JP5480601B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

液晶ディスプレイ装置の薄膜トランジスタ用基板、カラーフィルタ用基板、有機エレクトロルミネッセンス等の表示パネル用基板は、露光装置を用いてフォトリソグラフィ技術によりガラスプレート等の基板上にパターンを形成して製造される。フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置においては、マスク上のパターンを高い解像度で感光性のプレート上に露光する必要があるため、そのプレートの露光面を正確に投影光学系の像面に設定するためのオートフォーカス機構が設けられている。特許文献１には、プレートの露光面の高さを検出する焦点検出光学系と、マスクの物体面の高さを検出する焦点検出光学系とを備え、２つの焦点検出光学系の検出結果に基づいてプレート、マスクの光軸方向の位置を調整することが開示されている。特許文献２には、リレー光学系４０を含む焦点検出光学系を備え、焦点検出光学系の検出結果に基づいてマスク、プレートの光軸方向の位置を調整することが開示されている。
最近は液晶表示用パネルの基板が益々大型化し、一括露光方式の露光装置で大型のマスクパターンを露光する場合がある。このようにマスクのサイズが大型化すると、露光装置の投影光学系も必然的に大きくなり、投影光学系の物体面（マスク面）と像面（プレート面）との間隔も長くなる。

特開平７−２２１０１２号公報 特開平７−２７２９９９号公報

そのため、特許文献２の露光装置では、リレー光学系４０の距離が長くなり空気の揺らぎや温度変化に敏感になっている。また、高いスループットを得る為、露光装置の照明出力も大きくなり、発生した熱によってリレー光学系４０の光学素子の位置が変わることによって焦点ずれが発生するという不都合があった。また、特許文献１に記載の露光装置でも、このような投影光学系ないしはその光路の変化に起因する焦点ずれが考慮されていない。
原版ステージに設けられたマークと投影光学系と基板ステージに設けられたマークとを通過する光の量を検出することによって投影光学系のフォーカス位置を計測する計測器を用いれば焦点ずれを防止できる。しかし、このような計測器を使用してフォーカス制御を行う間は、露光処理が中断されるので、前記計測器を頻繁に使用するとスループットを低下させる。
そこで、本発明は、スループットの低下を抑制しつつ焦点ずれの発生を低減することを目的とする。

本発明は、基板を露光する露光装置であって、筐体に格納され原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、前記筐体の一端面から間隔をおいて配置され、前記原版を保持する原版ステージと、前記筐体の他端面から間隔をおいて配置され、前記基板を保持する基板ステージと、前記筐体の前記一端面と前記原版ステージに設けられた第１基準面との間の距離を検出する第１検出器と、前記筐体の前記他端面と前記基板ステージに設けられた第２基準面との間の距離を検出する第２検出器と、前記筐体の前記一端面と前記他端面との間の距離と相関を有する情報を検出する第３検出器と、前記原版ステージに設けられたマークと前記投影光学系と前記基板ステージに設けられたマークとを通過する光を検出することによって前記投影光学系のフォーカス状態を計測する計測器と、制御器と、を備え、前記制御部は、前記第３検出器により検出された前記情報が許容範囲内でないと判断したならば、前記計測器による計測結果に基づいて前記投影光学系のフォーカス制御を行い、前記第３検出器により検出された前記情報が許容範囲内であると判断したならば、前記第１検出器の検出結果に基づいて前記原版の面が前記投影光学系の物体面に位置し、前記第２検出器の検出結果に基づいて前記基板の面が前記投影光学系の像面に位置するように前記投影光学系のフォーカス制御を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、スループットの低下を抑制しつつ焦点ずれの発生を低減することができる。

第１実施形態の露光装置を示した図である。 第２実施形態の露光装置を示した図である。 フォーカス位置計測器の概略を示した図である。 本発明に係る露光方法のシステムチャートである。

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。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。第１実施形態は、反射型投影光学系を用いたプロジェクション方式の露光装置の例を示している。しかしながら、本発明は、プロジェクション方式以外の露光装置に対しても適用可能である。露光装置１５は、マスク（原版）Ｍに形成されたパターン（例えば、薄膜トランジスタ用回路）を、感光剤が塗布されたプレート（基板）Ｐ上へ投影し、プレートＰを露光する。露光装置１５は、光源１、照明光学系２、アライメントスコープＡ、マスクステージ（原版ステージ）５、投影光学系Ｕ、基板ステージ７、基板ステージ定盤８を含みうる。ここで、投影光学系Ｕの光軸に平行にＺ軸が、光軸に垂直な面内における図１の紙面に垂直にＸ軸が、光軸に垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸が、それぞれ設定されているものとする。光源１は露光光Ｌを射出し、例えば超高圧水銀ランプ等で構成されている。照明光学系２は、光源１から射出された光ＬをマスクＭ上に集光する為の不図示の光学素子を有している。投影光学系Ｕは、筐体３に格納され、マスクＭに形成されたパターンをプレートＰ上に投影するとともに、アライメントスコープＡからのアライメントマークを照明する照明光もプレートＰに結像させる。基板ステージ７は、プレートＰを保持し、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元方向へ移動自在とされている。そして、基板ステージ７の位置を不図示の検出系によって検出しつつ、基板ステージ７を介してプレートＰをＸＹ平面内で２次元的に移動させながら露光を順次行うことによって、プレートＰの露光領域（ショット）を逐次露光することができる。

第１検出器（マスクフォーカスセンサ）２０は、筐体３の一端面に搭載され、一端面から間隔をおいて配置されたマスクステージ５に設けられた第１基準面と前記一端面との間の距離を検出している。第１基準面は、マスクＭに形成されたパターンの面に対応する面である。第１実施形態では、マスクフォーカスセンサ２０は少なくとも３個設置され、筐体３の一端面と第１基準面との間の距離に加えて、第１基準面のチルトを検出している。第２検出器（プレートフォーカスセンサ）２３は、筐体３の他端面に搭載され、他端面から間隔をおいて配置された基板ステージ７に設けられた第２基準面と前記他端面との間の距離を検出している。第２基準面は、プレートＰの面に対応する面である。プレートフォーカスセンサ２３は少なくとも３個構成され、筐体３の他端面と第２基準面との間の距離に加えて、第２基準面のチルトを検出している。第３検出器１８は、筐体３の一端面と他端面との間の距離と相関を有する情報を検出する。第１実施形態では、筐体３に設けられた第１部材１８ａと第２部材１８ｂとの間の距離を検出している。

露光装置１５は、さらに図３に示される計測器３２を備える。計測器（光量センサ）３２は、マスクステージ５に設けられたマーク（マスク基準マーク）３０と投影光学系Ｕと基板ステージ７に設けられたマーク（プレート基準マーク）３１とを通過する光を検出する。マスク基準マーク３０はマスクＭと同等のＺ方向の位置に載置され、プレート基準マーク３１はプレートＰと同等のＺ方向の位置に載置される。マスク基準マーク３０には特定のパターンが描画されており、そのパターンは投影光学系Ｕを介してプレート基準マーク３１上に結像される。プレート基準マーク３１には前記結像されるパターンと同等のパターンが描画されており、光量センサ３２はプレート基準マーク３１に描画された前記パターンを透過した光線Ｌの光量を計測して投影光学系Ｕのフォーカス状態を計測する。マスク基準マーク３０に光線Ｌを照射し、プレート基準マーク３１に光学像を結像させた状態で基板ステージ７をＺ方向に駆動して、光量センサ３２の光量を計測する。この光量が最大となるところが、最良のフォーカス位置となる。

制御部Ｃは、第３検出器１８により検出された筐体３の一端面と他端面との間の距離と相関を有する情報が許容範囲内でないと判断したならば、光量センサ３２による計測結果に基づいてフォーカス制御を行う。制御部Ｃは、第３検出器１８により検出された情報が許容範囲内であると判断したならば、マスクフォーカスセンサ２０の検出結果に基づいてマスクＭの面が投影光学系Ｕの物体面に位置するよう制御する。また、制御部Ｃは、第３検出器１８により検出された情報が許容範囲内であると判断したならば、プレートフォーカスセンサ２３の検出結果に基づいてプレートＰの面が投影光学系Ｕの像面に位置するように制御する。図４は、このようなマスクフォーカスセンサ（第１検出器）２０、プレートフォーカスセンサ（第２検出器）２３及び第３検出器１８の検出結果と光量センサ（計測器）３２の計測結果との関係を示している。第１実施形態では、制御部Ｃは、第３検出器１８により検出された情報が許容範囲内か否かを判断した後、基板ステージ７を駆動してフォーカス制御を行っている。しかし、制御部Ｃは、第３検出器１８により検出された情報が許容範囲内か否かを判断した後、マスクステージ５と基板ステージ７との双方を駆動してフォーカス制御を行うこともできる。

第１実施形態において、第３検出器により検出される第１部材１８ａと第２部材１８ｂとの間の領域は、空気のゆらぎによる検出誤差の発生を避けるために、真空状態に保持されうる。また、マスクフォーカスセンサ２０による第１基準面の検出箇所とプレートフォーカスセンサ２３による第２基準面の検出箇所とは、プレートＰを露光する露光光が通過する領域内に位置させうる。

〔第２実施形態〕
図２は、第２実施形態の露光装置１５の概略構成を示す図である。第１実施形態の露光装置と異なるのは第３検出器１８である。第１実施形態の第３検出器１８は、筐体３に設けられた第１部材１８ａと第２部材１８ｂとの間の距離、すなわち、オフセットを含んだ筐体３の一端面と他端面との間の距離を検出した。これに対し、第２実施形態の第３検出器１８は、第１部材１８ａと第２部材１８ｂとの距離と第１部材１８ａと第３部材１８ｃとの距離と第２部材１８ｂと第４部材１８ｄとの距離とを足し合わせた距離を検出する。すなわち、第２実施形態において、第３検出器１８は、プレートＰを露光する露光光の筐体内における光路の長さに関する情報を検出している。
以上の構成により、投影光学系Uの最適なフォーカス位置にマスクＭ、プレートＰを保持することが可能となり、最良の結像性能が得られるようになるものである。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイスを製造する方法は、例えば、半導体デバイス、ＦＰＤのデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

Claims (7)

1. 基板を露光する露光装置であって、
   筐体に格納され原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
   前記筐体の一端面から間隔をおいて配置され、前記原版を保持する原版ステージと、
   前記筐体の他端面から間隔をおいて配置され、前記基板を保持する基板ステージと、
   前記筐体の前記一端面と前記原版ステージに設けられた第１基準面との間の距離を検出する第１検出器と、
   前記筐体の前記他端面と前記基板ステージに設けられた第２基準面との間の距離を検出する第２検出器と、
   前記筐体の前記一端面と前記他端面との間の距離と相関を有する情報を検出する第３検出器と、
   前記原版ステージに設けられたマークと前記投影光学系と前記基板ステージに設けられたマークとを通過する光を検出することによって前記投影光学系のフォーカス状態を計測する計測器と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第３検出器により検出された前記情報が許容範囲内でないと判断したならば、前記計測器による計測結果に基づいて前記投影光学系のフォーカス制御を行い、
   前記第３検出器により検出された前記情報が許容範囲内であると判断したならば、前記第１検出器の検出結果に基づいて前記原版の面が前記投影光学系の物体面に位置し、前記第２検出器の検出結果に基づいて前記基板の面が前記投影光学系の像面に位置するように前記投影光学系のフォーカス制御を行う、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第３検出器により前記情報が検出される領域が真空状態に保持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１検出器は、前記筐体の前記一端面と前記第１基準面との間の距離に加えて前記第１基準面のチルトを検出し、前記第２検出器は、前記筐体の前記他端面と前記第２基準面との間の距離に加えて前記第２基準面のチルトを検出する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
4. 前記第１検出器により前記筐体の前記一端面との間の距離が検出される前記第１基準面の検出箇所と前記第２検出器により前記筐体の前記他端面との間の距離が検出される前記第２基準面の検出箇所とは、前記基板を露光する露光光が通過する領域内に位置する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記第３検出器により検出される前記情報は、前記筐体に設けられた第１部材と第２部材との間の距離である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記第３検出器により検出される前記情報は、前記基板を露光する露光光の前記筐体内における光路の長さに関する情報である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光装置。
7. デバイスを製造する方法であって、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、
   を含む方法。

Images