JPH07183205A - 位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、原板２０上の基準に対して所定の関
係で配置されたパターンの第１の像を投影光学系１７を
介して感光基板１１上に投影し、パターンの第２の像を
第１の像に重ね合わせて投影するために、感光基板１１
を原板２０に対して位置合わせする位置合わせ方法にお
いて、一段と精度良く投影像の位置合わせを行う。 【構成】原板２０の基準位置（原板の中心位置）に対す
る計測マークの位置を考慮し、投影光学系１７の倍率や
原板２０の位置（回転ずれなど）がこのマークの投影像
の位置に与える影響を加味して、各補正パラメータ（誤
差パラメータ）を決定することにより、露光位置の位置
合わせ精度を向上し得る。

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 課題を解決するための手段（図１及び図２） 作用（図１及び図２） 実施例（図１及び図２） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は位置合わせ方法に関し、
例えば液晶表示板製造用のステツプアンドリピート方式
の露光装置で、露光用の原板となるレチクルと露光対象
である露光基板とを精密に位置合わせする際に適用し得
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、例えばＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装
置を製造する際には、レチクルに形成された回路等のパ
ターンを半導体ウエハ等でなる露光基板に露光転写する
露光装置が用いられる。

【０００４】この種の露光装置においては、レチクル上
に形成された回路パターンをウエハ上の局所領域（例え
ば１チツプ分）に露光した後、ウエハを一定距離だけス
テツピングさせては再びレチクルの回路パターンを露光
することを繰り返す、いわゆるステツプアンドリピート
方式の装置、特に縮小投影型の露光装置（ステツパ）が
用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような構
成の露光装置においては、レチクルを投影光学系の光軸
に対して垂直な面内で移動させる手段、レチクル上の回
路パターンを所定の倍率で露光基板上に投影する投影レ
ンズの倍率コントロール手段、露光基板を露光光の光軸
に対して垂直な面内で移動させる手段等が設けられてい
る。

【０００６】このような手段で構成される露光装置を用
いて液晶基板等を製造する場合、一般的には露光基板上
に形成されるデバイスがＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置よ
りも大きいため、露光倍率が等倍（１：１）で露光フイ
ールドが広い装置が用いられる。この露光フイールドが
広い装置においては、レチクル上の露光フイールド全
域、特に周辺部を露光基板上で精密に位置合わせするこ
とが困難である。すなわちプロセスによる基板の変形や
投影光学系の結像特性、レチクルの製造誤差等によつ
て、露光基板上の周辺部に投影されたレチクルの像の目
標露光位置（設計値に基づく位置）からのずれ量が大き
くなるというものである。

【０００７】例えば基板上の正確な位置（設計位置）に
投影像を形成した場合でも、プロセスによる基板の変形
によつて投影露光された像の位置が本来の位置からずれ
てしまうことがある。また、結像特性の異なる装置を用
いてレチクル上に形成された複数の基準マークを露光基
板上に投影すると、投影像の歪み又は倍率誤差等によつ
て目標位置（設計位置）とほぼ一致するマークと一致し
ないマークが生じる。このように投影像の位置に誤差が
生じると、例えば単数又は複数のレチクルに形成された
複数のレチクルパターンを露光基板上において互いに重
ね合わせ露光する場合等において重ね合わせ精度が劣化
する問題があつた。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、一段と精度良く投影像の位置合わせを行うことがで
きる位置合わせ方法を提案しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、原板２０上の基準に対して所定の
関係で配置されたパターンの第１の像を投影光学系１７
を介して感光基板１１上に投影し、パターンの第２の像
を第１の像に重ね合わせて投影するために、感光基板１
１を原板２０に対して位置合わせする位置合わせ方法に
おいて、予め感光基板１１上に第１の像を形成する工程
と、感光基板１１上の第１の像の位置を感光基板１１上
の複数ヶ所について実測する工程と、基準を投影光学系
１７を介して感光基板１１上に投影した場合の基準の位
置と、原板２０上のパターンの位置と、実測値とに基づ
いて、第２の像を第１の像に対して重ね合わせて露光す
る際の、第１の像と第２の像とのずれ量が最小となるよ
うな誤差パラメータを決定する工程と、その設定された
パラメータに基づいて感光基板１１と原板２０とを位置
決めする工程とを含むようにした。

【００１０】また本発明において、誤差パラメータを決
定する工程は、第１の像と第２の像のそれぞれが、原板
２０上のパターンどうしをつなぎ合わせて構成される場
合、基準を投影光学系１７を介して感光基板１１上に投
影した場合の基準の位置と、原板２０上のパターンの位
置と、実測値とに基づいて、第１及び第２の像それぞれ
のつなぎ合わせる部分におけるずれ量どうしの差が最小
となるような誤差パラメータを決定する工程を含むよう
にした。

【００１１】

【作用】原板２０の基準位置（原板の中心位置）に対す
る計測マークの位置を考慮し、投影光学系１７の倍率や
原板２０の位置（回転ずれなど）がこのマークの投影像
の位置に与える影響を加味して、各補正パラメータ（誤
差パラメータ）を決定することにより、露光位置の位置
合わせ精度を向上し得る。

【００１２】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１３】図１において１０は全体として露光装置を
示し、露光光の光軸に対して垂直な面内の互いに直交す
るｘ軸及びｙ軸方向に平行移動可能であると共に、当該
面内で回転可能なレチクルステージ１６上にレチクル２
０を保持し、当該レチクル２０に形成されたレチクルパ
ターンを投影レンズ１７を介して露光基板（プレート）
１１上に投影露光する。

【００１４】プレート１１はＸ軸及びＹ軸方向に平行移
動可能であるプレートステージ１９上に載置され、いわ
ゆるステツプアンドリピート動作によりレチクルパター
ンをプレート１１上の所定の領域に投影してプレート１
１上でレチクルパターン同士をつなぎ合わせて形成、ま
たレチクルパターン同士を重ね合わせて形成する。また
投影レンズ１７の近傍には、投影レンズ光軸に対して所
定の関係でアライメント顕微鏡１８が設けられ、プレー
トステージ１９上に載置されたプレート１１上のマーク
を検出することによりプレート１１のプレートステージ
１９のＸＹ座標系内での位置を検出する。

【００１５】ここでレチクルホルダ１６はレチクルステ
ージコントローラ１２によつてその位置が制御される。
投影レンズ１７は倍率コントローラ１３によつて投影倍
率が制御される。プレートステージ１９はプレートステ
ージコントローラ１５によつてその位置が制御される。
レチクル２０にはレチクルパターンと共に、このレチク
ルパターンの位置を表わすものとして計測マークが形成
され、露光済のプレート１１上に露光形成された計測マ
ークは、アライメント顕微鏡１８で計測された後、当該
計測結果がアライメントコントローラ１４を介してメイ
ンコンピユータ２１に送出される。レチクルステージコ
ントローラ１２と倍率コントローラ１３とプレートステ
ージコントローラ１５とはそれぞれメインコンピユータ
２１からの制御信号に基づいて制御指令を送出する。

【００１６】図２に露光装置１０によりプレート１１に
形成された第１の像１００の例を示す。この第１の像１
００は、４枚のレチクルからなるパターンＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄから構成されており、露光装置１０によりプレート１
１上に互いに隣接するシヨツト１０１、１０２、１０
３、１０４より形成されているとする。パターンＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄには、それぞれ計測マークＭ₁₁〜Ｍ₁₄、Ｍ₂₁
〜Ｍ₂₄、Ｍ₃₁〜Ｍ₃₄、Ｍ₄₁〜Ｍ₄₄が各レチクルに予め形
成されており、シヨツト１０１、１０２、１０３、１０
４にはパターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと同時に計測マークＭ₁₁
〜Ｍ₁₄、Ｍ₂₁〜Ｍ₂₄、Ｍ₃₁〜Ｍ₃₄、Ｍ₄₁〜Ｍ₄₄が露光さ
れる。

【００１７】このように第１の像１００が形成されたプ
レート１１がプレートステージ１９上に載置されている
とすると、当該プレート１１に露光された複数の計測マ
ークＭ₁₁〜Ｍ₄₄の位置をアライメント顕微鏡１８によつ
て計測する。既知の目標位置（設計に基づく位置であつ
て計測マークがプレート１１上に形成されるべき位置）
に対する計測マークの位置のずれ量は、既知の目標位置
及び当該計測マークのレチクル上の位置と共にＸＹ座標
値としてメインコンピユータ２１に入力され、第１の露
光パターンに対して第２の露光パターンを重ね合わせ露
光する場合には、次式

【数１】 によつて表される補正式に取込まれる。

【００１８】また複数のシヨツトからなる第１の露光パ
ターンに対して、同様に複数のシヨツトからなる第２の
露光パターンを重ね合わせて露光する際、各シヨツトの
隣接部における重ね合わせの差を小さくするように、第
２の露光パターンを露光する場合には、メインコンピユ
ータ２１に入力された計測マークのずれ量と既知の目標
位置と計測マークのレチクル２０（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）上
の位置とがそれぞれ次式

【数２】 によつて表される補正式に取り込まれる。ただし（２）
式における添字ｉ及びｊはそれぞれ互いに隣接するシヨ
ツト（例えばシヨツト１０１と１０２、１０３と１０４
など）を表す。またこれらの補正式は予め決められた露
光装置の制御方法によるものであり、制御パターンと制
御方法の関係に基づいて適宣変更し得るものである。

【００１９】ここで（１）式及び（２）式において、
（ΔＸ、ΔＹ）は計測マークの目標位置に対するずれ量
を表し、（ｘ、ｙ）は計測マークのレチクル上の座標位
置を表し、（Ｘ_C 、Ｙ_C ）は計測マーク露光時のレチク
ルの中心位置のプレート１１上の座標位置を表す。なお
この実施例の場合、投影像は正立等倍になつているもと
とする。またプレート１１上に投影されるべき計測マー
クの位置（設計位置）を（Ｘ、Ｙ）とすると次式

【数３】 のようになり、前記既知の目標位置と計測マークのレチ
クル２０（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）上の位置とから計測マーク
露光時のレチクルの中心位置のプレート１１上の座標位
置を求めることができる。

【００２０】また（１）式及び（２）式のプレートステ
ージ制御補正パラメータとして、γ_X はＸ方向のプレー
トスケーリング（プレート１１の伸縮による露光領域の
Ｘ方向への微小なずれ量）の補正値を表し、γ_Y はＹ方
向のプレートスケーリング（プレート１１の伸縮による
露光領域のＹ方向への微小なずれ量）の補正値を表し、
θはプレートローテーシヨン（プレート１１のＸＹ平面
内での回転によるずれ量）の補正値を表し、ωは直交度
（直交座標系ＸＹにおいて、Ｘ軸を基準にしたときのＹ
軸の直交（90〔°〕からのずれ量）の補正値を表す。

【００２１】また、δ_X をＸ方向のプレート１１のシフ
ト（プレートに対する露光位置全体のＸ方向へのずれ
量）の補正値とし、δ_Y をＹ方向のプレート１１のシフ
ト（プレート全体のＹ方向へのずれ量）の補正値とし、
ε_x をｘ方向のレチクル２０のシフト（レチクル全体の
Ｘ方向へのずれ量）の補正値、ε_y をｙ方向のレチクル
２０のシフト（レチクル全体のＹ方向へのずれ量）の補
正値とすると、（１）式及び（２）式のξ及びηは、そ
れぞれＸ方向及びＹ方向のプレートシフト及びレチクル
シフトの和として、次式

【数４】 によつて表される。さらに（１）式及び（２）式におい
て、ψはレチクルのローテーシヨン（レチクルの中心位
置を基準としたときのレチクルの回転ずれ量）の補正値
を表し、αは投影レンズ１７の倍率補正値を表す。

【００２２】ここでスケーリング補正値及び倍率補正値
は、正の補正値を与えると膨張するものとし、ローテー
シヨン補正値及び直交度補正値は正の値を与えると反時
計回りに補正されるものとする。またシフトは正の補正
値を与えると投影像がプレート座標系の正方向に補正さ
れるものとする。また投影レンズ１７の制御及びレチク
ル２０の制御は、図２で示されるような複数のレチクル
である場合には、それぞれのレチクルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで
制御可能とする。

【００２３】このような補正値からなる補正式（１）
は、プレート１１上におけるレチクルの中心位置を表す
項（第１項）と、レチクル２０のパターンをプレート１
１上に投影した際のパターン像の回転及び倍率成分を表
す項（第２項）と、レチクル２０及びプレート１１のシ
フト和を表す項（第３項）とによつて構成される。

【００２４】また（２）式は（１）式と同様にしてプレ
ート１１上におけるレチクルの中心位置を表す項（第１
項、第４項）と、レチクル２０のパターンをプレート１
１上に投影した際のパターン像の回転及び倍率成分を表
す項（第２項、第５項）と、レチクル２０及びプレート
１１のシフト和を表す項（第３項、第６項）とによつて
構成される。

【００２５】このような補正式（（１）式又は（２）
式）を用いて、複数の計測点に形成された計測マークを
計測し、当該計測結果に基づいて各補正値を一義的に決
定することになるが、この方法はいくつかある。例えば
最大のずれ量を最小にする方法（最大最小法）、最大の
ずれ量と最小のずれ量との差を最小にする方法、ずれ量
の自乗和を最小にする方法（いわゆる最小自乗法）等が
ある。

【００２６】ここでは最小自乗法をもちいて各補正値を
決定する方法について詳述する。この場合、次式

【数５】 によつて表される評価関数Ｓを用いる。この評価関数Ｓ
において（ΔＸ、ΔＹ）は（１）式について上述したよ
うに計測マークの目標位置に対する補正値を表し、（Δ
Ｘ_V 、ΔＹ_V ）はそれぞれ計測されたずれ量を表す。ず
れ量の符号はプレート座標系の正負の方向に一致するよ
うにする。すなわち重ね合わせの場合、ある位置で（Δ
Ｘ_V 、ΔＹ_V ）が得られたとき、シフト補正（ξ、η）
＝（−ΔＸ_V 、−ΔＹ_V ）を与えれば、その位置に限つ
てずれ量を０にすることができるように計測値の符号を
とれば良い。

【００２７】また評価関数Ｓは補正値を得たときに残る
ずれ量の自乗和となつており、この評価関数Ｓを最小と
する補正値が位置合わせ精度を向上させるものとなり、
メインコンピユータ２１は当該補正値を用いてレチクル
ステージコントローラ１２と、倍率コントローラ１３と
プレートステージコントローラ１５とをそれぞれ補正制
御する。

【００２８】ここで評価関数Ｓを最小とする条件は、こ
の評価関数Ｓの微分結果ｄＳ＝０とすることにより、補
正値の数だけ１次方程式が得られる。例えば図２で示さ
れるように、レチクルが４枚ある場合には、20ヶの補正
値がありその連立１次方程式を行列を用いて表すと、20
行×20列の行列Ｆ及び20行×１列の行列Ｇを用いて、次
式

【数６】 で表される。この（６）式において、各補正値の添字
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ４枚のレチクルの区別を表
す。この（６）式の行列式によつて表される連立方程式
を解くことによつて、評価関数Ｓを最小とする各補正値
を得ることができる。

【００２９】ただし隣接するシヨツトのずれ量の差を小
さくする場合、（２）式からも分かるように第１のパタ
ーンの複数のシヨツトにおける差によつて、補正値を求
めるようになされ、これにより一義的に解を求められな
いが、この場合には基準となるシヨツトを決め当該レチ
クルに関する補正値（倍率、レチクルローテーシヨン、
レチクルシフト）を例えば０に固定することにより他の
補正値を求めることができる。このようにして求めた補
正値を使用して各コントローラ（１２、１３、１５）を
制御すれば、位置合わせ精度が向上した露光を行うこと
ができる。

【００３０】以上の構成において、露光装置１０を用い
てプレート１１上に投影されたレチクル２０のパターン
の位置を計測する場合、計測値（ずれ量）と、プレート
１１上に投影されたレチクル２０の計測マークの位置
（目標位置）と、計測マークのレチクル２０上における
位置と、当該計測が第１の像に対して重ね合わせる第２
の像のずれ量（重ね合わせ露光の際の計測）を最小にす
るのか、または複数のシヨツトを隣接してなる第１の像
に対して、同様に複数のシヨツトからなる第２の像を重
ね合わせて露光する際の各シヨツトの隣接部における重
ね合わせの差を最小にするのかの情報をメインコンピユ
ータ２１に入力する。

【００３１】これによりメインコンピユータ２１は使用
する補正式（（１）式又は（２）式）を決定し、当該補
正式に上記情報を取り込んだ際に得られる複数の各計測
マークについて、ずれ量が最小となるように当該補正式
（（１）式または（２）式）の各補正値を決定し、当該
パラメータに基づいてレチクルステージコントローラ１
２、倍率コントローラ１３、プレートステージコントロ
ーラ１５をそれぞれ制御して、第２の像の露光時にレチ
クルとプレートとの位置合わせを行うことにより、複数
の計測点におけるずれ量を最小にすることができる。

【００３２】以上の構成によれば、レチクル上の計測マ
ークの位置を考慮して、複数の計測点におけるずれ量が
最小となるように各補正値を決定することにより、液晶
基板等を製造する際に用いられる露光フイールドの広い
露光装置においても、実用上十分な精度で露光位置合わ
せを行うことができる。

【００３３】なお上述の実施例においては、補正値とし
てプレートスケーリング補正値、プレートローテーシヨ
ン補正値、直交補正値等種々の補正値を用いる場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、上述の実施例に
おける補正パラメータよりも少ない補正値を持つ露光装
置においても、（１）式又は（２）式に設定されていて
実際に当該露光装置にない補正値を０とすることによ
り、上述の場合と同様にして位置合わせを行うことがで
きる。

【００３４】また上述の実施例においては、補正式
（１）又は（２）を選択しどちらか一方の式による補正
値を求める場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、（１）式と（２）式を同時に考慮して補正値を求め
ることもできる。例えば、複数のシヨツトからなる第１
の像の各計測点でのずれ量を（ΔＸ₁ 、ΔＹ₁ ）、隣接
するシヨツトのずれ量の差を（ΔＸ₂ 、ΔＹ₂ ）とする
と、上述の評価式Ｓ（（５）式）を次式

【数７】 に置き換えれば良い。この評価式において（ΔＸ_V1、Δ
Ｙ_V1）、（ΔＸ_V2、ΔＹ_V2）は、それぞれ計測されたず
れ量を表す。

【００３５】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、レチクル
パターンを露光基板に投影した際の露光基板上における
レチクルの中心位置と、レチクルパターンを露光基板に
投影した際の露光基板上におけるレチクルパターンの回
転量及び投影レンズの倍率とに基づいて、露光基板上に
おけるレチクルパターンの投影位置の目標位置に対する
ずれ量を検出し、補正値に基づいて露光基板に対するレ
チクルパターンの投影位置を補正した際に、露光基板上
における複数の計測点において得られる目標位置とのず
れ量が最小となるように補正値を決定するようにしたこ
とにより、露光基板上におけるレチクルパターンの露光
位置合わせを一段と高精度で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法が実行される露光
装置の構成を示す略線的斜視図である。

【図２】本発明による位置合わせ方法の動作の説明に供
する略線的平面図である。

【符号の説明】

１０……露光装置、１１……露光基板（プレート）、１
２……レチクルステージコントローラ、１３……倍率コ
ントローラ、１４……アライメントコントローラ、１５
……プレートステージコントローラ、１６……レチクル
ステージ、１７……投影レンズ、１８……アライメント
顕微鏡、１９……プレートステージ、２０……レチク
ル、２１……メインコンピユータ、１００……第１の
像。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原板上の基準に対して所定の関係で配置さ
   れたパターンの第１の像を投影光学系を介して感光基板
   上に投影し、前記パターンの第２の像を前記第１の像に
   重ね合わせて投影するために、前記感光基板を前記原板
   に対して位置合わせする位置合わせ方法において、 予め前記感光基板上に前記第１の像を形成する工程と、 前記感光基板上の前記第１の像の位置を前記感光基板上
   の複数ヶ所について実測する工程と、 前記基準を前記投影光学系を介して前記感光基板上に投
   影した場合の前記基準の位置と、前記原板上の前記パタ
   ーンの位置と、前記実測値とに基づいて、前記第２の像
   を前記第１の像に対して重ね合わせて露光する際の、前
   記第１の像と前記第２の像とのずれ量が最小となるよう
   な誤差パラメータを決定する工程と、 該決定されたパラメータに基づいて前記感光基板と前記
   原板とを位置決めする工程とを具えることを特徴とする
   位置合わせ方法。
2. 【請求項２】前記誤差パラメータを決定する工程は、 前記第１の像と前記第２の像のそれぞれが、前記原板上
   のパターンどうしをつなぎ合わせて構成される場合、前
   記基準を前記投影光学系を介して前記感光基板上に投影
   した場合の前記基準の位置と、前記原板上の前記パター
   ンの位置と、前記実測値とに基づいて、前記第１及び第
   ２の像それぞれの前記つなぎ合わせる部分における前記
   ずれ量どうしの差が最小となるような前記誤差パラメー
   タを決定する工程を具えることを特徴とする請求項１に
   記載の位置合わせ方法。