(57)【要約】【課題】光学系の結像位置を計測する方法は、マスク側のマークとプレートステージ側のマークの位置合わせやプレートステージを光軸方向に複数回駆動させて光量の計測を行う必要があるため、計測に時間がかかり、頻繁に実施できないという課題があった。もし、むやみに計測間隔を短くして実施した場合には、結像位置の補正を不必要に実施してしまう可能性もあり、タクトを低下させてしまう要因となる。【解決手段】露光光が照射される物体、及び空間の温度を検出する温度計測機構を備え、この温度計測機構を用いて温度を計測する温度計測手段と、温度の変化量が閾値を超えた場合に投影光学系の結像位置の変化を計測する結像位置補正手段とを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクステージに支持したマスク面上の回路パターンを照明手段からの露光光で照明し投影光学系によりプレートステージに載置したプレート面上に投影する投影露光装置において、
露光光が照射される物体、及び空間の温度を検出する温度計測機構を備え、
前記温度計測機構を用いて温度を計測する温度計測手段と、
温度の変化量が閾値を超えた場合に投影光学系の結像位置の変化を計測する結像位置補正手段とを備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記温度計測手段は、投影露光装置に搭載された複数の温度計測機構から温度情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記結像位置補正手段は、複数の温度計測機構で計測された温度の差が閾値を超えた場合に投影光学系の結像位置の変化を計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】
温度変化の判定で使用される閾値は任意に変更できる事を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記結像位置補正手段は、露光光を用いてマスクステージ、及びプレートステージに搭載された合焦マークを照明し、前記合焦マークを通過した光束を投影光学系を介してプレートステージの所定位置に設けた受光機構に入射させ、受光機構を投影光学系の光軸方向に駆動させた時の受光機構で得られる信号に基づいて投影光学系の結像位置を結像位置検出手段で検出することを特徴とする請求項１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、例えば半導体デバイスあるいは液晶表示デバイス等のデバイスを製造する際に、原版上のパターンを感光剤が塗布された基板上に転写する露光装置及び露光方法に係り、特に、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などの、比較的大画面の被露光体を投影露光するために用いる、反射型、及び反射屈折型投影光学系を用いた露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いて、半導体素子、液晶表示素子や薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に、レチクルやフォトマスク等の原版に描画されたパターンを投影光学系によってウエハやガラスプレート等の基板に投影して転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置においては、転写パターンの微細化および高密度化に伴い、より高い解像力で原版のパターンを基板に投影することが要求されている。高い解像力を実現するために、投影光学系の高Ｎ．Ａ化が進んでいるが、これにより、焦点深度がより狭くなり露光すべき基板表面を投影光学系の最良結像面に合わせ込む精度、いわゆるフォーカス精度がますます厳しくなってきている。
【０００３】
露光装置を用いて基板を露光する際、露光装置の投影光学系内部のレンズやミラー等の光学素子が露光光の一部を吸収する。吸収された光のエネルギーは熱になり、光学素子や、その保持部材、およびそれらを取り巻く雰囲気気体の温度を次第に上昇させる。光学経路上の気体温度が上昇すると、その空間の屈折率が変化するため、フォーカスなどの結像性能変化を招く。
【０００４】
このような結像位置のずれを検出する方法としては、マスクパターン面に形成された特殊なマークの像を、ガラスプレート等の基板を搭載して駆動するプレートステージ上の基準面に投影し、基準面に形成されたマークの投影像を投影光学系及びマークを介して観察し、マークを投下した投影像の光量のピークを検出することにより合焦点を検出する手法が提案されている(特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−２８６４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような直接的に結像位置のずれを検出する方法では、マスク側のマークとプレートステージ側のマークの位置合わせやプレートステージを光軸方向に複数回駆動させて光量の計測を行う必要があるため、計測に時間がかかり、頻繁に実施できないという課題があった。仮に、計測を短い時間間隔で実施した場合にはタクトを低下させてしまう要因にもなりうる。逆に、長い時間間隔で計測を実施した場合には、その間に変化した結像特性を検出して補正することができないため、デフォーカスした状態で露光処理を行うことになり、不良品を生産してしまう原因となる。
【０００７】
本発明はこのような課題に艦みてなされたものであって、その目的は投影光学系の結像位置の計測をタクトへの影響を極力抑える事ができる適切なタイミングで実施し、結像位置の補正を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明に係る投影露光装置は、マスクステージに支持したマスク面上の回路パターンを照明手段からの露光光で照明し投影光学系によりプレートステージに載置したプレート面上に投影する投影露光装置において、露光光が照射される物体、及び空間の温度を検出する温度計測機構を備え、この温度計測機構を用いて温度を計測する温度計測手段と、温度の変化量が閾値を超えた場合に投影光学系の結像位置の変化を計測する結像位置補正手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、露光中に発生する露光熱による結像位置の変化を、適切なタイミングで検出することで、計測によるタクトダウンを最小限に抑え、かつ高精度な結像位置の補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の好適な一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る結像位置の計測フローを表す図である。
【図３】本発明の実施例に係る温度計測機構の取り付け位置を表す図である。
【図４】本発明の実施例に係る結像位置の計測動作を表す図である。
【図５】本発明の実施例に係るプレートステージ位置と受光センサ光量の関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例］
図１は本実施例の投影露光装置を簡略的に示した全体図である。光源１はi 線 、g 線、h 線などの水銀ランプを使用した光である。この光源１で光を発生させ、照明系２を経由して光を照射する。照明系２では不図示のハエの目レンズを用いて光の照度を均一にしたり、光を集光してマスクMに光を照明する役割を持つ。マスクMは露光転写される回路パターンが描画されたガラスの原版であり、マスクステージ４上に搭載され、バキュームにより吸着保持されている。マスクステージ４はマスクMを搭載した状態で駆動される。
【００１２】
マスクMを透過した光はガラスなどを素材としたプレートPに照射され、表面に塗布された感光材が化学反応を起こす事で回路パターンが転写される。プレートPはプレートステージ８に搭載され、バキュームにより吸着保持されている。本実施例の露光装置は、ステップアンドスキャン方式の投影露光装置であり、制御手段１５によりマスクMを搭載したマスクステージ４とプレートPを搭載したプレートステージ８が制御され、それぞれを同期走査させてマスクMに描画されたパターンの像がプレートPに露光転写される。
【００１３】
光源１から発せられた光はマスクMを透過し、マスクＭのパターンを透過した回折光は台形ミラー５、凹面ミラー７、凸面ミラー６から構成される投影光学系を経由してプレートPに照射される。これらの投影光学系は、マスクMとプレートPとを光学的に共役な関係に維持し、マスクMのパターンの像をプレートPに投影する。なお、本発明は屈折系の投影光学系をもとに説明を行うが、投影光学系の構成は特に限定するものではない。
【００１４】
前記のように、マスクMを透過した光は台形ミラー５、凹面ミラー７、凸面ミラー６の表面で反射を繰り返しプレートPに到達するのだが、その過程で台形ミラー５、凹面ミラー７、凸面ミラー表面の温度や光が通過する空間の気体温度が次第に上昇し、結像位置の変化を招いている。各ミラーの温度や空間の気体温度を計測しモニタするための手段として温度計測機構１１が搭載されている。
【００１５】
次に図２のフローチャートを用いて、温度情報を取得し結像位置を計測する処理の流れを説明する。まず、基板搬入処理（２０１）ではコーター／ディベロッパー側のインターフェースハンドから、レジストなどの感光材が塗布されたガラス等で製造された基板をプレートステージ８上に搭載する。基板搬入処理（２０１）はプレートステージ８の供給位置への駆動やインターフェースハンドからの基板受け渡しが伴うため、処理に時間を要する。この基板搬入処理（２０１）と並行して、結像位置補正手段１３は温度計測手段１２に温度の計測を要求し、温度情報取得処理（２０２）により計測した温度を取得する。
【００１６】
結像位置補正手段１３は、前回結像位置を計測した際の温度情報を保持しており、その保持していた温度と取得した温度から変化量ΔTを算出する（２０３）。条件判断（２０４）では、算出された温度の変化量ΔTと閾値を比較し、閾値を超えている場合には結像位置計測（２０５）を実施する。条件判断（２０４）で使用される閾値は、温度変化量とそれに応じて変化する結像位置との関係をあらかじめ実験データやシミュレーションデータなどから算出しておき、そのデータを元に製造される製品の性能に影響を及ぼしてしまう可能性のある温度閾値を決定する。生産する製品によって要求される精度は変わってくるので、閾値は可変に設定できるのが望ましい。
【００１７】
結像位置計測（２０５）では、結像位置検出手段１４にて露光熱による影響で変化した結像位置を計測し、（２０６）では計測した結像位置とその時の温度情報を保存する。
【００１８】
アライメント計測（２０７）では、プレートP上に転写されたアライメントマークを不図示のアライメントスコープで観察し、アライメントマークの位置ずれ量から重ね合わせ誤差を算出する。結像位置計測（２０５）で計測された結像位置は、露光処理（２０８）の際にプレートステージ８のZ位置や傾きを変更して補正され、光学系の焦点深度内でのパターンの露光処理が行われる。
【００１９】
露光処理（２０８）が完了した後にプレートステージ８は基板回収位置へ駆動し、インターフェースハンドによりプレートステージ８上に搭載されているプレートPがコーター／ディベロッパー側へ搬出される（２０９）。
【００２０】
条件判断（２１０）では、搬出された基板が最後の基板であるか判断し、最後でない場合には次の基板の搬入処理を行い、基盤搬入処理（２０１）からの一連の処理が同様に繰り返される。最後の基板であればすべての処理を終了する。
【００２１】
図３は温度計測機構の取り付け位置の一例を示した図である。２０a 〜 ２０e、２１a 〜 ２１b は温度計測機構を表しており、２０a と ２０b は台形ミラー５に、２０cは凸面ミラー６に、２０d と ２０e は凹面ミラー７の温度を計測するために取り付けられている。温度計測機構は、温度計を直接張り付けてもよいし、赤外線等を使用した非接触の温度計であってもよい。また、２１a と ２１b は露光光が通過する空間の気体温度を計測するための温度計測機構である。結像位置補正手段１３は、結像位置を計測した際の各温度計測機構で計測された温度を保持しておき、基板搬入時に各温度を取得して保持している温度情報と比較し、変化量が閾値を超えていないかチェックする。
【００２２】
また、各ミラー物体の温度むらや空間内の温度むらも結像性能の変化を引き起こす要因となり得るため、結像位置補正手段１３は各温度計測機構の温度差もチェックしている。２０aと２０b を使用して台形ミラー５の上部と下部の温度差を、２０d と ２０eを使用して凹面ミラー７の上部と下部の温度差を計測する。また、２１a と ２１b を使用して空間上部と空間下部の温度差を計測する事ができる。温度差に関しても同様に閾値を決定し、温度差が閾値を超えた場合には結像位置補正手段１３により結像位置の計測が行われる。なお、図３で示した温度計測機構の取り付け位置は一実施例であってこの取り付け位置に限ったものではない。
【００２３】
図４ は 図１の一部分の概略図である。次に図４を用いて結像位置の計測方法に関して説明する。
【００２４】
マスクステージ４には、ライン＆スペースのパターンが描画された合焦マーク３が搭載されている。ラインの部分は光が透過できるスリット状になっており、その間のスペース部分はクロムなどにより光を透過しない状態になっている。また、プレートステージ８にも同様にライン＆スペースのパターンが描画された合焦マーク９が搭載されている。露光光がマスクステージ側の合焦マーク３とプレートステージ側の合焦マーク９に照射されるようにマスクステージ４とプレートステージ８をそれぞれ駆動させ、露光光が照射されている状態でプレートステージ８を水平方向に駆動し、マスクステージ側の合焦マーク３とプレートステージ側の合焦マーク９のスリットが重なるように位置を計測する。
【００２５】
合焦マーク９の下には受光センサ１０が取り付けられており、スリットを透過した光の光量を計測する事ができる。光量が一番大きくなった位置が合焦マーク３と合焦マーク９が重なった位置となる。合焦マーク３と合焦マーク９のスリット位置が重なった状態で、プレートステージ８を紙面に対して垂直方向に駆動させ、その際に受光センサで計測した光量を計測する。光量が一番大きくなったピーク位置が最良の結像位置である。
【００２６】
図５はプレートステージ８の駆動座標と受光センサ１０で計測された光量の関係を表した図である。プレートステージ８を紙面に対して垂直方向（Z方向）に駆動させ、その駆動中のZ位置とその位置に対応した受光センサ１０の光量を計測する。横軸にプレートステージ８のZ位置、縦軸に光量を取った際の光量のピーク位置Zcがプレートステージ座標基準の最良の結像位置となる。
【符号の説明】
【００２７】
１：光源
２：照明系
３：合焦マーク（マスク）
４：マスクステージ
５：台形ミラー
６：凸面ミラー
７：凹面ミラー
８：プレートステージ
９：合焦マーク（プレート）
１０：受光センサ
１１：温度計
１２：温度計測手段
１３：結像位置補正手段
１４：結像位置検出手段
１５：制御手段
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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