JPH08330219A

JPH08330219A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH08330219A
Application number: JP7160063A
Authority: JP
Inventors: Seiji Miyazaki; 聖二宮崎; Eiji Goto; 英司後藤; Muneyasu Yokota; 宗泰横田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1996-12-13
Also published as: KR970002484A

Abstract

(57)【要約】【目的】照明光束の光軸の傾き調整誤差や、平坦度に
急峻な変化が生じた場合にも、高スループットのままマ
スクのパターンを感光基板上に良好に露光する。【構成】制御系１２では、マスク３と感光基板４が投
影光学系２の投影領域を通過して露光開始位置に搬送さ
れる際に、フォーカスセンサ（８Ａ、８Ｂ）の出力をモ
ニタしつつ所定のアライメントポイントで駆動系１４を
制御してフォーカス調整を行なった後、アライメントセ
ンサ７を用いてマスク３と感光基板４のアライメントマ
ーク位置を計測する。マスク３と感光基板４が露光開始
位置に搬送されると、露光開始前に、制御系１２では、
少なくとも記憶装置１１に記憶された所定のアライメン
トポイントにおけるアライメントセンサの検出情報に基
づいて駆動系１３を制御してマスク３と感光基板４との
アライメントを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型露光装置に係り、
例えば液晶表示デバイスの製造用としての好適な走査型
露光装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、この種の露光装置では、走査露光中
にマスクと感光基板の面内方向の相対位置（投影光学系
の光軸に直交する２次元方向の相対位置）と投影光学系
の光軸方向の位置とを検出するとともに、相対位置の位
置決め（アライメント動作）と光軸方向の位置決め（フ
オーカス動作）を同時（リアルタイム）に補正する方式
が採用されていた。

【０００３】しかしながら、この方式では装置自身に起
因した要因（機構的な応答性や制御系の精度等）や材料
に起因した要因（マスクや感光基板自身のもつ急峻な平
坦度の変化等）のために入力結果や検出結果に対する補
正動作が遅れ、補正動作が走査速度に追従しきれないこ
とがあつた。このような場合には常に良好な精度範囲内
にマスクと感光基板の位置関係を保つことができず、部
分的な解像度の低下に起因してデバイスの動作不良が発
生するおそれがあつた。

【０００４】例えば、マスクや感光基板の平坦度には厚
みばらつき、また、感光基板では特に、熱処理による変
形や支持面との間に混入した異物等によつて部分的に急
峻な変化が発生し易い。従つて、このような変化が発生
した場合には、変化量の検出から駆動系による位置補正
までの時間が走査速度に間に合わず、解像度の低下が発
生するおそれがあつた。

【０００５】また、レイアウト等の関係から補正量の検
出に使用される計測点を露光領域の外側に設けなければ
ならない場合には、補正量を直接求めることができない
ので急峻な変化に対応しきれないおそれがあつた。

【０００６】このような種々の問題を回避するための手
法として、走査速度を低下させて露光することが考えら
れるが、スループット（処理能力）の低下を避け得なか
つた。

【０００７】かかる事情の下、本願出願人は、往路であ
る露光開始位置への搬送中に、マスクと感光基板との光
軸方向の相対位置を予め計測し、この結果に基づいて復
路である走査露光中にマスクと感光基板との光軸方向の
相対位置を補正することを特徴とする走査型露光装置
を、特願平６−１１４７８２号として提案した。この発
明によれば、平坦度に予測不能なほど急峻な変化が生じ
た場合にも高スループットのままマスクと感光基板との
相対的な位置関係をほぼ適正な位置関係に補正して露光
することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平６−１１４７８２号の発明では、露光開始位置への
搬送途中に行われる任意の位置におけるマスクと感光基
板の相対的な位置関係の計測（アライメント計測）動作
の際に、マスクと感光基板の光軸方向の相対的な位置関
係に誤差（合焦誤差）があった場合に、この誤差に起因
してアライメント結果にも、次のような誤差が発生する
可能性のあることが、その後判明した。

【０００９】例えば、画像処理方式のアライメント方式
を採用した場合、適正な合焦制御後であれば、図５の上
段に斜線部ａで示されるようなマークの像が得られ、信
号処理領域ｂからは、これに対応して図５の中段に示さ
れるような立ち上がり、立ち下がりのエッジが明確なア
ライメントセンサの出力波形が得られる。しかしなが
ら、合焦誤差があると、符号ｃで示されるようなピント
ずれの像しか得られず、これに対応して信号処理領域ｂ
からは、図５の下段に示されるようなエッジ部がスロー
プ状となって不明確な波形しか得られない。この場合、
波形のスロープ部分の形状により、像のエッジ位置が異
なって検出され、マーク位置の検出結果に誤差が生じて
しまう。

【００１０】また、レーザ方式及び画像処理方式のいず
れのアライメント方式を採用した場合でも、図６に示さ
れるように、点線矢印ｅで示されるような光軸の傾きが
理想的に調整された照明光束の場合には、合焦誤差があ
ってもマークＭの位置計測には誤差は生じないのである
が、実線矢印ｆで示されるような光軸の傾き誤差θを有
する照明光束の場合は、その傾き誤差θ及び合焦誤差に
応じたマークＭの位置計測誤差ΔＬを生ずる。この光軸
の傾き誤差θは、調整不十分の場合のみでなく、レーザ
光を用いる場合等に非計測方向に意識的に持たせる場合
が少なからずある。

【００１１】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、照明光束の光軸の傾き調整誤差や、平
坦度に急峻な変化が生じた場合にも、高スループットの
ままマスクのパターンを感光基板上に良好に露光するこ
とができる走査型露光装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスクと感光基板を所定の走査方向に同期して移動
しつつ前記マスク上のパターンを投影光学系を介して前
記感光基板上に逐次転写する走査型露光装置であって、
前記マスクと前記感光基板との前記投影光学系の光軸に
直交する２次元方向の相対的な位置関係を検出する第１
の位置検出手段と；前記マスクと感光基板との前記光軸
方向の相対的な位置関係を検出する第２の位置検出手段
と；前記第１の位置検出手段で検出された前記マスクと
前記感光基板との前記光軸に直交する２次元方向の相対
的な位置関係の情報である第１の位置情報と、前記第２
の位置検出手段で検出された前記マスクと感光基板との
前記光軸方向の相対的な位置関係の情報である第２の位
置情報とが記憶される記憶手段と；前記マスクと前記感
光基板との前記光軸に直交する２次元方向の相対的な位
置関係を調整する第１の調整手段と；前記マスクと前記
感光基板との前記光軸方向に対する相対的な位置関係を
調整する第２の調整手段と；前記マスクと前記感光基板
が前記投影光学系の投影領域を通過して露光開始位置に
搬送される際に、前記第２の位置検出手段の出力をモニ
タしつつ所定のアライメントポイントで前記第２の調整
手段を制御して前記マスクと前記感光基板との前記光軸
方向に対する相対的な位置関係を調整した後、前記第１
の検出手段を介して前記マスクと前記感光基板との前記
光軸に直交する２次元方向の相対的な位置関係を検出す
る第１の制御手段と；前記マスクと前記感光基板を露光
開始位置に搬送後、露光開始前に、少なくとも前記記憶
手段に記憶された所定のアライメントポイントにおける
前記第１の位置情報に基づいて前記第１の調整手段を制
御して前記マスクと前記感光基板との前記光軸に直交す
る２次元方向の相対的な位置を調整する第２の制御手段
とを有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の走査型露光装置において、前記マスクと前記感光基板
とが露光開始位置へ搬送された後、露光終了までの間に
前記記憶手段に記憶された第２の位置情報に基づいて前
記第２の調整手段を用いて前記マスクと前記感光基板と
の前記光軸方向に対する相対的な位置関係を調整する第
３の制御手段を更に有する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の走査型露光装置において、前記第１の制御手段は、所
定のアライメントポイントで前記第２の調整手段を制御
した際に、前記記憶手段に前記第２の調整手段の制御量
を記憶すると共に、前記第３の制御手段は、前記記憶手
段に記憶された不連続な前記第２の位置情報と前記第２
の調整手段の制御量とに基づき、任意の位置における前
記マスクと前記感光基板との前記光軸方向に対する相対
的な位置関係の適正な補正値を表す補正マップを作成
し、露光中に前記補正マップに従って前記第２の調整手
段を制御することを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、第１の制御手
段では、マスクと感光基板が投影光学系の投影領域を通
過して露光開始位置に搬送される際に、第２の位置検出
手段の出力をモニタしつつ所定のアライメントポイント
で第２の調整手段を制御してマスクと感光基板との光軸
方向に対する相対的な位置関係を調整した後、第１の検
出手段を介してマスクと感光基板との光軸に直交する２
次元方向の相対的な位置関係を検出する。（ここで、マ
スクと感光基板との光軸方向に対する相対的な位置関係
とは、マスクと感光基板の光軸方向の間隔及びマスクと
感光基板の光軸に対する相対的な傾斜を意味し、マスク
と感光基板との光軸方向に対する相対的な位置関係を調
整するとは、マスク及び感光基板の少なくとも一方の光
軸方向の位置、マスク及び感光基板の少なくとも一方の
光軸に対する傾斜、の両方又はいずれか一方を調整する
こと、換言すればいわゆる合焦動作（フォーカス補正）
を意味する。以下の説明においても、これらは同様の意
味を有する。）第１、第２の制御手段で検出された第
１、第２の位置情報が記憶手段に順次記憶される。

【００１６】マスクと感光基板が露光開始位置に搬送さ
れると、露光開始前に、第２の制御手段では、少なくと
も記憶手段に記憶された所定のアライメントポイントに
おける第１の位置情報に基づいて第１の調整手段を制御
してマスクと感光基板との光軸に直交する２次元方向の
相対的な位置を調整する。これにより、合焦状態で計測
された第１の位置情報に基づいてマスクと感光基板のア
ライメントが行なわれるので、アライメント方式として
「ＣＣＤ等の撮像素子を用いた画像処理による構成」
や、「レーザ光等を用いる構成」のいずれの方式を採用
する場合でも、合焦誤差（ピントずれ）や照明光束の傾
き誤差に起因する計測誤差の発生を防止し、良好なアラ
イメント結果を得ることができる。

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、マスクと
感光基板とが露光開始位置へ搬送された後、露光終了ま
での間に、第３の制御手段では、記憶手段に記憶された
第２の位置情報に基づいて第２の調整手段を制御してマ
スクと感光基板との光軸方向に対する相対的な位置関係
を調整する。この場合、第３の制御手段では、露光開始
位置で、マスクと感光基板の光軸方向に対する相対的な
位置関係をグローバルに調整してもよく、あるいは、露
光中に、マスクと感光基板の光軸方向に対する相対的な
位置関係を逐次調整しても良い。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、第１の制
御手段では、マスクと感光基板が投影光学系の投影領域
を通過して露光開始位置に搬送される際に、第２の位置
検出手段の出力をモニタしつつ所定のアライメントポイ
ントで第２の調整手段を制御してマスクと前記感光基板
との光軸方向に対する相対的な位置関係を調整すると同
時に、記憶手段に第２の調整手段の制御量を記憶した
後、第１の検出手段を用いてマスクと感光基板との光軸
に直交する２次元方向の相対的な位置関係を検出する。
この場合において、アライメントポイントが複数あれ
ば、アライメントポイント毎に、第１の制御手段による
上記動作が繰り返し行なわれる。第１、第２の位置検出
手段で検出された第１、第２の位置情報が記憶手段に順
次記憶される。

【００１９】このようにして、マスクと感光基板が露光
開始位置に搬送されると、露光開始前に、第２の制御手
段では、少なくとも記憶手段に記憶された所定のアライ
メントポイントにおける第１の位置情報に基づいて第１
の調整手段を制御してマスクと感光基板との光軸に直交
する２次元方向の相対的な位置を調整する。

【００２０】マスクと感光基板が露光開始位置に搬送さ
れると、第３の制御手段では、記憶手段に記憶された不
連続な第２の位置情報と第２の調整手段の制御量とに基
づき、任意の位置におけるマスクと感光基板との光軸方
向に対する相対的な位置関係の適正な補正値を表す補正
マップを作成し、露光中に補正マップに従って第２の調
整手段を制御する。これにより、補正マップに従ってマ
スク及び感光基板の光軸方向に対する相対的な位置関係
が逐次調整される。

【００２１】これによれば、合焦制御に伴いマスク及び
感光基板の少なくとも一方が光軸方向へ移動されて、直
前までの測定基準が変更され計測結果が不連続になって
も、これが単一基準による連続的な計測結果に変換され
た補正マップが露光開始前に作成されるので、走査露光
中の合焦制御精度が低下することもない。

【００２２】かかる点で、マスクと感光基板の光軸方向
の相対位置を検出する第２の位置検出手段は、マスクと
感光基板の位置をそれぞれ個別に計測・記憶し、この結
果を演算することにより両者の相対距離を求める方式の
ものが望ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１ないし
図４に基づいて説明する。

【００２４】図１には、一実施例に係る走査型露光装置
１の構成が概略的に示されている。この走査型露光装置
１は、２つの投影光学系列（又は結像光学系列）２Ａ、
２Ｂで構成される投影光学系２（図２及び図３参照）を
上下から挟んで対向するようにキャリッジ５上に配置さ
れたマスク３及び感光基板４を紙面の左右方向（Ｘ方
向）に同期走査させることによりマスク３上に形成（又
は描画）された原画パターンを感光基板４に投影露光す
る方式のものである。

【００２５】ここで２つの投影光学系列２Ａ、２Ｂはそ
れぞれ図１のＹ方向（紙面直交方向）に沿って所定間隔
で配置された複数の投影光学系から成り、投影光学系列
２Ａを構成する投影光学系と投影光学系列２Ｂを構成す
る投影光学系は、Ｙ方向に所定寸法ずつずれて配置され
ている。即ち、全ての投影光学系をそれぞれ介して感光
基板４上に投影される像は、いわゆる千鳥状の配置とな
り、他の列における隣合う像のＹ方向の端部同士がＸ方
向に沿って相互に重複するような配置となる。これによ
り、投影光学系列２Ａ（又は２Ｂ）を構成する投影光学
系によつて投影される各投影領域のＹ方向の端部が一定
時間差をおいて投影光学系列２Ｂ（又は２Ａ）を構成す
る投影光学系によつて投影される各投影領域のＹ方向の
端部に重ね露光され、結果としてＹ方向に大きな面積を
一度の走査によつて露光できるようになっている。

【００２６】この走査型露光装置１の場合、マスク３及
び感光基板４をホルダ３Ａ及び４Ａへ搬送する搬送系
（図示せず）はＸ方向に沿った投影光学系２の両側では
なく片側にのみ配置されている。即ち、マスク３及び感
光基板４をホルダ３Ａ、４Ａ上に載置して露光を終了し
た後は、感光基板等を交換するためキャリッジ５を再度
搬送系の位置まで移動する必要がある。この走査型露光
装置１では、キャリッジ５が投影光学系２に対して外れ
た位置に設けられている搬送系から投影光学系２の位置
（投影領域）を通過して露光開始位置に走査される間
（往路走査の期間）にマスク３及び感光基板４の相対的
な位置関係を計測し、この計測結果に基づいてマスク３
と感光基板４との投影光学系の光軸に直交する２次元方
向の相対位置合わせを行ない、逆方向に走査（復路走
査）する際に、マスクと感光基板の光軸方向に対する相
対位置及び傾斜の調整（フォーカス補正）を行ないなが
らマスク３上に形成されたパターンを感光基板４上に投
影露光するようになっている。

【００２７】このように、本実施例の走査型露光装置１
では、必須の走査期間である往路走査時に相対的な位置
関係の検出期間を設けてこの期間にマスク３と感光基板
４との相対的な位置関係を検出しておくようにしたこと
により、スループットを低下させることなく、マスク３
及び感光基板４における平坦度の急峻な変化にも追従で
きるようにするものである。

【００２８】ここで、走査型露光装置１の構成各部につ
いて更に詳述する。

【００２９】前記マスク３及び感光基板４は、それぞれ
ホルダ３Ａ及び４Ａを介して断面コ字状のキャリッジ５
に取り付けられている。このキャリッジ５はレール６Ａ
に沿つて移動可能に本体６上に装備され、このキャリッ
ジ５の移動によつてマスク３と感光基板４との同期走査
が実現されるようになっている。

【００３０】キャリッジ５上方の投影光学系列２Ａ、２
Ｂに対応する位置には、照明光学系６Ｂが配置され、こ
の照明光学系６Ｂは図示しない保持部材を介して本体６
に保持されている。照明光学系６Ｂから射出された照明
光によつてマスク３上に形成（又は描画）された原画パ
ターンが照明されるようになっている。

【００３１】本実施例では、マスク３と感光基板４とを
正確に位置合わせするための第１の位置検出手段と、第
２の位置検出手段とが設けられている。

【００３２】第１の位置検出手段は、マスク３と感光基
板４とのＸＹ２次元方向（投影光学系の光軸に直交する
２次元方向）の相対位置の計測に用いられるアライメン
トセンサ７と、このアライメントセンサ７の検出信号を
処理するアライメント検出系９とから構成されている。
アライメントセンサ７は、投影光学系２と共に本体６に
固定されており、マスク３及び感光基板４の走査方向
（Ｘ方向）における任意の位置に配置された相対位置計
測用マーク（以下、「アライメントマーク」という）を
計測するためのもので、本実施例では、ＣＣＤカメラを
主構成とし、撮像画面の画像信号を出力するものが使用
されている。このアライメントセンサ７から出力される
画像信号がアライメント検出系９で処理されてマスク３
と感光基板４上にそれぞれ形成されたアライメントマー
クの位置関係（位置ずれ）が検出される。

【００３３】第２の位置検出手段は、マスク３と感光基
板４とのＺ軸方向（投影光学系の光軸方向）に対する相
対的な位置計測に用いられるフオーカスセンサ８（図２
（Ａ）参照）と、このフォーカスセンサ８の検出信号を
処理するフォーカス検出系１０とから構成されている。
フオーカスセンサ８は、発光素子８Ａと受光素子８Ｂの
２つの光学素子によつて構成され、発光素子８Ａから照
射されるスリツトの形状をした照明光をマスク３及び感
光基板４の面上に照射し、各面上に結像させたスリツト
像を受光素子８Ｂ上で再結像させ、各々の像の再結像位
置に対応した焦点ずれ信号を出力する。フォーカス検出
系１０は、この焦点ずれ信号に基づいてマスク３及び感
光基板４の光軸方向の基準点からの位置ずれ量をそれぞ
れ検出するようになっている。

【００３４】本実施例の場合、フオーカスセンサ８はＹ
軸方向に沿つて複数用意されている。また、これら複数
のフオーカスセンサ８は、フオーカスセンサ８による検
出点を結んだ直線が投影光学系列２Ａ、２Ｂのそれぞれ
による投影領域を結ぶ２本の直線に挟まれるように配置
されている。

【００３５】検出系９、１０の出力段には、記憶手段と
しての記憶装置１１が設けられている。この記憶装置１
１内には固定デイスク等の記憶媒体が設けられており、
アライメントセンサ７やフオーカスセンサ８による各測
定地点で得られた検出結果、即ち第１の位置情報Ｓ１、
第２の位置情報Ｓ２が記憶されるようになっている。

【００３６】本実施例では、記憶装置１１に記憶されて
いる位置情報に基づいてホルダ３Ａ及び４Ａを微調整し
たり、キャリッジ５の移動を制御する制御手段として制
御系１２が設けられている。この制御系１２は、本実施
例では、光軸方向についての検出結果である第２の位置
情報Ｓ２を基づいて後述するような補正マップを作成
し、記憶装置１１に記憶する機能をも備えている。

【００３７】前記駆動系１３はホルダ３ＡをＸ、Ｙ、θ
（Ｚ軸回りの回転）方向に微小駆動するようになってお
り、駆動系１４はホルダ４ＡをＸ、Ｙ、Ｚ方向に微小駆
動すると共に、Ｚ軸に対する傾斜をも調整するようにな
っている。更に、駆動系１５はキャリッジ５を走査方向
（Ｘ方向）に駆動する。従って、制御系１２では、駆動
系１３及び１４を介してマスク３と感光基板４のアライ
メントを行なうと共に、制御系１４を介してフォーカス
及びレベリングの補正を行なうようになっている。

【００３８】次に、上述のようにして構成された本実施
例の走査型露光装置１による一連の走査露光動作の一例
を図２及び図３に基づいて説明する。

【００３９】まず初期設定時、キャリッジ５は図２
（Ａ）に示されるように投影光学系２から外れた位置に
停止している。この位置に停止しているキャリッジ５の
ホルダ３Ａ及び４Ａに対して搬送系によりマスク３及び
感光基板４が取り付けられると、制御系１２によって駆
動系１５が制御され、露光開始位置へのキャリッジ５の
搬送が開始される。このときの搬送方向が図２（Ｂ）及
び（Ｃ）中における太矢印の示す方向である。このキャ
リッジ５の移動によつてマスク３及び感光基板４は同期
走査される。

【００４０】この往路走査の際に、制御系１２は記憶装
置１１内に記憶内容に基づき予め設定されている走査方
向に対する一定の測定間隔又は位置ごとにマスク３と感
光基板４との光軸方向の間隔をフオーカスセンサ８を用
いて逐一測定する。また同様に、予め設定されている任
意の個数のアライメントマーク位置（アライメントポイ
ント）において駆動系１５を介してキャリッジ５を一旦
停止させ、各位置において検出系１０からの位置情報
（特にアライメントマーク近傍のセンサ出力）に基づき
駆動系１４を制御してマスク３と感光基板４の光軸方向
の相対距離及び傾斜を適正に設定（即ちフォーカス調
整）した後、アライメントセンサ７を用いてマスク３と
感光基板４の相対的な位置ずれを計測する。このよう
に、合焦動作（フォーカス調整）の後、アライメント処
理を行うことにより、照明光束の光軸に傾斜誤差があっ
てもこれに影響を受けることなく、最適な状態でアライ
メント計測を行なうことができる。アライメント計測終
了後は、制御系１２では感光基板４の光軸方向の位置及
び傾斜を保ったまま、再び駆動系１５を介してキャリッ
ジ５を駆動し、以後は設定に従って、上記の処理を繰り
返す。このように、各アライメント位置でアライメント
計測に先だって合焦動作を行なうことにより、感光基板
４を保持するホルダ４Ａの位置を変更してしまうため
に、直前の位置（マスク３と感光基板４の光軸方向の間
隔）の計測結果との基準が変わり、これ以降の計測結果
と不連続となってしまうという問題があるが、本実施例
では独自の工夫により、この計測結果が不連続になるこ
とにより生ずる不都合を解消している。これについて
は、後に詳述する。

【００４１】上述した光軸方向の間隔とアライメントマ
ーク位置の計測とが終了すると、制御系１２では、逆方
向への走査（復路走査）によつてマスクパターンを感光
基板４上に露光するため、図３（Ｄ）に示されるよう
に、マスク３及び感光基板４が投影光学系２に対して完
全に離れた位置で駆動系１５を介してキャリッジ５を停
止させる。

【００４２】これと同時に、制御系１２は、複数のアラ
イメントマーク計測により得られ記憶装置１１に記憶さ
れているマスク３と感光基板４のＸＹ２次元方向の相対
的な位置関係の情報である第１の位置情報から最小二乗
法等を用いた手法によつてシフト、回転、倍率、直交
（走査方向に垂直な軸の傾き）等の各要素を導出し、こ
れらに基づいて制御信号を駆動系１３に与えることによ
りホルダ３Ａの設置位置を補正し、マスク３の感光基板
４に対する位置ずれを矯正する（アライメントを行な
う）。

【００４３】このとき、また、制御系１２は、投影光学
系２に設けられている倍率調整機構（図示せず）と、転
写像の転写位置を調整する像シフタ機構（図示せず）に
よつて倍率や転写像の配置の走査方向に対する直交度に
ついても矯正する。

【００４４】更に、本実施例では、この露光開始位置に
キャリッジ５が停止している状態で、制御系１２では、
記憶装置１１に記憶されている複数のフオーカスセンサ
８の計測結果である第２の位置情報を基に任意の位置に
おけるマスク３と感光基板４との光軸方向に対する相対
的な位置関係の適正な補正値を表す補正マップを作成す
る。

【００４５】ここで、この補正マップの作成について、
図４を用いて視覚的に説明する。

【００４６】前提として、感光基板４を保持するホルダ
４Ａを駆動系１４の中立の位置に設定した状態でフォー
カスセンサ８による計測が開始されるものとする。図４
（Ａ）は、縦軸に「光軸方向の適正な間隔からのマスク
３と感光基板４の変位量（センサ出力）」を、横軸には
「搬送途中における投影領域を通過するマスク３と感光
基板４の位置」を搬送系との受渡し位置と走査露光開始
位置をそれぞれ始点Ａと終点Ｅに取り、同一の座標系に
配したものである。

【００４７】また、ここでは、説明を簡単にするため、
図４（Ａ）の上段（初期状態）に示されるような正弦波
状の凹凸を持つ感光基板４と、これに対して位相が１８
０度ずれた正弦波状の凹凸を持つマスク３とを例にとっ
て説明する。

【００４８】フォーカスセンサ８による計測については
可能な限り連続して行わせ、図中のＢ点とＤ点でマスク
３と感光基板４のＸＹ面内の相対位置関係を計測するア
ライメント計測を行うこととする。

【００４９】第１アライメント位置であるＢ点に到
達するまでの区間（Ａ→Ｂの区間）では、感光基板４の
光軸方向の位置を示すセンサ出力は、図４（Ａ）の上段
（初期状態）に示す点線ｇのように変化する。

【００５０】第１アライメント位置であるＢ点にお
いては、アライメント計測の前に合焦動作が行なわれる
ため、マスク３と感光基板４の間隔が所定の値（設計
値）となるよう感光基板４を保持するホルダ４Ａの位置
が移動される。この結果、図４（Ａ）の中段に示される
ように、感光基板４の光軸方向の位置を示すセンサ出力
（点線ｇ’で示される）が、マスク３の光軸方向の位置
を示すセンサ出力（実線ｈで示される）と一致する。こ
の時、制御系１２では符号αで代表的に示される第１の
移動量（光軸方向（上下方向）の移動量と、傾斜量）に
対応する駆動系１４の制御量を記憶装置１１に記憶す
る。

【００５１】第１のアライメント位置でのアライメ
ント計測終了後（Ｂ→Ｄの区間）には、再度、マスク３
と感光基板４の相対間隔の計測が行われ、図４（Ａ）の
中段に示されるようなセンサ出力ｇ’が記録される。

【００５２】第２アライメント位置であるＤ点にお
いては、第１アライメント位置と同様に、合焦動作が行
なわれるために、図４（Ａ）の下段に示されるように、
感光基板４の光軸方向の位置を示すセンサ出力（点線
ｇ”で示される）が、マスク３の光軸方向の位置を示す
センサ出力（実線ｈで示される）と一致する。同様に、
この時、制御系１２では符号βで代表的に示される第２
の移動量（光軸方向（上下方向）の移動量と、傾斜量）
に対応する駆動系１４の制御量を記憶装置１１に記憶す
る。

【００５３】第２のアライメント位置でのアライメ
ント計測終了後（Ｄ→Ｅの区間）には、再度、マスク３
と感光基板４の相対間隔の計測が行われ、図４（Ａ）の
下段に示されるようなセンサ出力ｇ”が記録される。

【００５４】これら一連のセンサ出力を整理すると、同
図（Ｂ）に示されるようなものになり、マスク３側のセ
ンサ出力（ｈ）に対して不連続な感光基板４側のセンサ
出力（ｇ、ｇ’、ｇ”）が得られる。往路走査が終了し
た時点では、この図４（Ｂ）に示されるようなセンサ出
力が、記憶装置１１にデータマップとして記憶されてい
る。

【００５５】そこで、制御系１２では、記憶装置１１内
に記憶されたこのデータマップの内、感光基板４の光軸
方向の位置を示すセンサ出力のデータマップを上記第
１、第２の移動量α、βに対応する駆動系１４の制御量
を用いて補正することにより、同図（Ｃ）に示されるよ
うな連続データから成る感光基板４の光軸方向の位置の
補正マップを作成する。

【００５６】そして、この補正マップの作成が終了する
と、制御系１２は、図３（Ｅ）に示されるように、太矢
印で示す方向へのキャリッジ５の走査を開始し、マスク
３上に形成されたパターンの像を感光基板４上へ逐次投
影露光する。この露光中に、前記の補正マツプを基にマ
スク３と感光基板４の光軸方向の間隔及び光軸に対する
傾斜角の両方又はいずれか一方を逐次補正する。なお、
傾斜角は走査方向に沿つた方向についてでも良く、また
走査方向に対して直交する方向についてでも良い。これ
に加えて露光中に得られるフオーカスセンサ８の計測値
を用いることにより、補正マツプに従つた制御をより確
実に行うことができる。

【００５７】やがて搬送系の位置までキャリッジ５の走
査が終了すると、制御系１２はキャリッジ５を停止し、
現在ホルダ３Ａ、４Ａに取り付けられているマスク３及
び感光基板４を次に露光するマスク３及び感光基板４に
交換する。以上の動作が露光動作の１サイクルである。

【００５８】以上説明したように、本実施例によると、
キャリッジ５の往路走査時のマスク３と感光基板４との
アライメントマーク位置の計測時に、これに先立ってフ
ォーカス調整が実行されるので、仮に、照明光の光軸の
傾斜誤差が存在しても正確なアライメント計測が可能に
なり、これにより、露光開始位置でのマスク３と感光基
板４とを最小二乗法等を用いて正確に位置合わせするこ
とができ、また、走査露光中に感光基板４とマスク３の
光軸方向の間隔、光軸に対する傾斜を補正する場合に、
これに先立って必要なデータが予め取り込まれ、補正マ
ップが作成されているので、マスク３、感光基板４に部
分的に急峻な凹凸が存在しても感光基板４がマスク３に
対して常に適正な位置になるように制御することがで
き、これにより結像不良なく露光することができる。ま
た、この場合には、走査露光中に複雑な演算処理を必要
としないので露光時における走査速度を上げることがで
きる。従って、従来に比してスループットを向上でき、
また解像度の劣化のおそれなく露光することができる。

【００５９】また、本実施例では、マスク３と感光基板
４の光軸方向の相対位置を検出する第２の検出手段とし
て、マスク３と感光基板４の位置をそれぞれ個別に計測
・記憶し、この結果を演算することにより両者の相対距
離を求める方式のものを採用していることから、合焦制
御に伴うマスク３及び感光基板４の少なくともいずれか
一方の光軸方向への移動により直前までの測定基準が変
更され、計測結果が不連続になっても、前記マスク３及
び感光基板４の両方又はいずれか一方の光軸方向の移動
量（補正量）に基づいて不連続な計測結果を補正するこ
とで、単一基準による連続的な結果に変換することがで
き、これにより走査露光中の合焦制御精度が低下するこ
ともない。

【００６０】これまでの説明から明らかなように、本実
施例では、駆動系１３によって第１の調整手段が、駆動
系１４によって第２の調整手段がそれぞれ構成され、制
御系１２によって第１、第２、第３の制御手段が構成さ
れている。

【００６１】なお、上記実施例では、一対のセンサ出力
について述べたが、これが複数配置された場合において
も同様に、第１、第２の移動量とセンサの配置から、容
易に不連続な出力を連続的な出力に変換することが可能
である。

【００６２】また、上記実施例中の図４を用いた説明で
は、２箇所のアライメント位置を想定した場合について
述べたが、本発明はこれに限定されることはなく、それ
ぞれの場所においての移動量を記憶することにより、場
所の設定数の大小に関わらず、任意の数のアライメント
位置を設定することができることは、言うまでもない。

【００６３】なお、上記実施例では、復路走査における
露光中に、マスク３と感光基板４の光軸方向の間隔及び
光軸に対する傾斜角の両方又はいずれか一方を逐次補正
する場合について説明したが、投影光学系２を構成する
個々の投影光学系にはそれぞれ最適な解像力が得られる
フオーカス高さと範囲（焦点深度）があるので、制御系
１２は、これらを考慮してマスク３と感光基板４とが共
に焦点深度内に設定されるように、露光開始位置でこれ
らの光軸方向の間隔及び傾斜を補正しても良い。この場
合、制御系１２は、マスク３と感光基板４とが共に焦点
深度内に設定されるような近似面をマスク３を基準面と
して作成し、上記補正マップ（又はマスク側のセンサ出
力から成るデータマップ）に基づいて感光基板４（又は
マスク３）のフオーカス高さと複数の投影光学系の投影
領域を全て含む領域の面の傾きを最小二乗法等により導
出し、感光基板４の傾きが近似面と一致するように駆動
系１４を制御する。

【００６４】この場合には、上記補正処理によりマスク
３と感光基板４との相対的な位置関係は最適な条件に補
正されているため、マスク３と感光基板４の光軸方向位
置、傾斜を保持したまま、走査露光を実行しても結像不
良等のおそれは殆どない。

【００６５】なお、上記実施例では、走査露光中の補正
の際にはマスク３の位置を固定して感光基板４の高さ等
を逐次補正しても、感光基板４側を固定してマスク３側
を補正しても、あるいはマスク３と感光基板４とを同時
に補正してもよく、いずれの場合も解像度の劣化のおそ
れなく露光することができる。

【００６６】また、上記実施例では、投影光学系列を２
つ用いる走査型露光装置について例示したが、本発明は
これに限らず、投影光学系を１つないし１列しか用いな
い走査型露光装置にもまた３列以上用いる走査型露光装
置にも広く適用し得る。いずれの場合にも従来に比して
スループットが高く、かつ解像度劣化のすくない走査露
光を実現することができる。

【００６７】さらに、上記実施例においては、アライメ
ントセンサ７をＣＣＤカメラによつて構成する場合を例
示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、こ
れに代えてレーザ干渉式のアライメントセンサを使用し
てもよく、かかる場合であっても、照明光の光軸に傾斜
誤差が存在しても、これに影響を受けることなく、正確
なアライメント計測を行なうことができる。

【００６８】なお、上記実施例では、光軸方向の位置情
報を投影光学系列２Ａ、２Ｂを介さずに計測する場合、
即ち計測位置を露光領域の近傍に設ける場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、投影光学系列２Ａ、２
Ｂを介して光軸方向の位置を測定する場合、即ち計測位
置を露光領域内に設ける場合にも適用し得る。この場合
にはさらに露光量域内の位置情報を実測値として得られ
るため一段と補正精度を高めることができる。

【００６９】なお、アライメント動作の不要な露光処理
においては、露光開始位置へのマスク３、感光基板４の
搬送の際に搬送系を停止させずに、マスクと感光基板の
光軸方向の相対的な位置（間隔）の検出と、記憶装置１
１への記憶のみを行えばよい。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照明光束の光軸の傾き調整誤差や、平坦度に急峻な変化
が生じた場合にも、高スループットのままマスクのパタ
ーンを感光基板上に良好に露光することができるという
従来にない優れた効果がある。

【００７１】特に、請求項３記載の発明によれば、走査
露光中の合焦制御精度が低下することもないという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の走査型露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】図１の装置のキャリッジの往路走査時の動作説
明図である。

【図３】図１の装置のキャリッジの復路走査時の動作説
明図である。

【図４】制御系による補正マップの作成動作について説
明するための図である。

【図５】発明が解決しようとする課題を説明するための
図であって、ピントずれがアライメント計測に与える影
響を視覚的に示す図である。

【図６】発明が解決しようとする課題を説明するための
図であって、照明光束の光軸の傾斜誤差がアライメント
計測に与える影響を視覚的に示す図である。

【符号の説明】

１走査型露光装置２投影光学系３マスク４感光基板７アライメントセンサ（第１の位置検出手段の一
部）８フォーカスセンサ（第２の位置検出手段の一部）９アライメント検出系（第１の位置検出手段の一
部）１０フォーカス検出系（第２の位置検出手段の一部）１１記憶装置（記憶手段）１２制御系（第１の制御手段、第２の制御手段、第３
の制御手段）１３駆動系（第１の調整手段）１４駆動系（第２の調整手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクと感光基板を所定の走査方向に同期
して移動しつつ前記マスク上のパターンを投影光学系を
介して前記感光基板上に逐次転写する走査型露光装置で
あって、前記マスクと前記感光基板との前記投影光学系の光軸に
直交する２次元方向の相対的な位置関係を検出する第１
の位置検出手段と；前記マスクと感光基板との前記光軸
方向の相対的な位置関係を検出する第２の位置検出手段
と；前記第１の位置検出手段で検出された前記マスクと
前記感光基板との前記光軸に直交する２次元方向の相対
的な位置関係の情報である第１の位置情報と、前記第２
の位置検出手段で検出された前記マスクと感光基板との
前記光軸方向の相対的な位置関係の情報である第２の位
置情報とが記憶される記憶手段と；前記マスクと前記感
光基板との前記光軸に直交する２次元方向の相対的な位
置関係を調整する第１の調整手段と；前記マスクと前記
感光基板との前記光軸方向に対する相対的な位置関係を
調整する第２の調整手段と；前記マスクと前記感光基板
が前記投影光学系の投影領域を通過して露光開始位置に
搬送される際に、前記第２の位置検出手段の出力をモニ
タしつつ所定のアライメントポイントで前記第２の調整
手段を制御して前記マスクと前記感光基板との前記光軸
方向に対する相対的な位置関係を調整した後、前記第１
の検出手段を介して前記マスクと前記感光基板との前記
光軸に直交する２次元方向の相対的な位置関係を検出す
る第１の制御手段と；前記マスクと前記感光基板を露光
開始位置に搬送後、露光開始前に、少なくとも前記記憶
手段に記憶された所定のアライメントポイントにおける
前記第１の位置情報に基づいて前記第１の調整手段を制
御して前記マスクと前記感光基板との前記光軸に直交す
る２次元方向の相対的な位置を調整する第２の制御手段
とを有する走査型露光装置。
【請求項２】前記マスクと前記感光基板とが露光開始
位置へ搬送された後、露光終了までの間に前記記憶手段
に記憶された第２の位置情報に基づいて前記第２の調整
手段を制御して前記マスクと前記感光基板との前記光軸
方向に対する相対的な位置関係を調整する第３の制御手
段を更に有する請求項１に記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記第１の制御手段は、所定のアライメ
ントポイントで前記第２の調整手段を制御した際に、前
記記憶手段に前記第２の調整手段の制御量を記憶すると
共に、前記第３の制御手段は、前記記憶手段に記憶された不連
続な前記第２の位置情報と前記第２の調整手段の制御量
とに基づき、任意の位置における前記マスクと前記感光
基板との前記光軸方向に対する相対的な位置関係の適正
な補正値を表す補正マップを作成し、露光中に前記補正
マップに従って前記第２の調整手段を制御することを特
徴とする請求項２に記載の走査型露光装置。