JPH10270344A - 投影露光方法及び投影露光により液晶表示装置を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 レチクルや投影光学系に依らず、正確に重ね
合わせ露光を行うことができる投影露光方法を提供す
る。 【解決手段】 投影光学系を介して、原版上の実パター
ンの像を基板上に投影露光する方法において；前記投影
露光とは独立に、前記原版と前記基板との相対的な位置
合わせを行うアライメント工程を含み、該アライメント
工程は；基板を前記投影光学系について前記原版を配置
すべき位置とほぼ共役な位置に配置する第１の工程と；
前記原版とは別の部材であって、前記基板の位置合わせ
用プレートアライメントマークを形成した部材４０２
を、前記基板とほぼ共役な位置に配置する第２の工程
と；前記基板に、前記投影光学系を介して前記部材に形
成されたプレートアライメントマークを投影露光する第
３の工程とを備える投影露光方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原版上のパターン
を感光性基板上に投影露光する投影露光方法に関し、特
に、大型の液晶パネルや半導体デバイス等の製造に用い
られる重ね露光の際、基板の位置合わせを行うためのプ
レートアライメントマークの露光位置を正確に求め露光
を行う、投影露光方法及び液晶表示装置を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型液晶パネル等を製造するための投影
露光装置の基準位置は、基板を載置する基板ステージ上
に配置した基準マークにより定められ、その基準マーク
により、投影光学系を通してレチクル（原版）のアライ
メントマークと照合され、基板ステージ座標系における
投影光学系を介したレチクルの位置を求めている。

【０００３】液晶パネル等は、一般に感光性基板である
１枚のプレートに複数の層を投影露光して製造される
が、２層目以降には、１層目を露光されたプレートの位
置を検出するためのプレートアライメント系を有し、前
記基準マークを用いて、そのプレートアライメント系の
位置も検出している。これにより、いわゆる投影露光装
置のベースラインが求まることとなる。

【０００４】レチクルには、２層目以降のプレートのア
ライメントを行うためのプレートアライメントマーク
（プレート上のプレートアライメントマーク（プレート
上にある）を投影露光するためのマークパターン（レチ
クル上にある）。これも便宜上「プレートアライメント
マーク」と呼ぶ。紛らわしいときは「レチクル上のプレ
ートアライメントマーク」のようにいう）が、露光の際
にプレート上の所定の位置に投影露光されるように配置
形成されている。このようにしてプレート上に形成され
たプレートアライメントマークは、プレート上の１層目
に重ねて２層目以降の露光を行う際に使用される。即
ち、１層目の所定の位置に露光され形成されたプレート
アライメントマークを２層目以降の露光を行う際に検出
し、上記ベースラインの値とプレートアライメントマー
クの計測された位置によりプレートを所定の位置にセッ
トし直して、重ね露光を行なっている。

【０００５】ここで複数枚のレチクルにて１画面を構成
する液晶パネル等の投影露光装置を例にとってベースラ
イン計測について簡単に説明する。例えば４枚のレチク
ルにて一画面を構成する場合は、その４枚のレチクルの
位置を各レチクルにて、レチクルを交換しながら、プレ
ートステージ上の基準マークを用いて計測し、先に述べ
たプレートアライメント系の位置と各レチクルの位置を
ステージ座標系にて検出することによって、いわゆる各
レチクル毎のベースラインを求めている。

【０００６】各レチクルの位置を検出する方法は、例え
ば、特開昭６１−１４３７６０のように、基板ステージ
上に設けられた基準マークとその下方に設けられた受光
センサとにより、レチクル上の位置検出用マークとの相
対位置を検出したり、特開昭６３−２８４８１４のよう
に、基準マーク上のスリットマークをステージ側より発
光し、投影光学系を介して、レチクル上のスリットマー
クとの相対位置を照明光学系内にある受光センサにて検
出する方法などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術によれば、プレートの位置合わせを行う為のプレート
アライメントマークのレチクル上の位置は、プレート上
に露光される時に実パターンと設計上所定の位置関係に
なるように配置され、かつ、露光された複数のプレート
アライメントマークがプレート上で所定の位置関係にな
るように、１層目の露光用レチクル上に配置されてい
る。

【０００８】しかしながら第１には、レチクル上のプレ
ートアライメントマークの所定の位置は、レチクル毎に
誤差をもち描画され、設計上の所定の位置からズレをも
ってしまう。第２には、このプレートアライメントマー
クが基板上に露光される場合には、これに加えて、投影
光学系のディストーションの影響を受け、このディスト
ーション分だけ設計値に対するズレを生じてしまう。当
然のことながら、投影光学系のディストーションの影響
は、投影光学系の像高により異なるし、また１枚のプレ
ートは１台の投影露光装置で処理するとは限らず、各投
影光学系、つまりは使用する各投影露光装置により異な
った値を示すことになる。

【０００９】上記２点が原因となって、レチクルの描画
誤差、レンズディストーションの分だけプレートアライ
メントマーク自身がズレをもって露光される。つまり、
このプレート上のプレートアライメントマークを用いて
２層目以降の重ね露光を行うと、当然１層目と２層目、
更には、３層目、と誤差が生ずることとなり、重ね合わ
せ精度を悪化してしまうという問題を生じていた。

【００１０】そこで本発明は、レチクルに依らずに、更
に投影光学系にも依らない、プレート（基板）上に露光
される実パターンに対して設計値通りの所定の位置にプ
レートアライメントマークを露光し、２層目以降の露光
の場合に１層目のプレートアライメントマークを形成す
る時の誤差を取り除き、正確に重ね合わせ露光を行うこ
とができる投影露光方法及びそのようにして液晶表示装
置を製造する方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による投影露光方法は、所定の
パターンが形成された原版を露光光によって照明し、投
影光学系を介して、該照明された前記所定のパターンの
像を感光性基板上に投影露光する投影露光方法におい
て；前記投影露光とは独立に、前記原版と前記感光性基
板との相対的な位置合わせを行うアライメントマークを
感光性基板上に形成する工程を含み、該アライメントマ
ーク形成工程は；感光性基板を前記投影光学系について
前記所定のパターンが形成された原版を配置すべき位置
とほぼ共役な位置に配置する第１の工程と；前記所定の
パターンが形成された原版とは別の部材であって、前記
感光性基板の位置合わせ用アライメントマークを形成し
た部材を、前記感光性基板とほぼ共役な位置に配置する
第２の工程と；前記感光性基板に、前記投影光学系を介
して前記部材に形成されたアライメントマークを投影露
光する第３の工程とを備える。ここで、所定のパターン
とは、例えば半導体デバイスや液晶表示装置の回路等の
製品用実パターンである。

【００１２】このように構成すると、実パターン等を有
する原版とは別の部材に感光性基板の位置合わせ用アラ
イメントマークが形成されており、感光性基板に、投影
光学系を介して前記部材に形成されたアライメントマー
クを投影露光する工程を備えるので、レチクルに依らず
に、また投影光学系にも依らない、プレート上に露光さ
れる実パターンと設計値通りの所定の位置にアライメン
トマークが露光される。したがって、感光性基板上に２
層目以降の露光をする場合に、１層目のアライメントマ
ークを形成する時の誤差が取り除かれ、正確に重ね合わ
せ露光を行うことができる。

【００１３】請求項１に記載の投影露光方法において
は、請求項２に記載されているように、前記第１の工程
が、位置計測系を有する基板ステージに前記感光性基板
を載置する工程を含み；前記第３の工程が、前記アライ
メントマークの前記感光性基板上に転写される位置を、
前記基板ステージの位置計測系を用いて計測することに
より定める工程を含むようにしてもよい。

【００１４】この場合、アライメントマークの感光性基
板上に転写される位置を、基板ステージの位置計測系を
用いて感光性基板の位置を計測することにより定めるの
で、感光性基板の位置が簡単かつ正確に定まる。基板ス
テージの位置計測系は、例えばステージ干渉計である。

【００１５】請求項２に記載の投影露光方法は、請求項
３に記載された発明のように、前記第２の工程が、前記
部材を前記原版の配置されるべき位置と前記投影光学系
の間の所定の不動位置に配置する工程を含み；前記第３
の工程が、前記アライメントマークの前記感光性基板上
に転写される位置を、前記投影光学系を介した、前記ア
ライメントマークと前記基板ステージに設けられた基準
マークとの相対的位置を計測することによって定める工
程を含むようにしてもよい。

【００１６】この場合、前記部材を原版の配置されるべ
き位置と前記投影光学系の間の所定の不動位置に配置
し、また、アライメントマークの感光性基板上に転写さ
れる位置を、投影光学系を介した、アライメントマーク
と基板ステージに設けられた基準マークとの相対的位置
を計測することによって定めるので、レチクルや投影光
学系に依存しないで、基板上に露光される実パターンと
設計値通りの所定の位置にアライメントマークが露光さ
れる。

【００１７】またさらに、請求項２に記載の投影露光方
法では、請求項４に記載されているように、前記部材
は、前記アライメントマークが前記原版の所定パターン
の配置される位置とほぼ同一平面内にあるように、前記
原版を載置する原版ステージに対して固設されており；
前記原版ステージは、その位置を計測する原版ステージ
位置計測系を有しており；前記第３の工程が、前記原版
ステージを、前記アライメントマーク用パターンが前記
投影光学系の視野内に入るように移動する工程と；前記
投影光学系を介した、前記アライメントマークと前記基
板ステージに設けられた基準マークとの相対的位置を、
前記原版ステージ位置計測系と前記基板ステージの位置
計測系とを用いて計測することによって、前記アライメ
ントマークの前記感光性基板上に転写される位置を定め
る工程とを含むようにしてもよい。

【００１８】このように構成すると、前記部材は、原版
ステージに対して固設されており、原版ステージは、原
版ステージ位置計測系を有しており、投影光学系を介し
た、アライメントマークと基準マークとの相対的位置
を、前記原版ステージ位置計測系と基板ステージの位置
計測系とを用いて計測するので、原版上のアライメント
マークの位置は原版ステージ位置計測系により正確に特
定でき、さらに基板ステージの位置計測系を用いて上記
相対的位置が求められ、レチクルや投影光学系に依存し
ないで、基板上の所定の位置にアライメントマークが露
光される。

【００１９】また請求項５に記載される液晶表示装置を
製造する方法では、請求項１乃至請求項４のいずれかに
記載の投影露光方法により、前記所定のパターンを感光
性基板に投影露光する。

【００２０】このようにすると、レチクルや投影光学系
に依存しないで、基板上の所定の位置にアライメントマ
ークが露光されるので、２層目以降の露光の場合に１層
目のアライメントマークを形成する時の誤差を取り除
き、正確に重ね合わせ露光を行って、液晶表示装置を製
造することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複
した説明は省略する。

【００２２】図１は、本発明に用いる投影露光装置の概
略構成を示す斜視図である。この投影露光装置では、超
高圧水銀ランプ等の光源１０１、反射鏡１０２、コリメ
ートレンズ１０３、オプティカルインテグレーター１０
４、ハーフミラー１０７、リレーレンズ１０８、レチク
ルブラインド１０９、レチクルブラインド結像光学系１
１０及び反射鏡１１１を含む照明光学系１００、そして
投影光学系１１２、プレートステージ２０１が、光源１
０１の光路中に以上の順に配置されている。さらに、反
射鏡１０２とコリメートレンズ１０３の間には、シャッ
ター３０１が設けられており、必要に応じて光源１０１
の光束を照明光学系１００の外部に取り出すことができ
るようになっている。取り出した光束は集光レンズ３０
２により、光ファイバー３０３の入射端に集光されるよ
うに構成されている。

【００２３】ハーフミラー１０７は、やはり照明光学系
内の光束を外部に導くためのもので、導き出された光束
は結像光学系のレンズ１０６を介して、基板２０２の面
と共役な結像面を有する例えば光電変換素子のような受
光素子１０５の受光面に結像されるように構成されてい
る。

【００２４】また、反射鏡１１１と投影光学系１１２と
の間には、投影すべきパターンの形成されたレチクル１
２１、１２２、１２３、１２４を順次載置できる原版ス
テージ５０１（図１２参照）が設けられている。

【００２５】そして、上記レチクルが載置されるべき位
置と投影光学系１１２との間には、固定マーク１５２、
１５１をそれぞれ形成した部材４０２、４０１（図中
で、１５１と４０１はレチクル１２１に隠れている）
が、原版ステージに対して固定的に設けられている。具
体的にいえば、投影光学系１１２の光軸に直交する面内
でｘ、ｙ、θ方向に移動可能な原版ステージ５０１を支
えているベース等に配置され、原版ステージ５０１の移
動とは独立に固定されているものである。

【００２６】部材４０１、４０２は、図３の（ａ）（２
つの部材のうち部材４０１のみ拡大して図示）に示され
るように、断面が台形をしたプリズムであり、その台形
の１辺は平行な２辺に直交しており、ここに固定マーク
１５１が形成され、その１辺に対向する他の１辺は平行
な２辺に４５度の角度で交わっている。前記平行な２辺
はレチクル１２１と平行になるように配置され、固定マ
ーク１５１、１５２は、レチクル１２１と共役な位置に
なるように配置されている。

【００２７】さらに投影光学系１１２の周囲には、プレ
ートステージ２０１をその真下に設定したときに、ほぼ
その四隅の僅かに内側に位置するように４個のプレート
アライメント系１３１〜１３４が配置されている（図１
では、１３４は投影光学系１１２に隠れていて図示され
ていない）。

【００２８】また、プレートステージ２０１の位置を座
標系で計測するために、プレート干渉計２０３が設けら
れている。

【００２９】感光性基板であるプレート２０２を載置す
るように表面が平坦に形成されたプレートステージ２０
１には、プレート２０２が載置されていないときにステ
ージの表面から突出し、プレート２０２が載置されると
きにはプレート載置の邪魔にならないようにステージの
内部に退避するように構成された基準マーク１４１が設
けられている。

【００３０】また、投影光学系１１２とプレートステー
ジ２０１との間には、投影光学系用のオートフォーカス
系２０４が設けられている。

【００３１】まず、レチクル１２１〜１２４上のパター
ンをプレート２０２上に投影露光する場合には、光源１
０１の光を露光用の波長（例えばｇ線、ｈ線、ｉ線）に
不図示の干渉フィルタ等により選択し、照明光学系１０
０を介して、レチクル１２１等を照明し、レチクル上の
パターンは、投影光学系１１２により、プレートステー
ジ２０１上に載置されたプレート２０２上（点線で図
示）に転写される。この露光動作を複数例えば４枚のレ
チクル１２１〜１２４を用いて、継ぎ露光を行うことに
より、大きな液晶パネルが形成されることとなる。

【００３２】この露光装置を用いて実行する本発明の第
１の実施の形態を、図１〜図１１及び図１４〜図１６を
参照して説明する。

【００３３】この露光装置におけるベースラインの計測
は、プレート２０２がプレートステージ２０１上に無い
状態で、基準マーク１４１を上方に移動させ、マーク面
がほぼ投影光学系の結像面になるようにする。この状態
で基準マーク１４１を用いて、プレート２０２のアライ
メントを行う為のプレートアライメントマークとベース
ライン計測用のマークを有する固定マークの位置を計測
する（図１４、ステップＳＰ１）。

【００３４】ここで基準マーク１４１は、例えば液晶表
示装置用の感光性基板などの大型の角形プレート２０２
をステージ２０１上に載置することと、ステージ２０１
の大型化を避ける為に、ベースライン計測の時だけ上方
に移動し、プレート２０２の通常の露光時にはステージ
２０１の下方に退避する構成を取っている。

【００３５】図２は、図１の投影露光装置を真横から見
た側面図である。本図を参照して、基準マーク１４１を
用いた固定マークの位置の計測の説明を行う。

【００３６】計測は、メイン照明系１００内のシャッタ
ー３０１にて反射した光を、集光レンズ３０２により光
ファイバー３０３の端面に集光し、この光を光ファイバ
ー３０３とこれから分岐した光ファイバー３０３ｂにて
ステージ２０１上の基準マーク１４１を照明して行う。
この照明光は、不図示の干渉フィルタ等により、露光波
長に選択されている。

【００３７】照明された基準マーク１４１の像は、投影
光学系１１２を介して、投影光学系１１２の結像面に配
置された固定マーク１５１上に結像する（図３参照）。
更に、固定マーク１５１を通過した光は、受光レンズ４
１１で集光されビームスプリッタ４１２の反射面を透過
し、光電変換素子１６３にて受光される。

【００３８】ここで、基準マーク１４１のパターンと固
定マーク１５１のパターンは、例えば、図５の（ａ）
（ｂ）に示されているようなスリットマーク（（ｂ）の
１５１ｂ参照）である。ステージ２０１を走査すること
により、このようなスリットマークを通過する光が受光
素子１６３で受光され検出される信号は、図５の（ｃ）
のようになり、例えば、あるスライスレベルによる中点
検出等を行うことにより、プレート干渉計２０３にてス
テージ２０１の位置座標を計測することができる。この
ように固定マーク１５１、１５２の基準マーク１４１を
用いた計測を行う。

【００３９】ここで、固定マークを２つ設けているの
は、２つの固定マーク１５１、１５２を投影光学系１１
２の光軸対称に配置することにより、投影光学系１１２
の光軸の位置を固定点と考えられるようにしたためであ
り、固定マークは、一つであっても構わない。

【００４０】更に、本例の投影露光装置では、固定マー
ク１５１、１５２を２つの独立した部材で構成したが、
例えば、図４に示すように、一つの部材４００に２つの
固定マーク用の部材４０１ａ、４０１ｂを固定的に配置
し、その部材４００にて２つの固定マーク用部材４０１
ａ、４０２ｂ、引いては固定マーク１５１、１５２間の
距離が変化しないようにすることも可能である。

【００４１】再び図１を参照して本発明の第１の実施の
形態を説明する。前記固定マーク１５１、１５２の計測
に続いて、基準マーク１４１を用いて、プレートアライ
メント系１３１、１３２、１３３、１３４の位置を計測
する。この計測は、プレート２０２のアライメントを行
うためのプレートアライメントマークとして通常用いる
のと同じ形状のマークを基準マーク１４１に配置してお
けば、例えば、画像処理、レーザ光による回折光検出等
の通常の信号処理を行うことにより、プレートアライメ
ント系１３１〜１３４の位置を計測することができる
（図１４、ＳＰ２）。

【００４２】次にレチクル１２１をレチクルステージ上
に載置する（図１４、ＳＰ３）。続いて、レチクル１２
１上の不図示のレチクルマークの位置を基準マーク１４
１を用いて検出する。即ち、基準マーク１４１用の照明
光を用いてレチクル１２１のレチクルマーク上に基準マ
ーク１４１の像を形成し、レチクル１２１を透過した光
を照明光学系１００の一部を介して、受光センサである
光電変換素子１０５にて検出することにより行う（図１
４、ＳＰ４）。

【００４３】ここで、レチクルマークとは、前述のレチ
クルアライメントマーク（通常はレチクルの外枠上に設
けられる）とは別のマークであり、レチクル上の実パタ
ーンの近傍に形成された通常は複数のマークであり、そ
の形状は、基準マーク１４１の形状を図１０の（ａ）に
示されるように正方形の環状枠形状とした場合、例えば
図１０の（ｂ）に示されるように十文字形状とする。

【００４４】こうしてレチクル１２１の複数箇所にて、
この検出系を用いて複数点検出すれば、レチクル１２１
でのベースラインが計測されたことになる。

【００４５】次に、レチクル１２１をレチクル１２２と
交換し（図１４、ＳＰ５）、レチクル１２２に配置され
ているレチクルマークの位置をレチクル１２１のレチク
ルマークを検出する検出系を用いて複数検出し（図１
４、ＳＰ６）、同様に、レチクル１２３、レチクル１２
４でも行うことにより、レチクル１２１に対する各レチ
クルのズレ、言い換えればレチクル１２１にて計測され
たプレートアライメント系１３１〜１３４の位置をレチ
クル交換でも変化しないとすれば各レチクルに対するベ
ースライン計測が完了する（図１４、Ｘ１）。

【００４６】ここで、基準マーク１４１自身が上下動し
たり、プレートステージ２０１の発熱等による温度変化
のために基準マーク１４１が変動する場合は、時間的に
基準マーク１４１がドリフトしてしまう恐れがあるの
で、例えばレチクル毎に固定マーク１５１の計測を行
い、固定マーク１５１の位置を基準マーク１４１を用い
て検出し、更に、固定マーク１５２の位置を基準マーク
１４１を用いて検出することにより、先に基準マーク１
４１を用いて計測された、固定マーク１５１、１５２の
位置との差が求まり、この差分が基準マーク１４１のド
リフト量として計測され、この差分がゼロとなるように
オフセット制御すれば良いことになる。

【００４７】以上により各レチクルのベースラインが計
測され、更に、２層目以降の重ね露光を行う為のプレー
トアライメントマークを有する固定マークの位置も計測
されたことになる。

【００４８】次に露光動作について説明する。以上のよ
うに４枚のレチクル１２１〜１２４がセットされ、投影
露光を行うプレートが搬送系によりステージ２０１上に
搬入、載置される（図１５、ＳＰ７）。

【００４９】第１層目の露光時のプレート２０２には、
当然アライメントマークは存在せず、露光波長に感光す
るレジストが塗布されている。露光は、載置されたプレ
ート２０２を例えば、プレート２０２の基準辺をメカニ
カルにステージ２０１上の不図示のピンに押し当てるよ
うなプリアライメント機構によりラフに位置合わせし、
露光を開始する。

【００５０】ここで、各レチクル１２１〜１２４のステ
ージ座標と、固定マーク１５１、１５２のステージ座標
は先に計測されている為、これらを用いて、まず固定マ
ーク１５１、１５２に配置されているプレートアライメ
ントマークを投影露光する。この時のプレートアライメ
ントマークを投影露光するプレート上の位置は、ステー
ジ座標系の予め設定された位置であり、先に計測した固
定マーク１５１、１５２の位置と、ステージ２０１の移
動量とにより正確に定められ、そこに露光される（図１
５、ＳＰ８、ＳＰ９）。

【００５１】投影露光について、再び図２を参照し説明
する。上述した基準マーク１４１の照明に用いた光ファ
イバー３０３の分岐された光ファイバー３０３ａ、３０
３ｂのうちの一方３０３ａを用い、ビームスプリッタ４
１２を介し、レンズ４１１によりこの光ファイバー３０
３ａからの光をコリメートし、固定マーク１５１のアラ
イメントマークを照明する。ここで、分岐した光ファイ
バー３０３ａは、リレーレンズ４１１と受光素子１６３
との間の光路中に配されたビームスプリッター４１２の
反射面に、前記光路外から光を入射させるように接続さ
れている。

【００５２】照明された固定マーク１５１上のプレート
アライメントマーク１５１ａ（図５の（ｂ）参照）から
の光は、部材４０１の内側から、その斜面で反射され、
投影レンズ１１２を介して、プレート２０２の所定の位
置に投影露光されることになる。

【００５３】図２では、固定マーク１５１の位置検出用
マーク１５１ｂ（図５の（ｂ）参照）も同時に投影露光
されるが、このマークを露光したくない場合には、例え
ば固定マーク１５１とレンズ４１１との間にリレーレン
ズ４１１ａを挿入配置して、固定マーク１５１と共役な
位置を設け、ここに視野絞り４１１ｂ等で視野を限定す
ることも可能である（図３の（ｂ）参照）。

【００５４】露光量は、不図示ではあるが、所定の露光
量となるように例えば、前記光ファイバー３０３ａの一
部の光を光電変換素子にて直接検出したり、図中のビー
ムスプリッタ４１２を透過する光を検出したりすること
により検出し、ファイバー３０３ａの出口にあるシャッ
タ４１３により所定の量になるように制限されている。

【００５５】次にレチクル１２１〜１２４上の実パター
ンをプレート２０２のアライメントマークと同様にレチ
クル１２１〜１２４を順次交換しながら、プレートステ
ージ２０１を移動させ、先に計測された各レチクルの位
置を基に、各レチクルをレチクルアライメント系を用い
てアライメントし、順次プレート２０２に投影露光し、
第１層目の露光が終了することになる（図１５、ＳＰ１
０、ＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３、ＳＰ１４）。

【００５６】つまり、レチクル１２１〜１２４と、固定
マーク１５１、１５２のアライメントマークとの双方の
ステージ座標を正確に求め、レチクルと、プレートアラ
イメントマークとを露光することにより、プレートアラ
イメントマークが、レチクル１２１〜１２４の製造誤差
と、投影光学系１１２のレンズディストーション等に影
響されることなく、所定の位置に２層目以降のプレート
のアライメントに用いられるプレートアライメントマー
クを正確に露光することができるのである。

【００５７】ここでは、初めに固定マーク１５１上のプ
レートアライメントマークをプレート上に投影露光する
こととしたが、１層目用のレチクルの実パターン露光を
終了した後にプレートアライメントマークを投影露光し
ても構わないし、スループットを重視するように、１層
目用のレチクルの実パターンと固定マークのプレートア
ライメントマークを任意の順で露光しても構わない。

【００５８】更に、固定マークのプレートアライメント
マークの投影露光と、固定マークの位置計測用検出系
は、ビームスプリッタ４１２により分岐しているが、ビ
ームスプリッタ４１２のかわりに、図６に示すように光
ファイバー３０３とそれから分岐する光ファイバー３０
３ａ、３０３ｂ、３０３ｃを用いて光を分岐しても構わ
ない。

【００５９】更に、本装置では、固定マーク１５１検出
系と、固定マーク１５１のプレートアライメントマーク
露光系を、レチクルマーク検出系、レチクルパターン露
光系とは、別に配置したが、例えば図７に示すように、
固定マーク１５１の像が透過するようにレチクルに窓１
２１ａを設け、プレート２０２のプレートアライメント
マークを露光するときにメイン照明光を固定マーク１５
１に導くように偏向部材４０３を挿入しても構わない。
この場合には、メイン照明系１００内のシャッター３０
１系や不図示の露光量制御系、更に、レチクルブライン
ド１０９系を用いて露光することができ、更に、固定マ
ーク１５１の位置検出系も照明系１００内のセンサ１０
５をレチクルマークと基準マーク１４１の相対計測を行
うセンサと共通に使用することが可能になる。

【００６０】なお、前記偏向部材４０３は、断面が平行
四辺形（平行な辺同士が４５度の角度をなしている）を
しており、２つの平行な辺がレチクル１２１の面と平行
に設けられている。これらの辺と４５度をなす他の平行
な２辺のうち１辺が固定マーク１５１の像を受けて反射
し、レチクルに平行な方向に偏向し他の辺で再度反射し
て、投影光学系１１２の光軸に平行に偏向するように、
レチクル１２１の窓１２１ａを挟んで部材１５１と反対
の側に配置されている。

【００６１】図８と図９は、本発明に用いる別の投影露
光装置の例を示す。この装置では、不図示のレチクルマ
ークと基準マーク１４１を検出する系の構成として、メ
イン照明系１００のメイン照明光を用い、ステージ２０
１中に配置された光ファイバー３０４を用いて、レチク
ルマークと基準マーク１４１の透過光量を装置固有の位
置に配置された光電変換素子１６４にて検出する構成を
とる。

【００６２】更に、固定マーク１５１と基準マーク１４
１の位置計測は、メイン照明系１００より、光ファイバ
ー３０５ａ、３０５ｂにて、それぞれ固定マーク１５
１、１５２を照明し、この固定マーク１５１、１５２の
像を投影光学系１１２を介し、先に述べたレチクルマー
ク検出系にて検出する。プレートライメントマークの露
光は、同光学系を用いて露光される。

【００６３】光電変換素子１６４は、ステージ２０１中
でも構わないが、本例の装置では、受光素子１６４自身
の発熱による熱膨張を小さくするために、熱の影響を受
けない場所に光ファイバー３０４にて導かれている。

【００６４】受光方式としては、スリット開口を利用す
る、いわゆるスリットスキャン方式や、パターンのエッ
ヂを利用するナイフエッジ方式等が考えられる。

【００６５】図９は、受光センサ部にステージ２０１に
埋設されたＣＣＤ等の撮像素子１６５を用い、基準マー
ク１４１の像を拡大して撮像素子１６５へ導く拡大光学
系１７１を設けている。この場合には、例えば、基準マ
ーク１４１に図１０の（ａ）に示される正方形の環状枠
のパターン、固定マーク１５１、レチクルマークに図１
０の（ｂ）に示されるような縦横の線がそれぞれ３本の
同一幅の線とスペースからなる十文字マークを配置すれ
ば、撮像素子１６５に映し出される合成像は、図１０の
（ｃ）に示されるように正方形環状枠と十文字が重なっ
て田の字形状の像になる。

【００６６】さらに、この固定マーク１５１の位置検出
用マークとプレートアライメントマークを同一の形状に
すればオフセット管理する必要もなく都合がよい。この
像を図１１の（ａ）に点線で示されている領域、即ち田
の字の縦横の３本の線（十文字マークが３本線から成る
ことを考慮すれば５本）を横切る領域にて画像処理を行
うことにより、基準マーク１４１（正方形の環状枠マー
ク）と固定マーク１５１のプレートアライメントマーク
（十文字マーク）、または、基準マーク１４１とレチク
ルマーク（十文字マーク）の相対位置、つまりは、基準
マーク１４１を基に、固定マーク１５１のプレートアラ
イメントマークと、レチクルマークのステージ座標を検
出することが可能となる。

【００６７】また、メイン照明系１００のメイン照明光
を用いる場合には、照射による熱膨張を避ける為、レチ
クルブラインド１０９により、各計測ポイントの領域に
照射エリアを絞ることが望ましい。固定マーク１５１上
の露光は、固定マーク１５１の位置検出を行った照明系
を用いてプレートアライメントマークを露光すればよ
い。

【００６８】更に、プレートアライメントマークの露光
は、図１を参照して説明したように露光量を検出する光
電変換素子１０５、とシャッター３０１にて所定の露光
量となるようにしてある。また、図８、図９の装置の場
合も図７と同様に露光用若しくは、固定マーク１５１の
位置検出用に用いる照明光を偏向部材４０３とレチクル
透過窓１２１ａにより導いても構わない。

【００６９】図１２は、本発明の第２の実施の形態に用
いる投影露光装置の概略図であり、図１２、図１３及び
図１７、図１８を参照して第２の実施の形態を説明す
る。第１の実施の形態との相違点は、プレートアライメ
ントマークが形成されている（原版とは別の）部材が、
レチクル（原版）ステージに固設されていること、した
がって、図１５のステップＳＰ１が図１７においてはス
テップＳＰ１８に置き代わっており、また図１６のステ
ップＳＰ８とステップＳＰ９との間にステップＳＰ１９
が挿入されている点である。

【００７０】本投影露光装置は、図１２に示されている
ように、レチクル１２１他を載置するレチクルテーブル
（レチクルステージ）５０１上にレチクルのパターン面
（投影光学系１１２側）とほぼ同一の面に配置された固
定マーク１５３を有している。更に、レチクルテーブル
５０１は投影光学系１１２の光軸に直交する面内でＸＹ
θ方向に移動可能であり、移動量は、レチクル干渉計５
０３にて制御されている。レチクル干渉計５０３用の移
動鏡５０２が、レチクルステージ５０１に固設されてい
る。

【００７１】プレートステージ２０１側の検出系は、図
１の場合で用いられたものや、図８、図９の場合で用い
られたような検出系が考えられるが、図１２には、プレ
ートステージ２０１内にあるＣＣＤセンサ１６２を有す
る場合を例として示してある。この場合には、通常プレ
ート２０２（図１２には不図示）を載置するプレートス
テージ２０１の座標（プレート干渉計２０３で計測され
る）に加え、レチクル干渉計５０３によるレチクル座標
を管理すれば良い。固定マーク１５３内にあるアライメ
ントマークをレチクル干渉計５０３により所定の位置に
移動させ、メイン照明光を用いてプレートステージ２０
１中のＣＣＤセンサ１６２により、プレートステージ２
０１側の基準マーク１４１との相対位置を計測する（図
１７、ステップＳＰ１８）。

【００７２】この時の様子を図１３に示す。更に、レチ
クルの実パターン近傍に配置形成されている不図示のレ
チクルマークの位置は、レチクル側を移動させることに
より基準マーク１４１との相対位置を求め、例えば、基
準マーク１４１側を静止させておけば、レチクルマーク
と固定マーク１５１の相対位置を検出することが可能に
なる。このようにして計測すれば、投影光学系１１２の
常に同じ位置にて計測することができるため、ディスト
ーションの影響のないレチクル１２１〜１２４の描画誤
差のみを検出することが可能になる。

【００７３】実際の製品用実パターンの投影露光を考慮
すれば、固定マーク１５３は、投影光学系１１２のディ
ストーションの影響を受けないようにするため、計測さ
れた位置と同じ位置にて投影露光することが望ましい。

【００７４】更に、レチクルマークの位置計測の場合に
投影露光の時と同じ条件（ディストーション）で計測す
ることが望ましいため、実際には、固定マーク１５３を
プレートアライメントマークを露光する場合の所定の位
置に移動し、位置計測を行い、次に例えば不図示ではあ
るがレチクルのみの位置合わせを行う為のレチクルアラ
イメント系にてレチクル１２１〜１２４をほぼ投影露光
する位置に移動し、プレートステージ側の基準マーク１
４１を用いてレチクルマークの位置を計測する。

【００７５】更に、プレート２０２のアライメント系１
３１〜１３４の位置を基準マーク１４１を用いて計測す
ることにより、ベースラインが求まることとなる。

【００７６】１層目は、まず予め計測された位置に固定
マーク１５３を移動し（図１８、ステップＳＰ１９）、
プレート２０２のプレートアライメントマークを露光し
て形成し、次に、レチクルアライメント系にて所定の位
置にセットされたレチクル１２１他の実パターンを投影
露光する。このようにして投影露光されればプレート２
０２にアライメントマークの位置を正確に投影露光して
形成することができることになる。以下、１層目の投影
露光を行い、さらに２層目、３層目と重ね露光して製品
基板を完成する（図１６）点は、第１の実施の形態と同
様である。

【００７７】以上の各実施の形態では、第１層目につい
ての投影露光のプロセスについて主に説明し、第２層
目、第３層目の重ね露光の簡単な手順に関しては図１６
に示している。

【００７８】次に、図１９を参照しながら、第２層目、
第３層目・・・第ｎ層目（但し、ｎ≧２）の重ね露光を
して行き、液晶表示装置や半導体デバイス等を製造して
いく具体的なプロセスについて説明する。

【００７９】以上の各実施の形態において述べたよう
に、第１層目についての投影露光のプロセスが完了する
と、次に第２層目の投影露光の工程に移行する。

【００８０】図１９に示されるように、まず、基板ステ
ージ上の基準マーク１４１を用いて、プレートアライメ
ント系（１３１、１３２、１３３、１３４）の位置をス
テージ干渉系にて計測する。次に、基板ステージ上の基
準マーク１４１を用いて、第２層用の各レチクルを交換
しながら、第２層用の全てのレチクルの位置を照明光学
系１００中に設けられた光電変換素子１０５にて検出す
る。そして、最終的に、継ぎ露光するたの第２層用の全
てのレチクルに対するベースラインを計測する（図１
９、ＳＰ２０）。

【００８１】次に、第１層目の実パターンが露光された
第２層目用の感光性基板２０２（以下、第２層目用の感
光性基板と呼ぶ。）を基板ステージ２０１上に載置し
て、第２層目用の感光性基板２０２における第１層目上
に露光形成されたプレートアライメントマークに基づ
き、第２層目用の感光性基板２０２の露光すべき位置
（又は第２層目用の感光性基板２０２の位置）をプレー
トアライメント系（１３１、１３２、１３３、１３４）
にて検出する（図１９、ＳＰ２１）。

【００８２】その後、第２層用の第１レチクルを原版ス
テージ５０１に載置して、レチクルアライメント系によ
って第２層用の第１レチクルの位置決めを行う（図１
９、ＳＰ２２）。

【００８３】そして、上記工程ＳＰ２１でのプレートア
ライメント系の検出値と上記工程ＳＰ２２でのレチクル
アライメント系での検出値に基づいて、第２層用の第１
レチクルの位置と第２層目用の感光性基板２０２とが整
合するように基板ステージ２０１又は原版ステージ５０
１を移動させて位置合わせを行う。これにより、第２層
用の第１レチクルと第２層目の露光用の基板（第１層目
の実パターンが露光された感光性基板）２０２との相対
的な位置合わせが行われる（図１９、ＳＰ２３）。

【００８４】次に、投影光学系を介して第２層用の第１
レチクルの実パターンを第２層目の感光性基板２０２に
投影露光する（図１９、ＳＰ２４）。ここで、もし、継
ぎ露光を行うための第２層用のレチクルが複数枚あれ
ば、再び、工程ＳＰ２２、工程ＳＰ２３及び工程ＳＰ２
４を繰り返す。そして、最終的に、第２層用の最後のレ
チクルの実パターン露光が完了するまで、工程ＳＰ２
２、ＳＰ２３及びＳＰ２４を繰り返し行う。

【００８５】以上の第２層用の全てのレチクルの実パタ
ーンの露光が完了すると現像工程ＳＰ２５に移行し、現
像される（図１９）。

【００８６】現像工程ＳＰ２５が完了した後、第３層目
の実パターンの露光を行う場合には、再び、工程ＳＰ２
０に戻り、工程ＳＰ２０、工程ＳＰ２１、工程ＳＰ２
２、工程ＳＰ２３、工程ＳＰ２４及び工程ＳＰ２５を繰
り返す。そして、最終的に、第ｎ層用の最後のレチクル
の実パターンの現像（又は露光）が完了するまで、工程
ＳＰ２０、工程ＳＰ２１、工程ＳＰ２２、工程ＳＰ２
３、工程ＳＰ２４及び工程ＳＰ２５を繰り返し行う。

【００８７】以上の各工程を経ることにより、第２層
目、第３層目・・・第ｎ層目での重ね合わせ露光を行う
ことができるが、第１層目に形成したプレートアライメ
ントマークを用いて、最終的に、レチクルと感光性基板
との相対的な位置合わせが可能となるため、各層の実パ
ターン同士での良好なる重ね合わせが達成できる。

【００８８】なお、重ね合わせを行う層の数が多い場
合、又は第１層目に形成したプレートアライメントマー
クが各プロセスを経ることにより変形した場合には、新
たに、プレートアライメントマークを感光性基板に形成
（露光）しても良い。

【００８９】以上、実施の形態で説明したように、本発
明の構成をとれば、アライメントマークを有する部材を
レチクルとは異なった位置で、更に、投影光学系に対す
る像高も所定の像高になる位置に配置し、実際にプレー
トにアライメントマークを露光する場合には、前記アラ
イメントマークを有する部材のステージ上の位置を計測
することにより、レチクル毎に持っているレチクル製造
誤差を排除し、アライメントマーク自身の位置を、使用
する投影露光装置が何号機であっても、その号機毎に固
有に検出してしまえば良いことになる。

【００９０】例えば、アライメントマークを有する部材
の実際のアライメントマークとステージ上の位置計測マ
ークが異なったマークであっても部品１個でのオフセッ
ト量を求めて補正すれば、号機ごとの固有のオフセット
になるだけで、レチクルのように同一のレチクルを異な
った号機で使用することもなく、誤差は発生しない。

【００９１】このアライメントマークを有する部材のマ
ークをプレート上に露光する場合には、投影光学系のデ
ィストーションの影響を受けて、露光されることにな
る。しかし、このマークの位置を予めステージ座標系に
対応した位置を計測することにより、露光されるアライ
メントマークは、投影光学系の所定の像高のディストー
ションを含んだ値を計測していることとなるので、正確
にアライメントマークを所定の位置に露光することが可
能になる。即ち、レチクルのように誤差を含んだアライ
メントマークを１層目の露光と同時に露光し、かつ、レ
チクル上の任意の位置に配置されているアライメントマ
ークは、投影光学系のレンズディストーションにて変化
し、更に、同一レチクルを用いた異なった号機による露
光を考えれば、当然レンズ毎に誤差を発生することにな
ってしまう。この誤差を取り除く為に、レチクルとは別
に配置したアライメントマークを用い、このマークの位
置を計測し、レチクルの露光と別に露光することによ
り、正確に所定の位置にアライメントマークを露光する
ことができ、牽いては、２層目以降の重ね合わせ露光が
正確に行うことができることとなる。

【００９２】なお、プレートアライメントマークを露光
すべき基板上の位置は、あくまでも理想的（投影レンズ
のディストーション、倍率等の誤差がゼロで、かつレチ
クルの製造誤差もゼロ）に実パターンをショットできた
としたときの仮想的な実パターンと所定の位置関係にな
るように配置される位置である。

【００９３】例えば、レチクルの位置をステージの計測
系により求め、各計測点に統計的処理を行う等してレチ
クルの中心位置を求め、そのレチクルの中心位置に対し
て、所定の関係となるように（プレート）アライメント
マークを露光する。

【００９４】以上においては、主に液晶表示装置を製造
する露光装置を例として説明したが、本発明は半導体デ
バイスを製造する露光装置に適用できることは言うまで
もない。したがって、本発明によって良好な液晶表示装
置や半導体デバイスを製造することができる。

【００９５】

【発明の効果】従来の技術では、レチクル上のアライメ
ントマークのように誤差を含んだアライメントマークを
１層目の露光と同時に露光し、かつ、レチクル上の任意
の位置に配置されているプレートアライメントマーク
は、投影光学系のレンズディストーションにて変化し、
更に、同一レチクルを用いた異なった号機による露光を
考えれば、当然レンズ毎に誤差を発生することになって
しまう。しかしながら、以上のように本発明によれば、
レチクルとは別に配置したアライメントマークを用い、
このマークの位置を計測し、レチクルの露光とは別に露
光するので、前記ような誤差が取り除かれ、正確に所定
の位置にアライメントマークを投影露光して形成するこ
とができ、ひいては、２層目以降の重ね合わせ露光を正
確に行うことができる。したがって、良好な液晶表示装
置や半導体デバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用い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の投影露光装置を真横から見た側面図であ
る。

【図３】図２に示される固定マークを形成した部材の拡
大図である。

【図４】１つの部材に、固定マークを形成した２つの部
材を固定的に配置した例を示す図である。

【図５】基準マーク、固定マーク（プレートアライメン
ト用マーク、位置計測用マーク）の例、及びスリットマ
ークによる信号レベルの例を示す図である。

【図６】図２のビームスプリッターの代わりに、分岐し
た光ファイバーを用いる例を示す図である。

【図７】レチクルに窓を設け、固定マーク検出系とレチ
クルマーク検出系、プレートアライメントマーク露光系
とレチクルパターン露光系とを共通に用いるようにした
例を示す図である。

【図８】本発明に用いる投影露光装置の別の例であり、
ステージ中に配置された光ファイバーを用いて、マーク
透過光を光電変換素子に導く例を示す図である。

【図９】本発明に用いる投影露光装置の別の例であり、
ステージ中に埋設された受光素子を用いて、マーク透過
光を検出する例を示す図である。

【図１０】基準マーク（ａ）及び固定マーク、レチクル
マーク（ｂ）並びに両者の重なった合成像（ｃ）の例を
示す図である。

【図１１】図１０に示される合成像を画像処理すること
によって、基準座標を基にしてプレートアライメントマ
ークとレチクルマークのステージ座標を検出する場合の
信号レベルの例を示す図である。

【図１２】本発明に用いる投影露光装置の別の例であ
り、固定マークがレチクルステージに設けられた例を示
す図である。

【図１３】図１２の投影露光装置において、固定マーク
のアライメントマークと基準マークとの相対位置を計測
する様子を示す図である。

【図１４】本発明の第１の実施の形態の方法において、
ベースラインを計測するステップを示すフローチャート
である。

【図１５】図１４に示すステップに続いて、基板に第１
層目を投影露光するところまでを示すフローチャートで
ある。

【図１６】図１５に示すステップの後、基板に第２層目
以下を投影露光するステップを示すフローチャートであ
る。

【図１７】本発明の第２の実施の形態の方法において、
ベースラインを計測するステップを示すフローチャート
である。

【図１８】図１７に示すステップに続いて、基板に第１
層目を投影露光するところまでを示すフローチャートで
ある。

【図１９】本発明の各実施の形態に関して、基板に第２
層目以上を投影露光する具体的ステップを示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１１２ 投影光学系 １２１、１２２、１２３、１２４ レチクル １４１ 基準マーク １５１、１５２、１５３ 固定マーク １６２、１６３、１６４、１６５ 受光素子 ２０１ プレートステージ ２０２ プレート ２０３ プレート干渉系 ３０１ シャッター ３０２、３０３、３０４、３０５ 光ファイバー ４０１、４０２ 部材 ４０３ 偏向部材 ４１１ リレーレンズ ４１２ ビームスプリッター ４１３ シャッター ５０１ レチクルステージ ５０２ レチクル移動鏡 ５０３ レチクル干渉系

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパターンが形成された原版を露光
   光によって照明し、投影光学系を介して、該照明された
   前記所定のパターンの像を感光性基板上に投影露光する
   投影露光方法において；前記投影露光とは独立に、前記
   原版と前記感光性基板との相対的な位置合わせを行うア
   ライメントマークを前記感光性基板上に形成する工程を
   含み、該アライメントマーク形成工程は；前記感光性基
   板を前記投影光学系について前記所定のパターンが形成
   された原版を配置すべき位置とほぼ共役な位置に配置す
   る第１の工程と；前記所定のパターンが形成された原版
   とは別の部材であって、前記感光性基板の位置合わせ用
   アライメントマークを形成した部材を、前記感光性基板
   とほぼ共役な位置に配置する第２の工程と；前記感光性
   基板に、前記投影光学系を介して前記部材に形成された
   アライメントマークを投影露光する第３の工程とを備え
   る；投影露光方法。
2. 【請求項２】 前記第１の工程が、位置計測系を有する
   基板ステージに前記感光性基板を載置する工程を含み；
   前記第３の工程が、前記アライメントマークの前記感光
   性基板上に転写される位置を、前記基板ステージの位置
   計測系を用いて計測することにより定める工程を含む；
   請求項１に記載の投影露光方法。
3. 【請求項３】 前記第２の工程が、前記部材を前記原版
   の配置されるべき位置と前記投影光学系の間の所定の不
   動位置に配置する工程を含み；前記第３の工程が、前記
   アライメントマークの前記感光性基板上に転写される位
   置を、前記投影光学系を介した、前記アライメントマー
   クと前記基板ステージに設けられた基準マークとの相対
   的位置を計測することによって定める工程を含む；請求
   項２に記載の投影露光方法。
4. 【請求項４】 前記部材は、前記アライメントマークが
   前記原版の所定パターンの配置される位置とほぼ同一平
   面内にあるように、前記原版を載置する原版ステージに
   対して固設されており；前記原版ステージは、その位置
   を計測する原版ステージ位置計測系を有しており；前記
   第３の工程が、 前記原版ステージを、前記アライメントマーク用パター
   ンが前記投影光学系の視野内に入るように移動する工程
   と；前記投影光学系を介した、前記アライメントマーク
   と前記基板ステージに設けられた基準マークとの相対的
   位置を、前記原版ステージ位置計測系と前記基板ステー
   ジの位置計測系とを用いて計測することによって、前記
   アライメントマークの前記感光性基板上に転写される位
   置を定める工程とを含む；請求項２に記載の投影露光方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の投影露光方法により、前記所定のパターンを感光性基
   板に投影露光することによって、液晶表示装置を製造す
   る方法。