JPH07297106A - 拡大投影型露光装置における投影像のアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非テレセントリックな光学系を有する拡大投
影型露光装置において、カラー液晶表示パネルの各回路
パターンを高い重ね合わせ精度で露光できるようにする
ことである。 【構成】 ガラス基板１０３上に拡大投影されたアライ
メントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４と、ガラス基板１０３上
に既に形成されているアライメントマークとをアライメ
ントスコープ１１４〜１１７で観察して、それぞれの位
置を測定し、両者間の誤差を求める。そして、当該誤差
が所定の許容範囲内に収まるように、ステージ１０７を
ＸＹＺ軸方向に移動させる。これによって、非テレセン
トリックな光学系を有する拡大投影型露光装置において
も、各回路パターン間の重ね合わせ精度を高精度に保つ
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、拡大投影型露光装置に
おける投影像のアライメント方法に関し、より特定的に
は、カラー液晶表示パネルを作製するために用いられる
拡大投影型露光装置において、当該基板上に投影される
像の露光位置をアライメントする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示パネルにおける回路パ
ターンの形成は、ガラス基板上に膜付け・レジスト塗布
・露光・現像・エッチング等の工程を繰り返すことによ
り行われる。特に、カラー液晶表示パネルの場合は、画
素数の増加、開口率の改善、カラーフィルタとの高い貼
り合わせ精度の実現等のため、回路パターンの高精細化
が図られ、多層構造の回路パターン間の高い重ね合わせ
精度と、高い絶対寸法精度が要求されている。以下、カ
ラー液晶表示パネルの場合に要求される精度についてよ
り詳細に説明する。

【０００３】図１１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔ
ｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたカ
ラー液晶表示パネルの一般的な積層構造を示す分解斜視
図である。図１１において、ＴＦＴパネル１は、ガラス
基板上に多層構造の回路パターンが形成されて構成され
ている。また、カラーフィルタ２は、ガラス基板上に
Ｒ，Ｇ，Ｂ画素フィルタがマトリクス状に配列されて構
成されている。これらＴＦＴパネル１およびカラーフィ
ルタ２は、それぞれのトランジスタ形成位置と画素フィ
ルタ形成位置とが一致するように所定の間隙をおいて貼
り合わせられる。このとき、両者間の間隙には、液晶が
封入される。さらに、カラーフィルタ２の上面およびＴ
ＦＴパネル１の下面に偏光板３が配置されて、カラー液
晶表示パネル１０が完成する。

【０００４】上記のような構造のカラー液晶表示パネル
１０において、ＴＦＴパネル１の回路パターンを露光す
る際には、多層構造の各回路パターン間で高い重ね合わ
せ精度が要求される。また、各回路パターンについて高
い絶対寸法精度が要求される。もし、回路パターン間で
位置ずれが生じると、所望のスイッチング動作を行わな
い薄膜トランジスタが形成され、その部分で表示が不能
となる。また、回路パターンの絶対寸法精度が低いと、
ＴＦＴパネル１とカラーフィルタ２とを貼り合わせると
きに、両者間で、薄膜トランジスタ形成位置とＲ，Ｇ，
Ｂ画素フィルタの形成位置とがずれ、薄膜トランジスタ
素子により透過・遮断が制御されるバックライト（背面
照明光）が対応する色の画素フィルタを通過せず、色ず
れが発生する。特に、カラーフィルタ２は、ＴＦＴパネ
ル１と全く別工程で製造されるため、両者間の位置合わ
せを正確に行うためには、両者間で高い絶対寸法精度が
要求される。さらに言うと、最近では、量産性を向上さ
せるために、複数パネル分の回路パターンを形成したガ
ラス基板と、複数パネル分のカラーフィルタパターンを
形成したガラス基板とを貼り合わせ、後にカットして複
数枚のカラー液晶パネルを同時に形成することが行われ
ており、このような場合、絶対寸法が少しでも狂うと、
大量の不良品が発生する恐れがあった。

【０００５】上記のような技術的事情に鑑み、カラー液
晶表示パネルの回路パターンをガラス基板上に露光する
ための露光装置（以下、単に露光装置と称する）にも、
高い位置決め精度が要求されている。従来の露光装置
は、このような要求を満たすために、半導体素子の製造
過程で使用される露光技術を応用したものが多い。

【０００６】図１２は、従来の露光装置における光学系
の構成を示す図である。図１２において、レチクル（回
路パターンのマスク図形が描画された原板）１０１を透
過した光源からの光は、投影レンズ１０２によって収束
され、ガラス基板１０３上で結像される。図１２に示す
ように、従来の露光装置では、出射側すなわち投影レン
ズ１０２とガラス基板１０３との間で主光線（結像に寄
与する光束の内、開口絞り中心を通る光線）が投影レン
ズ１０２の光軸に対して平行な、いわゆるテレセントリ
ックな光学系を採用している。従来の露光装置がこのよ
うなテレセントリックな光学系を採用するのは、厚みの
個体差等によってガラス基板１０３の上面位置が、焦点
深度内で多少上下方向に変動しても、ガラス基板上に形
成される像の倍率すなわち大きさが変化しないためであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なテレセントリックな光学系を用いた露光装置では、投
影レンズ１０２の口径は、１ショットの露光サイズ、す
なわちガラス基板１０３上に投影される像のサイズより
も大きくなければならない。しかしながら、１０インチ
クラスの液晶表示パネルの回路パターンを１ショットで
露光しようとすると、投影レンズの口径が４００ｍｍ程
度にもなってしまい、製造コストおよび重量の点で実現
が困難である。

【０００８】したがって、従来の露光装置は、１ショッ
トの露光サイズを小さくせざるを得ず、１０インチクラ
スの回路パターンを１回で露光することができなかっ
た。そのため、従来の露光装置では、図１３に示すよう
に、１つの回路パターン１０４を点線で示すような複数
のエリアに分割し、分割されたそれぞれのエリアで部分
的な露光を行うことにより、全体としての回路パターン
を得るようにしていた。しかしながら、このような方法
では、１つの回路パターンを形成するために露光作業を
繰り返して行わなければならず、多大な労力と手間がか
かる。また、各エリア間で高いつなぎ精度が要求される
ため、各エリアにおいて正確な位置決め作業を行わなけ
ればならず、さらに多大な労力と手間がかかる。

【０００９】そこで、図１４に示すように、出射側で非
テレセントリックな光学系を採用することにより、口径
の小さな投影レンズを用いて大きな露光サイズを得るこ
とが考えられる。すなわち、図１４の光学系では、投影
レンズ１０２とガラス基板１０３との間の主光線が投影
レンズの光軸に対して傾いているため、レチクル１０１
の像を投影レンズ１０２の口径以上に拡大投影すること
が可能である。したがって、小口径の投影レンズを用い
ても大きな露光サイズを得ることができる。しかしなが
ら、このような非テレセントリックな光学系を採用した
拡大投影型露光装置では、以下のような別の問題点が生
ずる。

【００１０】（１）露光エリア周辺部の主光線が傾いて
いるため、投影レンズ１０２とガラス基板１０３との間
の距離がガラス基板１０３の厚みの個体差等で変わる
と、ガラス基板１０３に投影されるレチクル１０１の像
の寸法が変動する。そのため、露光される回路パターン
の寸法精度が低下する。また、１層目の回路パターンを
露光する際は、ガラス基板１０３上に重ね合わせるべき
アライメントマークが無く、ガラス基板１０３の表面に
垂直な方向の位置により、回路パターンの投影像の絶対
寸法が大きく変動してしまう。

【００１１】（２）前述したように、カラー液晶表示パ
ネルの回路パターンは、カラーフィルタ２（図１１参
照）と貼り合わせるために、正しい絶対寸法で製作され
なければならないが、上記のように絶対寸法が変動する
と、カラーフィルタとの貼り合わせ精度が著しく低下す
る。

【００１２】それゆえに、本発明の目的は、非テレセン
トリックな光学系を有する拡大投影型露光装置におい
て、カラー液晶表示パネルの各回路パターンを高い重ね
合わせ精度で露光できるようにすることである。

【００１３】本発明の他の目的は、非テレセントリック
な光学系を有する拡大投影型露光装置において、カラー
液晶表示パネルの回路パターンを高い絶対寸法精度で露
光できるようにすることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
カラー液晶表示パネルの製造のために用いられる拡大投
影型露光装置において、基板上に投影された像の露光位
置をアライメントするための方法であって、拡大投影型
露光装置は、その上面に基板が載置されるステージと、
レチクルを透過した光パターンをステージ上の基板に拡
大投影し、少なくとも当該基板との間の主光線がその光
軸に対して傾いている非テレセントリックな投影レンズ
と、ステージを投影レンズの光軸と直交するＸＹ平面内
で駆動する第１の駆動手段と、ステージを、少なくとも
３カ所において、投影レンズの光軸と平行なＺ軸方向に
独立的に駆動する第２の駆動手段と、基板上に投影され
たまたは形成されたアライメントマークまたはその像を
観察する複数のアライメントスコープとを備えており、
ステージ上に基板を供給する第１のステップと、ステー
ジ上の基板が所定の露光位置にセットされるように、第
１および第２の駆動手段を制御する第２のステップと、
レチクルに形成された複数のアライメントマークを、基
板上に拡大投影する第３のステップと、基板上に投影さ
れた各アライメントマーク像の位置を各アライメントス
コープで観察し、それらの位置を測定する第４のステッ
プと、基板上に既に形成されている各アライメントマー
クの位置を各アライメントスコープで観察し、それらの
位置を測定する第５のステップと、第４のステップで測
定された各アライメントマーク像の位置と第５のステッ
プで測定された各アライメントマークの位置との間の誤
差を演算する第６のステップと、第６のステップで得ら
れた誤差が予め定められた所定の許容範囲内に収まるよ
うに、第１および第２の駆動手段を制御する第７のステ
ップとを備えている。

【００１５】請求項２に係る発明は、請求項１の発明に
おいて、拡大投影型露光装置は、さらにステージのＸＹ
平面内での位置を検出するＸＹ位置検出手段と、Ｚ軸方
向に沿った基板の上面位置を、複数の箇所において検出
する上面位置検出手段とを備えており、ステージの上面
の所定の位置には、基準マークが形成されており、基板
上に第１層目の回路パターンおよびそれに付随するアラ
イメントマークを露光するステップとして、第１のステ
ップの前に、各アライメントスコープでステージ上の基
準マークを順次的に観察し、それぞれの場合におけるＸ
Ｙ位置検出手段の計測値から各アライメントスコープ間
の絶対距離を演算する第８のステップと、ステージ上に
テスト用基板を供給する第９のステップと、ステージ上
のテスト用基板が所定の露光位置にセットされるよう
に、第１および第２の駆動手段を制御する第１０のステ
ップと、レチクルに形成された複数のアライメントマー
クを、テスト用基板上に拡大投影する第１１のステップ
と、テスト用基板上の各アライメントマーク像を各アラ
イメントスコープで観察し、その観察結果と、第１のス
テップで得られた各アライメントスコープ間の絶対距離
とに基づいて、各アライメントマーク像間の絶対距離を
測定する第１２のステップと、第１２のステップで得ら
れた各アライメントマーク像間の絶対距離が理想的な値
に近づくように少なくとも第２の駆動手段を制御する第
１３のステップと、第１３のステップ終了後、ＸＹ位置
検出手段および上面位置検出手段による検出を行い、そ
られの計測値を記憶保持する第１４のステップと、ステ
ージ上のテスト用基板を本番用基板と差し替える第１５
のステップと、第１４のステップで記憶保持されたＸＹ
位置検出手段および上面位置検出手段の計測値に基づい
て、第１および第２の駆動手段を制御することにより、
本番用基板の露光位置を調整する第１６のステップと、
第１６のステップで露光位置が調整された本番用基板上
に第１層目の回路パターンおよびそれに付随するアライ
メントマークを露光する第１７のステップとを備えてい
る。

【００１６】

【作用】請求項１に係る発明においては、基板上に拡大
投影されたアライメントマーク像の位置と基板上に既に
形成されているアライメントマークの位置とをアライメ
ントスコープで観察して測定し、両者間の誤差が所定の
許容範囲内に収まるように、ステージをＸＹＺ軸方向に
移動させるようにしている。そのため、非テレセントリ
ックな光学系を有する拡大投影型露光装置においても、
各回路パターン間の重ね合わせ精度を高精度に保つこと
ができる。

【００１７】請求項２に係る発明においては、第１層目
の回路パターンを露光する前に、テスト用基板上に各ア
ライメントマークの像を仮投影し、これら仮投影された
された各アライメントマーク像間の絶対距離が理想値に
近づくように、ステージを少なくともＺ軸方向に移動さ
せるようにしている。これによって、テスト用基板と各
光学系との位置関係を理想的な状態に較正することがで
きる。また、較正後のステージのＸＹ平面内での位置
と、Ｚ軸方向に沿うテスト用基板の上面位置とを測定し
て記憶しておき、この記憶されたデータに基づいて、本
番用基板の露光位置を調整するようにしている。これに
よって、較正後の理想的な位置関係を本番用基板でも再
現することができ、本番用基板上に露光される第１層目
の回路パターンおよびそれに付随するアライメントマー
クの絶対寸法が高精度に保たれる。

【００１８】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るアライメ
ント方法を実行する拡大投影型露光装置の構成を示す外
観斜視図である。図１において、投影レンズ１０２の上
方には、レチクル１０１が図示しないホルダに収納され
て配置されている。このレチクル１０１の中央部には、
回路パターンのためのマスク図形１０５が描画されてい
る。また、マスク図形１０５の周辺の４隅には、位置決
めのためのアライメントマークＰ１〜Ｐ４が描画されて
いる。なお、レチクル１０１の上方には、図示しない
が、マスク１０５を照射するための主光源と、各アライ
メントマークＰ１〜Ｐ４を個別に照射するための複数の
アライメント光源とが配置されている。

【００１９】投影レンズ１０２の下方には、図示しない
ベース上にステージ１０７が配置され、このステージ１
０７の上には、テスト用または本番用ガラス基板１０３
が載置される。ステージ１０７は、３次元直交座標系
Ｘ，Ｙ，Ｚ内で６つの駆動軸Ｘ１，Ｘ２，Ｙ，Ｚ１，Ｚ
２，Ｚ３を有し、これら各駆動軸に沿って移動が可能な
ように構成されている。Ｘ軸に平行な駆動軸Ｘ１，Ｘ２
は、投影レンズ１０２の光軸およびステージ１０７の第
１の辺（図示では、短辺）と直交している。このように
Ｘ軸方向について２つの駆動軸Ｘ１，Ｘ２を持つことに
より、ステージ１０７を、投影レンズ１０２の光軸回
り、すなわちθ軸方向に回転させることが可能となる。
また、駆動軸Ｙは、投影レンズ１０２の光軸およびステ
ージ１０７の第２の辺（上記第１の辺と直交する辺であ
り、図示では、長辺）と直交している。Ｚ軸方向に平行
な駆動軸Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、投影レンズ１０２の光軸
に対して平行である。なお、駆動軸Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３
は、好ましくは、正三角形または２等辺三角形の各頂点
上に配置されている。また、Ｚ軸方向について、４つ以
上の駆動軸を設けるようにしてもよい。

【００２０】ステージ１０７の上記第１および第２の辺
には、それぞれ、ミラー１０８および１０９が取り付け
られる。ミラー１０８の近傍には、２つのレーザ干渉計
１１０および１１１が図示しないベース上に固定的に設
けられる。これらレーザ干渉計１１０および１１１は、
ミラー１０８と協働し、レーザ光の干渉作用を利用し
て、駆動軸Ｘ１に沿うステージ１０７の位置および駆動
軸Ｘ２に沿うステージ１０７の位置を高精度に測定す
る。また、ミラー１０９の近傍には、レーザ干渉計１１
２が図示しないベース上に固定的に設けられる。このレ
ーザ干渉計１１２は、ミラー１０９と協動し、レーザ光
の干渉作用を利用して、駆動軸Ｙに沿うステージ１０７
の位置を高精度に測定する。これらレーザ干渉計１１０
〜１１２によって、ステージ１０７のＸ−Ｙ平面内での
位置およびθ軸方向の回転角を高精度に計測することが
できる。なお、ステージ１０７の上面であって上記第１
の辺の近傍には、基準マーク１１３が形成されている。

【００２１】ステージ１０７の上方には、ステージ１０
７上の基準マーク１１３またはガラス基板１０３上に拡
大投影される各アライメントマークＰ１〜Ｐ４の像Ｐ’
１〜Ｐ’４を観察するために、４つのアライメントスコ
ープ１１４〜１１７が設けられている。各アライメント
スコープ１１４〜１１７は、対物レンズ１１４ａ〜１１
７ａと、ＣＣＤ素子等を含むテレビカメラ１１４ｂ〜１
１７ｂとを備えている。また、ステージ１０７の上方に
は、Ｚ軸方向に沿うガラス基板１０３の上面位置を非接
触で検出するためのレーザ変位計１１９〜１２２が設け
られている。なお、アライメントスコープ１１４〜１１
７は、露光するレチクル１０１のサイズに応じて、それ
ぞれ独立に移動させることが可能である。また、ガラス
基板１０３の上面位置を非接触で検出する装置として
は、上記のようなレーザ変位計１１９〜１２２に代え
て、空気マイクロメータや静電変位計を用いてもよい。
なお、投影レンズ１０２，レチクル１０１のホルダ，ア
ライメントスコープ１１４〜１１７，レーザ変位計１１
９〜１２２は、図示しない支持部材によって支持されて
いる。

【００２２】図２は、図１の拡大投影型露光装置の電気
的な構成を示すブロック図である。図２において、ＣＰ
Ｕ１３１は、メモリ１３２、キーボード等の操作器１３
３、ディスプレイ装置１３４と協動して、ワークステー
ション１３０を構成している。また、ＣＰＵ１３１に
は、システムバス１３５を介して、照明制御部１４１，
各軸制御部１４２，アライメントスコープ１１４〜１１
７，レーザ変位計１１９〜１２２，レーザ干渉計１１０
〜１１２が接続されている。照明制御部１４１は、前述
の主光源およびアライメント光源の点灯／消灯を制御す
る。各軸制御部１４２は、各駆動軸Ｘ１，Ｘ２，Ｙ，Ｚ
１，Ｚ２，Ｚ３に対応して設けられた各駆動モータ（図
示せず）を制御する。

【００２３】図３は、図１および図２に示す拡大投影型
露光装置において、第１層目の回路パターンを露光する
際の較正動作を示すフローチャートである。以下、この
図３を参照して、本発明の一実施例の較正動作を説明す
る。なお、１枚のガラス基板１０３上には、一例とし
て、４パネル分の回路パターンが形成されるものとす
る。したがって、ガラス基板１０３上では、図４に示す
ように、第１〜第４露光位置で露光が行われる。また、
レチクル１０１上の各アライメントマークＰ１〜Ｐ４
は、電子ビーム描画装置で描画されているので、その精
度は十分高く、また座標データも予め正確に分かってい
る。したがって、図５に示すような、アライメントマー
クＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の座標（Ｒｘ１，Ｒｙ１），
（Ｒｘ２，Ｒｙ２），（Ｒｘ３，Ｒｙ３），（Ｒｘ４，
Ｒｙ４）と、アライメントマークＰ１，Ｐ２間の距離Ｌ
１と、アライメントマークＰ２，Ｐ３間の距離Ｌ２と、
アライメントマークＰ３，Ｐ４間の距離Ｌ３と、アライ
メントマークＰ４，Ｐ１間の距離Ｌ４とは、予めメモリ
１３２内に格納されているものとする。また、各アライ
メントスコープ１１４〜１１７は、作製する液晶表示パ
ネルのサイズに応じて適当な位置に移動され、それらの
ピント面は、投影レンズ１０２のピント面と一致するよ
うに調整されているものとする。そして、ピント面の位
置は、４個のレーザ変位計１１９〜１２２で予め計測さ
れており、その計測値は基板上面基準位置データとして
メモリ１３２内に格納されている。

【００２４】まず、各アライメントスコープ１１４〜１
１７間の絶対距離が測定される（ステップＳ１０１）。
この絶対距離の測定は、以下のようにして行われる。ま
ず、基準マーク１１３がアライメントスコープ１１４の
視野中心に来るように、ステージ１０７を駆動軸Ｘ１，
Ｘ２，Ｙ方向に移動し、このときのレーザ干渉計１１０
〜１１２の測定値をメモリ１３２内に格納しておく。以
下同様にして、基準マーク１１３が各アライメントスコ
ープ１１５，１１６，１１７の視野中心に来るように、
ステージ１０７を駆動軸Ｘ１，Ｘ２，Ｙ方向に移動し、
それぞれの場合におけるレーザ干渉計１１０〜１１２の
測定値をメモリ１３２内に格納しておく。次に、ＣＰＵ
１３１は、メモリ１３２に格納されたレーザ干渉計１１
０〜１１２の測定値に基づいて、図６に示されるよう
な、各アライメントスコープ１１４〜１１７間の絶対距
離Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を演算する。例えば、絶対距
離Ｋ１は、２回目のレーザ干渉計１１０の測定値から１
回目のレーザ干渉計１１０の測定値を減算することによ
り求められる。また、絶対距離Ｋ２は、３回目のレーザ
干渉計１１２の測定値から２回目のレーザ干渉計１１２
の測定値を減算することにより求められる。

【００２５】次に、テスト用ガラス基板がステージ１０
７に供給される（ステップＳ１０２）。なお、テスト用
ガラス基板の上面には、後に投影されるアライメントマ
ークの像が視認できるように、不透明の膜が塗布されて
いる。当該不透明の膜は、通常は、レジスト膜である
が、テスト用ガラス基板上では露光を行う必要がないの
で、感光性の膜でなくてもよい。次に、ＣＰＵ１３１
は、各軸制御部１４２を起動し、アライメントスコープ
１１４〜１１７がガラス基板１０３の第１露光位置（図
４参照）上に位置するように、ステージ１０７を駆動軸
Ｘ１，Ｘ２，Ｙ方向に移動させる（ステップＳ１０
３）。次に、ＣＰＵ１３１は、照明制御部１４１を介し
て、各アライメント光源を点灯させる。これによって、
レチクル１０１上の４個のアライメントマークＰ１〜Ｐ
４の像Ｐ’１〜Ｐ’４がガラス基板１０３上に投影され
る（ステップＳ１０４）。このとき、各アライメントス
コープ１１４〜１１７の視野内には、それぞれアライメ
ントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４が入っているものとする。

【００２６】次に、アライメントスコープ１１４〜１１
７によって各アライメントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４が観
察され、各アライメントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４間の絶
対距離Ｌ’１〜Ｌ’４（図８参照）が測定される（ステ
ップＳ１０５）。なお、各アライメントスコープ１１４
〜１１７間の絶対距離Ｋ１〜Ｋ４は、上記ステップＳ１
０１で測定されてメモリ１３２内に格納されているた
め、各アライメントスコープ１１４〜１１７の視野中心
からの各アライメントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４のずれを
測定すれば、各アライメントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４間
の絶対距離Ｌ’１〜Ｌ’４は、演算により容易に求めら
れる。

【００２７】次に、ＣＰＵ１３１は、各アライメントマ
ーク像間の距離について、理論値と実測値とを比較する
ことにより、誤差を求める（ステップＳ１０６）。ここ
で、投影レンズ１０２の倍率をｍとすると、各アライメ
ントマークＰ１〜Ｐ４の理想的な投影図形Ｑ１Ｑ２Ｑ３
Ｑ４（図７参照）は、図形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４と相似形
で、かつ図形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４をｍ倍した図形と合同と
なる。したがって、理想的な各アライメントマーク像Ｑ
１〜Ｑ４間の距離も、それぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４
をｍ倍したｍＬ１，ｍＬ２，ｍＬ３，ｍＬ４となる。し
かしながら、ガラス基板１０３の厚みの個体差等によ
り、図８に示す実際のアライメントマーク像Ｐ’１〜
Ｐ’４は、理想的なアライメントマーク像Ｑ１〜Ｑ４と
一致しない。そのため、実測距離Ｌ’１〜Ｌ’４も理想
距離ｍＬ１〜ｍＬ４と一致しない。ところで、理想距離
ｍＬ１〜ｍＬ４は、レチクル１０１上の各アライメント
マークＰ１〜Ｐ４間の距離Ｌ１〜Ｌ４と、投影レンズ１
０２の倍率ｍとが分かれば演算により求められる。距離
Ｌ１〜Ｌ４は、予め測定されてメモリ１３２に格納され
ているため、ＣＰＵ１３１は、当該格納データに基づい
て、理想距離ｍＬ１〜ｍＬ４を予め演算し、メモリ１３
２内に格納している。そして、ＣＰＵ１３１は、メモリ
１３２内に格納された理想距離ｍＬ１〜ｍＬ４と、実測
により求めた絶対距離Ｌ’１〜Ｌ’４とをそれぞれ比較
することにより、各絶対距離Ｌ’１〜Ｌ’４についての
誤差を演算する。

【００２８】上記のことを式で表すと、下式（１）〜
（４）のようになる。なお、下式（１）〜（４）におい
て、α，β，γ，δは、誤差を示している。 Ｌ’１＝ｍＬ１＋α …（１） Ｌ’２＝ｍＬ２＋β …（２） Ｌ’３＝ｍＬ３＋γ …（３） Ｌ’４＝ｍＬ４＋δ …（４） 後述するように、本実施例は、上記誤差α，β，γ，δ
を０に近づけるようにステージ１０７のＺ軸方向の位置
を較正することを特徴とする。

【００２９】次に、ＣＰＵ１３１は、演算した各誤差
α，β，γ，δが予め定められた許容範囲内（十分０に
近い）か否かを判断する（ステップＳ１０７）。各誤差
α，β，γ，δの内、１つでも許容範囲内を外れている
と、ＣＰＵ１３１は、各誤差α，β，γ，δが０に近づ
くように駆動軸Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の補正量を演算する
（ステップＳ１０８）。このとき、ＣＰＵ１３１は、メ
モリ１３２に予め記憶されている最良のピント面（基板
上面基準位置データ）からの変位が最小になるように補
正量を演算する。次に、ＣＰＵ１３１は、各軸制御部１
４２を起動し、演算した補正量だけステージ１０７を駆
動軸Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３に沿って移動させる（ステップＳ
１０９）。次に、ＣＰＵ１３１は、再び上記ステップＳ
１０５の動作に戻り、各アライメントマーク像Ｐ’１〜
Ｐ’４間の絶対距離Ｌ’１〜Ｌ’４を測定し、理論値ｍ
Ｌ１〜ｍＬ４と比較して、誤差α，β，γ，δを求め
る。このとき、誤差α，β，γ，δが未だ許容範囲外の
場合は、ＣＰＵ１３１は再び補正量を演算し、ステージ
１０７をＺ軸方向に移動させる。上記ステップＳ１０５
〜Ｓ１０９の動作は、全ての誤差α，β，γ，δが許容
範囲内に入るまで繰り返される。

【００３０】全ての誤差α，β，γ，δが許容範囲内に
入ると、ＣＰＵ１３１は、各レーザ干渉計１１０〜１１
２でステージ１０７のＸ−Ｙ平面内での位置を測定する
（ステップＳ１１０）。また、ＣＰＵ１３１は、各レー
ザ変位計１１９〜１２２でガラス基板１０３の上面位置
を測定する（ステップＳ１１１）。次に、ＣＰＵ１３１
は、上記ステップＳ１１０およびＳ１１１における測定
結果を、較正データとしてメモリ１３２内に格納する
（ステップＳ１１２）。

【００３１】次に、ＣＰＵ１３１は、ガラス基板１０３
上に較正の終了していない露光位置が存在するか否かを
判断する（ステップＳ１１３）。もし、較正の終了して
いない露光位置が存在する場合、ＣＰＵ１３１は、ステ
ージ１０７を次の露光位置（例えば、第２露光位置）に
移動させ（ステップＳ１１４）、前述のステップＳ１０
４〜Ｓ１１２の動作（Ｚ軸方向の較正動作）を繰り返
す。

【００３２】一方、ガラス基板１０３上の第１〜第４の
全ての露光位置で較正動作が終了すると、テスト用のガ
ラス基板１０３が排出され（ステップＳ１１５）、本番
用のガラス基板１０３がステージ１０７上に供給される
（ステップＳ１１６）。このように、本番用のガラス基
板上で較正動作を行わないのは以下の理由による。すな
わち、本番用のガラス基板上で較正動作を行うと、較正
動作中（より具体的には、ステージ１０７の移動中）に
アライメント光源によって投影されたアライメントマー
ク像がガラス基板の上面に形成されたレジスト膜上を移
動し、その移動した軌跡に沿ってレジスト膜が露光され
てしまうからである。したがって、テスト用のガラス基
板上で較正動作を行い、本番用のガラス基板は、較正後
の位置にセットしてからアライメントマークを露光する
必要がある。

【００３３】そのため、ＣＰＵ１３１は、次に、メモリ
１３２に格納された較正データに従って、各駆動軸Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の駆動モータを制御
し、ステージ１０７を所定の露光位置（最初は第１露光
位置）に移動させる（ステップＳ１１７）。より詳細に
説明すると、例えば第１露光位置では、ＣＰＵ１３１
は、現在の各レーザ干渉計１１０〜１１２および各レー
ザ変位計１１９〜１２２の測定値が、前述のステップＳ
１１０およびＳ１１１においてテスト用ガラス基板の第
１露光位置で採取した較正データ（各レーザ干渉計１１
０〜１１２および各レーザ変位計１１９〜１２２の測定
データであり、ステップＳ１１２でメモリ１３２内に格
納されている）と一致するように、各駆動軸Ｘ１，Ｘ
２，Ｙ，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の駆動モータを制御する。こ
のように、較正データに基づいて、較正後のテスト用ガ
ラス基板と光学系とのＸＹＺ方向の位置関係が、本番用
ガラス基板上でも再現される。次に、ＣＰＵ１３１は、
本番用ガラス基板上で本番の露光作業を行う（ステップ
Ｓ１１８）。本番用ガラス基板のレジスト膜上にアライ
メントマークと第１層目の回路パターンが露光される。
このとき露光されたアライメントマークは、第２層目以
降の回路パターンを露光する際の位置決めのために用い
られる。なお、上記ステップＳ１１７およびＳ１１８の
動作は、他の露光位置においても同様に行われる。

【００３４】上記のようにして、本番用ガラス基板上に
は、極めて高い絶対寸法精度で第１層目の回路パターン
および４個のアライメントマークが露光される。次に、
本番用ガラス基板は、ステージ１０７から排出され、現
像，エッチング等の工程を経て、その上面に第１層目の
回路パターンおよびアライメントマークが形成される。

【００３５】図９は、図１および図２に示す拡大投影型
露光装置において、第２層目以降の回路パターンを露光
する際のアライメント動作を示すフローチャートであ
る。以下、この図９を参照して、本実施例のアライメン
ト動作について説明する。

【００３６】まず、拡大投影型露光装置にレチクル１０
１が装着される（ステップＳ２０１）。このとき装着さ
れるレチクル１０１には、第ｉ層目（ｉは、２以上の整
数）の回路パターンのマスク図形１０５が描画されてい
る。次に、ステージ１０７に本番用ガラス基板が供給さ
れる（ステップＳ２０２）。このとき供給される本番用
ガラス基板には、図１０に示すように、第ｉ−１層目ま
での回路パターンと共に、複数組、例えば５組のアライ
メントマークＭａ１〜Ｍａ４，Ｍｂ１〜Ｍｂ４，Ｍｃ１
〜Ｍｃ４，Ｍｄ１〜Ｍｄ４，Ｍｅ１〜Ｍｅ４が形成され
ている。アライメントマークＭａ１〜Ｍａ４は第２層目
の回路パターンのアライメントのために用いられ、アラ
イメントマークＭｂ１〜Ｍｂ４は第３層目の回路パター
ンのアライメントのために用いられ、アライメントマー
クＭｃ１〜Ｍｃ４は第４層目の回路パターンのアライメ
ントのために用いられ、アライメントマークＭｄ１〜Ｍ
ｄ４は第５層目の回路パターンのアライメントのために
用いられ、アライメントマークＭｅ１〜Ｍｅ４は最上層
となる第６層目の回路パターンのアライメントのために
用いられる。なお、これらアライメントマークＭａ１〜
Ｍａ４，Ｍｂ１〜Ｍｂ４，Ｍｃ１〜Ｍｃ４，Ｍｄ１〜Ｍ
ｄ４，Ｍｅ１〜Ｍｅ４は、第１層目の回路パターン形成
時に一括的に形成されてもよいし、各回路パターンの層
毎に少なくともその１つ前の層の露光の時に形成される
ようにしてもよい。

【００３７】次に、ＣＰＵ１３１は、各軸制御部１４２
を起動し、アライメントスコープ１１４〜１１７が本番
用ガラス基板上の第１露光位置（図４参照）に位置する
ように、ステージ１０７を駆動軸Ｘ１，Ｘ２，Ｙ方向に
移動させる（ステップＳ２０３）。次に、ＣＰＵ１３１
は、照明制御部１４１を起動して、アライメント光源
（図示せず）を点灯させる（ステップＳ２０４）。これ
によって、ガラス基板１０３上には、レチクル１０１に
形成されたアライメントマークＰ１〜Ｐ４の像Ｐ’１〜
Ｐ’４が投影される。

【００３８】次に、ＣＰＵ１３１は、アライメントスコ
ープ１１４〜１１７を用いて、本番用ガラス基板上のア
ライメントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４を観察し、それぞれ
のＸＹ座標位置を測定する（ステップＳ２０５）。な
お、各アライメントスコープ１１４〜１１７間の絶対距
離Ｋ１〜Ｋ４は、第１層目の回路パターンを露光する前
に測定されている（図３のステップＳ１０１参照）の
で、各アライメントスコープ１１４〜１１７の視野中心
からのアライメントマーク像Ｐ’１〜Ｐ’４のずれを検
出することにより、それぞれのＸＹ座標位置を測定する
ことができる。次に、ＣＰＵ１３１は、アライメントス
コープ１１４〜１１７を用いて、本番用ガラス基板上に
形成されているアライメントマークＭａ１〜Ｍａ４，Ｍ
ｂ１〜Ｍｂ４，Ｍｃ１〜Ｍｃ４，Ｍｄ１〜Ｍｄ４，Ｍｅ
１〜Ｍｅ４の中から対応する組のものを観察し、それら
のＸＹ座標位置を測定する（ステップＳ２０６）。次
に、ＣＰＵ１３１は、上記ステップＳ２０５で測定され
た各アライメントマーク像の位置と、ステップＳ２０６
で測定された各アライメントマークの位置との間の誤差
を演算する（ステップＳ２０７）。

【００３９】次に、ＣＰＵ１３１は、上記ステップＳ２
０７で演算された誤差が予め定められた所定の許容範囲
内に入っている（十分０に近い）か否かを判断する（ス
テップＳ２０８）。もし、当該誤差が許容範囲から外れ
ている場合、ＣＰＵ１３１は、当該誤差が許容範囲内に
収まるように、ステージ１０７の各駆動軸（Ｘ１，Ｘ
２，Ｙ，Ｚ１〜Ｚ３，θ軸）方向への補正量を演算する
（ステップＳ２０９）。次に、ＣＰＵ１３１は、ステッ
プＳ２０９で演算された補正量に従って、各軸制御部１
４２を制御し、ステージ１０７を各駆動軸方向に微動さ
せる（ステップＳ２１０）。その後、ＣＰＵ１３１は、
上記誤差が許容範囲内に入るまで、上記ステップＳ２０
５〜Ｓ２１０の動作を繰り返す。

【００４０】上記誤差が許容範囲内に入ると、ＣＰＵ１
３１は、本番用ガラス基板上に第ｉ層目の回路パターン
（必要な場合は、第ｉ＋１層目のためのアライメントマ
ーク）を露光する（ステップＳ２１１）。次に、ＣＰＵ
１３１は、本番用ガラス基板上に露光の終了していない
露光位置が存在するか否かを判断する（ステップＳ２１
２）。もし、露光の終了していない露光位置が存在する
場合、ＣＰＵ１３１は、ステージ１０７を次の露光位置
（例えば、第２露光位置）に移動させ（ステップＳ２１
３）、前述のステップＳ２０４〜Ｓ２１２の動作を繰り
返す。一方、本番用ガラス基板上の全ての露光位置（す
なわち、第１〜第４の露光位置）での露光作業が終了す
ると、ＣＰＵ１３１は動作を終了し、ステージ１０７か
ら本番用ガラス基板が排出される。

【００４１】上記のようにして、本番用ガラス基板上に
は、第ｉ−１層目の回路パターンの上に、極めて高い重
ね合わせ精度で第ｉ層目の回路パターン（必要に応じ
て、アライメントマーク）が露光される。次に、本番用
ガラス基板は、現像，エッチング等の工程を経て、その
上面に第ｉ層目の回路パターン（およびアライメントマ
ーク）が形成される。

【００４２】なお、上記実施例において、各層毎に異な
るアライメントマークを使用してアライメントを行うの
は、以下の理由による。すなわち、上記実施例では、ア
ライメント時に、アライメント光がステージ１０７の微
動（ステップＳ２１０参照）に伴って本番用ガラス基板
の上を移動するので、その層で観察の対象とするアライ
メントマークの周辺が露光されてしまい、再び同じアラ
イメントマークを使用してアライメントを行うことが困
難なためである。

【００４３】また、上記実施例において、第ｉ層目の回
路パターンのアライメント時に本番用ガラス基板上で観
測されるアライメントマークは、前述したように、第１
層目の回路パターンと共に形成されてもよいし、第２層
目〜第ｉ−１層目のいずれかの回路パターンと共に形成
されてもよい。実際のカラー液晶表示パネルでは、重ね
合わせ精度が厳しい層間とそれほど厳しくない層間とが
有るので、重ね合わせ精度が厳しい層間については、ア
ライメントマークの比較をダイレクトに行えるようにア
ライメントマークの形成時点を分散させるようにしても
よい。

【００４４】また、上記実施例では、第１層目の回路パ
ターンを露光する際に、その絶対寸法を較正するように
しているので、その上に厳しい重ね合わせ精度で露光さ
れる２層目以降の回路パターンも高い絶対寸法精度を有
することになる。従って、カラーフィルタとの貼り合わ
せ精度も良好なものとなる。ただし、そのような厳しい
絶対精度が要求されない場合は、第１層目の回路パター
ンを露光する際に上記実施例のような絶対寸法の較正動
作を行わないようにしてもよい。しかし、この場合であ
っても、各回路パターンの層間の重ね合わせ精度は高く
保たれる。

【００４５】なお、本発明では、少なくとも投影レンズ
１０２とステージ１０７との間の主光線（出射側の主光
線）が非テレセントリックであればよく、レチクル１０
１と投影レンズ１０２との間の主光線（入射側の主光
線）は、テレセントリックであっても非テレセントリッ
クであってもよい。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、基板上に拡大
投影されたアライメントマーク像と、基板上に既に形成
されているアライメントマークとをアライメントスコー
プで観察して、それらの位置を測定し、両者間の誤差が
所定の許容範囲内に収まるように、ステージをＸＹＺ軸
方向に移動させるようにしているので、非テレセントリ
ックな光学系を有する拡大投影型露光装置においても、
各回路パターンの層間の重ね合わせ精度を高精度に保つ
ことができる。

【００４７】請求項２の発明によれば、第１層目の回路
パターンを露光する前に、テスト用基板上に各アライメ
ントマークの像を仮投影し、これら仮投影されたされた
各アライメントマーク像間の絶対距離が理想値に近づく
ように、ステージを少なくともＺ軸方向に移動させるよ
うにしているので、テスト用基板と各光学系との位置関
係を理想的な状態に較正することができる。また、較正
後のステージのＸＹ平面内での位置と、Ｚ軸方向に沿う
テスト用基板の上面位置とを測定して記憶しておき、こ
の記憶されたデータに基づいて、本番用基板の露光位置
を調整するようにしているので、較正後の理想的な位置
関係を本番用基板でも再現することができる。その結
果、本番用基板上において、第１層目の回路パターンお
よびそれに付随するアライメントマークを高い絶対寸法
精度で露光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るアライメント方法を
実行する拡大投影型露光装置の構成を示す外観斜視図で
ある。

【図２】図１の拡大投影型露光装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図３】図１の拡大投影型露光装置において、第１層目
の回路パターンを露光する際に実行される較正動作を示
すフローチャートである。

【図４】ガラス基板上に複数パネル分の回路パターンを
露光する場合において、ガラス基板上の各露光位置を示
す図である。

【図５】レチクルの構成の一例を示す図である。

【図６】図１の拡大投影型露光装置において、投影レン
ズと各アライメントスコープとの配置関係を示す図であ
る。

【図７】図１の拡大投影型露光装置において、ガラス基
板上に拡大投影されるアライメントマーク像の理想的な
位置を示す図である。

【図８】図１の拡大投影型露光装置において、ガラス基
板上に拡大投影されるアライメントマーク像の実際の位
置を示す図である。

【図９】図１の拡大投影型露光装置において、第２層目
以降の回路パターンを露光する際に実行されるアライメ
ント動作を示すフローチャートである。

【図１０】ガラス基板上に形成された回路パターンおよ
びアライメントマークの一例を示す図である。

【図１１】カラー液晶表示パネルの積層構造の一例を示
す分解斜視図である。

【図１２】従来の露光装置で採用されているテレセント
リック光学系の構成を示す図である。

【図１３】従来の露光装置で実行されている回路パター
ンの分割露光を説明するための図である。

【図１４】非テレセントリック光学系の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０１…レチクル １０２…投影レンズ １０３…ガラス基板 １１０〜１１２…レーザ干渉計 １１３…基準マーク １１４〜１１７…アライメントスコープ １１９〜１２２…レーザ変位計 １３０…ワークステーション １３１…ＣＰＵ １３２…メモリ １３３…操作器 １３４…ディスプレイ装置 １４１…照明制御部 １４２…各軸制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー液晶表示パネルの製造のために用
   いられる拡大投影型露光装置において、基板上に投影さ
   れる像の露光位置をアライメントするための方法であっ
   て、 前記拡大投影型露光装置は、 その上面に基板が載置されるステージと、 レチクルを透過した光パターンを前記ステージ上の基板
   に拡大投影し、少なくとも当該基板との間の主光線がそ
   の光軸に対して傾いている非テレセントリックな投影レ
   ンズと、 前記ステージを前記投影レンズの光軸と直交するＸＹ平
   面内で駆動する第１の駆動手段と、 前記ステージを、少なくとも３カ所において、前記投影
   レンズの光軸と平行なＺ軸方向に独立的に駆動する第２
   の駆動手段と、 前記基板上に投影されたまたは形成されたアライメント
   マークまたはその像を観察する複数のアライメントスコ
   ープとを備えており、 前記ステージ上に基板を供給する第１のステップと、 前記ステージ上の基板が所定の露光位置にセットされる
   ように、前記第１および第２の駆動手段を制御する第２
   のステップと、 前記レチクルに形成された複数のアライメントマーク
   を、前記基板上に拡大投影する第３のステップと、 前記基板上に投影された各アライメントマーク像の位置
   を前記各アライメントスコープで観察し、それらの位置
   を測定する第４のステップと、 前記基板上に既に形成されている各アライメントマーク
   の位置を前記各アライメントスコープで観察し、それら
   の位置を測定する第５のステップと、 前記第４のステップで測定された各アライメントマーク
   像の位置と前記第５のステップで測定された各アライメ
   ントマークの位置との間の誤差を演算する第６のステッ
   プと、 前記第６のステップで得られた誤差が予め定められた所
   定の許容範囲内に収まるように、前記第１および第２の
   駆動手段を制御する第７のステップとを備える、投影像
   のアライメント方法。
2. 【請求項２】 前記拡大投影型露光装置は、さらに前記
   ステージの前記ＸＹ平面内での位置を検出するＸＹ位置
   検出手段と、 前記Ｚ軸方向に沿った前記基板の上面位置を、複数の箇
   所において検出する上面位置検出手段とを備えており、 前記ステージの上面の所定の位置には、基準マークが形
   成されており、 前記基板上に第１層目の回路パターンおよびそれに付随
   するアライメントマークを露光するステップとして、前
   記第１のステップの前に、 前記各アライメントスコープで前記ステージ上の基準マ
   ークを順次に観察し、それぞれの場合における前記ＸＹ
   位置検出手段の計測値から各アライメントスコープ間の
   絶対距離を演算する第８のステップと、 前記ステージ上にテスト用基板を供給する第９のステッ
   プと、 前記ステージ上のテスト用基板が所定の露光位置にセッ
   トされるように、前記第１および第２の駆動手段を制御
   する第１０のステップと、 前記レチクルに形成された複数のアライメントマーク
   を、前記テスト用基板 上に拡大投影する第１１のステップと、 前記テスト用基板上の各アライメントマーク像を前記各
   アライメントスコープで観察し、その観察結果と、前記
   第１のステップで得られた各アライメントスコープ間の
   絶対距離とに基づいて、各アライメントマーク像間の絶
   対距離を測定する第１２のステップと、 前記第１２のステップで得られた各アライメントマーク
   像間の絶対距離が理想的な値に近づくように少なくとも
   前記第２の駆動手段を制御する第１３のステップと、 前記第１３のステップ終了後、前記ＸＹ位置検出手段お
   よび前記上面位置検出手段による検出を行い、それらの
   計測値を記憶保持する第１４のステップと、 前記ステージ上のテスト用基板を本番用基板と差し替え
   る第１５のステップと、 前記第１４のステップで記憶保持された前記ＸＹ位置検
   出手段および前記上面位置検出手段の計測値に基づい
   て、前記第１および第２の駆動手段を制御することによ
   り、前記本番用基板の露光位置を調整する第１６のステ
   ップと、 前記第１６のステップで露光位置が調整された本番用基
   板上に前記第１層目の回路パターンおよびそれに付随す
   るアライメントマークを露光する第１７のステップとを
   備える、請求項１に記載の投影像のアライメント方法。