JP2011023434A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク・アライメントマークとワーク・アライメントマークとにより位置合わせを行う露光装置において、ワークステージに形成した貫通孔部分でワークに生じる局所的な温度上昇を防止した構造を提案することである。
【解決手段】ワークステージに形成した貫通孔を介してマスク・アライメントマークとワーク・アライメントマークを検出する露光装置において、ワークステージの貫通孔内に配置した光透過性窓部材を弾性体によって支持して、ワークに対して窓部材が弾性的に当接することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は露光装置に関し、特に、マスク・アライメントマークとワーク・アライメントマークとにより位置合わせを行う露光装置に係るものである。

従来、半導体素子、プリント基板、液晶基板等のパターンをフォトリソグラフィにより製造する工程においては、露光装置が多用されている。かかる露光装置においては、パターンを形成したマスクと、そのパターンが転写されるワークを所定の位置関係に位置合わせし、その後、ワークに対しマスクを介して露光光を含む光を照射し、マスクのパターンがワークに転写（露光）される。

このような露光装置におけるマスクとワークの位置合せは、マスクに形成されたマスク・アライメントマーク（以下、マスクマークという）と、ワークに形成されたワーク・アライメントマーク（以下、ワークマークという）とを、アライメント顕微鏡によって検出し、検出したマスクマークとワークマークのデータを画像処理し、それぞれの位置座標を求め、両者の位置があらかじめ設定された位置関係になるように、マスクまたはワークを移動させることが行なわれている。

かかる露光装置の中には、特開平９−１１５８１２号公報に記載された露光装置のように、ワークの裏面に形成されたワークマークを検出し、これを使って位置合せを行うものがある。このような装置の場合、ワークを載置するワークステージには貫通孔が形成されており、アライメント顕微鏡は該貫通孔の下方にワークと対向配置され、この貫通孔を介して、ワークの裏面に形成されているワークマークを検出することが行われている。

また、ワークがガラス基板やシリコンウエハであり、これらのワークにマスクのパターンを転写する露光装置においては、特開２００１−１０９１６８号公報に記載されたような基板位置決め装置を使用することがある。
同公報の位置決め装置においては、露光チャック（ワークステージ）に光通路として貫通孔が形成され、この貫通孔の下側からワークに形成されているアライメントマークを照明し、このワークを透過する照明光により照明されたアライメントマークを、ガラス基板の上方に配置したマーク検出部（アライメント顕微鏡）により検出する。ワークを透過する照明光として、ガラス基板の場合は可視光を使用しても良いが、シリコンウエハの場合は赤外線が使われる。

図４は、特開平９−１１５８１２号公報に示されたような、ワークの裏面に形成されたアライメントマークを検出して位置合わせを行う従来の露光装置の構成を示す説明図である。
図において、光照射部１は、内部に露光光を放射する光源であるランプ２と、このランプ２からの光を反射する反射鏡３を備える。なお、光源はランプ以外の、例えばＬＥＤであっても良い。
マスクＭを保持するマスクステージ４に対して投影レンズ５を介して下方にワークステージ６が対向配置され、該ワークステージ６には、ワークＷの下面に形成されたワークマークＷＡＭを検出するための貫通孔７が形成されている。
該ワークマークＷＡＭは、マスクＭに形成されたマスクマークＭＡＭとの位置合せのため、通常は一つのワークＷにおいて２ヶ所以上形成される。そして、前記貫通孔７もワークマークＷＡＭと同じ数だけ形成される。

上記ワークステージ６の貫通孔７が形成された下方には、マスクマークＭＡＭおよびワークマークＷＡＭを検出するためのアライメント顕微鏡１０が設けられている。
そして、ワークステージ６には、該ワークステージ６をＸＹ方向（図面左右手前奥方向）、Ｚ方向（図面上下方向）およびθ方向（光軸を中心とした回転方向）に移動させる、ワークステージ移動機構１１が制御部１２を介して取り付けられている。

上記構成において、ワークステージ６に形成した貫通孔７は、ワークマークＷＡＭを検出したり照明したりするためのものである。そのため、ワークＷはワークステージ６にこの貫通孔７を覆うように置かれ、吸着保持される。そして、マスクＭとワークＷの位置合せが終われば、その状態で露光処理される。

かかる貫通孔７には、ガラス板等からなる光透過性窓部材１３が設けられていて、該貫通孔７内にゴミなどの異物が落下し、アライメント顕微鏡１０のレンズを汚すことがないようしている。
通常は、貫通孔７内に段差を形成する凹部７Ａを設け、該凹部７Ａ内に窓部材１３が載置される。

ところで、このような構造においては、貫通孔７内に置く窓部材１３の厚さを、ワークステージ６の表面と一致させるように加工することは極めて困難であり、前記窓部材１３の表面は、ワークステージ６の表面よりもやや低くなるように構成されることになる。このため、図４に示すように、ワークステージ６にワークＷが載置された時、該ワークＷと窓部材１３との間には、隙間Ｓができる。
したがって、ワークＷは、露光処理中、貫通孔７が形成されている部分では、ワークステージ６にも窓部材１３にも接触していない。

ところが、ワークＷが露光されている時、ワークＷは照射される露光光（紫外線）のエネルギーにより温度が上昇する。ワークステージ６に吸着されている部分については、熱はワークステージ６に伝導し温度はほとんど上昇しない。しかし、貫通孔７が形成されている部分については、上記したように、ワークＷはワークステージ６にも窓部材１３にも接触していないので、ワークＷに生じた熱はステージ６に逃げることができず、ワークＷの温度は、貫通孔７が形成されている部分において局所的に上昇してしまう。
このようなワークＷの局所的な温度上昇により、その温度が上がった部分だけレジストが変質することがある。レジストがポジレジストの場合、温度が上がると現像液で溶けやすくなり、パターンの幅が設計値よりも細くなることがある。
また、ネガレジストの場合は、温度が上がると硬化し現像液により溶けにくくなり、パターンの幅が設計値よりも太くなることがある。
いずれの場合においても、形成する回路パターンの不良の原因となるという問題を有していた。

特開平９−１１５８１２号 特開２００１−１０９１６８号

この発明が解決しようとする課題は、ワークステージに貫通孔が形成され、該貫通孔を利用してマスク・アライメントマークとワーク・アライメントマークを検出して位置合わせを行う露光装置において、貫通孔が形成されている部分でのワークの局所的な温度上昇を招くことを防止できる露光装置を提案することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る露光装置は、マスクステージに形成した貫通孔内に配置された光透過性窓部材を弾性体によって上下動可能に支持し、ワークが載置された際には、該ワークに弾性的に当接する構成としたことを特徴とする。

上記構成とすることにより、露光中も光透過性窓部材とワークは弾性的に当接しているので、ワークに生じた熱は該光透過性窓部材に伝わり、更に、ワークステージに伝わることにより、該貫通孔部分において局所的な温度上昇を生じることがないという効果を奏するものである。
また、そのためには、従来から形成されていたワークステージの貫通孔の中に配置されていた光透過性窓部材を、弾性体を介して支持するだけであり、窓部材の高精度の加工が不要となり、装置のコストアップもわずかで済む。

本発明に係る露光装置のワークステージの要部断面図。 別の実施例の断面図。 従来の露光装置を示す説明図。 図３の要部拡大断面図。

図１は本発明に係る露光装置のワークステージの要部断面図であり、図１（Ａ）はワークが載置されていない状態を示し、図１（Ｂ）はワークが載置保持された状態を示している。
ワークステージ６の貫通孔７の上部には、大きさが該貫通孔７の径よりも大きく、ワークステージ６の厚みよりも浅い凹部７Ａが形成されている。例えば、ワークステージの厚さは約３０ｍｍで、貫通孔７の径は１５ｍｍであり、凹部７Ａの深さは１５ｍｍである。

この凹部７Ａに光（露光光と非露光光）を透過する光透過性の窓部材１３であるガラス板を、弾性体１５、例えば、ばね（スプリングコイル）を介して取り付ける。ガラス板１３の厚さは、凹部１５ｍｍの深さよりも薄く例えば１０ｍｍである。
図１（Ａ）に示すように、ワークステージ６の貫通孔７内に配置された光透過性窓部材１３は、凹部７Ａに設けた弾性体１５によって支持され、該窓部材１３は、ワーク６が載置されていない状態では、弾性体１５によりワークステージ６の上面より僅かに、例えば、１００μｍだけ突出するように支持されている。

この状態で、ワークＷがワークステージ６に載置されると、図１（Ｂ）に示すように、窓部材１３はワークＷに当接しつつ下降し、ワークＷはワークステージ６上に、図示しない手段によって真空吸着される。
すなわち、ワークステージ６上にワークＷが載置保持された状態では、窓部材１３もワークＷに弾性的に当接している。

本発明の露光装置の動作を、図１および従来例の図３を用いて説明する。
図３において、まず、ワークステージ６上にワークＷがない状態でマスクＭに対して光照射部１からの露光光を照射する。マスクマークＭＡＭは、貫通孔７が形成された位置に結像する。このマスクマークＭＡＭ像を、アライメント顕微鏡１０により、と貫通孔７を介して検出し、その位置座標を制御部に記憶する。
このとき、図１（Ａ）に示すように、貫通孔７の上部に設けられた窓部材１３は、弾性体１５によりその表面がワークステージ６の表面よりもやや上に突出している。

裏面にワークマークＷＡＭが形成されたワークＷが、不図示の搬送機構により搬送され、ワークステージ６に置かれて、真空吸着機構（不図示）によりワークＷを吸着保持すると、図１（Ｂ）に示すように、貫通孔７の上部に設けられた窓部材１３は、ワークＷの裏面に当接した状態で凹部７Ａの中に下降する。
再び、図３を参照して、アライメント顕微鏡１０により、ワークＷの裏面に形成されているワークマークＷＡＭを、窓部材１３と貫通孔７を介して検出する。検出したワークマークＷＡＭと、記憶しているマスクマークＭＡＭとを、あらかじめ設定された位置関係に移動させることにより、マスクＭとワークＷの位置合せを行う。この位置合せの動作は、ワークステージ移動機能がワークステージ６を移動させることにより、ワークＷを移動させて行う。

マスクＭとワークＷの位置合せ終了後、光照射部１から露光光が出射される。出射した露光光は、マスクＭに照射され、マスクパターンＭＰが、投影レンズ５を介して、ワークステージ６上に載置されたワークＷ上に投影され露光される。
露光光の照射によりワークＷに生じた熱は、ワークＷがワークステージ６に接している部分では、該ワークステージ６に伝わって放熱される。また、貫通孔７が形成されている部分では、ワークＷの熱は、裏面に当接している窓部材１３を経てワークステージ６に伝わって放熱される。

なお、上記実施例においては、裏面にワークマークが形成されたワークを露光する投影露光装置について説明したが、本発明は、それ以外の露光装置、例えば、特許文献２に示された、貫通孔からアライメントマークを照明する照明光を照射し、ワーク越しにアライメントマークを検出する露光装置にも適用できる。

また、上記実施例においては、貫通孔の上部に設けるガラス板を支持する弾性体について、ばねを使用する例を示したが、この弾性体は、例えばウレタン製のゴムのような柔らかい樹脂であっても良い。
また、貫通孔の上部に設ける窓部材を構成するガラス板は、照明光や露光光を透過する必要があり、材質は必要に応じて適宜選択する。石英であれば比較的短い波長まで透過することができる。短波長の光を透過させる必要がない場合は、一般的な青板ガラスを使用しても良い。

更には、貫通孔７と窓部材１３の構造に関して、上記の実施例においては、ワークステージ６の貫通孔７の上部に凹部７Ａを形成し、光透過性窓部材１３は、その凹部７Ａの上に弾性体１5を介して載せるようにして配置した構造を示したが、それ以外の構造であっても良い。
図２は、その第２の実施例を示す図である。本実施例においては、光透過性窓部材１３をワークステージ６に吊り下げるようにして設けている。ワークステージ６の下面に板ばね１６を取り付け、この板ばね１６に光透過性窓部材１３を取り付ける。
図３（Ａ）に示すように、ワークステージ６にワークＷがない場合は、板ばね１６は縮んでおり光透過性窓部材１３の表面は、ワークステージ６の表面よりも上昇している。
図３（Ｂ）に示すように、ワークステージ６にワークＷが置かれると、該ワークＷの裏面に窓部材１３が当接し、ワークＷがステージ６に吸着保持されることにより、板ばね１６が伸びて、光透過性窓部材１３は表面がワークＷに当接した状態で、貫通孔７の中に下降するものである。

以上説明したように、本発明に係る露光装置は、ワークステージに形成した貫通孔内に配置した光透過性窓部材を弾性体により支持する構成としたことにより、ワークステージ上にワークを載置保持したとき、窓部材がワークに弾性的に当接するので、貫通孔部分での局所的な温度上昇を防ぐことができるという効果を奏するものである。

１ 光照射部
４ マスクステージ
Ｍ マスク
５ 投影レンズ
６ ワークステージ
Ｗ ワーク
７ 貫通孔
１０ アライメント顕微鏡
１３ 光透過性窓部材
１５ 弾性体

Claims (1)

1. 光照射部と、マスク・アライメントマークを有するマスクを保持するマスクステージと、ワーク・アライメントマークを有するワークを保持するワークステージと、該ワークステージに形成された貫通孔と、該貫通孔を介して前記マスク・アライメントマークと前記ワーク・アライメントマークを検出するアライメントマーク顕微鏡とを備えた露光装置において、
   前記貫通孔には光透過性窓部材が配置され、該窓部材は弾性体により上記貫通孔内で上下動可能に支持され、前記ワークに対して弾性的に当接することを特徴とする露光装置。
   
   

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