JP2008076738A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクと基板との相対距離を精度良く測定できる露光装置を提供する。
【解決手段】レーザ測長器２０が、露光動作中にマスクＭが位置する範囲に対向するようにして基板ステージ１１ａの中央に配置され、マスクＭとの相対距離を測定することにより、マスクＭの平坦度を求めることができるので、求めたマスクＭの平坦度と、別個に測定したマスクＭと基板との隙間から、マスクＭと基板との最小相対距離を精度良く測定することができ、両者の接触を回避して高精度な露光を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば大型の液晶基板、液晶ディスプレイ用カラーフィルターなどのような基板にマスクのパターンを近接露光するのに好適な露光装置に関する。

パターンを形成したマスクに対して基板を近接させ、マスクのパターンを基板に露光転写するプロキシミティ露光装置が知られている。プロキシミティ露光装置においては、露光精度の向上のために、マスクと基板の隙間を均一に狭めることが要求されている。しかし、一辺の寸法が１０００ｍｍ以上の大型マスクが使用される露光装置においては、たわみなどによる変形が生じることから、基板との隙間を１００μｍ以下に狭めることは接触の可能性が高くなるという課題があった。そこで、マスクと基板との隙間を精度良く測定する技術が必要となっている。ここで、特許文献１には、基板を保持するステージに搭載された測定器によって、マスクのパターン面を測定する技術が公開されている。
特開昭６４−０２１９２０号公報

特許文献１に示す技術によれば、マスクステージのセンサで、基板までの距離を測定し、基板ステージのセンサでマスクまでの距離を測定し、両者の差をとって、マスクと基板との隙間を求めている。しかしながら、基板ステージのセンサは基板から離れた位置に配置されているので、基板ステージを移動させる際に、ステージの案内精度、特にピッチング誤差或いはローリング誤差の影響を強く受ける配置となっており、すなわち誤差を生じやすい構成である。かかる誤差を含んだ値によりマスクと基板との隙間を設定すると、自重で撓んだマスクと基板とが接触する恐れがある。

例えば半導体ウエハのような場合、基板の寸法が数１００ｍｍ程度と小さいため、測定誤差が小さく問題とならない可能性もあるが、大型の液晶を製造するためのプロキシミティ露光装置では、基板サイズが数千ｍｍと１０倍以上に大きくなっているにも関わらず、露光隙間は５０μｍ以下であることが要求されるため、誤差をより厳しく管理することが強く望まれている。即ち、マスクの平坦度を高精度に測定する必要がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、マスクの平坦度を精度良く測定できる露光装置を提供することを目的とする。

本発明の露光装置は、露光用光を用いてマスクのパターンを基板に露光する露光装置において、
マスクを保持するマスクホルダと、
前記マスクに対して、基板を移動可能に支持するステージと、
露光動作中に前記マスクが位置する範囲に対向するようにして前記ステージに搭載された変位計と、を有し、
前記マスクに対して前記ステージを２次元的に移動させながら、前記変位計により、複数箇所で前記マスクと前記ステージとの間の相対距離を測定することで、前記マスクの平坦度を求めることを特徴とする。

本発明によれば、前記変位計が、露光動作中に前記マスクが位置する範囲に対向するようにして前記ステージに搭載されており、前記マスクに対して前記ステージを２次元的に移動させながら、前記変位計により、複数箇所で前記マスクと前記ステージとの間の相対距離を測定することで、前記マスクの平坦度を求めることができるので、求めた前記マスクの平坦度と、別個に測定した前記マスクと基板との隙間から、前記マスクと前記基板との最小相対距離を精度良く測定することができ、高精度な露光を実現できる。特に、外力を与えてマスクのたわみを制御している場合、マスクの断面形状は放物線とならないことが多いため、実際にマスクの形状を測定できれば実効性がある。尚、前記変位計が、前記ステージに前記基板を搭載したまま、前記マスクと前記ステージとの間の相対距離を測定することができれば好ましいが、そのような変位計を用いない場合には、前記ステージに前記基板を搭載しない状態で相対距離の測定を行えばよい。

前記変位計は、前記ステージの略中央に配置される中央センサと、前記中央センサの周囲に配置される周辺センサとを含むと、同時に複数点の相対距離を測定することで、前記ステージを移動させることなく前記ステージに対する前記マスクの平坦度を求めることができる。特に、前記マスクが撓んだときに、その中央の相対距離が通常は最小となるので、これを前記中央センサで検出することができる。

前記周辺センサは、ピッチング又はローリング誤差のない前記中央センサの出力信号に応じて校正されると好ましい。

経時的に、前記中央センサの出力信号と、前記周辺センサの出力信号との差を求めることで、前記ステージの案内精度の変化を求めると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるプロキシミティ露光装置の断面図であり、図２は、図１のプロキシミティ露光装置の矢印IIで示す部位を拡大した図である。

図１において、ベース１は定盤Ｇ上に載置されている。ベース１上には、フレーム３が設置されている。フレーム３は、下端がベース１の縁に固定された脚部３ａと、脚部３ａの上端に取り付けられた天板３ｂとからなる。天板３ｂの中央には開口が形成され、その周囲にマスクＭをつり下げ保持したマスクホルダ４が取り付けられている。

ベース１の上面には、４本のガイドレール５が平行に且つ図１で左右方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。各ガイドレール５に沿って、スライダ６が移動自在に設けられている。スライダ６は、Ｘ軸ステージ７の下面に取り付けられている。ベース１とＸ軸ステージ７との間には、Ｘ軸リニアモータ（不図示）が設けられ、ベース１に対してＸ軸ステージ７をＸ軸方向に駆動可能となっている。

Ｘ軸ステージ７の上面には、４本のガイドレール９が平行に且つ図１で紙面垂直方向（Ｙ軸方向）に延在するように配置されている。各ガイドレール９に沿って、スライダ１０が移動自在に設けられている。スライダ１０は、基板支持部１１の下面に取り付けられている。Ｘ軸ステージ７と基板支持部１１との間には、Ｙ軸リニアモータ１２が設けられ、Ｘ軸ステージ７に対して基板支持部１１をＹ軸方向に駆動可能となっている。基板支持部１１は、基板（不図示）を支持する基板ステージ１１ａと、基板ステージ１１ａを図１で上下方向（Ｚ軸方向）に駆動するＺ軸駆動部１１ｂとを有する。

露光時には、基板ステージ１１ａに載置した基板（不図示）を、マスクＭに対してＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向にステップ移動させて各ステップ毎にマスクＭと基板とを近接して対向配置した状態で、不図示の光源からのパターン露光用の光を、図１，２で上方よりマスクＭに向けて照射することにより、マスクＭのパターンを基板上に露光転写するようにしている。

図２において、基板ステージ１１ａの下面中央に設けられた凹部１１ｃ内に、変位計としてのレーザ測長器２０が配置されている。基板を基板ステージ１１ａに支持する前に、レーザ測長器２０は、凹部１１ｂの底面から基板ステージ１１ａの上面に貫通した貫通孔１１ｄを介して、測定光を照射可能となっており、更にマスクＭの下面から反射した測定光を受光することで、光の干渉を利用して、レーザ測長器２０（すなわち基板ステージ１１ａ）と、実際にたわんだ状態でのマスクＭとの間の相対距離を複数箇所で精度良く測定できるようになっている。この測定データに基づき、マスクＭの平坦度を精度良く求めることができる。マスクＭと基板とのギャップは、別個のセンサで計測できるので、求めたマスクＭの平坦度から接触の危険性等を判断できる。その後、基板ステージ１１に基板が支持され、露光が行われる。尚、レーザ測長器については、例えば特開平５−２２３５６３号明細書に記載されてような一般的なレーザ変位計を用いることができるが、これに限らず非接触式で透明ガラスを測定できるような変位計であればよく、株式会社キーエンス等から上市されているレーザ変位計を好適に用いることができる。特に、本実施の形態のレーザ測長器は、測定対象物が透明ガラスである場合、複数の面の変位（相対距離）測定することができるので、これによりマスクＭと基板との相対距離を求めることができる。

レーザ測長器２０は、基板ステージ１１ａの下面の凹部１１ｃに配置されているので、基板ステージ１１ａの上面に支持される基板と干渉することがない。貫通孔１１ｄの径は小さい方が好ましい。これは、露光時に、基板ステージ１１ａの保持された基板を通過し、ステージ１１ａの上面から基板ヘの反射戻り光による露光への影響を小さく抑えるためである。実際には、基板受渡しなどに使用される受渡しピンなどが基板ステージ１１ａ上に出し入れ自在に配置されているので、かかる受け渡しピンが通過する穴と同径以下であると好ましい。

更に、マスクＭに対して、基板ステージ１１ａをＸ軸方向及びＹ軸方向に相対移動させることで、複数点でマスクＭと基板ステージ１１ａとの相対距離を測定できる。かかる測定データに基づいて、マスクＭの平行度又は平坦度（たわみの程度）を測定できる。

従来技術のように、基板ステージ１１ａの周辺にレーザ測長器２０を配置した場合、中央を回転中心として、基板ステージ１１ａの外形寸法Ｌの半分の長さＬの１／２に、ｔａｎθ（ただし、θはピッチング又はローリング誤差すなわち傾き角）を掛け合わせた誤差が測定値に含まれる。ピッチング又はローリング誤差θを５秒（４８μｒａｄ）とし、Ｌ＝３０００ｍｍとすると、３６μｍが誤差成分となる。ここで、ピッチング又はローリング誤差５秒とは、真直度５μｍ程度に調整された案内精度である。つまり、中央で測定した場合、真直度に相当する５μｍが測定誤差であるにも関わらず、基板ステージ１１ａの周辺で測定すると、３１〜４１μｍの測定誤差が含まれることになる。この誤差は、例えばマスクと基板との相対距離５０μｍに設定しようとするプロキシミティ露光装置において、大きな問題となる。

これに対し本実施の形態によれば、レーザ測長器２０が、露光動作中にマスクＭが位置する範囲に対向するようにして基板ステージ１１ａの中央に配置され、マスクＭとの相対距離を測定することにより、マスクＭの平坦度を求めることができるので、求めたマスクＭの平坦度と、別個に測定したマスクＭと基板との隙間から、マスクＭと基板との最小相対距離を精度良く測定することができ、両者の接触を回避して高精度な露光を実現できる。

図３は、第２の実施の形態にかかるプロキシミティ露光装置の図１と同様な図である。本実施の形態においては、基板ステージ１１ａには、複数の凹部が形成され、その内部にレーザ測長器２０がそれぞれ配置されている。複数のレーザ測長器２０からのデータに基づいて、マスクＭの平坦度を短時間で測定できる。尚、図３では、基板ステージ１１ａの中央に配置されたレーザ測長器２０を基準に、その他のレーザ測長器２０を配置しているが、基板ステージ１１ａの側面にレーザ測長器２０を配置して、これを基準に概略中央にレーザ測長器２０を配置するようにすると、レーザ測長器２０の組立・調整が容易となる。

本実施の形態のように、レーザ測長器２０を複数箇所に配置する場合、前述したように測定誤差が大きくなる基板ステージ１１ａの中央以外の周辺にも配置せざるを得ない（図３参照）。かかる場合、マスクＭの同一面を各レーザ測長器２０で計測し、角度誤差が生じてない略中央のレーザ測長器（中央センサという）２０の測定値に基づいて、周辺のレーザ測長器（周辺センサという）２０を校正すると好ましい。なお、角度誤差は、基板ステージ１１ａの位置によって変化するため、校正されるべきレーザ測長器２０が使用される面を、中央に配置されたレーザ測長器２０で測定して補正することが好ましい。このように周辺のレーザ測長器２０を経時的に校正することで、基板ステージ１１ａの案内精度の変化を確認することができる。案内精度が露光精度に影響を与えるほど変化した場合は、プロキシミティ露光装置の設置状況（水準）の調整が必要となる。

更に、マスクＭの代わりに、平面度がμｍオーダに加工された基準面を有するブロックを配置して、中央のレーザ測長器２０の校正を行えると計測値の信頼性が高まる。又、マスクＭの下面の平坦度測定により、マスクＭの最下面の位置（中央とは限らない）も求めることが可能である。そのため、露光動作時の隙間測定位置を意図的に決定することもできる。

なお、マスクＭの下面を４つのレーザ測長器２０で測定する場合、基板ステージ１１ａをマスクＭに対して平行に２次元的に移動させ、図４に示すように、軌跡Ａ〜Ｄに沿って連続的に測定を行うことができる。ここで、軌跡Ａに沿って中央センサで測定する場合、軌跡Ａは、軌跡Ｂ、Ｃの近傍を通過するので、近傍を測定した中央センサのデータを用いて、軌跡Ｂ、Ｃを測定する周辺センサを校正できる。又、軌跡Ｂ、Ｃは、軌跡Ｄの近傍を通過するので、軌跡Ｂ、Ｃの近傍を測定した周辺センサのデータを用いて、軌跡Ｄを測定する周辺センサを校正できる。

図５に示す軌跡は、マスクＭの下面の同一箇所の測定は行わず、各測定領域の対辺を測定するようにした例であり、始点から終点まで一筆書き的にステージを移動しながら斜め方向の測定も行える。

図６は、変位計の変形例を示す図２と同様な図である。図６に示す変形例では、中空のプローブ２１からマスクＭの下面に向かってエアを吹き出して、その圧力に基づいてマスクＭまでの相対距離を測定するエアマイクロメータを用いている。変位計としては、レーザ測長器、エアマイクロメータの他、静電容量型などの非接触式のセンサを用いることが好ましい。回折格子などを撮像素子により観察して相対距離を測定する画像認識法でも良い。マスクＭとの接触を避けるため、作動距離が１ｍｍ以上、サブμｍから２〜３μｍ程度の分解能を有するセンサが好ましい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、マスク平坦度測定時に、変位計をステージ上に突出させ、基板支持時には、ステージ内に引き込むようにしても良い。又、可能であれば、本発明にかかる変位計を用いてマスクと基板の隙間を測定しても良い。

第１の実施の形態にかかるプロキシミティ露光装置の断面図である。 図１のプロキシミティ露光装置の矢印IIで示す部位を拡大した図である。 第２の実施の形態にかかるプロキシミティ露光装置の図１と同様な図である。 マスクＭの下面の測定軌跡の例を示す図である。 マスクＭの下面の測定軌跡の例を示す図である。 本実施の形態の応用例にかかる図１と同様な断面図である。

符号の説明

１ ベース
３ フレーム
３ａ 脚部
３ｂ 天板
４ マスクホルダ
５ ガイドレール
６ スライダ
７ Ｘ軸テーブル
９ ガイドレール
１０ スライダ
１１ 基板支持部
１１ａ 基板テーブル
１１ｂ Ｚ軸駆動部
１２ Ｙ軸リニアモータ
２０ レーザ測長器
２１ プローブ
Ｇ 定盤
Ｍ マスク

Claims (4)

1. 露光用光を用いてマスクのパターンを基板に露光する露光装置において、
   マスクを保持するマスクホルダと、
   前記マスクに対して、基板を移動可能に支持するステージと、
   露光動作中に前記マスクが位置する範囲に対向するようにして前記ステージに搭載された変位計と、を有し、
   前記マスクに対して前記ステージを２次元的に移動させながら、前記変位計により、複数箇所で前記マスクと前記ステージとの間の相対距離を測定することで、前記マスクの平坦度を求めることを特徴とする露光装置。
2. 前記変位計は、前記ステージの略中央に配置される中央センサと、前記中央センサの周囲に配置される周辺センサとを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記周辺センサは、前記中央センサの出力信号に応じて校正されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 経時的に、前記中央センサの出力信号と、前記周辺センサの出力信号との差を求めることで、前記ステージの案内精度の変化を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。

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