JPH09139340A

JPH09139340A - 位置ずれ補正方法

Info

Publication number: JPH09139340A
Application number: JP7318547A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Yanagihara; 政光柳原; Kei Nara; 圭奈良; Seiji Miyazaki; 聖二宮崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1997-05-27
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JP3617657B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の変形に起因する各投影像の位置ずれを
正確に補正する。【解決手段】基板４のＹ方向の伸縮に起因する部分領
域の像Ｐ１〜５の位置ずれを、投影光学系５〜９の倍率
と平行平板ガラス１２ａ〜１２ｅの光軸に対する傾きを
変更することによって、補正した後、この補正後の像の
位置ずれを投影光学系相互のキャリブレーション手段
（１０Ａ、１０Ｂ、１１、干渉計Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、光
電検出器等）を用いて正確に検出することにより、位置
ずれ補正が十分に行なわれているか否かを確認すること
ができ、この確認の結果、補正が不十分な場合にはこの
位置ずれ量が十分小さくなるように各投影光学系の倍率
補正及び各投影光学系により基板４上に投影される像の
シフトの少なくとも一方を再実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置ずれ補正方法
に係り、更に詳しくは、照明光学系からの光束によって
マスク上のパターン領域の異なる部分領域をそれぞれ照
明し、前記各部分領域の像を複数の投影光学系のそれぞ
れを介して基板上の被露光領域に投影する走査型露光装
置に用いられる、各部分領域の像の位置ずれ補正方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子や液晶表示基板の
製造のためのフォトリソグラフィ工程においては、マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板
に露光転写する投影露光装置が用いられている。これに
は、いわゆるステップ・アンド・リピート方式やミラー
プロジェクション方式の露光装置がある。

【０００３】また、最近では液晶表示基板の大面積化が
要求されており、それに伴って投影露光装置においても
露光領域の拡大が望まれている。この露光領域の拡大の
手段として複数の投影光学系を備えた走査型露光装置が
開発されている。すなわち、この走査型露光装置におい
ては、光源から射出した光束をフライアイレンズ等を含
む光学系を介して光量を均一化した後、視野絞りによっ
て所望の形状に整形してマスクのパターン面を照明す
る。このような構成の照明光学系を複数配置し、複数の
照明光学系のそれぞれから射出された光束でマスク上の
異なる部分領域（照明領域）をそれぞれ照明する。マス
クを透過した光束は、それぞれ異なる投影光学系を介し
てガラス基板上の異なる投影領域にマスクのパターン像
を結像する。そして、マスクとガラス基板とを同期させ
て投影光学系に対して走査することによって、マスク上
のパターン領域の全面をガラス基板上に転写する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、投影露光装
置では、１枚のガラス基板に対して所定のプロセス処理
を施しながら何層にも渡って原画パターンの露光を繰り
返す。このプロセス処理（特に加熱）によってガラス基
板が伸縮し、初期の状態から変形することになる。従来
のステップ・アンド・リピート方式露光装置では投影光
学系は１つのみであり、この投影光学系の投影倍率を変
更すると共に、ステッピング時のステージの停止位置を
変更して隣接する転写像同士の間隔を変更することによ
り、ガラス基板の伸縮を補正（倍率補正）すれば良い。
また、ミラープロジェクション方式の露光装置では、投
影光学系に対する原板と感光基板との相対位置を走査露
光中に連続的に変化させることにより走査方向の倍率を
補正し、投影光学系の倍率を変更することにより走査方
向に直交する方向の倍率を補正すればよい。

【０００５】しかしながら、上記の如き複数の投影光学
系を備えた走査型露光装置では、複数の投影光学系でマ
スクの連続したパターンを分割してガラス基板上に、分
割した像がすき間無く、あるいは所定量だけオーバーラ
ップするように投影させるために、各投影光学系の結像
特性の差が大きい場合は勿論のこと、投影光学系相互間
の位置関係が所期の関係にないと、分割された像がガラ
ス基板上に連続して形成されないため、基板の伸縮に対
して従来と同様の手法では対処できない。

【０００６】かかる問題点に対処し得るものとして、本
願出願人は、特願平７−１８３２１２号として、基板と
マスクとのアライメント手段、各投影光学系の結像特性
の調整手段とともに投影光学系相互のキャリブレーショ
ン手段を備えた上記走査型露光装置を先に提案した。

【０００７】かかる走査型露光装置によれば、基板とマ
スクとの間のＸ方向（走査方向）位置ずれ、Ｙ方向（走
査方向に直交する方向）位置ずれ、ローテーション（Ｘ
Ｙ平面に直交するＺ軸回りの回転）、基板のＸ方向の伸
縮については、マスクステージ、基板ステージの位置変
位をモニタするレーザ干渉計等の位置センサにて全て管
理しながらステージを移動したり、ステージの移動速度
制御と共に投影光学系の倍率を変更したりして、正確に
補正することが可能である。

【０００８】しかしながら、基板のＹ方向の伸縮及び直
交度誤差の補正については、レーザ干渉計の管理下で行
なうことができず、このため、必ずしも正確に補正でき
ないという不都合があった。

【０００９】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、基板の変形に起因する各投影像の位置
ずれを正確に補正することができる位置ずれ補正方法を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、照明光学系からの光束によってマスク上のパターン
領域の異なる部分領域をそれぞれ照明し、前記各部分領
域の像を当該各部分領域に対応して設けられた複数の投
影光学系のそれぞれを介して基板上の被露光領域に投影
するとともに、前記マスクと前記基板とを前記投影光学
系の投影倍率に応じた速度比で所定の走査方向に前記投
影光学系に対して移動することによって前記マスク上の
パターン領域の全面を前記基板上に露光する走査型露光
装置に用いられる、前記基板上の前記各部分領域の像の
位置ずれ補正方法であって、前記マスク上のアライメン
トマークと前記基板上のアライメントマークの位置関係
に基づいて前記基板の変形量の内少なくとも前記走査方
向に直交する方向の伸縮量を検出する第１工程と；前記
第１工程の検出結果に基づいて前記各投影光学系の倍率
補正と、前記各投影光学系により前記基板上に投影され
る像のシフトとを実行する第２工程と；しかる後、前記
投影光学系相互のキャリブレーション手段を用いて相互
に隣接する前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバ
ーラップ量が所定の許容範囲内にあるか否かを確認する
第３工程と；許容範囲内にない場合に、前記位置ずれ及
びオーバーラップ量がともに許容範囲内となるように前
記各投影光学系の倍率補正及び前記各投影光学系により
前記基板上に投影される像のシフトの少なくとも一方を
再実行する第４工程とを含む。

【００１１】これによれば、第１工程、第２工程の処理
により基板の少なくとも走査方向に直交する方向の伸縮
に起因する部分領域の像の位置ずれが補正され、第３工
程の処理によりこの位置ずれ補正の結果の位置ずれ量を
投影光学系相互のキャリブレーション手段を用いて正確
に検出することにより、位置ずれ補正が十分に行なわれ
ているか否かを確認することができ、この確認の結果、
補正が不十分な場合には第４工程においてこの位置ずれ
量が十分小さくなるように各投影光学系の倍率補正及び
各投影光学系により基板上に投影される像のシフトの少
なくとも一方が再実行される。従って、少なくとも基板
の走査方向に直交する方向の伸縮に起因する部分領域の
像の位置ずれを正確に補正することが可能となる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、照明光学系から
の光束によってマスク上のパターン領域の異なる部分領
域をそれぞれ照明し、前記各部分領域の像を当該各部分
領域に対応して設けられた複数の投影光学系のそれぞれ
を介して基板上の被露光領域に投影するとともに、前記
マスクと前記基板とを前記投影光学系の投影倍率に応じ
た速度比で所定の走査方向に前記投影光学系に対して移
動することによって前記マスク上のパターン領域の全面
を前記基板上に露光する走査型露光装置に用いられる、
前記各部分領域の像の位置ずれ補正方法であって、前記
マスク上のアライメントマークと前記基板上のアライメ
ントマークの位置関係に基づいて前記基板の変形量の内
少なくとも前記走査方向に直交する方向の伸縮量と直交
度誤差とを検出する第１工程と；前記第１工程の検出結
果に基づいて前記各投影光学系の倍率補正と、前記各投
影光学系により前記基板上に投影される像のシフト及び
回転とを実行する第２工程と；しかる後、前記投影光学
系相互のキャリブレーション手段を用いて相互に隣接す
る前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラップ
量が所定の許容範囲内にあるか否かを確認する第３工程
と；許容範囲内にない場合に、前記位置ずれ及びオーバ
ーラップ量がともに許容範囲内となるように前記各投影
光学系の倍率補正と前記各投影光学系により前記基板上
に投影される像のシフト及び回転の少なくともいずれか
１つを再実行する第４工程とを含む。

【００１３】これによれば、第１工程、第２工程の処理
により基板の少なくとも走査方向に直交する方向の伸縮
と直交度誤差とに起因する部分領域の像の位置ずれが補
正され、第３工程の処理によりこの位置ずれ補正の結果
の位置ずれ量を投影光学系相互のキャリブレーション手
段を用いて正確に検出することにより、位置ずれ補正が
十分に行なわれているか否かを確認することができ、こ
の確認の結果、補正が不十分な場合には第４工程におい
てこの位置ずれ量が十分小さくなるように各投影光学系
の倍率補正及び各投影光学系により基板上に投影される
像のシフト及び回転の少なくともいずれか１つが再実行
される。従って、少なくとも基板の走査方向に直交する
方向の伸縮及び直交度誤差に起因する部分領域の像の位
置ずれを正確に補正することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図１１
に基づいて説明する。

【００１５】図１には、本発明に係る位置ずれ補正方法
を実施するための一実施例に係る投影露光装置１の全体
構成が概略的に示されている。この投影露光装置１は、
正立正像で等倍の走査型露光装置である。

【００１６】この投影露光装置１は、図示しない視野絞
りにより所定形状に整形された照明光束によりマスク上
の異なる部分領域Ｍ１〜Ｍ５をそれぞれ照明する複数
（ここでは５つ）の照明光学系３ａ〜３ｅと、これらの
照明光学系３ａ〜３ｅに対応して設けられ、マスク２上
のパターンを感光基板４上に投影する複数（ここでは５
つ）の投影光学系５〜９とを備えている。照明光学系３
ａ〜３ｅ及び投影光学系５〜９に対して、マスク２及び
感光基板４が搭載された断面コ字状のキャリッジ２２を
その長手方向であるＸ軸方向（以下、適宜「走査方向」
という）に走査することにより、マスク２上のパターン
領域の全面を感光基板４上に転写し得るようになされて
いる。また、この投影露光装置１では投影光学系５〜９
を通じて感光基板４上に投影されたパターンを計測する
ため、キャリッジ２２下方のそれぞれ対応する位置に図
示しない５つの光電検出器１３〜１７（図１では図示せ
ず、図２参照）が配置されている。

【００１７】投影光学系５〜９は、倍率制御装置３０
（図１では図示せず、図２参照）に接続されており、各
投影光学系の光学素子間の気体の圧力を調整する等によ
って投影倍率を変更する構成となっている。また、各投
影光学系５〜９と感光基板４との間の光路中には平行平
板ガラス１２ａ〜１２ｅがそれぞれ配置され、この平行
平板ガラス１２ａ〜１２ｅの光軸ＡＸ１〜ＡＸ５に対す
る角度をそれぞれ変更することによって各投影光学系の
光軸をシフトさせ、感光基板４上での部分領域Ｍ１〜Ｍ
５の像（投影領域）Ｐ１〜Ｐ５の投影位置を変更するよ
うになっている（これについては、後に詳述する）。さ
らに、本実施例では、投影光学系５〜９の内部に、当該
各投影光学系により感光基板４上に投影される像Ｐ１〜
Ｐ５を感光基板４の面上で回転させる像回転手段１８ａ
〜１８ｅ（図１では図示せず、図２参照）、例えばＤｏ
ｖｅプリズムが内蔵されている。このＤｏｖｅプリズム
を入射光軸と出射光軸を投影光学系の光軸ＡＸに一致さ
せて、当該光軸を中心として回転させれば、プリズムの
回転角度の２倍の角度分像は感光基板４の面上で回転
し、これにより直交度の誤差が補正されるようになって
いる。すなわち、本実施例では、投影倍率と感光基板５
上での像の投影位置を変更し、及び像を回転させること
により、前記５つの光電検出器１３〜１７で計測された
各像のずれ量をそれぞれ調整できるようになっている。

【００１８】図２には、露光装置１の各像のずれ量の調
整に関連する制御系の構成が示されている。この制御系
は、主制御装置３１を中心として構成され、この主制御
装置３１の入力側には、後述するレーザ干渉計Ｉ₁，Ｉ
₂，Ｉ₃，Ｉ₄と、５つの光電検出器１３〜１７とが接
続されている。また、主制御装置３１の出力側には、駆
動装置３２、倍率制御装置３０、回転駆動装置３３が接
続されている。駆動装置３２は、平行平板ガラス１２ａ
〜１２ｅの光軸ＡＸ１〜ＡＸ５に対する角度を各別に変
更する機能を有し、倍率制御装置３０は、投影光学系５
〜９の投影倍率を前記の如くして調整する。また、回転
駆動装置３３は、像回転手段１８ａ〜１８ｅを独立に回
転駆動する。

【００１９】図１に戻り、投影光学系５〜９は、投影光
学系５、６、７と投影光学系８、９の２列に配列され、
かつ隣接するパターンの露光像が所定量オーバーラップ
するように千鳥状に配置される。このためマスク２上の
パターンは投影光学系５〜９によつて分割されて感光基
板４上に１：１で結像される。

【００２０】マスク２は、前記キャリッジ２２の上板部
２２Ａ上に搭載されたマスクステージ２Ａ上に水平に保
持されている。マスクステージ２Ａには、キャリッジ２
２上で後述する感光基板ホルダ４Ａに対してＸ、Ｙ、θ
方向（例えば水平面内で走査方向をＸ方向、これに直交
する方向をＹ方向、ＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転
方向をθ方向とする）に移動できるようモータ等の駆動
装置２３、２４、２５が取り付けられ、またＸ、Ｙ、θ
方向の移動位置を計測できるようにレーザ干渉計Ｉ₁、
Ｉ₂、Ｉ₃（測長ビームのみ図示）が走査方向（Ｘ方
向）に１箇所、Ｙ方向はＹ方向シフト及びθ成分を計測
するため２箇所設けられている。

【００２１】また、感光基板４は、キャリッジ２２の底
板部２２Ｂ上に固定された感光基板ホルダ４Ａ上に水平
に保持されている。この感光基板ホルダ４Ａの走査方向
の位置、即ちキャリッジ２２の走査方向の位置がレーザ
干渉計Ｉ₄（測長ビームのみ図示）によって計測できる
ようになっている。

【００２２】マスクステージ２Ａの走査方向の一端に
は、マスク側可動マーク板１０Ｂがほぼ走査直交方向に
延設されており、このマスク側可動マーク板１０Ｂはマ
スク２とほぼ同一面上に配されている。

【００２３】前記キャリッジ２２の上板部２２ＡのＸ方
向一端部はその上面が一段高い段部とされており、この
段部の上面にはＹ方向に延びるマスク側固定マーク板１
０Ａがマスク２及びマスク側可動マーク板１０Ｂとほぼ
同一面上に配されている。

【００２４】キャリッジ２２の底板部２２ＢのＸ方向一
端部はその上面が一段高い段部とされており、この段部
の上面には、マスク側固定マーク板１０Ａとマスク側可
動マーク板１０Ｂとが配置された位置に対向する位置に
感光基板側基準マーク板１１が感光基板４とほぼ同一面
上に配されている。

【００２５】この露光装置１では、マスク側固定マーク
板１０Ａ，マスク側可動マーク板１０Ｂ及び感光基板側
基準マーク板１１を用いて、投影光学系５〜９の結像特
性（例えばディストーション）を計測し得るようになっ
ている。

【００２６】また、走査方向に直交する方向の最も外側
の投影光学系５、７の真上でマスク２の上方には、投影
光学系５、７によつてマスク２上に結像された感光基板
４上のアライメントマーク（これについては後述する）
と、マスク２上のアライメントマーク（これについては
後述する）のずれ量を計測するアライメント顕微鏡２
６、２７が設置されている。このアライメント顕微鏡２
６、２７は比較的広い視野に設定され、マスク側基準マ
ーク板１０及び感光基板側基準マーク板１１の校正の際
の観察系を兼ねる。

【００２７】図３には、マスク側基準マーク板１０、す
なわち、マスク側固定マーク板１０Ａ及びマスク側可動
マーク板１０Ｂと、感光基板側基準マーク板１１の一例
が示されている。マスク側基準マーク板１０（図３
（Ａ））のうち、キャリッジ２２に固定されたマスク側
固定マーク板１０Ａは最も外側の投影光学系５、７の露
光領域毎に、少なくとも１つ以上の計測マークａ、ｂが
含まれるように形成されている。またマスク側可動マー
ク板１０Ｂは、各投影光学系５〜９の露光領域に少なく
とも２つ以上の計測マークｃ〜ｈが含まれるように形成
されている。一方これらのマスク側基準マーク板１０と
対になる感光基板側基準マーク板１１は、マスク側固定
マーク板１０Ａとマスク側可動マーク板１０Ｂの両方の
計測マークａ〜ｈにそれぞれ対応するように１体の計測
マークａ′〜ｈ′が精度良く形成されている。

【００２８】次に、上述のように構成された露光装置１
における投影光学系５〜９のアライメント方法について
説明する。

【００２９】まず、感光基板側基準マーク板１１とマス
ク側固定マーク板１０Ａにより外側にある投影光学系
５、７の校正を行なう。すなわち、図４に示されるよう
に、マスク側固定マーク板１０Ａの計測マークａと感光
基板側基準マーク板１１の計測マークａ′が共役な位置
になるまで、キャリッジ２２を投影光学系５、７に対し
て移動し、計測マークａ′を投影光学系５（図４では、
当該投影光学系５によって感光基板４上に投影される像
が符号５’にて示される）により計測マークａ上に投影
し、図５（Ａ）に示されるように、アライメント顕微鏡
２６により投影像と計測マークａのズレ量Δｘ₁、Δｙ
₁を計測する。そしてずれ量Δｘ₁、Δｙ₁が、図５
（Ｂ）に示されるように、０となるように平行平板１２
ａの光軸ＡＸに対する傾きを変更して像シフトさせて計
測マークａ′の像を移動する。同様にアライメント顕微
鏡２７と計測マークｂ、ｂ′により投影光学系７（図４
では、当該投影光学系７によって感光基板４上に投影さ
れる像が符号７’にて示される）の調整を行なう。

【００３０】次に、図６ないし図７に示されるようにし
て、マスク側可動マーク板１０Ｂのキャリブレーシヨン
を行なう。すなわちキャリッジ２２を投影光学系５に対
し、マスク側可動マーク板１０Ｂの計測マークｃと感光
基板側基準マーク板１１の計測マークｃ′が共役になる
位置に移動する。このとき投影光学系７に対しマスク側
可動マーク板１０Ｂの計測マークｈと、感光基板側基準
マーク板１１の計測マークｈ′が共役になるようキャリ
ッジ２２を移動する。なお、このとき投影光学系５に対
し、計測マークａと計測マークｃは図３のＹ方向の位置
が同じ位置かほぼ近い位置が良い。また計測マークｂと
計測マークｈも同様である。

【００３１】そして計測マークｃ′をすでに計測マーク
ａで調整した投影光学系５により、計測マークｃ上に投
影し、アライメント顕微鏡２３により投影像と計測マー
クｃのずれ量Δｘ₂、Δｙ₂を計測する。同様に計測マ
ークｈとｈ′のずれ量Δｘ₃、Δｙ₃を計測し、ずれ量
Δｘ₂、Δｙ₂、Δｘ₃、Δｙ₃がそれぞれ最小になる
よう駆動装置２３〜２５を用いてマスクステージ２Ａ
を、Ｘ、Ｙ及びθ方向に移動する。

【００３２】これまでに説明したずれ量の測定は、例え
ば十字型のマークをアライメントマークとして用いた画
像処理の手法を用いて行われ、ＣＣＤカメラ（図示省
略）の画素ピッチと光学系の倍率から容易にマーク間の
距離を計算することができる。

【００３３】このようにしてマスクステージ２Ａを移動
することにより、図７（Ａ）に示されるように、計測マ
ークｃ、ｃ′及びｈ、ｈ′間のずれ量が無くなる。しか
しマスク側固定マーク板１０Ａと感光基板側基準マーク
板１１のキャリッジ２２への取り付けに設計値に対する
誤差がある場合、その誤差がそのままマスク側可動マー
ク板１０Ｂの位置に含まれてしまう。このため誤差があ
る場合マスク側固定マーク板１０Ａに対する感光基板側
基準マーク板１１の誤差量αｘ及びαｙを予め計測して
おき、マスクステージ２Ａの移動の際、図７（Ｂ）に示
されるように、当該誤差量αｘ及びαｙを移動量にオフ
セットとして加算し、上記誤差を補正する。

【００３４】このようにして基準となるマスク側可動マ
ーク板１０Ｂの校正を終了し、次に図８（Ａ）及び図８
（Ｂ）に示されるように、投影光学系５〜９（図８
（Ａ）、（Ｂ）において、投影光学系５〜９によって感
光基板４上に投影される像が符号５’〜９’にて示され
る）の校正を行なう。このとき投影光学系６、８、９は
もちろんのこと外側の投影光学系５、７についても、校
正されたマスク側可動マーク板１０Ｂの各計測マークｃ
〜ｈと、感光基板側基準マーク板１１の各計測マーク
ｃ′〜ｈ′との間のずれ量を計測する。

【００３５】この計測は、まず、図８（Ａ）に示される
ように、照明光学系３ａ〜３ｃからの光束がマスク側可
動マーク板１０Ｂ上の各計測マークｃ〜ｈ及び投影光学
系５〜７を透過し、さらに感光基板側基準マーク板１１
上の各計測マークｃ’〜ｈ’を透過し光電検出器１３〜
１５に達する系内で、マスクステージ２Ａをスキャンし
その位置に応じた光電検出器１３〜１５が受光する透過
光量の変化を基にずれ量を計測し、投影光学系５〜７で
投影される像の連続性が最適となるよう補正する。

【００３６】すなわち、レーザ干渉計Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃
によってマスクステージ２Ａの位置をモニタしつつ、光
電検出器１３〜１５にて透過光量をモニタし、両マーク
（マスク側可動マーク板１０Ｂ上の各計測マークと感光
基板側基準マーク板１１上の各計測マーク）の重なりに
よる信号変化からしかるべき信号処理を行うことによ
り、各投影光学系を通した両マーク位置の重なり中心を
求めることによりずれ量を干渉計基準で求め、平行平板
１２ａ〜１２ｃを用いて光軸ＡＸ₁〜ＡＸ₃をシフトさ
せることによりずれ量を補正する。

【００３７】次に、図８（Ｂ）に示されるように、照明
系３ｄ、３ｅからの光束がマスク側可動マーク板１０Ｂ
上の各計測マークｄ〜ｇ及び投影光学系８〜９を透過
し、さらに感光基板側基準マーク板１１上の各計測マー
クｄ’〜ｇ’を透過し光検出器１６、１７に達する系内
で、マスクステージ２Ａをスキャンしその位置に応じた
光検出器１６、１７が受光する透過光量の変化を基にず
れ量を計測し、投影光学系８〜９で投影される像の連続
性が最適となるよう補正する。

【００３８】次に、マスク２と感光基板４とのアライメ
ント方法について説明する。

【００３９】図１に示されるように、感光基板４及びマ
スク２にはアライメントマークＭＭ11、ＭＭ21、ＭＭ1
2、ＭＭ22及びＰＭ11、ＰＭ21、ＰＭ12、ＰＭ22が設け
られており、アライメント顕微鏡２６、２７にてＭＭ11
とＰＭ11、ＭＭ21とＰＭ21、ＭＭ12とＰＭ12、ＭＭ22と
ＰＭ22の差分を検出できる。なお、本装置構成では走査
方向であれば、例えばＭＭ13、ＭＭ23、ＰＭ13、ＰＭ23
のようにアライメントマークをより多く設けることも容
易である。

【００４０】まず、はじめにキャリッジ２２をアライメ
ントマークＭＭ11とＰＭ11、ＭＭ21とＰＭ21との差分が
検出できる位置へ移動し、Ｘ、Ｙ方向の計測を行う。マ
ークＭＭ11とＰＭ11のＸ，Ｙ方向の差分をそれぞれΔＤ
11Ｘ、ΔＤ11Ｙ、マークＭＭ21とＰＭ21との差分をそれ
ぞれΔＤ21Ｘ、ΔＤ21Ｙと定義する。

【００４１】次に、キャリッジ２２をマークＭＭ12とＰ
Ｍ12、ＭＭ22とＰＭ22の差分が検出できる位置へ移動
し、Ｘ、Ｙ方向の計測を行う。マークＭＭ12とＰＭ12の
Ｘ，Ｙ方向の差分をそれぞれΔＤ12Ｘ、ΔＤ12Ｙ、マー
クＭＭ22とＰＭ22との差分をそれぞれΔＤ22Ｘ、ΔＤ22
Ｙと定義する。

【００４２】ここで、マスク感光基板２ＡにおけるＸシ
フト、Ｙシフト、ローテーション、Ｘ方向の倍率（伸縮
率）、Ｙ方向の倍率（伸縮率）及び直交度は前記結果の
Ｘ成分（ΔＤ11Ｘ，ΔＤ21Ｘ，ΔＤ12Ｘ，ΔＤ22Ｘ
等）、Ｙ成分（ΔＤ11Ｙ，ΔＤ21Ｙ，ΔＤ12Ｙ，ΔＤ22
Ｙ等）が各々３点以上あれば、例えば、いわゆる最小二
乗近似等により演算で算出することができる。かかる手
法を採用するものとして、いわゆるＥＧＡ計測（エンハ
ンスト・グローバル・アライメント）が知られている。

【００４３】そして、求められた各誤差分について、Ｘ
シフト、Ｙシフト、ローテーションについては、この誤
差分が補正されるように、レーザ干渉計Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ
3 の情報をモニタしつつ駆動装置２３、２４、２５を駆
動してマスク２と感光基板４との位置決めを行なう。

【００４４】また、求められたＹ方向倍率をＭ₁、Ｘ方
向倍率をＭ₂とすると、投影光学系５〜９の倍率をＭ₁
だけ変更し、Ｍ₁とＭ₂との差については、実際の露光
時にマスク２と感光基板４との移動速度の差として例え
ばマスクステージ２Ａの移動速度を加速又は減速するこ
とにより、Ｙ方向にＭ1 、Ｘ方向にＭ2 の倍率変更を行
なうことが可能である。すなわち、Ｘ方向の伸縮率の補
正は露光走査中にマスクステージ２Ａをレーザ干渉計の
位置情報にてＸ方向にシフトすることで可能であり、Ｙ
方向の伸縮率の補正は投影光学系の倍率及び光軸を変化
させることで可能である。また、求められた直交度につ
いては、個々の投影光学系により投影される像を物体面
上で回転させるとともに光軸を変化させることで可能で
ある。

【００４５】ここで、Ｙ方向の伸縮率の補正のため、投
影光学系の倍率及び光軸を変化させるのは、倍率の変更
によって投影像（投影領域）Ｐ１〜Ｐ５の重複部分（図
１に破線で示される部分）の位置関係が変化し、感光基
板４に対する露光量が不均一になるため、投影領域の位
置関係を初期の状態に戻すためである。

【００４６】次に、投影光学系の倍率を変更したときの
複数の投影領域の位置関係の変化について図９、１０、
を参照して説明する。

【００４７】図９において、二点鎖線で示される領域は
投影光学系３ａ〜３ｅの投影倍率が初期の状態での投影
領域Ｐ１〜Ｐ５を表し、実線で示される領域は投影光学
系の投影倍率を変更した状態での投影領域を表す。な
お、説明を簡単にするため、投影領域の形状は図１とは
事なり、矩形状のものとする。初期の倍率の時は、各投
影領域のＹ方向の長さはＬ、Ｘ方向の長さはＷであり、
各投影領域の中心同士（例えばＰ１とＰ２）のＹ方向の
間隔はＰ、Ｘ方向の間隔はＢである。この状態ではＹ方
向の不要なオーバーラップηは無く、同様にＸ方向の投
影領域の位置関係も所定の状態に設定されている。この
ため、図１０（ａ）に示されるように格子状のパターン
が正確に転写される。

【００４８】一方、投影光学系の投影倍率を初期の倍率
のＭ倍に変更すると、各投影領域のＹ方向の長さはＬ×
Ｍ、Ｘ方向の長さはＷ×Ｍとなるが、各投影領域の中心
同士の間隔はＰ、Ｂのままである。すると、各投影領域
同士の位置関係が変化し（例えば辺の間隔が”ｂ”か
ら”Ｍｂ−κ”、または”ｂ−（Ｍ−１）Ｗ”にな
る）、Ｙ、Ｘの各方向に次式

【００４９】

【数１】η＝Ｍ×Ｌ−Ｌ＝（Ｍ−１）×Ｌ

【００５０】

【数２】κ＝Ｍ×Ｂ−Ｂ＝（Ｍ−１）×Ｂ

【００５１】で表されるオーバラップη、ずれκが生じ
る。このため、図１０（ａ）に示される格子状のパター
ンは、図９（ｂ）に示されるように、オーバーラップη
とずれκを含んだ像として転写されることになる。

【００５２】そこで、このオーバラップとずれを補正す
るため、投影光学系の倍率の変更に応じて各投影領域の
間隔も変更するのである。なお、この補正は基本的に、
投影領域の大きさ、間隔が補正前と補正後とで相似とな
るようにする。

【００５３】図１１には、本実施例による感光基板の伸
縮に応じた光軸の補正の状態が示されている。平行平板
ガラス１２ａ〜１２ｅは、いずれもほぼ同一の板厚を有
しており、同一の回転角における光軸ＡＸ１〜ＡＸ５の
シフト量は同一である。また、平行平板ガラスの回転角
が０°の場合に、感光基板４上で光軸ＡＸ１〜ＡＸ５が
投影される位置をα、γ、ε、β、δとする。この位置
α、γ、ε、β、δは、感光基板４が伸縮する前のパタ
ーンの形成された位置と考えることができる。

【００５４】今、例えば感光基板４がＹ方向に均一にΔ
ｐ（ｐｐｍ）伸びている場合を考える。つまり、感光基
板４が伸縮する前の予め形成されたパターンの位置α、
β、γ、δ、εは、感光基板の延びによってそれぞれ位
置α’、β、γ’、δ’、ε’に変位しているものとす
る。本実施例では、感光基板の伸縮に応じて投影光学系
の倍率を変更するとともに、倍率の変化量に応じて光軸
をシフトする。感光基板４は均一に伸びているため、各
位置の変位量は感光基板の中心からの距離に比例し、従
って光軸をシフトさせる量も感光基板の中心からの距離
に比例する。即ち位置α、β、γ、δ、εそれぞれの間
隔をｌとすると、各位置の変位量｜α’−α｜、｜β’
−β｜、｜γ’−γ｜、｜δ−δ’｜、｜ε−ε’｜
は、それぞれ２Δｌ、Δｌ、０、Δｌ、２Δｌとなる。
また、Δｌ＝ｌ×Δｐ×１０^-6となる。

【００５５】さて、伸びた感光基板４上に更にパターン
を重ねて形成する場合、投影光学系５〜９の投影倍率を
それぞれΔｐ（ｐｐｍ）拡大する。これによって必要と
なる光軸のシフト量は、光軸ＡＸ１、ＡＸ３が次式

【００５６】

【数３】２Δｌ＝２ｌ×Δｐ×１０^-6

【００５７】また光軸ＡＸ４、ＡＸ５が次式

【００５８】

【数４】Δｌ＝ｌ×Δｐ×１０^-6

【００５９】である。ここで、平行平板ガラスの回転に
よる光軸のシフト量Δｌ（ｍｍ）は、平行平板ガラスの
回転角（微小角）をθ（ｒａｄ）、板厚をｔ（ｍｍ）、
屈折率をｎとしたとき、次式

【００６０】

【数５】Δｌ＝（ｌ−ｌ／ｎ）ｔθ

【００６１】で近似できる。このため、θを次式

【００６２】

【数６】θ≒ｌ・Δｐ・ｎ／（ｎ−１）／ｔ×１０^-6

【００６３】で近似して、平行平板ガラス１２ａ、１２
ｄ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｃをそれぞれ回転角２θ、
θ、０、−θ、−２θ（反時計回りの方向を正とする）
だけ回転することによって光軸ＡＸ１、ＡＸ４、ＡＸ
２、ＡＸ５、ＡＸ３の投影位置を位置α’、β’、
γ’、δ’、ε’に一致させる。以上によって、感光基
板のＹ方向の伸びに応じた投影像の補正（結像位置の補
正）ができる。

【００６４】本実施例では、上記のようにして各投影光
学系の結像特性を補正し（倍率を補正し、光軸をシフト
（像の投影位置をシフト）し、像を回転させた）後、そ
の後に前述した投影光学系５〜９のキャリブレーション
の所で説明したように、キャリッジ２２を移動し、感光
基板側基準マーク板１１の計測マークｃ’〜ｈ’が投影
光学系１列の継ぎ部を観察できるようにして照明光学系
３ａ〜３ｃにて光を照射する。そしてマスク側移動マー
ク板１０Ｂの計測マークｃ〜ｈが計測マークｃ’〜ｈ’
を通過するようＸ、Ｙ方向にマスクステージ２Ａをスキ
ャンする。スキャンした光を感光基板側基準マーク板１
１の下方に設けられた光電検出器１３〜１５にてモニタ
し、両マークの重なりによる信号変化からしかるべき信
号処理を行うことにより、各投影光学系を通した両マー
ク位置の重なり中心を求める。同様にしてもう１列の投
影光学系についても計測を行う。

【００６５】これにより、各投影光学系を通した両マー
ク位置の重なり中心を求めることによりずれ量を干渉計
基準で求めることができ、各投影光学系の両端の座標を
干渉計基準として得られるため、各投影光学系の倍率及
び光軸中心の位置及びローテーションを把握することが
できる。従って、前記倍率補正、光軸位置の制御、像回
転後の誤差、すなわち、相互に隣接する前記部分領域Ｍ
１〜Ｍ５の像同士（Ｐ１とＰ４、Ｐ４とＰ２、Ｐ２とＰ
５、Ｐ５とＰ３）の位置ずれ及びオーバーラップ量が所
定の許容範囲内にあるか否かを確認することができる。

【００６６】そして、上記の確認の結果、相互に隣接す
る前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラップ
量が所定の許容範囲内にない場合は、規定の許容値内に
なるように、前記倍率補正、光軸位置の制御、像回転の
少なくともいずれか１つを再実行する。

【００６７】上記の確認において、制御上残ったものが
全体の投影光学系共通のシフト成分のみとなった場合
は、本計測情報がマスクステージ２Ａを干渉計にて管理
しつつスキャンして得られた情報であることから、前記
投影光学系の結像特性の補正を行わず、前記アライメン
トの結果のシフト成分にオフセットとして載せることで
補正することができる。

【００６８】以上説明したように、本実施例によると、
位置ずれ補正の結果の位置ずれ量を投影光学系相互のキ
ャリブレーション手段を用いて正確に検出することによ
り、位置ずれ補正が十分に行なわれているか否かを確認
することができ、この確認の結果、補正が不十分な場合
にはこの位置ずれ量が十分小さくなるように各投影光学
系の倍率補正及び各投影光学系により基板上に投影され
る像のシフト（光軸のシフト）及び像回転の少なくとも
いずれか１つが再実行され、これにより少なくとも基板
の走査方向に直交する方向の伸縮及び直交度誤差に起因
する部分領域の像の位置ずれを正確に補正することが可
能となる。また、本実施例では、各投影光学系の倍率補
正の確認を、新たに別の測定手段を設けることなく、投
影光学系のキャリブレーション手段により行なうことが
できるという利点もある。

【００６９】なお、上記実施例で説明した倍率の変化は
主として感光基板４の伸縮に起因するものであり、装置
使用上同一ロット内では変化量が安定していることが考
えられる。従って、これまでに述べた倍率及び直交度の
計測（演算）はロット１枚目もしくは、決められた枚数
のみ実施し、その後の感光基板については２次元平面内
の位置ずれ（Ｘ、Ｙ、θ）のみを計測し、この計測され
た２次元平面内の位置ずれ補正と共に倍率及び直交度と
して１枚目もしくは決められた枚数の平均値を用いてこ
れを補正するようにしても良い。このようにすれば、ア
ライメント計測が著しく簡略化されるとともにスループ
ットの向上が期待できる。

【００７０】また、倍率に許容値を持ち、許容値を越え
た場合のみ、倍率を補正する手法も考えられる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板の変形に起因する各投影像の位置ずれを正確に補正
することができるという従来にない優れた効果がある。

【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の装置の各投影像の位置ずれに関連する制
御系の概略構成を示すブロック図である。

【図３】基準マーク板の一例を示す図であって、（Ａ）
はマスク側基準マーク板上の計測マークの配置の一例を
示す図、（Ｂ）は感光基板側基準マーク板上の計測マー
クの配置の一例を示す図である。

【図４】外側にあるレンズの校正方法を説明するための
図である。

【図５】外側にあるレンズの校正方法を説明するための
図であって、（Ａ）は投影像と計測マークのずれ量が補
正される前の状態を示す図、（Ｂ）は投影像と計測マー
クのずれ量が補正された状態を示す図である。

【図６】マスク側可動マーク板のキャリブレーション方
法を説明するための図である。

【図７】マスク側可動マーク板のキャリブレーション方
法を説明するための図であって、（Ａ）はマスク側と
感光基板側の計測マークのずれ量が零になった状態を示
す図、（Ｂ）はマスク側固定マーク板に対する感光基板
側基準マーク板の取り付け誤差を示す図である。

【図８】投影レンズの調整方法を説明するための図であ
って、（Ａ）は一列目の投影光学系の調整方法を示す
図、（Ｂ）は二列目の投影光学系の調整方法を示す図で
ある。

【図９】倍率の変更と像の位置の変更との関係を説明す
るための図である。

【図１０】倍率変更による格子状のパターンの像のずれ
を説明するための図であって、（Ａ）は倍率変更前の状
態を示す図、（Ｂ）は倍率変更後の状態を示す図であ
る。

【図１１】感光基板の伸縮に応じた光軸の補正の状態を
示す図である。

【符号の説明】

１投影露光装置（走査型露光装置）２マスク３ａ〜３ｅ照明光学系５〜９投影光学系４感光基板（基板）１２ａ〜１２ｅ平行平板ガラス１８ａ〜１８ｅ像回転手段３０倍率制御装置３１主制御装置３２駆動装置３３回転駆動装置１３〜１７光電検出器Ｉ1 〜Ｉ4 レーザ干渉計ａ〜ｈマスク側の計測マークａ’〜ｈ’ 感光基板側の計測マークＭ１〜Ｍ５Ｐ１〜Ｐ５部分領域の像

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 ５２５Ｗ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系からの光束によってマスク上
のパターン領域の異なる部分領域をそれぞれ照明し、前
記各部分領域の像を当該各部分領域に対応して設けられ
た複数の投影光学系のそれぞれを介して基板上の被露光
領域に投影するとともに、前記マスクと前記基板とを前
記投影光学系の投影倍率に応じた速度比で所定の走査方
向に前記投影光学系に対して移動することによって前記
マスク上のパターン領域の全面を前記基板上に露光する
走査型露光装置に用いられる、前記基板上の前記各部分
領域の像の位置ずれ補正方法であって、前記マスク上のアライメントマークと前記基板上のアラ
イメントマークの位置関係に基づいて前記基板の変形量
の内少なくとも前記走査方向に直交する方向の伸縮量を
検出する第１工程と；前記第１工程の検出結果に基づい
て前記各投影光学系の倍率補正と、前記各投影光学系に
より前記基板上に投影される像のシフトとを実行する第
２工程と；しかる後、前記投影光学系相互のキャリブレ
ーション手段を用いて相互に隣接する前記部分領域の像
同士の位置ずれ及びオーバーラップ量が所定の許容範囲
内にあるか否かを確認する第３工程と；許容範囲内にな
い場合に、前記位置ずれ及びオーバーラップ量がともに
許容範囲内となるように前記各投影光学系の倍率補正及
び前記各投影光学系により前記基板上に投影される像の
シフトの少なくとも一方を再実行する第４工程とを含む
位置ずれ補正方法。
【請求項２】照明光学系からの光束によってマスク上
のパターン領域の異なる部分領域をそれぞれ照明し、前
記各部分領域の像を当該各部分領域に対応して設けられ
た複数の投影光学系のそれぞれを介して基板上の被露光
領域に投影するとともに、前記マスクと前記基板とを前
記投影光学系の投影倍率に応じた速度比で所定の走査方
向に前記投影光学系に対して移動することによって前記
マスク上のパターン領域の全面を前記基板上に露光する
走査型露光装置に用いられる、前記各部分領域の像の位
置ずれ補正方法であって、前記マスク上のアライメントマークと前記基板上のアラ
イメントマークの位置関係に基づいて前記基板の変形量
の内少なくとも前記走査方向に直交する方向の伸縮量と
直交度誤差とを検出する第１工程と；前記第１工程の検
出結果に基づいて前記各投影光学系の倍率補正と、前記
各投影光学系により前記基板上に投影される像のシフト
及び回転とを実行する第２工程と；しかる後、前記投影
光学系相互のキャリブレーション手段を用いて相互に隣
接する前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラ
ップ量が所定の許容範囲内にあるか否かを確認する第３
工程と；許容範囲内にない場合に、前記位置ずれ及びオ
ーバーラップ量がともに許容範囲内となるように前記各
投影光学系の倍率補正と前記各投影光学系により前記基
板上に投影される像のシフト及び回転の少なくともいず
れか１つを再実行する第４工程とを含む位置ずれ補正方
法。