JPH10242040A

JPH10242040A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH10242040A
Application number: JP9056914A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Katamata; 義之片又; Masanobu Ito; 真信伊藤; Eiji Goto; 英司後藤; Masamitsu Yanagihara; 政光柳原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体装置あるいは液晶表示装置を
製造する際に用いられる投影露光装置に関し、基板厚を
検出して基板搬送速度やプリアライメント・ピン駆動速
度の速度制御が行える投影露光装置を提供することを目
的とする。【解決手段】マスク５を保持して移動するマスクステー
ジ３と、パターンの像を感光基板６に投影する投影光学
系７と、感光基板６を保持してマスクステージ３と同期
して移動する基板ステージ４と、投影光学系７の光軸方
向に関する感光基板６とマスク５との間の距離を測定す
る測定系１０Ａ〜１０Ｄと、マスクステージ３と基板ス
テージ４との少なくとも一方を投影光学系７の光軸方向
に移動して、感光基板６を投影光学系７の結像位置に移
動させる移動手段２０とを有する投影露光装置１におい
て、測定系１０Ａ〜１０Ｄの出力に基づいて、基板の厚
さを検出する検出系２１、２２を備えるように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置あるい
は液晶表示装置を製造する際に用いられる投影露光装置
に関し、特に自動焦点調節機能を有する投影露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】投影露光装置は、マスク及び感光基板を
投影光学系を介して対面するように保持した状態でマス
クに照明光を照射し、マスクを通過した照明光によるマ
スクのパターン像を投影光学系を介して感光基板上に結
像投影して感光基板を露光するようになっている。

【０００３】通常、この種の投影露光装置には、投影光
学系の光軸方向（焦点方向）におけるマスク及び感光基
板の感光面の位置をそれぞれ個別に検出し、検出結果に
基づいて感光基板の感光面が投影光学系の焦点位置に位
置するように所定の補正動作を行う機能（自動焦点調整
機能）が設けられており、これにより安定した結像性能
を得ることができるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような投影露光装
置によりマスクのパターン像が露光される感光基板の例
として、液晶表示装置に用いられるガラス基板がある。
近年、液晶表示パネルの大型化、薄型化が進み、それに
伴って、投影露光装置で露光されるガラス基板も大型
化、薄型化され、例えば、大きいもので５００ｍｍ×６
００ｍｍ程度の基板面積を有し、基板厚さは１．１ｍｍ
厚あるいは０．７ｍｍ厚のものがよく用いられている。
このように基板面積に比して、厚さが極めて薄いガラス
基板を搬送して基板載置面に載置して、安定した露光精
度で所定の露光動作を行わせるには、ガラス基板の厚さ
に応じた投影露光装置の制御が必要になってくる。

【０００５】例えば、薄い基板と厚い基板とでは、基板
搬送速度やプリアライメント・ピン駆動速度を異ならせ
る必要がある。薄い基板に対して基板搬送速度やプリア
ライメント・ピン駆動速度を高速にし過ぎると、基板に
与える衝撃が大きくなったり、それに伴って振動が生じ
たりして、安定した露光精度が得られないことがある。
そのため、従来では基板厚さの異なるガラス基板を搬
送、プリアライメントする際には、基板厚さ毎に基板搬
送速度やプリアライメント・ピン駆動速度を変更するた
めのパラメータをその都度変更しなければならないとい
う手間がかかっていた。

【０００６】本発明の目的は、基板厚を検出して基板搬
送速度やプリアライメント・ピン駆動速度の速度制御が
行える投影露光装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を表す図１
に対応付けて説明すると上記目的は、パターンが描画さ
れたマスク（５）を保持して移動するマスクステージ
（３）と、パターンの像を感光基板（６）に投影する投
影光学系（７）と、感光基板（６）を保持してマスクス
テージ（３）と同期して移動する基板ステージ（４）
と、投影光学系（７）の光軸方向に関する感光基板
（６）とマスク（５）との間の距離を測定する測定手段
（１０Ａ〜１０Ｄ）と、マスクステージ（３）と基板ス
テージ（４）との少なくとも一方を投影光学系（７）の
光軸方向に移動して、感光基板（６）を投影光学系
（７）の結像位置に移動させる移動手段（２０）とを有
する投影露光装置（１）において、測定手段（１０Ａ〜
１０Ｄ）と移動手段（２０）との少なくとも一方の出力
に基づいて、基板の厚さを検出する検出手段（２１、２
２）を備えたことを特徴とする投影露光装置によって達
成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による投影
露光装置を図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本
実施の形態による投影露光装置１の概略の構成を示して
いる。図１において、断面がコ字状に形成されたキャリ
ッジ２の第１の側壁部２Ａの内側にマスクステージ３が
配設され、キャリッジ２の第２の側壁部２Ｂの内側にレ
ベリングステージ構成の基板ステージ４が配設され、こ
れらマスクステージ３及び基板ステージ４によりマスク
５及び感光基板６が投影光学系７を挟んで対面するよう
に保持される。

【０００９】キャリッジ２の第１の側壁部２Ａの外側に
は、第１の側壁部２Ａに形成された開口部（図示せ
ず）、マスクステージ３の開口部（図示せず）及びマス
ク５を順次介して投影光学系７と対向するように照明光
学系８が配設されており、照明光学系８から出射した照
明光でマスク５を照明し、マスク５を通過した照明光で
得られるマスク５のパターン像を投影光学系７を介して
感光基板６の感光面６Ａ上に結像投影するようになって
いる。本実施の形態による走査型露光装置１の投影光学
系７は、マスク５のパターン像を正立正像等倍で感光基
板６の感光面６Ａ上に投影するようになっている。キャ
リッジ２は、図示しない駆動機構により投影光学系７及
び照明光学系８に対して矢印ａで示すキャリッジ２の長
手方向に移動できるようになっている。

【００１０】本実施の形態による走査型露光装置１は、
動作時において、マスク５及び感光基板６がキャリッジ
２を介して一体に矢印ａ方向に移動することにより、マ
スク５のパターン像を順次部分的に感光基板６の感光面
６Ａ上に結像投影し、これにより感光基板６の感光面６
Ａの全面をマスク５のパターンに応じて露光できるよう
になっている。

【００１１】この走査型露光装置１のキャリッジ２の走
査動作には高い精度が要求される。高い走査精度を維持
するには、走査範囲における感光基板６の感光面６Ａに
対する傾き（倒れ）が常に微小量であることが必須であ
り、このため本実施の形態による走査型露光装置１で
は、様々な角度から感光基板６の感光面６Ａの状態を検
出できるように投影光学系７に４組のフォーカスセンサ
１０Ａ〜１０Ｄが設けられている。

【００１２】この場合、各フォーカスセンサ１０Ａ〜１
０Ｄは、それぞれ図２に示すように、第１及び第２の光
源（例えばＬＥＤ）１１Ａ及び１１Ｂから発射された第
１及び第２の光ビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂをそれぞれスリ
ット（図示せず）を介して所定ビーム幅に整形し、これ
をマスク５上又は感光基板６の感光面６Ａ上に集光する
と共に、第１の光ビームＬ１Ａがマスク５において反射
して得られた第１の反射光Ｌ２Ａと、第２の光ビームＬ
１Ｂが感光基板６の感光面６Ａにおいて反射して得られ
た第２の反射光Ｌ２Ｂとを、それぞれプリズム１２の対
応する反射面１２Ａ、１２Ｂを順次介して検出器１３の
受光面１３Ａに平行に導入して結像させるようになって
いる。

【００１３】検出器１３としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇ
ｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサや
ＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ）リニアイメージセンサ等の光位置検出器が用
いられており、これにより後述のように、検出器１３の
受光面１３Ａにおける第１及び第２の反射光Ｌ２Ａ及び
Ｌ２Ｂの入射位置Ｐ１及びＰ２を、マスク５及び感光基
板６の傾斜の影響を受けることなくそれぞれ精度良く検
出できるようになっている。

【００１４】検出器１３から出力される、図３に示すよ
うな第１反射光Ｌ２Ａで発生する第１のピークＰＡ１０
と、第２の反射光Ｌ２Ｂで発生する第２のピークＰＡ１
１とが形成されたセンサ信号Ｓ１は、図１に示すフォー
カス制御部２０に供給されるようになっている。

【００１５】フォーカス制御部２０では、各オートフォ
ーカスセンサ１０Ａ〜１０Ｄからそれぞれ供給されるセ
ンサ信号Ｓ１に基づいて、ソフトウエア処理により第１
及び第２のピークＰＡ１０及びＰＡ１１（図３）のエッ
ジとスライスレベルＳＬ１０（図３）との交点からこれ
ら第１及び第２のピークＰＡ１０及びＰＡ１１の中心Ｃ
１０及びＣ１１をそれぞれ算出し、さらに当該算出結果
から第１及び第２ピークＰＡ１０及びＰＡ１１間の間隔
Ｋ（検出器１３の検出面における第１及び第２の反射光
Ｌ２Ａ及びＬ２Ｂ間の距離に相当）を検出する。

【００１６】またフォーカス制御部２０は、この検出結
果に基づいて第１及び第２のピークＰＡ１０及びＰＡ１
１間の間隔Ｋが常に所定値にあるように制御信号Ｓ２
（図１）を順次生成し、これを基板ステージ４の駆動機
構（図示せず）に送出することにより、必要に応じて感
光基板６を投影光学系７の光軸方向に移動させる。

【００１７】これにより走査型露光装置１においては、
投影露光の際に、マスク５を基準として、マスク５と感
光基板６の感光面６Ａとの距離を常に一定に保つことが
でき、感光基板６の感光面６Ａを常に投影光学系７の焦
点位置に位置させることができるようになっている。

【００１８】このように本実施の形態による投影露光装
置における感光基板の感光面を投影光学系の焦点位置に
位置させる方法は、マスク及び感光基板の感光面にそれ
ぞれ第１又は第２の光ビームを照射し、これら第１及び
第２の光ビームのマスク又は感光基板の感光面における
第１または第２の反射光を平行に受光素子の受光面に導
入すると共に、当該受光素子の受光面における第１及び
第２の反射光の距離を受光素子の出力に基づいて検出
し、当該距離が常に所定値となるように感光基板を投影
光学系の光軸方向に移動させるようになっている。この
場合、受光素子の受光面における第１及び第２の反射光
の距離は、光軸素子から出力される第１の反射光に対応
する第１のピークの中心と、第２の反射光に対応する第
２のピークの中心との間の間隔として算出する。

【００１９】また図１に示すようにフォーカス制御部２
０には、プレート搬送速度制御部２１、およびプリアラ
イメント・ピン速度制御部２２が接続されている。フォ
ーカス制御部２０は、プレート搬送速度制御部２１、お
よびプリアライメント・ピン速度制御部２２に対してそ
れらの速度制御のための制御情報として、第１及び第２
ピークＰＡ１０及びＰＡ１１間の間隔Ｋ（以下、間隔Ｋ
という）を送出するようになっている。なお、プレート
搬送速度制御部２１、およびプリアライメント・ピン速
度制御部２２に、フォーカス制御部２０を介さずにオー
トフォーカスセンサ１０Ａ〜１０Ｄから直接センサ信号
Ｓ１を入力して、これらの速度制御部２１、２２で間隔
Ｋを算出するようにしてももちろんよい。

【００２０】プレート搬送速度制御部２１、およびプリ
アライメント・ピン速度制御部２２では、入力された間
隔Ｋに基づいて基板の厚さを検出し、得られた基板の厚
さに基づいて基板搬送の速度およびプリアライメント・
ピンの速度を制御する。図２および図５、図６を用いて
プレート搬送速度制御部２１、およびプリアライメント
・ピン速度制御部２２での動作を説明する。

【００２１】まず、感光基板６を保持しない状態で基板
ステージ４の表面とマスク５との間の投影光学系７の光
軸方向の距離である基板ステージ−マスク間距離をオー
トフォーカスセンサ１０Ａ〜１０Ｄにより測定する。感
光基板６を保持しない状態での基板ステージ−マスク間
距離は、次の感光基板の基板ステージ４への搬送および
載置に備えて基板ステージ４が下降しているので、露光
時の基板ステージ−マスク間距離より長くなっている。

【００２２】すなわちオートフォーカスセンサ１０Ａ〜
１０Ｄでの第１及び第２ピークＰＡ１０及びＰＡ１１間
の間隔Ｋは露光時の所定値より広くなっている。この状
態でオートフォーカスセンサ１０Ａ〜１０Ｄの第２の光
源１１Ｂから出射された第２の光ビームの経路Ｌ１Ｂお
よびＬ２Ｂを図２に実線で示している。第２の光源１１
Ｂから出射した第２の光ビームは、２個の反射鏡１６
ａ、１６ｂで反射されて基板ステージ４表面で反射し、
その反射光は反射鏡１６ｃで反射され、さらにプリズム
１２の反射面１２Ｂで反射されて検出器１３に入射す
る。

【００２３】一方、第１の光源１１Ａから出射された第
１の光ビームは、２個の反射鏡１７ａ、１７ｂで反射さ
れてマスク５表面で反射し、その反射光は反射鏡１７ｃ
で反射され、さらにプリズム１２の反射面１２Ａで反射
されて検出器１３に入射する。この状態でのオートフォ
ーカスセンサ１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれからのセンサ信
号Ｓ１に基づいて得られた間隔Ｋがフォーカス制御部２
０を介してプレート搬送速度制御部２１、およびプリア
ライメント・ピン速度制御部２２に入力され記憶され
る。

【００２４】次に、感光基板６が搬送されて基板ステー
ジ４に載置されると、再び感光基板６の表面とマスク５
との間の投影光学系７の光軸方向の距離である感光基板
−マスク間距離をオートフォーカスセンサ１０Ａ〜１０
Ｄにより測定する。この状態でオートフォーカスセンサ
１０Ａ〜１０Ｄの第２の光源１１Ｂから出射された第２
の光ビームの経路Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂを図２に二点鎖線
で示している。第２の光源１１Ｂから出射した第２の光
ビームは、２個の反射鏡１６ａ、１６ｂで反射されて感
光基板６表面に入射するが、その反射光は、感光基板６
がない場合に比較して感光基板６の厚さ分だけ反射光路
がずらされる。

【００２５】この反射光は反射鏡１６ｃで反射され、さ
らにプリズム１２の反射面１２Ｂで反射されて検出器１
３に入射する。検出器１３での第２の光源からの光ビー
ムの位置は、基板がないときの位置に対して感光基板６
の基板厚分だけずれている。図２中、この位置のずれ幅
を距離１５で示している。一方、第１の光源１１Ａから
出射された第１の光ビームの検出器１３での位置は変化
しない。この状態でのオートフォーカスセンサ１０Ａ〜
１０Ｄのそれぞれからのセンサ信号Ｓ１に基づく間隔
Ｋ’がフォーカス制御部２０を介してプレート搬送速度
制御部２１、およびプリアライメント・ピン速度制御部
２２に入力され記憶される。

【００２６】プレート搬送速度制御部２１、およびプリ
アライメント・ピン速度制御部２２では、記憶した基板
ステージ−マスク間距離に対応する間隔Ｋと、感光基板
−マスク間距離に対応する間隔Ｋ’との差である距離１
５を計算し、それに基づいて感光基板６の基板厚を求め
る。

【００２７】以上は、プレート搬送速度制御部２１、お
よびプリアライメント・ピン速度制御部２２で共通の動
作であるが、次に、それぞれの処理の流れを図４および
図５を用いて説明する。初めに、図４を用いてプレート
搬送速度制御部２１の処理の流れを説明する。まずステ
ップＳ１において、上述の検出器１３からの２つのセン
サ信号Ｓ１に基づいてフォーカス制御部２０から出力さ
れた２つの間隔Ｋ、Ｋ’から基板の厚さを計算する（フ
ォーカスセンシング）。

【００２８】次に、得られた基板厚が所定範囲内にある
かどうかを判断する（ステップＳ２）。得られた基板厚
が所定範囲を超えている場合にはエラー処理を行って処
理を終了する（ステップＳ３）。基板厚が所定範囲内で
あれば、基板厚が例えば０．７ｍｍか１．１ｍｍの何れ
であるか判断し（ステップＳ４）、基板厚が１．１ｍｍ
の場合は、ステップＳ５に移行してプレート搬送の速度
を高速にするように指示する。基板厚が０．７ｍｍの場
合は、ステップＳ６に移行してプレート搬送の速度を低
速にするように指示する。

【００２９】このように本実施の形態によるプレート搬
送速度制御部２１によれば、プレート搬送時に、厚いプ
レートに対しては搬送速度を上げ、薄いプレートに対し
ては速度を下げることにより、安全に安定して基板を搬
送することができるようになる。例えば、１ロット単位
の基板処理において、基板の厚さが分からない１枚目に
ついては、遅い速度で搬送させ、上述のプレート搬送速
度制御部２１により１枚目の基板の厚さを計測し終わっ
たら、２枚目以降の基板については適切な搬送速度で搬
送させることができるようになる。

【００３０】特に、薄い基板を低速で搬送させることに
より、基板の振動を抑え安定して搬送することができる
ようになる。図４におけるステップＳ４およびステップ
Ｓ５での速度の制御は、電気回路的に速度指令値（Ｄ／
Ａコンバータの値）をソフトウエアで切り替えるように
しても、予め２段階（若しくは多段階）の速度設定を用
意しておいて、ソフトウエアでスイッチの切替を行うよ
うにしてもよい。

【００３１】次に、図５を用いてプリアライメント・ピ
ン駆動速度制御部２２の処理の流れを説明する。まずス
テップＳ１０において、上述の検出器１３からの２つの
センサ信号Ｓ１に基づいてフォーカス制御部２０から出
力された２つの間隔Ｋ、Ｋ’から基板の厚さを計算する
（フォーカスセンシング）。次に、得られた基板厚が所
定範囲内にあるかどうかを判断する（ステップＳ１
１）。得られた基板厚が所定範囲を超えている場合には
エラー処理を行って処理を終了させる（ステップＳ１
２）。

【００３２】基板厚が所定範囲内であれば、基板厚が例
えば０．７ｍｍか１．１ｍｍの何れであるか判断し（ス
テップＳ１３）、基板厚が１．１ｍｍの場合は、ステッ
プＳ１４に移行してプリアライメント・ピンの駆動速度
を高速にする駆動指令を発する。基板厚が０．７ｍｍの
場合は、ステップＳ１５に移行してプリアライメント・
ピンの駆動速度を低速にする駆動指令を発する。

【００３３】このように本実施の形態によるプリアライ
メント・ピン駆動速度制御部２２によれば、プリアライ
メント時のプリアライメント・ピンの押し当て速度を、
厚い基板に対しては速度を上げて、薄い基板に対しては
速度を遅くすることにより、基板に必要以上の衝撃を与
えることなく、確実で安全にプリアライメントを実行す
ることができるようになる。図５におけるステップＳ１
４およびステップＳ１５での速度の制御も、プレート搬
送速度制御部２１での制御と同様に行うことができる。

【００３４】以上説明したプレート搬送速度制御部２１
およびプリアライメント・ピン駆動速度制御部２２での
動作が終了したら、フォーカス制御部２０は制御信号Ｓ
２を出力して、基板ステージ４を投影光学系７の光軸方
向に移動させて感光基板−マスク間距離が所定値（すな
わち、第１及び第２のピークＰＡ１０及びＰＡ１１間の
間隔Ｋが常に所定値）になるように制御して露光を開始
する準備が完了する。

【００３５】このように本実施の形態による投影露光装
置によれば、マスク５と感光基板６との距離を一定に保
つためのオートフォーカスセンサ１０Ａ〜１０Ｄからの
センサ信号を利用して、基板の厚さを測定することがで
きる。そして、この測定された基板厚さの情報を利用し
て、搬送されてくる感光基板の厚さに応じて基板搬送速
度を制御することができるようになり、またプリアライ
メント・ピンの速度を制御することができるようになる
ので、安定した露光精度が得られるようになる。

【００３６】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において
は、感光基板６の感光面６Ａを投影光学系７の焦点位置
に位置させる手段として、感光基板６を載置する基板ス
テージ４を投影光学系７の光軸方向に移動させるように
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マ
スク５を載置するマスクステージ３を投影光学系７の光
軸方向に移動させ、又はマスク５及び感光基板６を投影
光学系７の光軸方向に移動させるようにすることももち
ろん可能である。

【００３７】また、上記実施の形態では、本発明を基板
搬送速度の制御およびプリアライメント・ピンの駆動速
度の制御に適用したが、本発明はこれに限られず、例え
ば、基板を基板載置面で真空吸着させる際の吸着力を基
板の厚さに応じて適正な値に設定するために本発明を適
用することができる。この場合には、薄い基板に対して
高い吸着力で吸着すると吸着部領域がたわんでしまい、
露光精度が低下してしまうという問題を解決することが
できるようになる。

【００３８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、基板厚を
判断して基板搬送速度やプリアライメント・ピン駆動速
度の速度制御が行える投影露光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による投影露光装置の概
略の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態による投影露光装置で使
用するフォーカスセンサの構成を示す図である。

【図３】検出器から出力されるセンサ信号の波形を示す
図である。

【図４】本発明の一実施の形態による投影露光装置にお
けるプレート搬送速度制御部での処理の流れを示す図で
ある。

【図５】本発明の一実施の形態による投影露光装置にお
けるプリアライメント・ピン速度制御部での処理の流れ
を示す図である。

【符号の説明】

１走査型露光装置２キャリッジ３マスクステージ４基板ステージ５マスク６感光基板６Ａ感光面７投影光学系８照明光学系１０Ａ〜１０Ｄフォーカスセンサ１１Ａ、１１Ｂ光源１３検出器１３Ａ受光面２０制御部Ｃ１０、Ｃ１１中心Ｋ距離Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ光ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ反射光ＰＡ１１ピークＳ１センサ信号Ｓ２制御信号Ｗ１０、Ｗ１１ピーク幅ＳＬ１０スライスレベルＳＬＢベースレベル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳原政光東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが描画されたマスクを保持して移
動するマスクステージと、前記パターンの像を感光基板に投影する投影光学系と、前記感光基板を保持して前記マスクステージと同期して
移動する基板ステージと、前記投影光学系の光軸方向に関する前記感光基板と前記
マスクとの間の距離を測定する測定手段と、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも
一方を前記投影光学系の光軸方向に移動して、前記感光
基板を前記投影光学系の結像位置に移動させる移動手段
とを有する投影露光装置において、前記測定手段と前記移動手段との少なくとも一方の出力
に基づいて、前記基板の厚さを検出する検出手段を備え
たことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置において、前記投影光学系は、正立正像等倍の光学系であることを
特徴とする投影露光装置。