JP2001093808A

JP2001093808A - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2001093808A
Application number: JP26780599A
Authority: JP
Inventors: Takashi Masuyuki; 崇舛行
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】精度良く且つ生産性・作業性が良い露光方法
及び露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】露光装置１は、光源２１からの光束をマ
スクＭに照明する照明光学系２と、露光光ＥＬで照明さ
れたマスクＭのパターンの像を基板Ｗ上に投影する投影
光学系３と、複数の基板ホルダ６を有する基板ステージ
７と、露光装置１の動作全体を統括制御する制御部９と
を備えている。制御部９は、複数の基板ホルダ６のうち
の１つに基板Ｗを載置させ、基板ホルダ６と載置した基
板Ｗとの温度差がほぼ無くなるまでの待ち時間の経過
後、この基板Ｗに対して露光処理を行うよう基板ステー
ジ７を制御する。このとき、複数の基板ホルダ６は、互
いに厚さが異なるように設定することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、薄膜磁気
ヘッド製造における露光工程で用いられる露光方法及び
露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、薄膜磁気ヘッドや半導体素子
あるいは液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製
造する場合に種々の露光装置が使用されているが、フォ
トマスクあるいはレチクル（以下、「マスク」という）
に形成されたパターンの像を、表面にフォトレジスト等
の感光剤を塗布された基板上に投影光学系を介して投影
する露光装置が一般的に使用されている。

【０００３】このような露光装置において、露光処理さ
れるべき基板は基板ローダによって投影光学系の投影領
域内に配置される基板ホルダに載置される。基板ホルダ
に載置された基板は、基板ホルダを支持する基板ステー
ジの操作によって投影光学系の光軸方向（Ｚ方向）に移
動され、投影光学系の焦点位置の焦点深度内に収められ
た後、１枚ずつ露光処理される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板ステー
ジのＺ方向の移動可能範囲は、ある基準の基板厚さに対
して設定されている。したがって、このような露光装置
を用いて厚さが大きく異なる基板のそれぞれに対して露
光処理を行う際、基板を投影光学系の焦点深度内に収め
るためには基板ステージのＺ方向の移動可能範囲が不十
分で、基板ステージのＺ方向の移動による高さ調整のみ
では対応しきれない場合がある。したがって、これらそ
れぞれの基板を投影光学系の焦点深度内におさめるため
に露光処理に際し、基板ホルダは基板の厚さに対応する
ような厚いもの又は薄いものに交換される。しかしなが
ら、基板ホルダと基板ステージとは通常、ねじ止めされ
ており、基板ホルダの交換には手間がかかる。

【０００５】また、基板ホルダに供給される基板はレジ
スト工程や搬送工程等において加熱される場合がある
が、この状態で基板ホルダに載置されると温度変化を生
じて変形することがある。この場合、精度の良いフォー
カス・レベリング調整や露光処理が困難となる。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、精度良く且つ生産性・作業性が良い露光方法
及び露光装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、実施の形態に示す図１〜図７に対応付けし
た以下の構成を採用している。本発明の露光方法は、マ
スク（Ｍ）のパターンを基板（Ｗ）上に投影することに
よって基板（Ｗ）を露光する露光方法において、複数の
基板ホルダ（６）のうちの１つに基板（Ｗ）を載置し、
基板ホルダ（６）とこの基板ホルダ（６）に載置した基
板（Ｗ）との温度差がほぼ無くなるまでの待ち時間
（ｔ）の経過後、基板（Ｗ）に対して露光処理を行うこ
とを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、露光処理を行う際、基板
ホルダ（６）とこの基板ホルダ（６）に載置した基板
（Ｗ）との温度差を無くすための待ち時間（ｔ）を設け
たことにより、温度変化に起因する基板（Ｗ）の変形が
止まってから安定した露光処理が行われる。

【０００９】この待ち時間（ｔ）の間、複数の基板ホル
ダ（６）のうちの他の基板ホルダ（６）に保持された基
板（Ｗ）を露光処理することができるので、生産性は向
上する。

【００１０】基板（Ｗ）を基板ホルダ（６）に載置して
からこの基板ホルダ（６）との温度差がほぼ無くなるま
でに要する待ち時間（ｔ）を予め計測しておき、複数の
基板ホルダ（６）に順次保持された基板（Ｗ）のそれぞ
れについて待ち時間（ｔ）を経過したか否かを判断し、
この待ち時間（ｔ）が経過した基板（Ｗ）に対して露光
処理を行うことによって、温度変化に起因する基板
（Ｗ）の変形が確実に止まった状態で精度良い安定した
露光処理が行える。

【００１１】露光処理を行う一の基板（Ｗ）に対して、
二以上の基板（Ｗ）を基板ホルダ（６）に保持させてお
くことにより、一の基板（Ｗ）に対する露光処理と他の
基板（Ｗ）の温度安定化とを同時に行うことができるの
で、生産性・作業性は向上される。

【００１２】待ち時間（ｔ）の間、基板ホルダ（６）は
基板（Ｗ）を真空吸着するとともに、待ち時間（ｔ）経
過後、この基板（Ｗ）を露光処理する前に基板（Ｗ）の
真空吸着を解除し、再度真空吸着することによって、放
熱によって伸縮された基板（Ｗ）の元に戻るときに生じ
る応力は開放される。したがって、基板（Ｗ）に対する
露光処理は伸縮に伴う基板（Ｗ）の歪みを除去した状態
で精度良く行われる。

【００１３】本発明の露光装置は、マスク（Ｍ）のパタ
ーンを基板（Ｗ）上に投影することによって基板（Ｗ）
を露光する露光装置において、複数の基板ホルダ（６）
を有する少なくとも１つの基板ステージ（７）と、複数
の基板ホルダ（６）のうちの１つに基板（Ｗ）を載置さ
せ、基板ホルダ（６）とこの基板ホルダ（６）に載置し
た基板（Ｗ）との温度差がほぼ無くなるまでの待ち時間
（ｔ）の経過後、基板（Ｗ）に対して露光処理を行うよ
う基板ステージ（７）を制御する制御手段（９）とを備
えることを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、露光処理は、基板ステー
ジ（７）上の複数の基板ホルダ（６）とこの基板ホルダ
（６）に載置された基板（Ｗ）との温度差がほぼ無くな
ってから行われる。したがって、温度変化に起因する基
板（Ｗ）の変形が止まってから精度良く安定した露光処
理が行われる。

【００１５】制御手段（９）は、待ち時間（ｔ）の間、
複数の基板ホルダ（６）のうちの他の基板ホルダ（６）
に保持された基板（Ｗ）を露光処理するように基板ステ
ージ（７）を制御するので、基板（Ｗ）に対する露光処
理と基板（Ｗ）の温度安定化とを同時に行うことができ
る。したがって、生産性・作業性は向上される。

【００１６】複数の基板ホルダ（６）は、互いに厚さが
異なる少なくとも２つの基板ホルダ（６）を有している
ので、露光処理される基板（Ｗ）の厚さが大きく異なっ
ている場合でも、基板ホルダ（６）を交換することな
く、簡易な構成で基板（Ｗ）を投影光学系（３）の焦点
深度内に配置させることができる。したがって、精度良
い安定した露光処理が行える。

【００１７】制御手段（９）は、複数の基板ホルダ
（６）に順次保持された基板（Ｗ）のそれぞれについ
て、基板（Ｗ）を基板ホルダ（６）に載置してから基板
ホルダ（６）との温度差がほぼ無くなるまでに要する待
ち時間（ｔ）を経過したか否かを判断し、経過した基板
（Ｗ）に対して露光処理を行うように指示するので、温
度変化による基板（Ｗ）の変形が確実に止まった状態に
おいて精度良い安定した露光処理を行うことができる。

【００１８】マスク（Ｍ）のパターンを基板（Ｗ）上に
投影することによって基板（Ｗ）を露光する露光装置に
おいて、複数の基板ホルダ（６）を有する少なくとも１
つの基板ステージ（７）と、基板ステージ（７）上に設
けられ、互いに厚さの異なる複数の基板ホルダ（６）と
を備えることを特徴とする露光装置により、様々な厚さ
を有する複数の基板（Ｗ）は、簡易な構成で投影光学系
（３）の焦点深度内に収められる。したがって、精度良
い露光処理が効率良く行われる。

【００１９】この場合、複数の基板ホルダ（６）におけ
る厚さの差は、処理する複数の基板（Ｗ）における厚さ
の差に応じて設定されるので、各基板（Ｗ）は投影光学
系（３）の焦点深度内に確実に配置される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
露光方法及び露光装置を図面を参照しながら説明する。
このうち、図１は本発明の露光装置の概略構成図であ
る。

【００２１】図１において、露光装置１は、水銀ランプ
等の光源２１からの光束をマスクホルダ５に保持される
マスクＭに照明する照明光学系２と、この照明光学系２
内に配され露光用照明光（露光光）ＥＬを通過させる開
口Ｓの面積を調整してこの露光光ＥＬによるマスクＭの
照明範囲を規定するブラインド部４と、露光光ＥＬで照
明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｗ上に投影する
投影光学系３と、基板Ｗを保持するための基板ホルダ６
と、この基板ホルダ６を複数備える基板ステージ７と、
露光装置１の動作全体を統括制御する制御部（制御手
段）９とを備えている。

【００２２】照明光学系２は、光源２１から射出された
光束を集光する楕円鏡２２と、この光源２１からの光束
のうち露光に必要な波長のみを通過させる波長フィルタ
２３と、この波長フィルタ２３を通過した光束をほぼ均
一な照度分布の光束に調整して露光光ＥＬに変換しブラ
インド部４に導くフライアイインテグレータ２４と、ブ
ラインド部４によって照明範囲を規定され、反射ミラー
２５によって導かれた露光光ＥＬをマスクＭに均一な照
度で照明するメインコンデンサレンズ２６とを備えてい
る。

【００２３】ブラインド部４は、例えば、平面Ｌ字状に
屈曲し露光光ＥＬの光軸ＡＸと直交する面内で組み合わ
せられることによって矩形状の開口Ｓを形成する一対の
ブレード４１Ａ、４１Ｂと、これらブレード４１Ａ、４
１Ｂを制御部９の指示に基づいて光軸ＡＸと直交する面
内で変位させる遮光部変位装置４２Ａ、４２Ｂとを備え
ている。このとき、開口Ｓの大きさはブレード４１Ａ、
４１Ｂの変位に伴って変化し、開口Ｓはフライアイイン
テグレータ２４から入射される露光光ＥＬのうち、通過
させた露光光ＥＬのみを反射ミラー２５を介してメイン
コンデンサレンズ２６に送る。開口Ｓにより規定された
露光光ＥＬは、メインコンデンサレンズ２６を介してマ
スクホルダ５に保持されるマスクＭの特定領域（パター
ン領域）ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。これら各光
学部材及びブラインド部４は所定位置関係で配置されて
おり、ブラインド部４はマスクＭのパターン面と共役な
面に配置されている。

【００２４】マスクホルダ５はその上面の４つのコーナ
ー部分に真空吸着部１２を備えており、この真空吸着部
１２を介してマスクＭがマスクホルダ５上に保持されて
いる。このマスクホルダ５は、マスクＭ上のパターンが
形成された領域であるパターン領域ＰＡに対応した開口
（図示略）を備え、不図示の駆動機構によりＸ方向、Ｙ
方向、θ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に微動可能となっ
ており、これによって、パターン領域ＰＡの中心（マス
クセンター）が投影光学系３の光軸ＡＸを通るようにマ
スクＭの位置決めが可能な構成となっている。

【００２５】投影光学系３は、開口Ｓによって規定され
たマスクＭの露光光ＥＬによる照明範囲に存在するパタ
ーンの像を基板Ｗに結像させ、基板Ｗの特定領域（ショ
ット領域）にパターンの像を露光するものである。この
投影光学系３は、蛍石、フッ化リチウム等のフッ化物結
晶からなるレンズや反射鏡などの複数の光学部材からな
っている。本実施形態では、この投影光学系３として、
投影倍率が例えば１／４あるいは１／５の縮小光学系が
用いられる。このため、マスクＭに形成されたパターン
は投影光学系３により基板Ｗ上のショット領域に縮小投
影され、基板Ｗ上にはマスクＭに形成されたパターンの
縮小像が転写形成される。

【００２６】基板ステージ７上には、基板Ｗを保持する
ための基板ホルダ６が複数設けられている。本実施形態
においては、基板ステージ７は２つの基板ホルダ６Ａ、
６Ｂを備えている。基板ステージ７は、ベース７１と、
このベース７１上を図１におけるＸ方向に往復移動可能
なＸステージ７２と、このＸステージ７２上をＸ方向と
直交するＹ方向に往復移動可能なＹステージ７３と、こ
のＹステージ７３上に設けられた基板テーブル７４とを
備えている。すなわち、この基板ステージ７に固定され
た基板ホルダ６はＸ−Ｙ平面に沿った水平方向に（投影
光学系３の光軸ＡＸに対して垂直な方向に）移動可能に
支持されている。このとき、投影光学系３の光軸ＡＸは
Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ方向と一致している。すなわ
ち、Ｘ−Ｙ平面は、投影光学系３の光軸ＡＸと直交関係
にある。さらに、基板テーブル７４はＹステージ７３上
にＸＹ方向に位置決めされて且つＺ軸方向の移動及び傾
斜が許容された状態で取り付けられている。

【００２７】それぞれの基板ホルダ６（６Ａ、６Ｂ）
は、図２に示すように、負圧による吸着溝６２、６４、
６６を備えている。吸着溝６２の底には吸引穴６２Ａ、
６２Ｂが形成されている。また、吸着溝６４の底には吸
引穴６４Ａ、６４Ｂが形成されている。吸着溝６６の底
には吸引穴６６Ａが形成されている。そして、これら基
板ホルダ６（６Ａ、６Ｂ）は基板Ｗを真空吸着によって
それぞれ独立して保持可能な構成となっている。

【００２８】これら基板ホルダ６Ａ、６Ｂのそれぞれの
厚さ（Ｚ方向の幅）は互いに異なるように設定可能であ
る。この場合、それぞれの基板ホルダ６における厚さの
差は、各基板ホルダ６に載置されるそれぞれの基板Ｗの
厚さの差に応じて基板Ｗのそれぞれのパターン転写面を
Ｚ方向においてほぼ同じ位置にするように設定される。

【００２９】また、複数の基板Ｗのそれぞれのパターン
転写面をＺ方向においてほぼ同じ高さ位置にするため
に、複数の基板ホルダ６のうち少なくとも１つに、基板
Ｗのパターン転写面を所定高さ位置（Ｚ方向の位置）に
設定するための高さ調整機構を備えさせることができ
る。この高さ調整機構は、図２に示すような、基板Ｗと
基板ホルダ６との間に対して挿入及び離脱可能なアダプ
タ８によって構成される。

【００３０】この場合、アダプタ８は吸着溝８２、８６
及び溝８４を備えており、吸着溝８２の底には吸引穴８
２Ａ、８２Ｂが形成されている。また、吸着溝８６の底
には吸引穴８６Ａが形成されている。アダプタ８側の吸
引穴８２Ａ、８２Ｂ、８６Ａは、基板ホルダ６側の吸引
穴６２Ａ、６２Ｂ、６６Ａにそれぞれ一致して連通して
おり、これら吸引穴６２Ａ、６２Ｂ、６６Ａは、吸引路
８０、バルブ（開閉弁）８２を介して基板吸着用バキュ
ーム源（図示せず）に接続されている。一方、基板ホル
ダ６の他の吸引穴６４Ａ、６４Ｂは、吸引路８４、バル
ブ８６を介してアダプタ用バキューム源（図示せず）に
接続されている。すなわち、基板ホルダ６には、基板吸
着用の吸着溝及び吸引穴とアダプタ吸着用の吸着溝及び
吸引穴が交互に設けられている。このように、基板ホル
ダ６の吸着は基板吸着用とアダプタ吸着用との２系統に
よって構成されている。なお、バルブ８２、８６として
は例えば手動の弁でもよいが、電磁弁などの電気的に制
御可能なものでもよい。

【００３１】基板ステージ７のＸＹ方向の位置はレーザ
干渉計システムによって調整されるようになっている。
これを詳述すると、基板ステージ７（基板テーブル７
４）の−Ｘ側の端部には、平面鏡からなるＸ移動鏡７５
ＸがＹ方向に延設されている。このＸ移動鏡７５Ｘにほ
ぼ垂直にＸ軸レーザー干渉計７６Ｘからの測長ビームが
投射され、その反射光がＸ軸レーザー干渉計７６Ｘ内部
のディテクタによって受光され、Ｘ軸レーザー干渉計７
６Ｘ内部の参照鏡の位置を基準としてＸ移動鏡７５Ｘの
位置、すなわち基板ＷのＸ位置が検出されるようになっ
ている。同様に、図示は省略されているが、基板ステー
ジ７の＋Ｙ側の端部には平面鏡からなるＹ移動鏡がＹ方
向に延設されている。そして、このＹ移動鏡を介してＹ
軸レーザー干渉計によって上記と同様にしてＹ移動鏡の
位置、すなわち基板ＷのＹ位置が検出される。Ｘ軸及び
Ｙ軸それぞれのレーザー干渉計の検出値（計測値）、す
なわち基板ＷのＸＹ方向の位置情報は制御部９に送られ
る。

【００３２】一方、投影光学系３の投影領域内に配置さ
れた基板ＷのＺ方向の位置は斜入射方式の焦点検出系の
１つである多点フォーカス位置検出系によって検出さ
れ、この検出値に基づいて調整されるようになってい
る。これを詳述すると、多点フォーカス位置検出系は、
光ファイバ束８１、集光レンズ８２、パターン形成板８
３、レンズ８４、ミラー８５及び照射対物レンズ８６か
らなるビーム照射系１３と、集光対物レンズ８７、結像
レンズ８９、多数の受光センサとしてのフォトセンサを
有する受光器９０からなるビーム受光系１４とから構成
されており、露光光ＥＬとは異なる基板Ｗ上のフォトレ
ジストを感光させない波長のビームが、図示しない照明
光源から光ファイバ束８１を介して導かれる。光ファイ
バ束８１から射出されたビームは、集光レンズ８２を経
てパターン形成板８３を照明する。パターン形成板８３
を透過したビームは、レンズ８４、ミラー８５及び照射
対物レンズ８６を経て基板Ｗ表面に投影され、基板Ｗ表
面にはパターン形成板８３上のパターンの像が投影結像
される。基板Ｗで反射されたビームの反射光は、集光対
物レンズ８７、結像レンズ８９を経て受光器９０の受光
面に投影される。受光器９０の多数のフォトセンサから
の検出信号（光電変換信号）は信号処理装置１０に供給
され、この信号処理装置１０によって処理された信号、
すなわち基板ＷのＺ方向の位置情報は制御部９に送られ
る。制御部９は、この信号処理装置１０からの信号に基
づいて基板ＷのＺ方向の位置を検出する。

【００３３】制御部９は、レーザー干渉システム及び多
点フォーカス位置検出系により得られた基板ＷのＸＹ方
向及びＺ方向の位置情報をモニターしつつ、駆動系とし
ての基板ステージ駆動装置７８を介してＸステージ７
２、Ｙステージ７３及び基板テーブル７４を駆動し、マ
スクＭのパターン面と基板Ｗ表面とが投影光学系３に関
して共役となるように、且つ投影光学系３の結像面と基
板Ｗとが一致するように、基板ＷのＸＹ方向、Ｚ方向及
び傾斜方向の位置決め動作を行う。このようにして位置
決めがなされた状態で照明光学系２から射出された露光
光ＥＬによりマスクＭのパターン領域ＰＡがほぼ均一な
照度で照明されると、マスクＭのパターンの像が投影光
学系３を介して表面にフォトレジストを塗布された基板
Ｗ上に結像される。

【００３４】このような構成を持つ露光装置１を用いて
マスクＭのパターンの像を基板Ｗに転写する方法につい
て、図５を参照しながら説明する。図５は、複数の基板
ホルダ６に順次載置される複数の基板Ｗの温度と時間と
の関係を示す図である。

【００３５】まず、制御部９は、不図示の基板ローダ
に、露光処理されるべき基板Ｗ１を基板ホルダ６Ａに供
給するよう指示する。基板Ｗ１は基板ローダによって基
板ホルダ６Ａに載置される（工程Ｓ１）。このとき、基
板Ｗ１はレジスト工程や搬送工程等において加熱されて
おり、この加熱された状態で基板ホルダ６Ａに吸着保持
される。

【００３６】次いで、基板Ｗ２が基板ローダによって基
板ホルダ６Ｂに載置される（工程Ｓ２）。このとき、先
に基板ホルダ６Ａに保持されている基板Ｗ１はその保持
状態を維持されている。基板Ｗ１は保持状態を維持され
ることによって、図５（ａ）に示すように、その温度を
基板ホルダ６Ａの温度に近づける。すなわち、基板Ｗ１
と基板ホルダ６Ａとの温度差は、基板Ｗ１と基板ホルダ
６Ａとの熱交換や基板Ｗ１自身の放熱などによって低減
される。

【００３７】基板Ｗ１は、処理待ち時間として所定時間
ｔだけ基板ホルダ６Ａに保持状態を維持されることによ
り、基板ホルダ６Ａとの温度差をほぼ無くす。この待ち
時間ｔは、基板Ｗが基板ホルダ６に載置されてから、基
板Ｗ自身の放熱や基板ホルダ６との熱交換などによって
基板Ｗと基板ホルダ６との温度差がほぼ無くなるまでに
要する時間であって、この待ち時間ｔに関するデータは
予め制御部９に記憶されている。

【００３８】待ち時間ｔに関するデータは予め実験的に
求められているものである。すなわち、基板Ｗを基板ホ
ルダ６に載置してからこの基板ホルダ６Ａとの温度差が
ほぼ無くなるまでに要する時間は予め実験的に求められ
ており、制御部９にはこの時間に関するデータが記憶さ
れている。つまり、制御部９には基板Ｗと基板ホルダ６
との温度差と待ち時間ｔとの関係が記憶されている。こ
のとき、基板ホルダ６に載置される基板Ｗが複数種類に
及ぶ場合には、制御部９には各種類の基板Ｗに応じた複
数のデータが記憶される。制御部９は、このデータに基
づいて、温度差がほぼ無くなったか否か、すなわち温度
差が所定値以下になったか否かを判断する。

【００３９】基板Ｗ１と基板ホルダ６Ａとの温度差が無
くなることで、基板Ｗ１の温度は安定化されるので、温
度変化に起因する基板Ｗ１の変形は止められる。しがた
って、基板ホルダ６に保持された基板Ｗについて待ち時
間ｔを経過したか否かを判断することにより、基板Ｗ１
の変形がほぼ止まったか否かを判断することができる。
よって、待ち時間ｔが経過した基板Ｗに対して露光処理
を行うことにより、温度変化に起因する変形を止められ
た基板Ｗに対して露光処理を行うことができる。

【００４０】こうして、制御部９は、基板ホルダ６Ａに
保持された基板Ｗ１のついて、予め設定されている待ち
時間ｔを経過したか否かを判断し、待ち時間ｔが経過し
たと判断したら、まず、基板ホルダ６Ａは基板Ｗの真空
吸着を一旦解除し、再度真空吸着する。これによって、
伸縮された基板Ｗが元に戻るときに生じる応力は開放さ
れるようになっているので、基板Ｗに生じる歪みが除去
される。

【００４１】次いで、制御部９は基板Ｗ１の位置決めを
行うために、前述したレーザー干渉システム及び多点フ
ォーカス位置検出系を用いて基板ステージ７を制御し、
フォーカス位置調整・レベリング調整を行う。制御部９
は、信号処理装置１０の算出結果に基づき、基板Ｗのパ
ターン転写面の位置が投影光学系３の焦点位置に配され
るように、基板ステージ駆動装置７８によって基板ホル
ダ６Ａに保持されている基板Ｗを投影光学系３の光軸Ａ
Ｘ方向に移動させることによってフォーカス位置調整を
行う。この場合、制御部９は、フォーカス位置調整を行
ったあと、レベリング調整を行う。そして、位置決めさ
れた基板Ｗ１に対して露光処理が行われる（工程Ｓ
３）。

【００４２】なお、基板ホルダ６との温度差が無くなっ
た時点でも変形が止まらないような特性を有する基板に
対しては、形状測定機等を用いて、基板Ｗを基板ホルダ
６に載置してからこの基板ホルダ６との温度差による基
板Ｗの変形がほぼ止まるまでに要する待ち時間を予め計
測しておき、基板ホルダ６に保持された基板Ｗについて
待ち時間を経過したか否かを判断し、この待ち時間が経
過した時点で露光処理を行うようにしてもよい。

【００４３】図３に示すように、基板Ｗ１に対する露光
処理が行われている間、基板Ｗ２はもう一方の基板ホル
ダ６Ｂに保持されている。すなわち、基板ホルダ６Ｂと
の温度差を無くすための基板Ｗ２の待ち時間ｔの間、基
板ホルダ６Ａに保持された基板Ｗ１に対する露光処理が
行われるようになっている。

【００４４】基板Ｗ１に対する露光処理が終了したら、
基板ステージ７を移動し、基板Ｗ１を保持している基板
ホルダ６Ａを不図示の基板アンローダとの受け渡し場所
に配置させる。このとき、基板ホルダ６Ｂに保持されて
いる基板Ｗ２は投影光学系３の投影領域に配置される。
露光処理を終えられた基板Ｗ１は基板アンローダによっ
て次工程に搬送される。これと同時に、次の露光処理さ
れるべき基板Ｗ３が不図示の基板ローダによって基板ホ
ルダ６Ａに供給される（工程Ｓ４）。

【００４５】制御部９は、投影光学系３の投影領域に配
置された基板Ｗ２が待ち時間ｔを経過しているか否かを
判断する。待ち時間ｔを経過していると判断された場合
には、基板Ｗ２は基板ホルダ６Ｂによる吸着の一旦解除
及び再吸着をされた後、位置決めされ、露光処理を施さ
れる。一方、待ち時間ｔを経過していないと判断された
場合には、基板Ｗ２は待ち時間ｔが経過するまで基板ホ
ルダ６Ｂによる吸着保持を維持される。そして、待ち時
間ｔが経過した時点で、基板Ｗ２は真空吸着の一旦解
除、再吸着及び位置決めを経て露光処理を施される（工
程Ｓ５）。基板Ｗ２に対する露光処理が行われている
間、基板Ｗ３は基板ホルダ６Ａに保持されている。

【００４６】こうして、基板ステージ７上に複数設けら
れている基板ホルダ６Ａ、６Ｂには、図５に示すよう
に、順次基板Ｗ１、Ｗ２、…、Ｗ４が交互に供給され
る。そして、制御部９はこれら基板ホルダ６Ａ、６Ｂに
保持された基板Ｗ１、Ｗ２、…、Ｗ４のそれぞれについ
て待ち時間ｔを経過したか否かを判断し、この待ち時間
ｔが経過した基板Ｗに対して露光処理を行う。

【００４７】ところで、露光処理される基板Ｗの厚さが
大きく異なる場合には、図４に示すように、基板ホルダ
６Ａ、６Ｂの厚さを異なるように設定しておく。厚さの
異なる基板ホルダ６Ａ、６Ｂによって、それぞれの基板
ホルダ６Ａ、６Ｂに保持される基板Ｗのパターン転写面
は、基板ステージ７のＺ方向への移動可能範囲内で投影
光学系３の焦点深度内におさめることができる。あるい
は、前述したように、複数の基板Ｗのそれぞれの厚さに
応じて、アダプタ８を設ける。

【００４８】このように、複数の基板ホルダ６Ａ、６Ｂ
に順次載置される基板Ｗ１、Ｗ２、…、のそれぞれにつ
いて露光処理待ち時間ｔを設定するとともに、この待ち
時間ｔを経過してから基板Ｗに対する露光処理を行うよ
うにしたので、露光処理は基板Ｗの温度変化に起因する
変形を抑えた状態で精度良く安定して行われる。つま
り、基板Ｗはレジスト工程や搬送工程等において加熱さ
れ、膨張する場合があるが、この状態では精度良いフォ
ーカス位置調整・レベリング調整及び露光処理は行われ
ない。しかしながら、この基板Ｗを基板ホルダ６に保持
させたままの状態で所定時間放置しておくことにより、
加熱されている基板Ｗは放熱され、温度変化を起こさな
くなる。したがって、基板Ｗは温度変化による変形を無
くした状態で精度良い位置決め及び露光処理が施され
る。

【００４９】このとき、基板ステージ７には複数の基板
ホルダ６が設置されているので、一方の基板ホルダ６Ａ
（６Ｂ）に保持された基板Ｗに対する露光処理と、他方
の基板ホルダ６Ｂ（６Ａ）に保持される基板の温度安定
化とが同時に行われる。したがって、生産性・作業性は
向上される。つまり、本実施形態における単位時間当た
りの生産性は、図６に示すような、１つの基板ホルダ６
に基板Ｗ１を供給し（工程Ｔ１）、この基板Ｗ１に対し
て待ち時間ｔを設け、この待ち時間ｔ経過後に露光処理
を行い（工程Ｔ２）、露光処理を終えた基板Ｗ１を新た
な基板Ｗ２に交換し（工程Ｔ３）、これをＷ２、Ｗ３、
…、に対して順次繰り返す方法に比べて良い。このよう
に、一の基板Ｗに対する待ち時間ｔは、他の基板Ｗの露
光処理時間を利用して設定されるので、生産性は向上さ
れる。

【００５０】また、本実施形態では、異なる基板Ｗ１、
Ｗ２、…、を順次露光処理する際に、基板Ｗ毎に待ち時
間を設けるものであるが、１つの基板Ｗに対する露光毎
にこの待ち時間を設けてもよい。つまり、基板Ｗに形成
されるパターンは、通常、複数の層（レイヤ）によって
形成され、この基板Ｗのパターンは複数のマスクＭを用
いて複数回露光によって製造されるが、このときのある
露光から次の露光までの時間を待ち時間として設定する
ことができる。すなわち、１つの基板Ｗに対して露光処
理を行った後ただちに次の露光処理を行った場合、次の
露光処理は初めの露光処理によって加熱された状態の基
板Ｗに対して行われることになるので、レイヤの重ね合
わせ精度は悪くなるが、１つの基板Ｗに対する露光終了
から次の露光開始までの待ち時間を設定することによっ
て、レイヤの重ね合わせ精度は向上する。なお、レイヤ
を重ね合わせる露光工程に対して待ち時間を設定可能と
する形態の他に、例えば、１つの基板Ｗ上での複数のシ
ョット領域のうちのあるショット領域の露光終了から次
のショット領域の露光開始までの時間を設定する形態と
することももちろん可能である。この場合、上述のよう
に２つの露光処理の間に待ち時間を設定し、基板Ｗを放
熱させてからフォーカス位置調整・レベリング調整を行
うことが好ましい。このように、待ち時間の設定は、シ
ョット領域毎、あるいは基板毎の両方に適用できる。

【００５１】待ち時間ｔの間、基板ホルダ６は基板Ｗを
真空吸着するとともに、待ち時間ｔ経過後、この基板Ｗ
を露光処理する前に基板Ｗの真空吸着を解除し、再度真
空吸着することにより、放熱によって伸縮された基板Ｗ
の元に戻るときに生じる応力は開放される。したがっ
て、基板Ｗに生じた歪みを除去した状態で精度良い位置
決め及び露光処理を行うことができる。つまり、基板Ｗ
は温度安定化のために所定時間、基板ホルダ６に吸着保
持された状態を維持されるが、このとき放熱によって伸
縮する。したがって、基板Ｗが十分に放熱された後、一
旦真空吸着を解除してやることにより、基板Ｗに加わる
応力は開放される。

【００５２】基板ステージ７は、複数の基板ホルダ６を
備えており、これら基板ホルダ６の厚さを互いに異なる
ように設定することが可能である。すなわち、露光処理
されるべき複数の基板Ｗの厚みが大きく異なる場合、従
来の露光装置は基板ホルダ６を１つだけ備えた構成であ
るので、基板ステージ７のＺ方向の移動のみでは対応し
きれないときには、基板Ｗの露光面の高さ位置を所定の
位置に設置するためにその都度基板ホルダ６を交換して
いた。あるいは、通常の露光装置は、例えば０．５ｍｍ
程度の厚さを有するシリコンウェーハ用に製造されてお
り、この露光装置を用いて１〜３ｍｍ程度の厚さを有す
る薄膜磁気ヘッド用基板であるセラミック基板の露光処
理を行う際、アライメント精度の確認等、通常時におけ
る装置全体の精度確認は、まずこのシリコンウェーハに
よって行われることが多い。したがって、シリコンウェ
ーハによる精度確認の後、このシリコンウェーハ用の基
板ホルダをセラミック基板用の基板ホルダに交換してか
ら露光処理する場合が多かった。しかしながら、基板ス
テージ７上に複数の基板ホルダ６を設置可能とし、この
基板ホルダ６における厚さの差を、露光処理する複数の
基板Ｗにおける厚さの差に応じて設定することによっ
て、基板ホルダ６を交換することなく基板Ｗのパターン
転写面を所定高さ位置に効率良く設けることができる。
このとき、本実施形態に示したように、高さ調整機構と
してアダプタ８により高さ位置を調整することにより、
簡易な構成で基板Ｗの露光面の高さ位置調整が行われ
る。

【００５３】なお、基板ステージ７上に設ける基板ホル
ダ６は２つに限らず、３つ以上複数設けることができ
る。このとき、複数の基板ホルダ６は、互いに厚さの異
なる少なくとも２つの基板ホルダを備える構成とするこ
とができる。

【００５４】また、複数の基板ホルダ６毎にそれぞれ独
立して複数の基板ステージ７を備える構成とすることが
できる。この場合、これら複数の基板ホルダ６に保持さ
れる複数の基板Ｗのうち、露光処理が終了した基板Ｗ
を、次の基板Ｗに対する露光処理を行いながら基板ホル
ダ６から取り外し、且つこの基板ホルダ６に新たな基板
Ｗを保持させることができる。これは、複数の基板ホル
ダ６に保持された基板Ｗのうち、一の基板Ｗに対する露
光処理中に、他の基板Ｗを基板ホルダ６から取り外すと
ともに新たな基板Ｗをこの基板ホルダ６に保持させる基
板交換装置によって実現される。このようなステージを
２つ有する構成の露光装置は、例えば特開平１０−１６
３０９７号公報に開示されている。また、上述の実施形
態における基板ホルダは、多数のピンによって基板を支
持するピンチャックホルダであっても良い。

【００５５】本発明に係る基板Ｗとしては、薄膜磁気ヘ
ッド用のセラミックウェーハのみならず、半導体デバイ
ス用の半導体ウェーハや、液晶表示デバイス用のガラス
プレートであってもよい。

【００５６】露光装置としては、マスクＭと基板Ｗとを
静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、基板Ｗを
順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方
式の露光装置（ステッパー）に限らず、マスクＭと基板
Ｗとを同期移動してマスクＭのパターンを基板Ｗに露光
するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置
（スキャニング・ステッパー）にも適用することができ
る。

【００５７】露光装置の種類としては、上記薄膜磁気ヘ
ッド製造用の露光装置のみならず、半導体ウェーハ製造
用の露光装置や、液晶表示デバイス製造用の露光装置、
撮像素子（ＣＣＤ）あるいはマスクＭなどを製造するた
めの露光装置などにも広く適用できる。

【００５８】照明光学系２の光源２１として、水銀ラン
プから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０
４．７ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマ
レーザ（２４８ｎｍ）や、Ｘ線や電子線などの荷電粒子
線などを用いることができる。例えば、電子線を用いる
場合には、電子銃として熱電子放射型のランタンヘキサ
ボライト（ＬａＢ6 ）、タンタル（Ｔａ）を用いること
ができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザなどの高
周波などを用いてもよい。

【００５９】投影光学系３の倍率は、縮小系のみなら
ず、等倍系および拡大系のいずれでもよい。

【００６０】また、投影光学系３としては、エキシマレ
ーザーなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や
蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ2 レーザ
やＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系
にし（マスクＭも反射型タイプのものを用いる）、また
電子銃を用いる場合には光学系として電子レンズおよび
偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子
線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもな
い。

【００６１】なお、位置検出用のビームの光路部分を、
両端に光透過窓が設けられた容器で覆い、この容器の内
部のガスの温度、圧力等を制御するようにしてもよい。
あるいは、この容器内部を真空にしてもよい。これによ
り、その外部の光路上の空気揺らぎに起因する測長誤差
を低減することができる。かかる詳細は、例えば特開平
１０−１０５２４１号公報等に開示されている。

【００６２】基板ステージやマスクステージにリニアモ
ータを用いる場合には、エアベアリングを用いたエア浮
上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた
磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、基板ステー
ジ、マスクステージは、ガイドに沿って移動するタイプ
でもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであって
もよい。

【００６３】ステージの駆動装置として平面モ−タを用
いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニット
のいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電
機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に
設ければよい。

【００６４】なお、レーザー干渉計用の参照鏡（固定
鏡）を投影光学系に固定し、これを基準としてＸ移動
鏡、Ｙ移動鏡の位置を計測することも比較的多く行われ
るが、かかる場合には、参照ビームと測長ビームとを分
離する偏光ビームスプリッタ（プリズム）より先の光学
素子を基板室内部に収納し、レーザー光源、ディテクタ
等を基板室外に配置するようにしてもよい。

【００６５】基板ステージの移動により発生する反力
は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているよ
うに、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃が
してもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装
置においても適用可能である。

【００６６】マスクステージの移動により発生する反力
は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているよ
うに、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃が
してもよい。本発明はこのような構造を備えた露光装置
においても適用可能である。

【００６７】以上のように、本願実施形態の露光装置
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００６８】半導体デバイスは、図７に示すように、デ
バイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設
計ステップに基づいたマスクを製作するステップ２０
２、シリコン材料から基板（ウェーハ）を製造するステ
ップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスク
のパターンを基板に露光する基板処理ステップ２０４、
デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディ
ング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステッ
プ２０６等を経て製造される。

【００６９】

【発明の効果】本発明の露光方法及び露光装置は以下の
ような効果を有するものである。（１）露光処理を行う際、基板ホルダとこの基板ホルダ
に載置した基板との温度差が無くなるまで待ち時間を設
けたことにより、温度変化に起因する基板の変形が止ま
ってから露光処理が行われるので、精度良い安定した露
光処理が行われる。そして、基板ホルダを複数設けたこ
とによって、この待ち時間の間、複数の基板ホルダのう
ちの他の基板ホルダに保持された基板を露光処理するこ
とができるので、生産性・作業性は向上される。（２）複数の基板ホルダは、互いに厚さが異なる少なく
とも２つの基板ホルダを有することにより、基板の厚さ
が大きく異なっている場合でも、基板ホルダを交換する
ことなく、簡易な構成で基板を投影光学系の焦点深度内
に配置させることができる。したがって、精度良い安定
した露光処理が行える。この場合、複数の基板ホルダに
おける厚さの差は、処理する複数の基板における厚さの
差に応じて設定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一実施形態を示す構成図で
ある。

【図２】基板ホルダを説明する側方断面図図である。

【図３】複数の基板ホルダを備える基板ステージを説明
する図である。

【図４】複数の基板ホルダを備える基板ステージを説明
する図である。

【図５】複数の基板ホルダを備えた装置による基板の露
光処理と時間との関係を説明する図である。

【図６】１つの基板ホルダを備えた装置による基板の露
光処理と時間との関係を説明する図である。

【図７】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフロー
チャート図である。

【符号の説明】

１露光装置２照明光学系３投影光学系６基板ホルダ７基板ステージ９制御部（制御手段）ＭマスクＷ基板ｔ待ち時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを基板上に投影するこ
とによって前記基板を露光する露光方法において、複数の基板ホルダのうちの１つに前記基板を載置し、前
記基板ホルダと該基板ホルダに載置した基板との温度差
がほぼ無くなるまでの待ち時間の経過後、前記基板に対
して露光処理を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１に記載の露光方法において、前記待ち時間の間、前記複数の基板ホルダのうちの他の
基板ホルダに保持された基板を露光処理することを特徴
とする露光方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の露光方法におい
て、基板を基板ホルダに載置してから該基板ホルダとの温度
差がほぼ無くなるまでに要する待ち時間を予め計測して
おき、複数の前記基板ホルダに順次保持された基板のそ
れぞれについて前記待ち時間を経過したか否かを判断
し、該待ち時間が経過した基板に対して露光処理を行う
ことを特徴とする露光方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の露光方
法において、前記露光処理を行う一の基板に対して、二以上の基板を
前記基板ホルダに保持させておくことを特徴とする露光
方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の露光方
法において、前記待ち時間の間、前記基板ホルダは前記基板を真空吸
着するとともに、待ち時間経過後、該基板を露光処理す
る前に前記基板の真空吸着を解除し、再度真空吸着する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項６】マスクのパターンを基板上に投影するこ
とによって前記基板を露光する露光装置において、複数の基板ホルダを有する少なくとも１つの基板ステー
ジと、前記複数の基板ホルダのうちの１つに前記基板を載置さ
せ、前記基板ホルダと該基板ホルダに載置した基板との
温度差がほぼ無くなるまでの待ち時間の経過後、前記基
板に対して露光処理を行うよう前記基板ステージを制御
する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項７】請求項６に記載の露光装置において、前記制御手段は、前記待ち時間の間、前記複数の基板ホ
ルダのうちの他の基板ホルダに保持された基板を露光処
理するように前記基板ステージを制御することを特徴と
する露光装置。
【請求項８】請求項６又は７に記載の露光装置におい
て、前記複数の基板ホルダは、互いに厚さが異なる少なくと
も２つの基板ホルダを有することを特徴とする露光装
置。
【請求項９】請求項６〜８のいずれかに記載の露光装
置において、前記制御手段は、前記複数の基板ホルダに順次保持され
た基板のそれぞれについて、前記基板を前記基板ホルダ
に載置してから該基板ホルダとの温度差がほぼ無くなる
までに要する待ち時間を経過したか否かを判断し、経過
した基板に対して露光処理を行うように指示することを
特徴とする露光装置。
【請求項１０】マスクのパターンを基板上に投影する
ことによって前記基板を露光する露光装置において、複数の基板ホルダを有する少なくとも１つの基板ステー
ジと、前記基板ステージ上に設けられ、互いに厚さの異なる複
数の基板ホルダとを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の露光装置におい
て、前記複数の基板ホルダにおける厚さの差は、処理する複
数の基板における厚さの差に応じて設定されることを特
徴とする露光装置。