(57)【要約】【課題】  より少ない計測(2回以上の走査方向ステップ駆動による計測)から照度分布を推定し、照度ムラセンサーの位置ずれを算出することを特徴とする露光装置を提供すること。【解決手段】  スリット照明領域と該露光面における照度分布を測定するために、該露光面に照度ムラセンサーの受光面を一致させて該露光面に沿って移動できる照度ムラセンサーを有し、円弧状スリット内の少なくとも2点以上の位置で該露光面を走査方向にステップ移動し、その走査方向の照度分布を測定できる露光装置において、少なくとも2点以上の多点ステップの照度分布を測定し、照度分布を最小二乗法により多項式に近似し、それぞれの照度分布の頂点座標から求まるY差(走査方向の差)から照度ムラセンサーのX方向(走査直交方向)に対するずれを検出する。【選択図】  図1
2012114221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリット照明領域と該露光面における照度分布を測定するために、該露光面に照度ムラセンサーの受光面を一致させて該露光面に沿って移動できる照度ムラセンサーを有し、円弧状スリット内の少なくとも２点以上の位置で該露光面を走査方向ステップ移動し、その走査方向の照度分布を測定できる露光装置において、少なくとも2回以上の走査方向ステップの照度分布を測定し、照度分布を最小二乗法により多項式に近似し、それぞれの照度分布の頂点座標、または、重心座標から求まるY差(走査方向の差)から照度ムラセンサーのX方向(走査直交方向)に対するずれを検出することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
Y差(走査方向の差)から照度ムラセンサーのX方向(走査直交方向)に対するずれを検出した値から照度ムラセンサー、計測ポジションのずれを調整する請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
スリット照明領域が円弧状の時、スリット照明領域内の走査を行う2点と円弧中心点を結ぶ角度を大きくすることで、照明センサーの位置ずれの精度を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型露光装置の照度計測に用いられる照度ムラセンサーの位置調整、及び、その使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、IC,LSI,液晶パネルなどのデバイスの高集積化が加速度を増しており、これにともない半導体ウエハ、液晶パネル基板の微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状のスリット照明領域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロジェクションアライナー）や、マスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）等が提案されている。また、高解像力が得られ、かつ、画面サイズを拡大できるステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（スキャナー）が種々と提案されている。
【０００３】
このような走査型投影露光装置では、感光基板面を適切な露光量で露光することが投影解像力を向上させる為の大きな要素となる。一般に、走査型露光装置においては、スリット照明領域内の各点の照度はスリット照明領域内の走査方向の積算露光量であらわされる。従って、走査方向に照度ムラが存在していたとしても、照度分布の時間的変動がなければ走査方向の同一線上の点の照度はすべて等しくなる。
【０００４】
しかし、走査直交方向の照度ムラに関しては、直接露光量ムラとなり、焼き付け性能に大きな影響を与える。露光装置の設置直後は、照度を計測する照度ムラセンサーとスリット結像系の位置関係は設計値からずれているため、設計値通りの位置に照度ムラセンサーの位置を調整する工程が必要となる。もし、照度ムラセンサーの位置ずれがあると、照度ムラの補正が正しく行えなくなり、露光装置の解像力に影響を与える。
【０００５】
従来、液晶パネル基板の露光装置では照度ムラセンサーの上に感光紙を配置し円弧状のスリットの形状を感光させ、照度分布から照度ムラセンサーの位置ずれ量を算出していた。また、走査方向(Y方向)、走査直交方向(X方向)のXY方向の平面上の照度分布を計測し、照度ムラセンサーの位置ずれ量を算出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平09-232228号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、照度ムラセンサーの位置ずれ量を算出するのに時間がかかるという問題点があった。その問題点の要因は、照度ムラセンサーの位置ずれ量を算出するためにXY方向の平面全域の照度分布を得るのに時間がかかっていたことである。
【０００８】
そこで、本発明は、より少ない計測回数(少なくとも2回の走査による計測)から照度分布を推定し、照度ムラセンサーの位置ずれを算出する手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
その目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、露光面における照度分布を測定するために、該露光面に照度ムラセンサーの受光面を一致させて該露光面に沿って移動できる照度ムラセンサーを有し、スリット照明領域内の少なくとも2点以上の位置で露光面を走査方向にステップ移動し、その走査方向の該照度分布を得られる露光装置においては、スリット照明領域内の走査直交方向(X軸方向)の照度分布が一定の規則性を持つ。その規則性をもとに、走査方向のステップ移動に伴い得られる照度分布のみで照度ムラセンサーの位置ずれを算出することを特徴とする。
【００１０】
例えば、スリット照明領域の形状が、円弧状の場合、理想的な照度分布は円弧状になる。照度分布が円弧であるという幾何学的特徴を用いて、照度分布から照度ムラセンサーの位置ずれを算出できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スリット照明領域内の走査方向への移動により、照度ムラセンサーの位置ずれを算出することができ、露光装置設置時の照度ムラセンサーの位置調整にかかる時間を短縮できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】基板ステージ下の照度ムラセンサーとスリットの構成を示すブロック図
【図３】照度ムラセンサーと円弧状スリット照明領域との位置関係を示す図
【図４】円弧状スリット照明領域内で走査方向ステップ移動による計測点を示す図
【図５】走査方向ステップ移動による計測点の照度分布を示す図
【図６】走査直交方向の照度ムラセンサーのスリット位置ずれΔｘを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の、添付図面の一側面として、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一部材は同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略ブロック図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式で原版２０のパターンを基板４０に露光する等倍露光装置(所謂、ミラープロジェクションアライナー)である。露光装置１は、図１に示すように照明光学系１０と、原版２０を載置する原版ステージ２５と、投影光学系３０と、基板４０を載置する基板ステージ４５と、搬送ユニット５０、観察光学系６０と、制御部７０とを有する。なお、露光装置１において、各構成部材（特に、観察光学系６０及び制御部７０）は、原版２０と基板４０のショット領域との位置を合わせる位置合わせ装置としても機能する。
【００１５】
照明光学系１０は、図示しない光源からの光を用いて原版２０を照明する光学系である。
【００１６】
原版２０は、基板４０に転写すべきパターンを有し、マスクやレチクルを含む。原版２０は、原版ステージ２５に支持及び駆動される。原版２０と基板４０は、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は走査型露光装置であるため、原版２０と基板４０とを同期走査することによって、原版２０のパターンを基板４０に転写する。
【００１７】
原版ステージ２５は、例えば、静電チャックを介して原版２０を支持し、Y軸駆動モータ２７に接続されている。なお。図１で図示していないが、原版図テー時２５にはX軸方向に原版ステージ２５を駆動するX軸駆動モータ、Z軸方向に原版ステージを駆動するZ軸駆動モータなどにも接続されている。
【００１８】
Y軸駆動モータ２７は、例えば、リニアモータなどで構成され、Y軸方向に原版ステージ２５を駆動する。
【００１９】
レーザ干渉計２９は、原版ステージ２５の位置を検出して制御部７０に出力する。
【００２０】
投影光学系３０は、原版２０のパターンを基板４０に投影する光学系である。
基板４０は、原版２０のパターンが投影（転写）される基板であって、ガラス基板やウエハを含む。
【００２１】
基板ステージ４５は、基板４０を支持し、Y軸駆動モータ４７に接続されている。なお、図１では図示していないが、基板ステージ４５は、X軸方向に基板ステージ４５を駆動するX軸モータ、Z軸方向に基板ステージ４５を駆動するZ軸駆動モータなどにも接続されている。
【００２２】
Y軸駆動モータ４７は。例えば、リニアモータなどで構成され、Y軸方向に基板ステージ４５を駆動する。
【００２３】
レーザ干渉計４９は。基板ステージ４５の位置を検出して制御部７０に出力する。
【００２４】
搬送ユニット５０は、基板４０を搬送する機能を有し、基板４０を露光装置１に搬入したり、基板４０を露光装置１から搬出したりする。
【００２５】
観察光学系６０は、基板４０に形成された複数の計測マークを計測して、原版と基板の位置ずれを制御部７０に出力する計測部として、機能する。
【００２６】
制御部７０は、CPU、メモリなどの記憶装置、キーボードやマウスなどを含む入力部、ディスプレイなどを含む出力部で構成される。制御部７０は、レーザ干渉計２９及び４９の検出結果に基づいて、Y軸駆動モータ２７及び４７を介して原版ステージ２５及び原版ステージ４５の駆動を制御する。
【００２７】
また、制御部７０は照度ムラセンサー９０の照度ムラの計測結果をもとに遮光板（マスキング・ブレード）８０に対し、走査方向のスリット幅を部分的に変化させる指令を出している。マスキング・ブレード８０は走査方向の幅が変化できる機構になっている。
【００２８】
図２は、基板ステージ下の照度ムラセンサーの構成を示した図である。基板ステージ面の0.1mm×100mm程度の矩形(走査直交方向が0.1mm走査方向が100mm)のスリット、コンデンサレンズ、ミラー、コンデンサレンズ、ＮＤフィルターを介して、照度ムラセンサーが露光光の照度を計測する。
【００２９】
スリット結像系１５は、走査直交方向の照度ムラが検出された場合、スリットの幅を部分的に変化させることで照度ムラを軽減する。
【００３０】
図３は、ステージ上のスリット照明領域と照度ムラセンサーの位置関係を示す。照度ムラセンサーは、ステージ上のガラス基板が置かれる範囲の外側にある。また、スリット照明領域よりも、照度ムラセンサーのスリットの走査方向の長さが長い。ただし、ピンホール状のスリットであっても本発明の実施形態を適用することができる。
【００３１】
また、本発明では、2点以上の走査方向のステップ駆動の計測値(照度ムラセンサーの計測器を通じて得られる離散的な計測値)が必要である。
【００３２】
〔第1実施形態(2回の走査によるΔy,Δxの検出)〕
図4、図５は、照度ムラセンサーのスリットがステージの走査方向と平行の場合の走査方向ステップ駆動とその計測点、及び、それぞれのステップの照度分布を示す。図３に示した位置関係で、位置-Pでの走査(図３のStep1(-P))により照度ムラセンサーの計測結果 
(Y1_[n],…,Y1_[2],Y1_[1],Y1_[0],Y1_[-1],Y1_[-2],…,Y1_[-n])
を得る。この計測結果は、照度ムラセンサーのスリットの中心を原点するXY平面上の座標に対応する照度である。同様に位置Pでの走査(図３のStep3(P))により、計測結果
(Y3_[n],…,Y3_[2],Y3_[1],Y3_[0],Y3_[-1],Y3_[-2],…,Y3_[-n])
を得る。計測したそれぞれの照度分布に最小二乗法により、2次多項式に近似し、Ｙ軸方向(照度ムラセンサーのスリット方向)の照度分布を求める。図５では、Y軸方向の照度分布、及び、その照度が最大となる地点が円弧の円の中心から同心円上に存在し、照度が最大となる座標 max Yp,max Y-p を示す。ただし、図５で示す座標max Yp, maxY-p は、スリットの中心を原点とする座標である。
【００３３】
図５で示した幾何学的特徴より、Y方向のシフト量Δyは、以下の（１）の式から求められる。
【００３４】
【数１】
2012114221.tif 000003
【００３５】
また、図６では照度が最大となるY軸方向の照度分布をもとに走査直交方向(X方向)のずれΔx をY方向の差のみから求められることを示す。図6で示した位置関係の幾何学的特徴と位置P,-Pにおける計測結果により、X方向のシフト量Δxは次の手順で求められる。
【００３６】
まず、各スリットポジション間でのY差は以下の式（２）より求める。
【００３７】
【数２】
2012114221.tif 000004
【００３８】
さらに、Position Pと-PでのY差ΔY とX方向のシフト量(Δxp)には以下の式（３）の関係がある。
【００３９】
【数３】
2012114221.tif 000005
【００４０】
式（３）において、装置の設計値  R、走査位置 -P , P  は定数として与えられる。
Ｙ差 y2-y1 をΔY  すると式（３）より、例えば、Δxp が0〜6mm の区間を 0.2 mm ずつシフトした時のΔxpと ΔY の集合
{(Δxp,ΔY)|Δxp=0,0.2,0.4,…5.8,6.0}  
が得られる。式（３）より、ΔY,Δxp の関係は1次式
ΔY=αΔxp + β  
に近似できる。(Δxp,ΔY) の集合から最小二乗法により、定数α、βを求める。
【００４１】
近似して求められた1次式と式（２）から、Δxpは以下の式（４）となる。
【００４２】
【数４】
2012114221.tif 000006
【００４３】
以上、式（１）と式（４）より、照度ムラセンサ-をY方向にΔYずらしながら2n+1点の照度を計測することで、照度ムラセンサ-のY方向のシフト量ΔyとX方向のシフト量Δxを求めることができる。
【００４４】
〔第２実施形態(３回の走査による平均を用いてΔy,Δxを算出)〕
図４、図5は、照度ムラセンサーのスリットがステージの走査方向と平行の場合の走査ステップ駆動とその計測点、及び、それぞれの走査方向ステップの照度分布を示す。図３に示した位置関係で、位置-Pでの走査(図３のStep1(-P))により照度ムラセンサーの計測結果 
(Y1_[n],…,Y1_[2],Y1_[1],Y1_[0],Y1_[-1],Y1_[-2],…,Y1_[-n])
を得る。
【００４５】
同様に位置0での走査(図３のStep2(0))により、計測結果
(Y2_[n],…,Y2_[2],Y2_[2],Y2_[0],Y2_[-1],Y2_[-2],…,Y2_[-n])
を得る。
【００４６】
同様に位置Pでの走査(図３のStep3(P))により、計測結果
(Y3_[n],…,Y3_[2],Y3_[1],Y3_[0],Y3_[-1],Y3_[-2],…,Y3_[-n])
を得る。計測したそれぞれの照度分布に最小二乗法により、2次多項式に近似し、Ｙ軸方向(照度ムラセンサーのスリット方向)の照度分布を求める。図５では、Y軸方向の照度分布、及び、その照度が最大となる地点が円弧の円の中心から同心円上に存在し、照度が最大となる座標 max Yp,max Y0,max Y-p を示す。ただし、図５で示す座標 max Yp,max Y0, maxY-p は、スリットの中心を原点とする座標である。図５で示した幾何学的特徴より、Y方向のシフト量Δyは、以下の（５）の式から求められる。
【００４７】
【数５】
2012114221.tif 000007
【００４８】
また、図６では照度が最大となるY軸方向の照度分布をもとに走査直交方向(X方向)のずれΔx をY方向の差のみから求められることを示す。図６で示した位置関係の幾何学的特徴と位置P,0,-Pにおける計測結果により、X方向のシフト量Δxは次の手順で求められる。
【００４９】
まず、各スリットポジション間でのY差は以下の式（６）より求める。
【００５０】
【数６】
2012114221.tif 000008
【００５１】
各スリットポジション間のY差を以下とする。
【００５２】
【数７】
2012114221.tif 000009
【００５３】
さらに、各スリットポジション間のY差とX方向のシフト量(Δxp_-p、Δxp_0、Δx0_-p)には以下の関係がある。
【００５４】
【数８】
2012114221.tif 000010
【００５５】
上記の式（６）、（７）、（８）は、無理式である。
【００５６】
そこで、[第１実施形態]と同様に式（６）、（７）、（８）からΔxp_-p,Δxp_0Δ,x0_-pとそれぞれのY差から 最小二乗法により1次式に近似する。近似し、Δxp_-p、Δxp_0、Δx0_-pについて解くと、式（９）になる。ConstNumber1,ConstNumber2,ConstNumber3 は最小二乗法により求められる定数である。
【００５７】
【数９】
2012114221.tif 000011
【００５８】
ここで、式（５）より算出したΔxp_-p、Δxp_0、Δx0_-pの平均を取ることでX方向のシフト量 Δxを算出する。
【００５９】
【数１０】
2012114221.tif 000012
【００６０】
以上、式（５）と式（１０）より、照度ムラセンサ-をY方向にΔYずらしながら2n+1点の照度を計測することで、照度ムラセンサ-のY方向のシフト量(Δy)とX方向のシフト量(Δx)を求めることができる。
【００６１】
本実施形態では、位置 P,0-,P の３点の走査方向ステップの計測結果を用いたが、位置P,-P の2点の走査方向ステップの計測結果のみを用いて、X方向のシフト量(Δx)を算出してもよい。その2回の走査方向ステップの計測結果のみを用いる場合は、スリット照明領域の範囲内で、2点間の距離２×P を大きくすることで、精度を損なうことなく、位置ずれを求めることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１             露光装置
１０           照明光学系
１５           スリット結像系
２０           原版
２５           原版ステージ
２７           Y軸駆動モータ
２９           レーザ干渉計
３０           投影光学系
４０           基板
４５           基板ステージ
４７           Y軸駆動モータ
４９           レーザ干渉計
５０           搬送ユニット
６０           観察光学系
７０           制御部
８０           遮光板(マスキング・ブレード)
９０          照度ムラセンサー
Ｓ１００       照度ムラセンサーの受光面のスリット
Step1(-P)  照度ムラセンサーの走査方向ステップ(位置Pの計測)
Step2(0)  照度ムラセンサーの走査方向ステップ(位置0の計測)
Step3(P) 照度ムラセンサーの走査方向ステップ(位置-Pの計測)
【図１】
2012114221.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012114221.tif 000018