JP3259409B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題（図９〜図１２） 課題を解決するための手段（図１、図２、図４） 作用（図３、図５〜図８） 実施例（図１〜図８） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は露光装置に関し、例えば
液晶デイスプレイの製造に用いられる露光装置に適用し
て好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体基板やガラス基板上に設計
パターンを順次露光し、各種のデバイスを製造するこの
種の露光装置においては、基板上に既存するパターンと
次工程の設計パターンとの位置合わせに用いられるマー
ク（すなわちアライメントマーク）を設計パターンと同
じ光学系を用いて基板上に露光するようになされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのアライメ
ントマークは位置合わせ精度を向上させるためにも設計
パターンにできるだけ近い位置、可能であれば設計パタ
ーン内に形成されることが望ましいのであるが、液晶デ
イスプレイのように設計パターン（すなわち画素部）内
にアライメントマークを形成することができない場合に
は、基板のうち設計パターンの周辺領域にアライメント
マークを配置しなければならない。

【０００５】しかしアライメントマークを形成すること
ができる位置は、設計パターンの大きさやレイアウト、
また基板の大きさによつてそれぞれ異なり（例えば図９
において斜線で示す領域や図１０において十字マークで
示す位置）、デバイスの変更の度にアライメントマーク
の配置位置を考慮して露光原板のパターンを設計しなけ
ればならなかつた。

【０００６】またアライメントマークの配置位置が決定
しても一枚の基板上に複数のデバイスパターンＡ１〜Ａ
４を隣接するように配置する場合には、レチクル１上に
形成された設計パターンＡの上下位置に形成された一対
のアライメントマーク２及び３を一度に露光すると、ア
ライメントマーク２及び３の一方が他のデバイスパター
ンＡ１、Ａ２及びＡ３、Ａ４のパターン中に形成される
ため、露光位置に応じてアライメントマーク１又は２の
いずれかを選択的に露光しなければならない（図１
１）。

【０００７】しかしこの場合には、レチクル上で異なる
位置に配置されたアライメントマーク２及び３を用いる
ことになるためレンズデイストーシヨンの影響によつて
アライメント精度の低下を回避することができなかつ
た。そこで基板を保持するステージを移動させながら、
レチクル上の同じ位置に形成されたアライメントマーク
３を逐次露光することによつてレンズデイストーシヨン
の影響をなくすことが考えられるが（図１２）、この場
合には基板のサイズが大きくなるに伴つてアライメント
マークの露光に必要なステージの移動距離が長くなるた
め１枚の基板を露光するのに必要な時間が長くなる問題
があつた。

【０００８】またこの場合には、基板のサイズが同じで
も高い位置合わせ精度を得るために使用するアライメン
トマークの数を多くすると、その分１枚の基板を露光す
るのに必要な時間が長くなる問題があつた。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、デバイスの設計に要する時間を短縮することがで
き、また位置合わせマークの露光に要する時間を従来に
比して一段と短縮することができる露光装置を提案しよ
うとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の露光装置は、パターンを基板に投影
する投影光学系（１２）と、基板（１３）を位置決めす
る位置決め手段（１５Ｃ）とを備えた露光装置であっ
て、位置決め手段（１５Ｃ）が、投影光学系（１２）と
は別の光学系でなり、基板（１３）に位置決め用のマー
クであるアライメントマーク（３０Ｃ）を露光する露光
用光学系（１６Ｃ）と、露光用光学系（１６Ｃ）の少な
くとも一部の光路と共通の光路を有し、アライメントマ
ーク（３０Ｃ）を検出する検出光学系（１７Ｃ）とを備
えている。

【００１１】請求項２記載の露光装置は、位置決め手段
（１５Ｃ）がアライメントマーク（３０Ｃ）の位置に応
じ、投影光学系（１２）に対して検出光学系（１７Ｃ）
を任意の位置に移動する移動手段を備えている。請求項
３記載の露光装置は、投影光学系（１２）によりパター
ンを基板（１３）に露光する露光装置であって、投影光
学系（１２）の周囲に配置され、基板（１３）に形成さ
れたアライメントマーク（３０Ｃ）を検出する検出光学
系（１８Ｃ、２７Ｃ）と、基板（１３）に形成されたア
ライメントマーク（３０Ｃ）の位置に応じて、検出光学
系（１８Ｃ、２７Ｃ）を移動する移動手段とを備えてい
る。請求項４記載の露光装置は、アライメントマーク
（３０Ｃ）の位置が基板（１３）の大きさに応じて変わ
っている。請求項５記載の露光装置は、アライメントマ
ーク（３０Ｃ）の位置がパターンのレイアウトと大きさ
との少なくとも一方に応じて変わっている。請求項６記
載の露光装置は、検出光学系（１８Ｃ、２７Ｃ）がアラ
イメントマーク（３０Ｃ）を検出する指標となる指標部
材（２５Ｃ）を有している。請求項７記載の露光装置
は、アライメントマーク（３０Ｃ）を検出するカメラ
（２３Ｃ）を備えている。請求項８記載の露光装置は、
検出光学系（１８Ｃ、２７Ｃ）が投影光学系（１２）の
周囲に４つ配置されている。

【００１２】

【作用】請求項１から２記載の露光装置は、位置決め手
段（１５Ｃ）に設けられている露光用光学系（１６Ｃ）
により基板（１３）にアライメントマーク（３０Ｃ）を
露光している。これによりユーザはレチクル（１１）設
計の際、アライメントマーク（３０Ｃ）の配置位置を考
慮することなくパターンの設計に専念でき、レチクル
（１１）設計に要していた手間を従来に比して格段的に
軽減することができる。

【００１３】また、検出光学系（１７Ｃ）の光路が露光
用光学系（１６Ｃ）の少なくとも一部の光路と共通であ
るので、基板（１３）に形成されたアライメントマーク
（３０Ｃ）と検出光学系（１７Ｃ）の相対位置は一致す
る。このため、従来に比してアライメントに要する時間
を一段と短縮することができる。請求項３から８に記載
の露光装置は、移動手段がアライメントマーク（３０
Ｃ）の位置に応じて検出光学系（１７Ｃ）の位置を移動
しているので、例えば、基板（１３）の大きさが変わり
アライメントマーク（３０Ｃ）の位置が変わってもアラ
イメントマーク（３０Ｃ）を検出することができる。同
様に、パターンの大きさやレイアウトが変わりアライメ
ントマーク（３０Ｃ）の位置が変わってもアライメント
マーク（３０Ｃ）を検出することができる。

【００１４】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１５】図１において、１０は全体として投影露光
装置を示し、レチクル１１上に形成された設計パターン
１１Ａを投影レンズ１２を介して基板１３上に投影する
ようになされている。また投影露光装置１０は、投影レ
ンズ１２を取り囲む位置に固定された複数組（本図では
４組）の位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄを有し（図
２）、これら４組の位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄ
を基板１３上へのアライメント用レチクルパターンの露
光と、基板１３の位置合わせに共用するようになされて
いる。

【００１６】ここで位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄ
は、それぞれ対物光学系の光軸を同一とする光学系によ
つて構成される露光部１６Ａ〜１６Ｄと位置合わせ部１
７Ａ〜１７Ｄによつてなり、ビームスプリツタ１８Ａ〜
１８Ｄを介してレチクルパターンを露光し、又は基板１
３上の既存するデバイスパターンと次層の設計パターン
が所定の位置関係になるように位置合わせするようにな
されている。この露光部１６Ａ〜１６Ｄと位置合わせ部
１７Ａ〜１７Ｄは、それぞれ次のように構成されてい
る。

【００１７】すなわち露光部１６Ａ〜１６Ｄは、露光用
の光源１９Ａ〜１９Ｄとシヤツタ２０Ａ〜２０Ｄ、さら
にレチクル２１Ａ〜２１Ｄによつて構成されている。こ
こでシヤツタ２０Ａ〜２０Ｄは露光動作と位置合わせ動
作の切換用のシヤツタであり、露光時に開き、位置合わ
せ時に閉じるようになされている。またレチクル２１Ａ
〜２１Ｄ上にはアライメントマークの原画パターンが形
成されており、露光時にこのパターンが基板１３上に一
度に露光されるようになされている。

【００１８】一方、位置合わせ部１７Ａ〜１７Ｄは、レ
ーザ光を用いた位置合わせ方式とテレビジヨンカメラを
用いた位置合わせ方式のいずれにも適用し得るように受
光素子２２Ａ〜２２ＤとＣＣＤカメラ２３Ａ〜２３Ｄを
有し、レーザ光源２４Ａ〜２４Ｄより基板１３に照射さ
れたレーザ光の反射光を指標２５Ａ〜２５Ｄ、レーザビ
ームスプリツタ２６Ａ〜２６Ｄ、２７Ａ〜２７Ｄを介し
て受光し、基板１３上に形成されたアライメントマーク
３０Ａ〜３０Ｄと指標２５Ａ〜２５Ｄの位置が一致する
ようにステージ１４を駆動して基板１３を所定の位置に
移動させるようになされている。

【００１９】因にレーザ光源２４Ａ〜２４Ｄは、露光部
１６Ａ〜１６Ｄによるアライメントマーク３０Ａ〜３０
Ｄの露光の終了後、露光用の光源１９Ａ〜１９Ｄに代わ
つて基板１３を照射し、位置合わせ処理に移行するよう
になされている。またこの位置合わせ部１７Ａ〜１７Ｄ
により位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄは、図２にお
いて十文字によつて示す方向、すなわちＸ軸方向及びＹ
軸方向の両方向に対して位置合わせできるようになされ
ている。

【００２０】以上の構成において、投影露光装置１０に
よるアライメントマークの露光とこれを用いた位置合わ
せ動作を、まず６個のデバイスパターンもしくは相当す
る大きさのデバイス３１と４個のアライメントマーク３
０Ａ〜３０Ｄを図３に示す位置関係に配置する場合を例
にとつて説明する。この場合、６個のデバイスパターン
もしくは相当する大きさのデバイス３１と４個のアライ
メントマーク３０Ａ〜３０Ｄはそれぞれ投影光学系１２
と露光部１６Ａ〜１６Ｄにより基板１３上に露光され、
特に４個のアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄは一度に
露光される。

【００２１】このようにアライメントマーク３０Ａ〜３
０Ｄを一度に露光することができる結果、従来方式のよ
うにステージを移動させてアライメントマークを１つづ
つ順に露光する場合に比して格段的に短時間で全てのア
ライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの露光を完了すること
ができる。またこのとき基板１３上に露光される４個の
アライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの露光位置と６個の
デバイスパターンもしくは相当する大きさのデバイス３
１の露光位置は独立の関係にあるため、ユーザは各デバ
イスパターンもしくは相当する大きさのデバイス３１に
対応する設計パターン１１Ａの設計に専念することがで
き、アライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの配置のために
費やされていた時間を節約することもできる。

【００２２】このようにレチクルパターンの設計に要す
る時間の短縮に加え、露光時間の短縮も実現できる投影
露光装置１０であるが、位置合わせに要する時間も短縮
することができる。すなわち露光処理による露光処理が
終了し、投影露光装置１０が次の層の露光処理に移る
と、位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄは露光部１６Ａ
〜１６Ｄのシヤツタ２０Ａ〜２０Ｄを閉じ、露光用の光
源１９Ａ〜１９Ｄに代えてレーザ光源２４Ａ〜２４Ｄよ
り射出されるレーザ光を基板１３上に照射する。

【００２３】このときレーザ光によつて照射される４個
のアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの相対位置と位置
合わせ部１７Ａ〜１７Ｄの相対位置は、位置合わせ部１
７Ａ〜１７Ｄの光軸と露光部１６Ａ〜１６Ｄの光軸が互
いに一致するため一致しており、従来のようにアライメ
ントマークを露光するための露光光学系とそのマークを
アライメントするアライメント光学系が独立の関係には
ない。

【００２４】従つて指標２５Ａ〜２５Ｄの相対位置とア
ライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの相対位置とは同一で
あり、熱プロセス等による基板１３の変形によるアライ
メントマーク３０Ａ〜３０Ｄの設計値からのずれ量を見
込んだアライメント範囲をもつように位置合わせ用光学
系１５Ａ〜１５Ｄを設計することにより、４組の位置合
わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄによる全ての位置合わせ動
作を同時に完了することができる。

【００２５】以上の構成によれば、位置合わせ用光学系
１５Ａ〜１５Ｄに露光機能を付加したことにより、設計
パターンを含む原画パターンの設計に要する時間や、ア
ライメントマークの露光に要する時間および基板上に形
成されたデバイスパターンを次工程の設計パターンの位
置合わせに要する時間のそれぞれについて従来に比して
一段と短縮することができる。

【００２６】なお上述の実施例においては、４組の位置
合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄの取付け位置を投影レン
ズ１２を取り囲む位置に固定する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、取付け位置を任意の方向に
可変できるようにしても良い（図４において矢印で示
す）。

【００２７】例えば図５に示すように、１枚の基板１３
に２×４個のデバイスパターン３１もしくは相当する大
きさのデバイスを露光するためにデバイスサイズの変更
があり、そのため基板のサイズが大きくなる場合には、
位置合わせ用光学系１５Ａと１５Ｃ、また位置合わせ用
光学系１５Ｂと１５Ｄの間の距離を広く配置するだけ
で、基板サイズの変更にも対処することができる。

【００２８】また例えば図６に示すように、基板サイズ
は一定のまま、１枚の基板に３×３個のデバイスもしく
は相当する大きさのデバイスを露光しなければならない
ためアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの露光位置を変
更しなければならない場合や、例えば図７に示すよう
に、デバイスが変更され、基板上の露光領域のレイアウ
トが変更されてアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄの露
光位置を変更しなければならない場合にも容易に対処す
ることができ、アライメントマークの配置位置の設計に
要する時間を短縮することができる。

【００２９】これらの場合、デバイスを露光するのに必
要なパラメータを管理する露光データ内のデータとし
て、アライメントマークの座標データを用意したり、各
デバイスに対応した複数のアライメントマークの座標デ
ータ群のうちデバイスに応じていずれの座標データ群を
使用するかといつた情報を用意すれば、投影露光装置１
０は位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄの位置を自動的
に位置合わせすることができる。

【００３０】さらに上述の実施例においては、基板１３
の四隅に４個のアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄを一
度に露光する場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、位置合わせの精度を向上させるため４個以上のア
ライメントマークを同一基板上に露光するようにしても
良い。例えば８個のアライメントマークを同一基板上に
露光する場合、８組の位置合わせ用光学系を用意し、８
個のアライメントマークを一度に露光しても良く、また
図８に示すように４組の位置合わせ用光学系の取り付け
位置を可変し、４個ずつ２回に分けて露光しても良い。

【００３１】後者の場合、４組の位置合わせ用光学系を
用いてまず４個のアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄに
ついて位置合わせ用の計測を実行し、次に４組の位置合
わせ光学系を移動させて残る４個のアライメントマーク
３２Ａ〜３２Ｄについて同様の計測を実行した後、全て
の計測データについて種々の統計処理を実行することに
より、位置合わせに必要な制御用のパラメータを算出す
るようにすれば良い。この結果、位置合わせの精度を向
上するため多数のアライメントマークを基板上に形成し
なければならない場合にも、アライメントマークの配置
位置を含めた設計等に要する時間及び位置合わせに要す
る時間を格段に短縮することができる。

【００３２】さらに上述の実施例においては、位置合わ
せ用光学系１５Ａ〜１５Ｄを投影レンズ１２の周囲に４
組配置する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、２組以上配置する場合にも広く適用し得る。さらに
上述の実施例においては、基板上に露光されるデバイス
の形状やレイアウト、また基板の形状がそれぞれ図３、
図５〜図８である場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、デバイスの形状やレイアウト、また基板の形
状は他の形状でも良く、種々の組み合わせが考えられ
る。

【００３３】さらに上述の実施例においては、レーザ光
を用いた位置合わせ方式とテレビジヨンカメラを用いた
位置合わせ方式のいずれにも適用し得るように受光素子
２２Ａ〜２２ＤとＣＣＤカメラ２３Ａ〜２３Ｄを位置合
わせ部１７Ａ〜１７Ｄ内に設ける場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、いずれか一方の方式にのみ
適用し得るように構成しても良い。

【００３４】さらに上述の実施例においては、露光機能
を有する位置合わせ用光学系１５Ａ〜１５Ｄを投影露光
装置１０に適用する場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、他の光露光装置や液晶デイスプレイ用の露
光装置などいわゆるフオトリソグラフイ技術によつて基
板上のレジストに次工程の設計パターンを露光する露光
装置に広く適用し得る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、請求項１から２記載の露
光装置は、位置決め手段に露光用光学系を設けたので、
ユーザはレチクル設計の際、アライメントマークの配置
位置を考慮することなくパターンの設計に専念できる。
これにより、レチクル設計に要していた手間を従来に比
して格段的に軽減することができる。請求項３から８に
記載の露光装置は、移動手段がアライメントマークの位
置に応じて検出光学系の位置を移動しているので、例え
ば、基板の大きに応じてアライメントマークの位置が変
わってもアライメントマークを検出することができる。
同様に、パターンの大きさやレイアウトの変化に応じて
アライメントマークの位置が変わってもアライメントマ
ークを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の一実施例を示す略線的
構成図である。

【図２】投影レンズと位置合わせ光学系の配置例の説明
に供する平面図である。

【図３】基板上のデバイスとアライメントマークの配置
例を示す平面図である。

【図４】投影レンズと位置合わせ光学系の他の配置例の
説明に供する平面図である。

【図５】基板上のデバイスとアライメントマークの他の
配置例を示す平面図である。

【図６】基板上のデバイスとアライメントマークの他の
配置例を示す平面図である。

【図７】基板上のデバイスとアライメントマークの他の
配置例を示す平面図である。

【図８】基板上のデバイスとアライメントマークの他の
配置例を示す平面図である。

【図９】従来技術における課題の説明に供する平面図で
ある。

【図１０】従来技術における課題の説明に供する平面図
である。

【図１１】従来技術における課題の説明に供する平面図
である。

【図１２】従来技術における課題の説明に供する平面図
である。

【符号の説明】

１、１１、２１Ａ〜２１Ｄ……レチクル、２、３、３０
Ａ〜３０Ｄ、３１Ａ〜３１Ｄ、３２Ａ〜３２Ｄ……アラ
イメントマーク、１０……投影露光装置、１２……投影
レンズ、１３……基板、１４……ステージ、１５Ａ〜１
５Ｄ……位置合わせ用光学系、１６Ａ〜１６Ｄ……露光
部、１７Ａ〜１７Ｄ……位置合わせ部、１８Ａ〜１８
Ｄ、２６Ａ〜２６Ｄ、２７Ａ〜２７Ｄ……ビームスプリ
ツタ、１９Ａ〜１９Ｄ……露光用光源、２０Ａ〜２０Ｄ
……シヤツタ、２２Ａ〜２２Ｄ……受光素子、２３Ａ〜
２３Ｄ……ＣＣＤカメラ、２４Ａ〜２４Ｄ……レーザ光
源、２５Ａ〜２５Ｄ……指標。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 9/00 H01L 21/027

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パターンを基板に投影する投影光学系と、
   前記基板を位置決めする位置決め手段とを備えた露光装
   置において、 前記位置決め手段は、前記投影光学系とは別の光学系で
   なり、前記基板に位置決め用のマークであるアライメン
   トマークを露光する露光用光学系と、前記露光用光学系
   の少なくとも一部の光路と共通の光路を有し、前記アラ
   イメントマークを検出する検出光学系と を備えることを
   特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】前記位置決め手段は、前記アライメントマ
   ークの位置に応じ、前記投影光学系に対して前記検出光
   学系を任意の位置に移動する移動手段を備えることを特
   徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 投影光学系によりパターンを基板に露光す
   る露光装置において、 前記投影光学系の周囲に配置され、前記基板に形成され
   たアライメントマークを検出する検出光学系と、 前記基板に形成された前記アライメントマークの位置に
   応じて、前記検出光学系を移動する移動手段と を備えた
   ことを特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 前記アライメントマークの位置は、前記基
   板の大きさに応じて変わる ことを特徴とする請求項３記
   載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記アライメントマークの位置は、前記パ
   ターンのレイアウトと大きさとの少なくとも一方に応じ
   て変わる ことを特徴とする請求項３または４記載の露光
   装置。
6. 【請求項６】 前記検出光学系は、前記アライメントマー
   クを検出する指標となる指標部材を 有している ことを特
   徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の露光装
   置。
7. 【請求項７】 前記検出光学系は、前記アライメントマー
   クを検出するカメラを備えている ことを特徴とする請求
   項３から６のいずれか一項記載の露光装置。
8. 【請求項８】 前記検出光学系は、前記投影光学系の周囲
   に４つ配置されている ことを特徴とする請求項３から７
   のいずれか一項記載の露光装置。