JP2018031824A - 露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きなガラス基板に対して微細な直線パターンを正確に形成することができる。【解決手段】低熱膨張材料により形成された略直方体の定盤11の上に、低熱膨張材料により形成され、略水平な上面に基板が載置される板状のステージ31が、上面11aに固定された高さが略同一のレール21を介して設けられる。第1駆動部と、ステージ31の下面には、設けられたガイドレール20を挟むように、2本の略棒状のガイド部材が設けられ、レール21の上面に沿ってステージ31を移動させる。そして、干渉ユニット42は、ステージ31に載置された基板に干渉縞を照射して、いわゆるラインアンドスペースを形成する。【選択図】 図1
Description
本発明は、露光装置に関する。
特許文献1には、コヒーレント光源の出力光を2以上に分岐し、これらを所定の干渉角度で交差させて、干渉縞の長手方向が所定の角度で交差する干渉光を発生させること、及び、当該干渉光を用いてステップアンドリピート方式により感光性材料層の干渉露光を行い、干渉露光後の感光性材料層における干渉光の照射エリア若しくは非照射エリアを除去して感光性材料層に微細パターンを形成し、基板若しくは機能材料層をエッチングして微細パターンを得ることが開示されている。
特許文献1に記載の発明は、8インチウェハ等の小さな基板をある方向(Y方向とする)に移動させて、Y方向に沿った微細パターンを形成するものである。特許文献1に記載の発明では、露光時におけるワークの移動量が小さいため、ワークをステージに載置したときのワークの平坦度、ワークが載置されたステージを移動させるときの精度等は大きな問題にならない。しかしながら、特許文献1に記載の発明を用いて、例えば1m×1.5m程度の大きなガラス基板を露光しようとすると、様々な問題が生じるおそれがある。
例えば、大きなガラス基板をステージに載置したときに、ガラス基板の高さにばらつきが生じ、それによりパターンの精度(パターンの幅、深さ等)が低くなるおそれがある。また、例えば、ステージをY方向に直進させるとき、移動距離が長くなるほどステージの移動精度が低くなり、それによりパターンが蛇行してしまうおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大きなガラス基板に対して微細な直線パターンを正確に形成することができる露光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る露光装置は、例えば、低熱膨張材料により形成された略直方体の定盤と、低熱膨張材料により形成され、略水平な上面に基板が載置される板状のステージと、前記ステージを第1方向に移動させる第1移動部であって、長手方向が前記第1方向に沿うように前記定盤の上面に固定された高さが略同一の複数のレールであって、前記ステージが載置される複数のレールと、前記複数のレールの上面に沿って前記ステージを移動させる第1駆動部と、前記複数のレールのうちの1本であるガイドレールを挟むように前記ステージの下面に設けられた2本の略棒状のガイド部材と、を有する第1移動部と、光源と、前記光源から照射されたレーザ光を2つの光束に分割し、当該2つの光束を干渉させて生成した干渉縞を前記ステージに向けて照射する干渉ユニットであって、前記光源から照射されたレーザ光を第1光束及び第2光束に分割するビームスプリッタと、前記第1光束を反射させる第1ミラーと、前記第2光束を反射させる第2ミラーと、前記ビームスプリッタと前記第2ミラーとの間に設けられ、前記第2光束が通過する補正光学部材と、を有する干渉ユニットと、を有する光照射部と、前記定盤に設けられ、前記ステージの上方に前記干渉ユニットを移動可能に保持する枠体であって、前記第1方向及び鉛直方向と略直交する第2方向に延設された棒状部を有する枠体と、前記干渉ユニットを前記棒状部に沿って移動させる第2移動部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る露光装置によれば、低熱膨張材料により形成された略直方体の定盤の上に、低熱膨張材料により形成され、略水平な上面に基板が載置される板状のステージが、盤の上面に固定された高さが略同一の複数のレールを介して設けられる。ステージの下面には、ガイドレールを挟むように2本の略棒状のガイド部材が設けられ、レールの上面及び側面に沿ってステージを移動させる。そして、干渉ユニットは、ステージに載置された基板に干渉縞を照射していわゆるラインアンドスペースを形成する。これにより、ワーク、すなわちステージが大きくても、ステージを第1方向(x方向)に沿って移動させることができ、その結果ラインアンドスペースの長手方向をx方向とほぼ平行にすることができる。また、定盤やステージが低熱膨張材料により形成されているため、ワークWが大きくても、ワークWの水平面(xy平面)方向の熱変形を抑えることができる。したがって、ワークWに描くラインアンドスペースの幅や位置を一定にし、大きなガラス基板に対して、微細な直線パターンを正確に形成することができる。
ここで、前記ステージの前記第2方向に沿った側面には、前記干渉縞を直接読み取る光読取部が設けられ、前記光読取部は、前記干渉縞の光をとらえる対物レンズと、前記干渉縞を結像するカメラと、を有してもよい。これにより、干渉ユニットの高さと、基板に照射される干渉縞のコントラストと、の関係を直接確認することができる。
ここで、前記干渉ユニットに隣接して設けられたオートフォーカス部を備え、前記オートフォーカス部は、側面視において斜め上から前記ステージに向けて光を照射するオートフォーカス用光源と、前記オートフォーカス用光源から照射された光を受光し、当該受光した光が結像した位置に基づいて前記ステージの高さ方向の位置ずれを検出するオートフォーカス用センサと、を有してもよい。これにより、基板(ステージ)の高さを測定することができる。そして、高さに応じて露光条件を変化させることで、ラインアンドスペースの精度を高くすることができる。具体的には、干渉縞の焦点ボケを無くし、高いコントラストで安定したライン幅を保つことができる。また、部分的な基板の反りを検出し、干渉縞の第2方向(y方向)のズレを補正することができる。
ここで、前記補正光学部材は、板状の部材であり、前記干渉ユニットは、前記補正光学部材を回転させる移動機構を有してもよい。これにより、干渉縞の横方向(y方向)の位置を微調整することができる。
ここで、前記干渉ユニットは、前記光源から照射され、前記基板及び前記第2ミラーで反射され、前記補正光学部材及び前記ビームスプリッタを通過した光、及び前記光源から照射され、前記基板、前記第1ミラー及び前記ビームスプリッタで反射された光を受光する受光センサを有してもよい。これにより、露光に用いる光学系を用いて、露光後の基板を検査することができる。
ここで、前記棒状部の鉛直方向における両側の面にそれぞれ前記第2方向に沿って延設されたスケールを有し、前記干渉ユニットの前記第2方向における位置を測定する第1位置測定部及び第2位置測定部と、前記干渉ユニットの前記第2方向における位置を測定するレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計の測定結果に基づいて前記第1位置測定部及び前記第2位置測定部の測定結果を校正する制御部と、を備えてもよい。これにより、ステージのピッチングやヨーイングによる誤差等を含まないように第1位置測定部及び第2位置測定部を校正し、干渉ユニットの移動精度を高くすることができる。
ここで、前記ステージの下面には、前記ガイドレールと対向する位置に凸部が設けられ、前記ガイド部材は、前記凸部の両側に設けられ、前記凸部及び前記ガイド部材には、前記ガイドレールに向けて空気を吐出する空気吐出部と、前記ガイドレールとの間にある空気を吸引する空気吸引部と、が設けられてもよい。これにより、ステージを変形させず、ステージの移動方向を規制することができる。
本発明によれば、大きなガラス基板に対して微細な直線パターンを正確に形成することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、重複する部分については説明を省略する。
本発明における露光装置は、略水平方向に保持した感光性基板(例えば、ガラス基板)の表面に感光性材料層(例えば、フォトレジスト等)を形成したワークに対して露光を行い、ワークに微細な直線パターンを形成するものである。本実施の形態では、微細な直線パターンとして、例えば、太さが略90nm、ピッチが略180nmのストライプ状の微細な凹凸(いわゆるラインアンドスペース)を形成する。
感光性基板は、一辺が例えば1mを超える(例えば、1000mm×1500mm)大型の略矩形形状の基板である。なお、感光性基板としては、例えば、熱膨張率が非常に小さい(例えば、約5.5×10−7/K程度)石英ガラスが用いられる。
図1、2は、第1の実施の形態に係る露光装置1の概略を示す斜視図である。図3は、露光装置1の概略を示す平面図である。露光装置1は、主として、定盤11と、除振台12、13と、第1移動部20と、ステージ31と、枠体32と、光照射部40と、光読取部50と、オートフォーカス部60(図9参照)と、を有する。なお、図1〜3においては、一部の構成について図示を省略している。また、露光装置1は、装置全体を覆う図示しない温度調整部により、一定温度に保たれている。
定盤11は、略直方体形状(厚板状)の部材であり、例えば、石(例えば、花崗岩)や低膨張率の鋳物(例えば、ニッケル系の合金)等の低熱膨張材料で形成される。定盤11は、設置面(例えば、床)上に載置された複数の除振台12、13の上に載置される。これにより、定盤11が除振台12、13を介して設置面上に載置される。定盤11は、略水平(xy平面と略平行)な上面(+z側の面)11aを有する。
除振台12は、アクティブ除振台であり、除振台13は、重さを支えるパッシブ除振台である。除振台13は、z方向に移動可能な受動型バネ要素を有する。除振台12は、除振台13に、x方向及びy方向のそれぞれに移動可能なアクチュエータ(図示せず)と、アクチュエータを制御するためのセンサ(図示せず)と、センサからの信号に基づいて外部から入力する振動を抑制するようにアクチュエータを制御する制御回路(図示せず)と、を追加したものである。除振台12、13については、すでに公知であるため、詳細な説明を省略する。
第1移動部20は、定盤11の上面11aに載置され、ステージ31は、第1移動部20の上に載置される。第1移動部20は、ステージ31をx方向に移動させる。
第1移動部20は、主として、4本のレール21と、1本のガイドレール22と、レール21の上面に沿ってステージ31を移動させる駆動部23と、を有する。なお、図1〜3では図示しないが、第1移動部20には、ポンプ等から空気が供給される。
4本のレール21及びガイドレール22は、セラミック製の細長い板状の部材であり、定盤11の上面11aに、長手方向がx方向に沿うように固定される。4本のレール21及びガイドレール22は、高さ(z方向の位置)が略同一である。レール21及びガイドレール22の上面と、ガイドレール22の側面とは、高精度及び高平坦度で形成される。
ガイドレール22は、定盤11のy方向における略中央に設けられる。xz平面と略平行な面であって、ガイドレール22を含む面には、露光装置1の重心位置が含まれる。
4本のレール21は、ガイドレール22を挟んで線対称の位置に設けられる。本実施の形態では、2本のレール21がガイドレール22の−y側に設けられ、2本のレール21がガイドレール22の+y側に設けられる。
4本のレール21及びガイドレール22の上には、ステージ31が載置される。4本のレール21のうちの−y側の端に位置するレール21には、ステージ31の−y側の端部である側面31c近傍の領域が載置され、4本のレール21のうちの+y側の端に位置するレール21には、ステージ31の+y側の端部である側面31d近傍の領域が載置される。
また、定盤11の上面11aには、4本のレール21及びガイドレール22を挟むように、2つの駆動部23が設けられる。駆動部23は、永久磁石を有する固定子23aと、電磁コイルを有する可動子23bと、を有するリニアモータである。
固定子23aは、断面略コの字形状の棒状の部材であり、長手方向がx方向に沿うように定盤11の上面11aに設けられる。固定子23aは、ガイドレール22を中心として線対称の位置に設けられる。また、固定子23aの内部には、冷却液(例えば、フッ素系不活性液体)が流れる配管(図示せず)が設けられている。
可動子23bは、ステージ31の側面31c、31dにそれぞれ設けられる。可動子23bは、電磁コイルが設けられた凸部を有し、この凸部が固定子23a内に挿入される。可動子23bは、U相、V相、W相のコイル(図示せず)が順番に並べられており、固定子23aに沿って移動する。また、可動子23bの内部には、コイルの間を縫うように、冷却液が流れる配管(図示せず)が設けられている。
ステージ31は、板状であり、略水平な上面31aと、下面31b(図7参照)と、を有する。上面31aには、ワークW(図示省略)が載置される。ステージ31は、熱膨張係数が略0.5〜1×10−7/Kの低膨張性セラミック等の低熱膨張材料を用いて形成される。これにより、ステージ31の変形を防止することができる。なお、ステージ31は、熱膨張係数が略5×10−8/Kの超低膨張性ガラスセラミックを用いて形成することが望ましい。この場合には、制御しきれない温度変化が発生したとしても、ステージ31の変形を確実に防止することができる。また、ステージ31は、定盤11や枠体32よりも熱膨張係数が小さい材料を用いて形成することが望ましい。ステージ31の熱変形を防止することで、ワークWを熱変形させないようにしたり、ワークWの熱変形量を小さくしたりすることができる。
ここで、ステージ31が第1移動部20によりどのように移動されるかについて説明する。図4は、第1移動部20の側面図であり、第1移動部20の中央部分を部分的に拡大した図である。図5は、ステージ31を斜め下から見た概略斜視図である。
ステージ31の下面31bには、レール21及びガイドレール22と対向する位置に凸部31f、31gが形成される。複数の凸部31f、31gは、下面31bに2次元状に配列される。凸部31f、31gは、先端(レール21又はガイドレール22と対向する面)が平面である。
ステージ31の下面31bには、ガイドレール22を挟むように、凸部31gの両側に2本の略棒状のエアパッド24が設けられる。これにより、ステージ31のy方向の位置、すなわちステージ31がx方向以外に移動しないようにステージ31の移動方向が規制される。このように、エアパッド24は、ステージ31の移動方向を規制するガイド部材としても機能する。
図4に示すように、エアパッド24には、ガイドレール22の側面に向けて空気を吐出する空気吐出部24aが設けられる。空気吐出部24aは、エアパッド24の側面に開口する空気穴を有する。また、空気吐出部24aは、内径が絞られたオリフィスを有する。したがって、この開口からは、ポンプ(図示せず)等から供給された空気が高圧及び高速で吐出される。これにより、空気吐出部24aとガイドレール22との間に、空気の層が形成される。
また、エアパッド24には、空気吐出部24aとガイドレール22との間にある空気を吸引する空気吸引部24bと、空気吐出部24aとガイドレール22との間に形成された空間と外部空間とを連通する連通孔24cと、が設けられる。
凸部31gには、空気吐出部31hが形成される。空気吐出部31hは、凸部31gの先端面に開口する空気穴を有し、この開口からは、ポンプ(図示せず)等から供給された空気がガイドレール22に向けて高圧及び高速で吐出される。これにより、凸部31gとガイドレール22との間に、空気の層が形成される。
また、凸部31gには、凸部31gとガイドレール22との間にある空気を吸引する空気吸引部31iと、凸部31gとガイドレール22との間に形成された空間と外部空間とを連通する連通孔31jと、が設けられる。
このように、エアパッド24及び凸部31gと、ガイドレール22との間の空間に空気を吐出しつつ空気を吸引するため、ステージ31を変形させず、ステージ31の移動方向を規制することができる。
凸部31fには、複数(例えば、5個)の空気吐出部31hが設けられ、ポンプ(図示せず)等から供給された空気がレール21に向けて高圧及び高速で吐出される。これにより、空気吐出部31hとレール21との間に、空気の層が形成される。したがって、ステージ31を滑らかに移動させることができる。
なお、本実施の形態では、隣接する凸部31f、31gはx方向にもy方向にも離れているが、凸部31f、31gの形態はこれに限られない。例えば、凸部がx方向沿って長いリブ状であり、リブ状の凸部がy方向に複数並べられていてもよい。
図1〜3の説明に戻る。枠体32は、定盤11の上面11aに設けられ、ステージ31の上方(+z方向)に光照射部40を移動可能に保持する。枠体32は、定盤11と同じ材料、例えば石(例えば、花崗岩)や低膨張率の鋳物(例えば、ニッケル系の合金)等の低熱膨張材料を用いて形成され、2本の柱32aと、柱32aを連結する梁32bと、を有する。梁32bは、棒状の部材であり、ステージ31の上方(+z方向)に、y方向に沿って延設される。また、梁32bには、取付部材33と、梁32bに沿って取付部材33、すなわち取付部材33に設けられた干渉ユニット42(後に詳述)を移動させる駆動部34と、が設けられる。
駆動部34は、梁32bのz方向の両端面(+z側の面と−z側の面)にそれぞれ設けられる。図1〜3では、−z側の面に設けられた駆動部34の図示を省略している。
駆動部34は、永久磁石を有する固定子34aと、電磁コイルを有する可動子(図示せず)と、を有するリニアモータである。固定子34aは、断面略コの字形状の棒状の部材であり、長手方向がy方向に沿うように梁32bに設けられる。可動子は、取付部材33に設けられ、電磁コイルが設けられた凸部が固定子34a内に挿入される。可動子は、U相、V相、W相のコイル(図示せず)が順番に並べられており、固定子34aに沿って移動する。これにより、取付部材33がy方向に沿って移動する。
光照射部40は、ワークW(すなわち、ステージ31)に向けて光(本実施の形態では、レーザ光)を照射するものであり、主として、光源41と、干渉ユニット42と、ミラー43と、を有する。
光源41は、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源であり、例えば、波長λが266nmのレーザ光を出射する半導体励起固体レーザである。光源としては、例えば、ネオジウムがドープされたYAGレーザを用いることができる。この光源から出力されるレーザ光の波長は10.6μmであり、SHG素子等を用いて波長λが266nmのレーザ光を得ることができる。ただし、光源41の種類や、光源が出射するレーザ光の波長はこれに限られない。
レーザ光Lは、光源41からy方向に沿って(本実施の形態では−y方向に)出射され、ミラー43で反射されて下向き(−z方向)に向きが変えられる。ミラー43は、干渉ユニット42に設けられ、ミラー43で反射されたレーザ光Lは、干渉ユニット42へ導かれる。
干渉ユニット42は、梁32bを周方向に覆う取付部材33を介して梁32bに設けられる。図6は、干渉ユニット42を模式的に示す図である。干渉ユニット42は、光源41から照射された光を2つの高速に分割し、2つの光束を干渉させて形成された縞状の光をワークW(すなわち、ステージ31)に向けて照射するものである。図6において、光路を2点鎖線で示し、光軸を1点鎖線で示す。
干渉ユニット42は、主として、枠42aと、ビームエキスパンダ42bと、ミラー42cと、ビームスプリッタ42dと、ミラー42e、42fと、補正光学部材42gと、反射強度センサ42hと、を有する。
枠42aは、セラミック等で形成された2個の中空角棒を有する。2つの中空角棒は、隣接して設けられる。枠42aは、図示しない移動機構を介して、取付部材33に上下方向(z方向)に移動可能に設けられる。また、枠42aは、図示しない移動機構を介して、z軸を中心に回転可能に設けられる。なお、移動機構については、公知の技術を用いることができる。
枠42aには、ミラー43、ビームエキスパンダ42b、ミラー42c、ビームスプリッタ42d、ミラー42e、42f、補正光学部材42g、及び反射強度センサ42hが設けられる。2つの中空角棒の間にビームスプリッタ42dを設け、2つの中空角棒の両外側の面にミラー42e、42fを設けることで、ミラー42e、42fが中心軸axを中心に略左右対称に設けられる。
光源41から出射されたレーザ光Lは、ミラー43で反射された後、ビームエキスパンダ42bによってビーム径が拡大され、ミラー42cによってその光路が偏向されてビームスプリッタ42dに導かれる。
ビームスプリッタ42dは、1本のレーザ光Lを2つの光束に分割するものである。ビームスプリッタ42dは、例えば、板状のハーフミラーを用いることができるが、これに限定されない。ビームスプリッタ42dにより分割された2本のレーザ光L1、L2は、それぞれミラー42e、42fで反射し、ワークW上で干渉し、干渉光を発生させる。
ビームスプリッタ42dとミラー42fとの間には、補正光学部材42gが設けられている。補正光学部材42gは、例えばビームスプリッタ42dと同じ板厚のガラス板であり、ビームスプリッタ42dを通過したレーザ光L2が通過する。補正光学部材42gは、ビームスプリッタ42dを通過し、ミラー42fで反射したレーザ光L1の光路長と、ビームスプリッタ42d及びミラー42eで反射したレーザ光L2の光路長と、が同じ長さとなるように、ビームスプリッタ42dを通過した光の光路長を補正する。
補正光学部材42gは、図示しない移動機構により回転可能(図6矢印参照)に設けられる。なお、補正光学部材42gは板状の部材に限られず、補正光学部材42gの移動方向は回転方向に限られない。なお、移動機構については、公知の技術を用いることができる。
2本のレーザ光L1、L2は、所定の干渉角度2θで交差する。これにより、ワークWの上面近傍で二つのレーザ光L1、L2の干渉による干渉縞が生成され、これがワークWに露光光として照射される。
図7は、レーザ光L1、L2の干渉による干渉縞L3を模式的に示す図である。干渉縞L3においては、レーザ光L1、L2が重なる中心軸ax上において同位相となり、光が強くなる。また、干渉縞L3においては、逆位相となる箇所では光が弱くなる。また、干渉縞L3においては、同位相となる箇所が所定のピッチで現れる。このピッチpは以下の数式(1)で表される。数式(1)において、nは屈折率であり、θはレーザ光L1、L2の傾斜角である。
[数1]
ピッチp=λ/2nsinθ・・・(1)
ピッチp=λ/2nsinθ・・・(1)
λが266nmであり、nが1(空気)であり、θが50度であるとすると、ピッチpは174nmとなる。
このように、光照射部40は、1回の露光でワークW上に、例えばピッチpが174nmのラインアンドスペースのパターンを転写することができる。ワークWに塗布されたレジストが、光照射部分が現像液に溶解するポジ型である場合には、光照射されていない箇所が残存したラインアンドスペースのレジストパターンを得ることができる。一方、レジストが、光照射部分が架橋して現像液に溶解しなくなるネガ型である場合には、光照射された箇所が現像後に残存したラインアンドスペースのレジストパターンを得ることができる。
なお、レーザ光Lは、強度分布がガウス関数となるガウシアンビームであるため、レーザ光L1、L2の干渉による干渉縞も同様の強度分布を有する(図7の細線参照)。したがって、露光時に、ガウシアン半径w(レーザ光の強度がピーク値の1/e2まで減少する位置における中心軸axからの距離)だけ干渉ユニット42をy方向に移動させる(図7の2点鎖線参照)ことで、一定の強度のレーザ光をワークWに照射する(図7の長破線参照)ことができる。
図6の説明に戻る。反射強度センサ42hは、光源41から出射され、干渉ユニット42を通ってワークWで反射した光を受光し、その強度を測定するセンサである。反射強度センサ42hには、ワークWで反射した光のうち、ミラー42fで反射し、補正光学部材42g及びビームスプリッタ42dを通過した光と、ミラー42e及びビームスプリッタ42dで反射した光と、が入射する。
ワークWにラインアンドスペースのパターンが転写されている場合には、補正光学部材42gを微小角度だけ回転させることで、反射強度センサ42hに入射する光の強度分布が変化する。これにより、露光に用いる光学系と同じ光学系を用いてパターンの位置を検出することができる。なお、パターン位置の検出を行なう場合には、光源41から出射される光の強度を、露光時の強度よりも弱くする。
図1の説明に戻る。ステージ31の−x側の側面31eには、干渉ユニット42から照射された干渉縞(空中像)を直接読み取る光読取部50が設けられる。光読取部50は、3個の光読取部50a、光読取部50b、光読取部50cを有する。光読取部50a、50cは、側面31eの両端近傍に設けられ、光読取部50bは、側面31eの中央近傍に設けられる。光読取部50a〜50cは同一の構成であるため、以下、光読取部50aについて説明する。
図8は、光読取部50aの概略を示す斜視図であり、要部を透視した図である。光読取部50aは、主として、空中像iの光をとらえる対物レンズ51と、対物レンズ51から導かれた光を反射するミラー52と、低熱伝導体で形成された鏡筒53と、鏡筒53の内部に設けられたチューブレンズ54と、を有する顕微鏡と、顕微鏡により取得されたパターンを結像するUVカメラ55と、を有する。
対物レンズ51は、倍率が略100倍の高倍率、開口数(NA、numerical aperture)が略0.95、焦点距離が略2mmの特性を有するUVレンズである。なお、対物レンズ51の開口数NAは、干渉ユニット42の開口数NAより大きい必要がある。開口数NAは、以下の数式(2)で求められる。
[数2]
開口数NA=nsinθ
開口数NA=nsinθ
例えば、nが1であり、θ(図6参照)が50度であるとすると、干渉ユニット42の開口数NAは約0.77となる。したがって、本実施の形態では、対物レンズ51の開口数NAは、0.77より大きければよい。
チューブレンズ54は、無限遠補正された対物レンズ51からの光を結像させるレンズであり、焦点距離が略200mmである。
UVカメラ55は、解像度がSXGA(1280×1024画素)程度であり、大きさが1/4インチ程度であり、消費電力が0.1W程度である。UVカメラ55は、制御部151a(図12参照)により、超低速度スキャンが可能であるため、空中像iを正確に読み取ることができる。また、使用しないときには自動的にシャットダウンが可能である。
干渉ユニット42により形成された空中像iは、対物レンズ51で拡大され、UVカメラ55に投影されて、その位置や形状が読み取られる。その結果、干渉ユニット42の高さ(z方向の位置)と、ワークWに照射される干渉縞L3のコントラストと、の関係(すなわち、干渉ユニット42の高さがどこであれば、コントラストの高い干渉縞L3がワークWに照射できるか)を直接確認することができる。本実施の形態では、光源41からy方向に光を出射し、ミラー43で光を下方向に曲げているため、干渉ユニット42のy方向の位置によって干渉縞のコントラストが異なる可能性がある。したがって、複数個所に設けられた光読取部50a、50b、50cのそれぞれで空中像iを読み取ることが望ましい。
また、光読取部50で空中像iを読み取ることで、干渉ユニット42をy方向に1ステップ(例えば、ガルシアン半径w分、図7参照)だけ移動させた時に干渉縞が完全に重なるか否かを確認することができる。そして、光読取部50における読み取り結果に基づいて、干渉ユニット42を1ステップでy方向に移動させる距離を微調整することができる。
図3の説明に戻る。オートフォーカス部60は、干渉ユニット42の枠42aに設けられる。言い換えると、オートフォーカス部60と干渉ユニット42とは隣接して設けられる。
図9は、オートフォーカス部60の概略を示す図である。図9においては、参考として、レーザ光L1、L2を破線で示す。
オートフォーカス部60は、主として、ステージ31(ワークW)に対し、側面視(x方向から見たとき)において斜め上から光を照射するオートフォーカス用光源(AF用光源)61と、AF用光源61に隣接して設けられたコリメータレンズ62と、コリメータレンズ62を通った光をステージ31に結像させる投影レンズ63と、AF用光源61から照射されてワークWで反射した光を受光するオートフォーカス用センサ(AFセンサ)64と、ワークWで反射した光をAFセンサ64に結像させる結像レンズ65と、を有する。
AF用光源61は、例えばレーザーダイオードであり、赤色光又は近赤外光を発光する。AF用光源61から出射された光は、コリメータレンズ62を通過して平行光となる。そして、投影レンズ63において、干渉縞L3による描画エリアの中心点で光が点となるように集光される。描画エリアの中心点近傍で反射した光は、結像レンズ65を通りAFセンサ64に入射する。結像レンズ65は、反射光をAFセンサ64の上に点として結像させる。描画エリアの中心点、すなわちワークW上で光を点とし、AFセンサ64上でも光を点とすることで、ワークWの傾斜がAFセンサ64において誤差として検出されなくなる。
なお、現像後のレジストのラインアンドスペースパターンによる回折でAFセンサ64に誤差が生じるのを防ぐため、AF用光源61、コリメータレンズ62、投影レンズ63、AFセンサ64及び結像レンズ65は、AF用光源61から照射された光の光軸を、干渉ユニット42が照射する2本のレーザ光L1、L2と略直交するように設けることが望ましい。
AFセンサ64は、光が結像した位置に基づいてステージ31の高さ方向の位置ずれを検出する(AF処理)。例えば、干渉ユニット42とステージ31とが遠い(ステージ31が低い)場合は、光がAFセンサ64の上側の領域に結像する。また、例えば、干渉ユニット42とステージ31とが近い(ステージ31が高い)場合は、光がAFセンサ64の下側の領域に結像する。そして、干渉ユニット42とステージ31との距離が適切な距離(予め定められている)である場合には、光がAFセンサ64の略中央に結像する。このように、光が結像した位置に基づいて干渉ユニット42とステージ31との距離を検出することができる。特に、ワークWとステージ31との間に異物が挟まり、ワークWが山なりとなった場合にも、オートフォーカス部60はこの凸形状の左右の傾斜を正しく検出することができる。
なお、AF処理は、ステージ31にワークWを載置した後、露光処理の前に、ワークW全体に対して行なわれる。これにより、ワークWの位置とワークWの高さとの関係をマッピングし、干渉ユニット42から照射される干渉縞の位置(xy平面上の位置及びz方向の位置)を調整することができる。なお、干渉縞の位置の調整は、図示しない移動機構により補正光学部材42gを回転することにより行なわれる。また、駆動部66により干渉ユニット42及びオートフォーカス部60をz方向に移動させることで、干渉縞のz方向の位置を大まかに調整することができる。
次に、露光装置1の測定系について説明する。図10は、露光装置1の測定系の概略を示す図である。露光装置1は、主として、リニアエンコーダ71、72、73、74と、レーザ干渉計81、82、83と、を有する。
リニアエンコーダ71、72、73、74は、それぞれスケール71a、72a、73a、74aと、検出ヘッド71b、72b、73b、74bと、を有する。なお、検出ヘッド72b、74bについては図示を省略する。
スケール71a、72a、73a、74aは、例えばレーザホログラムスケールであり、0.1nm〜1nm程度の分解能を持つように構成されている。検出ヘッド71b、72b、73b、74bは、光(例えば、レーザ光)を照射し、スケール71a、72a、73a、74aで反射された光を取得する。リニアエンコーダ71、72、73、74は、すでに公知であるため、詳細な説明を省略する。
スケール71a、72aは、それぞれ第1移動部20の−y側及び+y側の端面に設けられ、検出ヘッド71b、72bは、それぞれステージ31の側面31c、31dに設けられる。リニアエンコーダ71、72は、定盤11とステージ31との位置関係、すなわちリニアエンコーダ71、72の原点位置に対するステージ31のx方向の位置を測定する。
スケール73a、74aは、それぞれ梁32bの+z側及び−z側の端面に設けられ、検出ヘッド73b、74bは、それぞれ取付部材33に設けられる。リニアエンコーダ73、74は、梁32bと取付部材33との位置関係、すなわちリニアエンコーダ73、74の原点位置に対する取付部材33(すなわち、干渉ユニット42)のy方向の位置を測定する。
レーザ干渉計81、82、83は、取付部材33又は干渉ユニット42のy方向の位置を測定する。レーザ干渉計81、82、83へは、トランスデューサ84(図1〜3参照)から出射されたレーザ光が導かれる。
レーザ干渉計81は、4本のレーザ光を照射する。4本のレーザ光のうちの2本は、ステージ31に設けられたバーミラー31mで反射して、その反射光がレーザ干渉計81で受光される。4本のレーザ光のうちの残りの2本は、干渉ユニット42のx方向と平行な側面に設けられたミラー85で反射して、その反射光がレーザ干渉計81で受光される。レーザ干渉計81は、y方向におけるバーミラー31mとミラー85との相対位置を測定する。
レーザ干渉計82、83は、2本のレーザ光を照射する。レーザ干渉計82が照射した2本のレーザ光は、取付部材33の−x側の端面に設けられたミラー86で反射して、その反射光がレーザ干渉計82で受光される。レーザ干渉計83が照射した2本のレーザ光は、取付部材33の+x側の端面に設けられたミラー87で反射して、その反射光がレーザ干渉計83で受光される。レーザ干渉計82、83は、それぞれミラー86、87のy方向の位置を測定する。
このようにしてレーザ干渉計81、82、83によって測定されたミラー85、86、87の位置は、ステージ31のピッチングやヨーイングによる誤差等を含まない。したがって、レーザ干渉計81、82、83を用いて、これらの誤差を含む測定を行うリニアエンコーダ73、74を校正することで、干渉ユニット42の移動精度を高くする。
図11は、露光装置1の電気的な構成を示すブロック図である。露光装置1は、CPU(Central Processing Unit)151と、RAM(Random Access Memory)152と、ROM(Read Only Memory)153と、入出力インターフェース(I/F)154と、通信インターフェース(I/F)155と、メディアインターフェース(I/F)156と、を有する。
CPU151は、RAM152、ROM153に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。CPU151には、リニアエンコーダ71、72、73、74、レーザ干渉計81、82、83等から信号が入力される。CPU151からは、駆動部23、34、光照射部40等に信号が出力される。
RAM152は、揮発性メモリである。ROM153は、各種制御プログラム等が記憶されている不揮発性メモリである。CPU151は、RAM152、ROM153に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ROM153は、露光装置1の起動時にCPU151が行うブートプログラムや、露光装置1のハードウェアに依存するプログラムなどを格納する。RAM152は、CPU151が実行するプログラム及びCPU151が使用するデータなどを格納する。
CPU151は、入出力インターフェース154を介して、キーボードやマウス等の入出力装置141を制御する。通信インターフェース155は、ネットワーク142を介して他の機器からデータを受信してCPU151に送信すると共に、CPU151が生成したデータを、ネットワーク142を介して他の機器に送信する。
メディアインターフェース156は、記憶媒体143に格納されたプログラム又はデータを読み取り、RAM152に格納する。なお、記憶媒体143は、例えば、ICカード、SDカード、DVD等である。
なお、各機能を実現するプログラムは、例えば、記憶媒体143から読み出されて、RAM152を介して露光装置1にインストールされ、CPU151によって実行される。
CPU151は、入力信号に基づいて露光装置1の各部を制御する制御部151aの機能を有する。制御部151aは、CPU151が読み込んだ所定のプログラムを実行することにより構築される。
図11に示す露光装置1の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、例えば一般的な情報処理装置が備える構成を排除するものではない。露光装置1の構成要素は、処理内容に応じてさらに多くの構成要素に分類されてもよいし、1つの構成要素が複数の構成要素の処理を実行してもよい。
図12は、制御部151aが行なう処理を説明する機能ブロック図である。制御部151aは、リニアエンコーダ71、72から入力された信号を平均する(平均回路161)。また、制御部151aは、AFセンサ64の検出結果に基づいて、ステージ31(ワークW)の高さを求め、高さの変化量を横方向(xy方向)の変化量に変換する(変換回路162)。そして、制御部151aは、これらの結果からステージ31のx方向の位置を求め(LUT166)、ステージ31のx方向の位置に基づいて駆動部23を制御して、ステージ31をx方向に移動させる。それと同時に、制御部151aは、補正光学部材42gを回転させる図示しない駆動部42iを制御して、補正光学部材42gを回転させる。このように、ステージ31の高さに応じて露光条件(干渉縞L3の位置等)を変化させる。
制御部151aは、リニアエンコーダ73、74から入力された信号に基づいて干渉縞L3の位置を求める(差分回路、外挿回路164)。また、制御部151aは、レーザ干渉計81、82から入力された信号に基づいて干渉縞L3の位置を求める(差分回路、外挿回路165)。そして、制御部151aは、リニアエンコーダ73、74から入力された信号をレーザ干渉計81、82から入力された信号を用いて校正する(LUT167)。制御部151aは、校正後の測定値に基づいて駆動部34等を制御して、取付部材33をy方向に移動させる。
制御部151aは、レーザ干渉計82、83から入力された信号に基づいて、干渉ユニット42が生成する干渉縞L3のx方向の位置を求める(差分回路163)。制御部151aは、干渉ユニット42をz軸を中心に回転させる図示しない駆動部42jを制御する。これにより、干渉縞L3の縞の方向をx方向と平行にする。
そして、制御部151aは、これらの制御と同時に光源41から光を出射し、干渉ユニット42により干渉縞L3を生成してワークWに照射し、露光処理を行う。
本実施の形態によれば、定盤11やステージ31が低熱膨張材料により形成されているため、ワークW(ステージ31)が大きくても、ワークWの高さ方向の位置を一定に保つことができる。したがって、ワークWに描くラインアンドスペースの幅や位置を一定にすることができる。また、本実施の形態によれば、ガイドレール22を挟むように設けられた2本のエアパッド24によりステージ31の移動方向を規制するため、ワークWが大きくても、ワークWをx方向に沿って移動させることができる。したがって、ラインアンドスペースの長手方向をx方向とほぼ平行にすることができる。以上より、大きなガラス基板に対して、微細な直線パターンを正確に形成することができる。
また、本実施の形態によれば、光読取部50で干渉縞L3の空中像iを読み取ることにより、干渉ユニット42の高さ(z方向の位置)がどの位置であれば、コントラストの高い干渉縞がワークWに照射できるかを直接確認することができる。また、干渉ユニット42をy方向に1ステップだけ移動させた時に干渉縞が完全に重なるか否かについても、直接確認することができる。これにより、ピントを合わせて干渉縞L3をワークWに照射し、さらにx軸に沿ってワークW(ステージ31)を移動させながら(x軸スキャン)ワークWを露光するときに、干渉ユニット42をy方向に移動させる(yステップ)ことによる干渉縞L3の重ね誤差を確実に防ぐことができる。
また、本実施の形態によれば、補正光学部材42gを回転させることにより、干渉縞L3の横方向(y方向)の位置を微調整することができる。
また、本実施の形態によれば、干渉ユニット42に反射強度センサ42hを設けることで、露光に用いる光学系を用いて露光後のワークWの検査を行なうことができる。
また、本実施の形態によれば、オートフォーカス部60を設けることで、ワークWの高さ(干渉ユニット42とワークWとの距離)を測定することができる。これにより、ワークW表面の凹凸に応じて露光条件を変化させ、ラインアンドスペースの精度を高くすることができる。具体的には、干渉縞L3の焦点ボケを無くし、高いコントラストで安定したライン幅を保つことができる。また、部分的なワークWの反りを検出し、干渉縞L3のy方向のズレを補正することができる。
また、本実施の形態によれば、レーザ干渉計81、82を用いてリニアエンコーダ73、74を校正するため、干渉ユニット42の移動精度を高くし、それによりラインアンドスペースの精度を高くすることができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。当業者であれば、実施形態の各要素を、適宜、変更、追加、変換等することが可能である。
また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略水平とは、厳密に水平の場合には限られず、例えば数度程度の誤差を含む概念である。また、例えば、単に平行、直交等と表現する場合において、厳密に平行、直交等の場合のみでなく、略平行、略直交等の場合を含むものとする。また、本発明において「近傍」とは、基準となる位置の近くのある範囲(任意に定めることができる)の領域を含むことを意味する。例えば、Aの近傍という場合に、Aの近くのある範囲の領域であって、Aを含んでもいても含んでいなくてもよいことを示す概念である。
1 :露光装置
11 :定盤
11a :上面
12、13:除振台
20 :第1移動部
21 :レール
22 :ガイドレール
23 :駆動部
23a :固定子
23b :可動子
24 :エアパッド
24a :空気吐出部
24b :空気吸引部
24c :連通孔
31 :ステージ
31a :上面
31b :下面
31c、31d、31e:側面
31f :凸部
31g :凸部
31h :空気吐出部
31i :空気吸引部
31j :連通孔
31m :バーミラー
32 :枠体
32a :柱
32b :梁
33 :取付部材
34 :駆動部
34a :固定子
40 :光照射部
41 :光源
42 :干渉ユニット
42a :枠
42b :ビームエキスパンダ
42c、42e、42f:ミラー
42d :ビームスプリッタ
42g :補正光学部材
42h :反射強度センサ
42i、42j:駆動部
43 :ミラー
50、50a、50b、50c:光読取部
51 :対物レンズ
52 :ミラー
53 :鏡筒
54 :チューブレンズ
55 :UVカメラ
60 :オートフォーカス部
61 :AF用光源
62 :コリメータレンズ
63 :投影レンズ
64 :AFセンサ
65 :結像レンズ
66 :駆動部
71、72、73、74:リニアエンコーダ
71a、72a、73a、74a:スケール
71b、72b、73b、74b:検出ヘッド
81、82、83:レーザ干渉計
84 :トランスデューサ
85、86、87:ミラー
141 :入出力装置
142 :ネットワーク
143 :記憶媒体
151 :CPU
151a :制御部
152 :RAM
153 :ROM
154 :入出力インターフェース
155 :通信インターフェース
156 :メディアインターフェース
161 :平均回路
162 :変換回路
163 :差分回路
164 :外挿回路
165 :外挿回路
11 :定盤
11a :上面
12、13:除振台
20 :第1移動部
21 :レール
22 :ガイドレール
23 :駆動部
23a :固定子
23b :可動子
24 :エアパッド
24a :空気吐出部
24b :空気吸引部
24c :連通孔
31 :ステージ
31a :上面
31b :下面
31c、31d、31e:側面
31f :凸部
31g :凸部
31h :空気吐出部
31i :空気吸引部
31j :連通孔
31m :バーミラー
32 :枠体
32a :柱
32b :梁
33 :取付部材
34 :駆動部
34a :固定子
40 :光照射部
41 :光源
42 :干渉ユニット
42a :枠
42b :ビームエキスパンダ
42c、42e、42f:ミラー
42d :ビームスプリッタ
42g :補正光学部材
42h :反射強度センサ
42i、42j:駆動部
43 :ミラー
50、50a、50b、50c:光読取部
51 :対物レンズ
52 :ミラー
53 :鏡筒
54 :チューブレンズ
55 :UVカメラ
60 :オートフォーカス部
61 :AF用光源
62 :コリメータレンズ
63 :投影レンズ
64 :AFセンサ
65 :結像レンズ
66 :駆動部
71、72、73、74:リニアエンコーダ
71a、72a、73a、74a:スケール
71b、72b、73b、74b:検出ヘッド
81、82、83:レーザ干渉計
84 :トランスデューサ
85、86、87:ミラー
141 :入出力装置
142 :ネットワーク
143 :記憶媒体
151 :CPU
151a :制御部
152 :RAM
153 :ROM
154 :入出力インターフェース
155 :通信インターフェース
156 :メディアインターフェース
161 :平均回路
162 :変換回路
163 :差分回路
164 :外挿回路
165 :外挿回路
Claims (7)
- 低熱膨張材料により形成された略直方体の定盤と、
低熱膨張材料により形成され、略水平な上面に基板が載置される板状のステージと、
前記ステージを第1方向に移動させる第1移動部であって、長手方向が前記第1方向に沿うように前記定盤の上面に固定された高さが略同一の複数のレールであって、前記ステージが載置される複数のレールと、前記複数のレールの上面に沿って前記ステージを移動させる第1駆動部と、前記複数のレールのうちの1本であるガイドレールを挟むように前記ステージの下面に設けられた2本の略棒状のガイド部材と、を有する第1移動部と、
光源と、前記光源から照射されたレーザ光を2つの光束に分割し、当該2つの光束を干渉させて生成した干渉縞を前記ステージに向けて照射する干渉ユニットであって、前記光源から照射されたレーザ光を第1光束及び第2光束に分割するビームスプリッタと、前記第1光束を反射させる第1ミラーと、前記第2光束を反射させる第2ミラーと、前記ビームスプリッタと前記第2ミラーとの間に設けられ、前記第2光束が通過する補正光学部材と、を有する干渉ユニットと、を有する光照射部と、
前記定盤に設けられ、前記ステージの上方に前記干渉ユニットを移動可能に保持する枠体であって、前記第1方向及び鉛直方向と略直交する第2方向に延設された棒状部を有する枠体と、
前記干渉ユニットを前記棒状部に沿って移動させる第2移動部と、
を備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記ステージの前記第2方向に沿った側面には、前記干渉縞を直接読み取る光読取部が設けられ、
前記光読取部は、前記干渉縞の光をとらえる対物レンズと、前記干渉縞を結像するカメラと、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 - 前記干渉ユニットに隣接して設けられたオートフォーカス部を備え、
前記オートフォーカス部は、側面視において斜め上から前記ステージに向けて光を照射するオートフォーカス用光源と、前記オートフォーカス用光源から照射された光を受光し、当該受光した光が結像した位置に基づいて前記ステージの高さ方向の位置ずれを検出するオートフォーカス用センサと、を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置。 - 前記補正光学部材は、板状の部材であり、
前記干渉ユニットは、前記補正光学部材を回転させる移動機構を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置。 - 前記干渉ユニットは、前記光源から照射され、前記基板及び前記第2ミラーで反射され、前記補正光学部材及び前記ビームスプリッタを通過した光、及び前記光源から照射され、前記基板、前記第1ミラー及び前記ビームスプリッタで反射された光を受光する受光センサを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記棒状部の鉛直方向における両側の面にそれぞれ前記第2方向に沿って延設されたスケールを有し、前記干渉ユニットの前記第2方向における位置を測定する第1位置測定部及び第2位置測定部と、
前記干渉ユニットの前記第2方向における位置を測定するレーザ干渉計と、
前記レーザ干渉計の測定結果に基づいて前記第1位置測定部及び前記第2位置測定部の測定結果を校正する制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の露光装置。 - 前記ステージの下面には、前記ガイドレールと対向する位置に凸部が設けられ、
前記ガイド部材は、前記凸部の両側に設けられ、
前記凸部及び前記ガイド部材には、前記ガイドレールに向けて空気を吐出する空気吐出部と、前記ガイドレールとの間にある空気を吸引する空気吸引部と、が設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
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Publications (1)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP2018031824A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110375657A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-25 | 中铁二局集团有限公司 | 一种建筑结构用新型水平位移激光测量装置和测量方法 |
WO2020057114A1 (zh) * | 2018-09-19 | 2020-03-26 | 武汉华星光电技术有限公司 | 一种曝光机及其传送基板的方法 |
CN112334836A (zh) * | 2018-06-25 | 2021-02-05 | 株式会社 V 技术 | 曝光装置以及高度调整方法 |
-
2016
- 2016-08-22 JP JP2016162225A patent/JP2018031824A/ja active Pending
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