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技術 投影レンズの結像位置変化量検出方法、ステージ位置の調整方法、投影レンズの結像位置変化量検出装置、ステージ位置の調整装置、および投影露光装置

出願人 伯東株式会社
発明者 吉田茂落合亮榎本芳幸石葉幸生
出願日 2012年3月30日 (7年11ヶ月経過) 出願番号 2012-079178
公開日 2013年10月10日 (6年5ヶ月経過) 公開番号 2013-210440
状態 特許登録済
技術分野 ホトレジスト感材への露光・位置合せ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く) 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 定常温度 結像位置変化 投影軸 焦点移動量 露光シャッター 回転楕円鏡 露光用光束 投影レンズ群
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年10月10日)のものです。
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図面 (6)

課題

投影レンズ温度変化が生じた場合でもワークにパターン像を正確に結像させる。

解決手段

マスク13に形成されたパターンを投影レンズ10でステージ12上のワーク14に投影して露光する。投影レンズ10が所定温度である基準時に、マスク13に形成されたあらかじめ定めたアライメントマーク21を投影レンズとステージとの間に配置したカメラ32でオートフォーカス撮影し、ステージ12上に配置したワーク14に露光を行う前の露光前時に、アライメントマーク21をカメラ32でオートフォーカス撮影してフォーカス量を求め、カメラ32の基準時における撮影フォーカス位置D0と、露光前時における撮影フォーカス位置との差にであるフォーカス変化量を求め、フォーカス変化量からパターン結像位置の変化量を求め、ステージ12の光軸方向位置を変化量に基づいて調整する。

概要

背景

投影露光装置は、パターンを記録したマスク透過光投影レンズで、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。

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。

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。

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補正するものを開示する。

概要

投影レンズに温度変化が生じた場合でもワークにパターン像を正確に結像させる。マスク13に形成されたパターンを投影レンズ10でステージ12上のワーク14に投影して露光する。投影レンズ10が所定温度である基準時に、マスク13に形成されたあらかじめ定めたアライメントマーク21を投影レンズとステージとの間に配置したカメラ32でオートフォーカス撮影し、ステージ12上に配置したワーク14に露光を行う前の露光前時に、アライメントマーク21をカメラ32でオートフォーカス撮影してフォーカス量を求め、カメラ32の基準時における撮影フォーカス位置D0と、露光前時における撮影フォーカス位置との差にであるフォーカス変化量を求め、フォーカス変化量からパターン結像位置の変化量を求め、ステージ12の光軸方向位置を変化量に基づいて調整する。

目的

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レンズの結像位置変化検出方法基板位置修正方法、投影レンズの結像位置変化量検出装置、基板位置の修正装置、および投影露光装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

マスクに形成されたパターン投影レンズ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ることを特徴とする投影レンズの結像位置変化検出方法

請求項2

請求項1に記載の投影レンズの結像位置変化量検出方法で求めた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することを特徴とするステージ位置調整方法

請求項3

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2に記載のステージ位置の調整方法。

請求項4

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のパターン結像位置の変化量を検出する投影レンズの結像位置変化量検出装置であって、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と、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とに撮像を行わせる手段と、前記基準時のフォーカス位置と、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、を備えることを特徴とする投影レンズの結像位置変化量検出装置。

請求項5

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を備えることを特徴とする請求項4に記載の投影レンズの結像位置変化量検出装置。

請求項6

前記マークは前記マスクに1または2以上形成され、および前記カメラは1または2以上配置したことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の投影レンズの結像位置変化量検出装置。

請求項7

請求項4から請求項6のいずれかに記載の投影レンズの結像位置変化量検出装置と、前記ステージを投影軸方向に移動する手段と、前記投影レンズの結像位置変化量検出装置が算出した投影レンズの焦点移動量に基づいて前記ステージの移動量を算出する手段と、を備えることを特徴とするステージ位置の調整装置

請求項8

前記マスクに光を照射する光源と、請求項7に記載のステージ位置の調整装置と、を備え、マスクのパターンをワークに結像することを特徴とする投影露光装置

技術分野

0001

本発明は、投影レンズ結像位置変化検出方法基板位置修正方法、投影レンズの結像位置変化量検出装置、基板位置の修正装置、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補正するものを開示する。

先行技術

0006

特開平10−50590公報
特開平10−303115公報

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レンズの結像位置変化量検出方法、基板位置の修正方法、投影レンズの結像位置変化量検出装置、基板位置の修正装置、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ることを特徴とする投影レンズの結像位置変化量検出方法である。
本発明によれば、投影レンズによるパターン投影像の結像位置が温度変化で変化しても、この変化量を容易に取得することができる。

0010

同じく請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の投影レンズの結像位置変化量検出方法で求めた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することを特徴とするステージ位置調整方法である。
本発明によれば、ステージの位置をパターン結像位置の変化量に基づいて調整することができるので、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、請求項2に記載のステージ位置の調整方法において、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。

0012

同じく請求項4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のパターン結像位置の変化量を検出する投影レンズの結像位置変化量検出装置であって、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と、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とに撮像を行わせる手段と、前記基準時のフォーカス位置と、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、を備えることを特徴とする投影レンズの結像位置変化量検出装置である。
本発明によれば、温度変化で投影レンズによるパターン投影像の結像位置が変化しても、この変化量を容易に取得することができる。

0013

同じく請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の投影レンズの結像位置変化量検出装置において、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を備えることを特徴とする。
本発明によれば、パターン像をワークに露光する際には、カメラをパターン像の投影領域から退避させることができ、カメラが露光に悪影響を与えることがない。

0014

同じく請求項6に記載の発明は、請求項3または請求項4に記載の投影レンズの結像位置変化量検出装置において、前記マークは前記マスクに1または2以上形成され、および前記カメラは1または2以上配置したことを特徴とする。
2以上のカメラを使用すれば、より正確なパターン像結像位置の変化をより正確に検知することができる。

0015

同じく請求項7に記載の発明は、請求項4から請求項6のいずれかに記載の投影レンズの結像位置変化量検出装置と、前記ステージを投影軸方向に移動する手段と、前記投影レンズの結像位置変化量検出装置が算出した投影レンズの焦点移動量に基づいて前記ステージの移動量を算出する手段と、を備えることを特徴とするステージ位置の調整装置である。
本発明によれば、ステージの位置をパターン結像位置の変化量に基づいて調整することができるので、常に鮮明なパターン像をワークに投影できる。

0016

同じく請求項8に記載の発明は、前記マスクに光を照射する光源と、請求項7に記載のステージ位置の調整装置と、を備え、マスクのパターンをワークに投影す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

発明の効果

0017

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

0018

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。
同じくマスクとワークのマークを示す模式図である。
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。
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。
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。

実施例

0019

本発明を実施するための形態に係る投影レンズの結像位置変化量検出方法、ステージ位置の調整方法、投影レンズの結像位置変化量検出装置、ステージ位置の調整装置、および投影露光装置について説明する。

0020

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。

0021

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赤外線を除去し、可視赤外光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)以外の波長域光線カットし、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。

0022

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。

0023

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。

0024

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例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。

0025

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。

0026

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)。

0027

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。

0028

また、カメラ32は、例えばCCD撮像素子等の撮像素子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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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)。

0035

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)。

0036

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。

0037

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。

0038

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)。

0039

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出来るため、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)。

0040

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。

0041

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。

0042


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。

0043

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。

0044

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。

0045

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、ワークを交換摺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。

0046

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

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