JP3635792B2

JP3635792B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP3635792B2
Application number: JP18658296A
Authority: JP
Inventors: 雅夫滝口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: JPH109816A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出装置に関し、例えば感光基板の一面に液晶デイスプレイ（LCD:liquid Crystal Display）の回路パターンを露光する露光装置内に設けられたアライメント装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、位置検出装置としては様々なものが提案されている。中でも露光装置に用いられるアライメント装置（位置検出装置）においては、感光基板への回路パターンの露光に先立ち、当該感光基板に形成されたアライメントマークを検出することにより感光基板の位置を検出するようになされている。
これにより露光装置では、アライメント装置から得られる検出結果に基づいて感光基板を位置決めし、当該感光基板の所定位置に回路パターンを露光する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで図５に示すように、アライメント装置１においては、例えば四角柱形状でなるベース部材２の第１の側面２Ａ上にレーザ保持金具３を介してレーザ光源４が設置されていると共に、当該ベース部材２の第１の側面２Ａ及びこれと直交する第２の側面２Ｂ上に平行平板やビームスプリツタ等の光学素子が内設された複数の光学素子ユニツト５が配設されている。
またベース部材２の第２の側面２Ｂの下端部には、下辺の一端から他端に亘つて当該第２の側面２Ｂからほぼ垂直に張り出すように張出部２Ｃが設けられており、当該張出部２Ｃの両端部にはそれぞれ円筒形状でなる対物レンズ部又はガイド部（以下、これを単にガイド部と呼ぶ）２Ｄ及び２Ｅがそれらの中心軸をこの張出部２Ｃの長手方向とほぼ直交させ、かつ第２の側面２Ｂとほぼ平行となるように設けられている。
【０００４】
ベース部材２の下部には、ＸＹステージ６がその一面６Ａを当該ベース部材２の底面と平行にした状態で、当該底面とほぼ平行な２次元平面上を矢印Ｘに示すＸ軸方向及び矢印Ｙに示すＹ軸方向に移動自在に配置されている。このＸＹステージ６の一面６Ａ上にはガラス基板の一面に感光性樹脂が塗布されてなる感光基板７が載置されている。
ここでＸＹステージ６の一方の直交する２辺側には、それぞれ第１及び第２の駆動モータ８及び９が配設されており、これら第１及び第２の駆動モータ８及び９は主制御回路１０からそれぞれ入力される第１の制御信号Ｓ１及び第２の制御信号Ｓ２に応じて駆動制御される。
【０００５】
またＸＹステージ６の一面６Ａには、当該ＸＹステージ６の他方の直交する２辺にそれぞれ沿つて反射平面が伸びた第１及び第２の反射ミラー１１及び１２が載置されている。
さらにＸＹステージ６の他方の直交する２辺側には、それぞれ第１及び第２のレーザ干渉計１３及び１４が配設されている。これら第１及び第２のレーザ干渉計１３及び１４は、それぞれ第１及び第２の反射ミラー１１及び１２にレーザ光束ＬＡＸ及びＬＡＹを照射するようにしてＸＹステージ６のＸ軸方向の位置（又は移動量）及びＹ軸方向の位置（又は移動量）を検出する。
【０００６】
この場合第１及び第２のレーザ干渉計１３及び１４は、それぞれ検出したＸＹステージ６のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置（又は移動量）を検出信号Ｓ３及びＳ４として主制御回路１０に送出する。
これにより主制御回路１０は、第１及び第２のレーザ干渉計１３及び１４から入力される検出信号Ｓ３及びＳ４に基づいてＸＹステージ６のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置（又は移動量）を検出しながら、第１及び第２の駆動モータ８及び９を駆動制御して当該ＸＹステージ６を移動させる。
【０００７】
実際にこのアライメント装置１では、レーザ光源４から感光基板７の感光性樹脂を感光させない波長を有するレーザ光束ＬＡが発射され、当該レーザ光束ＬＡを各光学素子ユニツト５にそれぞれ内設された光学素子を順次介して第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂に分離する。この後これら第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂をそれぞれガイド部２Ｄ及び２Ｅを介して感光基板７の被検出面７Ａに照射する。
このとき感光基板７の被検出面７Ａに照射された第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂は、それぞれ当該感光基板７の感光性樹脂では反射せず、当該被検出面７Ａに形成された複数の図示しないアライメントマークに照射されることによりベース部材２のガイド部２Ｄ及び２Ｅ側に反射される。
【０００８】
ここでベース部材２の第２の側面２Ｂ上には、第１の光電素子１６及び第２の光電素子１７が配設されており、これら第１及び第２の光電素子１６及び１７は感光基板７の各アライメントマークでそれぞれ反射したレーザ光束（以下、これを第１及び第２の反射光束と呼ぶ）ＬＡ₁’及びＬＡ₂’をそれぞれプリズム等の光学素子が内設された光学素子ユニツト５Ａ及び５Ｂを介して受光する。
なお第１及び第２の光電素子１６及び１７は、それぞれ受光した第１及び第２の反射光束ＬＡ₁’及びＬＡ₂’の光量に応じた光電信号Ｓ５及びＳ６を主制御回路１０に送出する。
【０００９】
この場合主制御回路１０は、第１及び第２の光電素子１６及び１７から入力される光電信号Ｓ５及びＳ６に応じた第１及び第２の反射光束ＬＡ₁’及びＬＡ₂’の光量が最大となるようにＸＹステージ６を移動させる。このようにして主制御回路１０は、第１及び第２の反射光束ＬＡ₁’及びＬＡ₂’の光量が最大となつたとき（すなわち、アライメントマークを検出したとき）、第１及び第２のレーザ干渉計１３及び１４から得られる検出信号Ｓ３及びＳ４に応じたＸＹステージ６のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置に基づいて感光基板７の被検出面７Ａの位置を検出し得るようになされている。
【００１０】
ところでこのようなアライメント装置１が用いられる図示しない露光装置は、その内部に設けられた投影光学系や回路基板等が感光基板７の露光時に発熱する。このため露光装置は当該露光装置を覆うような図示しないチヤンバ内に設置され、当該チヤンバ内を温調された気体（例えばクリーンエア）によつて温度をほぼ一定に保持するようになされている。
なおこの温調された気体（以下、これを温調気体と呼ぶ）は、アライメント装置１にも供給されている。
【００１１】
このアライメント装置１において各光学素子ユニツト５は、その構成部材（ミラーホルダ等）の材質がベース部材２の材質に比べて比較的大きな熱膨張係数を有し、上述した温調気体が供給された場合、温度が変化してそれぞれ内設されている光学素子の位置がずれる。
従つてこの場合アライメント装置１では、レーザ光源４から発射されたレーザ光束ＬＡ（又は第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂）のビーム形状が変形したり、レーザ光束ＬＡ（又は第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂）の光路にずれが生じて感光基板７の各アライメントマークの検出精度が変化して、当該感光基板７の被検出面７Ａの位置の検出精度を維持し難くなる。
【００１２】
このためこのアライメント装置１では、ベース部材２の第１及び第２の側面２Ａ及び２Ｂにそれぞれレーザ光源４及び各光学素子ユニツト５を覆うように第１のカバー１８及び第２のカバー１９が取り付けられている。これによりこのアライメント装置１では、各光学素子ユニツト５への温調気体の吹き付けを防止して、これら各光学素子ユニツト５の温度変化を防止し得るようになされている。
【００１３】
ところでこのようなアライメント装置１においては、レーザ光源４の劣化による交換や、光学素子ユニツト５に内設された光学素子の劣化による交換等のようなレーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節時、ベース部材２に取り付けられた第１及び第２のカバー１８及び１９を取り外して調節作業を行う。
ところがこのような調節作業では、ベース部材２の第１のカバー１８及び又は第２のカバー１９の取り外された第１の側面２Ａ及び又は第２の側面２Ｂ上に配設されている各光学素子ユニツト５に温調気体が吹き付けられ、これにより各光学素子ユニツト５の温度が変化する。
【００１４】
このためこのアライメント装置１では、レーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節が終了してベース部材２に第１及び第２のカバー１８及び１９を再び取り付けた直後、調節時に温調気体が吹き付けられた各光学素子ユニツト５にそれぞれ内設されている光学素子の位置がずれ、レーザ光束ＬＡ（又は第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂）のビーム形状が変形したり、又はレーザ光束ＬＡ（又は第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂）の光路にずれが生じる。すなわちこのアライメント装置１では、レーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節が終了した直後には、当該調節の前における感光基板７の各アライメントマークの検出精度を再現し難く、当該感光基板７の被検出面７Ａの位置を正確に検出し難い問題があつた。
【００１５】
これに加えてこのアライメント装置１では、レーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節が終了した後、温度の変化した各光学素子ユニツト５の当該温度が調節前の温度に戻るまでに数時間単位の時間が必要となる。このためこのアライメント装置１では、その数時間単位の時間の間、感光基板７の被検出面７Ａの位置を正確に検出し難いために、当該被検出面７Ａの位置の検出に時間がかかる問題があつた。
【００１６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、調節が終了した直後においても被検出面の位置を短時間で精度良く検出し得る位置検出装置を提案しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、被検出面の位置を検出する通常動作時及び、光源及び又は光学素子の調節時に、光学素子がほぼ同じ所定温度となるように温度制御する温度制御手段を設けるようにする。
【００１８】
これにより本発明では、被検出面の位置を検出する通常動作時及び、光源及び又は光学素子の調節時において光学素子がほぼ同じ所定温度となるように温度制御するようにしたことにより、光源及び又は光学素子の調節直後の通常動作時において、この光源及び又は光学素子の調節前の通常動作時における被検出面の位置の検出精度をほぼ再現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００２０】
図５との対応部分に同一符号を付して示す図１において、２０は全体として実施例によるアライメント装置を示し、感光基板７の被検出面７Ａの位置を検出する通常動作時（以下、これを単に通常動作時と呼ぶ）及びレーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節時（以下、これを単に調節時と呼ぶ）に、各光学素子ユニツト５の温度がほぼ同じ所定温度となるように温度制御する温度制御部２１が設けられていることを除いて図５のアライメント装置１と同様に構成されている。
【００２１】
この場合温度制御部２１は、複数のペルチエ素子２２、熱電対等でなる図示しない複数の温度センサ及び制御回路２３から構成されており、各ペルチエ素子２２及び各温度センサはそれぞれ一組づつ光学素子ユニツト５の表面の所定位置に取り付けられている。
またこれら各ペルチエ素子２２及び各温度センサは制御回路２３に電気的に接続されている。
【００２２】
ここでペルチエ素子２２は、２種類の金属導体のそれぞれ一端同士及び他端同士が電気的に接続された閉回路でなり、電流が通電されることにより例えば一端同士が発熱（又は吸熱）し、他端同士が吸熱（又は発熱）する。これに加えてペルチエ素子２２は、通電される電流の向きが逆転されることにより一端同士及び他端同士における発熱と吸熱が反転する特性を有する。またこのペルチエ素子２２における発熱及び吸熱の熱量は、当該ペルチエ素子２２に通電される電流の値に比例する性質を有する。
【００２３】
実際上、図２に示すように、このアライメント装置２０では、例えばレーザ光束ＬＡ（又は第１及び第２のレーザ光束ＬＡ₁及びＬＡ₂）の光軸を平行移動させる平行平板が内設された光学素子ユニツト５Ｃにおいて表面のそれぞれ所定位置にペルチエ素子２２及び温度センサ２４が取り付けられている。
ここで制御回路２３は、まず光学素子ユニツト５Ｃが所定温度となるように電流の値及び向きが予め選定されてなる電流信号Ｓ１０をペルチエ素子２２に送出する。また制御回路２３は、常時、温度センサ２４から得られる温度信号Ｓ１１に基づいて光学素子ユニツト５Ｃの表面の温度をモニタする。
【００２４】
この状態において制御回路２３は、入力される温度信号Ｓ１１に応じた温度が変化した場合、光学素子ユニツト５Ｃの温度が常にほぼ一定の所定温度となるように、当該温度信号Ｓ１１に応じた温度に基づいて電流の値及び向きを制御してなる電流信号Ｓ１０をペルチエ素子２２に送出して当該ペルチエ素子２２の発熱及び吸熱を制御する。
これにより温度制御部２１の制御回路２３は、常時、光学素子ユニツト５Ｃがほぼ一定の所定の温度となるように温度制御し得るようになされている。
【００２５】
すなわちこのアライメント装置２０では、調節時、ベース部材２から第１のカバー１８及び又は第２のカバー１９が取り外されて各光学素子ユニツト５に温調気体が吹き付けられた場合でも、温調気体が吹き付けられた各光学素子ユニツト５の温度が変化することを防止して調節の前とほぼ同じ温度となるように温度制御し得るようになされている。
かくしてこのアライメント装置２０では、レーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節が終了した直後においても、当該調節の前の通常動作時における感光基板７の各アライメントマークの検出精度をほぼ再現することができ、当該感光基板７の被検出面７Ａの位置の検出精度をほぼ再現し得るようになされている。
【００２６】
以上の構成において、このアライメント装置２０では、制御回路２３において温度センサ２４によつて各光学素子ユニツト５の温度をモニタすると共に、当該モニタした温度に基づいて各光学素子ユニツト５が常にほぼ一定の所定温度となるようにペルチエ素子２２の発熱及び吸熱を制御してこれら各光学素子ユニツト５を温度制御する。これによりこのアライメント装置２０では、通常動作時及び調節時に、各光学素子ユニツト５の温度がほぼ同じ所定温度となるように温度制御することができる。
【００２７】
従つてこのアライメント装置２０では、レーザ光源４及び又は各光学素子ユニツト５の調節が終了した直後の通常動作時においても当該調節の前の通常動作時における感光基板７の各アライメントマークの検出精度をほぼ再現することができ、かくして感光基板７の被検出面７Ａの位置の検出精度をほぼ再現することができる。
【００２８】
以上の構成によれば、通常動作時及び調節時に、各光学素子ユニツト５の温度をほぼ同じ所定温度となるように温度制御する温度制御部２１を設けるようにしたことにより、調節が終了した直後の通常動作時においても当該調節の前の通常動作時における感光基板７の被検出面７Ａの位置の検出精度をほぼ再現することができ、かくして調節が終了した直後においても被検出面の位置を短時間で精度良く検出し得る位置検出装置を実現することができる。
【００２９】
なお上述の実施例においては、各光学素子ユニツト５毎にペルチエ素子２２及び温度センサ２４を取り付けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、通常動作時及び調節時に各光学素子ユニツト５毎の温度がほぼ同じ所定温度となるように温度制御し得れば、各光学素子ユニツト５のうち、少なくとも１つの光学素子ユニツト５の表面のそれぞれ所定位置にペルチエ素子２２及び温度センサ２４を取り付けるようにしても良い。
【００３０】
また上述の実施例においては、温度制御部２１において各ペルチエ素子２２及び各温度センサ２４に対して１つの制御回路２３を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、温度制御部２１において少なくとも１つの制御回路２３を用いて、これら各制御回路２３にそれぞれ所定数づつのペルチエ素子２２及び温度センサ２４を電気的に接続するようにして、各光学素子ユニツト５をそれぞれ温度制御するようにしても良い。この場合も実施例の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
さらに上述の実施例においては、温度制御部２１において制御回路２３が各温度センサ２４からそれぞれ得られる光学素子ユニツト５の表面の温度に基づいて、当該温度センサ２４に対応するペルチエ素子２２の発熱及び吸熱を制御することにより当該光学素子ユニツト５の温度を常にほぼ一定の所定温度となるように温度制御するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば制御回路２３から電流の値及び向きが予め選定された一定の電流値でなる電流信号Ｓ１０を常時、各ペルチエ素子２２に送出するようにして、各光学素子ユニツト５の温度が常にほぼ一定の所定温度となるように温度制御するようにしても良い。
【００３２】
さらに上述の実施例においては、温度制御部２１においてペルチエ素子２２及び温度センサ２４を用いて各光学素子ユニツト５をそれぞれ個別に温度制御するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば所定の流体や気体によつて各光学素子ユニツト５全体の温度を一括して温度制御するようにしても良い。
ここで図１の対応部分に同一符号を付して示す図３は、他の実施例によるアライメント装置３０を示し、実施例によるアライメント装置２０の温度制御部２１に代えて流体を用い、これにより各光学素子ユニツト５の温度が常にほぼ一定の所定温度となるように温度制御する。
【００３３】
すなわちこのアライメント装置３０では、図示しない流体が注入された容器３１が設けられており、当該容器３１には内部の流体を加熱又は冷却する図示しない所定の温度調節器が設けられていると共に、図示しないポンプが設けられている。またこの容器３１には第１の配管３２の一端が接続されており、当該第１の配管３２の他端にはベース部材２の第１及び第２の側面２Ａ及び２Ｂ上にそれぞれ配設された各光学素子ユニツト５の近傍を通るように当該ベース部材２の内部に形成された流体の流路２Ｆの一端に接続されている。この流路２Ｆの他端には第２の配管３３の一端が接続されており、当該第２の配管３３の他端は容器３１に接続されている。
【００３４】
これによりこのアライメント装置３０では、容器３１からほぼ一定の所定温度となるように温度制御された流体が常に第１の配管３２、ベース部材２の内部の流路２Ｆ及び第２の配管３３を順次介して流され、かくして通常動作時及び調節時に当該流体によつて各光学素子ユニツト５の温度がほぼ同じ所定温度となるように温度制御することができる。
【００３５】
ところでこのアライメント装置３０では、例えば各光学素子ユニツト５のうち、少なくとも１つの光学素子ユニツト５の表面の温度を検出し、当該検出した温度に基づいて容器３１の温度調節器を制御して流体の温度を制御したり、ベース部材２と各光学素子ユニツト５との構成部材の材質をほぼ同じ熱膨張係数を有する材質に選定することにより、各光学素子ユニツト５の温度をさらに精度良く温度制御することができる。
【００３６】
また図１との対応部分に同一符号を付して示す図４は、他の実施例によるアライメント装置４０を示し、実施例によるアライメント装置２０の温度制御部２１に代えて風を発生させるラインフローフアン等でなる送風機４１及び当該送風機４１を制御する制御回路４２からなる温度制御部４３が設けられて構成されている。
【００３７】
この場合このアライメント装置４０では、ベース部材２の第２の側面２Ｂが第３の側面２Ｇと直交する辺側に送風機４１が配置されており、当該送風機４１は制御回路４２によつて制御されて風を発生させる。ここで送風機４１は、発生させた風を矢印ａに示す方向に沿つてベース部材２の第２の側面２Ｂと第２のカバー１９との間及び第１の側面２Ａと第１のカバー１８との間に流す。これによりこのアライメント装置４０では、各光学素子ユニツト５の温度を常にほぼ一定の所定温度となるように温度制御することができる。
【００３８】
さらに上述の実施例においては、本発明の位置検出装置を液晶デイスプレイの回路パターンを露光する露光装置内に設けられたアライメント装置２０に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該液晶用デイスプレイの回路パターンを露光する露光装置内に設けられたオートフオーカス装置、ウエハ上に半導体集積回路を露光する露光装置内に設けられたアライメント装置及びオートフオーカス装置等のこの他種々の位置検出装置に適用するようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、被検出面の位置を検出する通常動作時及び、光源及び又は光学素子の調節時に、光学素子がほぼ同じ所定温度となるように温度制御する温度制御手段を設けるようにしたことにより、光源及び又は光学素子の調節直後の通常動作時において、この光源及び又は光学素子の調節前の通常動作時における被検出面の位置の検出精度をほぼ再現することができ、かくして調節が終了した直後においても被検出面の位置を短時間で精度良く検出し得る位置検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるアライメント装置の全体構成を示す略線的斜視図である。
【図２】本発明の一実施例によるアライメント装置に用いられる温度制御部の構成を示す略線的斜視図である。
【図３】他の実施例によるアライメント装置の構成を示す略線的側面図である。
【図４】他の実施例によるアライメント装置の全体構成を示す略線的斜視図である。
【図５】従来のアライメント装置の全体構成を示す略線的斜視図である。
【符号の説明】
１、２０、３０、４０……アライメント装置、２Ｆ……流路、４……レーザ光源、５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ……光学素子ユニツト、７……感光基板、７Ａ……被検出面、２１、４３……温度制御部、２２……ペルチエ素子、２４……温度センサ、３１……容器、３２……第１の配管、３３……第２の配管。

Claims

光源から発射された光束を光学素子を介して被検出面に照射すると共に、前記被検出面で反射した前記光束に基づいて前記被検出面の位置を検出する位置検出装置において、
前記被検出面の位置を検出する通常動作時及び、前記光源及び又は前記光学素子の調節時に、前記光学素子がほぼ同じ所定温度となるように温度制御する温度制御手段を具えることを特徴とする位置検出装置。
前記光学素子は、複数配設されており、
前記温度制御手段は、各前記光学素子をそれぞれ個別に加熱又は冷却することにより該各光学素子の温度をそれぞれ所定温度となるように温度制御することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記光学素子は、複数配設されており、
前記温度制御手段は、各前記光学素子全体を一括して加熱又は冷却することにより該各光学素子の温度をそれぞれ所定温度となるように温度制御することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
前記温度制御手段は、ペルチエ素子を用いて前記光学素子を加熱又は冷却することを特徴とする請求項１〜３の少なくとも一項に記載の位置検出装置。
前記温度制御手段は、所定の流体を間接的に用いて前記光学素子を加熱又は冷却することを特徴とする請求項１〜４の少なくとも一項に記載の位置検出装置。
前記温度制御手段は、前記光学素子の温度を計測する温度センサを設けることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも一項に記載の位置検出装置。
前記温度制御手段は、前記複数の光学素子の１つの光学素子の温度を検出して温度制御を行うことを特徴とする請求項２又３に記載の位置検出装置。