JPH08181063A

JPH08181063A - 露光装置

Info

Publication number: JPH08181063A
Application number: JP6337345A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 欣也加藤; Masanori Kato; 正紀加藤; Masami Seki; 昌美関; Hiroshi Shirasu; 廣白数
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】所要の像質を得るためにダハ面の角度調整が
可能な等倍正立投影光学系を有する露光装置を提供する
こと。【構成】本発明においては、第１の基板に形成された
パターンの等倍正立像を投影光学系を介して第２の基板
上に投影露光する露光装置において、前記投影光学系
は、正屈折力を有する集光レンズ系と、該集光レンズ系
による前記パターンの像を前記第１の基板に対して１８
０°回転させる機能を有し、且つ該集光レンズ系の光路
中に配置される互いに直交した２つの反射面とを備え、
前記投影光学系による前記第１の基板のパターン面に対
応する位置に形成されたマークの像を検出するための検
出手段と、前記投影光学系の２つの反射面のなす角度を
微小変化させるための角度調整手段と、前記２つの反射
面のなす角度を調整するために、前記検出手段からの像
情報に基づいて前記角度調整手段を制御するための制御
手段とをさらに備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は露光装置に関し、特にダ
ハミラーを用いた等倍正立投影光学系を備えた露光装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワープロ、パソコン、テレビ等の
表示素子として、液晶表示パネルが多用されるようにな
っている。液晶表示パネルは、ガラス基板上に透明薄膜
電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパター
ンニングして作られる。このリソグラフィのための装置
として、マスク上に形成された原画パターンを投影光学
系を介してガラス基板（プレート）上のフォトレジスト
層に投影露光する露光装置が用いられている。ところ
で、最近、液晶表示パネルの大型化が望まれており、そ
れに伴って露光領域の拡大が望まれている。

【０００３】こうした露光領域の拡大の要求に答えるた
めに、本出願人は、複数の投影光学ユニットで投影光学
系を構成し大型マスクと大型プレートとを投影光学系に
対して相対移動させて露光する走査型露光装置をすでに
提案している（特願平５−１６１５８８号）。この出願
で提案された露光装置では、各投影光学ユニットはマス
クに形成されたパターンの等倍正立像をプレート上に形
成する。

【０００４】上記出願では、パターンの等倍正立像をプ
レート上に形成する投影光学ユニットとして、オフナー
型の光学系やダイソン型の光学系が提案されている。な
お、等倍正立正像を得るための他の光学系として、特公
昭４９−３５４５３号公報や特開平４−２５１８１２号
公報や特願平６−１２３７６２号明細書に記載されてい
るように、ダハミラーを用いた投影光学系が知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなダハミラーを用いた等倍正立投影光学系を備えた
従来の露光装置では、直角をなすべきダハ面の直角度が
十分でないと、パターン像が特定方向に沿って分離して
解像力の低下を招く。実際、露光装置に所要の像質を得
るには、ダハ面の角度位置決めについて非常に高い精度
が要求され、製造が現実的に不可能であった。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、所要の像質を得るためにダハ面の角度調整が
可能な等倍正立投影光学系を有する露光装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、第１の基板に形成されたパター
ンの等倍正立像を投影光学系を介して第２の基板上に投
影露光する露光装置において、前記投影光学系は、正屈
折力を有する集光レンズ系と、該集光レンズ系による前
記パターンの像を前記第１の基板に対して１８０°回転
させる機能を有し、且つ該集光レンズ系の光路中に配置
される互いに直交した２つの反射面とを備え、前記投影
光学系による前記第１の基板のパターン面に対応する位
置に形成されたマークの像を検出するための検出手段
と、前記投影光学系の２つの反射面のなす角度を微小変
化させるための角度調整手段と、前記２つの反射面のな
す角度を調整するために、前記検出手段からの像情報に
基づいて前記角度調整手段を制御するための制御手段と
をさらに備えていることを特徴とする露光装置を提供す
る。

【０００８】本発明の好ましい態様によれば、前記マー
クは少なくとも１本のスリット状マークからなり、前記
スリット状マークは、前記２つの反射面のなす角度が変
化するにつれて前記投影光学系による前記マークの像の
幅方向において変形するように、前記投影光学系に対し
て配置されている。

【０００９】

【作用】互いに直交する２つの反射面からなるダハミラ
ー（ルーフミラー）と集光レンズ系とを有する等倍正立
投影光学系を備えた露光装置では、ダハ面の直角度に誤
差があると感光基板であるプレート上に形成されるパタ
ーン像の像質が低下する。具体的には、マスクパターン
が点である場合、プレート上で得られる点像は所定方向
に沿って分離し、極端な場合には完全に分離した２つの
点像が得られる。

【００１０】プレート露光面（像面）における点像の幾
何光学的分離量Δは、集光レンズの焦点距離をｆとし、
ダハミラーの角度誤差をδとすると、次の式（１）で表
される。 Δ＝４・ｆ・δ （１）このように、プレート面における像の分離量Δに基づい
て、ダハミラーの角度誤差δを求めることができる。

【００１１】そこで、本発明の露光装置では、マスクパ
ターン面に対応する位置に形成されたマークからの光が
投影光学系を介してプレート露光面に対応する位置に形
成する像を検出する。そして、検出した像情報から求め
た像の幾何光学的分離量に基づいて、ダハミラーの直角
度を調整することができる。

【００１２】なお、像の検出方法として、対物レンズを
介してマーク像を拡大検出し、検出結果を画像解析して
像の幾何光学的分離量を求める方法を用いることができ
る。この場合、対物レンズを光軸に沿って適宜移動させ
てディフォーカス状態でマーク像を検出し、像の幾何光
学的分離量をさらに高精度に計測し、ダハミラーの直角
度をさらに高精度に調整することができる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１実施例にかかる露光装置の
構成を概略的に示す斜視図である。図１の装置では、所
定の回路パターンが形成されたマスク（不図示）のパタ
ーン面とｚ方向に沿って同じ位置に位置決めされたガラ
ス基板面１に、マーク７が形成されている。マーク７
は、長手方向がｙ方向に沿ったスリットをｘ方向に複数
配置して構成された、いわゆるマルチスリットである。

【００１４】図１において、図示を省略した照明光学系
からの光は、ガラス基板面１上のマーク７を照明する。
マーク７からの光は、ダハプリズム２の第１反射面２ａ
で反射された後、集光レンズ３に入射する。集光レンズ
３を介した光は、ダハミラー９の第１反射鏡４および第
２反射鏡５で順次反射された後、再び集光レンズ３に入
射する。集光レンズ３を介した光は、ダハプリズム２の
第２反射面２ｂで反射された後、感光基板であるプレー
ト（不図示）の露光面とｚ方向に沿って同じ位置にある
像面６の領域８にマーク像を形成する。

【００１５】このように、ガラス基板面１はマスクパタ
ーン面に対応する位置に、像面６はプレート露光面に対
応する位置にそれぞれ位置決めされている。すなわち、
ガラス基板面１および像面６は、集光レンズ３の焦点面
に位置決めされている。また、ダハミラー９の２つの反
射面の稜線は集光レンズ３の後側焦点位置に位置決めさ
れている。したがって、ダハプリズム２、集光レンズ３
およびダハミラー９で構成される投影光学系は両側テレ
セントリックであり、この投影光学系を介してマーク７
の等倍正立像が像面６の領域８に形成される。

【００１６】像面６の領域８に形成されたマーク像から
の光は、ミラー２１で反射された後、第１対物レンズ２
２および第２対物レンズ２３を介して、撮像素子２４に
達する。こうして、ミラー２１、第１対物レンズ２２、
第２対物レンズ２３、および撮像素子２４から構成され
る検出光学系により、マーク像を拡大検出することがで
きる。

【００１７】ダハミラー９の第１反射鏡４と第２反射鏡
５とがなす角度に直角誤差があると、像面６の領域８に
形成された各スリット像の幅が太くなったり、分離して
２本のスリット像になったりする。そこで、撮像素子２
４で得られた画像情報に基づいて、像の幾何光学的分離
量を、ひいてはダハミラー９の調整すべき角度量を求め
ることができる。

【００１８】なお、本実施例ではマルチスリットを用い
ているので検出した各スリット像の画像情報を平均化処
理することにより、像の幾何光学的分離量についてさら
に信頼性の高い計測が可能である。また、第１対物レン
ズ２２および第２対物レンズ２３の少なくとも一方を光
軸に沿って移動させて得られたディフォーカス状態の画
像に基づいて、像の幾何光学的分離量についてさらに精
度の高い計測が可能である。

【００１９】図２は、図１のダハミラーの角度調整手段
の構成を示す図である。図２において、（ａ）はダハミ
ラーの角度が微小変化する前の状態を、（ｂ）はダハミ
ラーの角度が微小変化した後の状態をそれぞれ示してい
る。図示の角度調整手段は、ダハミラーの第１反射鏡４
および第２反射鏡５を支持する弾性ヒンジ部１１を備え
ている。弾性ヒンジ部１１は、たとえばピエゾ式アクチ
ュエータのような微小駆動用アクチュエータ１２の伸縮
作用によって、点Ｏを中心に弾性変形するようになって
いる。その結果、ダハミラーの第１反射鏡４と第２反射
鏡５とのなす角度が微小変化する。

【００２０】図２（ｂ）では、角度調整作用の説明の明
瞭化のためにダハミラーの第２反射鏡５が不動であるも
のとし、微小駆動用アクチュエータ１２の伸縮作用によ
る弾性ヒンジ部１１の変形およびダハミラーの第１反射
鏡４の移動を二点鎖線で示している。図示のように、回
転中心点Ｏから距離Ｌだけ間隔を隔てた位置における弾
性変形量εを、静電容量型センサのようなギャップセン
サ１３で計測するようになっている。ダハミラーの第１
反射鏡４と第２反射鏡５とのなす角度の微小変化量θ
は、ギャップセンサ１３で計測された微小変形量εに基
づいて、次の近似式（２）により与えられる。 θ≒ε／Ｌ（２）

【００２１】したがって、たとえば回転中心点Ｏからギ
ャップセンサ１３までの距離Ｌを１００ｍｍとし、ギャ
ップセンサ１３が１０ｎｍの精度であれば、以下の式
（３）に示すように、ダハミラーの第１反射鏡４と第２
反射鏡５とのなす角度を０．０２秒（０．１μrad ）の
精度で微小変化させることが可能である。１０ｎｍ／１００ｍｍ＝０．１μrad （３）この場合、微小駆動用アクチュエータ１２に、たとえば
分解能１ｎｍのピエゾ素子を使用すればよい。なお、ダ
ハミラーの第１反射鏡４と第２反射鏡５とのなす角度が
θだけ変化することにより、同じ光路に沿って第１反射
鏡４に入射し第２反射鏡５から射出される光の角度が２
θだけ偏向する。

【００２２】図３は、本実施例におけるダハミラーの角
度調整の制御系を説明するためのブロック図である。図
３において、投影光学系５１を介して像面に形成された
スリット像は、検出光学系５２を介して撮像素子５３に
より検出される。撮像素子５３で検出されたスリット像
の画像信号は、制御手段５４に入力される。制御手段５
４では、スリット像の画像信号を演算処理することによ
って、像の幾何光学的分離量Δを求める。そして、上述
の式（１）により、像の幾何光学的分離量Δに基づいて
ダハミラーの角度誤差δを求める。

【００２３】制御手段５４は、求めた角度誤差δを近似
式（２）の微小角度変化量θで補正するために、微小駆
動用アクチュエータ５５に駆動指令を出す。微小駆動用
アクチュエータ５５の伸縮作用によって発生した微小変
形量εは、ギャップセンサ５６によって計測され、制御
手段５４にフィードバックされる。

【００２４】こうして、スリット像の幾何光学的分離量
Δが最小になるまで、換言すればスリット像の幅が最小
になるまで、上述の角度調整動作を繰り返す。そして、
スリット像の幅が最小になった時点で、微小駆動用アク
チュエータ５５の伸縮を固定する。すなわち、ギャップ
センサ５６の現在出力が、スリット像の幅が最小になっ
た時点における出力と常に一致するように、制御手段５
４はギャップセンサ５６を制御する。

【００２５】なお、制御手段５４は、移動手段５７を介
して、検出光学系５２の２つの対物レンズの双方または
いずれか一方を光軸方向に移動させることができる。こ
うして、ベストフォーカス状態でスリット像を検出した
り、あるいは所要のディフォーカス状態でスリット像を
検出したりすることができる。上述したように、ディフ
ォーカス状態において得られたスリット像の画像信号に
基づいて、スリット像の幾何光学的分離量Δをさらに高
精度に求めることができる。

【００２６】図４は、複数の投影光学系を備えた大型基
板用走査型露光装置に本発明を適用した第２実施例の構
成を示す斜視図である。図４の装置では、所定の回路パ
ターンが形成されたマスク１１１と、ガラス基板上にレ
ジストが塗布されたプレート１１２とが一体的に移動さ
れる方向をｙ方向とし、マスク１１１の面内でｙ方向と
直交する方向をｘ方向とし、マスク１１１の面に対する
法線方向をｚ方向としている。

【００２７】図１において、照明光学系１００からの光
は、マスク１１１を均一に照明する。そして、マスク１
１１の各領域に形成されたパターンは、それぞれ等倍正
立の投影光学系１０２Ａ〜１０２Ｅを介してプレート１
１２上の各露光領域に転写される。したがって、各投影
光学系１０２Ａ〜１０２Ｅに対してマスク１１１とプレ
ート１１２とを一体的にｙ方向に沿って相対移動させつ
つ露光することにより、一回の走査露光でマスクのパタ
ーン領域全体をプレートの露光領域全体に転写すること
ができる。

【００２８】なお、各投影光学系１０２Ａ〜１０２Ｅ
は、図１の第１実施例における投影光学系と同じ構成を
有し、走査方向（ｙ方向）とは直交する方向（ｘ方向）
に沿って配置されている。図４の装置では、マスク１１
１のパターン面とｚ方向に沿って同じ位置に位置決めさ
れたガラス基板面１０１に、マーク１０７Ａ〜１０７Ｅ
が形成されている。マーク１０７Ａ〜１０７Ｅの各々
は、長手方向がｙ方向に沿ったスリットをｘ方向に複数
配置して構成された、いわゆるマルチスリットである。

【００２９】図４において、照明光学系１００からの光
は、ガラス基板面１０１上のマーク１０７Ａ〜１０７Ｅ
を照明する。マーク１０７Ａ〜１０７Ｅからの光は、そ
れぞれ投影光学系１０２Ａ〜１０２Ｅを介して、プレー
ト１１２の露光面とｚ方向に沿って同じ位置にある像面
１０６の領域１０８Ａ〜１０８Ｅ（１０８Ｅは不図示）
にマーク像を形成する。

【００３０】像面１０６の領域１０８Ａに形成されたマ
ーク像からの光は、ミラー１２１で反射された後、第１
対物レンズ１２２および第２対物レンズ１２３を介し
て、撮像素子１２４に達する。こうして、ミラー１２
１、第１対物レンズ１２２、第２対物レンズ１２３、お
よび撮像素子１２４から構成される検出光学系１２５に
より、像面１０６の領域１０８Ａに形成されたマーク像
を拡大検出することができる。

【００３１】図示のように、検出光学系１２５は、ｘ方
向に移動可能に構成されている。したがって、検出光学
系１２５がｘ方向に移動しながら、像面１０６の領域１
０８Ｂ〜１０８Ｅに形成されたマーク像を順次拡大検出
することができる。こうして、像面１０６の領域１０８
Ａ〜１０８Ｅに形成されたマーク像を順次検出すること
により、各投影光学系１０２Ａ〜１０２Ｅのダハミラー
の直角誤差を順次補正することができる。なお、各投影
光学系１０２Ａ〜１０２Ｅに対する直角誤差の補正動作
は第１実施例における動作と全く同じであり、重複する
説明を省略する。

【００３２】図５は、図４のマスク１１１およびプレー
ト１１２の駆動機構および検出光学系１２５の駆動機構
の構成を示す斜視図である。図５の駆動機構において、
マスク１１１はマスクステージ１３１を介して、プレー
ト１１２はプレートステージ１３２を介してキャリッジ
１３０に支持されている。また、ダハミラーの角度調整
用マークが形成されたガラス基板１０１もガラス基板支
持台１４１を介してキャリッジ１３０に支持されてい
る。なお、マスク１１１のパターン面（図中下面）と、
ガラス基板１０１のマーク面とはｚ方向に一致してい
る。なお、マスクステージ１３１およびガラス基板支持
台１４１には、それぞれマスクパターンおよびマークか
らの光を投影光学系に向かって通過させるための開口部
が形成されていることはいうまでもない。

【００３３】キャリッジ１３０は、走査方向すなわちｙ
方向に往復移動可能に構成されている。したがって、キ
ャリッジ１３０を適宜移動させることにより、ガラス基
板１０１に形成されたマーク１０７Ａ〜１０７Ｅを、そ
れぞれ投影光学系１０２Ａ〜１０２Ｅの視野領域に捉え
ることができる。こうして、プレート１１２の露光面
（図中上面）とｚ方向に沿って同じ位置にある像面１０
６の領域１０８Ａ〜１０８Ｅには、各投影光学系１０２
Ａ〜１０２Ｅを介してマーク１０７Ａ〜１０７Ｅの像が
形成される。

【００３４】各マーク像からの光は、キャリッジ１３０
に形成された開口部１３３を介して検出光学系１２５に
入射する。なお、検出光学系１２５は、ガイド溝１５１
に沿ってｘ方向に移動可能に構成されている。したがっ
て、検出光学系１２５がｘ方向に移動しながら、像面１
０６の領域１０８Ｂ〜１０８Ｅに形成されたマーク像を
順次検出することができる。

【００３５】図６は、第１実施例の変形例の構成を示す
斜視図である。図６の変形例の構成は図１の第１実施例
の構成と類似しているが、第１実施例ではスリット像を
イメージセンサで検出しているのに対し、変形例では１
次元スリットでスリット像をを走査することにより通常
の光電センサでスリット像を検出している点だけが基本
的に相違する。したがって、図６において、図１の要素
と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付して
いる。以下、相違点に着目して、図６の変形例を説明す
る。

【００３６】図６の装置では、図示を省略した照明光学
系からの光が、ガラス基板面１上のマルチスリット７を
照明する。マルチスリット７からの光は、ダハプリズム
２、集光レンズ３およびダハミラー９を介して、像面６
にマルチスリット像を形成する。像面６に形成されたマ
ルチスリット像からの光は、像面６に形成されたシング
ルスリット２０８を透過した後、ミラー２１に入射す
る。ミラー２１で反射された光は、集光レンズ２２２を
介して、光電検出器２２３で検出される。

【００３７】この変形例では、マルチスリット７とシン
グルスリット２０８とをｘ方向に相対移動させながら光
電検出器２２３で光電検出する。すなわち、１次元スリ
ットでスリット像をを走査することにより、光電検出器
２２３でマルチスリット像のプロフィールを得ることが
できる。なお、光電検出器２２３で得られたマルチスリ
ット像のプロフィールに基づいて、投影光学系のダハミ
ラー９の第１反射鏡４と第２反射鏡５との直角誤差を補
正する動作は第１実施例における動作と全く同じであ
り、重複する説明を省略する。

【００３８】なお、上述の各実施例において、マルチス
リットからなるマークを用いているが、１本のスリット
からなるマークやたとえば点状のマークのような他の形
状のマークを用いることもできることは明らかである。

【００３９】

【効果】以上説明したように、本発明の露光装置では、
投影光学系を介して得られたマーク像を検出し、検出し
た像情報から求めた像の幾何光学的分離量に基づいて、
ダハミラーの直角度を調整することができる。その結
果、投影光学系の像質が向上し、高精度な投影露光が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる露光装置の構成を
概略的に示す斜視図である。

【図２】図１のダハミラーの角度調整手段の構成を示す
図であり、（ａ）はダハミラーの角度が微小変化する前
の状態を、（ｂ）はダハミラーの角度が微小変化した後
の状態をそれぞれ示している。

【図３】本実施例におけるダハミラーの角度調整の制御
系を説明するためのブロック図である。

【図４】複数の投影光学系を備えた大型基板用走査型露
光装置に本発明を適用した第２実施例の構成を示す斜視
図である。

【図５】図４のマスク１１１およびプレート１１２の駆
動機構および検出光学系１２５の駆動機構の構成を示す
斜視図である。

【図６】第１実施例の変形例の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ガラス基板２ダハプリズム３集光レンズ４、５ダハミラー６像面７マーク１１弾性ヒンジ部１２ピエゾ式アクチュエータ１３ギャップセンサ２１ミラー２２第１対物レンズ２３第２対物レンズ２４撮像素子１００照明光学系１１１マスク１１２プレート

フロントページの続き (72)発明者白数廣東京都品川区西大井１丁目６番３号株式会社ニコン大井製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板に形成されたパターンの等倍
正立像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光す
る露光装置において、前記投影光学系は、正屈折力を有する集光レンズ系と、
該集光レンズ系による前記パターンの像を前記第１の基
板に対して１８０°回転させる機能を有し、且つ該集光
レンズ系の光路中に配置される互いに直交した２つの反
射面とを備え、前記投影光学系による前記第１の基板のパターン面に対
応する位置に形成されたマークの像を検出するための検
出手段と、前記投影光学系の２つの反射面のなす角度を微小変化さ
せるための角度調整手段と、前記２つの反射面のなす角度を調整するために、前記検
出手段からの像情報に基づいて前記角度調整手段を制御
するための制御手段とをさらに備えていることを特徴と
する露光装置。
【請求項２】前記マークは少なくとも１本のスリット
状マークからなり、前記スリット状マークは、前記２つ
の反射面のなす角度が変化するにつれて前記投影光学系
による前記マークの像の幅方向において変形するよう
に、前記投影光学系に対して配置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。
【請求項３】前記制御手段は、前記スリット状マーク
の像の幅が最も小さくなるように、前記角度調整手段を
制御することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】前記検出手段は、検出器と、前記マーク
の像からの光を集光して該検出器へ導く対物レンズとを
有し、前記対物レンズは、ディフォーカス状態の前記マークの
像を前記検出器上に形成することを特徴とする請求項１
乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】前記投影光学系は、前記第１の基板に形
成されたパターンの等倍正立像を前記第２の基板上に形
成する複数の投影光学ユニットを有し、該投影光学ユニットは、それぞれ前記集光レンズ系と前
記互いに直交する２つの反射面とを有し、前記検出手段は、前記投影光学系に対して前記第１また
は第２の基板の面内方向に沿って移動可能に構成され、前記露光装置は、前記第１および第２の基板をそれぞれ
保持し、且つ所定の走査方向に沿って移動可能に構成さ
れるステージ部材と、前記検出手段を移動させる駆動手
段とをさらに備え、前記制御手段は、前記複数の投影光学ユニットの各々に
より形成される前記マークの像の位置に前記検出手段を
順次移動させるように前記駆動手段を制御し、且つ前記
検出手段により順次検出される像情報に基づいて各投影
光学ユニットの２つの反射面のなす角度を調整するよう
に前記角度調整手段を制御することを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。