JPH11233398A

JPH11233398A - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH11233398A
Application number: JP10033110A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Ota; 稔也太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】露光装置の焦点位置測定装置（ＡＦ）４で
は、液晶表示装置のガラスプレート１の周辺領域の平面
度を検出することができない。【解決手段】プレート１はプレートホルダ２上に真空
吸着によって固定され、プレートホルダ２はステージ３
上に搭載されている。この上部に投影光学系５があり、
マスク７に形成されたパターンをプレート１上に結像投
影する。ＡＦ４は投影光学系５の周囲に配置されてい
る。さらに、４つの変位センサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ
を取り付ける。ＡＦ４の出力及び変位センサ６ａ〜６ｄ
の出力は演算部８に入力されて合成されプレート１全面
の平面度が演算される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のガ
ラスプレートや半導体ウエハ等の基板表面の状態を検出
する露光装置及び露光方法に関し、特に基板の平面度を
演算するのに適する露光装置及び露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置や半導体ウエハの製
造には、縮小投影型の露光装置が多用されている。この
露光装置にはマスクに形成されたパターンを投影光学系
を介して例えば液晶表示装置のガラスプレート上の特定
露光領域に結像投影するとともにプレートを一定量だけ
ステッピングさせては別の領域を露光することを繰り返
してプレート全面にパターンの像を焼き付けていく方式
が用いられており、ステップ・アンド・リピート方式と
呼ばれている。最近の露光装置は集積度の急激な上昇に
対応して、より解像力の高い投影光学系が使われるよう
になり、その反面焦点深度が極端に浅くなっている。こ
のため、プレート上のそれぞれの露光領域に対して投影
光学系による像面とプレートの表面とを精密に一致させ
る必要がある。

【０００３】図７は従来の露光装置を示すもので、ステ
ージ３上のプレートホルダ２に載置されるプレート１の
表面に投影光学系５による像が結ぶように焦点合わせを
行うため、投影光学系５の周囲に焦点位置測定装置（以
下ＡＦと略す）４が取り付けられている。このＡＦ４
は、露光領域の中心位置に発光素子１１によるビームを
斜入射し、反射光の受光位置をＣＣＤ１２によって検出
して、投影光学系５の結像位置に対するプレート１の位
置を測定している。普通は投影光学系５及びＡＦ４を固
定しておきプレート１を上下動させて、投影光学系５の
結像位置にプレート１の表面を精密に一致させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来装
置においては、露光領域がちょうどプレート１表面全面
を網羅するようにステージの移動ストロークが定められ
ていて、ＡＦ４は露光領域の中心位置における焦点位置
を測定するものであるので、ＡＦ４による測定領域は図
８に示すようにプレート１表面全面を網羅していない。
ここで、露光処理後のパターン形成結果において、パタ
ーンの線幅が露光領域内で不均一だった場合、その理由
として、プレートホルダ２の面が歪んだり傷が付いてい
たりして、また、プレート１自体が歪んでいたりするこ
とにより、プレート１表面の平面度が投影光学系５の合
焦範囲内にないことが考えられる。しかし、その線幅の
不均一な領域がＡＦ４による焦点合わせ可能な測定領域
の外側であった場合、この外側の領域の平面度をＡＦ４
によって検証することができない。

【０００５】ＡＦ４による焦点合わせ可能な測定領域
が、プレート１の表面全面を網羅するようにステージ３
の移動ストロークを延長すると、ステージ３の移動範囲
がそれだけ大きくなり、装置全体が大きくなってしま
う。本発明は、以上の従来の問題に鑑みてなされたもの
であって、液晶表示装置のガラスプレートや半導体ウエ
ハ等の基板表面の広い領域の状態を検証できる露光装置
及び露光方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の露光装置は、マスク（７）のパター
ンを基板（１）に露光するものであって、前記基板
（１）表面の第１領域の状態を検出する第１の検出手段
（４）と、前記第１の検出手段（４）の外側に配設さ
れ、少なくとも前記第１領域の外側の前記基板（１）表
面の状態を検出する第２の検出手段（６ａ〜６ｄ）と、
を備えたものである。また、請求項２記載の露光装置
は、前記マスク（７）と前記基板（１）との間に、前記
パターンの像を投影する投影光学系（５）が配設されて
おり、前記第１の検出手段（４）が前記投影光学系
（５）に固設されているものである。

【０００７】さらに、請求項３記載の露光装置は、前記
第１の検出手段（４）と前記第２の検出手段（６ａ〜６
ｄ）との検出領域の一部が重複しており、前記第１の検
出手段（４）と前記第２の検出手段（６ａ〜６ｄ）との
検出結果に基づいて、前記基板（１）の平面度を演算す
る演算手段（８）とを備えたものである。これにより、
両検出結果を滑らかに合成して基板の平面度を得ること
ができる。また、第１の検出手段と第２の検出手段とが
異なる性能のものであるとき、高性能の検出手段で低性
能の検出手段を校正することによってより高性能の検出
結果に近い性能で平面度を得ることができる。

【０００８】また、請求項４記載の露光装置は、前記基
板（１）を載置して移動する基板ステージ（３）を備
え、前記第２の検出手段（６ａ〜６ｄ）は、前記基板ス
テージ（３）の移動ストロークに基づいて配設されるも
のである。これにより、基板表面全面を網羅してその状
態を検出することができる。また、請求項５記載の露光
方法は、マスク（７）のパターンを基板（１）に露光す
る方法であって、前記基板（１）表面の状態を検出する
第１の検出手段（４）により前記基板表面の第１領域を
検出するステップ（Ｓ１）と、前記第１検出手段（４）
の外側に配設された第２の検出手段（６ａ〜６ｄ）によ
り、少なくとも前記第１領域の外側の前記基板（１）表
面の状態を検出するステップ（Ｓ２）とを含む方法であ
る。

【０００９】また、請求項６記載の露光方法は、前記第
１の検出手段（４）と前記第２の検出手段（６ａ〜６
ｄ）との検出領域の一部が重複しており、前記第１の検
出手段（４）による検出ステップ（Ｓ１）と前記第２の
検出手段（６ａ〜６ｄ）による検出ステップ（Ｓ２）と
に基づいて、前記基板（１）の平面度を演算するステッ
プ（Ｓ３、Ｓ４）を含む方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照しながら本発
明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１
は、本発明において基板が液晶表示装置の角形のガラス
プレートである場合の露光装置の斜視図を示す。なお、
図１において、図７に対応する部分には同一符号を用い
てその詳細説明を省略する。プレート１はプレートホル
ダ２上に真空吸着によって固定され、プレートホルダ２
はＸ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺの６軸動作が可能なス
テージ３上に搭載されている。なお、ステージ３の位置
は不図示のレーザ干渉計により測定されている。ステー
ジ３の上部に投影光学系５があり、マスク７に形成され
た液晶表示素子用のパターンをプレート１上に結像投影
する。ＡＦ４は投影光学系５の周囲に固設されている。
さらに、プレート１のＺ方向の変位を測定する４つの変
位センサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがＡＦ４の外側に配設
されている。ＡＦ４の出力及び変位センサ６ａ〜６ｄの
出力は演算部８に入力されてプレート１の平面度が演算
される。

【００１１】図２は、装置上方から見たＡＦ４と変位セ
ンサ６ａ〜６ｄの取付けの配置を示す。投影光学系５の
光軸に焦点位置測定点があり、投影光学系５の周囲にＡ
Ｆ４が配置され、更に変位センサ６ａ〜６ｄが配置され
る。これらの望ましい位置関係は図４によって後述す
る。図３は、変位センサ６ａ〜６ｄの一例を示す。ＬＥ
Ｄ又は半導体レーザなどの発光素子９から発した光をプ
レート１表面に斜めに入射させ、プレート１で反射した
反射光の受光位置をＣＣＤ１０で検出して、プレート１
表面のＺ方向の変位を知る。分解能はμｍオーダで測る
ことが可能である。

【００１２】制御装置１００は、露光装置全体を制御す
るものであり、本実施の形態においては特に、ステージ
３、ＡＦ４、変位センサ６ａ〜６ｄ、演算部８を制御し
てプレート１のＺ方向に関するデータ（例えば平面度）
を計測している。以上の構成において、制御装置１００
は、ステージ３のＺ、θＸ、θＹ、θＺの４軸を動作さ
せずに、Ｘ、Ｙ方向に動作させて、プレート１上にＡＦ
４と変位センサ６ａ〜６ｄとのビームをＸ方向及びＹ方
向に走査させる。

【００１３】図４は、この時の走査可能な領域の位置関
係を示す（変位センサ６ａの測定領域のみを示す）。Ａ
Ｆ４による測定領域で網羅しきれないプレート１の外側
の領域を変位センサ６ａ〜６ｄによって網羅するように
ステージ３のＸ、Ｙ方向のストロークに基づいて変位セ
ンサ６ａ〜６ｄの位置を定める。ＡＦ測定領域と変位セ
ンサ６ａ測定領域は同じ大きさであって、それぞれのＸ
Ｙ方向の幅はステージ３のＸＹ方向の移動ストロークの
幅とも同じである。また、ＡＦ測定領域と変位センサ６
ａ測定領域のずれ量は投影光学系５の光軸と変位センサ
６ａ測定点との距離に相当することになる。したがっ
て、少なくとも上記外側の領域の幅に相当する距離だ
け、投影光学系５の光軸から変位センサ６ａ測定点をＸ
方向及びＹ方向にずらす必要がある。また、上記ずれ量
を大きくしすぎて隣接する変位センサ６ａ〜６ｄ同士の
測定領域が離れてしまうと網羅しきれない領域が生じて
しまう。これらのことを勘案して変位センサ６ａ〜６ｄ
の位置を定める。なおこの時、ＡＦ測定領域と変位セン
サ６ａ〜６ｄ測定領域には重なり合う部分ができる。

【００１４】ここで、図５及び図６に基づき、任意の走
査ライン（図４に図示）を走査して得られたデータから
平面度データを得る方法について説明する。ＡＦ４のデ
ータと各変位センサ６ａ〜６ｄのデータは、それぞれが
誤差を含んでおり、そのままではきれいに合成すること
はできない。そこで、より高性能であるＡＦ４のデータ
を真値として、変位センサ６ａ〜６ｄのデータを補正す
る。

【００１５】すなわち、まず図６のステップＳ１におい
て、制御装置１００は、ＡＦ４によりプレート１のＡＦ
測定領域の平面度を検出して図５(a)に示すＡＦ４によ
るデータを得る。制御装置１００は、ステップＳ２にお
いて、例えば変位センサ６ａにより、ＡＦ測定領域と一
部が重複しＡＦ測定領域の外側の領域を含む領域の平面
度を測定して、図５(b)に示す変位センサ６ａによるデ
ータを得る。制御装置１００は、ステップＳ３におい
て、演算部８を介してその重複する領域でのデータの最
大値と最小値の差の比を取り、変位センサ６ａのデータ
に対して、それぞれ比を乗じた値に補正する。この補正
した図５(c)に示す値をもって、プレート１外側領域の
平面度データとし、図５(a)に示すＡＦ４のデータと合
成して、図５(d)に示すプレート１表面全面の平面度デ
ータとする（ステップＳ４）。この際につなぎ目の部分
を滑らかにすることは、両データの加重平均の係数を徐
々に変える等の手段で任意に行うことができる。

【００１６】なお、変位センサ６ａ〜６ｄは標準的に装
置に組み込んでおいても良いし、必要に応じて脱着し、
工具として扱っても良い。さらに、本発明は上記実施の
形態に限定されるものではない。基板は半導体ウエハで
あっても良い。

【００１７】変位センサ６ａ〜６ｄは、超音波の往復時
間により変位を検出する超音波センサや、対向導電板間
の静電容量により変位を検出する静電容量センサでも良
い。また、変位センサ６ａ〜６ｄの出力が一定となるよ
うにステージ３をＺ方向に移動させて、その移動量によ
って変位を検出するようにしても良い。プレート１の平
面度を検出するのではなく、プレート１表面の状態、例
えば、光沢度等を検出するものであっても良い。

【００１８】また、プレートホルダ２の平面度を測定す
る場合、ＡＦ４の測定可能距離範囲が短いため、直接プ
レートホルダ２の平面度を測定することができないとき
には、基準となるプレート１であってクロームで全面蒸
着して予め厚さを測定してあるプレート１をプレートホ
ルダ２の上に吸着固定して、このプレート１の平面度を
測定し、プレート１厚さ分のオフセットを行えば、間接
的にプレートホルダ２の平面度を測定することができ
る。

【００１９】このようにして測定した結果、平面度が悪
いことが判明した場合、プレート１に起因するものであ
れば、プレート１をリジェクトする。プレートホルダ２
に起因するものであれば、プレートホルダ２に手直しを
加えることもあるし、ひどい場合にはプレートホルダ２
を交換することで対処する。

【００２０】なお、露光装置としては、前述のステップ
・アンド・リピート型の露光装置にも、マスク７とプレ
ート１とを同期移動して露光する走査型の露光装置にも
適用することができる。また、露光光としてはＫｒＦエ
キシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ
（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみなら
ず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬaＢ₆）、タン
タル（Ｔa）を用いることができる。

【００２１】投影光学系５の倍率は縮小系、等倍及び拡
大系のいずれでも良い。また、投影光学系５は、エキシ
マレーザを用いる場合は硝材として石英や蛍石を用い、
Ｘ線を用いる場合は反射屈折系の光学系にし（マスクも
反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる
場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる
電気光学系を用いれば良い。なお、電子線が通過する光
路は真空にする。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第２の
検出手段が液晶表示装置のガラスプレートや半導体ウエ
ハ等の基板表面の広い領域の状態を検出しているので、
基板のどの部分においてもマスクのパターンを精度よく
露光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の要部の配置を示す図である。

【図３】本発明に用いて好適な変位センサの一例を示す
図である。

【図４】本発明の各測定領域の位置関係を示す図であ
る。

【図５】本発明における各データを示す図である。

【図６】本発明の動作を説明するフロー図である。

【図７】従来の露光装置を示す図である。

【図８】プレート１上のＡＦ測定領域を示す図である。

【符号の説明】

１プレート２プレートホルダ３ステージ４焦点位置測定装置（ＡＦ）５投影光学系６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ変位センサ７マスク８演算部９、１１発光素子１０、１２ＣＣＤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを基板に露光する露光装
置において、前記基板表面の第１領域の状態を検出する第１の検出手
段と、前記第１の検出手段の外側に配設され、少なくとも前記
第１領域の外側の前記基板表面の状態を検出する第２の
検出手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置において、前記マスクと前記基板との間には、前記パターンの像を
投影する投影光学系が配設されており、前記第１の検出手段は前記投影光学系に固設されている
ことを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項１記載の露光装置において、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段との検出領域
の一部は重複しており、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段との検出結果
に基づいて、前記基板の平面度を演算する演算手段とを
備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項４】請求項１記載の露光装置において、前記基板を載置して移動する基板ステージを備え、前記第２の検出手段は、前記基板ステージの移動ストロ
ークに基づいて配設されることを特徴とする露光装置。
【請求項５】マスクのパターンを基板に露光する露光方
法において、前記基板表面の状態を検出する第１の検出手段により前
記基板表面の第１領域を検出するステップと、前記第１検出手段の外側に配設された第２の検出手段に
より、少なくとも前記第１領域の外側の前記基板表面の
状態を検出するステップとを含むことを特徴とする露光
方法。
【請求項６】請求項５記載の露光方法において、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段との検出領域
の一部は重複しており、前記第１の検出手段による検出ステップと前記第２の検
出手段による検出ステップとに基づいて、前記基板の平
面度を演算するステップを含むことを特徴とする露光方
法。