JP3472078B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

露光方法及び露光装置

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は露光方法及び露光装
置に関し、例えばマスク原板を投影光学系を用いて投影
露光し、液晶パネル等を作成する際に好適なものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば液晶パネルの作成は光
露光技術、いわゆるフォトリソグラフィ技術により微細
パターンを重ね合せながら作成されている。露光工程で
は液晶パネルとなる基板を露光装置に対し精密に位置合
わせする必要がある。基板と露光装置の位置合わせは、
該基板上の露光領域の周辺部分、例えば露光領域に隣接
する左右の位置に予め形成された位置合わせマークを用
いて行なわれる。基板ステージ上に搬送された基板を露
光位置に移動する時、露光装置は基板上の位置合わせマ
ークに対し観察光学系から一定光量の観察光を照射し、
その反射光を再び前記観察光学系内に取り込んで、CC
Dカメラで検出を行う。観察光学系内に固定されている
CCDカメラで検出された画像は、画像処理により前記
位置合わせマークとその周辺部分のコントラスト差から
位置情報を検出される。これより観察光学系内のCCD
カメラと基板の位置ずれ量、即ち露光装置に対する基板
の位置ずれ量が算出され、基板が保持されている基板ス
テージを前記算出されたずれ量分駆動して、基板と露光
装置の位置合わせが行なわれ、露光動作につながってい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年は液晶パネルの生
産コストの低減を目指した液晶パネルの大型化により、
基板のサイズは徐々に大型化している。
【0004】図2は従来の基板27上に形成されている
パターンの配置図である。露光領域48に隣接して配置
された位置合わせマーク42、43はフォトリソグラフ
ィ工程を進める過程、例えば回転塗布機で感光液を基板
に塗布中にマーク自体が基板上から消失したり、あるい
は他の理由で損傷を受ける場合がある。露光装置は基板
が搬入されると、後述する図1の基板ステージ28を移
動させて位置合わせマーク42、43を観察光学系22
で検出可能な位置46、47に持っていく。位置合わせ
マーク42、43は図3のような位置関係となり、画像
処理回路40で検出画像の処理が行なわれる。検出の
際、前述した理由で図4の様に左側の位置合わせマーク
42がなくなると、画像処理回路40で前記位置合わせ
マーク42とその周辺部分の回路との分離ができず、前
記位置合わせマークが検出不能となって、基板と露光装
置の位置合わせができなくなる。この傾向は基板サイズ
の大型化に伴い頻度が増してきている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は位置合わせマー
クに損傷が起きた場合でも、露光装置に対して基板を正
確に位置決めできるように、冗長性を増した位置合わせ
方法及びそれを用いた露光方法や露光装置を提供するこ
とにある。又本発明によれば基板上に予め3点以上の位
置合わせマークを配置し、該位置合わせマークの検出を
観察光学系と画像処理回路を用いて基板ステージを移動
させながら行ない、該位置合わせマークが少なくとも2
点検出されるまで検出を続行することを特徴としてい
る。該検出した結果から算出された基板と露光装置の位
置ずれ量は露光装置側にフィードバックされ、該位置ず
れ量に基づいて基板ステージが駆動され、基板と露光装
置の位置合わせが行われるものである。具体的には、本
発明の位置合わせ方法は、第1物体と第2物体を位置合
わせする方法において、前記第2物体上の複数の区画領
域の周囲にそれぞれ複数の位置合わせマークを設け、位
置合わせしようとする区画領域において前記位置合わせ
マークを2個以上検出できない場合に他の区画領域の位
置合わせマークの検出を行ない、合計2個以上の位置合
わせマークを検出するまで検出動作を行ない、該検出動
作終了後、検出された位置合わせマークの情報に基づい
て第1物体と第2物体の位置合わせを行なうことを特徴
としている。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態例1の液
晶を製造するときの露光装置の概略図である。同図にお
いて23は基板27に転写する液晶パネル画素パターン
が形成されているマスク、24はマスク23を搭載し、
XYθ方向に移動可能でY方向に走査露光機能を有する
マスクステージである。27は液晶表示板を製造するた
めのトランジスタなどのパターンが通常のフォトリソグ
ラフィの手段で形成されるガラス基板である。28は基
板27を保持してXYθ方向に移動可能な基板ステージ
で、Y方向に走査露光を行う機能を有している。26は
凸凹面鏡を組合せて構成される周知のミラー投影光学系
で、マスクステージ24によって所定位置に位置決めさ
れたマスク23のパターン像を基板27上に等倍投影す
る。21は特定の波長の光で露光位置にあるマスク23
を照明する照明光学系で、マスク23上の液晶パネル画
素パターン41を基板27 上の感光層に露光し転写す
ることを可能としている。
【0007】25は基板ステージ28とマスクステージ
24を搭載している本体構造体である。31及び32は
各ステージ24、28を図面に対して平行方向であるY
方向に移動させるための駆動モータ、29、30は各ス
テージ24、28即ちマスク23及び基板27の位置を
モニタするためのレーザ干渉計等の計測機である。制御
回路34は走査露光時にレーザ干渉計29、30のステ
ージ位置情報をもとにモータ31、32への駆動量を制
御して、ステージ24、28をお互いに同期して移動さ
せる。制御としてはモータ31を一定電圧で駆動してマ
スクステージ24を定速走行させ、レーザ干渉計29,
30で計測される各ステージ24、28の位置に応じた
駆動量をモータ32に供給して基板ステージ28を移動
させる等の方式が採用される。
【0008】図4以降に本発明にかかわる部分の詳細を
示す。図8は本発明の動作を具体的に表わすフローチャ
ートである。基板における位置合わせマークの損失、損
傷をリカバーするため、本発明ではフローチャートに示
す様に基板上の2点の位置合わせマークの検出ができる
まで露光装置がステップ移動と位置合わせマークの検出
を繰り返すことを特徴としている。2点の検出が完了し
た時点で露光装置は基板と自分自身の位置ずれ量を計算
し、該計算結果から基板ステージ28を駆動して基板の
位置合わせを行うものである。
【0009】図5は本発明の露光装置に従って製作され
た基板のパターン配置と、配置された位置合わせマーク
を観察している時の観察光学系の位置を示したものであ
る。同図においては基板27上には図2の従来例のよう
に2点だけでなく、全部で4点の位置合わせマーク4
2、43、44、45が形成されている。即ち2個予備
の位置合わせマークが付け加わっている。42、43は
1回目に露光する露光領域48を左右にはさむ形で配置
され、44、45は2回目に露光する露光領域49を左
右にはさむ形で配置されている。42と43、44と4
5の間隔は等しく、さらに信号検出系を共通化するた
め、マークも同一形状をしている。即ち42と43、4
4と45というペアのマークは相対配置及び構成が同一
となっている。
【0010】基板上の複数の露光領域は順次露光位置に
ステップ移動され、各露光位置においてその露光領域上
に原板であるマスクの像が露光される。その時、前記基
板上の位置合わせマークが検出され、基板と露光装置と
の位置合わせが行なわれる。
【0011】基板27を固定した基板ステージ28は4
2、43という位置合わせマークを観察位置46、47
にまで導くため、先ず図5に示す位置まで基板を持って
いく動作、即ち第1ステップの移動を行う。図中長方形
で囲ってある領域が観察光学系22の観察に対応する領
域である。観察光学系22は観察光35を基板及び露光
装置に対し照射し、反射光36をCCDカメラ33によ
って検出する。観察位置が2つあることに対応してCC
D33も2個設けられている。本実施例では基板側にし
か位置合わせマークが設けられていないが、露光装置側
では観察位置そのものが基準位置となって位置合わせマ
ークに対応している。
【0012】図4は第1ステップで左側の位置合わせマ
ーク42のマークが損傷し、その周辺部分とのコントラ
ストが同一となって検出が不可能な場合を示している。
この場合右側の位置合わせマーク43は周辺部分とコン
トラスト差があり、観察光学系22を通して画像処理回
路40で検出可能である。これより右側のマーク43に
ついて観察光学系22に対するXY方向の位置ずれ量が
図9で示す様に算出され、図1の画像処理回路40内の
記憶装置51に記憶される。
【0013】第1ステップで1つの位置合わせマークし
か検出できなかったため、図8のフローチャートに従い
露光装置は基板27を固定した基板ステージ28に対し
第2ステップの移動を行なう指令を自動的に出す。第2
ステップのステップの移動動作後の状態が図6で、図5
と同じく観察光学系の位置が長方形22で示されてい
る。今度は位置合わせマーク44、45が観察位置4
6、47に導かれ、同様に検出が行なわれる。本実施例
では46、47の間隔が固定なので位置合わせマーク4
2と43、44と45の間隔は同一である。このように
すれば検出時間、精度双方の点で有利である。両者の間
隔が異なると、第2ステップで46と47の間隔の変更
が必要となる。図7は第2ステップでの検出時に観察さ
れるマークの状況であるが、今度は右側の位置合わせマ
ーク45が損傷している。このため45は周辺部分とコ
ントラストが同一で検出不可能であるが、左側の位置合
わせマーク44は周辺部分とコントラスト差があるので
検出可能である。44について露光装置は観察光学系2
2に対するずれ量をX方向ずれ量54、Y方向ずれ量5
5として図9の様に算出し、図1の画像処理回路40内
の記憶装置52に記憶する。なお図1にあるもう一つの
記憶装置53は予め配置されている位置合わせマークの
座標位置を記憶する役目をする。
【0014】2点の位置合わせマーク43、44が検出
されると、記憶装置51、52に記憶された前記位置合
わせマークの観察光学系に対するずれ量と、図1の53
に予め記憶されている前記検出された位置合わせマーク
43、44の間隔50から以下の式で観察光学系22と
基板27のずれ量が算出される。
【0015】ズレ量X=(位置合わせマーク43のX方
向ズレ量+位置合わせマーク44のX方向ズレ量)/2 ズレ量Y=(位置合わせマーク43のY方向ズレ量+位
置合わせマーク44のY方向ズレ量)/2 ズレ量θ=tan-1 {(位置合わせマーク43のY方
向ズレ量ー位置合わせマーク44のY方向ズレ量)/位
置合わせマーク間隔50} この算出結果から基板ステージ28を駆動して、観察光
学系22と基板27の位置合わせが行なわれ、続いて露
光動作に入る。
【0016】実施形態1では液晶露光装置の典型例とし
てミラー投影光学系を用いた装置を示したが、本発明は
これに限られることはなくレンズ投影光学系等を用いた
露光装置、即ち等倍系だけでなく縮小あるいは拡大倍率
を持つ露光装置にも適用が可能である。
【0017】また本発明の本質は基板上の複数個の位置
合わせマークを検出して2次元的な位置合わせを可能と
することにあるので、実施形態のように基板の左右端面
で2つの位置合わせマークを検出するだけでなく、基板
上の任意の2つ以上の位置の位置合わせマークを検出で
きれば目的が達成される。従って基板上には予め最低限
必要な少なくとも2個の位置合わせマークの他に予備で
1個以上の位置合わせマークを配置しておく必要があ
る。多数の位置合わせマークを配置しておけば検出率の
向上に効果がある。この場合、第1ステップで1個、第
2ステップで2個というように2個以上の位置合わせマ
ークの検出ができた場合には、全てのマークの情報を使
って計算を行なって平均化効果を期待した計算を行なっ
てもよいし、最も距離の離れた2点を選択するというよ
うに予めマークの選択法をルール化しておいてもよい。
【0018】本発明は基本的には2つの物体間の位置合
わせ手法であるため、2つの物体として違う対象を選択
することも可能である。実施形態では2つの物体として
基板と露光装置を選んだが、同様にマスクと基板を選ぶ
ことも可能である。マスクと基板を選んだ場合には両者
の直接的な位置合わせが行なうことができる。マスクと
基板には装置側での検出位置のような基準がないため、
両者に必要な少なくとも2つの位置合わせマークと予備
の1個以上の位置合わせマークを互いに対応する位置に
予め設けておく必要がある。これらのマークが装置の検
出位置に導かれて検出が行なわれ、両者が位置合わせさ
れて露光に至る。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、必要な
最低限の個数の位置合わせマークに対して予備の位置合
わせマークを予め配置し、位置合わせマークの損傷等に
より検出に不都合が出た場合には該予備のマークを検出
できるように機械が自動的に動作することにより、位置
合わせの対象となる基板と露光装置のような2つの物体
の位置決めを検出率よく行なうことが可能となった。実
施形態のように本発明を実施した露光装置においては位
置合わせマークの多少の損傷があっても機械自身でリカ
バーできるため、露光装置は自動的に稼働を続行するこ
とになり、液晶パネルの生産歩留りが向上し、パネル生
産コストを削減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用する液晶露光装置の構成図、
【図2】 従来の基板でのパターン配置図、
【図3】 基板の位置合わせを行なうときの観察光学系
とマークの関係、
【図4】 実施形態1における第1ステップでの位置合
わせマークの状態、
【図5】 本発明に従う基板のパターン配置と、第1ス
テップで該基板の位置合わせを行なうときの観察光学系
と位置合わせマークの関係、
【図6】 本発明に従う基板のパターン配置と、第2ス
テップで該基板の位置合わせを行なうときの観察光学系
と位置合わせマークの関係、
【図7】 実施形態1における第2ステップでの位置合
わせマークの状態、
【図8】 位置合わせのフローチャート、
【図9】 位置合わせマークを検出したときの位置ずれ
量の検出図。
【符号の説明】
21 照明光学系、 22 観察光学系、 23 マスク、 24 マスクステージ、 25 露光装置の本体構造体、 26 ミラー投影光学系、 27 基板、 28 基板ステージ、 29 マスクY軸制御レーザ干渉計、 30 基板Y軸制御レーザ干渉計、 31 マスクY軸駆動モータ、 32 基板Y軸駆動モータ、 33 CCDカメラ、 34 制御回路、 35 観察光、 36 反射光、 40 画像処理回路、 42 第1ステップ用位置合わせマーク(左)、 43 第1ステップ用位置合わせマーク(右)、 44 第2ステップ用位置合わせマーク(左)、 45 第2ステップ用位置合わせマーク(右)、 46 観察光学系での左側観察位置、 47 観察光学系での右側観察位置、 48 第1ステップ露光領域、 49 第2ステップ露光領域、 50 位置合わせマーク間隔、 51 記憶装置、 52 記憶装置、 53 記憶装置、 54 X方向ずれ量、 55 Y方向ずれ量
───────────────────────────────────────────────────── 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 G02F 1/10 - 1/16 H01L 21/027

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1物体と第2物体を位置合わせする方法
    において、前記第2物体上の複数の区画領域の周囲にそ
    れぞれ複数の位置合わせマークを設け、位置合わせしよ
    うとする区画領域において前記位置合わせマークを2個
    以上検出できない場合に他の区画領域の位置合わせマー
    クの検出を行ない、合計2個以上の位置合わせマークを
    検出するまで検出動作を行ない、該検出動作終了後、検
    出された位置合わせマークの情報に基づいて第1物体と
    第2物体の位置合わせを行なうことを特徴とする位置合
    わせ方法。
  2. 【請求項2】前記複数の区画領域の周囲に設けられた複
    数の位置合わせマークは、構成及び相対配置が等しいこ
    とを特徴とする請求項1の位置合わせ方法。
  3. 【請求項3】前記位置合わせマークが前記区画領域の両
    側に配置されていることを特徴とする請求項1の位置合
    わせ方法。
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