JPH10308346A

JPH10308346A - 投影露光方法及び投影露光による半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH10308346A
Application number: JP9127953A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤; Nobutaka Fujimori; 信孝藤森; Masakazu Murakami; 雅一村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルの描画誤差等に左右されずに基板上
にアライメントマークを露光することができる投影露光
方法を提供する。【解決手段】実パターンとアライメントマークとが形
成された原版上の、そのアライメントマークを実パター
ンとは独立に基板上に投影露光して、基板上にアライメ
ントマークを形成する工程を含む投影露光方法。投影光
学系を介して、実パターンとは独立にアライメントマー
クを基板上に投影露光するので、原版の描画誤差に左右
されずに、また投影光学系にも依らない、基板上に露光
される実パターンと設計上目標とする所定の位置にアラ
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。

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
（プレート上にプレートアライメントマークを投影露光
するためのマークパターン（レチクル上にある）である
が、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、基板
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】通常レチクル上の少なくとも２点を検出し
てベースラインを求めているが、例えば、各レチクルを
画面継ぎにより１つのパネルを形成するときは、実際の
露光されるパターンの近傍にレチクルの位置計測用マー
クを複数点配置し、特に継ぎ部が切れ目無く１枚のパネ
ルとなるように前記マークを計測し、各レチクルの位置
合わせを行い露光する。

【０００７】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。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。更に、複
数のレチクルにて継ぎ露光を行う場合、継ぎ部が各レチ
クルで最適になるようにレチクル毎に、レチクルやステ
ージ（基板）の位置にて補正したり、投影光学系内の倍
率調整機構にて補正を行う為、レチクルに配置された基
板のアライメントマークも所定の位置から大きくずれを
生じてしまう。

【００１１】このような状態で、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。

【００１２】そこで本発明は、レチクルの描画誤差に左
右されずに、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
にして半導体デバイスを製造する方法を提供することを
目的とする。

【００１３】

【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、前記原版上の所定のパタ
ーン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を前記感光性基板上に形成
する工程は；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；前記原版
は、該原版上の所定のパターンと前記感光性基板との相
対的な位置合わせを行うためのアライメントマークを有
しており、該原版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、前記原版上
のアライメントマークを、前記投影光学系を介して、前
記所定のパターンとは独立に投影露光する第３の工程と
を備える。

【００１４】ここで、原版とはレチクルやマスクであ
り、原版上の所定のパターンとは例えば製品用実パター
ンであり、前記所定のパターンの像を投影露光する感光
性基板は、例えば液晶表示装置用プレートやシリコン基
板である。また原版の有するアライメントマークとは、
基板上に投影露光されて、２層目以下の重ね露光の際に
基板のアライメントに用いられる基板上のアライメント
マークを形成するためのパターンである。

【００１５】このように構成すると、感光性基板を投影
光学系について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ので、所定のパ
ターンが感光性基板上に投影露光でき、原版は、その上
の所定のパターンと感光性基板との相対的な位置合わせ
を行うためのアライメントマークを有しており、その原
版を感光性基板とほぼ共役な位置に配置するので、原版
上のアライメントマークを感光性基板上に投影露光で
き、感光性基板に、原版上のアライメントマークを、投
影光学系を介して、所定のパターンとは独立に投影露光
するので、レチクルの描画誤差に左右されずに、また投
影光学系にも依らない、基板上に露光される実パターン
と設計上目標とする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。

【００１６】上記発明では請求項２に記載のように、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、前記原版上の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んでもよ
い。

【００１７】また上記発明においては、請求項３に記載
のように、前記第３の工程が、前記原版上のアライメン
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、前記原版上の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んでもよ
い。

【００１８】このように構成すると、原版上のアライメ
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計測することにより定める
ので、マークの位置をステージ干渉系などの精度の高い
基板ステージの位置計測系の座標系で定めることができ
る。

【００１９】また、請求項２に記載の投影露光方法で
は、請求項４に記載のように、前記第２の工程が、位置
計測系を有する原版ステージに前記原版を載置する工程
を含み；前記第３の工程が、前記原版ステージを、前記
原版上のアライメントマーク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、前記原版上の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、前記原版上のアライメ
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
る工程とを含んでもよい。

【００２０】請求項５に係る発明による半導体デバイス
を製造する方法は、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工程を備える。ここで半導体デバ
イスとは、集積回路等の半導体チップのようなデバイス
の他、特に大型の基板（プレート）を用いる液晶表示装
置等も含む。

【００２１】このように構成すると、レチクルの描画誤
差に左右されずに、また投影光学系のディストーション
等にも依らずに、基板上に露光される実パターンに対し
て設計上目標とする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
うことができるので、品質の高い反動邸デバイス、特に
液晶表示装置が高いスループットで製造できる。

【００２２】以上のように、本発明の構成をとれば、原
版上に配置された原版の位置合わせ用マークと、原版上
の基板の位置合わせを行うためのアライメントマークが
投影光学系を介して、転写される位置を基準マークを用
いて計測し、この計測された各値を基に、基板にアライ
メントマークのみ、若しくは、原版の実パターンのみを
露光するため、アライメントマークは原版毎に持ってい
る原版の製造誤差、投影光学系のディストーション等の
影響を受けずに、所定の位置に正確に露光することが可
能になり、さらに、例えば継ぎ露光を行う場合に原版の
実パターンを各種の補正を行い、露光してもアライメン
トマークに影響を与えることなく実パターンに最適にな
るように補正、露光を行うことができる。即ち、原版上
の実パターンと原版上の基板のアライメントマークとを
計測し、各々独立に露光すれば、誤差なくアライメント
マークのみを所定の位置に正確に露光することができ、
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。

【００２３】

【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。

【００２４】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、基板ステージ２０１が、光源１０１
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３０２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。

【００２５】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。

【００２６】また、反射鏡１１１と投影光学系１１２と
の間には、本発明の所定のパターンである投影されるべ
き実パターンの形成されたレチクル１２１、１２２、１
２３、１２４を順次載置できる原版ステージ５０１（図
２参照）が設けられている。

【００２７】各レチクル例えばレチクル１２１には、図
７の（ａ）に示されるように、レチクルの中央部に配置
された矩形の投影露光領域に実パターン１２１Ｐが形成
されており、実パターン１２１Ｐの矩形の一辺に近接し
て複数のレチクルマークＲＭが形成されている。図７に
は４個のレチクルマークＲＭが示されているが、通常は
２個以上であれば何個であってもよい。またレチクル１
２１上の所定箇所には、実パターン１２１Ｐからある程
度離して２個のレチクルアライメントマークＲＡ１、Ｒ
Ａ２が形成されている。さらに実パターン１２１Ｐとは
独立して基板アライメントマークＰＭが形成されてい
る。図７の（ａ）では、基板アライメントマークＰＭは
実パターン１２１Ｐの外側に設けられているが、実パタ
ーン１２１Ｐにとって差し支えがなければ、図７の
（ｂ）に示されるように、その内部に形成してもよい。
また基板アライメントマークとして、レチクルマークＲ
Ｍのうちの１個を用いてもよい。

【００２８】他のレチクル１２２、１２３、１２４に
も、レチクル１２１と同様にＲマークＲＭ、実パターン
１２２Ｐ等、レチクルアライメントマークＲＡ１、ＲＡ
２、が形成されている。また必要に応じて、基板アライ
メントマークＰＭも形成されている。通常は、基板アラ
イメントマークＰＭは１層目を露光するレチクルのうち
１枚に形成されていればよいが、他のレチクルに形成さ
れていても、不要なら使用しなければよいし、基板アラ
イメントマークＰＭは最初のレチクルの露光時に露光し
なければならないものではなく、途中あるいは最後でも
よいからである。さらには、１層目のアライメントマー
クが消えてしまったり、不鮮明になるようなときには、
２層目以降に打ち直しをしてもよい。

【００２９】さらに投影光学系１１２の周囲には、基板
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）。

【００３０】また、基板ステージ２０１の位置を座標系
で計測するために、ステージ干渉計２０３が設けられて
いる。

【００３１】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基板ステージ２０１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。このように構成することによって、大型の角
形基板を載置するようなステージの大型化を避けること
ができる。

【００３２】また、投影光学系１１２と基板ステージ２
０１との間には、投影光学系用１１２のオートフォーカ
ス系２０４が設けられている。

【００３３】レチクルステージ５０１の、反投影光学系
側にはレチクルアライメント系４５１が設けられてい
る。この系によってレチクルアライメントマークＲＡ
１、ＲＡ２（図７）を観察して、不図示のレチクルステ
ージ干渉系等により、レチクルの位置を定めることがで
きる。

【００３４】次に図２を参照して、アライメントマーク
照明系、基準マーク照明系の構成を説明する。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。図
中、反射鏡１１１とレチクルステージ５０１との間には
コンデンサレンズ１１４（図１には不図示）が配置され
ており、コンデンサレンズ１１４とレチクルステージ５
０１との間には、ビームスプリッタ（光合成部材でもあ
る）４１２が、レチクル上の（基板）アライメントマー
クを投影光学系１１２を介して通過する光の光路中に配
置されている。ビームスプリッタ４１２は、分岐された
光路が投影光学系１１２の光軸に直角な方向に偏向され
るように配置されている。偏向された光路中には、光フ
ァイバー３０３から分岐した光ファイバー３０３ａの光
射出部が配置され、その射出部とビームスプリッタ４１
２との間にはリレーレンズ４１１が設けられている。ア
ライメントマークが形成されているレチクルの表面と前
記光射出部は、それぞれリレーレンズ４１１の焦点面に
なるように配置されている。

【００３５】一方、基準マーク１４１の基板ステージ側
には、反射鏡１７２が、投影光学系１１２を介して基準
マークを照明した場合の光の光路中に配置されている。
反射鏡１７２は、反射された光路が投影光学系の光軸に
直角な方向に偏向されるように配置されている。偏向さ
れた光路中には、光ファイバー３０３から分岐した光フ
ァイバー３０３ｂの光射出部が配置され、その射出部と
反射鏡１７２との間にはリレーレンズ１７１が設けられ
ている。基準マーク１４１と前記光射出部は、それぞれ
リレーレンズ１７１の焦点面になるように配置されてい
る。

【００３６】次に以上の構成をもった投影露光装置の作
動を説明する。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
１０１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１
００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、基板ステージ
２０１上に載置されたプレート２０２上（図１中、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。

【００３７】この露光装置の使用方法を、さらに図２を
参照して説明する。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が基板ステージ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（本発
明のアライメントマーク）の位置を計測する。

【００３８】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。

【００３９】図２を参照して、基準マーク１４１を用い
てレチクルの位置の計測の場合の説明を行う。計測は、
メイン照明１００系内のシャッター３０１で反射された
光を光ファイバー３０３によりステージ２０１上の基準
マーク（ＦＭ）１４１に導いて、これを照明して行う。
照明光は、不図示の干渉フィルタ等により、露光波長に
選択される。

【００４０】照明された基準マーク１４１の像は、投影
光学系１１２を介して、共役面に設置されたレチクル１
２１上のレチクル位置検出用マーク（以下「レチクルマ
ーク」と呼ぶ）ＲＭ上に結像する。更に、レチクルマー
クＲＭを通過した光は、メイン照明系１００の一部を通
過し、光電変換素子１０５にて受光される。

【００４１】ここで、基準マーク１４１のパターンは例
えば図３の（ａ）、レチクルマークＲＭのパターンは同
様に図３の（ｂ）に示されているようなスリットマーク
であり、ステージ２０１を走査することにより、受光素
子１０５にて検出される信号は、図３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、ステージ干渉計２０３にて基板ステー
ジ２０１の位置座標を計測することができる（図１４、
ＳＰ３、ＳＰ４）。

【００４２】このように基準マーク１４１を用いてレチ
クル１２１上の複数箇所に配置された（図７参照）各レ
チクルマークＲＭの位置を計測する。レチクルマークＲ
Ｍは、従来の技術で述べたように、レチクル１２１の描
画誤差を低減する目的で実パターン１２１Ｐの近傍に配
置され、かつ複数計測することにより平均化を行ってい
る。特にレチクルを複数枚例えば４枚（１２１、１２
２、１２３、１２４）用いて継ぎ露光により１つのパネ
ルを形成する場合には、継ぎ部が最適になるように補正
を行えるように、継ぎ部分の計測に重点をおいて実行さ
れる。

【００４３】次に図２を参照して、レチクル１２１上の
基板アライメントマーク（レチクル上のアライメントマ
ーク）ＰＭの計測について説明する。レチクルマークＲ
Ｍの検出と同様に、基準マーク１４１を光ファイバー３
０３ｂ、リレーレンズ１７１、反射鏡１７２を用いて照
明し、レチクル１２１上のアライメントマークＰＭ上に
基準マーク１４１の像を重ねて形成する。

【００４４】基準マーク１４１は、先に述べたスリット
マーク（図３（ａ）参照）で、スリットスキャンにより
アライメントマークＰＭを透過した光を検出する。受光
系は、アライメントマークＰＭを露光する為の光ファイ
バ３０３ａで導かれる光と分岐するように配置されたビ
ームスプリッタ４１２を透過し、レチクルマークＲＭの
場合と同様にメイン照明系１００内にある光電変換素子
１０５により受光する。

【００４５】ここで、通常レチクル１２１上のアライメ
ントマークＰＭの形態は、第２層目以降の基板のアライ
メントを実行するアライメント系により決定する。この
計測は、基準マーク１４１上にレチクルマークＲＭを計
測するためのマークと、レチクル１２１上のアライメン
トマークＰＭを計測するためのマークの両方を設けても
よいが、ここでは、基準マーク１４１のレチクルマーク
ＲＭ計測用のマークと、レチクル上のアライメントマー
クＰＭ計測用のマークを同一のスリットマーク（図３
（ａ）参照）としている。

【００４６】基板のアライメント系１３１〜１３４に
は、画像処理型の場合やレーザを用いたマークの散乱
光、若しくは回折光検出型等があり、各検出系に適した
マークが選択され、レチクル１４１上にアライメントマ
ークＰＭとして配置される。アライメントマークＰＭの
画像処理型マークを図４の（ａ）に、回折光検出型マー
クを図４の（ｂ）に示す。

【００４７】更に、先に述べたように基準マーク１４１
のレチクルマークＲＭを計測するためのマークは、スリ
ットマークで、ステージスキャンを行い、いわゆるスリ
ットスキャンにより位置を検出する。このマークにて各
アライメントマークＰＭを検出したときの信号を図４の
（ｃ）（画像処理型の場合）、（ｄ）（レーザ回折型の
場合）に示す。

【００４８】この信号を先のレチクルマークＲＭの検出
と同様に、ステージの位置を計測する干渉計２０３を用
い、例えば中点検出等を行うことにより位置を検出す
る。以上により、レチクル１２１上のレチクルマークＲ
ＭとアライメントマークＰＭの投影光学系１１２を介し
たステージ座標を求めるのである（図１４、ＳＰ２）。

【００４９】更に、レチクルをレチクル１２１〜１２４
と交換し、各レチクルにおいてレチクルマークＲＭを検
出し、更に、レチクル１２１以外にもアライメントマー
クＰＭがある場合には同様にそれらのアライメントマー
クＰＭも検出する。こうして各レチクルの位置を計測す
る（図１４、ＳＰ５、ＳＰ６）。

【００５０】更に、基準マーク１４１上に配置された画
像処理型マークや、レーザ回折光マーク等のアライメン
トマークＰＭを用いて、基板のアライメント系１３１〜
１３４の位置を検出すれば、いわゆるベースラインが求
まることとなる。

【００５１】次に図１、図２を参照して、露光について
説明する。まず基準マーク１４１を下げ、露光を行う基
板２０２をステージ２０１上に搬入する（図１５、ＳＰ
７）。

【００５２】更に、レチクルは、初めに露光を開始する
レチクル１２１を所定の位置にセットする（第１層目の
露光）。この時、セットする位置は、先に基準マーク１
４１にて計測した時の状態と同じになるようにし、その
位置は、レチクル１２１のみの位置を検出するレチクル
アライメント系４５１によって検出され制御される。基
準マーク１４１を用いて各マークを検出している時のレ
チクルアライメント系４５１による位置を記憶しておく
ことにより、同じ位置にセットできるのである（図１
５、ＳＰ８）。

【００５３】第１層目の露光時の基板２０２には、当然
アライメントマークＰＭ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、載置された基板
２０２を例えば、基板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。こうしてレチクル１２１、プレート２０２とも
位置合わせされ露光動作にはいる。

【００５４】まず、第２層目以降に基板２０２の位置合
わせを行う為のアライメントマークＰＭを露光する。通
常レチクルブラインド系は、メカニカルに最小設定開口
が決定されるため、レチクル１２１上のアライメントマ
ークＰＭの領域が大きくなりすぎることが多いが、この
場合には、図２あるいは図７に示されるようにレチクル
１２１の実パターン１２１Ｐとは別にその外側に配置さ
れたマークをアライメントマークＰＭとして用いること
が望ましい。ここには、当然のことながら後の実パター
ン１２１Ｐの露光時には、露光光は当たらない。

【００５５】この場合のアライメントマークＰＭの露光
は、先に述べた基準マーク１４１照明の為の光ファイバ
ー３０３を光ファイバー３０３ａに分岐して用い、リレ
ーレンズ４１１を介し、計測の時には透過したビームス
プリッタ４１２で反射させ、アライメントマークＰＭを
照明する。照明されたアライメントマークＰＭは、投影
光学系１１２を介して基板２０２上の所定の位置に露光
される（図１５、ＳＰ１０、ＳＰ１１）。

【００５６】露光量は、所定の露光量となるように例え
ば、前記光ファイバー３０３ａの一部の光を不図示の光
電変換素子によって直接検出したり、ビームスプリッタ
４１２を透過した光を検出したりして、図中のファイバ
ー３０３ａの出口にあるシャッタ３０８により所定の量
になるように制限されている。

【００５７】図５は、本発明の実施に用いられる別の投
影露光装置の例の概略構成を示す側面図である。図２で
は、ビームスプリッタ４１２により計測光と露光光を分
岐したが、図５に示されるような構成によっても本発明
は実施できる。図中、照明光学系１００、レチクルステ
ージ５０１、投影光学系１１２、基板ステージ２０１の
基本的構成は図２の場合と同様である。

【００５８】図２のビームスプリッタ４１２の代わりに
全反射の反射鏡４１４が置かれ、その投影光学系１１２
の光軸に直角な偏向方向にはリレーレンズ４１３（図２
のリレーレンズ４１１に対応）が配置されており、リレ
ーレンズ４１３の後側焦点面には後述の光ファイバの入
射端部（後述の光ファイバ３０３ａ’については射出端
部でもある）が配置されている。

【００５９】また光ファイバ３０３が、光ファイバ３０
３ａ、３０３ｂ、３０３ｃに分岐している点も図２の場
合と同様であるが、リレーレンズ４１３に光を導く光フ
ァイバ３０３ａは途中で切断されて中継部が組み込ま
れ、その先が光ファイバ３０３ａ’として構成されてい
る。すなわち光ファイバ３０３ａの光射出部３０４と光
ファイバ３０３ａ’の光入射部３０５との間にリレーレ
ンズ３０６が、光射出部３０４と光入射部３０５とが共
役になるように配置されており、さらに光射出部３０４
とリレーレンズ３０６の間あるいはリレーレンズ３０６
と光入射部３０５との間に、その間の光路を必要に応じ
て遮断するシャッタ３０７が配置されている。

【００６０】また光ファイバ３０３ａ’の射出端部３０
８は光ファイバ３０３ｄの入射端部にもなっており、光
ファイバ３０３ｄの射出端部にはＳＰＤ等の受光素子１
６１が設けられている。射出端部３０８は、２分割され
てそれぞれが光ファイバ３０３ａ’の射出端部と光ファ
イバ３０３ｄの入射端部として形成されていてもよい
し、光ファイバ３０３ａ’と光ファイバ３０３ｄがラン
ダムファイバ状に形成されて射出端部３０８となってい
てもよい。

【００６１】また光ファイバ３０３ｂの光射出端部とリ
レーレンズ１７１との間にはシャッタ１７３が設けられ
ている。

【００６２】このように構成することによって、図２の
場合にはビームスプリッタ４１２で光が分割されたが、
図５の場合には光ファイバ３０３ａ’、３０３ｄによっ
て分割される。そしてレチクル上のアライメントマーク
ＰＭを基板２０２（図５）に投影露光するときは、シャ
ッタ３０７を開、シャッタ１７３を閉とし光ファイバ３
０３ａ’により導かれる光により露光する。このときは
基板２０２が基板ステージ２０１上に載置されているの
で基準マーク１４１はステージ２０１内に退避してい
る。

【００６３】計測のときは、シャッタ３０７を閉、シャ
ッタ１７３を開とし、光ファイバ３０３ｂによって導か
れた光によって、ステージ２０１上の基板２０２の表面
が来るべき面まで突出した基準マーク１４１を照明し、
その像を投影光学系１１２を介してレチクル１２１上の
計測すべきマークに重ねて投影する。

【００６４】図６を参照して、図７の（ｂ）のように実
パターン１２１Ｐ内にアライメントマークＰＭを配置で
きる場合を説明する。図６に示されるようにメイン照明
系１００内のレチクルブラインド１０９が、光学系１１
０、１１４に関してレチクル１２１と共役な位置に配置
されている。レチクルブラインド１０９は、レチクル１
２１上の特定の箇所を照明できるように絞り込めるよう
な絞り構造を有している。

【００６５】このような構造により、レチクルブライン
ド１０９はレチクル上のアライメントマークＰＭを中心
とする小領域のみを照明するように絞られるので、レチ
クル１２１上のアライメントマークＰＭのみが基板２０
２上に露光される。このときには、メイン照明光を用い
て露光し、計測は光ファイバ３０３によって導かれた光
で基準マーク１４１を照明し、投影光学系１１２を介し
て、メイン照明系内の光電変換素子１０５を用いて行え
ばよい。こうしてレチクル１２１上のアライメントマー
クＰＭは、先に計測された値を基に、ステージ座標系２
０３で座標により指定される所定の位置に露光されるこ
とになる（図１５、ＳＰ９、ＳＰ１０、ＳＰ１１）。

【００６６】通常基板２０２のアライメントは、基板の
Ｘ、Ｙシフト、θ、倍率等を検出したり、更にそれらを
統計的に求める為に、複数点検出される。即ち、アライ
メントマークＰＭの露光も所定の位置になるように、図
８にアライメントマークＰＭ１〜ＰＭ６（図中十字マー
ク）で示されるように基板２０２の複数箇所に露光され
る。

【００６７】図８に示されるように、アライメントマー
クＰＭ１〜ＰＭ６が露光された基板２０２に実パターン
１２１Ｐ〜１２４Ｐの露光を開始する（図１５、ＳＰ１
２）。図中、点線内の数字が各レチクルに対応する。こ
の場合は、基板２０２上に４枚の液晶表示装置が、各液
晶表示装置が４枚のレチクル１２１〜１２４で製造され
る場合を示す。

【００６８】液晶表示装置とレチクル１２１〜１２４の
配置を示すために、基板２０２の露光領域にその中心Ｏ
を原点としてＸ軸、Ｙ軸をとる。ＸＹ座標の第１象限の
例えば座標（５０，５０）に点Ｏ₁をとりそれを原点と
して、Ｘ軸、Ｙ軸とそれぞれ平行なｘ₁軸、ｙ₁軸をと
る。同様にして、ＸＹ座標の第２象限の座標（−５０，
５０）に原点Ｏ₂、ｘ₂ｙ₂座標を、第３象限の座標（−
５０，−５０）に原点Ｏ₃、ｘ₃ｙ₃座標を、第４象限の
座標（５０，−５０）に原点Ｏ₄、ｘ₄ｙ₄座標をとる。

【００６９】ここで、レチクル１２１の実パターン１２
１Ｐを基板２０２のｘ₂ｙ₂座標の第２象限の領域に露光
し、次にｘ₁ｙ₁座標の第２象限の領域、ｘ₄ｙ₄座標の第
２象限の領域、ｘ₃ｙ₃座標の第２象限の領域といった順
番で露光する。レチクル１２１の露光が４枚分全て完了
したら、レチクル１２１をレチクル１２２に交換し、そ
の実パターン１２２Ｐを、レチクル１２１の場合と同様
に、基板２０２のｘ₂ｙ₂座標の第１象限の領域に露光
し、次にｘ₁ｙ₁座標の第１象限の領域、ｘ₄ｙ₄座標の第
１象限の領域、ｘ₃ｙ₃座標の第１象限の領域といった順
番で露光する。この際、レチクル１２１に対して継ぎ部
が最適になるように露光される（図１５、ＳＰ１３、Ｓ
Ｐ１４）。

【００７０】更に、レチクルは、レチクル１２３、１２
４と交換され、各継ぎ部が最適になるように、それぞれ
ｘ₂ｙ₂座標、ｘ₁ｙ₁座標、ｘ₄ｙ₄座標、ｘ₃ｙ₃座標の第
３象限、第４象限に順次露光される。ここで例えば、レ
チクル１２１とレチクル１２２の継ぎ部は、レチクル１
２１の右側とレチクル１２２の左側が継ぎ部となること
から投影光学系１１２から見れば、四角形のショットで
右側のディストーションと左側のディストーションが継
ぎ部で影響することになり、この継ぎ部が最小誤差にな
るように最適化される。このため、レチクル１２１のシ
ョットに対して、レチクル１２２のショットは、投影光
学系の倍率や、レチクルの位置、若しくは基板の位置を
わずかに所定位置に対してシフトさせたりすることによ
って、補正を加えることになる。即ち、従来のように基
板２０２のアライメントマークも同時に露光を行うと、
この補正量だけずれた位置に露光されることになり、こ
れを、実パターン１２１Ｐの露光とは独立に計測された
アライメントマーク即ちアライメントマークＰＭを露光
することにより、所定位置に正確に、投影光学系１１２
のディストーション、レチクルの製造誤差の影響を受け
ずに露光することが可能になる。

【００７１】以上より、基板２０２のアライメント用の
マークであるアライメントマークＰＭを所定位置に露光
できるため、第２層以降での重ね合わせ露光を行う場合
に正確に第１層目に重ね露光することが可能になる。こ
こでは、初めにアライメントマークＰＭを露光すること
としたが、レチクルの実パターン１２１Ｐ他の露光を終
了した後にアライメントマークＰＭを露光してもよい
し、スループットを重視して、レチクルの実パターン１
２１Ｐ他とアライメントマークＰＭを任意の順で露光し
てもよい。

【００７２】図９は、本発明の実施に用いられるさらに
別の投影露光装置の例の概略構成を示す側面図である。
この装置では、レチクルマークＲＭと基準マーク１４１
を検出する系の構成として、照明光にメイン照明光を用
いている。図９の装置では、反射鏡４１２ａ、リレーレ
ンズ４１１ａは、図５の場合の反射鏡４１４、リレーレ
ンズ４１３に対応して同様に構成されている。但し、光
ファイバー３０３ａは途中で切断されておらず、図２の
場合の光ファイバ３０３ａと同様な構成である。図中、
集光レンズ３０２からの光を受光して導く光ファイバ３
０３は、光ファイバ３０３ａと光ファイバ３０３ｂに分
割されているが、光ファイバ３０３ｂはレチクル上の別
の領域を照明する、リレーレンズ４１１ａ、反射鏡４１
２ａと同様な構成を有する、リレーレンズ４１１ｂ、反
射鏡４１２ｂに接続されている。

【００７３】一方、図９に示されるように基準マーク１
４１を用いた計測用の受光系はステージ２０１中に組み
込まれている。即ち、基準マーク１４１の下側、ステー
ジ２０１内側には反射鏡１７３が配置されており、光路
をステージ２０１の表面に平行な方向に偏向する。その
偏向された先にはリレーレンズ１７４が配置されてお
り、その先には光ファイバ３０３ｅの光入射端部があ
る。基準マーク１４１と光ファイバ３０３ｅの光入射端
部とは、リレーレンズ１７４に関してそれぞれ前側焦点
と後側焦点に位置している。また、光ファイバ３０３ｅ
はステージ２０１から外部に導き出され、その光射出端
部にはＳＰＤのような光電変換素子１６２が、外部のベ
ース上に固設されている。

【００７４】このような構成により、光ファイバ３０３
ａを経由して、リレーレンズ４１１ａ、反射鏡４１２
ａ、レチクル１２１（例えばレチクルマークＲＭ）、投
影光学系１１２を介して基準マーク１４１が照明され、
例えばレチクルマークＲＭが重ねて投影される。照明さ
れ基準マーク１４１を透過した光は、反射鏡１７３、リ
レーレンズ１７４を介して、さらに光ファイバ３０３ｅ
を経由して光電変換素子１６２によって検出される。こ
のようにして、レチクルマークＲＭと基準マーク１４１
の透過光量が、装置固有の位置に配置された光電変換素
子１６２によって検出される。

【００７５】更に、レチクル１２１上のアライメントマ
ークＰＭと基準マーク１４１の位置計測は次のようにし
てなされる。メイン照明系より、光ファイバー３０３ａ
を経由して導かれた照明光によりレチクル１２１上のア
ライメントマークＰＭが照明され、このアライメントマ
ークＰＭ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。

【００７６】レチクル１２１上のアライメントマークＰ
Ｍの基板２０２上へ露光は、同光学系を用いてなされ
る。

【００７７】光電変換素子１６２は、ステージ２０１中
でもよいが、本実施の形態では、受光素子１６２自身の
発熱による周囲の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３０３ｅにて導かれてい
る。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、パターンのエッジを利用
するナイフエッジ方式等が考えられる。

【００７８】図１０は、本発明の実施に用いられるさら
に別の投影露光装置の例の概略構成を示す側面図であ
る。この装置では、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１６３が用いられている。
即ち、基準マーク１４１の下側、ステージ２０１の内側
には、反射鏡が図９に示されるのと同様に設けられてお
り、偏向された光路中で撮像素子１６３との間には、第
１リレーレンズ１７６、第２リレーレンズ１７７から成
る拡大光学系１７５が配列されており、基準マーク１４
１の像が拡大されて撮像素子へ導かれる。基準マーク１
４１と撮像素子１６３とは、拡大光学系１７５に関して
共役に配置されている。

【００７９】この場合には、例えば基準マーク１４１に
図１１の（ａ）に示されるような正方形の額縁状のマー
ク、アライメントマークＰＭとレチクルマークＲＭに図
１１の（ｂ）に示されるような縦横の線がそれぞれ３本
の線からなる十文字のマークを配置すれば、撮像素子１
６３に映し出させる合成像は、図１１の（ｃ）図に示さ
れるように、額縁状の枠に十文字が重なり、全体として
田の字状の像になる。

【００８０】この像を図１２の点線に示されている領
域、即ち田の字の中央の十字線を形成する３本の線と、
それを挟む田の字の外画線とを横切る領域を、縦横２通
りにて画像処理を行うことにより、基準マーク１４１と
アライメントマークＰＭまたは、基準マーク１４１とレ
チクルマークＲＭの相対位置、つまりは、基準マーク１
４１を基に、アライメントマークＰＭと、レチクルマー
クＲＭのステージ座標値を検出することが可能となる。

【００８１】ここでは、パターンのエッジ検出による画
像処理アライメント系を用いて説明したが、例えば、相
関による画像処理を用いてもよく、この場合には、ター
ゲットとなるマークを登録し、相関によりマークの中心
を求めることが可能になり、アライメントマークＰＭ、
レチクルマークＲＭのパターンの形状に左右されずに各
マークの位置計測が可能になる。

【００８２】更に、例えば、基準マーク１４１を用いず
にアライメントマークＰＭや、レチクルマークをリレー
光学系によりＣＣＤ１６３上に結像させ、このＣＣＤの
画素を基準にして、アライメントマークＰＭとレチクル
マークＲＭを検出してもよい。但し、この場合には、第
２層目以降の基板２０２の位置をアライメントするプレ
ートアライメント系１３１〜１３４の位置とレチクル１
２１の位置の相対位置関係を求める、いわゆるベースラ
インを計測する為の基準マーク１４２（不図示）を別に
配置する必要がある。

【００８３】更に、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。このような場合のレチクルブラインド１０
９は、例えば幅広のＬ字形の２枚の遮光板を同一平面内
で互いに逆方向に組み合わせてロの字として、両者をそ
の平面内で相互に移動させて、ロの字の中心に形成され
る開口の大きさ及び位置を調整する。

【００８４】例えば図７の（ａ）に示されるように、レ
チクル１２１の実パターン１２１Ｐの外に配置されたア
ライメントマークＰＭの露光は、アライメントマークＰ
Ｍの位置検出を行ったファイバー型の照明系を用いて露
光すればよく、同図の（ｂ）に示されるように、実パタ
ーン１２１Ｐ内にある場合には、レチクルブラインド１
０９によってアライメントマークＰＭの近傍の領域に絞
り込み、アライメントマークＰＭのみを露光すればよ
い。

【００８５】更に、レチクル１２１の実パターン１２１
Ｐの外に配置されたアライメントマークＰＭの露光は、
図２に示される第１の実施の形態で述べたように、露光
量を検出する光電変換素子（不図示）とシャッター３０
８にて所定の露光量となるようにしてある。

【００８６】また、図１３は、本発明の実施に用いられ
るさらに別の投影露光装置の例の概略構成を示す側面図
である。この装置の基本的構成は図１０に示された装置
と同様であるが、光ファイバ３０３ａ、光学系４１１、
反射鏡４１２ａの代わりに、レチクル１２１の実パター
ン１２１Ｐの外に配置されたアライメントマークＰＭを
メイン照明１００により照明できるように、偏向部材４
０１をコンデンサレンズ１１４とレチクルステージ５０
１との間に挿入し、メイン照明光をアライメントマーク
ＰＭ位置に導けるように構成されている。偏向部材４０
１は投影光学系１１２を介してレチクル１２１上のマー
クを透過した光の光路を投影光学系１１２の光軸に直角
な方向（あるいはレチクル１２１の表面に平行な方向）
に偏向する全反射面４０１ａと、その偏向された光路を
投影光学系１１２の光軸に平行な方向に再度偏向する全
反射面４０１ｂを有する、平行四辺形の断面をもつプリ
ズムで形成されている。

【００８７】更に、レチクル１２１の実パターン１２１
Ｐの外に配置されたアライメントマークＰＭの検出と露
光は、レチクル１２１をＸＹθに移動可能となるような
レチクルステージ５０１上と、そのレチクルステージ５
０１の位置を計測する不図示のレチクル干渉計と、その
計測値に基づいてレチクルステージ５０１を駆動し制御
する不図示の駆動装置により、レチクル１２１を移動さ
せて露光をおこなってもよい。このときは、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露光することが望
ましい。

【００８８】以上本発明の実施に適した投影露光装置の
種々の例に即して、本発明を説明したが、図１４〜図１
６を参照して、本発明の実施の形態をまとめて説明す
る。

【００８９】図１４は、基板上に第１層目を投影露光す
る方法を示したフローチャートである。図１５は、図１
４の続きである。

【００９０】アライメントマークＰＭの形成された第１
のレチクル１２１を原版ステージ５０１上に載置し、レ
チクルアライメト系４５１でレチクル１２１をアライメ
ントする（図１４、ＳＰ１）。ここで、レチクルアライ
メント系４５１は投影光学系１１２に対して相対位置固
定されており、レチクルのアライメントは、レチクルア
ライメント系４５１でレチクルアライメントマークＲＡ
１、ＲＡ２（図７参照）を観察して、一致したところの
レチクルステージ干渉系不図示による座標を知ることに
よって行われる。別の方法として、レチクルを原版ステ
ージ５０１に対して所定の位置に置くことによっても行
うことができる。

【００９１】次に原版ステージを移動し、レチクル１２
１上のアライメントマークＰＭの位置を所定の位置に置
き、そのときの原版ステージ座標を記録し、基板ステー
ジ上の基準マークと投影光学系を介してレチクル上のア
ライメントマークＰＭと一致させ、そのときの基板ステ
ージの座標を記録する（ＳＰ２）。

【００９２】一方、プレートアライメント系（図１、１
３１〜１３４）の位置を、基準マークにより計測し、そ
ときの基板ステージ座標を記録する（ＳＰ３）。この工
程は、工程ＳＰ１から後述するＳＰ６の前後、どこで行
ってもよい。

【００９３】レチクル１２１上のレチクルマークＲＭ
（図７参照）の位置を投影光学系１１２を介して基準マ
ーク１４１により、基板ステージ干渉系２０３で計測
し、基板ステージ座標を求め記録する（ＳＰ４）。レチ
クルマークＲＭは通常２個以上設けられているが、それ
ら全てについて計測する。

【００９４】次にレチクル１２１の代わりに、レチクル
１２２を原版ステージ上に載置する（ＳＰ５）。そして
レチクル１２１のときと同様に、レチクル１２２上のレ
チクルマークＲＭの位置を計測する（ＳＰ６）。このよ
うにして、最後のレチクルである、本実施の形態ではレ
チクル１２４まで同様にして、レチクルマークを全て計
測する。なお、レチクル１２１以外にアライメントマー
クＰＭが形成されている場合には、それも計測する。こ
のようにして、各レチクルのベースラインが計測され
る。

【００９５】図１５を参照して、続きの工程を説明す
る。最後のレチクル１２４のベースラインが計測された
ら、基準マーク１４１を退避させて基板ステージ２０１
上に基板２０２を載置する（ＳＰ７）。基板の露光面は
レチクルのパターン面と共役な位置に置かれる。その際
には合焦装置２０４（図１）が用いられる。

【００９６】続いてレチクル１２１を原版ステージ５０
１上に載置して、レチクルアライメント系４５１でアラ
イメントする。レチクル１２１は、レチクルステージ５
０１上に、ベースラインが計測されたときと同一位置に
置くことができれば問題はないが、通常は多少ずれる。
その状態でレチクルアライメント系４５１でレチクルア
ライメントマークＲＭ１、ＲＭ２を観察し一致したとこ
ろで、レチクルステージの座標を読めばよい。そしてベ
ースライン計測時の座標と今回の座標とを比較して修正
すれば、レチクルをベースライン計測時と同一位置にア
ライメントすることができる（ＳＰ８）。

【００９７】次に、基板２０２の位置を基板ステージ干
渉系２０３で計測し、基板ステージ２０１の位置を不図
示の基板ステージ駆動装置で駆動調節し基板アライメト
マークＰＭを転写する位置を定める（ＳＰ９）。

【００９８】一方レチクル１２１上のアライメトマーク
ＰＭを、所定位置に設定する（ＳＰ１０）。これはアラ
イメント工程ＳＰ８と同時に行ってもよい。

【００９９】このようにして、レチクル１２１と基板２
０２が適切に設定されたところで、レチクル１２１上の
アライメントマークＰＭを基板２０２上に投影露光して
転写する（ＳＰ１１）。

【０１００】次にレチクル１２１上の実パターン１２１
Ｐ（図７）を露光すべき位置を、基板ステージ２０１を
移動し基板ステージ干渉系２０３で計測しながら定め、
位置が定まったところで実パターン１２１Ｐを基板２０
２上に投影露光して転写する（ＳＰ１２）。この実パタ
ーン１２１Ｐの転写工程と、アライメントＰＭの転写工
程とは前後逆でもよい。即ち工程１２は例えば工程ＳＰ
９の前でもよい。

【０１０１】図８に示されるように、１枚の基板上に複
数の半導体デバイス例えば液晶表示装置を製作する場合
は、基板ステージ２０１を移動して、実パターン１２１
Ｐを形成すべき次の位置を定めて、最初の位置の場合と
同様にして投影露光する。図８中、ＸＹ座標の第３象限
のｘ₃ｙ₃座標の第２象限に実パターン１２１Ｐを投影露
光したところでレチクル１２１による露光が完了する。

【０１０２】次にレチクル１２２を原版ステージ５０１
上に載置する（ＳＰ１３）。同様にして実パターン１２
２Ｐを、図８のＸＹ座標の第２象限のｘ₂ｙ₂座標の第１
象限から始めて、ＸＹ座標の第３象限のｘ₃ｙ₃座標の第
１象限まで、基板２０２上に次々と投影露光する（ＳＰ
１４）。最後のレチクル１２４まで投影露光が完了した
ら、基板２０２を投影露光装置からはずして現像処理す
る（ＳＰ１５）。これで１層目の形成が完了する。

【０１０３】次に、図１６を参照して、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。

【０１０４】前記のようにして第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。図１６に示されるように、まず、基
板ステージ２０１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、１３
４）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２０１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１６、ＳＰ２０）。

【０１０５】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ＰＭ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１６、ＳＰ２１）。

【０１０６】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
６、ＳＰ２２）。

【０１０７】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４５１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５０１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１６、ＳＰ２
３）。

【０１０８】次に、投影光学系１１２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２
０２に投影露光する（図１６、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Ｓ
Ｐ２４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ＳＰ
２２、ＳＰ２３及びＳＰ２４を繰り返し行う。

【０１０９】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１６）。

【０１１０】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。

【０１１１】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ＰＭを用いて、最終的に、レチクル１２１他
と感光性基板２０２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。

【０１１２】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ＰＭ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ＰＭを感光性
基板に形成（露光）しても良い。

【０１１３】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、本発明はその他の
半導体デバイス例えばプラズマ・ディスプレイ・パネル
等の表示装置、ＣＣＤ等の撮像素子、薄膜磁気ヘッド、
集積回路チップ等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
液晶表示装置やその他の半導体デバイスを製造すること
ができる。

【０１１４】

【発明の効果】以上のように、本発明の構成をとれば、
原版上のアライメントマークが投影光学系を介して転写
される位置を基準マークを用いて計測し、この計測され
た値を基に、基板にアライメントマークのみ、若しく
は、原版の実パターンのみを露光するため、アライメン
トマークは原版毎に持っている原版の製造誤差、投影光
学系のディストーション等の影響を受けずに、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
に正確に露光することが可能になり、さらに、例えば継
ぎ露光を行う場合に原版の実パターンを各種の補正を行
い、露光してもアライメントマークに影響を与えること
なく実パターンに最適になるように補正、露光を行うこ
とができる。即ち、原版上の実パターンと原版上の基板
のアライメントマークとを計測し、各々独立に露光すれ
ば、誤差なくアライメントマークのみを所定の位置に正
確に露光することができ、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。またそのように
してアライメントマークが形成されるので、正確に重ね
合わせ露光が行われ、高品質の液晶表示装置等半導体デ
バイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いられ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】本発明の実施に用いられる基準マークの例、レ
チクルマークの例、走査信号レベルの例を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施に用いられるレーザ回折マークの
例、画像処理用マークの例、走査信号レベルの例を示す
図である。

【図５】本発明の実施に用いられる、光ファイバに中継
部が設けられた投影露光装置の場合の概略構成を示す側
面図である。

【図６】本発明の実施に用いられる、レチクルブライン
ドを絞り込んでレチクル上のマークを照明する投影露光
装置の場合の概略構成を示す側面図である。

【図７】本発明の実施に用いられるレチクル上の基板ア
ライメントマーク、実パターン、レチクルアライメント
マークの形状及び配置の例を示す、レチクルの平面図で
ある。

【図８】本発明の実施における、基板上に形成されたア
ライメントマーク、実パターンの露光される順序及び配
置の例を示す、基板（プレート）の平面図である。

【図９】本発明の実施に用いられる、光電変換素子が基
板ステージとは分離して設けられた投影露光装置の場合
の概略構成を示す側面図である。

【図１０】本発明の実施に用いられる、受光素子ＣＣＤ
が基板ステージ内に設けられた投影露光装置の場合の概
略構成を示す側面図である。

【図１１】本発明の実施に用いられる基準マーク、レチ
クル上のレチクルマーク、基板アライメントマークの
例、及びそれらを重ねた状態を示す平面図である。

【図１２】図１１の基準マークと、レチクルマークある
いは基板アライメントマークを重ねたものを縦横に走査
したときの走査信号レベルの例を示す図である。

【図１３】本発明の実施に用いられる、偏向プリズムを
用いた投影露光装置の場合の概略構成を示す側面図であ
る。

【図１４】本発明の実施の形態である第１層目の投影露
光の工程を説明するフロー図である。

【図１５】図１４の続きの工程を説明するフロー図であ
る。

【図１６】本発明の実施の形態である第２層目以降の投
影露光の工程を説明するフロー図である。

【符号の説明】

１１２投影光学系１２１、１２２、１２３、１２４レチクル１２１Ｐ実パターン１３１、１３２、１３３、１３４プレートアライメン
ト系１４１基準マーク１００照明光学系１０５、１６１、１６２、１６３受光素子１０９レチクルブラインド１７１リレーレンズ１７２反射鏡１７３シャッター１７５拡大光学系２０１プレートステージ２０２プレート２０３ステージ干渉系２０４オートフォーカス系３０１シャッター３０２集光レンズ３０３光ファイバー３０７、３０８シャッター４０１偏向部材４１１リレーレンズ４１２ビームスプリッタ４１３リレーレンズ４１４反射鏡４５１レチクルアライメント系５０１レチクル（原版）ステージＰＭ基板アライメントマークＲＡ１、ＲＡ２レチクルアライメントマークＲＭレチクルマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【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
原版上の所定のパターン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を前記
感光性基板上に形成する工程は；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；前記原版は、該原版上の所定のパターンと前記
感光性基板との相対的な位置合わせを行うためのアライ
メントマークを有しており、該原版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、前記原版上のアライメントマークを、前記投影光
学系を介して、前記所定のパターンとは独立に投影露光
する第３の工程とを備える；投影露光方法。
【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、前記原版上の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。
【請求項３】前記第３の工程が、前記原版上のアライ
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、前記原版上のアライメントマ
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。
【請求項４】前記第２の工程が、位置計測系を有する
原版ステージに前記原版を載置する工程を含み；前記第
３の工程が、前記原版ステージを、前記原版上のアライメントマーク
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、前記原版上のアライメン
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、前記原版ステージの位置計測系と前記
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、前記原版上の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。
【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、半導体デバイスを製造
する方法。