JP4288086B2

JP4288086B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP4288086B2
Application number: JP2003047640A
Authority: JP
Inventors: 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004259870A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に設けられたアライメントマークを検出し、露光装置の状態を検査する技術が知られている。例えば、レーザー測長系によりステージの位置を測定し、ステージの位置決めを行う露光装置において、予め定められた間隔で複数のアライメントマークが配置された基準基板をステージに載置し、そのアライメントマークの位置を読み取りながらステージを駆動するとともに、レーザー測長系によりステージの位置を測定することにより、レーザー測長系の誤差を検出するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の技術では、基板に設けられたアライメントマークに基づいて露光装置を検査することから種々の不都合が生じた。例えば、レーザー測長系は、ミラー等の歪み、温度変化、気圧変化等で測定値に誤差が生じるため、高精度な測定を維持するにはレーザー測長系を頻繁に診断する必要がある。一方、上述の技術では、診断のたびに基準基板をステージに載置しなければならず、診断に長い時間を要する。このため、レーザー測長系の精度を高く維持しようとすると、露光装置の生産効率が大きく低下した。
【０００４】
そこで、本発明は、露光装置の構成要素のみに基づいて露光装置の状態を検査可能な露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、ステージ（２）に向けてレーザー光を照射するとともに、反射したレーザー光を受光してステージ位置を測定するためのレーザー干渉計（２０）を含む第１の測定系（６）を備え、前記第１の測定系の測定するステージ位置に基づいて前記ステージ上の基板とフォトマスク（４）とを相対移動させ、前記基板の複数の領域（１００ａ…１００ａ）に順次マスクパターンを露光する露光装置（１）において、前記ステージに配置された位置認識用マーク（５１）と、前記位置認識用マークを撮像してステージ位置を測定する第２の測定系（７）と、前記第１の測定系の測定誤差を検出する検出手段（９）とを備え、前記第１及び第２の測定系は、前記複数の露光領域に対して露光を行う前後においてステージ位置を測定し、前記検出手段は、前記第２の測定系の測定したステージ位置の露光前後間の変化と前記第１の測定系の測定したステージ位置の露光前後間の変化とのずれに基づいて、前記第１の測定系の測定誤差を検出し、前記位置認識用マークは複数設けられ、前記第２の測定系は、前記露光前の測定では、前記複数の位置認識用マークのうち最初に露光される露光領域に最も近いものを撮像してステージ位置を測定し、前記露光後の測定では、前記複数の位置認識用マークのうち最後に露光される露光領域に最も近いものを撮像してステージ位置を測定することにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
レーザー干渉計を利用したステージ位置の測定では、例えば、ステージを高速で移動させると、干渉の計数にエラーが生じる場合がある。本発明では、露光前後における第１の測定系の測定したステージ位置の変化と第２の測定系の測定したステージ位置の変化とを比較することにより、このようなエラーを検出できる。なお、ステージ位置の変化の比較は、ステージの移動量の比較でもよいし、移動後のステージ位置の比較でもよい。
【０００８】
また、第２の測定系は、露光前の測定では、複数の位置認識用マークのうち最初に露光される露光領域に最も近いものを撮像してステージ位置を測定し、露光後の測定では、複数の位置認識用マークのうち最後に露光される露光領域に最も近いものを撮像してステージ位置を測定しているので、位置認識用マークを撮像してから露光を開始するまで、露光を終了してから位置認識用マークを撮像するまでのステージ移動が縮小又は省略されるから、フォトマスクを露光領域間で移動させる間のエラーのみが検出される。なお、露光後に第２の測定系が撮像する位置認識用マークは、露光前と同じものでもよいし、異なるものでもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の露光装置１の構成を示す側面図、図２は露光装置１の平面図である。露光装置１は、基板１００に対して露光を行う装置として構成されている。
【００１０】
基板１００は、例えば、カラーフィルタやＴＦＴ基板等のガラス基板であり、ガラス基板の表面には顔料を分散した感光性樹脂やレジストが薄膜状に成膜されている。基板１００は、例えば厚さ１ｍｍ、面積４ｍ２に形成されている。図４（ｃ）に示すように、露光装置１では、基板１００の６つの露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が行われる。
【００１１】
図１の露光装置１は、基板１００を載置するステージ２と、ステージ２をＸ方向、Ｙ方向（図２参照）及び上下方向に駆動する駆動装置３と、ステージ２の上方に配置されたフォトマスク４と、フォトマスク４をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する駆動装置５と、ステージ２の位置を測定するレーザー測長系６（第１の測定系）と、フォトマスク４の上方からステージ２上を撮像するカメラ７、７（第２の測定系）と、フォトマスク４を介して基板１００に光束を照射するための光源８と、制御装置９とを備えている。なお、露光装置１にはこの他、光源８からの光束をフォトマスク４に導く光学系等が設けられるが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。
【００１２】
ステージ２の外周側にはマーク部材５０…５０が設けられ、マーク部材５０…５０のそれぞれにはアライメントマーク（位置認識用マーク）５１…５１が設けられている。マーク部材５０は、例えばガラスにより形成され、ステージ２の四隅に接着剤等により接合されている。アライメントマーク５１は、例えばマーク部材５０の表面にクロム等の薄膜を設けることにより形成されている。
【００１３】
フォトマスク４は、図４（ｂ）に示すように、一つの露光領域１００ａを覆う大きさを有している。フォトマスク４の外周側には、アライメントマーク５２、５２が設けられている。図１のカメラ７、７はアライメントマーク５２、５２を撮像可能な位置に設けられ、撮像した画像に基づく映像信号を制御装置９に出力する。駆動装置３及び駆動装置５は、例えば電動モータを含んで構成され、制御装置９によって制御される。制御装置９は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置を備えたコンピューターとして構成されている。
【００１４】
レーザー測長系６は、図２に示すように、レーザー干渉計２０…２０と、ステージ２の２辺のそれぞれに亘って延びるフラットミラー２１、２１とを備えている。レーザー干渉計２０…２０は、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに各２個ずつ設けられている。レーザー干渉計２０は、例えば内部にレーザー（不図示）を備え、レーザー光Ｌを出力する。レーザー光Ｌはビームスプリッタ（不図示）により分割され、一方は所定の参照面（不図示）へ、他方はフラットミラー２１へ向けて照射される。レーザー干渉計２０は、参照面に反射されたレーザー光Ｌと、フラットミラー２１から反射されたレーザー光Ｌとを受光し、両者の干渉によって生じた明暗の変化をカウントすることにより、ステージ２の移動量を測定する。そして、その移動量を積算することにより、フラットミラー２１までの距離を測定する。レーザー干渉計２０は計測した距離に応じた信号を制御装置９に出力する。
【００１５】
上記の構成を有する露光装置１の動作について説明する。
【００１６】
図３は、露光装置１がフォトマスク４のθ方向のずれの検査を行う状況を示している。まず、制御装置９は、カメラ７からの信号に基づいて駆動装置３及び駆動装置５に指示信号を出力し、ステージ２とフォトマスク４とをＸ方向及びＹ方向に相対的に移動させることにより、図３（ａ）に示すように、アライメントマーク５１…５１のいずれか１つ（例えば右上のアライメントマーク５１）と、アライメントマーク５２、５２のいずれか一方（基準用のアライメントマーク、例えば右側のアライメントマーク５２）とを位置合わせする。
【００１７】
次に制御装置９は、レーザー測長系６からの信号に基づいて、ステージ２をアライメントマーク５２、５２の間隔だけ左側に移動させるように、駆動装置３に指示信号を出力する。フォトマスク４がθ方向についてずれていない場合には、図３（ｂ）に示すように、ステージ２の移動後、アライメントマーク５１と、左側のアライメントマーク５２（目標用のアライメントマーク）とは一致する。一方、フォトマスク４がθ方向にずれている場合には、図３（ｃ）に示すように、アライメントマーク５１とアライメントマーク５２との間にはずれが生じる。
【００１８】
制御装置９は、カメラ７からの信号に基づいてアライメントマーク５１と、左側のアライメントマーク５２とのずれ（ずれ量）を検出することにより、フォトマスク４のθ方向のずれ（ずれ量）を特定する。ずれが検出された場合には、制御装置９は、駆動装置５に指示信号を出力してフォトマスク４を回転させ、θ方向のずれを補正する。
【００１９】
なお、露光装置１がフォトマスク９の回転方向のずれを検出する場合を例示したが、同様の動作により、露光装置１はフォトマスク９の変形を検出することができる。例えば、アライメントマーク５１と、目標用のアライメントマーク５２とのずれに基づいて、アライメントマーク５２、５２間の距離を特定すれば、フォトマスク９の熱膨張を検出できる。また、連続的に露光した際にフォトマスク９の温度が不均一に変化し、フォトマスク９が台形等に変形することがあるが、アライメントマーク５２をフォトマスク９の４隅に設ければ、フォトマスク９の直行度を検出したり、フォトマスク９が台形状に変形している状態を検出することができる。
【００２０】
図４は、露光の際のステップ中におけるレーザー測長系の測長エラー（誤差）を露光装置１が検出する状況を示している。図４（ａ）において、ステージ２には露光前の基板１００が載置されている。まず、制御装置９は、カメラ７からの信号に基づいて駆動装置３に指示信号を出力し、ステージ２をＸ方向及びＹ方向に移動させ、アライメントマーク５１…５１のいずれか１つ（例えば左上のアライメントマーク５１）と、アライメントマーク５２、５２のいずれか一方（例えば左側のアライメントマーク５２）とを位置合わせする。すなわち、基準位置にステージ２を位置合わせする。そして、そのときのレーザー測長系６の測定値を記録する。
【００２１】
その後、図４（ｂ）に示すように、制御装置９は、レーザー測長系６からの信号に基づいてステージ２をＸ方向、Ｙ方向に所定量だけ移動させるとともに、光源８を駆動することにより、露光領域１００ａ…１００ａに対して順次露光を行う。全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光を行った後、制御装置９は、図４（ｃ）に示すように、カメラ７からの信号に基づいて、アライメントマーク５１…５１のいずれか１つ（例えば右下のアライメントマーク５１）と、アライメントマーク５２、５２のいずれか一方（例えば右側のアライメントマーク５２）とを位置合わせする。すなわち、目標位置にステージ２を位置合わせする。
【００２２】
制御装置９の外部記憶装置には、図４（ａ）の状態から図４（ｃ）の状態にステージを移動させたときのステージ２の移動量が予め記憶されている。制御装置９は、その記憶されている移動量と、レーザー測長系６の測定値に基づいて特定した移動量とを比較し、レーザー測長系６の測長エラーを検出する。
【００２３】
また、露光の際のステップ中において、図５に示す座標補正処理を制御装置９が実行することにより、レーザー測長系６のエラーを検出してもよい。この処理は、ステップ中において制御装置９によりリアルタイムに実行される。
【００２４】
この処理において、制御装置９はレーザー干渉計２０のカウントした干渉の明暗の数を同一方向のレーザー干渉計２０同士で比較して、カウントミスが発生したか否かを判定する（ステップＳ１）。カウントミスが発生していないと判定したときは、処理を終了する。カウントミスが発生したと判定したときは、カメラ７からの映像信号に基づいて、フォトマスク９のアライメントマーク５２と、アライメントマーク５２の最も近くに位置するステージ２のアライメントマーク５１とを位置合わせする（ステップＳ２）。制御装置９は、その位置合せをしたときにレーザー測長系６を介して測定されるべきステージ位置を記憶しており、カウントに基づいてステージ２の移動量を積算して求めていたステージ位置をその記憶していたステージ位置に置き換える（ステップＳ３）。すなわち、レーザー測長系６を介して測定していたステージの座標系を正規の座標系に戻す。
【００２５】
なお、カウントミスが生じると、制御装置９は２つのレーザー干渉計２０、２０のそれぞれが測定したステージ位置に基づいて、２つの座標系を認識することになる。しかし、カウントミスが生じる確率は低いため、通常カウントミスが生じるのはレーザー干渉計２０、２０のうちいずれか一方のみであり、他方のレーザー干渉計２０に基づく座標系は正規の座標系である。従って、２つの座標系それぞれに基づいてステージ２のアライメントマーク５１をサーチすれば、いずれかの座標系に基づいてサーチしたときにアライメントマーク５１をカメラ７の視野内に検出することができる。また、双方のレーザー干渉計２０、２０においてカウントミスが生じた場合には、固定センサーなどで原点補正を行った後にアライメントマーク５１を読みに行けば座標補正が可能である。
【００２６】
ステップＳ１においてカウントミスが検出された場合には、直ちにステップ移動を中止することが望ましい。また、ステップＳ２においてカメラ７によりステージ２のアライメントマーク５１を検出可能な位置までステージ２を移動させる際には、低速でステージ移動を行うことが望ましい。このようにすることにより、現在位置を失うことによるステージ２の暴走が防止される。
【００２７】
図６及び図７を用いて、レーザー測長系６の測定精度の診断について説明する。図６は、レーザー測長系６の診断に先立って、露光装置１がステージ２のアライメントマーク５１…５１の位置を特定する状況を示している。この位置の特定は、例えば、マーク部材５０をステージ２に接合した後に露光装置１において１回行われる。
【００２８】
図６（ａ）に示すように、ステージ２には基準基板１０１が載置される。基準基板１０１は、複数のアライメントマーク（基準用マーク）５３…５３を備えている。複数のアライメントマーク５３…５３は、例えば、基準基板１０１の四隅に設けられている。基準基板１０１は、例えば、従来、レーザー測長系６の診断に用いられていたものであり、制御装置９は、アライメントマーク５３…５３の位置を記憶している。
【００２９】
図６（ｂ）に示すように、制御装置９は、カメラ７からの信号に基づいて、フォトマスク４のアライメントマーク５２、５２のうち、いずれか１つ（例えば左側のアライメントマーク５２）と、ステージ２のアライメントマーク５１…５１のうちいずれか１つ（例えば左上のアライメントマーク５１）とを位置合わせするように、ステージ２を移動させる。そして、位置合わせが完了したときにレーザー測長系６が測定したステージ位置を記録する。
【００３０】
次に、図６（ｃ）に示すように、制御装置９は、位置合わせしたアライメントマーク５１の近傍のアライメントマーク５３に対して、フォトマスク４のアライメントマーク５２を位置合わせするように、カメラ７からの信号に基づいてステージ２を移動させる。そして、位置合わせが完了したときのレーザー測長系６が測定したステージ位置を記録する。
【００３１】
制御装置９は、図６（ｂ）の状態において測定したステージ位置と、図６（ｃ）の状態において測定したステージ位置とに基づいて、アライメントマーク５１と、アライメントマーク５３との相対位置を特定する。その後、他のアライメントマーク５１…５１、５３…５３に対しても同様に、相対位置を特定する。
【００３２】
そして、制御装置９は、予め記憶していたアライメントマーク５３…５３の位置と、特定したアライメントマーク５１、５３間の相対位置とに基づいて、アライメントマーク５１…５１の位置を特定し、記憶する。
【００３３】
図７は、露光装置１がレーザー測長系６の測定精度を診断する状況を示している。この診断は、例えば、複数枚の基板１００に対する露光が終了する毎、所定時間経過毎等の適宜な周期で定期的に行われる。
【００３４】
図７（ａ）に示すように、制御装置９は、カメラ７からの信号に基づいて駆動装置３に指示信号を出力し、ステージ２を移動させることにより、アライメントマーク５１…５１のいずれか１つ（例えば左上のアライメントマーク５１）と、アライメントマーク５２、５２のいずれか一方（例えば左側のアライメントマーク５２）とを位置合わせする。すなわち、基準位置にステージ２を位置合わせする。そして、そのときのレーザー測長系６の測定値を記録する。
【００３５】
次に、制御装置９は、図７（ｂ）に示すように、カメラ７からの信号に基づいて、アライメントマーク５１…５１のいずれか１つ（例えば右上のアライメントマーク５１）と、アライメントマーク５２とを位置合わせする。すなわち、目標位置にステージ２を位置合わせする。そして、そのときのステージ位置をレーザー測長系６により測定する。
【００３６】
制御装置９は、図６において特定したアライメントマーク５１…５１の相対位置に基づいて、図７（ａ）の位置から図７（ｂ）の位置までステージ２を移動させたときの移動量を特定する。そして、その特定した移動量と、レーザー測長系６の測定値に基づいて特定したステージ２の移動量とのずれ量を検出し、レーザー測長系６の測定誤差を特定する。
【００３７】
なお、図７では、ステージ２をＸ方向に移動させた場合を例示したが、Ｙ方向についても同様に行ってよい。図７のようにステージ２を所定の方向（例えばＸ方向）に移動させてレーザー測長系６の診断を行う場合、当該方向（Ｘ方向）の位置を測定するレーザー干渉計２０を診断してもよいし、当該方向と直交する方向（Ｙ方向）の位置を測定するレーザー干渉計２０を診断してもよい。アライメントマーク５１…５１の配置、ステージ２の移動方向や移動パターン等は、基準基板を用いてレーザー測長系６の診断を行うものと同様に適宜に設定可能である。
【００３８】
図３〜図７に示した露光装置１の動作例において、制御装置９及び駆動手段３は、レーザー測長系６又はカメラ７の測定したステージ位置を参照してステージ２を駆動することにより、移動手段として機能する。また、制御装置９は、レーザー測長系６又はカメラ７の測定したステージ位置等を比較して、レーザー測長系６の誤差やフォトマスク４のずれ等を検出し、検出手段として機能する。図６の動作例において、露光装置１はレーザー測長系６及びカメラ７の双方を用いることにより、ステージ２のアライメントマーク５１と基準基板１０１のアライメントマーク５３との相対位置を測定しており、レーザー測長系６及びカメラ７は、位置認識用マークと基準用マークの相対位置を測定する測定手段として機能する。また、図６の動作例において、制御装置９は、アライメントマーク５３…５３間の相対位置に基づいてアライメントマーク５１…５１間の相対位置を特定し、特定手段として機能する。
【００３９】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００４０】
フォトマスク４の回転方向のずれの検査（図３参照）では、図３（ａ）において、ステージ２のアライメントマーク５１と、フォトマスク４のアライメントマーク５２とを位置合わせしなくともよい。移動前における基準用のアライメントマーク５２とアライメントマーク５１との相対位置が特定されれば、所定量だけ所定方向にフォトマスク４とステージ２とを相対移動させたときに測定されるべき目標用のアライメントマーク５２とアライメントマーク５１との相対位置は特定される。この測定されるべき相対位置と、実際に測定された相対位置とのずれに基づいてフォトマスク４の回転方向のずれを検出できる。従って、例えば、アライメントマーク５１と、基準用又は目標用のアライメントマーク５２とをカメラ７で同時に撮像して相対位置をそれぞれ特定するだけでもよい。
【００４１】
ステップ中の測長エラーの検査（図４参照）では、露光前後においてステージ２のアライメントマーク５１と、フォトマスク４のアライメントマーク５２とを位置合わせしなくともよい。露光前後においてアライメントマーク５１とアライメントマーク５２との相対位置をそれぞれ特定すれば、露光前後のステージ２の移動方向及び移動量は特定される。従って、例えば、アライメントマーク５１と、アライメントマーク５２とをカメラ７で同時に撮像して相対位置をそれぞれ特定するだけでもよい。同様に、図５の座標補正処理においても、ステップＳ２においてアライメントマーク５１と、アライメントマーク５２とを位置合わせしなくともよい。アライメントマーク５１と、アライメントマーク５２との相対位置が特定されれば、ステージ位置は特定されるから、アライメントマーク５１と、アライメントマーク５２とをカメラ７で同時に撮像して相対位置をそれぞれ特定するだけでもよい。
【００４２】
図６におけるステージ２のアライメントマーク５１と、基準基板１０１のアライメントマーク５３との相対位置の測定では、フォトマスク４のアライメントマーク５２をアライメントマーク５１及び５３に位置合わせしなくともよい。アライメントマーク５１とアライメントマーク５３との相対位置を特定できればよい。従って、例えば、カメラ７によってアライメントマーク５１及び５３を同時に撮像し、アライメントマーク５１と５３との相対位置を直接測定してもよい。
【００４３】
アライメントマークの配置、レーザー測長系の配置等、露光装置１の構成は適宜に設定してよい。実施例のレーザー測長系及びレーザー干渉計の構成は一例であり、公知の技術を種々利用してよい。干渉のカウント、そのカウントに基づくステージの移動量の計算、移動量の積算によるステージ位置の特定等の処理は、レーザー干渉計２０と制御装置９との間で適宜に分担して実行してよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、レーザー干渉計を利用したステージ位置の測定では、ステージを高速で移動させると、干渉の計数にエラーが生じる場合があるが、本発明によれば、露光前後における第１の測定系の測定したステージ位置の変化と第２の測定系の測定したステージ位置の変化とを比較することにより、このようなエラーを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の構成を示す側面図。
【図２】図１の露光装置の上面図。
【図３】図１の露光装置におけるフォトマスクのずれの検査の状況を示す図。
【図４】図１の露光装置におけるステップ中の測長エラーの検査の状況を示す図。
【図５】図１の露光装置の制御装置が実行する座標補正処理の手順を示すフローチャート。
【図６】図１の露光装置におけるレーザー測長系の診断の状況を示す図。
【図７】図１の露光装置におけるレーザー測長系の診断の状況を示す図。
【符号の説明】
１露光装置
２ステージ
３駆動手段
４フォトマスク
６レーザー測長系
７カメラ
９制御装置
５１アライメントマーク
５２アライメントマーク
５３アライメントマーク
１００基板

Claims

ステージに向けてレーザー光を照射するとともに、反射したレーザー光を受光してステージ位置を測定するためのレーザー干渉計を含む第１の測定系を備え、前記第１の測定系の測定するステージ位置に基づいて前記ステージ上の基板とフォトマスクとを相対移動させ、前記基板の複数の領域に順次マスクパターンを露光する露光装置において、
前記ステージに配置された位置認識用マークと、
前記位置認識用マークを撮像してステージ位置を測定する第２の測定系と、
前記第１の測定系の測定誤差を検出する検出手段と、を備え、
前記第１及び第２の測定系は、前記複数の露光領域に対して露光を行う前後においてステージ位置を測定し、
前記検出手段は、前記第２の測定系の測定したステージ位置の露光前後間の変化と前記第１の測定系の測定したステージ位置の露光前後間の変化とのずれに基づいて、前記第１の測定系の測定誤差を検出し、
前記位置認識用マークは複数設けられ、
前記第２の測定系は、前記露光前の測定では、前記複数の位置認識用マークのうち最初に露光される露光領域に最も近いものを撮像してステージ位置を測定し、前記露光後の測定では、前記複数の位置認識用マークのうち最後に露光される露光領域に最も近いものを撮像してステージ位置を測定することを特徴とする露光装置。