JPH08339959A

JPH08339959A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH08339959A
Application number: JP7170288A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Yanagihara; 政光柳原; Hiroshi Shirasu; 廣白数; Susumu Mori; 晋森; Seiji Miyazaki; 聖二宮崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-12-24
Also published as: KR970003420A

Abstract

(57)【要約】【目的】マスク側マーク及び基板側マークを確実に識
別することができ、しかも高精度にマスクと基板を位置
合わせする。【構成】基板ステージ２２への基板１６の搭載に先だ
って検出系６０Ａ、６０Ｂの検出範囲外にマーク１３
Ａ、１３Ｂが位置するようにマスクステージ２０が移動
されるので、ステージ２２へ基板１６が搭載され検出系
６０Ａ、６０Ｂによりマーク１７Ａ、１７Ｂを検出する
際にマーク１７Ａ、１７Ｂがマークと重なって両者の識
別ができなくなるという不都合は生じえない。従って、
検出系６０Ａ，６０Ｂの検出範囲を狭く設定して、狭い
範囲を高倍率で撮像することができ、高精度なマーク位
置の検出が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置合わせ方法に係り、
更に詳しくは、マスクに形成されたアライメントマーク
を検出すると同時に基板上にマスク側のアライメントマ
ークに対応して形成されたアライメントマークを投影光
学系を介して検出可能な検出系を備えた投影露光装置に
用いられる、マスクと基板との位置合わせ方法に関す
る。

【０００２】

【背景技術】従来より、半導体素子製造や液晶ディスプ
レイパネルの製造のためのフォトリソグラフィ工程で
は、マスク（又はレチクル）に形成されたパターンを投
影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光剤が塗
布された基板に転写する投影露光装置が使用されてい
る。この投影露光装置としては、レチクル上に形成され
たパターンを基板の所定領域に転写した後、基板を一定
距離だけステッピングさせて、再びレチクルのパターン
を転写することを繰り返す、いわゆるステップアンドリ
ピート方式の装置や、マスク上のスリット状（長方形
状、円弧状等）の照明領域を照明し、その照明領域に対
して短辺方向にマスクを走査し、その照明領域と共役な
露光領域に対して感光剤が塗布された基板を同期して走
査することにより、マスク上のパターンを逐次基板上に
露光する一括走査型露光装置が知られている。

【０００３】大型のガラスプレートにパターンを転写す
る大型の液晶ディスプレイパネルの製造には、前者のス
テップアンドリピート方式の露光装置ではスループット
が必然的に低下することから、後者の一括走査型の露光
装置の方が適している。かかる一括走査型の露光装置で
は、ガラスプレート上にマスクに形成されたパターンを
複数層重ね合せて転写する際に、露光開始前のマスクと
基板のアライメント（位置合わせ）が非常に重要であ
る。

【０００４】かかるマスクと基板のアライメントを行な
うためのアライメントマークの検出方式としては、いわ
ゆるオフ・アクシス方式と、オン・アクシス方式がある
が、検出位置の違いによるアッベ誤差の影響を受けない
ためには、投影光学系を介してアライメントマークを検
出するオン・アクシス方式の方が望ましい。特に、マス
ク側と基板側の対応する位置に複数のアライメントマー
クを形成し、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式又はス
ルー・ザ・レチクル方式の同一のアライメント検出系を
用いてマスク側と基板側のアライメントマークを同時に
検出するようにすれば、最も高精度なマスクと基板の位
置合わせが可能と思われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したマスク側とプ
レート側（基板側）の対応する位置に形成されたアライ
メントマークを同一の検出系にて同時に検出することに
よって、アライメントを高精度に行なうためには、両マ
ークの配置が検出系の検出領域内で充分に離れているこ
と、即ち、マスク側のアライメントマーク（例えば、二
重十字状マーク）と基板側のアライメントマーク（例え
ば、十字状マーク）とが重なることなく、両マークをそ
れぞれ識別できることが前提となる。このためには、基
板ステージへの基板搭載の装置の精度が、マスク側のア
ライメントマークと基板側のアライメントマークとの間
隔に比べて充分に小さい程度に高精度である必要があ
る。この一方、検出系に画像処理を用いるような場合、
分解能を考慮すると、狭い検出範囲を大きく拡大して検
出した方が高精度なアライメントが可能になる。

【０００６】しかしながら、基板ステージへの基板搭載
の位置精度はある程度ラフである方が装置の製造上有利
であり、仮に基板搭載精度が装置単体としては充分に良
いとしても、基板側のマークが別の装置の露光にて形成
された場合、その装置の搭載の位置に装置固有の差があ
る可能性がある。また、特に、検出系に画像処理を用い
る場合、アライメント精度上、上記マーク間隔を小さく
する必要が生じる場合がある。

【０００７】かかる理由によって、図６に示されるよう
に、マスク側のアライメントマーク７３と基板側のアラ
イメントマーク７４が一部重なって検出系に入力され、
両者の識別が困難となるおそれがあった。

【０００８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的はマスク側マーク及び基板側マークを確実
に識別することができ、しかも高精度にマスクと基板を
位置合わせすることができる位置合わせ方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
マスクステージ上に載置されたマスクに形成された第１
マークを検出すると同時に基板ステージ上に搭載された
基板上に前記第１マークに対応して形成された第２マー
クを投影光学系を介して検出可能な検出系を備えた投影
露光装置に用いられる、前記マスクと前記基板との位置
合わせ方法であって、前記基板ステージへの前記基板の
搭載前に、前記マスクステージ上に載置された前記マス
クに形成された少なくとも２箇所の前記第１マークの位
置を前記検出系を用いて検出する第１工程と；前記基板
の前記基板ステージ上への搭載に先立って前記第１マー
クが前記検出系の検出範囲外に位置するように前記マス
クステージを移動させる第２工程と；しかる後、前記基
板ステージ上に搭載された前記基板上に前記第１工程で
検出された前記第１マークに対応して形成された少なく
とも２箇所の前記第２マークの位置を前記検出系を用い
て前記投影光学系を介して検出する第３工程と；前記第
１、第３工程の検出結果に基づいて前記マスクと前記基
板とを位置決めする第４工程とを含む。

【００１０】請求項２記載の発明は、マスクステージ上
に載置されたマスクに形成された第１マークを検出する
と同時に基板ステージ上に搭載された基板上に前記第１
マークに対応して形成された第２マークを投影光学系を
介して検出可能な検出系を備えた投影露光装置に用いら
れる、前記マスクと前記基板との位置合わせ方法であっ
て、前記基板ステージへの前記基板の搭載前に、前記マ
スクステージ上に載置された前記マスクに形成された少
なくとも２箇所の前記第１マークの位置を前記検出系を
用いて検出する第１工程と；前記基板の前記基板ステー
ジ上への搭載に先立って前記第１マークが前記検出系の
検出範囲外に位置するように前記マスクステージを移動
させる第２工程と；しかる後、前記基板ステージ上に搭
載された前記基板上に前記第１工程で検出された前記第
１マークに対応して形成された少なくとも２箇所の前記
第２マークの位置を前記検出系を用いて前記投影光学系
を介して検出する第３工程と；前記第１工程で検出され
た前記第１マークと前記第３工程で検出された前記第２
マークとが相互に重ならない状態でかつ両マークが前記
検出系の検出範囲内に位置するように、前記マスクステ
ージ及び前記基板ステージの内少なくともマスクステー
ジを移動させる第４工程と；しかる後、前記検出系を用
いて前記第１マークを検出すると同時に前記投影光学系
を介して前記第２マークを検出し、前記両マーク相互間
の位置ずれ量を求める第５工程と；前記第５工程で求め
た位置ずれ量が所定の値となるように前記マスクステー
ジ及び前記基板ステージの少なくともいずれか一方を移
動させる第６工程とを含む。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、基板ステージへ
の基板の搭載に先だって検出系の検出範囲外に第１マー
クが位置するようにマスクステージが移動されるので、
基板ステージへ基板が搭載され検出系により基板上の第
２マークを検出する際に第１マークが第２マークと重な
って両者の識別ができなくなるという不都合は生じえな
い。従って、例えば検出系としてＣＣＤカメラ等により
マークを撮像して画像処理を行なう系を用いる場合に
は、狭い範囲に検出範囲（撮像範囲）を設定することが
可能になる。

【００１２】また、基板ステージへの基板の搭載前に、
マスク上の第１マークの位置が検出されているので、基
板上の第２マークの位置を検出した後は、マスクステー
ジ（又はマスク）の位置を適宜な位置検出手段で管理し
ておきさえすれば、両マークの位置の検出結果に基づい
てマスクと基板とを容易に位置合わせすることができ
る。なお、検出系により検出する第１マーク、第２マー
クをそれぞれ少なくとも２箇所としたのは、マスク及び
基板の回転方向の位置ずれをも検出する必要があるため
である。

【００１３】ここで、基板ステージへ基板を搭載した際
に、検出系の検出範囲内に基板上の第２マークが位置す
る程度の基板搭載時の機械的精度であることが望ましい
が、このようになっていない場合は、基板ステージ（又
は基板）の位置をも適宜な位置検出手段で管理しておけ
ばよい。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様に、基板ステージへ基板が搭載され検出
系により基板上の第２マークを検出する際に第１マーク
が第２マークと重なって両者の識別ができなくなるとい
う不都合は生じえず、例えば検出系としてＣＣＤカメラ
等によりマークを撮像し画像処理を行なう系を用いる場
合には、狭い範囲に検出範囲を設定することが可能とな
る。

【００１５】また、基板ステージへの基板の搭載前に、
マスク上の第１マークの位置が検出されているので、基
板上の第２マークの位置を検出した後は、マスクステー
ジ（又はマスク）の位置を適宜な位置検出手段で管理し
ておきさえすれば、別々に検出した第１マークと第２マ
ークの位置の検出結果に基づいて、マスクステージ及び
基板ステージの内少なくともマスクステージを移動させ
ることにより、第１マークと第２マークとが相互に重な
らない状態でかつ両マークが検出系の検出範囲内に位置
するようすることができる。なお、検出系により第１マ
ーク、第２マークがそれぞれ少なくとも２箇所検出され
るので、マスク及び基板の回転方向の位置ずれも検出さ
れる。

【００１６】ここで、少なくともマスクステージを移動
させるとは、マスクステージのみが移動可能で適宜な位
置検出手段でその移動位置が管理されていればよく、基
板ステージは位置合わせのための移動機構を持たず、基
板の位置も管理する必要はないという意味である。しか
しながら、基板ステージが位置合わせのための移動機構
を持っていても構わない。

【００１７】しかる後、検出系を用いて第１マークを検
出すると同時に投影光学系を介して第２マークを検出す
るが、この時には両マークが重なっていないので、両マ
ーク相互間の位置ずれ量を求めることができ、この求め
た位置ずれ量が所定の値（設計上の両マークの位置関係
を基準としてそのずれが許容値以内となる値）となるよ
うにマスクステージ及び基板ステージの少なくともいず
れか一方を移動させる。これにより、請求項１記載の方
法に比べても、一層高精度なマスクと基板の位置合わせ
が可能となる。

【００１８】ここで、マスクステージ及び基板ステージ
の少なくともいずれか一方を移動させるとしたのは、基
板ステージが所定の一方向への移動、あるいは回転のみ
が許容されている場合をも考慮したものである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５に
基づいて説明する。図１には、本発明に係る露光方法を
実施するための一実施例の投影露光装置１０の構成が概
略的に示されている。この投影露光装置１０は、それぞ
れ等倍で正立正像を投影する複数の投影光学系を有する
走査型投影露光装置である。

【００２０】この投影露光装置１０は、マスク１２上に
形成されたパターンを所定形状（ここでは、台形である
が、平行四辺形その他の形状であっても良い）の照明領
域で照明する複数（ここでは５つ）の照明光学系１４Ａ
〜１４Ｅと、マスク１２上のパターンを通過した光束を
実質的に等倍且つ正立正像で基板としての液晶用プレー
ト（以下、適宜「プレート」という）１６上に投影する
複数（ここでは５つ）の投影光学系１８Ａ〜１８Ｅと、
マスク１２を載置して投影光学系１８Ａ〜１８Ｅの光軸
方向であるＺ軸に直交するＸＹ面上をＸ軸及びＹ軸方向
に移動可能なマスクステージ２０と、前記プレート１６
を載置してマスクステージ２０の移動面と平行な面内を
Ｘ軸方向に沿って移動可能な基板ステージとしてのプレ
ートステージ２２とを備えている。

【００２１】前記照明光学系１４Ａは、超高圧水銀ラン
プ等の光源２４、楕円鏡２６、ダイクロイックミラー２
７、波長選択フィルタ２８、フライアイレンズ３０、視
野絞り３２、コンデンサレンズ３４とを含んで構成され
ている。さらに、ダイクロイックミラー２７と波長選択
フィルタ２８との間には、光軸ＡＸ１に対して進退可能
とされたシャッタ３６が設けられている。これによれ
ば、光源２４から射出した光束は、楕円鏡２６で反射さ
れた後にダイクロイックミラー２７に入射する。このダ
イクロイックミラー２７は露光に必要な波長の光束を反
射し、その他の波長の光束を透過する。ダイクロイック
ミラー２７で反射された光束は、シャッタ３６によって
投影光学系側への照射を選択的に制限されるが、シャッ
タ３６の開放時には、この光束は波長選択フィルタ２８
に入射し、投影光学系１８Ａが転写を行なうのに適した
波長（通常は、ｇ、ｈ、ｉ線のうち少なくとも１つの帯
域）の光束となる。また、この光束の強度分布は光軸近
傍が最も高く、周辺になると低下するガウス分布状にな
るため、少なくとも投影光学系１８Ａの投影領域Ｐ１内
で強度を均一にする必要がある。このため、フライアイ
レンズ３０及びコンデンサレンズ３４によって光束の強
度を均一化する。なお、視野絞り３２は、マスク１２上
の照明領域Ｍ１と投影領域Ｐ１とを制限する台形の開口
を有する。この視野絞り３２は、マスク１２と共役にな
っている。

【００２２】図１では簡略化して図示されているが、残
りの照明光学系１４Ｂ〜１４Ｅも、実際には、照明光学
系１４Ａと同様に構成されている。

【００２３】これらの照明光学系１４Ａ〜１４Ｅのそれ
ぞれから射出された光束は、折曲げミラー３８Ａ〜３８
Ｅをそれぞれ介してマスク１２上の異なる台形状の照明
領域Ｍ１〜Ｍ５をそれぞれ均一な照度分布で照明する。

【００２４】前記プレートステージ２２上には、その表
面に感光剤としてのフォトレジストが塗布されたプレー
ト１６が載置され、図示しないバキュームチャック等の
真空吸着手段によって吸着保持されている。このプレー
トステージ２２は、一次元の走査露光を行うべく、走査
方向（Ｘ方向）に長いストロークを持った第１の駆動系
４０（例えば、送りねじ機構とモータ等から構成され
る）によってＸ軸方向に駆動されるようになっている。
さらに、このプレートステージ２２の走査方向の位置
は、高分解能及び高精度の第１のレーザ干渉計４４によ
って計測されるようになっている。

【００２５】前記マスクステージ２０上には、マスク１
２が載置されており、このマスクステージ２０もプレー
トステージ２２と同様に、走査方向（Ｘ方向）に長いス
トロークを持った第２の駆動系４６（例えば、送りねじ
機構とモータ等から構成される）によってＸ軸方向に駆
動されるようになっている。更に、このマスクステージ
２０には、当該マスクステージ２０をＸ軸に直交するＹ
軸方向に駆動（微動）する第３の駆動系４８と、当該マ
スクステージ２０をＺ軸回りに所定の角度範囲内で回転
させる第４の駆動系５０とが併設されている。

【００２６】マスクステージ２０のＸ軸方向の一端面に
は、移動鏡５２がＹ軸方向に延設されており、この移動
鏡５２表面のＹ軸方向に所定間隔隔てた２点のＸ軸方向
の位置が高分解能及び高精度の第２のレーザ干渉計５４
によって計測されるようになっている。また、このマス
クステージ２０のＹ軸方向の一端面には、移動鏡５６が
Ｘ軸方向に沿って延設されており、この移動鏡表面の所
定の点のＸ軸方向の位置が高分解能及び高精度の第３の
レーザ干渉計５８によって計測されるようになってい
る。即ち、本実施例では、レーザ干渉計５４、５８で計
測される３点の位置データに基づいてマスクステージ２
０のＸ、Ｙ座標位置の他、Ｚ軸回りの回転もわかるよう
になっている。

【００２７】即ち、後述する主制御装置６０では、レー
ザ干渉計５４、５８の出力に基づいて３つの駆動系４
６、４８、５０を制御することにより、マスク１２とプ
レート１６のアライメントの際等にマスクステージ２０
をＸ、Ｙ、θ（Ｚ軸回りの回転）方向へ駆動するように
なっている。

【００２８】前記投影光学系１８Ａ〜１８Ｅは、マスク
１２とプレート１６との間に、照明領域Ｍ１〜Ｍ５と同
じ配列で設けられ、図示しない本体コラムに固定されて
いる。投影光学系１８Ａ〜１８Ｅとしては、等倍で正立
正像を投影するもの、例えば凹面鏡及び凸面鏡等を組み
合わせたミラープロジェクション方式の投影光学系が使
用されている。なお、マスク１２とプレート１６とは、
投影光学系１８Ａ〜１８Ｅに関して共役となっている。

【００２９】このため、マスク１２を透過した複数の光
束は、それぞれ異なる投影光学系１８Ａ〜１８Ｅを介し
てプレート１６上の異なる台形状の投影領域（露光フィ
ールド）Ｐ１〜Ｐ５にマスク１２上の照明領域のパター
ン像を等倍の正立正像（正立等倍実結像）として結像す
る。

【００３０】ここで、マスク１２上の照明領域Ｍ１〜Ｍ
５は、走査方向であるＸ方向に所定間隔で設定された２
列に分かれ、１列目に３個の照明領域Ｍ１，Ｍ３及びＭ
５が配列され、２列目に２個の照明領域Ｍ２及びＭ４が
配列され、且つ走査方向に台形状の照明領域Ｍ１〜Ｍ５
の隣合う斜辺部同士（例えば、Ｍ１とＭ２の斜辺部同
士）が重なるように配列されている。

【００３１】また、プレート５上で１列目の露光フィー
ルドＰ１，Ｐ３及びＰ５と２列目の露光フィールドＰ２
及びＰ４とは、隣合う台形の斜辺部同士が走査方向（Ｘ
方向）に重なるように配置されている。従って、例えば
露光フィールドＰ１の一方の斜辺部、及び露光フィール
ドＰ３の一方の斜辺部で露光される領域は、それぞれ露
光フィールドＰ２の斜辺部で重複して走査されるように
なっている。

【００３２】従って、マスク１２及びプレート１６を同
期してＸ方向に走査することにより、マスク１２上のパ
ターン領域１２Ａ内のパターンが、プレート１６上のシ
ョット領域１６Ａ上に逐次露光され、１回の走査でマス
ク１２上のパターン領域１２Ａの全面がプレート１６上
のショット領域１６Ａに転写されるようになっている。

【００３３】更に、本実施例では、マスク１２の上方に
Ｙ方向に所定間隔で一対の検出系としてのアライメント
検出系６０Ａ及び６０Ｂが配置されている。これに対応
してマスク１２のパターン領域１２Ａの近傍の４角の部
分に第１のマークとしてのアライメントマーク１３Ａ、
１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが形成され、プレート１６のシ
ョット領域１６Ａの近傍の４角の部分にもマーク１３
Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄにそれぞれ対応して第２の
マークとしてのアライメントマーク１７Ａ、１７Ｂ、１
７Ｃ、１７Ｄが形成されている。

【００３４】ここで、アライメント検出系６０Ａ、６０
Ｂとしては、顕微鏡光学系とＩＴＶカメラ若しくはＣＣ
Ｄカメラを備え、アライメントマークを含む所定の検出
範囲の画像を撮像し、画像処理によってアライメントマ
ークの位置を求める構成のものが使用されている。これ
らのアライメント検出系６０Ａ、６０Ｂの出力も後述す
る主制御装置６０に入力されるようになっている。

【００３５】図２には、投影露光装置１０の制御系の構
成が概略的に示されている。この制御系は、マイクロコ
ンピュータ又はミニコンピュータから成る主制御装置６
０を中心に構成されている。この主制御装置６０の入力
側には、第１ないし第３のレーザ干渉計４４、５４、５
８、アライメント検出系６０Ａ、６０Ｂが接続され、出
力側には、第１ないし第４の駆動系４０、４６、４８、
５０等が接続されている。

【００３６】次に、本発明に係る位置合わせ方法を含む
投影露光装置１０の主要な動作を説明する。

【００３７】マスク１２は図示しないマスクローダ
によってマスクステージ２０上に搬送され、吸着等によ
ってマスクステージ１２上に固定される。このときは、
プレート１６はプレートステージ２２上に搭載されてい
ないものとする。アライメント検出系６０Ａ、６０Ｂに
よりマスク１２上の一対のアライメントマーク、例えば
アライメントマーク１３Ａ、１３Ｂが検出され、その検
出信号が主制御装置６０に送られる。主制御装置６０で
は、その検出信号とレーザ干渉計５４、５８の出力とに
基づいてマスク２０の位置情報（Ｘ、Ｙ、方向のシフト
及びθ方向のローテーション）を得て、図示しないメモ
リに記憶する。図３には、このとき、アライメント検出
系６０Ａ（又は６０Ｂ）によって撮像された画像の一例
が示されている。この図において、枠７０は、撮像範囲
（検出範囲）を示す。

【００３８】なお、アライメント検出系６０Ａ、６０Ｂ
の検出範囲内にマスク１２上の一対のマーク１３Ａ、１
３Ｂが位置していなければ、主制御装置６０では、アラ
イメント検出系６０Ａ、６０Ｂの出力をモニタしつつ、
駆動系４６、４８、５０を駆動制御してマスクステージ
２０をＸ、Ｙ、θ方向に微動させれば良い。

【００３９】次に、主制御装置６０では、レーザ干
渉計５４、５８及びアライメント検出系６０Ａ、６０Ｂ
の出力をモニタしつつ駆動系４６を駆動制御して、マス
ク１２上のアライメントマーク１３Ａ、１３Ｂがアライ
メント検出系６０Ａ、６０Ｂの検出範囲から外れる位置
まで、マスクステージ２０を所定距離移動させる。

【００４０】この状態で、予めアライメントマーク
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄが形成されたプレート
１６が、図示しない基板搬送系によってプレートステー
ジ２２上に載置されると、アライメント検出系６０Ａ、
６０Ｂによりプレート１６上の一対のアライメントマー
ク１７Ａ、１７Ｂが検出され、その検出信号が主制御装
置６０に送られる。主制御装置６０ではその検出信号に
基づいてアライメントマーク１７Ａ、１７Ｂの位置（よ
り正確には、設計値からのＸ、Ｙ方向のシフト量、θ方
向のローテーション）を検出し、図示しないメモリに記
憶する。図４には、このとき、アライメント検出系６０
Ａ、６０Ｂによって撮像された画像の一例が示されてい
る。この図において、枠７０は、撮像範囲（検出範囲）
を示す。

【００４１】次に、主制御装置では、上記とで
メモリに記憶した各マークの位置情報に基づいて、アラ
イメントマーク１３Ａと１７Ａ、アライメントマーク１
３Ｂと１７Ｂの相対位置が理想的となる（両マークが重
なることなく、共にアライメント検出系の検出範囲内に
含まれる）ように、レーザ干渉計５４、５８の出力をモ
ニタしつつ駆動系４６、４８、５０を制御してマスクス
テージ２０をＸ，Ｙ、θ方向に駆動する。

【００４２】アライメント検出系６０Ａ、６０Ｂで
は、マスク１２側のアライメントマーク１３Ａ、１３Ｂ
を検出すると同時にプレート１６側のアライメントマー
ク１７Ａ、１７Ｂを投影光学系１８Ａ、１８Ｅをそれぞ
れ介して検出する。図５には、このとき、アライメント
検出系６０Ａ、６０Ｂによって撮像された画像の一例が
示されている。この図において、枠７０は、撮像範囲
（検出範囲）を示す。

【００４３】このときのアライメント検出系６０Ａ、６
０Ｂの検出信号が主制御装置６０に与えられるので、主
制御装置６０ではこの検出信号に基づいてアライメント
マーク１３Ａと１７Ａ、アライメントマーク１３Ｂと１
７Ｂの位置ずれ量を算出する。本実施例の場合、設計上
は、二重十字状のアライメントマーク１３Ａの丁度中心
に十字状のアライメントマーク１７Ａが位置するように
決められている筈であるから、両者の位置関係がこの設
計上の位置関係からどれだけずれているかを演算するの
である。

【００４４】次に、主制御装置６０では、この位置
ずれ量が一定値以下になるように（設計値からのずれが
許容値以下になるように）駆動系４６、５０、５８を介
してマスクステージ２０を微動させる。これにより、マ
スク１２とプレート１６とが非常に高精度に位置合わせ
される。

【００４５】なお、大型のマスクの場合、パターンの描
画精度（設計位置に対する描画位置のずれ）は小型のマ
スク並に高くできないため、又マスクを支持した際の自
重による撓み等の変形が生じることから、マスク上の複
数箇所で上記アライメントを行った方が、いわゆる平均
化効果により高い位置決め精度を得ることができる。ま
た、プレートのプロセス処理等による伸縮や変形に対し
ても複数箇所でアライメントすることにより同様の効果
が得られる。このため、上述したアライメントマーク１
３Ａと１３Ｂ、１７Ａと１７Ｂの検出に引き続いて、ア
ライメントマーク１３Ｃと１３Ｄ、１７Ｃと１７Ｄを順
次検出し、この検出結果を統計処理することによってマ
スク１２の位置を制御するようにすることが望ましい。

【００４６】この場合において、１３Ｃと１７Ｃ、１３
Ｄと１７Ｄのアライメントに関しては、相対位置が大き
くずれていることが考えられないため、従来と同様、マ
スクステージ２０のアライメント検出範囲外への退避を
行うことなく、マスク１２側のアライメントマーク１３
Ｃ、１３Ｄとプレート１６側のアライメントマーク１７
Ｃ、１７Ｄをアライメント検出系６０Ａ、６０Ｂによっ
て、同時に検出することにより、スループットの低下を
防止するようにすることが望ましい。なお、アライメン
ト精度の向上という点では、もっと多くのアライメント
マークをマスク１２とプレート１６上にそれぞれ対応し
て形成し、これを順次検出して検出結果を統計処理する
ことによってマスク１２の位置を制御するようにするこ
とが望ましいが、このようにするとスループットが低下
するので、必要とされる精度に応じて検出すべきアライ
メントマークの数を定めることが、実際的である。

【００４７】このようにして、マスク１２とプレー
ト１６との位置合わせを高精度に行なった後、主制御装
置６０が干渉計４４、５４の出力に基づいて駆動系４
０、４６を同期制御することにより、マスクステージ２
０とプレートステージ２２とが同期してＸ方向に所定速
度で走査され、走査露光方式での露光が行なわれ、前述
したようにしてマスク１２のパターンが投影光学系１８
Ａ〜１８Ｅを介して逐次プレート１６上に転写され、良
好な重ね合わせ露光が行なわれる。

【００４８】なお、上記実施例中の説明では、マスク１
２、プレート１６のアライメントマークを別々に検出し
た後、両マークを同時に検出する場合を例示したが、例
えば精度上ラフな仕様で済む場合には〜の処理を省
略して、処理時間を短縮するようにしても良い。かかる
場合であっても、マーク同士が重なるという不都合を回
避することができ、検出範囲を狭く設定することが可能
なので、マスク１２とプレート１６を精度良く位置合わ
せをすることができる。なお、かかる場合には、アライ
メント検出系６０Ａ、６０Ｂを構成する顕微鏡光学系内
に図３、図４中に点線で示されるような撮像範囲７０よ
り小さい枠状指標マークを設け、マスク１２側のアライ
メントマークの位置を指標マーク基準で検出し、その後
プレート１６側のアライメントマークの位置を指標マー
ク基準で検出するようにすることが、位置決め精度の向
上という点で好ましい。

【００４９】また、上記、におけるアライメント検
出系６０Ａ、６０Ｂの検出精度は、において再度の検
出が行なわれることから、それほど高精度である必要は
なく、広い範囲を速い検出処理（データの間引き、アラ
イメント・アルゴリズム変更等にて）にて行う手法を採
用しても良く、あるいは、で高精度な検出を行な
い、上記、における処理範囲を必要最小限にする手
法等を採用しても良く、これらによって処理時間の短縮
が可能となる。

【００５０】なお、上記実施例では、アライメント検出
系が画像処理方式の検出系である場合について説明した
が、これに代えてアライメント検出系としてレーザビー
ムをアライメントマークに照射し、アライメントマーク
から得られる反射光（回折光）を光電検出することによ
り、アライメントマークの位置を検出する構成のものを
用いても良い。

【００５１】なお、上記実施例では等倍で正立正像を投
影する投影光学系を備えた走査型の露光装置に本発明が
適用される場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれ
に限定されないことは勿論であり、１枚のマスク（複数
の基板を露光する間は交換しない）に対して基板を順次
交換して露光するもので、いわゆるＴＴＬ（スルー・ザ
・レンズ）方式又はＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方
式のアライメント検出系を使用する装置であれば、例え
ば縮小又は拡大倍率で、倒立像を投影する投影光学系を
使用する走査型の露光装置や、ステップアンドリピート
方式、ステップアンドスキャン方式の露光装置等であっ
ても好適に適用することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る位置
合わせ方法によれば、設計上対応する位置に設けられて
いるマスク側の第１マークと基板側の第２マークとを同
一の検出系を用いて別々に検出するという手法を採用し
ていることから、基板ステージへ基板が搭載され検出系
により基板上の第２マークを検出する際にマスク上の第
１マークが第２マークと重なって両者の識別ができなく
なるという不都合は生じ得ない。このため、例えば検出
系として画像処理を行なうものを採用した場合に、狭い
範囲に検出範囲を設定することが可能となる。従って、
マスク側マーク及び基板側マークを確実に識別すること
ができ、しかも高精度にマスクと基板を位置合わせする
ことができるという従来にない優れた効果がある。

【００５３】特に、請求項２記載の発明によれば、上記
の第１マークと第２マークの別々の検出の後、両マーク
が重なっていない状態で、同一の検出系を用いて第１マ
ークと第２マークとを同時に検出することにより、両マ
ーク相互間の位置ずれ量を求め、この求めた位置ずれ量
に基づいてマスクと基板とを位置合わせするという手法
が採用されていることから、一層高精度なマスクと基板
の位置合わせが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る投影露光装置の概略構成を示す
斜視図である。

【図２】図１の装置の制御系の概略構成を示すブロック
図である。

【図３】アライメント検出系によって撮像された、マス
ク側のアライメントマークの画像の一例を示す図であ
る。

【図４】アライメント検出系によって撮像された、プレ
ート側のアライメントマークの画像の一例を示す図であ
る。

【図５】アライメント検出系によって同時に撮像され
た、マスク側及びプレート側のアライメントマークの画
像の一例を示す図である。

【図６】発明が解決しようとする課題を説明するための
図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１２マスク１３Ａ〜１３Ｄアライメントマーク（第１マーク）１６プレート（基板）１７Ａ〜１７Ｄアライメントマーク（第２マーク）１８Ａ〜１８Ｅ（投影光学系）２０マスクステージ２２プレートステージ（基板ステージ）６０Ａ、６０Ｂアライメント検出系（検出系）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｘ (72)発明者宮崎聖二東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクステージ上に載置されたマスクに
形成された第１マークを検出すると同時に基板ステージ
上に搭載された基板上に前記第１マークに対応して形成
された第２マークを投影光学系を介して検出可能な検出
系を備えた投影露光装置に用いられる、前記マスクと前
記基板との位置合わせ方法であって、前記基板ステージへの前記基板の搭載前に、前記マスク
ステージ上に載置された前記マスクに形成された少なく
とも２箇所の前記第１マークの位置を前記検出系を用い
て検出する第１工程と；前記基板の前記基板ステージ上
への搭載に先立って前記第１マークが前記検出系の検出
範囲外に位置するように前記マスクステージを移動させ
る第２工程と；しかる後、前記基板ステージ上に搭載さ
れた前記基板上に前記第１工程で検出された前記第１マ
ークに対応して形成された少なくとも２箇所の前記第２
マークの位置を前記検出系を用いて前記投影光学系を介
して検出する第３工程と；前記第１、第３工程の検出結
果に基づいて前記マスクと前記基板とを位置決めする第
４工程とを含む位置合わせ方法。
【請求項２】マスクステージ上に載置されたマスクに
形成された第１マークを検出すると同時に基板ステージ
上に搭載された基板上に前記第１マークに対応して形成
された第２マークを投影光学系を介して検出可能な検出
系を備えた投影露光装置に用いられる、前記マスクと前
記基板との位置合わせ方法であって、前記基板ステージへの前記基板の搭載前に、前記マスク
ステージ上に載置された前記マスクに形成された少なく
とも２箇所の前記第１マークの位置を前記検出系を用い
て検出する第１工程と；前記基板の前記基板ステージ上
への搭載に先立って前記第１マークが前記検出系の検出
範囲外に位置するように前記マスクステージを移動させ
る第２工程と；しかる後、前記基板ステージ上に搭載さ
れた前記基板上に前記第１工程で検出された前記第１マ
ークに対応して形成された少なくとも２箇所の前記第２
マークの位置を前記検出系を用いて前記投影光学系を介
して検出する第３工程と；前記第１工程で検出された前
記第１マークと前記第３工程で検出された前記第２マー
クとが相互に重ならない状態でかつ両マークが前記検出
系の検出範囲内に位置するように、前記マスクステージ
及び前記基板ステージの内少なくともマスクステージを
移動させる第４工程と；しかる後、前記検出系を用いて
前記第１マークを検出すると同時に前記投影光学系を介
して前記第２マークを検出し、前記両マーク相互間の位
置ずれ量を求める第５工程と；前記第５工程で求めた位
置ずれ量が所定の値となるように前記マスクステージ及
び前記基板ステージの少なくともいずれか一方を移動さ
せる第６工程とを含む位置合わせ方法。