JP2015079813A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本体構造体の弾性変形によるフォーカス精度、及びアライメント精度の低下と、先読み領域の計測計を用いることで発生する基板処理枚数の劣化の両問題について解決する露光装置を提供すること。
【解決手段】フォーカス精度の低下については、本体構造体の位置変位量と、基板ステージ、もしくは原版ステージの位置を用いて、本体構造体が弾性変形をした時のフォーカス変動量をリアルタイムで計算し、予測補正する手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は，物体を移動して位置決めするステージ装置の位置計測技術に関し，特に，半導体露光装置や液晶露光装置に搭載されるステージ装置の位置決め技術に関するものである。

露光装置は、高い像性能と重ね合わせ精度が求められるため、使用される位置決めステージの位置計測計や投影光学系は、剛性の高い本体構造体に取り付けられることが一般的である。液晶用の露光装置については、生産性を向上させるためにガラスプレートの大型化に伴い、ガラスプレートを保持する基板ステージの大型化が進み、本体構造体の剛性を十分に高くできなくなっている。そのため、基板ステージの移動による本体構造体の弾性変形が顕著となって現れてくる。その結果、構造体の弾性変形により、位置計測センサの計測誤差やステージ位置決め誤差が発生し、フォーカス誤差、アライメント誤差が生じる。

フォーカス誤差に関しては、露光領域外の先読み領域に複数のフォーカス計測点を配置し、露光直前にフォーカス計測を行うことで、露光時に高い精度でフォーカス位置を補正する手段が提案されている（特許文献1）。

ところが、前記提案では、先読み領域でフォーカス計測を行い、さらにその補正駆動を行うために基板ステージが駆動する時間が必要となり、その結果、特に大型の液晶露光装置では基板処理枚数が著しく遅くなる。また、本体構造体の弾性変形によるフォーカス変動に対しては、本体構造体の弾性変形の変形速度が遅いことから、先読み領域で計測したフォーカス計測値と、露光領域内で計測したフォーカス計測値が一致しない現象が発生する。

アライメント誤差に関しては、干渉計システムを用いることで、構造体の弾性変形による位置センサの計測誤差や位置決め誤差を計測し、高い精度でアライメント位置を補正する手段が提案されている（特許文献2）。

ところが、前記提案では、干渉計システムを多用する必要があるため、システムが複雑となり、光軸調整等の作業負荷が増大する。また、コストも高くなる。

特開２００４−２８１６６５号公報 特開２００４−２２８３８３号公報

本発明では、本体構造体の弾性変形によるフォーカス誤差、及びアライメント誤差を安価で簡単なシステムにより補正を行い、フォーカス精度、及びアライメント精度の低下を解決する露光装置の提供を行う。

フォーカス誤差に関しては、先読み領域のフォーカス計測計を用いず、本体構造体の弾性変形による基板ステージと投影光学系の高さ変動に起因したフォーカス変動、もしくは原版ステージと投影露光系の高さ変動に起因したフォーカス変動を予測補正する。その結果、本体構造体の弾性変形によるフォーカス精度の低下と、先読み領域の計測計を用いることで発生する基板処理枚数の劣化の両問題について解決する露光装置の提供を行う。

アライメント誤差に関しては、干渉計システム、傾斜角センサを用いず、本体構造体の弾性変形による基板ステージ位置計測用干渉計の水平方向位置ずれに起因したアライメント誤差、もしくは原版ステージ位置計測用干渉計の水平方向位置ずれに起因したアライメント誤差を補正する。その結果、本体構造体の弾性変形によるアライメント精度の低下について解決する露光装置の提供を行う。

上記目的を達成するために、本発明では、以下のようにフォーカス誤差、アライメント誤差の補正を行う。

フォーカス誤差に関しては、本体構造体の位置変位量と、基板ステージ、もしくは原版ステージの位置を用いて、本体構造体が弾性変形をした時のフォーカス変動量をリアルタイムで計算し、予測補正する手段を有することを特徴とする。

また、フォーカス変動量の予測補正量を算出する時に、本体構造体に強制的な作用力を加えて本体構造体の変位量を測定すると同時に、投影光学系と基板ステージ間の相対位置、もしくは、投影露光系と原版ステージの相対高さを測定し、回帰分析することで前記補正量の更正を行うことを特徴とする。

アライメント誤差に関しては、本体構造体の位置変位量を用いて、本体構造体が弾性変形をした時の基板ステージ位置計測用干渉計の水平位置ずれ量、もしくは原版ステージ位置計測用干渉計の水平位置ずれ量をリアルタイムで計算し、予測補正する手段を有することを特徴とする。

また、基板ステージ位置計測用干渉計の水平位置ずれ量、もしくは原版ステージ位置計測用干渉計の水平位置ずれ量の予測補正量を算出する時に、本体構造体に強制的な作用力を加えて本体構造体の変位量を測定すると同時に、原版ステージと基板ステージ間の相対水平位置ずれを測定し、回帰分析することで前記補正量の更正を行うことを特徴とする。

本発明によれば、フォーカス誤差に関しては、本体構造体の弾性変形により生じる、基板ステージ、原版ステージの変位に起因したフォーカス変動を予測補正する。そのため、先読み領域のフォーカス計測計では補正できなかった、構造体の弾性変形に起因したフォーカス変動を補正することができる。また、先読み領域の計測計を用いることで発生する基板処理枚数の劣化の問題についても解決することができる。また、アライメント誤差に関しては、本体構造体の弾性変形により生じる、基板ステージ、原版ステージの位置計測用干渉計の水平位置ずれに起因したアライメント誤差を予測補正する。そのため、干渉計システム、傾斜角センサを用いずに、安価で高精度なアライメント誤差補正が可能となる。

本発明の実施形態である露光装置の側面図（ＸＺ平面） 本発明の実施形態である露光装置の側面図（ＹＺ平面） 本発明の実施形態である露光装置の本体構造体の平面図 本発明の実施形態である露光装置のフォーカス補正ブロック図 本発明の実施形態である露光装置の本体構造体の弾性変形概略図（ＸＺ平面） 本発明の実施形態である露光装置のアライメント誤差補正ブロック図

以下に、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。

図１、図２に、本発明の実施形態である露光装置の一例を示す。Ｚは高さ方向、θxはＸ軸まわりの回転量、θyはＹ軸まわりの回転量を示しており、以下同様である。

基板ステージ構造体３０は、基板ステージ支持台３３上に、基板ステージ支持構造体マウント３１を介して4脚で支持されている。本実施形態は4脚であるが、その限りではない。構造体マウント３１は、空気によりＺ方向の位置を制御できる。構造体マウント３１の各脚には位置計測器３２が搭載され、支持台３３と構造体３０の相対位置を計測する。また、構造体３０のＺ、θx、θy方向の位置決めは、４脚の位置計測器３２の計測値を元に、構造体マウント３１を駆動させることで行う。

構造体３０上には、Ｙ駆動機構２６a、２６bによりＹ方向に駆動する基板ステージＹ駆動部２５が構成される。Ｙ駆動部２５上には、Ｘ駆動機構２４a、２４bによりＸ方向に駆動する基板ステージＸ駆動部２３、及び、Ｚ駆動機構２２aによりＺ、θx、θy方向に駆動する基板ステージ２１が構成される。基板ステージのＸ方向、Ｙ方向の位置は、原版ステージ支持構造体５０に固定された基板ステージＸ方向位置計測器２７a、及び基板ステージＹ方向位置計測器２７bで測定することができる。また、基板ステージのＺ、θx、θy方向の位置は、Ｘ駆動部２３と基板ステージ２１の相対距離を測定するＺ駆動位置計測器２２ｂで計測する。基板ステージ２１は、Ｚ、θx、θy方向に駆動することから、Ｚ駆動機構２２a、及びＺ駆動位置計測器２２ｂは、各３点以上で構成される。

原版ステージ構造体５０は、原版ステージ支持台５３上に、原版ステージ支持構造体マウント５１を介して4脚で支持されている。本実施形態は4脚であるが、その限りではない。構造体マウント５１は、空気によりＺ方向の位置を制御できる。構造体マウント５１の各脚には位置計測器５２が搭載され、支持台５３と構造体５０の相対位置を計測する。また、構造体５０のＺ、θx、θy方向の位置決めは、４脚の位置計測器５２の計測値を元に、構造体マウント５１を駆動させることで行う。また、原版ステージ構造体５０には、投影光学系１０が固定されており、投影光学系１０に固定されたフォーカス位置センサ１１で、基板ステージ２１と投影光学系１０のＺ方向変動量を測定することでフォーカス変動量を測定する。同様に、投影光学系１０に固定されたフォーカス位置センサ４２で、原版ステージ４０と投影光学系１０のＺ方向変動量を測定することでフォーカス変動量を測定する。

さらに、原版ステージ構造体５０にはアライメント位置センサ４３が搭載されており、原版ステージ４０に対する、投影光学系１０と基板ステージ２１の相対位置変動量を測定することでアライメント誤差量を測定する。

本実施形態では、基板ステージ支持構造体マウント３１、及び原版ステージ支持構造体マウント５１が、それぞれ対角に４箇所配置されている。すなわち、基板ステージ支持構造体３０、または原版ステージ支持構造体５０の位置決め制御時に発生する作用力や、床振動に起因した支持台３３、及び支持台５３からの外乱により、弾性変形モードは経時的に変化しながら発生する。そこで、本実施形態では、弾性変形モードに起因するフォーカス変動量とアライメント誤差量をリアルタイムで補正する手段を示す。ただし、本実施形態では構造体マウントは４脚であるが、４脚以上で構成される実施方法も考えられ、その場合にフォーカス変動量、アライメント誤差量の補正を行う弾性モードは、実施形態により考慮する必要がある。

図３に、本実施形態の露光装置をＺ方向から見た図を示す。簡略化するために、基板ステージ構造体マウント３１と、位置計測器３２の取り付け位置は同一としているが、実施形態によってはその限りではない。同様に、原版ステージ構造体マウント５１と、位置計測器５２の取り付け位置も同一としている。

基板ステージ構造体マウント３１のＸ方向の取り付け距離をLpx、Ｙ方向の取り付け距離をLpy、位置計測器３２の各脚の弾性変形量を+Ap、-Apとする。弾性変形モードの変形中心のX方向、Ｙ方向座標を(Mpx, Mpy)、基板ステージ２１のＸ方向、Ｙ方向座標を(Ppx, Ppy)とする。基板ステージ構造体３０の弾性変形に起因して、基板ステージ２１の変位は、Z方向、θx、θy方向に対して、式(1)でΔZp、Δθpx、Δθpy変位する。

ΔZp = 2Ap × (Ppx − Mpx) / Lpx × (Ppy −Mpy) / Lpy
Δθpx = 4Ap × (Ppx − Mpx) / Lpx / Lpy
Δθpy = −4Ap × (Ppy − Mpy) / Lpx / Lpy 式(1)
原版ステージ構造体マウント５１のＸ方向の取り付け距離をLmx、Ｙ方向の取り付け距離をLmy、位置計測器５２の各脚の弾性変形量を+Am、-Amとする。弾性変形モードの変形中心のX方向、Ｙ方向座標を(Mmx, Mmy)、原版ステージ４０のＸ方向、Ｙ方向座標を(Pmx, Pmy)とする。原版ステージ構造体５０の弾性変形に起因して、原版ステージ４０の変位は、Z方向、θx、θy方向に対して、式(2)でΔZm、Δθmx、Δθmy変位する。

ΔZm = 2Am × (Pmx − Mmx) / Lmx × (Pmy −Mmy) / Lmy
Δθmx = 4Am × (Pmx − Mmx) / Lmx / Lmy
Δθmy = −4Am × (Pmy − Mmy) / Lmx / Lmy 式(2)

図４に、式(1)、及び式(2)で算出したフォーカス位置変位量用いてフォーカス位置を補正するブロック図を示す。

基板ステージ構造体位置計測計３２で計測された、支持台３３と基板ステージ支持構造体３０の相対位置は、モード分離行列６０aで乗算され、基板ステージ支持構造体３０の弾性変形量Ａpが算出される。基板ステージ２１のＸ方向位置、Ｙ方向位置は、基板ステージ位置計測器２７a、２７bで計測され、上記の情報を元に、式(1)が計算される。

同様に、原版ステージ構造体位置計測計５２で計測された、支持台５３と原版ステージ支持構造体５０の相対位置は、モード分離行列６０bで乗算され、原版ステージ支持構造体５０の弾性変形量Ａmが算出される。原版ステージ５１のＸ方向位置、Ｙ方向位置は、原版ステージ位置計測器４１a、４１bで計測され、上記の情報を元に、式(2)が計算される。

基板ステージ２１のＺ、θx、θyの位置は、少なくとも3点以上の位置計測器２２bの計測値をモード分離行列６０cに乗算することで算出する。基板ステージ２１は、算出したＺ、θx、θyの計測値に、式(1)で算出したΔＺp、Δθpx、Δθpyを減算し、同様に式(2)で算出したΔZm、Δθmx、Δθmyの値を和算する。その結果を補償器６１に入力し、モード分離行列６０dを乗算して、Ｚ駆動機構２２aで位置決めを行う。上記演算はリアルタイムで行うため、本体構造体が弾性変形をし、基板ステージ２１、及び原版ステージ４０のZ、θx、θy方向の位置変動によるフォーカス変動量が発生しても、リアルタイムでフォーカス位置量の予測補正を行うことができる。

また、式(1)の弾性変形モードの変形中心（Mpx、Mpy）、及び（Mmx、Mmy）の値は固定値としているが、設計値と実際の変形中心の値がずれる場合がある。そこで式(1)(2)から算出されるフォーカス位置補正を無効にし、基板ステージ２１、及び原版ステージ４０を位置決めした状態で、基板ステージ支持構造体マウント３１に強制的に作用力を加え、弾性変形を故意に作り出す。その時の構造体３０の弾性変形量Ａpと、フォーカス位置センサ１１の変位量を回帰分析することによって、Mpx、Mpyの値の更正を行うことができる。同様に、原版ステージ支持構造体マウント５１に強制的に作用力を加え、弾性変形を故意に作り出す。その時の構造体５０の弾性変形量Ａmと、フォーカス位置センサ４２の変動量を回帰分析することによって、Mmx、Mmyの値の更正を行うことができる。

図５に本実施形態において、原版ステージ支持マウント５１に弾性変形が生じたときの原版ステージ、及び基板ステージの位置計測用干渉計の水平位置ずれの概略図を示す。位置計測用干渉計の水平位置ずれは一例であり、実施形態によってはその限りではない。

原版ステージ構造体マウント５１の各脚位置計測機５２の弾性変形量を+Am,-Amとする。この弾性変形によって、原版ステージ支持構造体５０に固定された基板ステージＸ方向位置計測器２７a、及び原版ステージＸ方向位置計測器４１aの水平位置ずれが起こることで、ステージ位置決め誤差が生じる。このときのステージ位置決め誤差によるアライメント誤差量をΔXとする。

アライメント誤差補正量をXcomp,アライメント誤差補正係数をXaとすると、Xcompは上記情報を用いて式(3)で表わされる。

Xcomp = -Xa × Am 式(3)
ここで、アライメント誤差補正係数Xaは、予め原版ステージ支持マウント５１の弾性変形量Amに対するアライメント誤差量ΔXを原版ステージ構造体位置計測計５２、及びアライメント位置センサ４３を用いて計測し、式(4)により求めておく必要がある。

Xa = ΔX / Am 式(4)
図６に、式(3)、式(4)で算出したアライメント誤差補正量を用いてアライメント誤差を補正するブロック図を示す。

原版ステージ構造体位置計測計５２で計測された、支持台５３と原版ステージ支持構造体５０の相対位置は、モード分離行列６０bで乗算され、原版ステージ支持構造体５０の弾性変形量Ａmが算出される。予め算出されたXaと上記情報を元に式(3)が計算される。式(3)によって算出されたXcompを原版ステージ位置計測器４１aの計測値、もしくは基板ステージ位置計測器４１aの計測値に和算する。その結果を補償器６２に入力し、原版ステージXY駆動機構４４a,４４b、もしくは基板ステージ X駆動機構２４a,２４bで位置決めを行う。

また、式(3)、式(4)のアライメント誤差補正係数の値は事前に計測、算出した固定値としているが、経時変化によりずれる場合がある。そこで式(3)から算出されるアライメント誤差補正を無効にし、基板ステージ２１、及び原版ステージ４０を位置決めした状態で、基板ステージ支持構造体マウント５１に強制的に作用力を加え、弾性変形を故意に作り出す。その時の構造体５０の弾性変形量Ａmと、アライメント位置センサ４３の変位量を回帰分析することによって、アライメント誤差補正係数Xaの値の更正を行うことができる。

１０ ： 投影光学系
１１ ： 基板ステージ フォーカス位置センサ
２１ ： 基板ステージ
２２a ： 基板ステージ Ｚ駆動機構
２２b ： 基板ステージ Ｚ駆動位置計測器
２３ ： 基板ステージ Ｘ駆動部
２４a ： 基板ステージ Ｘ駆動機構可動部
２４ｂ ： 基板ステージ Ｘ駆動機構固定部
２５ ： 基板ステージ Ｙ駆動部
２６a ： 基板ステージ Ｙ駆動機構可動部
２６b ： 基板ステージ Ｙ駆動機構固定部
２７a ： 基板ステージ Ｘ方向位置計測器
２７b ： 基板ステージ Ｙ方向位置計測器
３０ ： 基板ステージ支持構造体
３１ ： 基板ステージ支持構造体マウント
３２ ： 基板ステージ支持構造体 位置計測器
３３ ： 基板ステージ支持台
４０ ： 原版ステージ
４１a ： 原版ステージ X方向位置計測器
４１b ： 原版ステージ Y方向位置計測器
４２ ： 原版ステージ フォーカス位置センサ
４３ ： アライメント位置センサ
４４a ： 原版ステージ ＸＹ駆動機構可動部
４４b ： 原版ステージ ＸＹ駆動機構固定部
５０ ： 原版ステージ支持構造体
５１ ： 原版ステージ支持構造体 マウント
５２ ： 原版ステージ支持構造体 位置計測器
５３ ： 原版ステージ支持台
６０a〜d ： モード分離行列
６１ ： 補償器

Claims (3)

1. 原版を搭載して移動する原版ステージと、
   原版に形成されたパターンを結像する投影光学系と、
   その結像位置に被露光基板を搭載して移動する基板ステージと、
   原版ステージもしくは基板ステージの位置を計測する計測手段と、
   該位置計測手段の計測値に基づいて基板ステージもしくは原版ステージを移動して位置を合わせる位置合わせ手段と、
   前記投影光学系、基板ステージ、原版ステージ、及び位置計測手段を保持する本体構造体と、
   該本体構造体を支持する支持台と、
   該本体構造体と支持台との間の位置を計測する計測手段と、
   前記原版ステージに対する、投影露光系、及び基板ステージの相対位置を計測する計測
   手段と、
   前記基板ステージと投影露光系の相対高さ、もしくは原版ステージと投影露光系の間の相対高さを測定する計測手段を備えた露光装置において、
   前記本体構造体と支持台との間の位置を計測する前記計測手段の計測値と
   前記基板ステージもしくは前記原版ステージの前記計測手段の計測値を用いて、
   前記投影露光系と基板ステージ間の相対高さ、もしくは投影露光系と原版ステージ間の相対高さを補正する手段と、
   前記本体構造体と支持台との間の位置を計測する前記計測手段の計測値を用いて、
   前記投影露光系と基板ステージ間の相対水平位置ずれ、もしくは投影露光系と原版ステージ間の相対水平位置ずれを補正する手段を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記本体構造体を支持する各箇所に強制的な作用力を与え、その強制的な作用力の変動に対する前記本体構造体と支持台との間の相対高さを前記計測手段で測定した測定値と、
   一定の位置と姿勢を保つように位置決めされた前記基板ステージ、もしくは前記原版ステージの前記位置手段の計測値と、
   前記投影露光系と基板ステージ間の相対距離、もしくは投影光学系と原版ステージ間の相対距離を前記位置手段で測定した計測結果を用いて、
   前記補正手段の係数を回帰分析することによって更正する手段を備えた請求項１に記載の露光装置。
3. 前記本体構造体を支持する各箇所に強制的な作用力を与え、その強制的な作用力の変動に対する前記本体構造体と支持台との間の相対高さを前記計測手段で測定した測定値と、
   前記原版ステージに対する、投影露光系、及び基板ステージの相対位置を前記位置手段で測定した計測結果を用いて、
   前記補正手段の係数を回帰分析することによって更正する手段を備えた請求項１に記載の露光装置。