保持さ
れたガラスプレート（以下、単にプレートと称する）４
の所定領域に露光した後、該プレート４を一定距離だけ
ステッピングさせて再びレチクルＲ（例えば、ＲＢ）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であって、不図示の照明光学
系により照明されたレチクルＲ上のパターンが投影光学
系５によって、ステージ３上のプレート４上に結像され
る。ステージ３は、Ｘ方向の位置を計測するレーザ干渉
計６ａとＹ方向の位置を計測するレーザ干渉計６ｂによ
って正確に位置座標がモニタされて位置制御される。こ
のステージ３における直交座標系Ｘ、Ｙが露光装置１の
基準座標系となっている。

【０００４】ところで、上記の露光装置１では、一定の
厚み（１〜５μｍ程度）でレジスト層を塗布されたプレ
ート４に、レチクルＲに形成されたパターン（光透過部
と遮光部とによる幾何学的な模様）の像を露光するため
に、レチクルＲの上方から均一な照度分布でほぼ一定の
光強度の露光光を所定時間だけ照射する照明光学系、あ
るいはパルス発光型のレーザ光源からの露光光（パルス
光）を、所定の光量積分が得られるまで複数パルスを照
射する照明光学系が設けられている。いずれの場合も、
上記露光装置１は、レジスト層に形成されるパターンの
線幅を十分な精度でコントロールするために、レチクル
Ｒのパターン像をレジスト層に対して最適な露光量、す
なわち最適なエネルギ量で焼き付けるように制御されて
いる。

【０００５】そのため、ステージ３には、露光光の照射
量を計測するセンサ（不図示）が設けられており、照明
光学系からレチクルＲと投影光学系５を通過してステー
ジ３上に結像する照明光の光量を計測できるようになっ
ている。そして、あらかじめステージ３上の照明光量Ｐ
（ｍＷ／ｃｍ²）を計測しておき、この照明光量Ｐとレ
ジストやプロセスにより決められる最適な露光エネルギ
量Ｊ（ｍＪ／ｃｍ²）とからレチクルＲ上のパターンを
露光する際の露光時間ｔ（ｍｓｅｃ；ｔ＝Ｊ／Ｐ）を計
算し、実際の露光時には、照明光学系（例えば、シャッ
タ）を制御することにより、露光時間ｔを調整してい
る。すなわち、このような露光時間の制御を行うことに
より、プレート４へ照射される露光量を制御している。
なお、露光時のフォーカスに関しては、プレート４の高
さ位置を不図示のＡＦセンサにより計測し、ステージ３
を光軸方向に駆動することで、常にプレート４が投影光
学系５のベストフォーカスになるように制御されてい
る。

【０００６】また、露光装置１では、プレート４に対す
る露光光の最適なエネルギ量を見い出すために、プレー
ト４へテスト露光を行った後、プレート４を現像して、
直線状のパターンの線幅を光学顕微鏡や専用の線幅測定
装置で計測し、設計上の線幅値との比較を行うか、ある
いは、ある条件のときに線幅が最も小さくなることを利
用して、最適な露光条件を決定することが行われてい
る。

【０００７】例えば、レチクルＲ上の必要な露光パター
ンの一部である線幅パターンをプレート４上に露光量
（露光時間）を少しずつ増加させながらステップアンド
リピートで露光した後に現像すると、レチクルＲ上のパ
ターンに従ったレジスト像が残るが、露光量が少しずつ
異なるためポジ系のレジストの場合、図１２に示すよう
に、レジスト像の線幅パターン７が露光量（露光時間）
に対応して細くなる。一般に、露光量とフォーカスに対
する線幅の変化とをプロットすると、露光量の変化が微
小であれば図１３に示すようにほぼ線形的に変化する。
そのため、このような関係から、あるパターン、プロセ
スに対して最適な線幅となるような露光量を逆算して、
露光時にこの露光量となるような補正制御を行うことに
より、転写されたパターンの線幅精度を向上させること
ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の露光装置には、以下のような問題が存在
する。例えば、液晶表示デバイスの大画面化が進むのに
伴って、露光装置で用いられるプレートも大型化の一途
を辿っている。このような大型のプレートに対して露光
する方法として、図１１に示したように、分割されたＬ
ＣＤパターンのそれぞれに対応する複数のレチクルＲＡ
〜ＲＤを用い、一枚のレチクルに対応するガラス基板の
露光領域に該レチクルのパターンを露光した後に、プレ
ートをステップさせるとともにレチクルを別のものに交
換し、このレチクルに対応する露光領域に該レチクルの
パターンを露光することにより、プレートに複数のパタ
ーンが合成されたＬＣＤパターンを形成する、いわゆる
画面合成法が用いられている。

【０００９】例えば、図１４に示すような分割パターン
Ａ〜Ｄを継ぎ合わせてそれぞれ構成されるパネルＰ１、
Ｐ２が配置されたプレート４を露光する場合、図１１に
示したように各分割パターンＡ〜Ｄを有するレチクルＲ
Ａ〜ＲＤをレチクル交換機構８により交換しながら露光
して、分割パターンＡ〜Ｄを継ぎ合わせることで、大型
のパネルＰ１、Ｐ２を形成している。

【００１０】一方、近年、上記大画面化とともにパター
ンの微細化も進み、レチクル製造誤差による線幅精度ま
で考慮する必要が生じており、厳しく管理するレイヤー
（ゲート層やドレイン・ソース層）においてはテスト露
光した結果から最適な露光量を求め、露光制御データに
フィードバックしているのが実状である。これは、パタ
ーンの継ぎ目部に線幅差が存在すると、段差が発生して
デバイスの特性が損なわれたり、さらに、画面合成され
た分割パターンを多層に重ね合わせた場合、各層の露光
領域の重ね誤差やパターンの線幅差がパターンの継ぎ目
部分で不連続に変化し、デバイスの品質が低下すること
を回避するためである。

【００１１】ところが、上記のように、あるレイヤーを
構成するレチクルが複数ある場合、全てのレチクルに対
してテスト露光を行って最適な露光量を求めると多大な
時間と労力を費やすことになり、生産効率の低下を招く
という問題があった。

【００１２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、複数のレチクル（またはマスク）を使用し
て基板上に露光する場合でも、基板上のパターンに線幅
差を発生させずに容易にプレート等の基板に露光できる
露光装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図１０に対
応付けした以下の構成を採用している。本発明の露光装
置は、露光光（Ｂ）によりマスク（Ｒ）のパターン（３
８）を投影光学系（１２）を介して基板（Ｐ）に露光す
る露光装置（９）において、マスク（Ｒ）のパターン線
幅（Ｌ）を検出する線幅検出装置と、線幅検出装置の検
出結果に基づいて、露光光Ｂの露光量を制御する制御装
置（２３）とを備えることを特徴とするものである。

【００１４】従って、本発明の露光装置では、複数のマ
スク（Ｒ）を用いた場合でも線幅検出装置により各マス
ク（Ｒ）におけるパターン線幅（Ｌ）を検出することが
でき、制御装置（２３）が検出された線幅（Ｌ）から基
板（Ｐ）に露光した際のパターン線幅に差が発生しない
ように露光光Ｂの露光量を制御することができる。した
がって、マスク（Ｒ）間にパターン線幅（Ｌ）の差が存
在しても、テスト露光を実施することなくパターン線幅
に差が生じない状態で基板（Ｐ）に露光できる。また、
基板（Ｐ）上に露光されたパターン線幅を絶対値で管理
する場合は、複数のマスク（Ｒ）のうち、一つのマスク
（Ｒ）に対してテスト露光を行い、マスク（Ｒ）上のパ
ターン線幅（Ｌ）、露光光（Ｂ）の露光量および基板
（Ｐ）上に露光されたパターン線幅の相対関係を求め、
他のマスクに関しては上記求められた相対関係と検出さ
れたパターン線幅とから基板（Ｐ）上に露光された際の
パターン線幅を求めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光装置の実施の
形態を、図１ないし図１０を参照して説明する。ここで
は、線幅検出装置としてレチクルのキャリブレーション
に用いるアライメント光学系を使用する場合の例により
説明する。これらの図において、従来例として示した図
１１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を
省略する。

【００１６】図１は、液晶表示デバイス用露光装置９の
概略構成図である。この露光装置９は、レチクル（マス
ク）Ｒに形成された液晶表示デバイスのパターンを感光
剤（レジスト）が塗布されたプレート（基板）Ｐ上に投
影露光するものであって、光源１０、照明光学系１１、
投影光学系１２、レチクルステージ（マスクステージ）
１３およびプレートステージ（基板ステージ）１４から
概略構成されている。ここで、投影光学系１２の光軸に
平行にＺ軸が、光軸に垂直な面内において、図１の紙面
に平行にＸ軸が、光軸に垂直な面内において図１の紙面
に垂直にＹ軸がそれぞれ設定されているものとする。

【００１７】光源１０は、露光光としてのビームＢを発
するものであり、超高圧水銀ランプ等で構成されてい
る。光源１０から射出されたビームＢは、照明光学系１
１に入射する。

【００１８】照明光学系１１は、ビームＢの光路を開閉
するシャッタ１５と、反射ミラー１６、１７と、波長選
択フィルター１８と、ビームＢを均一化するためのオプ
ティカルインテグレータ（フライアイレンズ等）１９
と、可変視野絞り２０と、コンデンサ光学系２１とから
構成されている。シャッタ１５は、シャッタ駆動部２２
を介して制御装置２３によりビームＢの光路を開閉する
ように駆動する。そして、シャッタ１５の開動作に応答
して照明光学系１１に入射したビームＢは、波長選択フ
ィルター１８において露光に必要な波長（ｇ線やｉ線）
が通過し、オプティカルインテグレータ１９で照度が均
一化される。照度が均一化されたビームＢは、ビームス
プリッタ２４を透過した後、コンデンサ光学系２１で集
光され、可変視野絞り２０の開口によって規定されるレ
チクルＲ上の照明領域を重畳的に照明する。

【００１９】レチクルステージ１３は、レチクルＲを保
持するものであって、レチクルステージ駆動系２５によ
ってＸＹ座標系上で二次元に移動可能になっている。ま
た、レチクルステージ１３の上方には、光電センサーで
あるレチクルアライメント系２６ａ、２６ｂが配置され
ている。レチクルアライメント系２６ａ、２６ｂは、光
源１０が発するビームＢと同じ波長のアライメント光を
照射し、その反射光をＣＣＤカメラ（電荷結合素子）で
受光して画像処理を行うものであり、図２（ａ）に示す
ように、Ｃｒ等で直線状に形成されたレチクルＲ上のア
ライメントマーク３１を検出し、この検出結果に基づい
てレチクルステージ駆動系２５を介してレチクルステー
ジ１３を駆動することにより、レチクルＲをＸＹ座標系
で所定の位置にアライメントするようになっている（な
お、アライメントマークは、一方向に延在するものだけ
を図示しているが、これと同様のものがアライメントマ
ーク３１と直交する方向にも形成されている）。

【００２０】投影光学系１２は、レチクルＲの照明領域
に存在するパターンの像をプレートＰ上に結像させる。
そして、プレートＰ上に塗布された感光剤が感光するこ
とで、プレートＰ上にパターン像が転写される。

【００２１】プレートステージ１４は、プレートＰを保
持するものであって、ステージ駆動装置２７によってＸ
Ｙ座標系上を二次元に移動可能に構成されている。この
プレートステージ１４上には、移動鏡２８が設置されて
いる。そして、プレートステージ１４の位置（ひいては
プレートＰの位置）は、レーザ干渉計２９から出射され
たレーザ光が移動鏡２８で反射してレーザ干渉計２９に
入射し、その反射光と入射光との干渉に基づいて正確に
計測されるようになっている。このレーザ干渉計２９に
よる計測結果は、制御装置２３に出力される。なお、説
明の便宜上、図１においてはプレートステージ１４のＸ
方向の位置を計測するための移動鏡２８、レーザ干渉計
２９のみを示しているが、Ｙ方向の位置を計測するため
の移動鏡、レーザ干渉計がもう一組備えられている。

【００２２】投影光学系１２とプレートステージ１４と
の間には、斜入射型のオートフォーカス系３０ａ、３０
ｂが配置されており、プレートＰの表面が常に投影光学
系１２の光軸方向の所定位置になるように位置決めされ
る。すなわち、プレートＰの被露光面が投影光学系１２
の焦点面に一致するように、プレートステージ１４をＺ
方向に駆動する構成になっている。

【００２３】また、プレートステージ１４上には、投影
光学系１２の光軸方向に関してプレートＰの被露光面と
略一致する位置に、円盤状のガラス部材３２が配設され
ている。このガラス部材３２には、図２（ｂ）に示すよ
うに、矩形状の開口のスリットマーク３３が設けられて
いる。（なお、スリットマークは、一方向に延在するも
のだけを図示しているが、これと同様のものがスリット
マーク３３と直交する方向にも形成されている）。

【００２４】また、プレートステージ１４中のガラス部
材３２の下方には、ミラー３４およびコンデンサレンズ
３５が配設され、光ファイバ（照射部）３６によって検
出光として伝送されたビームＢが、コンデンサレンズ３
５およびミラー３４を介して下方からガラス部材３２に
照明されるようになっている。

【００２５】照明されたガラス部材３２上のスリットマ
ーク３３の像は、投影光学系１２を介してレチクルＲ上
に逆投影される。そして、レチクルＲを透過したビーム
Ｂは、コンデンサ光学系２１、反射ミラー１７を介して
ビームスプリッタ２４に入射する。ビームスプリッタ２
４に入射したビームＢは、ここで反射し、光電センサー
である光量センサー（受光部）３７に入射する。光量セ
ンサー３７は、入射したビームＢの強度に応じた電気信
号を制御装置２３に出力する。なお、光量センサー３７
は、レチクルＲと共役な面に配置されている。

【００２６】制御装置２３は、光量センサー３７から出
力された信号を用い、ＣＰＵ（演算部）において後述す
る演算処理を実行するようになっている。また、制御装
置２３は、上記シャッタ駆動部２２、レチクルステージ
駆動系２５、ステージ駆動装置２７を統括的に制御して
いる。そして、このＣＰＵ、光ファイバ３６、光量セン
サー３７によって本発明の線幅検出装置が構成される。

【００２７】上記の構成の露光装置を用いてレチクルＲ
のパターン線幅を検出するにあたり、まずレチクルＲを
アライメントする手順について説明する。レチクルＲが
不図示の搬送系によりレチクルステージ１３上に搬送さ
れると、レチクルＲ上の照明領域外に形成されたレチク
ルマーク（不図示）をレチクルアライメント系２６ａ、
２６ｂにより計測し、レチクルステージ駆動系２５を介
してレチクルＲ自体のアライメントを行う。

【００２８】次に、オートフォーカス系３０ａ、３０ｂ
を用いて、ガラス部材３２およびプレートＰを投影光学
系１２の光軸方向について、レチクルＲと共役な位置に
位置合わせする。

【００２９】次に、上記光ファイバ３６および光量セン
サー３７を有するアライメント光学系によりレチクルＲ
のキャリブレーションを実施する。このキャリブレーシ
ョンを実行するための方法は、特開昭６３−５５２１号
や特開平７−３２１０２６号に詳述されているため、こ
こでは簡単に説明する。

【００３０】スリットマーク３３を、レチクルＲ上の照
明領域のパターン近傍に形成されたアライメントマーク
３１に対して計測方向（マークの長手方向と直交する方
向）に走査すると、スリットマーク３３を通過した矩形
のビームＢがアライメントマーク３１で遮られるため光
量が変化し、レーザ干渉計２９で計測されているスリッ
トマーク３３の座標に対応して、光量センサー３７から
図３に示すようなレベルの信号が出力される。この信号
波形で適当なスライスレベルでの中点を求めることによ
り、走査方向におけるアライメントマーク３１の座標位
置を求めることができる。

【００３１】そして、上記と同様の手順でパターン近傍
に設けられた複数のアライメントマークの位置を計測す
ることにより、各アライメントマークが設計上あるべき
理想点とのずれ量を求める。求められた位置ずれ量から
最小二乗法等を用いた手法で、レチクルＲの回転補正
量、ＸＹシフト補正量、ＸＹ倍率オフセット量を算出
し、レチクルＲを位置決めするとともに、投影光学系１
２の結像特性を調整する。この計測は、レチクルＲのパ
ターン誤差と投影光学系１２のディストーションとを含
めて、実際にプレートＰ上に転写される位置で計測して
補正量を算出するため、これらの誤差を含めて補正する
ことができる。

【００３２】続いて、レチクルＲのパターン線幅を検出
する手順を説明する。上記アライメント光学系を用い
て、図４に示すように、スリットマーク３３よりも大き
な線幅を有するレチクルＲ上の線幅パターン（パター
ン）３８を走査する。具体的には、スリットマーク３３
が線幅パターン３８を横切るように該線幅パターン３８
と直交する方向に走査（相対移動）すると、スリットマ
ーク３３を通過した矩形のビームＢが線幅パターン３８
で遮られるため、スリットマーク３３と線幅パターン３
８との相対位置によって光量センサー３７で検出する光
量が変化する。

【００３３】図５に、スリットマーク３３と線幅パター
ン３８との位置関係と、このときの光量の変化とを示
す。図５（ａ）は、スリットマーク３３が線幅パターン
３８とオーバーラップしていない状態を示しており、こ
のとき光量センサ−３７はスリットマーク３３の開口面
積に応じた光量を検出する。図５（ｂ）は、スリットマ
ーク３３が部分的に線幅パターン３８に重なった状態を
示しており、このとき光量センサー３７は、スリットマ
ーク３３が線幅パターン３８に重なるに従って、線幅パ
ターンで遮られて線形的に小さくなるビームＢの光量を
検出する。

【００３４】図５（ｃ）は、スリットマーク３３が線幅
パターン３８に完全に重なった状態を示しており、この
とき光量センサー３７に入射するビームＢの光量は最小
になる。図５（ｄ）、（ｅ）は、図５（ｂ）、（ａ）と
反対の状態が起こったことを示している。そして、これ
ら一連の走査により、レーザ干渉計２９で計測されてい
るスリットマーク３３の座標に対応して、光量センサー
３７から図６に示すような信号波形が得られる。

【００３５】ここで、ガラス部材３２上のスリットマー
ク３３の線幅をｌ₀、レチクルＲ上の線幅パターン３８
の求めようとするパターン線幅をＬ、入射光量の最大振
幅（図５（ａ）の最大光量と図５（ｃ）の最小光量との
差）をＳ₀とし、図６のハッチング部分で表される台形
の面積、すなわち積算された光量をｍとすると、ｍ＝｛（Ｌ＋ｌ₀）＋（Ｌ−ｌ₀）｝×Ｓ₀／２＝Ｌ×Ｓ₀
（ただし、Ｌ＞ｌ₀の場合）故に、Ｌ＝ｍ／Ｓ₀ ……（１）となり、スリットマーク３３の線幅ｌ₀を計測しなくて
も、上記入射光量の最大振幅Ｓ₀と積算光量ｍとを計測
することにより、線幅パターン３８の線幅Ｌを求めるこ
とができる。

【００３６】上記は、レチクルＲ上の線幅パターン３８
がスリットマーク３３よりも大きい場合（Ｌ＞ｌ₀）で
あるが、図７に示すように、Ｌ＝ｌ₀の場合、光量セン
サー３７からは図８に示すような信号波形が得られる。
この場合の積算光量ｍは、次式で表される。ｍ＝（２×ｌ₀）×Ｓ₀／２＝ｌ₀×Ｓ₀＝Ｌ×Ｓ₀ したがって、式（１）が成立する。

【００３７】また、図９に示すように、レチクルＲ上の
線幅パターン３８がスリットマーク３３よりも小さい場
合（Ｌ＜ｌ₀）、光量センサー３７からは図１０に示す
ような信号波形が得られる。この場合の積算光量ｍは、
次式で表される。ｍ＝｛（ｌ₀＋Ｌ）＋（ｌ₀−Ｌ）｝×Ｓ／２＝ｌ₀×Ｓただし、Ｌ＜ｌ₀の場合には、スリットマーク３３は線
幅パターン３８に完全に遮られることがないので、最小
光量ＳはＳ＞Ｓ₀であり、Ｓは線幅Ｌに正比例し、且つ
Ｌ＝ｌ₀のときに最小光量になることからＳ＝（Ｌ／ｌ₀）×Ｓ₀ の関係が成り立ち、ｍ＝ｌ₀×Ｓ＝Ｌ×Ｓ₀ したがって、式（１）が成立する。

【００３８】上記の式（１）を保持している制御装置２
３のＣＰＵは、光量センサー３７から出力される信号を
式（１）を用いて演算し、レチクルＲ上のパターンの線
幅Ｌを求める。ここで、図１１で示したように、複数の
レチクルＲＡ〜ＲＤを用いて大型のパネルＰ１、Ｐ２を
構成する場合は、レチクルＲを交換しながらレチクル毎
に順次パターン線幅Ｌを求める。

【００３９】ここで、パネルＰ１、Ｐ２のように画面合
成が行われる場合、各レチクルＲＡ〜ＲＤにおいてパタ
ーン線幅を計測する場所は、パターンの継ぎ部近傍に設
定される。特に、液晶表示素子で画素部を形成するため
のレチクルは、一枚のレチクルで複数の露光領域に同じ
パターンが転写されるため、継ぎ部が複数辺に亙って存
在することがある。この場合は、実際にパターンが継が
れる辺毎に、その近傍のパターン線幅を計測する。

【００４０】そして、制御装置２３は、パターン線幅の
計測が行われたレチクルを用いて露光処理を行う際に、
図１３で示したように、予め求められている線幅と露光
時間との関係から、プレートＰに露光したときのパター
ンの線幅差が補正されるようにシャッタ駆動部２２を制
御することで、シャッタ１５の開放による露光時間、す
なわちビームＢの露光量を線形補間等の方法で調整す
る。これにより、プレートＰ上の継ぎ部におけるパター
ンに線幅差が生じることを防止できる。

【００４１】上記の例は、レチクル間に存在するパター
ンの線幅差を、プレートＰに露光されたときに補正する
ものであり、換言すれば、プレートＰ上における相対的
な差を無くすものである。ここで、予めＳＥＭ等でレチ
クル上のパターン線幅を、複数の線幅について正確に計
測しておき、このレチクルに対して露光時間を変化させ
て露光した際の線幅変化を計測しておけばよい。これに
より、レチクル間のパターン線幅差を補正するばかりで
なく、実際にプレートＰ上に形成されるパターン線幅を
絶対値で制御することが可能になる。

【００４２】本実施の形態の露光装置では、線幅検出装
置で検出したレチクルＲのパターン線幅Ｌに基づいてビ
ームＢの露光時間、すなわち露光量を制御しているの
で、複数のレチクルを用いて露光を行う場合でも、試し
露光を行うことなくプレート上のパターン線幅差を発生
しないように制御でき、生産効率の低下を防止すること
ができる。また、この線幅検出装置も、光ファイバ３６
が照射したビームＢを光量センサー３７で受光し、制御
装置２３のＣＰＵで演算するという簡単な構成、具体的
には、ビームＢと線幅パターン３８とが相対移動を行っ
た際に、ビームＢが線幅パターン３８で遮られる光量の
変化でパターン線幅Ｌを求めるものなので、別途、線幅
計測用に顕微鏡を設置するときのように、装置が大型化
したり、コストアップになることがない。そして、これ
らビームＢと線幅パターン３８との相対移動の方向が線
幅パターン３８と略直交する方向、すなわち線幅方向で
あるので、ビームＢの光量が線幅Ｌに対して直接的に変
化することになり、線幅パターン３８の線幅Ｌを容易に
検出することができる。

【００４３】さらに、本実施の形態では、線幅検出装置
を構成するこれらの機器が、レチクルＲのキャリブレー
ションに用いられるアライメント光学系を利用している
ので、別途費用が発生することなくパターンの線幅計測
を可能にしている。

【００４４】また、本実施の形態の露光装置では、複数
のレチクルＲＡ〜ＲＤを用いてパターンを継ぐ場合、継
ぎ部近傍のパターン線幅Ｌを検出し、実際に露光する際
には、線幅差が補正される（略同一になる）ようにビー
ムＢの露光量を調整しているので、プレートＰにおいて
継ぎ部に線幅差が生じることで、デバイスの特性が損な
われたり、画面合成されたパターンが不連続に変化して
デバイスの品質が低下してしまうという事態を未然に防
ぐことができる。

【００４５】なお、上記実施の形態において、露光量を
制御する手段として、シャッタ１５を用いて露光時間を
調整する構成としたが、これに限られるものではなく、
光源１０の強度を調整するような構成であってもよい。
また、露光装置９が走査型であれば、露光量を調整する
手段としてシャッタの開放時間の他に、走査露光する際
の走査速度を調整する方法も選択可能である。

【００４６】また、上記実施の形態では、ビームＢと線
幅パターン３８とを相対移動した際のビームＢの光量変
化を用いて線幅パターン３８の線幅Ｌを検出する構成と
したが、これに限定されるものではなく、ＣＣＤカメラ
等の光電センサーにより直接線幅パターン３８を撮像
し、撮像した像を指標を用いて画像処理することで線幅
Ｌを求めてもよい。この場合、レチクルＲのアライメン
トに用いるレチクルアライメント系２６ａ、２６ｂによ
り線幅パターン３８を撮像し、この線幅パターン３８の
線幅Ｌを求めるようにすれば、別途ＣＣＤカメラ等を設
ける必要がなくなり、装置が大型化したり、コストアッ
プになることがない。さらに、この構成であれば、ビー
ムＢと線幅パターン３８とを相対移動させる、すなわち
プレートステージ１４を駆動する必要がなくなるので、
線幅検出に要する時間が短くなり、生産性の向上に一層
寄与することができる。また、上記実施の形態では、線
幅パターン３８に対してスリットマーク３３を走査する
構成としたが、これに限られず、レチクルステージ駆動
系２５を制御することにより、スリットマーク３３に対
して線幅パターン３８を走査する構成であってもよい。

【００４７】なお、本実施の形態の基板としては、液晶
ディスプレイデバイス用のプレートＰのみならず、半導
体デバイス用の半導体ウエハや、薄膜磁気ヘッド用のセ
ラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク
またはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等
が適用される。

【００４８】露光装置９としては、レチクルＲとプレー
トＰとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光
するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置
（スキャニング・ステッパー；USP5,473,410）の他に、
レチクルＲとプレートＰとを静止した状態でプレートＰ
のパターンを露光し、プレートＰを順次ステップ移動さ
せるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置
（ステッパー）にも適用することができる。

【００４９】露光装置９の種類としては、プレートＰに
液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限
られず、半導体製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、
撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクルＲなどを製造する
ための露光装置などにも広く適用できる。

【００５０】また、光源１０として、超高圧水銀ランプ
から発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０
４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレ
ーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電
子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、
電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型の
ランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タンタル（Ｔ
ａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導
体レーザ等の高周波などを用いてもよい。

【００５１】投影光学系１２の倍率は、等倍系のみなら
ず縮小系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光
学系１２としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用
いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過
する材料を用い、Ｆ₂レーザやＸ線を用いる場合は反射
屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルＲも反射型
タイプのものを用いる）、また電子線を用いる場合には
光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学
系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真
空状態にすることはいうまでもない。また、投影光学系
１２を用いることなく、レチクルＲとプレートＰとを密
接させてレチクルＲのパターンを露光するプロキシミテ
ィ露光装置にも適用可能である。

【００５２】プレートステージ１４やレチクルステージ
１３にリニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118
参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮
上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた
磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ
１３、１４は、ガイドに沿って移動するタイプでもよ
く、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよ
い。

【００５３】各ステージ１３、１４の駆動機構として
は、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
より各ステージ１３、１４を駆動する平面モータを用い
てもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットと
のいずれか一方をステージ１３、１４に接続し、磁石ユ
ニットと電機子ユニットとの他方をステージ１３、１４
の移動面側に設ければよい。

【００５４】プレートステージ１４の移動により発生す
る反力は、特開平８−１６６４７５号公報（USP5,528,1
18）に記載されているように、フレーム部材を用いて機
械的に床（大地）に逃がしてもよい。レチクルステージ
１３の移動により発生する反力は、特開平８−３３０２
２４号公報（US S/N 08/416,558）に記載されているよ
うに、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃が
してもよい。

【００５５】複数の光学素子から構成される照明光学系
１１および投影光学系１２をそれぞれ露光装置本体に組
み込んでその光学調整をするとともに、多数の機械部品
からなるレチクルステージ１３やプレートステージ１４
を露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さら
に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより
本実施の形態の露光装置９を製造することができる。な
お、露光装置９の製造は、温度およびクリーン度等が管
理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００５６】液晶表示素子や半導体デバイス等のデバイ
スは、各デバイスの機能・性能設計を行うステップ、こ
の設計ステップに基づいたレチクルＲを製作するステッ
プ、プレートＰ、ウエハ等を製作するステップ、前述し
た実施の形態の露光装置９によりレチクルＲのパターン
をプレートＰ、ウエハに露光するステップ、各デバイス
を組み立てるステップ（ウエハの場合、ダイシング工
程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査
ステップ等を経て製造される。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る露
光装置は、線幅検出装置がマスクのパターン線幅を検出
し、制御装置がこの検出結果に基づいて露光光の露光量
を制御する構成となっている。これにより、この露光装
置では、複数のマスクを用いて露光を行う場合でも、基
板上のパターン線幅差を発生しないように制御できるの
で、試し露光を行う必要がなくなり、生産効率の低下を
防止できるという効果が得られる。

【００５８】請求項２に係る露光装置は、線幅検出装置
として光電センサーが用いられる構成となっている。こ
れにより、この露光装置では、別途、線幅計測用に顕微
鏡を設置するときのように、装置が大型化したり、コス
トアップになるということを防止できる。

【００５９】請求項３に係る露光装置は、光電センサー
が電荷結合素子である構成となっている。これにより、
この露光装置では、この露光装置では、別途、線幅計測
用に顕微鏡を設置するときのように、装置が大型化した
り、コストアップになるということを防止でき、さらに
マスクをアライメントするアライメント系が電荷結合素
子を有している場合、このアライメント系を利用するこ
とで、より一層の小型化、低コストを実現できるという
効果が得られる。さらに、基板ステージを駆動する必要
がなくなるので、線幅検出に要する時間が短くなり、生
産性の向上に一層寄与できるという効果も得られる。

【００６０】請求項４に係る露光装置は、線幅検出装置
が、検出光を照射する照射部と、パターンおよび投影光
学系を介して検出光を受光する受光部と、受光部が受光
した光量に基づいてパターン線幅を演算する演算部とを
備える構成となっている。これにより、この露光装置で
は、簡単な構成でパターン線幅を求めているので、別
途、線幅計測用に顕微鏡を設置するときのように、装置
が大型化したり、コストアップにならないという効果が
得られる。

【００６１】請求項５に係る露光装置は、検出光とパタ
ーンとが相対移動を行った際に、検出光が遮られる光量
変化に基づいてパターン線幅を求める構成となってい
る。これにより、この露光装置では、検出光の光量変化
を検出するという簡単な作業で容易にパターン線幅が求
められるという効果が得られる。

【００６２】請求項６に係る露光装置は、相対移動の相
対位置と光量変化とに基づいてパターン線幅を求める構
成となっている。これにより、この露光装置では、相対
移動の相対位置と検出光の光量変化とを検出するという
簡単な作業で容易にパターン線幅が求められるという効
果が得られる。

【００６３】請求項７に係る露光装置は、相対移動の方
向がパターンと略直交する法である構成となっている。
これにより、この露光装置では、検出光の光量がパター
ン線幅に対して直接的に変化することになり、線幅パタ
ーンの線幅を容易に検出できるという効果が得られる。

【００６４】請求項８に係る露光装置は、照射部が基板
ステージに設けられる構成となっている。これにより、
この露光装置では、相対移動の相対位置を、露光時の基
準座標系を構成する基板ステージで検出することが可能
になり、パターン線幅を高精度に検出できるという効果
が得られる。また、線幅検出装置として、マスクのキャ
リブレーションに用いられるアライメント光学系を利用
した場合、別途費用が発生せずコストダウンが実現する
という効果も奏する。

【００６５】請求項９に係る露光装置は、基板に複数の
パターンを継ぎ合わせる際に、各パターン線幅の差に基
づいて露光量を制御する構成となっている。これによ
り、この露光装置では、基板において継ぎ部に線幅差が
生じることで、デバイスの特性が損なわれたり、画面合
成されたパターンが不連続に変化してデバイスの品質が
低下してしまうという事態を未然に防ぐことができる。

【００６６】請求項１０に係る露光装置は、線幅検出装
置が継ぎ部近傍のパターン線幅を検出する構成となって
いる。これにより、この露光装置では、基板上の継ぎ部
における線幅を補正することが可能になり、デバイスの
特性が損なわれたり、画面合成されたパターンが不連続
に変化してデバイスの品質が低下してしまうという事態
を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、線幅
検出装置を備えた露光装置の概略構成図である。

【図２】（ａ）はアライメントマーク、（ｂ）はスリ
ットマークのそれぞれ平面図である。

【図３】アライメントマークに対してスリットマーク
を相対移動させた際のビームの光量変化を示す図であ
る。

【図４】スリットマークと、このスリットマークより
大きい線幅を有する線幅パターンのそれぞれ平面図であ
る。

【図５】本実施の形態を示す図であって、スリットマ
ークと線幅パターンとの相対位置と光量との関係を示す
関係図である。

【図６】スリットマークと線幅パターンとの相対位置
と光量との関係を示す関係図である。

【図７】等しい幅に設定されたスリットマークと線幅
パターンのそれぞれ平面図である。

【図８】図７に示すスリットマークと線幅パターンと
の相対位置と光量との関係を示す関係図である。

【図９】スリットマークと、このスリットマークより
小さい線幅を有する線幅パターンのそれぞれ平面図であ
る。

【図１０】図９に示すスリットマークと線幅パターン
との相対位置と光量との関係を示す関係図である。

【図１１】従来技術による露光装置の一例を示す概略
構成図である。

【図１２】露光時間の変化により、異なる線幅に露光
された線幅パターンの図である。

【図１３】露光時間と線幅との関係を示す関係図であ
る。

【図１４】パターンを継ぎ合わせてそれぞれ構成され
るパネルが配置されたプレートの平面図である。

【符号の説明】

Ｂビーム（露光光）Ｌパターン線幅Ｐプレート（基板）Ｒレチクル（マスク）９露光装置１２投影光学系１４プレートステージ（基板ステージ）２３制御装置２６ａ、２６ｂレチクルアライメント系（光電センサ
ー、電荷結合素子）３６光ファイバ（照射部）３７光量センサー（受光部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H097 AA20 AB09 BB01 DA08 GB01 JA00 KA03 KA20 LA10 LA12 5F046 BA03 CB17 DA02 DA03 DB01 DC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光によりマスクのパターンを投影光
学系を介して基板に露光する露光装置において、前記マスクのパターン線幅を検出する線幅検出装置と、該線幅検出装置の検出結果に基づいて、前記露光光の露
光量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする露
光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置において、前記線幅検出装置として、光電センサーが用いられるこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項２記載の露光装置において、前記光電センサーは、電荷結合素子であることを特徴と
する露光装置。
【請求項４】請求項１記載の露光装置において、前記線幅検出装置は、前記マスクのパターンへ向けて検
出光を照射する照射部と、前記パターンおよび前記投影光学系を介して前記検出光
を受光する受光部と、該受光部が受光した検出光の光量に基づいて前記パター
ン線幅を演算する演算部とを備えることを特徴とする露
光装置。
【請求項５】請求項４記載の露光装置において、前記検出光と前記パターンとが相対移動を行った際に、
前記検出光が前記パターンによって遮られる光量の変化
に基づいて前記パターン線幅を求めることを特徴とする
露光装置。
【請求項６】請求項５記載の露光装置において、前記相対移動における相対位置と前記光量の変化に基づ
いて前記パターン線幅を求めることを特徴とする露光装
置。
【請求項７】請求項５または６記載の露光装置におい
て、前記相対移動の方向は、前記パターンと略直交する方向
であることを特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項４から７のいずれかに記載の露光
装置において、前記基板を保持して移動する基板ステージを備え、前記
照射部を前記基板ステージに設けたことを特徴とする露
光装置。
【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載の露光
装置において、前記制御装置は、前記基板に複数の前記パターンを継ぎ
合わせる際に、各パターン線幅の差に基づいて前記露光
量を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】請求項９記載の露光装置において、前記線幅検出装置は、継ぎ部近傍のパターン線幅を検出
することを特徴とする露光装置。