(57)【要約】【課題】実際に露光、現像を行わなくても、露光位置、露光量などが意図したとおりに行われるか否かを事前確認することができ、高精度な露光が可能な露光装置を提供する。【解決手段】露光装置１は、基板７を載置するホルダ８を有するステージ９と、所望のパターンを生成するＤＭＤ素子３と、パターンを投影する投影光学系４と、基板７に対して所定の相対位置関係で配置され、投影されたパターンを検出する投影パターン検出光学系６と、投影パターン検出光学系６で検出した信号に基づいて、露光結果を表示部１０に表示する制御部１１とを有して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するホルダを有するステージと、
所望のパターンを生成するパターン生成部と、
前記パターンを投影する投影光学系と、
前記基板に対して所定の相対位置関係で配置され、前記投影されたパターンを検出する投影パターン検出光学系と、
前記投影パターン検出光学系で検出した信号に基づいて、露光結果を表示部に表示する制御部と、を有する露光装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、前記パターン生成部により生成された複数の前記パターンを、当該パターン毎に投影し、
前記投影パターン検出光学系は、投影された前記複数のパターンのそれぞれを検出するよう構成され、
前記制御部は、前記投影パターン検出光学系で検出した信号に基づいて、前記複数のパターンの露光結果を合成し前記表示部に表示するよう構成された請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記投影パターン検出光学系は、二次元撮像素子を備え、
前記制御部は、前記投影されるパターンの露光強度に応じて前記二次元撮像素子の感度調整を行い、この感度調整及び前記投影パターン検出光学系により検出した信号に基づいて、露光結果を表示部に表示するよう構成された請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系は投影倍率が切り替え可能に構成され、
前記投影光学系の投影倍率の切り替えを検出する投影倍率切替検出部をさらに有する請求項１〜３いずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記投影光学系及び前記投影パターン検出光学系は、前記ステージを挟んで対向するように配置されており、
前記投影パターン検出光学系は、前記ホルダに形成された貫通孔を介して前記投影されたパターンを検出するように構成された請求項１〜４いずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＭＤ（Digital  Mirror  Device）などの空間光変調素子を用いて基板上に露光パターンを投影し、更に、この投影倍率を可変とした露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００２／０３９１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術においては、実際に露光し、現像した上でないと、意図したとおりに露光が行われたか否かを確認することができなかった。そのため、確認作業に手間がかかり、作業効率の低下を招くおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、実際に露光、現像を行わなくても、露光位置、露光量などが意図したとおりに行われるか否かを事前確認することができ、高精度な露光が可能な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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る露光装置は、基板を載置するホルダを有するステージと、所望のパターンを生成するパターン生成部と、このパターンを投影する投影光学系と、基板に対して所定の相対位置関係で配置され、投影されたパターンを検出する投影パターン検出光学系と、この投影パターン検出光学系で検出した信号に基づいて、露光結果を表示部に表示する制御部と、を有する。
【０００７】
このような露光装置において、投影光学系は、パターン生成部により生成された複数のパターンを、当該パターン毎に投影し、投影パターン検出光学系は、投影された複数のパターンのそれぞれを検出するよう構成され、制御部は、投影パターン検出光学系で検出した信号に基づいて、複数のパターンの露光結果を合成し表示部に表示するよう構成されることが好ましい。
【０００８】
また、このような露光装置において、投影パターン検出光学系は、二次元撮像素子を備え、制御部は、投影されるパターンの露光強度に応じて二次元撮像素子の感度調整を行い、この感度調整及び投影パターン検出光学系により検出した信号に基づいて、露光結果を表示部に表示するよう構成されることが好ましい。
【０００９】
また、このような露光装置において、投影光学系は投影倍率が切り替え可能に構成され、投影光学系の投影倍率の切り替えを検出する投影倍率切替検出部をさらに有することが好ましい。
【００１０】
また、このような露光装置において、投影光学系及び投影パターン検出光学系は、ステージを挟んで対向するように配置されており、投影パターン検出光学系は、ホルダに形成された貫通孔を介して投影されたパターンを検出するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る露光装置を以上のように構成すると、実際に露光、現像を行わなくても、露光位置、露光量などが意図したとおりに行われるか否かを事前確認することができ、高精度な露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】ミックス＆マッチ露光により形成されたパターン例を示す概略図である。
【図３】ミックス＆マッチ露光において座標を間違えた場合のパターン例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書中では、基板を介して、この基板の露光側の面方向を「表面側」と呼び、露光側とは反対側の面方向を「裏面側」と呼ぶ。まず、図１を用いて本実施形態に係る露光装置１の構成について説明する。この露光装置１は、ＤＭＤ素子３からの像（露光パターン）を基板（ウエハ）７上に投影して露光するマスクレス露光装置であって、図１に示すように、照明光を照射する照明光学系２と、この照明光学系２からの照明光を空間的に変調し複数の像（以下、「露光パターン」と呼ぶ）を生成するパターン生成部としてのＤＭＤ素子３と、このＤＭＤ素子３からの露光パターンを基板７上に投影する投影光学系４と、この投影光学系４に組み込まれ、ＤＭＤ素子３からの露光パターンの像が基板７の表面に合焦するよう調整するためのオートフォーカス検出光学系５と、表面側における露光パターンの投影位置や基板７上の位置合わせマークを検出するための表面位置検出光学系８０と、この表面位置の検出時に、基板７上に塗布されたフォトレジストを感光させない波長で照明する表面検出照明光学系７０と、露光パターンを撮像するための投影パターン検出光学系６と、撮像した画像を表示する表示部１０と、この表示部１０に表示する画像を投影パターン検出光学系６からの信号に基づいて演算する制御部１１と、基板７を載置するためのホルダ８を備えたステージ９と、投影光学系４とは投影倍率の異なる第２の投影光学系４０と、を有して構成されている。また、制御部１１は、オートフォーカス検出光学系５、並びに、表面位置検出光学系８０からの検出結果によりＤＭＤ素子３、及び、ステージ９の作動をも制御する。
【００１４】
ＤＭＤ素子３は、反射角を変更可能な図示しない複数のマイクロミラーを有して構成されている。このＤＭＤ素子３の各マイクロミラーは、制御部１１により駆動され、その反射面の反射角を変化させることで、反射光を投影光学系４に導くか導かないかを任意に選択することができ、多様な形状の露光パターンを生成することができる。
【００１５】
照明光学系２は、水銀灯、ＬＥＤなどからなる基板７上に塗布されたフォトレジストを感光させる波長を発する露光光源２１と、この露光光源２１からの照明光を集光してＤＭＤ素子３に照射するコンデンサレンズ２２とから構成されている。また、投影光学系４は、ＤＭＤ素子３にて生成された露光パターン光（露光光）を略平行光に変換する第２対物レンズ４１と、この略平行光を基板７上に投影する第１対物レンズ４２とから構成されている。なお、ここでいう略平行の意味はＤＭＤ素子３上の１点から発した光が略平行になるという意味であり、ＤＭＤ素子３上の他の１点から発した光もまた略平行になるが、両者の光の角度は異なる。
【００１６】
また、本実施形態の露光装置１は、不図示の切り替え機構により投影光学系４と第２の投影光学系４０との切り替えを可能としている。この第２の投影光学系４０も、第２対物レンズ４３及び第１対物レンズ４４を有して構成されている。このように投影光学系４を第２の投影光学系４０に切り替えることにより、ＤＭＤ素子３と基板７間の投影倍率を変更することができる。なお、この露光装置１は、投影光学系４と投影光学径４０とが切り替えられたことを、投影倍率切替検出部１４で検出可能に構成されている。
【００１７】
表面検出照明光学系７０は、表面位置検出用の光（以下「表面位置検出光」と呼ぶ）を出射する表面位置検出用光源７１（ＬＥＤ、或いは、ハロゲンランプ、ファイバー光源などで構成される）と、表面位置検出用光源７１からの表面位置検出光を集光する集光レンズ７２と、開口絞り７３と、視野絞り７４と、表面位置検出光を略並行光に変換しリレーする第１リレーレンズ７５及び第２リレーレンズ７６と、投影光学系４の光路上に配置され表面位置検出光を基板７方向に反射するハーフミラー７７とから構成され、基板７上のフォトレジストを感光させない波長の表面位置検出光で基板７を照明する。
【００１８】
表面位置検出光学系８０は、投影光学系４の光路上に配置され表面位置検出光の照射により基板７から反射された反射光を反射するハーフミラー８３と、このハーフミラー８３で反射された反射光を結像させる結像レンズ８２と、この像を検出する二次元撮像素子８１とから構成され、第１対物レンズ４２と結像レンズ８２とが協働して基板７の表面と二次元撮像素子８１とを共役に結んで、基板７の表面観察を行うように構成されている。この二次元撮像素子８１では、基板７の表面像が光電変換され、画像処理により位置合わせマークが認識される。
【００１９】
オートフォーカス検出光学系５は、基板７上に塗布されたフォトレジストを感光させない波長のフォーカス検出用の光（以下、「フォーカス検出光」と呼ぶ）を出射する点光源５１と、この点光源５１からのフォーカス検出光を略平行光に変換するコリメータレンズ５２と、このコリメータレンズ５２を透過したフォーカス検出光のうち、その瞳の半分を遮る遮光絞り５３と、この略平行なフォーカス検出光を透過し基板７で反射された反射光をさらに反射するハーフミラー５４と、投影光学系４の光路上に配置され、フォーカス検出光とその反射光とを反射し、露光光を透過するダイクロイックミラー５５と、ダイクロイックミラー５５及びハーフミラー５４で反射された反射光を結像する結像レンズ５６と、この像を受光するリニアセンサ５７とから構成されている。
【００２０】
基板７を載置するホルダ８には、上下方向（投影光学系４及び投影パターン検出光学系６の光軸と略平行な方向。以下、この上下方向を「Ｚ軸」とする）に貫通する貫通孔８ａが形成されている。貫通孔８ａは、ＤＭＤ素子３で生成された露光パターンを投影パターン検出光学系６により撮像するための開口である。また、ステージ９は、制御部１１によって制御されるステージ駆動部１３により、水平方向及び鉛直方向（上下方向）に移動可能となっている。なお、ステージ９には干渉計又はリニアエンコーダからなる位置測定部１２が取り付けられ、制御部１１によってホルダ８の位置（座標）がモニタリングされている。以下、水平方向において、図１の紙面左右方向をＸ軸とし、これに交差する方向（紙面垂直方向）をＹ軸とする。
【００２１】
投影パターン検出光学系６は、ホルダ８を挟んで投影光学系４と対向する裏面側、すなわち、ホルダ８の下方に配置されている。この投影パターン検出光学系６は、ＤＭＤ素子３からの露光パターン光を結像する対物レンズ６１，６２と、この対物レンズ６１，６２により結像された露光パターン像を検出する二次元撮像素子６３と、から構成されている。投影パターン検出光学系６は、ステージ９に対して固定されており、ステージ９の移動とともに移動するように構成されている。投影パターン検出光学系６の二次元撮像素子６３は、基板７の表面と共役になるよう構成され、ＤＭＤ素子３によって生成された露光パターンを二次元撮像素子６３により撮像する。なお、光学調整時に多少共役がずれていたとしても、投影パターン検出光学系６はステージ９とともに移動するため、Ｚ軸方向への駆動により共役に調整することも可能である。また、図１では、貫通孔８ａは基板７の横に配置されているが、基板７の下（裏面側）に配置し、撮像時はホルダ８から基板７を退避する構成としてもよい。
【００２２】
以上のような構成の露光装置１を用いて基板７の露光を行う際には、まず、表面位置検出光学系８０により、ステージ９上の基板７の位置合わせを行う。それには、表面位置検出光学系８０で基板７の表面に形成された位置合わせマークを検出し、この位置合わせマークが二次元撮像素子８１の中心に位置するよう、ステージ駆動部１３を介してステージ９をＸ，Ｙ軸方向に移動させる。なお、本実施形態では、位置合わせマークを基板７に設けているが、本願がこれに限定されることはない。例えば、位置合わせマークをステージ９に設け、予めステージ９の位置合わせマークと基板７との相対位置関係を記憶しておき、表面位置検出光学系８０にて位置合わせを行った後、相対位置関係に対応させてステージ９をＸ，Ｙ軸方向に移動させ、基板７への投影位置に投影光学系４を配置するようにしてもよい。
【００２３】
次に、投影パターン検出光学系６により、基板７に投影するパターンの事前確認を行うが、詳細は後述する。露光パターンに入力ミスがないと判断した後、または、入力ミスを調整した後に、基板７の露光を行う。この場合、露光装置１において、照明光学系２の露光光源２１から出射した照明光（露光光）は、コンデンサレンズ２２を介してＤＭＤ素子３に照射される。このとき、制御部１１では、この制御部１１に内蔵された図示しないパターンジェネレータの信号に対応して、ＤＭＤ素子３の画素に相当するすべてのマイクロミラーの反射角を制御する。この制御により、ＤＭＤ素子３の各マイクロミラーでは照明光を投影光学系４に導くか否かを選択することができ、所望の露光パターンを生成することができる。このＤＭＤ素子３により生成された露光パターンは、投影光学系４により基板７上に投影される。このとき、投影光学系４に組み込まれたオートフォーカス検出光学系５からのフォーカス信号に基づいて、制御部１１の制御によりステージ駆動部１３を介してステージ９を上下させて、ＤＭＤ素子３からの露光パターンが基板７の表面に合焦するよう投影される。そして、この露光パターンの投影により、基板７に対して露光が行われる。
【００２４】
ここで、オートフォーカス検出光学系５の動作を説明する。まず、点光源５１から射出したフォーカス検出光がコリメータレンズ５２で略平行光に変換される。この略平行なフォーカス検出光は、上述のように、遮光絞り５３により瞳の略半分が遮られて絞られた後、ハーフミラー５４を透過して、ダイクロイックミラー５５に入射し、このダイクロイックミラー５５で基板７の方向に反射され、投影光学系４の第１対物レンズ４２を介して基板７上に照射される。そして、この基板７で反射された反射光は、投影光学系４の第１対物レンズ４２により再び集光された後、ダイクロイックミラー５５で反射されてオートフォーカス検出光学系５に導かれる。反射光は、さらにハーフミラー５４で反射され、結像レンズ５６によりリニアセンサ５７上に結像する。このように、このオートフォーカス検出光学系５は、いわゆる瞳半隠しフォーカス検出光学系になっている。そして、このリニアセンサ５７で得られた像を基に、投影光学系４の合焦位置に対する基板７の上下方向のズレが検出され、その信号に基づいて制御部１１によりステージ駆動部１３を介してステージ９を光軸方向（上下方向）に移動させることにより、ＤＭＤ素子３からの露光パターンを基板７の表面に合焦させる。
【００２５】
次に、投影パターン検出光学系６の使い方及び有用性について説明する。なお、以降の説明において、「低倍」、「高倍」という場合の「倍率」とは、「ＤＭＤ素子３の物体高／基板７上の像高」を指す。すなわち、「低倍」は広い範囲を小さなＮＡで露光するため基板７上での解像力は低く、「高倍」は狭い範囲を大きなＮＡで露光するため基板７上での解像力は高い。
【００２６】
本実施形態のように、倍率切り替え機構を備えた露光装置１においては、図２に示すように、粗い露光パターン（図２の「Ｆ」、「Ｇ」）は低倍で露光し、微細な露光パターン（図２の「Ａ」、「Ｂ］、「Ｃ」）は高倍で重ね露光する手法が用いられる。以降このような手法を「ミックス＆マッチ露光」と呼ぶ。例えば、図２に示すように、最終的に得たい露光パターン１００に対して、領域１０２，１０３，１０４の部分にのみ微細な露光パターンがあり、他の部分（領域１０１）には粗い露光パターンしかないとする。このような状態においては、まず低倍な投影光学系４で領域１０１へ粗い露光パターンを広い面積で投影し、次に高倍な投影光学系４０に切り替えて、狭い面積の領域１０２，１０３，１０４へ微細な露光パターンを順次投影するということが行われる。このようなミックス＆マッチ露光においては、領域１０１，１０２，１０３，１０４それぞれの、露光画像（ＤＭＤ素子３でパターン発生させる画像）、投影座標、露光時間、フォーカス値などの情報を記録したデータファイルを作成する必要がある。このデータファイルを、以降の説明では、「露光レシピ」と呼ぶ。
【００２７】
露光パターン１００では、露光レシピにより、領域１０１，１０２，１０３，１０４への４回の露光を行うが、実際には、露光回数が非常に多くなる場合もあり、露光レシピ作成時に入力ミスをする可能性がある。例えば、領域１０４への露光パターンの投影座標に入力ミスがあると、図３のように、意図しない位置（領域１０４′）に露光してしまうといったことが起こりうる。
【００２８】
このとき、従来の露光装置では露光レシピが正しいか否かは、実際にレジストを塗布した基板に露光し、現像して確認するしかなく、確認作業に時間がかかっていた。また、データの入力ミスではなくても、投影画像に修正を加えたいときなども、やはり確認作業に時間がかかる。マスクレス露光装置は、マスクを作ることなく画像データを作成して露光するために、短時間に多様なパターンを露光することができるが、露光レシピの確認に露光と現像を繰り返すのは効率的ではない。
【００２９】
しかし、本実施形態の露光装置１は、投影パターン検出光学系６を備えているので、露光レシピの確認作業を効率的に行うことができる。それには、基板７と投影パターン検出光学系６との相対位置関係を記憶しておき、この相対位置分だけステージ座標をずらして露光パターンの投影を行うことにより、本来、基板７に投影される露光パターンが投影パターン検出光学系６に投影されて検出することができるため、露光レシピに誤りがないか否かを簡単に確認できる。
【００３０】
その動作の詳細な手順は、以下のとおりである。まず、基板７と投影パターン検出光学系６との相対位置関係を制御部１１が記憶する。次に、露光レシピの露光パターンの投影座標から、上記で記憶した相対位置分だけ座標をずらして露光レシピを実行し、１露光毎に投影パターン検出光学系６で撮像を行い、二次元撮像素子６３で取得した信号を基に制御部１１が演算した画像を記憶する。このとき、低倍と高倍とでは露光パワーに違いがあるため、露光レシピの露光時間を参照して、二次元撮像素子６３の感度調整（シャッター時間或いはゲインなど）により、二次元撮像素子６３の飽和を防止する。露光レシピが一通り終了したら、記憶された複数の画像から、感光量の違いなどを考慮して制御部１１にて画像合成を行い、最終画像（基板７に露光されるはずの露光パターン）を表示部１０に表示する。
【００３１】
このようにして、本実施形態では、表示部１０に表示された最終画像を視認することによって、基板７の露光と現像を行うことなく、露光レシピの入力ミスの有無を確認することができ、また、最終画像を視認して投影画像の修正を行うことができるため、露光レシピの最適化が短時間で可能となる。そのため、マスクレス露光装置の特徴である即時性を損なうことなく、効率の良い露光が可能となる。なお、投影パターン検出光学系６は、露光パターンを裏面側から観察するため、二次元撮像素子６３で撮像された撮像パターンは鏡像となるので、制御部１１において鏡像反転を行って表示部１０への表示を行うことは言うまでもない。
【００３２】
以上、本実施形態の光源装置を備えた露光装置１について説明したが、これに限定されることはない。例えば、本実施形態においては、パターン検出光学系６は、露光パターンを対物レンズ６１，６２からなる結像光学系を介して二次元撮像素子６３上に撮像パターンを結像させているが、結像光学系を介さずに基板７の表面と同じ高さに二次元撮像素子６３を配置しても構わない。ただし、ＣＣＤなどの二次元撮像素子６３は最大露光パターンよりも大きい場合が多いため、ＣＣＤの有効素子数を最大限に活用して、より解像力の高い最終画像が得られることから、本実施形態のように結像光学系を介して適切な倍率で撮像することがより好ましい。
【００３３】
また、倍率切り替え機構として、第１対物レンズ４２と第２対物レンズ４１とのセットからなる投影光学系４を、第１対物レンズ４４と第２対物レンズ４３とのセットからなる第２の投影光学系４０に切り替える構成としているが、これに限定されることはなく、必ずしも投影光学系４，４０全体を切り替える必要はない。例えば、第１対物レンズ４２のみを焦点距離が異なる対物レンズ（例えば、第１対物レンズ４４）に切り替える構成としてもよいし、第２対物レンズ４１のみを焦点距離が異なる対物レンズ（例えば、第２対物レンズ４３）に切り替える構成としてもよい。また、投影光学系４，４０をズームレンズとしても構わない。ただし、収差の補正の容易性という観点からは、本実施形態のように投影光学系４，４０全体を切り替える方式が好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１  露光装置    ３  ＤＭＤ素子（パターン生成部）    ４，４０  投影光学系
６  投影パターン検出光学系    ７  基板    ８  ホルダ    ８ａ  貫通孔
９  ステージ    １０  表示部    １１  制御部    １４  投影倍率切替検出部
６３  二次元撮像素子
【図１】
2011138887.tif 000003
【図２】
2011138887.tif 000004
【図３】
2011138887.tif 000005