(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンを投影レンズでステージ上のワークに投影して露光するに際して、
前記投影レンズがあらかじめ定めた所定温度である基準時に、前記マスクにあらかじめ形成された所定のマークをライトで照明して前記投影レンズと前記ステージとの間に配置され、前記投影レンズと前記ステージとの間に配置したカメラでオートフォーカス撮影し、
前記ステージ上に配置したワークに露光を行う前の露光前時に、前記ライトで照明した前記マークを前記カメラでオートフォーカス撮影し、
前記カメラが基準時におけるオートフォーカス撮影で取得した前記マークのフォーカス位置と、前記露光前時におけるオートフォーカス撮影で取得した前記マークまでのフォーカス位置と、の差からフォーカス変化量を求め、
このフォーカス変化量に基づいて前記投影レンズによるパターン結像位置の変化量を求め、
前記投影レンズによるパターン結像位置の変化量に基づいて前記ステージの位置を調整し、
前記カメラを前記マークの撮影位置と前記パターンの投射領域外の退避位置とに移動するとともに前記ライトを露光時に光束が通過する領域から退避させることを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】
前記ステージ位置の調整に際して前記ワークの厚さ寸法を加味することを特徴とする請求項１に記載の投影露光方法。
【請求項３】
マスクに形成されたパターンを投影レンズでステージ上のワークに投影して露光する投影露光装置において、
前記投影レンズと前記ステージとの間に配置され、前記マスクにあらかじめ形成された所定のマークをオートフォーカス撮影し、当該オートフォーカス撮影時における前記マークのフォーカス位置を出力するカメラと、
前記マスクに形成された前記マークを照明するライトと、
前記カメラを制御して、前記投影レンズがあらかじめ定めた所定温度である基準時、および前記ステージ上に配置したワークに露光を行う前の露光前時に撮像を行わせる手段と、
前記基準時のフォーカス位置および前記露光前時のフォーカス位置との差であるフォーカス変化量を求める手段と、
前記フォーカス変化量から前記投影レンズのパターン結像位置の変化量を求める手段と、
前記投影レンズの結像位置の変化量に基づいて前記ステージの移動量を算出する手段と、
算出した前記ステージの移動量に基づいて前記ステージを投影軸方向に移動する手段と、
前記カメラを前記マークの撮影位置と前記パターンの投射領域外の退避位置とに移動するカメラ移動手段と、
前記ライトを露光時に光束が通過する領域から退避させるライト移動手段と、
を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
前記ステージ位置の調整に際して前記ワークの厚さ寸法を加味することを特徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影露光方法、および投影露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影露光装置は、パターンを記録したマスクの透過光を投影レンズで、ステージ上に配置されたワークに投影し、ワークにパターン像の露光を行う。ワークとしては、感光剤を塗布した基板等が使用される。
【０００３】
このような投影露光装置として、特許文献１は、照明系からの照明光によりマスクを照明し、当該マスクに形成されたパターンの像を、投影光学系で感光材が塗布された基板上に転写するものを開示する。
【０００４】
このような投影露光装置では、環境温度変化に起因する投影露光装置やワークの寸法変化で、ワークに投影するパターン像の投影位置が変化してしまうことから、さまざまな温度補償がなされる。パターン像の投影位置の変化としては、ワークの所定位置にパターン像が投影されないことや、パターン像の結像位置がワーク表面位置からシフトしてしまうことがある。いずれの場合にも、ワークにはパターン像が所定の状態で投影されないこととなる。
【０００５】
温度変換による不具合を解消した投影露光装置として、特許文献２は、露光される基板の温度を測定するためのセンサーを設け、その測定温度に応じて、倍率補正手段により投影光学系の投影倍率を補正するものを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５０５９０公報
【特許文献２】特開平１０−３０３１１５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
温度による影響として、投影露光装置に配置された投影レンズが透過する光で生じる温度変化で熱膨張して焦点距離が変化し、パターン像の結像位置が光軸方向に移動することがある。このため、ワークにパターン像が鮮明に投影されないこととなる。しかし、前述した投影露光装置では、投影レンズの温度変化に対処することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した課題にかんがみてなされたものであり、投影レンズに温度変化が生じたとしても、ワークにパターン像を正確に結像させることができる投影露光方法、および投影露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影レンズでステージ上のワークに投影して露光するに際して、前記投影レンズがあらかじめ定めた所定温度である基準時に、前記マスクにあらかじめ形成された所定のマークをライトで照明して前記投影レンズと前記ステージとの間に配置され、前記投影レンズと前記ステージとの間に配置したカメラでオートフォーカス撮影し、前記ステージ上に配置したワークに露光を行う前の露光前時に、前記ライトで照明した前記マークを前記カメラでオートフォーカス撮影し、前記カメラが基準時におけるオートフォーカス撮影で取得した前記マークのフォーカス位置と、前記露光前時におけるオートフォーカス撮影で取得した前記マークまでのフォーカス位置と、の差からフォーカス変化量を求め、このフォーカス変化量に基づいて前記投影レンズによるパターン結像位置の変化量を求め、前記投影レンズによるパターン結像位置の変化量に基づいて前記ステージの位置を調整し、前記カメラを前記マークの撮影位置と前記パターンの投射領域外の退避位置とに移動するとともに前記ライトを露光時に光束が通過する領域から退避させることを特徴とする投影露光方法である。
温度変化に起因して前記投影レンズによるパターン結像位置がシフトした場合であっても、その移動量を検出してステージを移動するので、マスクのパターン像を鮮明にワークに露光することができる。
【００１０】
同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投影露光方法において、前記ステージ位置の調整に際して前記ワークの厚さ寸法を加味することを特徴とする。
本発明によれば、ワークの厚さ寸法の大小にかかわらず、常に鮮明なパターン像をワークに投影できる。
【００１１】
同じく請求項３に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影レンズでステージ上のワークに投影して露光する投影露光装置において、前記投影レンズと前記ステージとの間に配置され、前記マスクにあらかじめ形成された所定のマークをオートフォーカス撮影し、当該オートフォーカス撮影時における前記マークのフォーカス位置を出力するカメラと、前記マスクに形成された前記マークを照明するライトと、前記カメラを制御して、前記投影レンズがあらかじめ定めた所定温度である基準時、および前記ステージ上に配置したワークに露光を行う前の露光前時に撮像を行わせる手段と、前記基準時のフォーカス位置および前記露光前時のフォーカス位置との差であるフォーカス変化量を求める手段と、前記フォーカス変化量から前記投影レンズのパターン結像位置の変化量を求める手段と、前記投影レンズの結像位置の変化量に基づいて前記ステージの移動量を算出する手段と、算出した前記ステージの移動量に基づいて前記ステージを投影軸方向に移動する手段と、前記カメラを前記マークの撮影位置と前記パターンの投射領域外の退避位置とに移動するカメラ移動手段と、前記ライトを露光時に光束が通過する領域から退避させるライト移動手段と、を備えることを特徴とする投影露光装置である。
本発明によれば、温度変化に起因して前記投影レンズによるパターン結像位置がシフトした場合であっても、その移動量を検出してステージを移動するので、マスクのパターン像を鮮明にワークに露光することができる
【００１２】
同じく請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の投影露光装置において、前記ステージ位置の調整に際して前記ワークの厚さ寸法を加味することを特徴とする。
本発明によれば、ワークの厚さ寸法の大小にかかわらず、常に鮮明なパターン像をワークに投影できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度変化に起因して前記投影レンズによるパターン結像位置がシフトした場合であっても、その移動量を検出してステージを移動することができ、マスクのパターンを鮮明にワークに投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る投影露光装置の光学系の概略構成を示す模式図である。
【図２】同じくマスクとワークのマークを示す模式図である。
【図３】同じくステージ位置の調整装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】同じくステージ位置の調整装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】同じく投影露光装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態に係る投影露光方法、および投影露光装置について説明する。
【００１６】
まず、実施形態に係る投影露光装置の概略構成について説明する。図１は実施形態に係る投影露光装置の光学系の概要を示す説明図、図２はマスクとワークのマークを示す模式図である。投影露光装置２０は、光源部１、コールドミラー２、露光シャッター３、紫外線（ｉ線）バンドパスフィルター４、インテグレータレンズ５、コリメータレンズ６、平面鏡７、マスクステージ８、マスクブラインド９、投影レンズ１０、倍率補正機構１１、ステージ１２を備える。なお、露光シャッター３は、露光の際には、光学系の光路から適宜退避される。この投影露光装置２０によりマスク１３に形成されたパターンを基板などのワーク１４に投影する。
【００１７】
光源部１は水銀ランプ１ａと回転楕円鏡１ｂとから構成する。水銀ランプ１ａを回転楕円鏡１ｂの第１結像位置に配置し、水銀ランプ１ａからの発光光束を回転楕円鏡１ｂで反射して第２結像位置に集光する。コールドミラー２は、赤外波長よりも長波長の赤外線を除去し、可視赤外光の波長よりも短い短波長域の光束を反射して、バンドパスフィルター４に導く。バンドパスフィルター４は紫外線（ｉ線）以外の波長域の光線をカットし、ここの光線を露光用光束Ｐとしてインテグレータレンズ５に導く。
【００１８】
インテグレータレンズ５は、露光用光束Ｐの光量分布を概略一様とし、コリメータレンズ６に導く。コリメータレンズ６は、第２結像位置に焦点を有し、露光用光束Ｐを平行光束にする。平面鏡７は、露光用光束Ｐの光路を折り曲げ、マスクステージ８に導く。
【００１９】
マスクステージ８にはマスク１３を設ける。図２（ａ）に示すように、マスク１３には、ワーク１４に結像すべきパターン２３を形成している。また、マスク１３には、後述するワーク１４とのアライメントを行うため、所定のマークであるアライメントマーク２１を形成している。図示を略した駆動機構は、マスクステージ８を図中横（Ｘ）方向および同縦（Ｙ）方向に移動する。マスクブラインド９は、露光用光束Ｐによりワーク１４を露光するとき、光学系の投影光路から適宜退避する。
【００２０】
投影レンズ１０は、投影レンズ群１０ａを備える。この投影レンズ群１０ａはマスク１３のパターンをこの実施形態では拡大してワーク１４に結像する。ワーク１４は、図２（ｂ）に示すように、例えば正方形であり、ワーク１４には、適宜箇所にアライメントマーク２２があらかじめ形成されている。ステージ１２は図示を略す駆動機構によって横（Ｘ）方向および縦（Ｙ）方向、および上下（Ｚ）方向に移動可能である。
【００２１】
次に実施形態に係るステージ位置の調整装置について説明する。図３は実施形態に係るステージ位置の調整装置の概略構成を示す模式図、図４は同じくステージ位置の調整装置の制御系を示すブロック図である。
【００２２】
実施形態に係るステージ位置の調整装置は、マスク１３の上に配置し、マスク１３に描かれた４つのアライメントマーク２１に照明光を照射する４台のライト３１と、投影レンズ１０と、ステージ１２の間に配置し、４つのアライメントマーク２１をオートフォーカス撮影する４台のカメラ３２と、を備える。図４に示すように、各ライト３１にはライト移動手段４１が、各カメラ３２にはカメラ移動手段４２を接続して、ワーク１４にパターン２３を露光するとき、ライト３１およびカメラ３２を露光時に光束が通過する領域から外れた位置に退避する（図３中矢印Ａ、Ｂ）。
【００２３】
ここで、マスク１３のアライメントマーク２１からステージ１２上面までの距離Ｄ、同じくアライメントマーク２１からカメラ３２の基準面までの距離Ｄｃは所定の値に設定されている。
【００２４】
また、カメラ３２は、例えばＣＣＤ撮像素子等の撮像素子とオートフォーカス機構とを備え、アライメントマーク２１を撮像するとき、カメラ３２の基準面（例えば撮像素子面）からアライメントマーク２１までフォーカス位置を出力する。
【００２５】
図４に示すように、カメラ３２には、前記カメラ移動手段４２の他、カメラ３２の撮影動作タイミングを制御する撮影制御手段４３が接続されている。さらにカメラ３２には、カメラ３２からのフォーカス位置の変化量に基づいて投影レンズ１０のパターン結像位置の変化量を算出する結像位置変化量算出手段４４が接続されている。
【００２６】
また、結像位置変化量算出手段４４には、結像位置変化量算出手段４４が取得した投影レンズ１０のパターン結像位置の変化量にワークの厚さ寸法を考慮してステージ１２の光軸方向の移動量を算出し、この移動量に基づいてステージ１２をＺ方向に移動させるステージ制御手段４５が接続されている。
【００２７】
さらに、ライト移動手段４１、カメラ移動手段４２、撮影制御手段４３、結像位置変化量算出手段４４、ステージ制御手段４５は、全体制御手段４６に接続され、動作タイミングが制御される。
【００２８】
ここで、撮影制御手段４３、結像位置変化量算出手段４４、ステージ制御手段４５、全体制御手段４６等の制御手段は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を備えるコンピューターにより、ＣＰＵで制御プログラムを実行することにより実現できる。
【００２９】
次に実施形態に係る投影露光装置２０の動作について説明する。図５は実施形態に係る投影露光装置の動作を示すフローチャートである。
【００３０】
最初に投影レンズ１０が定常温度であるときの初期値を取得する（図５（ａ）参照）。まず、全体制御手段４６の制御により、ライト移動手段４１、カメラ移動手段４２を駆動して、ライト３１およびカメラ３２を退避位置から、ライト３１がアライメントマーク２１を照明し、カメラ３２がアライメントマーク２１をオートフォーカス撮影する位置に移動する（ＳＡ１）。
【００３１】
次に、ライト３１から照明光をアライメントマーク２１に照射し、撮影制御手段４３の制御により、アライメントマーク２１の透過光を、投影レンズ１０を通してカメラ３２で撮影する（ＳＡ２）。
【００３２】
カメラ３２は、オートフォーカス機構を駆動してアライメントマーク２１をオートフォーカス撮影して、この状態でのアライメントマーク２１のフォーカス位置Ｄ０を結像位置変化量算出手段４４に出力する（ＳＡ３）。なお、カメラ３２は、オートフォーカス撮影を投影レンズ１０越しに行っているため、フォーカス位置Ｄ０は、アライメントマーク２１とカメラ３２との物理的距離（Ｄｃ）と必ずしも一致しない。しかし、フォーカス位置Ｄ０は、後に取得するフォーカス位置Ｄ１との差に基づいて、投影レンズ１０の熱によるパターン結像位置の変化量を計算するためのものであるので、両者が一致しなくとも差し支えない。
【００３３】
次に、ワークの露光処理を行う場合について説明する（図５（ｂ）参照）。投影レンズ１０が光源部１からの露光用光束Ｐで加熱されると、マスク１３に形成されたパターン２３の投影レンズ１０によるパターン結像位置が変化し、パターン２３の像はワーク１４上に鮮明には投影されていない。
【００３４】
まず、ワーク１４をステージ１２に配置（ＳＢ１）した後、全体制御手段４６の制御のもと、ライト移動手段４１でライト３１をアライメントマーク２１の上部に移動し、カメラ３２をアライメントマーク２１の投影位置に配置する（ＳＢ２）。
【００３５】
そして、撮影制御手段４３の制御により、カメラ３２でアライメントマーク２１を撮影する（ＳＢ３）。なお、図５ではワークを露光ステージにのせてから行うように示しているが、ワークがステージ上に無くても位置合わせ可能であるため、露光ステージ上ワークの入替えを行っている最中に、オートフォーカスを実行し、位置合わせを行ってもよい。このようにすると、マスクマークのみでオートフォーカスを行うことができるため、ワーク入替え時にオートフォーカスを実行し、タクトタイムを短縮することができる。撮影はカメラ３２がオートフォーカス機構を動作させて行い、カメラ３２は、アライメントマーク２１までのフォーカス位置Ｄ１を結像位置変化量算出手段４４に出力する（ＳＢ４）。
【００３６】
結像位置変化量算出手段４４は、２つのフォーカス位置Ｄ０、Ｄ１の差であるフォーカス変化量ΔＤに基づいて、投影レンズ１０のパターン結像位置の変化量ΔＦを計算する（ＳＢ５）。この計算は、ライト３１で投影レンズ１０の温度を変化させた状態で、アライメントマーク２１をカメラ３２で撮影する実験に基づいて定めた計算式に基づいて行う。
【００３７】
次に、ステージ制御手段４５が結像位置変化量算出手段４４の計算した投影レンズ１０のパターン結像位置の変化量ΔＦと、ワーク１４の厚さ寸法ｄ（図３参照）とに基づいて、ステージ１２の光軸方向での修正移動量ΔＺを計算し、ステージ１２を駆動する（ＳＢ６）。なお、ワーク１４の厚さ寸法ｄの値は、全体制御手段４６で変更することができる。実施形態に係る投影露光装置２０では、ワーク１４の厚さを考慮するので、どのような厚さ寸法のワークでも、鮮明な投影像をワークに結像することができる。
【００３８】
そして、ライト移動手段４１でライト３１を、カメラ移動手段４２でカメラ３２を駆動して、ライト３１、カメラ３２を退避位置に移動し（ＳＢ７）、所定の手順でワーク１４にマスク１３に形成されたパターン２３の像を露光する。
【００３９】
以上のように、実施形態に係る投影露光装置２０によれば、温度変化に起因して前記投影レンズによるパターン結像位置が変化した場合であっても、その変化を検出してステージを移動することができ、マスクのパターンを鮮明にワークに投影することができる。そして、この調整は、マスクをステージに配置しない状態でも正確に行うことができ、このため、ワークの設置動作の合間に、当該調整を高い効率で行うことができる。
【００４０】
なお、前記実施形態では、アライメントマーク２１の数を４とし、これにあわせてライト３１、カメラ３２の数を各４台としたが、ライト３１、カメラ３２の数は各１台以上に適宜変更できる。
【００４１】
また、カメラ３２を用いて投影レンズ１０の投影位置を調整するのは、ワークを交換するたびに行うことが好ましい。しかし、投影レンズ１０の温度が変化するタイミングで適宜行うこともできる。
【符号の説明】
【００４２】
１：光源部
２：コールドミラー
３：露光シャッター
４：バンドパスフィルター
５：インテグレータレンズ
６：コリメータレンズ
７：平面鏡
８：マスクステージ
９：マスクブラインド
１０：投影レンズ
１０ａ：投影レンズ群
１１：倍率補正機構
１２：ステージ
１３：マスク
１４：ワーク
２０：投影露光装置
２１：アライメントマーク
２２：アライメントマーク
２３：パターン
３１：ライト
３２：カメラ
４１：ライト移動手段
４２：カメラ移動手段
４３：撮影制御手段
４４：結像位置変化量算出手段
４５：ステージ制御手段
４６：全体制御手段
【図１】
0006032833.tif 000002
【図２】
0006032833.tif 000003
【図３】
0006032833.tif 000004
【図４】
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【図５】
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