JP3383994B2

JP3383994B2 - 露光方法および装置

Info

Publication number: JP3383994B2
Application number: JP16821492A
Authority: JP
Inventors: 淳行青木; 宗泰横田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JPH05197158A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に液晶素子等の比較
的大面積の素子をリソグラフィ手法によって製造する際
に有用な露光方法、即ち区画パターンを隣接させて露光
することにより画面合成（継ぎ合せ）された大面積パタ
ーンの露光を行なう露光方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばディスプレイ装置用の
液晶パネル素子等の製造においては、複数の原画レチク
ルを交換しながら各レチクルの原画パターンを画面合成
により継ぎ合わせて大面積の合成画面パターンを基板上
に露光する方法が採用されている。この場合、理想的な
アライメント条件下では、ひとつの合成画面は各原画の
有効露光範囲である区画領域を正確に隣接合成、即ち隙
間またはオーバーラップなしに継ぎ合わせたものとな
る。

【０００３】すなわち、原画パターンを形成した個々の
レチクルには設計上の同一位置にひとつ以上のアライメ
ントマークが設けられ、露光装置のレチクルホルダ上で
レチクルアライメント系により装置のアライメント基準
マークと搭載レチクルのアライメントマークとが合致す
るように位置合わせされる。

【０００４】露光を受ける基板は移動可能なステージ上
に保持され、ステージの移動はレーザ干渉計により位置
管理される。ひとつのレチクルの露光が行なわれた後、
次のレチクルによる隣接領域への露光が行なわれる。こ
の場合のステージの移動は、先行して露光された区画領
域の寸法に対応する距離に管理されることは述べるまで
もない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、個々のレチクルのアライメントマークに製造上の誤
差等による位置の不良（レチクル平面内での位置不良や
レチクルの厚さ変動による厚さ方向の位置不良を含む）
があったり、レチクルアライメント系によるマーク検出
誤差等がある場合、或いは投影光学系の組立・調整時に
除去しきれずに残存した結像特性の誤差成分（投影倍率
誤差やディストーション等）による投影像の変形がある
場合、合成画面上で正確な隣接合成が達成できず、各区
画領域同志がｘまたはｙ方向に位置ズレを生じたり、相
対的に回転誤差を生じたり、或いは歪んだりして、その
一方または双方の位置ずれ誤差を含んだ合成画面が形成
され、結果として得られる液晶パネル等の素子全体領域
としての品質不良を招くという問題点があった。

【０００６】本発明の目的は、前述のような画面合成に
よる露光に際して、個々の原画のアライメントマークが
潜在的に設計値に対する誤差を含むことを前提に、原画
毎の前記誤差に基づく画面合成時の位置ずれを、実際の
露光時に実質的に零もしくは極力小さい量に減少するこ
とによって、夫々の原画を露光により隣接合成させて得
られる全体の画面合成部分の画面継ぎの精度を向上させ
ることのできる露光方法および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】本願では、前述の課題を
達成するために以下の通りの露光方法および露光装置を
提供する。即ち、請求項１に記載の発明は、同一または
異なるパターンをもつ複数の原画を用い、各原画のパタ
ーンを基板上の隣接した区画領域に画面継ぎ合成して露
光する露光方法であって、前記パターンの露光に先立っ
て、前記複数の原画のパターンにより前記画面継ぎ合成
される継ぎ部での前記原画どうしの相対的な露光位置ず
れ量をそれぞれの前記継ぎ部毎に少なくとも２箇所で予
め求め、前記画面合成される原画のうち一つの原画の位
置を基準位置として、前記継ぎ部の前記露光位置ずれ量
を実質的に相殺するようにその他の前記画面合成される
原画毎にＸＹ方向のシフトとθ軸回りの回転とを含む位
置ずれ補正量を求め、前記基板への露光に際して前記基
準位置に対して前記各原画毎に前記位置ずれ補正値を与
えて位置決めすることによって特徴付けられるものであ
る。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
露光方法において、前記露光位置ずれ量から前記原画の
パターンを投影する投影光学系の投影倍率の倍率補正量
を求め、前記基板への露光に際して、前記各原画毎に前
記倍率補正量を与えて露光することを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の発明においては、請求項
１に記載の露光方法において、隣接する区画領域を形成
すべき少なくとも一対の原画を露光して前記露光位置ず
れ量を計測により求めることを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載の発明においては、請求項
１に記載の露光方法において、最初に露光される原画に
対する露光位置ずれ量に応じて２番目以降の露光対象原
画を前記基板と相対的に直線移動および／または回動さ
せることにより位置決めを行なうことを特徴としてい
る。

【００１１】請求項５記載の発明は、レチクルに形成さ
れた第１のパターンのつなぎあわせ部分と第２パターン
のつなぎあわせ部分とを投影光学系を介して基板につな
ぎあわせて露光する露光方法において、前記投影光学系
を用いて前記第１パターンのつなぎあわせ部分に位置す
る少なくとも２箇所の第１の計測パターンに関する第１
位置情報を検出し、前記投影光学系を用いて前記第２
パターンのつなぎあわせ部分に位置する少なくとも２箇
所の第２の計測パターンに関する第２位置情報を検出
し、前記第１位置情報と前記第２位置情報とに基づい
て、前記つなぎあわせに関する誤差を前記第１パターン
または前記第２パターンの一方の位置を基準位置とし
て、他方のパターンのＸＹ方向のシフトとθ軸回りの回
転とを含む位置ずれ補正量を求めることによって特徴付
けられるものである。

【００１２】請求項１０に記載の発明においては、レチ
クルに形成された第１のパターンのつなぎあわせ部分と
第２パターンのつなぎあわせ部分とを投影光学系を介し
て基板につなぎあわせて露光する露光装置において、
前記投影光学系を用いて、前記第１、第２パターンのつ
なぎあわせ誤差を前記つなぎあわせ部分の少なくとも２
箇所で検出する検出装置と、前記第１、第２パターンの
つなぎあわせ誤差に基づいて、該つなぎあわせ誤差を小
さくするように前記第１パターンまたは前記第２パター
ンの一方の位置を基準位置として、他方のパターンのＸ
Ｙ方向及びθ軸回りの相対的位置を制御して前記つなぎ
あわせ誤差を補正する補正装置と、を備えたることによ
り特徴付けられるものである。

【００１３】

【作用】本発明の露光方法においては、各原画による区
画領域を露光装置の基準位置に対するアライメント位置
に露光するに際して、各原画のアライメントマーク等の
マークパターンがもつ製造上の位置誤差、レチクルアラ
イメント系によるマーク検出誤差、及び投影光学系のデ
ィストーション等による像歪み等を含む誤差がそれらの
区画領域の露光位置ずれ量として求められる。この露光
位置ずれ量を求めるやり方としては、以下の通り大別し
て二つの方法、すなわち本露光に先立ってマークの位置
計測を露光装置上で行なうことにより測定結果から露光
位置ずれ量を計算により求める第１の方法と、本露光の
前に試験的な露光を行なってその露光パターンまたは現
像パターン中のマークの位置ずれ量を直接測定する第２
の方法とが考えられる。

【００１４】まず、第１の方法では、露光装置の基準位
置座標でのマークパターンの位置測定が隣接区画領域の
ための原画間で事前に行なわれ、この測定結果は、対応
するマークパターンの設計上の位置情報と比較されて、
それらの間の位置偏差から前記露光位置ずれ量が求めら
れる。

【００１５】このマークパターンとしては、原画の区画
領域となるべき有効露光領域のパターン内の既知の設計
位置にあるパターンエレメントまたは特殊マーク、或い
は有効露光領域外の周縁部に形成したアライメントマー
ク等の特殊マークを利用することができ、特別には隣接
区画領域間の隣接部分でマイクロメータ状の主ゲージお
よび副ゲージを形成するようなバーニア目盛りマークを
原画に設けてこれを利用してもよい。

【００１６】第２の方法では、本露光する前の所謂条件
出しのための試験的な露光として、或いは同一基板上に
複数の合成画面を露光する場合には本露光の一部とし
て、各原画のパターンが基板上のレジスト層に露光され
る。この露光によって基板上に形成される合成画面の露
光パターンは、例えばレジスト層に露光によって形成さ
れた潜像パターンとして、或いは露光されたレジスト層
を現像した後の凹凸パターンとして光学的な計測に付さ
れ、合成画面中の各隣接区画領域間の露光位置ずれ量が
測定される。この場合の露光においても前述のマークパ
ターンが位置測定に利用され得る。

【００１７】この第２の方法の場合、露光処理にレジス
ト塗布および現像を含むレジスト処理を組合せて基板を
各処理部に順次搬送する例えば特開平１−１７９３１７
号公報に示されたような基板システム処理に本発明を適
用することも可能である。

【００１８】このようにして画面合成における各区画領
域間の隣接部分の継ぎの誤差が露光位置ずれ量として事
前に測定され、これを基に各区画領域間の隣接部分の露
光位置ずれ量を最も小さくするような、理想的には零に
するような各原画の位置合せ時の補正値がコンピュータ
で計算され、この補正値は原画アライメント時の補正シ
フトおよび／または回動のオフセット量として、或いは
基板移動位置決め時の補正量として本露光における制御
系の制御量に取り込まれる。

【００１９】本発明の露光方法において、合成画面を形
成する各原画のうち、最初に露光される原画の区画領域
は２番目以降に露光される原画の区画領域に対する位置
決めの基準となり得る。この場合、最初に露光される原
画についての露光位置ずれ量の測定と位置決め補正は原
画がそのマークパターンについて設計位置に対する誤差
を含む場合に必要であり、誤差のない場合には必要では
ないが、いずれにせよ最初に露光される原画についての
マークパターンの装置基準位置座標における位置測定は
必要である。尚、試験露光を行なう場合にはこのような
マーク位置の測定を特に行なう必要はなく、基板上に形
成された複数の区画領域において隣接する領域間での相
対的な位置ずれ量を直接測定すればよい。

【００２０】最初に露光される原画についてのマークパ
ターンの装置基準位置座標における位置測定が済み、必
要に応じてその露光位置ずれ量が計測され、正規の露光
区画領域の位置情報が得られると、２番目以降に露光さ
れる原画については、この最初の原画の正規の露光区画
領域の位置情報に基づくアライメント位置が位置ずれ補
正値の基準位置となる。

【００２１】一方、本発明の露光装置において、感光性
レジスト薄膜によって表面被覆された例えば透明ガラス
等からなる基板は、周知のｘｙステージ装置に保持され
て平面内で移動される。基板のレジスト薄膜上に転写さ
れるべき光学的パターンを有する原画は一般にレチクル
とよばれるものであり、このレチクルはレチクルステー
ジとよばれる保持手段によって前記基板の表面との間に
間隔をあけて平行に保持される。尚、この間隔は、一般
に近接露光装置の場合は可能な限り狭い間隔であり、投
影露光装置やミラープロジェクション露光装置の場合は
間に投影光学系や反射光学系等が配置されるため比較的
広い間隔となる。

【００２２】本発明において、この保持手段、すなわち
レチクルステージは、複数の原画レチクルを予め定めら
れた基準平面内の所定位置に正確に保持する可調整のレ
チクルホルダを複数備えており、保持した各レチクルを
順次露光位置に持ち来すタイプのものである。このレチ
クルステージによる露光位置へのレチクルのセットの方
式は、レチクルステージをｘまたはｙ方向に直線移動さ
せるレシプロ方式、またはｘｙ平面内で回転運動を行な
わせるロータリー方式のいずれでもよい。このレチクル
のセット位置への移動のために、保持手段の移動位置は
周知のレーザ干渉計などの位置計測手段によって計測さ
れ管理される。

【００２３】レチクルステージによる露光位置へのセッ
トに際して、各原画レチクルは、前記レチクルホルダ上
で露光装置の基準位置に関して相対的に位置決めされ
る。このため、前記原画アライメント手段は、前記レチ
クルステージ上で露光位置にセットされたレチクルに対
し、装置基準位置に対応する基準マークを視準としてレ
チクルのアライメントマークを位置測定するｘ，ｙ，お
よびθ軸の各アライメント顕微鏡装置を含んでいる。こ
れらアライメント顕微鏡の視準位置は、前述の測定結果
に基づく補正値に応じた量だけＸＹ方向にシフトまたは
ＸＹ平面内でθ軸周りに回動され、所謂オフセット量に
よる調整が可能である。アライメント顕微鏡の観察像中
のマークの検出方式としては、例えばＣＣＤなどのイメ
ージセンサまたはスポット走査方式など、種々のものを
利用することができる。またアライメント顕微鏡に対す
る前記オフセット量の付与は、例えば顕微鏡のＣＣＤ等
の光電検出面の画素単位で視準をずらしたり、或いはハ
ービングガラスの傾斜を変更して顕微鏡の検出信号のＳ
カーブ特性をシフトさせたりすればよい。

【００２４】原画のパターンを前記基板の感光性レジス
ト薄膜上に露光する光学手段は、例えば近接露光装置の
場合は原画レチクル上から平行光の露光光を照射し、投
影露光装置等では原画レチクルを上から平行光な露光光
で照明して透過光による原画パターンを所定の倍率でレ
ジスト上に結像する。

【００２５】基板を保持した前記ステージ装置はモータ
および伝達機構を含む移動手段によって前記原画と相対
的に少なくともＸＹ方向に駆動可能である。勿論、ステ
ージ装置の移動位置も移動方向毎にレーザ干渉計などの
位置計測手段によって計測され管理される。

【００２６】ステージ装置の移動手段を制御するのは前
記制御手段であり、この制御手段は基本的に前記原画に
よる基板上の露光領域を個々の区画領域として各区画領
域の露光毎に原画に対する基板の位置を相対的に変え、
結果的に複数の区画領域を隣接合成した合成領域からな
る比較的大きな面積の合成露光パターンが基板上に形成
されるように前記移動手段を制御する。この場合の制御
手段によるステージ装置の移動量は、基本的には各区画
領域の露光寸法に対応する。

【００２７】補正手段は、前述のようにして各原画につ
いて予め求められた露光位置ずれ量を設定情報として与
えられ、各原画について対応する露光位置ずれ量を実質
的に相殺するための位置ずれ補正値を演算する。また補
正手段は、この補正値を前述した装置基準位置に対する
原画アライメント位置に対して組込むために、前記原画
アライメント手段と制御手段にオフセット量の情報を与
える。

【００２８】このようにして、例えば原画アライメント
手段では、原画レチクルの装置基準位置に対する位置決
め（アライメント）時に、前記補正値に対応するシフト
量および／または回動量だけ視準位置にオフセットを与
えたうえでレチクルの位置決めを行ない、また前記シフ
ト量のオフセットを基板ステージ装置に受け持たせる場
合は前記制御装置に対する移動手段の移動量指令に対し
て補正量に応じたシフトのオフセット量を与えて基板の
移動量を修正する。

【００２９】原画の露光位置ずれ量の測定においてＸＹ
方向のシフト誤差と同時にθ軸周りの回転誤差を測定す
る場合は、原画のマークパターンはレチクル上の少なく
とも２点に設ける必要がある。また回転誤差の測定精度
を上げるためには、これら２点間の距離が大きいほど好
ましい結果が得られる。更に投影光学系のディストーシ
ョンまでも考慮に入れる場合は、レチクル上の周囲四辺
の各々に２点ずつマークを配置する必要がある。

【００３０】この場合も、これらマークパターンとして
原画の有効露光領域内にある既知の設計位置情報をもっ
たパターンエレメントを利用してもよいが、場合によっ
ては有効露光領域外のレチクル周縁部に特別に設けた特
殊マーク、例えばＸ方向および／またはＹ方向に向いた
直線状または回折格子パターン状のアライメントマーク
を利用することもできる。この場合、これらアライメン
トマークと有効露光領域との間隔寸法は設計情報として
既知であり、従って、本露光において隣接合成による合
成画面を得るに際しては、この間隔寸法もオフセット量
として前記補正値に含ませる場合がある。

【００３１】これら有効露光領域外のレチクル周縁部に
設けられたアライメントマークの露光位置の測定または
試験的な基板レジスト薄膜上への露光に際しては、前記
光学系による露光光の照射領域を原画の有効露光領域よ
り広げる必要がある。従ってこの場合、前記光学系には
例えば可変式のレチクルブラインド等の視野可変手段が
設けられる。

【００３２】原画レチクルのマークパターンを、前記保
持手段上で露光位置にあるレチクルについて装置基準位
置の位置座標で測定する測定手段を更に備える場合、こ
の測定手段は、例えばステージ装置上に予め固定的に設
けられた装置基準位置を与える基準マーク（フィデュー
シャルマーク）をステージ装置により移動させ、この基
準マークの逆投影像で原画レチクルのマークパターンを
走査し、両マークの一致する位置をステージ装置の位置
座標系で計測する。

【００３３】この測定手段の受光系は、原画アライメン
ト手段中のアライメント顕微鏡の光学系内にフォトマル
チプライヤ等の受光素子を設けるか、または前記光学手
段の主照明光学系内に同様の受光素子を設けて構成すれ
ばよい。この測定手段は前記基準マークの位置検出によ
るベースライン計測や、露光パターンの各部の位置計測
による投影光学系のディストーション計測或はフォーカ
ス面計測などにも利用できる。

【００３４】このようにして測定手段によってアライメ
ントマークの計測がなされると、前記補正手段において
合成画面における隣接区画領域を形成すべき原画同士の
測定結果から設計位置情報との偏差として露光位置ずれ
量が演算される。

【００３５】本発明によれば、従来の露光方法による画
面合成の各区画領域間の画面継ぎの誤差を実質的に解消
することが可能であり、それにより構成される合成領域
全体としての品質を向上させ、リソグラフィ工程での製
品歩留りを向上させることができる。

【００３６】

【実施例】本発明の実施例を例示のための添付図面と共
に詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る露光
方法が適用される露光方式の概要を示しており、（ａ）
は画面合成方式の露光装置の模式図、（ｂ）は原画レチ
クルの一例を示す平面図、（ｃ）は位置ずれを含む合成
画面の例を示す模式図、（ｄ）は位置ずれのない合成画
面の例を示す模式図である。

【００３７】図１（ａ）において、Ｐはガラス基板を示
し、この基板Ｐは図示しないステージ装置上に保持され
て図中の矢印ＸおよびＹで示す直交する２方向に移動可
能である。基板Ｐの上方には、投影光学系ＰＬを間にし
て複数の原画レチクルＲ₁ 〜Ｒ₄ が基板Ｐと平行に配置
され、これらレチクルは図示しないレチクルステージに
よって投影光学系ＰＬによる露光位置にひとつずつ持ち
来されるようになっている。

【００３８】レチクルＲ₁ はその有効露光領域として原
画パターンａを有し、同様にレチクルＲ₂ は原画パター
ンｂを、レチクルＲ₃ は原画パターンｃを、そしてレチ
クルＲ₄ は原画パターンｄを有している。ステージ装置
による基板Ｐのステップ移動によって各レチクルを投影
光学系ＰＬ上の露光位置に順番に位置させて露光するこ
とにより、基板Ｐ上ではａ〜ｄのパターンをもつ４つの
区画領域Ｓ₁ 〜Ｓ₄ が互いの周縁で隣接するように継ぎ
合わされ、ひとつの大面積の合成画面Ｓ_p をもつ露光パ
ターンが形成される。

【００３９】一般的に原画レチクルＲ₁ は、図１（ｂ）
に示すように、例えば液晶素子配列パターンなどの原画
パターンａを形成した有効露光領域ＰＡと、この有効露
光領域内の周縁領域の３辺に形成されたアライメントマ
ークｍ₁ 〜ｍ₃ とを備えており、他の原画レチクルＲ₂
〜Ｒ₄ も同様である。このアライメントマークｍ₁ 〜ｍ
₃ は、レチクルが投影光学系ＰＬ上の露光位置にセット
されたときに図示しないレチクルアライメント顕微鏡に
よる装置基準位置との位置合わせに利用され、基板Ｐを
載せたステージ装置のステップ移動の停止位置決め動作
と共に適正な合成画面Ｓ_P が形成されるように制御が行
なわれる。

【００４０】ここで、原画レチクルのアライメントマー
クにレチクル製造上の誤差による位置の不良や投影光学
系のディストーション等が存在する場合、このレチクル
を露光して得られる区画領域Ｓ₁ 〜Ｓ₄ の露光パターン
は、前記位置不良やディストーション等に基づくＸ方向
またはＹ方向のシフト誤差、或いはθ軸回りの回転誤
差、或いはこれらの複合誤差を伴なって形成され、その
結果、得られる合成画面Ｓ_p は図１（ｃ）に示すように
適正な隣接合成画面からかけはなれた不良画面となって
しまう。本発明の実施例による露光方法では、原画レチ
クルのアライメントマークにレチクル製造上の誤差によ
る位置の不良や投影光学系のディストーション等が存在
する場合であっても、この誤差による露光位置ずれ量を
相殺するような補正値をレチクルのアライメント時また
は基板のステップ移動時にオフセット量として与えるこ
とにより、図１（ｄ）に示すような適正な合成画面を得
るものである。

【００４１】図２（ａ）は、本発明の実施例に係る露光
方法の原理を説明するための露光合成画面の一例を示し
ている。この場合、４つの原画レチクルＲ₁ 〜Ｒ₄ に
は、図３に示すように、合成画面となったときに他のレ
チクルの区画領域と隣接することになる２辺において合
計４組ずつのアライメントマークが夫々の区画領域の中
心点等を基準位置として予め定められた位置関係で設け
られている。これらのアライメントマークは、各レチク
ルの有効露光領域の内側の周縁部に設けられ、図３で
は、レチクルＲ₁ のマークｍ_A1，ｍ_A2，ｍ_A3，ｍ_A4、レ
チクルＲ₂ のマークｍ_B3，ｍ_B4，ｍ_B5，ｍ_B6、レチクル
Ｒ₃ のマークｍ_C5，ｍ_C6，ｍ_C7，ｍ_C8、レチクルＲ₄ の
マークｍ_D7，ｍ_D8，ｍ_D1，ｍ_D2として示されている。こ
れらのアライメントマークの各々は、ｘ方向に延在する
バーニア目盛マークとｙ方向に延在するバーニア目盛マ
ークとを伴なっており、合成画面上で対応するアライメ
ントマークの各バーニア目盛マーク同士は一方が主尺で
他方が副尺となるように形成されている。

【００４２】さて、最初にレチクルＲ₁ が露光位置にセ
ットされ、そのアライメントマークがレチクルアライメ
ント系によって装置基準位置に対して位置合わせされて
露光され、次いでレチクルＲ₂ 〜Ｒ₄ が同様にして順次
露光されると、図２（ａ）に示すように４つの区画領域
Ｓ₁ 〜Ｓ₄ を隣接合成した合成画面Ｓ_p が基板上に露光
パターンとして形成される。ここでは説明を理解し易く
するために、この露光は例えば本露光に先立って行なわ
れる試験露光であるとする。

【００４３】尚、前記アライメントマークが有効露光領
域外に設けられている場合の試験露光では、正規の本露
光において照明光学系内のレチクルブラインド等によっ
て遮光されるレチクル周縁部も露光される。すなわち、
本露光では各レチクルの有効露光領域である区画領域Ｓ
₁ 〜Ｓ₄ の原画パターンａ〜ｄが互いに接するように露
光されるが、試験露光では互いの区画領域の間に各々レ
チクルの周縁部にあるアライメントマークが露光パター
ン中に転写されるようにレチクルブラインドを広げて、
しかも互いの区画領域の間が既知の幅寸法で離れるよう
に露光される。尚、後に行われる本露光に際してこの既
知の幅寸法は、対応するオフセット量をレチクルアライ
メント系のアライメント顕微鏡の視準位置に与えること
によって吸収することができるが、このオフセット量が
顕微鏡に与えるべきオフセット量としては大きすぎる場
合があるので、一般には基板のステップ移動の位置座標
値にオフセット量を与えてステージ側で吸収するのがよ
い。

【００４４】図２（ａ）において、Ｓ₁ 〜Ｓ₄ は各原画
レチクルＲ₁ 〜Ｒ₄ の原画パターンａ〜ｄの露光パター
ンとしての区画領域であり、Ｐ₁〜Ｐ₈ は画面合成の精
度、即ち露光位置ずれ量を測定する点である。例えば点
Ｐ₃ を例にとると、レチクルＲ₁ およびＲ₂ のアライメ
ントマークｍ_A3およびｍ_B3が適正に形成され、それらが
各区画領域Ｓ₁ およびＳ₂ で露光位置ずれを生じていな
ければ、合成画面での原画パターンａの中心点から（Ｘ
_A3，Ｙ_A3）の位置にアライメントマークｍ_A3があり、ま
た原画パターンｂの中心点から（Ｘ_B3，Ｙ_B3）の位置に
アライメントマークｍ_B3があり、これらアライメントマ
ークｍ_A3およびｍ_B3の位置が点Ｐ₃ に一致しているはず
である。これら各原画パターンの中心点の位置および
（Ｘ_A3，Ｙ_A3），（Ｘ_B3，Ｙ_B3）などの測定点（すなわ
ち各アライメントマーク）の適正位置は、各レチクルの
設計値およびそれに露光装置の倍率等を加味した値とし
て予め装置基準位置座標上で定まっている。

【００４５】一方、アライメントマークに位置の誤差を
もつレチクルで試験露光した場合には、例えば点Ｐ₃ 付
近について図２（ｂ）に拡大して示すように、アライメ
ントマークｍ_A3とｍ_B3との露光位置間に位置ずれが生じ
る。これらアライメントマークの基板上での露光位置
は、基板（ステージ装置）側からのフィデューシャルマ
ークの逆投影像によるレチクルアライメントマークの走
査を含む光学的な測定により露光に先立って精密に測定
でき、或いは試験的な露光を行なったうえで露光パター
ンを光学的に測定することにより測定することもでき
る。測定結果から得られるベクトル（ｘ₃ ，ｙ₃ ）は、
この点Ｐ₃ での区画領域Ｓ₁ を基準とする区画領域Ｓ₁
とＳ₂ との間の継ぎ合わせの誤差、即ち露光位置ずれ量
を表わす。この露光位置ずれ量を零に近付けることが合
成画面全体の品質を向上させることに他ならない。各区
画領域に対する露光位置ずれ量の測定点の数は任意であ
るが、或る一定の条件を満たす数より多くなければなら
ない。また、投影光学系のディストーションまでも考慮
する場合には、この測定点として区画領域周囲の四辺に
それぞれ２個所ずつ、計８組のマークが必要となる。こ
の測定点の数に関しては後述する。

【００４６】尚、この露光位置ずれ量の検出の為には、
各区画領域Ｓ₁ 〜Ｓ₄ 内の位置の解っている２点の位置
を装置基準位置座標で測定して予め得ておくことが必要
である。これら２点としては、各レチクルの有効露光領
域内の位置が解っている特定のパターンエレメントまた
は特別に設けた測定用マークを利用することができ、ま
た有効露光領域内にこれらの測定用マークを配する空間
がない場合は、レチクルの有効露光領域外の周縁部に測
定用のアライメントマークを複数設けてそれら相互間ま
たは有効露光領域内の位置が解っている特定のパターン
エレメントとのペアで利用する。

【００４７】尚、測定用のこれらマークについては、前
述のように合成画面上で隣接するマーク同士で相対位置
ずれ量を読取ることのできるバーニア目盛りをもったマ
ークを形成するのが好ましい。また有効露光領域内に測
定用マークを配した場合は区画領域のみの露光でマーク
も露光されるから、この場合は、露光位置ずれ量の測定
に際してレチクルブラインドの開口を広げる必要はな
い。

【００４８】さて、こうした要領で各測定点Ｐ_i （但
し、この実施例ではｉは１〜８）における露光位置ずれ
量（ｘ_i ，ｙ_i ）を測定した後で夫々の原画レチクルの
アライメントのための位置ずれ補正値を算出する方法に
関して説明すると、いま、図２（ａ）の点Ｐ₃ に対し、
原画レチクルＲ₁ の露光位置への位置合せ時に、直線的
なシフト量（ξ_A ，η_A ）及び原画レチクルＲ₁ の区画
領域Ｓ₁ （ａ）の中心点に対する回動量θ_A を与えた場
合、前記露光位置ずれ量（ｘ₃ ，ｙ₃ ）は下記の数１で
表される量だけ負に変化する。

【００４９】

【数１】

【００５０】同様に点Ｐ₃ に対する原画レチクルＲ₂ の
露光位置への位置合せ時に位置シフト量（ξ_B ，η_B ）
及び回動量θ_B を与えた場合、前記露光位置ずれ量（ｘ
₃ ，ｙ₃ ）は下記の数２で表される量だけ正に変化す
る。

【００５１】

【数２】

【００５２】結局、露光位置ずれ量（ｘ₃ ，ｙ₃ ）は、
ξ_A ，η_A ，θ_A ，ξ_B ，η_B およびθ_B の作用によ
り、下記の数３で表される量（Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）に変化す
る。

【００５３】

【数３】

【００５４】ここで、ｘ₃ およびｙ₃ は露光されたとき
の合成画面上におけるアライメントマークｍ_A3とｍ_B3と
のｘ方向およびｙ方向の相対的な位置ずれ量であり、こ
れは個々のアライメントマーク位置の測定結果から演算
で求めることができ、また試験露光で合成画面を形成し
てから測定する場合は例えば前記アライメントマークに
バーニア目盛マークを設けておけば直接測定可能であ
る。

【００５５】このようにして各区画領域Ｓ₁ 〜Ｓ₄ の露
光パターン上の複数個所で測定された上記の如き点Ｐ_i
の露光位置ずれ量（Ｘ_i ，Ｙ_i ）を零に近付ける方法と
しては、最小二乗法或いは探索法などが利用できる。こ
こでは最小二乗法による場合に関して説明する。すなわ
ち、所謂ガウスの最小二乗法の評価関数は下記の数４で
与えられる。

【００５６】

【数４】

【００５７】この量を最小とするためには下記の数５で
表される必要十分条件が満たされる必要がある。尚、数
５におけるサフィックスｋは原画レチクルを表し、レチ
クルＲ₁ ではＡ、レチクルＲ₂ ではＢ、レチクルＲ₃ で
はＣ、レチクルＲ₄ ではＤである。

【００５８】

【数５】

【００５９】さて、図２（ａ）の例の場合に数５を適用
すれば夫々の原画レチクルにおけるパラメータは下記の
数６に従う。尚、数６の右辺においては、測定点Ｐ_i の
測定位置データとしてＸ_ki，Ｙ_kiを、露光されたときの
合成画面上における隣接アライメントマーク間のｘ，ｙ
方向の相対的な位置ずれ量の測定データをｘ_i ，ｙ
_i（但しｋ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、ｉ＝１〜８）として示し
ている。

【００６０】

【数６】

【００６１】数６において、解を求めるにはパラメータ
の数が重要である。もし４つの原画レチクルの全てにつ
いてξ_k ，η_k ，θ_k の３つずつのパラメータを求めよ
うとする場合、即ち原画レチクルの総数×３がパラメー
タの数である場合は、数６中の右辺の逆行列が非正則と
なり、数６は解くことができない。換言すると原画レチ
クルのうちの少なくとも１枚のもつ各パラメータは固定
とする必要性があり、従ってここでは原画レチクルＲ₁
の測定点Ｐ₁ 〜Ｐ₄ の位置を固定、即ち基準位置とし、
残るレチクルＲ₂ 〜Ｒ₄ の測定点データによりそれらの
パラメータ、即ちξ_B ，η_B ，θ_B ，ξ_C ，η_C ，θ
_C ，ξ_D ，η_D ，θ_D を計算するようにしている。

【００６２】また測定点の数については、例えば図２
（ａ）の如く合成画面上で隣接する辺部分に夫々２つず
つの測定点を配せば充分であるが、測定点数をなるべく
少なくしたい場合には、数６中の右辺の逆行列が非正則
とならない範囲において測定点数を省略することが可能
である。

【００６３】数６により各原画レチクルＲ₂ 〜Ｒ₄ のア
ライメント時にオフセット量として与えるべき補正値ξ
_B ，η_B ，θ_B ，ξ_C ，η_C ，θ_C ，ξ_D ，η_D ，θ_D
が求められるが、これらの補正値は本露光の際に原画レ
チクルのアライメント情報に加算されることになるの
で、原画レチクルの位置合わせは直接的にこれら補正値
を加味した補正済みアライメント位置に合わせられるよ
うになっていることが好ましい。このためには、レチク
ルアライメントに例えば光電顕微鏡を使用し、前述のよ
うにして得られた補正値を顕微鏡の視準マークにオフセ
ット値として加算したうえで例えば図３の各アライメン
トマークｍ₁ 〜ｍ₃ との位置合わせを行なえばよい。

【００６４】勿論、前述の実施例に示した方法は、原画
レチクルの枚数或いは測定点の大きさに左右されること
なく適用可能である。また、一枚の原画レチクルで画面
合成を行う場合も以上に述べたのと同様な方法を適用し
て適正な合成を行なうことができる。更に、例えばレチ
クル個々の厚み変動等による倍率誤差を考慮する場合
は、原画レチクルから露光パターンへの投影倍率に対し
て補正を加え、例えば数１や数２に倍率γを導入して数
６を計算すればよい。以下に示す数７は、測定点Ｐ_i に
関して倍率γを導入した数１に対応する書き換え式であ
る。

【００６５】

【数７】

【００６６】この数７と同様の式を前述の数１や数２な
どの各原画レチクルの式に置き換えた上で数６を計算す
れば良い。また、パラメータは各原画レチクルについて
必ずしも３つ必要ではなく、シフト量と回動量のうち任
意のもののみ可変に扱っても本方式は可能である。一般
に液晶素子の場合は、素子の配列されている方向が揃っ
ている。よってＸ，Ｙ方向の何れか一方に関するつなぎ
合わせ精度が緩くて良いことがある。例えば液晶素子の
ゲート線の部分で複数の画面を隣接して合成する場合、
この合成部分ではゲート線の長手方向に関する精度は、
短手方向（幅方向）に関する精度に比べて緩くて良い。
そこで、このような場合にはＸ，Ｙ方向の各々に対して
つなぎ合わせ誤差の許容値を設定し、各設定値のもとで
Ｘ，Ｙ方向の各々の補正値を独立に決定するようにして
も良い。例えば、ゲート線の短手方向をＸ方向とし、長
手方向をＹ方向として、Ｘ方向とＹ方向の位置ずれを例
えば３：１または５：１のように適当な比率で重みづけ
をして位置ずれ量を求めるようにすれば良い。つまり、
上記のシフト量（ξ_k ，η_k ）のうちいずれか一方向の
ものに重みをおいて位置ずれ量（ｘ_k ，ｙ_k ）を求める
ことになり、数４においてはＸ_i ²，Ｙ_i ²に夫々上記の比
率に応じた係数を掛けて得られる量を零に近づけるよう
にすれ良い。尚、精度が緩くて良い方向を無視しても構
わない。

【００６７】次に、本発明の一実施例に係る投影露光方
式の露光装置について説明すると、図４はこの露光装置
の構成を示している。照明光源１からの照明光は照明光
学系２によって照度均一化等の光学的な処理を受け、次
いでリレーレンズ３により平行ビームにされる。この平
行ビームはブラインド駆動装置６によって制御される可
変ブラインド５の開口を通ることにより所定の照明視野
を与えるビーム断面積の平行ビームとして別のリレーレ
ンズ４を通過する。リレーレンズ４から出た光は、ミラ
ー７によって落射方向に光路を変えられ、コンデンサレ
ンズ８を介してレチクルステージ９上の原画レチクルを
平行ビームで照明する。

【００６８】レチクルステージ９は、この例では図示の
ように４つのレチクルホルダ上に合計４枚の原画レチク
ルＲ₁ 〜Ｒ₄ をセットでき、端部に固定されたミラー１
１でレーザ干渉計１０による位置計測を行なうことによ
り、駆動装置１４による移動位置の管理が可能となって
いる。尚、前記レチクルブラインド５は、このレチクル
ステージ９上の露光位置にあるレチクルと共役な位置関
係にある。

【００６９】レチクルステージ９上には、露光位置にあ
るレチクルを装置基準位置に対して位置合わせするため
のアライメント顕微鏡１２ｘ，１２ｙ，１２θ（但し１
２ｘは図に現われていない）がミラー１３ｘ，１３ｙ，
１３θによってレチクル周縁のアライメントマーク（例
えば図１（ｂ）中のマークｍ₁ 〜ｍ₃ ）を観察できるよ
うに配置され、これらアライメント顕微鏡による観察基
準位置、即ちレチクルのアライメントマークに対する視
準位置が、前述露光位置ずれ量の測定結果から後述の制
御装置３０によって計算された補正値に相当する量だけ
レチクル毎に個々にｘ方向とｙ方向にシフト移動および
θ軸回りに回動されてオフセットを与えられるようにな
っている。

【００７０】レチクルステージ９の下には投影レンズ１
５が配置され、投影レンズ１５の下にはステージ装置１
７によって保持されたガラス基板１６が位置するように
なっている。即ちステージ装置１７はその上面にガラス
基板１６を平らに保持し、ガラス基板１６の表面には感
光性レジスト薄膜が形成されている。またステージ装置
は駆動装置１９によってｘおよびｙ方向に移動可能であ
り、その移動位置はステージ端部に取り付けたミラー２
１でレーザ干渉計２０による位置計測を行なうことによ
り管理されるようになっている。

【００７１】ステージ装置１７の上面には、基板１６と
ほぼ等しい高さでフィデューシャルマーク（ＦＭ）部材
１８が固定配置されており、このＦＭ部材１８は、図６
に示すように遮光性の窓面にｘｙ方向の各回折格子状マ
ルチパターンの透光性マーク１８ｘ，１８ｙと十字状の
シングルパターンの透光性マーク１８ｃとを形成し、ス
テージ装置１７の内側から照明されるようなものであ
る。

【００７２】照明系のリレーレンズ４とミラー７との間
に挿入されているのは半透過ミラー２３であり、この半
透過ミラー２３はリレーレンズ４からの光を通過させる
と共にミラー７からの戻り光を照明系の光路外のレンズ
２４へ導くものである。またレンズ２４は、半透過ミラ
ー２３によって導かれた光を光電変換素子２５の受光面
に集光し、光電変換素子２５によってその光強度を電気
的に検出できるようにしている。これらの半透過ミラー
２３とレンズ２４および光電変換素子２５は、前記ＦＭ
部材１８から投影レンズ１５を介してレチクルを逆照明
したときのＦＭマーク（１８ｘ，１８ｙ，又は１８ｃ）
の照明像とレチクルのアライメントマークの像との位置
関係を検出するための照明ステージシステム系（以下Ｉ
ＳＳ系という）２６の受光系を構成するものである。

【００７３】レチクルステージ９の下側には投影レンズ
１５を介してステージ装置１７上の基板１６に対するス
テップ移動の位置合わせを行なうためのレーザステップ
アライメント（ＬＳＡ）系２２も設けられており、この
ＬＳＡ系２２および前記ＩＳＳ系２６を始めとして、レ
ーザ干渉計１０および２０、各レチクルアライメント系
１２ｘ，１２ｙ，１２θ、各駆動装置６，１４，１９の
全てが制御装置３０によって制御されるように構成され
ている。

【００７４】制御装置３０は図５に示すような構成をも
っており、これはメモリ３１を備えたシステムコントロ
ーラ３２と、レチクルステージコントローラ３３と、基
板ステージコントローラ３４と、信号処理回路３５とを
含んでいる。システムコントローラ３２は必要な制御情
報をメモリ３１から読出し、レーザ干渉計１０，２０や
レチクルアライメント系１２ｘ，１２ｙ，１２θ、およ
びＩＳＳ系２６やＬＳＡ系２２からの測定情報およびそ
の演算結果に応じた制御信号を各コントローラ３３，３
４に与える。

【００７５】信号処理回路３５は前記ＩＳＳ系２６の光
電変換素子２５からの検出信号と基板ステージのレーザ
干渉計２０からの位置測定信号とを受けとって前述のよ
うなパラメータξ_B ，η_B ，θ_B ，ξ_C ，η_C ，θ_C ，
ξ_D ，η_D ，θ_D の計算を行ない、これをシステムコン
トローラ３２へ与える。システムコントローラ３２で
は、これらの補正値が与えられると、レチクルステージ
コントローラ３３によるレチクルステージ９の移動位
置、即ちどのレチクルが露光位置にあるかに応じて対応
する補正値をレチクルアライメント系に与え、アライメ
ント顕微鏡１２ｘ，１２ｙ，１２θによる観察基準位
置、即ちレチクルのアライメントマークに対する視準位
置に対応するパラメータ値を相殺するようなオフセット
量を与える。

【００７６】尚、レチクルアライメント顕微鏡自体にオ
フセットを与えずとも、例えばレチクル毎の各顕微鏡の
オフセット量を記憶しておき、アライメントに際しては
観察基準位置に対して記憶されたオフセット量だけマー
クがずれた状態にして位置決めするようにしてもよく、
或いは基板ステージ１７のステップ位置に記憶オフセッ
ト量に対応した量だけオフセットをもたせるようにして
も差し支えない。

【００７７】基板ステージコントローラ３４はレーザ干
渉計２０とシステムコントローラ３２からの信号に応じ
て駆動装置１９を介して基板ステージ１７のｘおよびｙ
方向の移動を制御し、またレチクルステージコントロー
ラ３３はレーザ干渉計１０とシステムコントローラ３２
からの信号に応じて駆動装置１４を介してレチクルステ
ージ９の移動を制御する。

【００７８】さて、制御装置３０によるＩＳＳ系２６の
制御動作でレチクルのアライメントマークの露光パター
ン上の位置を測定する方法を説明すると、ステージ１６
上のＦＭ部材１８をステージ１６内から照明し、ステー
ジ１６を投影レンズ１５の下で移動させてＦＭ部材１８
のマーク１８ｃまたは１８ｘ，１８ｙの逆投影像により
露光位置にあるレチクルのアライメントマークを走査す
る。走査結果はＩＳＳ受光系の光電変換素子２５で検出
され、またそのときの位置情報はレーザ干渉計２０から
得ることができる。この例ではＩＳＳ受光系２６が主照
明系に設けられているが、これはレチクルアライメント
系内に設けてもよい。

【００７９】制御装置３０では、レーザ干渉計２０から
のアップ／ダウンパルスに応答して光電受光素子２５か
らの検出信号のレベルをデジタル値に変換してメモリ３
１内に波形データとして取り込み、その後、演算処理に
よってレチクルアライメントマークの位置を基板ステー
ジ１６の座標系内で求める。

【００８０】例えばレチクルアライメントマークが単一
のバー状のマークの場合、ＦＭ部材１８のマーク１８ｃ
の逆投影像による走査が行なわれると光電変換素子２５
から図７に示すように実質的に単一ボトム状の波形の検
出信号が生じるので、制御装置３０によるソフトウエア
処理により或るスライスレベルでボトム波形の両エッジ
位置ｘ_a ，ｘ_b を演算してその中点位置ｘ_p を求める。

【００８１】またレチクルアライメントマークが複数本
の直線ストライプからなる回折格子状のマークの場合
は、ＦＭ部材１８のマーク１８ｘまたは１８ｙの逆投影
像による走査が行なわれると光電変換素子２５から図８
に示すように干渉により高周波状の波形の検出信号が生
じるので、制御装置３０によるソフトウエア処理によっ
てフーリエ法による位相解析を行なってその中心位置ｘ
₀ を求める。

【００８２】このようにして露光位置にあるレチクルの
各アライメントマークの露光パターンとしての位置を基
板ステージ座標で求めてメモリ３１に格納し、前述の各
測定点Ｐ_i に関する位置データ等を演算し、その結果か
ら前述数６に示したような演算を行なってレチクルの露
光位置ずれ量としての補正値ξ_k ，η_k ，θ_k を求め
る。これら補正値は実際の露光時における当該レチクル
のアライメントに際してアライメント顕微鏡の視準にオ
フセット量として与えられ、従って実際の露光に際して
はこのレチクルはオフセット量を与えられた視準によっ
てアライメントされることにより、露光位置ずれ量を相
殺された適正位置に露光パターンを形成することにな
る。

【００８３】図４においてもう一つのアライメント系で
あるＬＳＡ系２２は基板ステージ１７側におけるアライ
メントマークの検出によりレチクルと基板１６との位置
合わせを行なうためのものである。このＬＳＡ系２２を
利用したレチクルの露光位置ずれ量の検出は、基板１６
にレチクルＲ₁ 〜Ｒ₄ の合成画面を例えば試験的に露光
し、露光されたパターン中のアライメントマークの位置
を測定する場合に有用である。この場合、露光されたパ
ターン中のアライメントマークの位置検出は、露光され
たレジスト中のパターンの潜像をＬＳＡ系２２で検出す
る方式、或いは露光された基板のレジストを現像してか
ら再び該基板をステージ上に戻し、基板上に形成された
凹凸状のアライメントマーク（レジスト像または下地像
のいずれでもよい）をＬＳＡ系２２で検出する方式のい
ずれでもよい。尚、このＬＳＡ系によるマーク位置の計
測に際しては、パターン中のマークとして凹または凸の
点状マークエレメントを定ピッチで例えば７行７列程度
のマトリクス状に配列した微細な回折格子状マークを設
けて位置計測することが好ましい。

【００８４】後者の場合、本露光装置を例えば特開平１
−１７９３１７号公報に開示されたようにコータ・デベ
ロッパと一連のインラインシステムに組合せて基板処理
システムを構築し、レジスト塗布と露光および現像を順
次繰り返し処理するようにするとよい。この場合、係る
インライン基板処理システムにおけるテスト露光の結果
を本露光装置のＬＳＡ系２２でインライン計測でき、こ
れによって画面合成の誤差の修正が共通の制御コンピュ
ータで処理できると共に露光装置内でテスト結果の計測
が果たせるので塵埃等による汚染の恐れも極めて少なく
なる。

【００８５】すなわち、テスト露光において、レジスト
塗布装置でレジストを塗布された基板１６を本露光装置
のステージ１７にセットし、レチクルＲ₁ をアライメン
ト顕微鏡でその視準位置に位置合わせして原画パターン
ａを露光し、基板１６をステージ１７の移動で次の区画
領域の露光のために移動させると共にレチクルＲ₂ を同
様にアライメント顕微鏡でその視準位置に位置合わせし
て原画パターンｂを露光し、以下同様にしてレチクルＲ
₃ およびＲ₄ の原画パターンｃおよびｄを順次露光す
る。これによってひとつの合成画面が基板１６上に露光
されるので、この露光済み基板を現像装置へ搬送して現
像および洗浄し、その後、再び露光装置のステージ１７
上に戻して前記ＬＳＡ系２２による現像パターン中のア
ライメントマークの位置測定を行なう。

【００８６】この場合のＬＳＡ系２２は、基板１６上に
前記テスト露光と現像によって形成された回折格子状の
アライメントマークに投影レンズ１５を介してスリット
状のレーザ光スポットを投射しつつ基板ステージ１７を
移動させて、アライメントマークからの回折光の強度を
制御装置３０内でデジタルサンプリングしてソフトウエ
アによる波形解析を行なうことによりアライメントマー
クの位置を基板ステージ１７の座標系内で検出する方式
であり、その具体的な光学構成は図９に示す通りであ
る。

【００８７】図９において、図４中のものに対応する部
分には同一符号が付されており、また基板ステージ１７
のミラーとレーザ干渉計については、ｘ方向のミラー２
１ｘおよびレーザ干渉計２０ｘと、ｙ方向のミラー２１
ｙおよびレーザ干渉計２０ｙとを別々に示してある。

【００８８】ＬＳＡ系２２の光学構成は、図９中の投影
レンズ１５の上部に示すように、レーザ光源２０１から
ビームエキスパンダ及びシリンドリカルレンズ等を含む
照明光学系２０２を介して照射されるレーザビームをビ
ームスプリッタ２０３でｘ，ｙ方向の二つのビームに分
け、それぞれミラー２０４ｘ，２０４ｙ、ビームスプリ
ッタ２０５ｘ，２０５ｙ、対物レンズ２０６ｘ，２０６
ｙ、およびミラー２０７ｘ，２０７ｙを経て、レチクル
Ｒ_i の下側から投影レンズ１５に入射される。投影レン
ズ１５を通過した各レーザビームは、基板１６上または
ＦＭマーク部材１８上でｘ方向またはｙ方向にスリット
状に延びたレーザスポットとなって投射される。

【００８９】基板１６上には先に述べたテスト露光と現
像処理によってレチクルＲ_i のアライメントマークの転
写パターンが回折格子状の凹凸パターンとして形成され
ており、またＦＭ部材１８上にも基準位置を与えるフィ
デューシャルマーク１８ｘ，１８ｙが同様な回折格子状
の凹凸パターンで形成されている。ＬＳＡ系２２による
マーク位置の測定に際しては、これらの回折格子状マー
クが前記スリット状のレーザスポットを横切るように、
基板ステージ１７がｘ方向またはｙ方向に移動される。

【００９０】回折格子状マークとレーザスポットとの関
係および回折格子状マークから生じる回折光の様子は図
１０に示す通りである。マークからの回折光は投影レン
ズ１５を介してミラー２０７ｘ，２０７ｙおよび対物
レンズ２０６ｘ，２０６ｙによりビームスプリッタ２０
５ｘ，２０５ｙへ戻り、ビームスプリッタ２０５ｘ，２
０５ｙでそれぞれｘ軸用光電検出器２０８ｘまたはｙ軸
用光電検出器２０８ｙへ導かれる。ここで各光電検出器
２０８ｘ，２０８ｙは、マークからの回折光のうちの０
次光（正反射光）をカットして高次光（±１次光以上）
のみを通過させる空間フィルタ（図示しない）を介し
て、高次回折光のみを光電検出する。

【００９１】回折格子状マークがレーザスポットを横切
るように走査されると、図１１に示すようなガウス状波
形の光電信号が光電検出器２０８ｘまたは２０８ｙから
出力される。この光電信号は制御装置３０内部の信号処
理ユニットに波形データとして取り込まれ、ソフトウエ
ア処理によってその波形の中心位置が求められる。この
位置は、レーザスポットと回折格子状マークとが合致し
たときの基板ステージ１７の座標値である。

【００９２】図１２はＬＳＡ系２６に関する制御装置３
０内の信号処理ユニットをブロック化して示している。
図１２では、図９に示したものに相当する部分には対応
する符号を付してあるが、ｘおよびｙ方向の区別は省略
してある。この例では、基板ステージ１７側の回折格子
状マークからの回折光のうち高次光が空間フィルタ２０
９で抽出され、図１０に示したようにプラス次数側のＡ
チャンネルとマイナス次数側のＢチャンネルとで個別に
光電検出されるようにしてある。これら光電検出された
信号はプリアンプ２１０で増幅され、次いでＡＧＣ回路
２１１で個々に所定ゲインに設定され、その後、Ａ／Ｄ
変換部２１２に入力される。

【００９３】Ａ／Ｄ変換部２１２は、基板ステージ１７
のレーザ干渉計２０ｘまたは２０ｙからの位置信号とし
てのアップ／ダウンパルスに応答して図１１に示すよう
に光電信号のガウス状波形をデジタルでサンプリングす
る。サンプリングによって得られたデジタルデータは波
形メモリ（ＲＡＭ）２１３に記憶されるが、このときの
波形メモリ２１３のアドレスと基板ステージ１７の移動
位置とは１対１に対応している。

【００９４】波形メモリ２１３に取り込まれたデジタル
波形データは、例えばビットスライスプロセッサなどの
高速プロセッサ２１４のソフトウエア動作により処理さ
れ、図１１に示したようにマーク中心位置Ｘ_p が求めら
れる。前述の各測定点Ｐ_i についてこのようなマーク中
心位置が求められ、これがＬＳＡ系処理ユニット（ＭＰ
Ｕ）２１５に送られて、制御装置３０内の主制御ユニッ
トによる前述各補正値の演算等に使われる。

【００９５】補正値の演算結果は次の露光のためのレチ
クルアライメント系のオフセット情報として制御装置３
０内のメモリ３１に記憶され、次の露光に際してはレチ
クルアライメント系がこのオフセット量を加算した位置
基準に従って各レチクルの位置合わせを行なう。それに
よって露光される各レチクルの露光パターンは、レチク
ルアライメントマークの位置誤差を相殺したものとな
り、従って設計データ通りの正確な合成画面を形成す
る。

【００９６】尚、本実施例ではレチクルアライメントマ
ークの位置計測にＩＳＳ系２６のセンサ（光電検出器２
５）を利用したが、ＩＳＳ系以外のセンサ、例えばＦＭ
部材１８の下に設けた光電検出器を用いてマーク位置の
計測を行なってもよい。またＩＳＳ系による場合でも、
本実施例のような照明系への戻り光による計測によらず
に、レチクル裏面（パターン形成面）からの反射光をＦ
Ｍ部材１８を介して光電検出する方式を採ってもよい。
更にレチクルアライメント系の構成および検出方式は任
意であり、また必ずしも３軸でなければならない理由も
ない。

【００９７】例えば投影光学系の結像特性にディストー
ション等が存在する場合は、この結像特性を計測し補正
した後で本発明におけるレチクルマークの位置計測を行
なうようにしてもよく、この場合、投影光学系の結像特
性を例えば投影レンズ鏡筒内圧調整等によるレンズエレ
メントの移動および傾動、或いはレチクルの傾動等によ
って補正しておくことにより、露光位置ずれ量に対応す
る補正のためのオフセット量を小さくすることができ
る。またこの場合、レチクルマークの位置計測にＩＳＳ
系を利用すれば、投影光学系の結像特性の補正後に直ち
にレチクルマークの位置計測を再開でき、リアルタイム
での補正が可能である。

【００９８】本発明において、レチクルマークの位置計
測にＩＳＳ系を利用する場合、この位置計測にはレチク
ルアライメント顕微鏡は関与しない。また実施例には求
められた露光位置ずれ量に対応するオフセット量をレチ
クルアライメント顕微鏡の視準に与えて露光位置の補正
を行なう方式が示されているが、レチクルステージのレ
ーザ干渉計をＩＳＳ系と組合せて利用すればオフセット
量をレチクルステージの位置補正として与えることもで
き、実質的にレチクルアライメント顕微鏡を使用しない
で適正な合成画面を露光することも可能である。

【００９９】また、本露光の前に試験的な露光を行なっ
てマーク位置を計測する場合、レチクルアライメント顕
微鏡による粗アライメントとＩＳＳ系によるファインア
ライメントを行なった後に試験露光を行なって本願のマ
ーク位置の計測を行なうようにしてもよい。

【０１００】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
複数枚の原画レチクルを使って隣接合成手法による露光
を行うに際して、各原画レチクルに製造上などの理由に
よるアライメントマークの位置誤差、レチクルアライメ
ント系による検出誤差、投影光学系のディストーション
等が含まれていても、それによる露光位置ずれ量を予め
測定して補正した位置に原画を露光することができ、各
原画レチクルの原画パターンを高い精度で正確に隣接合
成した良質の合成画面が得られるという効果を奏するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る露光方法が適用される
露光方式の概要を示し、（ａ）は画面合成方式による露
光装置の模式図、（ｂ）は原画レチクルの一例を示す平
面図、（ｃ）は位置ずれを含む合成画面の例を示す模式
図、（ｄ）は位置ずれのない合成画面の例を示す模式図
である。

【図２】本発明の実施例に係る露光方法の原理を説明す
るための露光合成画面の一例を示し、（ａ）は合成画面
全体の説明図、（ｂ）は測定点Ｐ₃ 付近における拡大図
である。

【図３】一実施例に用いた４つの原画レチクルＲ₁ 〜Ｒ
₄ のアライメントマークの配置例を示す模式図である

【図４】本発明の一実施例に係る露光装置の構成図であ
る。

【図５】本発明の一実施例に係る露光装置の制御系の構
成を示すブロック図である。

【図６】基板ステージ上のフィデューシャルマークの一
例を示す説明図である

【図７】ＩＳＳ系のシングルパターンマークによるレチ
クルアライメントマークの位置測定の様子と信号波形を
示す説明図である。

【図８】ＩＳＳ系のマルチパターンマークによるレチク
ルアライメントマークの位置測定の様子と信号波形を示
す説明図である。

【図９】ＬＳＡ系の光学構成の一例を示す構成図であ
る。

【図１０】ＬＳＡ系による基板ステージ側のアライメン
トマークおよびフィデューシャルマークの検出の様子を
示す模式説明図である。

【図１１】ＬＳＡ系による測定信号とその信号処理の様
子を説明する波形図である。

【図１２】ＬＳＡ系２６に関する制御装置内の信号処理
ユニットをブロック化して示した構成図である。

【符号の説明】

Ｒ₁ 〜Ｒ₄ ：原画レチクルＰＬ：投影レンズＰ：基板Ｓ₁ 〜Ｓ₆ ：露光区画領域Ｓ_p ：合成画面ａ〜ｄ：原画パターンｍ₁ 〜ｍ₃ ：レチクルアライメントマークｍ_A1〜ｍ_D4：位置ずれ測定用アライメントマーク１：レーザ光源５：可変レチクルブラインド９：レチクルステージ１０：レーザ干渉計１２ｘ：レチクルアライメント系１２ｙ：レチクルアライメント系１２θ：レチクルアライメント系１４：レチクルステージ駆動装置１５：投影レンズ１６：感光基板１７：基板ステージ１８：フィデューシャルマーク部材１９：基板ステージ駆動装置２０：レーザ干渉計２２：ＬＳＡ系２３：半透過ミラー２４：対物レンズ２５：ＩＳＳ光電変換素子２６：ＩＳＳ系３０：制御装置３１：メモリ３２：システムコントローラ３３：レチクルステージコントローラ３４：基板ステージコントローラ３５：信号処理回路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02 H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一または異なるパターンをもつ複数の原
画を用い、各原画のパターンを基板上の隣接した区画領
域に画面継ぎ合成して露光する露光方法であって、前記パターンの露光に先立って、前記複数の原画のパタ
ーンにより前記画面継ぎ合成される継ぎ部での前記原画
どうしの相対的な露光位置ずれ量をそれぞれの前記継ぎ
部毎に少なくとも２箇所で予め求め、前記画面合成される原画のうち一つの原画の位置を基準
位置として、前記継ぎ部の前記露光位置ずれ量を実質的
に相殺するようにその他の前記画面合成される原画毎に
ＸＹ方向のシフトとθ軸回りの回転とを含む位置ずれ補
正量を求め、前記基板への露光に際して前記基準位置に対して前記各
原画毎に前記位置ずれ補正値を与えて位置決めすること
を特徴とする露光方法。
【請求項２】前記露光位置ずれ量から前記原画のパター
ンを投影する投影光学系の投影倍率の倍率補正量を求
め、前記基板への露光に際して、前記各原画毎に前記倍
率補正量を与えて露光することを特徴とする請求項１に
記載の露光方法。
【請求項３】隣接する区画領域を形成すべき少なくとも
一対の原画を露光して前記露光位置ずれ量を計測により
求めることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項４】最初に露光される原画に対する露光位置ず
れ量に応じて２番目以降の露光対象原画を前記基板と相
対的に直線移動および／または回動させることにより位
置決めを行なうことを特徴とする請求項１に記載の露光
方法。
【請求項５】レチクルに形成された第１のパターンのつ
なぎあわせ部分と第２パターンのつなぎあわせ部分とを
投影光学系を介して基板につなぎあわせて露光する露光
方法において、前記投影光学系を用いて前記第１パターンのつなぎあわ
せ部分に位置する少なくとも２箇所の第１の計測パター
ンに関する第１位置情報を検出し、前記投影光学系を用いて前記第２パターンのつなぎあわ
せ部分に位置する少なくとも２箇所の第２の計測パター
ンに関する第２位置情報を検出し、前記第１位置情報と前記第２位置情報とに基づいて、前
記つなぎあわせに関する誤差を前記第１パターンまたは
前記第２パターンの一方の位置を基準位置として、他方
のパターンのＸＹ方向のシフトとθ軸回りの回転とを含
む位置ずれ補正量を求めることを特徴とする露光方法。
【請求項６】前記第１パターンと前記第２パターンと
は異なるレチクルに形成されていることを特徴とする請
求項５記載の露光方法。
【請求項７】前記レチクルの位置合わせをする際に、前
記つなぎあわせに関する誤差をオフセットとして用いる
ことを特徴とする請求項５記載の露光方法。
【請求項８】前記つなぎあわせに関する誤差に基づいて
前記第１、第２パターンを前記基板に露光する際に、所
定の一方向のつなぎあわせを重視して前記露光をするこ
とを特徴とする請求項５記載の露光方法。
【請求項９】前記第１、第２位置情報は、前記第１、第
２パターンを前記投影光学系を介して前記基板に露光し
て検出することを特徴とする請求項５記載の露光方法。
【請求項１０】レチクルに形成された第１のパターンの
つなぎあわせ部分と第２パターンのつなぎあわせ部分と
を投影光学系を介して基板につなぎあわせて露光する露
光装置において、前記投影光学系を用いて、前記第１、第２パターンのつ
なぎあわせ誤差を前記つなぎあわせ部分の少なくとも２
箇所で検出する検出装置と、前記第１、第２パターンのつなぎあわせ誤差に基づい
て、該つなぎあわせ誤差を小さくするように前記第１パ
ターンまたは前記第２パターンの一方の位置を基準位置
として、他方のパターンのＸＹ方向及びθ軸回りの相対
的位置を制御して前記つなぎあわせ誤差を補正する補正
装置と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１１】前記基板を載置して移動する基板ステー
ジを備え、前記検出装置は、前記基板ステージに配設さ
れた基準マーク部材を有していることを特徴とする請求
項１０記載の露光装置。
【請求項１２】前記基板を載置して移動する基板ステー
ジを備え、前記補正装置は、前記基板ステージの移動量
を制御して前記つなぎあわせ誤差を補正することを特徴
とする請求項１０記載の露光装置。
【請求項１３】前記投影光学系の結像特性を調節する結
像特性調節装置を備えたことを特徴とする請求項１０か
ら１２のいずれか一項記載の露光装置。