JPH09306802A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH09306802A
JPH09306802A JP8116249A JP11624996A JPH09306802A JP H09306802 A JPH09306802 A JP H09306802A JP 8116249 A JP8116249 A JP 8116249A JP 11624996 A JP11624996 A JP 11624996A JP H09306802 A JPH09306802 A JP H09306802A
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雅一 村上
Hiroshi Shirasu
廣 白数
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフ・アクシス方式の基板アライメント系を
備える投影露光装置において、アライメント時間を短縮
してスループットを増大し、かつ基板ステージのストロ
ークを長くすることなしに大きなサイズの感光基板を露
光することができるようにする。 【解決手段】基板ステージ31上の異なる位置に基準マ
ークを有する基準部材FPa,FPbを複数個配置し、
またそれら複数の基準マークを観察できるオフ・アクシ
ス方式の基板アライメント系60a,60bを複数設け
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、半導体素子や液晶
ディスプレイの製造に使用される投影露光装置に関し、
特にオフ・アクシス方式の基板アライメント系を備えた
投影露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】オフ・アクシス方式の基板アライメント
系を備える投影露光装置は、フォトレジスト等の感光剤
を塗布したウエハやガラスプレート等の感光基板を保持
して2次元移動する基板ステージ上に、基準となるマー
クを有する基準部材を固設し、この基準部材を用いてオ
フ・アクシス・アライメント系と投影光学系との間の距
離、いわゆるベースライン量を管理している。
【0003】図5は、従来の投影露光装置のベースライ
ン計測の原理を模式的に示した図である。マスク10に
は、図5(a)に略示するように、マスク中心Cを挟ん
で対称な位置にマークRMaとマークRMbが設けられ
ている。マスク10はマスクステージ11上に保持さ
れ、このマスクステージ11はマスク10の中心Cを投
影光学系20の光軸AXと合致させるように移動され
る。基板ステージ31上には、感光基板の表面に形成さ
れたアライメントマークと同等の基準マークFMを有す
る基準部材FPが感光基板と干渉しない位置に付設さ
れ、この基準マークFMが投影光学系20の投影視野内
の所定位置にくるように基板ステージ31を位置決めす
ると、マスク10の上方に設けられたTTL(スルー・
ザ・レンズ)方式のマスクアライメント系50aによっ
て、マスク10のマークRMaと基準マークFMとが同
時に検出される。また、基板ステージ31を別の位置に
移動すると、マスクアライメント系50bによってマス
ク10のマークRMbと基準マークFMを同時に検出す
ることができる。
【0004】投影光学系20の外側(投影視野外)に
は、オフ・アクシス方式の基板アライメント系60が固
設されている。基板アライメント系60の光軸は、投影
像側面では投影光学系20の光軸AXと平行である。そ
して基板アライメント系60の内部には、感光基板上の
マーク、又は基準マークFMをアライメントする際の基
準となる視準マークがガラス板に設けられ、投影像面
(感光基板表面又は基準マークFMの面)とほぼ共役に
配置されている。
【0005】図5(b)に示すように、マスクアライメ
ント系50aを用いてマスク10のマークRMaと基準
部材FP上の基準マークFMとがアライメントされたと
きの基板ステージ31の位置X1をレーザ干渉計で計測
する。同様に、マスクアライメント系50bを用いてマ
スク10のマークRMbと基準マークFMとがアライメ
ントされたときの基板ステージ31の位置X2、及び基
板アライメント系60の指標マークと基準マークFMと
がアライメントされたときの基板ステージ31の位置X
4をレーザ干渉計等でそれぞれ計測する。位置X1とX2
の中心位置をX3とすると、位置X3は投影光学系20の
光軸AX上にあり、レチクル中心Cと共役な位置であ
る。
【0006】ベースライン量BLは、差(X3−X4)を
計算することで求められる。このベースライン量BL
は、後で感光基板上のアライメントマークを基板アライ
メント系60でアライメントして投影光学系20の直下
に送り込むときの基準量となるものである。すなわち、
感光基板上の1ショット(被露光領域)の中心と感光基
板上のアライメントマークとの間隔をXP、感光基板上
のアライメントマークが基板アライメント系60の指標
マークと合致したときの基板ステージ31の位置をX5
とすると、ショット中心とマスク中心Cとを合致させる
ためには、基板ステージ31を次式の位置に移動させれ
ばよい。
【0007】(X5−BL−XP)又は(X5−BL+X
P) このように、オフ・アクシス方式の基板アライメント系
60を用いて感光基板上のアライメントマーク位置を検
出した後、ベースライン量BLに関連する一定量だけ基
板ステージ31を送り込むだけで、直ちにマスク10の
パターンを感光基板上のショット領域に正確に重ね合わ
せて露光することができる。なお、ここでは1次元方向
についてのみ考えたが、実際には2次元で考える必要が
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の投影露光装置
は、基準マークを設けた基準部材を基板ステージ上の感
光基板と干渉しない位置に1個だけ配置するものである
ため、感光基板のサイズが大型化するに伴い、基板ステ
ージに本来露光のために必要なサイズ以上のストローク
が必要とされたり、有限なストロークにより感光基板の
サイズが制限を受けたり、さらには重ね合わせて露光さ
れる層間の位置合わせを行うアライメント系の配置が制
限されるなどという問題があった。
【0009】例えば、液晶ディスプレイの製造に使用さ
れる投影露光装置は、ディスプレイの大型化により感光
基板(ガラスプレート)が大型化しているため、プレー
トを載置する基板ステージも大型化し、基板ステージの
ストロークも次第に長いものになってきている。一方、
プレート上に形成するアライメントマークは、マーク間
のスパンを長くして計測精度を高めるため、あるいはデ
バイスのレイアウトによらず常にプレート上の同一位置
にマークを形成してアライメント操作を画一化する等の
目的から、プレートの周辺部に配置されることが多い。
このような大型プレートの両端に配置されたアライメン
トマークを1つのオフ・アクシス方式の基板アライメン
ト系で検出しようとすると、基板ステージのストローク
を非常に長くする必要があり、基板ステージの設計を困
難にすると同時にスループットの低下をまねく。基板ス
テージのストロークを長くしないために、オフ・アクシ
スの基板アライメント系を投影光学系の両側に2つ設け
ることも考えられる。しかし、2つの基板アライメント
系を用いると、アライメント操作時には長いストローク
を必要としないが、基準マークを用いて従来の方法で2
つの基板アライメント系をキャリブレーションしようと
すると基板ステージにはやはり長いストロークが必要と
される。
【0010】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、オフ・アクシス方式の基板アラ
イメント系を備える投影露光装置において、アライメン
ト時間を短縮してスループットを増大し、かつ基板ステ
ージのストロークを長くすることなしに大きなサイズの
感光基板を露光することができるようにすることを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明では、基板ステー
ジ上の異なる位置に基準マークを有する基準部材を複数
個配置し、またそれら複数の基準マークを観察できるオ
フ・アクシス方式の基板アライメント系を複数設けるこ
とで前記目的を達成する。
【0012】すなわち、本発明の投影露光装置は、感光
基板を載置して2次元方向に移動可能な基板ステージ
と、マスクのパターンを感光基板上に投影する投影光学
系と、投影光学系の光軸から離れた位置に第1の検出領
域を有し、感光基板上のアライメントマークを検出する
第1のオフ・アクシス方式の基板アライメント系と、投
影光学系の光軸から離れた第1の検出領域と異なる位置
に第2の検出領域を有し、感光基板上のアライメントマ
ークを検出する第2のオフ・アクシス方式の基板アライ
メント系と、第1の基板アライメント系で検出し得る基
準マークを有し、基板ステージ上に設けられた、第1の
基板アライメント系用の第1基準部材と、第2の基板ア
ライメント系で検出し得る基準マークを有し、基板ステ
ージ上で第1基準部材とは異なる位置に設けられた、第
2の基板アライメント系用の第2基準部材とを備えたこ
とを特徴とするものである。
【0013】基板ステージ上における第1基準部材と第
2基準部材の間隔は、基板アライメント系の第1検出領
域と第2検出領域との間隔に応じて決定される。第1基
準部材と第2基準部材の位置は、ベースライン計測及び
第1と第2のオフ・アクシスの基板アライメント系同士
のキャリブレーションに際して基板ステージのストロー
クができるだけ長くならないように配置されているのが
好ましい。基板ステージ上における第1基準部材と第2
基準部材の間隔をL、基板アライメント系の第1検出領
域と第2検出領域との間隔をLa、第1基準部材の基準
マークと第2基準部材の基準マークに対応してマスクに
形成された2つのアライメントマークが投影光学系によ
って基板ステージ側に投影される2つの投影位置の間隔
をLbとするとき、次式を満たすようにLを設定するの
も一つの方法である。
【0014】Lb<L<La 基板アライメント系の第1の検出領域及び第2の検出領
域は、それぞれ投影光学系の投影視野の外側に設定する
ことができる。また、基準部材は、基板ステージに対し
て昇降可能に設けることで基板ステージ上に載置される
感光基板との干渉を避けることができる。
【0015】本発明によると、基板ステージ上に基準マ
ークが設けられた基準部材を複数個配置することでオフ
・アクシスの基板アライメント系の間隔をステージスト
ローク以上に設定することができるため、基板ステージ
は感光基板の大型化に対し有効なストロークを有するだ
けで過度に長いストロークを有する必要はない。また、
アライメント系の配置も制限を受けることがない。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明による投影露光装置
の一例の概略説明図であり、図2はその基板ステージの
概略平面図である。この投影露光装置は2つのオフ・ア
クシス方式の基板アライメント系60a,60bを有す
る。基板ステージ31上には、第1の基板アライメント
系60aに対する基準マークを有する第1の基準部材F
Paと、第2の基板アライメント系60bに対する基準
マークを有する第2の基準部材FPbが設けられてい
る。マスク10の上方には、一対のTTL(スルー・ザ
・レンズ)方式のマスクアライメント系50a,50b
が設けられている。基板アライメント系60a,60b
やマスクアライメント系50a,50bの構造や機能
は、従来のものと同様である。
【0017】マスクステージ11上に保持されたマスク
10は、図示しない照明系からの露光光で照明され、投
影光学系20はマスク10に形成されたパターンの像を
基板ステージ31上に仮想線で示したように載置される
感光基板PT上に投影する。2次元方向に移動可能な基
板ステージ31には移動鏡32a,32bが固定されて
おり、レーザ干渉計33a,33bで移動鏡32a,3
2bとの距離を計測することで基板ステージ31の2次
元方向の位置を計測する。主制御系70は、レーザ干渉
計33a,33bの出力によって基板ステージ31の位
置をモニターしながらモータ等の駆動手段71をサーボ
制御することで基板ステージ31を所望の位置に移動す
る。マスクステージ11にも基板ステージ31と同様に
移動鏡12が固定されており、主制御系70は移動鏡1
2との距離を計測するレーザ干渉計13の出力を参照し
てモータ等の駆動手段72によってマスク10を所定位
置に移動する。
【0018】基板ステージ31上には、感光基板の表面
に形成されたアライメントマークと同等の基準マークF
Ma,FMbを有する2つの基準部材FPa,FPb
が、後述のように基板ステージ31に昇降可能に設けら
れている。基準部材FPaの基準マークFMa又は基準
部材FPbの基準マークFMbが投影光学系20の投影
視野21内の所定位置にくるように基板ステージ31を
位置決めすることで、マスク10の上方に設けられたマ
スクアライメント系50a又は50bは、マスク10の
マークRMa又はRMbのうちの一つと基準マークFM
aもしくはFMbとを同時に検出することができる。
【0019】投影光学系20の投影視野21の外側に
は、例えば投影光学系20の直径を挟むようにして検出
領域61a,61bを有する一対のオフ・アクシス方式
の基板アライメント系60a,60bが固設されてい
る。投影光学系20の投影視野21、基板アライメント
系60a,60bの検出領域、マスクアライメント系5
0a,50bで観察されるマスク10のアライメントマ
ークRMa,RMbの投影光学系20に対して共役な位
置51a,51b、及び第1及び第2の基準部材FP
a,FPbは、基板ステージ31の中心を投影光学系2
0の光軸AX上に位置させたとき、例えば図2に示すよ
うに配置されている。
【0020】第1基準部材FPaに形成された基準マー
クFMaと第2基準部材FPbに形成された基準マーク
FMbの間隔をL、2つの基板アライメント系60a,
60bの検出領域61a,61b間の間隔をLa、マス
クに形成された2つのアライメントマークRMa,RM
bが投影光学系20によって基板ステージに投影される
2つの投影位置51a,51bの間隔をLbとすると
き、L,La,Lbは次の関係を満たす。
【0021】Lb<L<La そして、右側の基板アライメント系60aは、基板ステ
ージ31に載置された感光基板PTの右端部領域に形成
されたアライメントマークを受け持ち、左側の基板アラ
イメント系60bは感光基板PTの左端部領域に形成さ
れたアライメントマークを受け持つ。2つの基板アライ
メント系60a,60bは、感光基板の左右両端部に形
成されたアライメントマークを同時に観察できる位置に
設置してもよい。同様の基板アライメント系を3個以上
付設して、感光基板の左右端部領域に各々複数形成され
るアライメントマークを同時に観察するようにすること
もできる。
【0022】図示した投影露光装置では、基準部材FP
a,FPbは基板ステージ31の基板載置面内に配置さ
れる。したがって、基準部材FPa,FPbは、昇降手
段によって基板ステージに対して昇降可能に設置されて
おり、ベースライン測定時あるいは基板アライメント系
60a,60bとマスクアライメント系50a,50b
のキャリブレーション時には、そのマーク面が感光基板
の面と同じ高さになるように基板ステージ31から突出
させられ、通常の露光動作時には感光基板と干渉しない
ように基板ステージ31内に退避させられる。
【0023】図3は、基準部材の昇降手段の一例を説明
する図2のA−A断面図である。ここでは基準部材FP
aについて説明するが、他方の基準部材FPbも同様の
昇降手段によって上下動される。基準部材FPaが配置
される基板ステージ位置には穴80が設けられ、その中
には第1のガイド部材81と第2のガイド部材82が設
けられている。第1のガイド部材81はガイド部81a
と、図示しないエア配管に接続される孔81bと、シリ
ンダ部81cとを有し、第2のガイド部材82はガイド
部82aと、図示しないエア配管に接続される孔82b
とシリンダ部82cとを有している。上面に基準マーク
FMaを有する基準部材FPaは、孔81b又は孔82
bにエアを供給することにより、第1のガイド部材81
と第2のガイド部材82に案内されてZ方向に駆動され
る。
【0024】ガイド部材81のシリンダ部81c内を移
動するエア受け用つば部83aとシリンダ81cの上端
部の位置関係は、基準部材FPaが実線で示す上昇位置
にあるとき、その表面に設けられた基準マークFMaが
基板ステージ31上の基板載置面35に載置される感光
基板PTの表面と同じ高さとなり、また基準部材FPa
が仮想線で示す下降位置にあるときは、基板ステージ3
1の基板載置面35上に感光基板PTが載置されても、
感光基板PTと干渉しない位置に基準マークFMaが退
避するように定められている。したがって、第2のガイ
ド部材82の孔82bからエアを供給して基準部材FP
aの下端に上方への推力を与えるとともに、第1のガイ
ド部材の孔81bからエアを吸引して、エア受け用つば
部83aを第1のガイド部材81のシリンダ部81cの
上端に当接させることで、基準部材FPaの基準マーク
FMaは、基板ステージ31上に感光基板PTが載置さ
れたときの感光基板表面と同じ位置まで上昇し、その位
置に固定される。また、第2のガイド部材82の孔82
bからエアを吸引し、同時に第1のガイド部材81の孔
81bにエアを供給することで、基準部材FPaは感光
基板PTが載置されても干渉しない位置に退避する。な
お、基準部材の上下動は、モータ等他の駆動手段によっ
て行ってもよい。
【0025】次に、基板アライメント系60a,60b
及びマスクアライメント系50a,50bを用いたアラ
イメント動作の一例について説明する。基板ステージ3
1はレーザ干渉計33a,33bにて位置計測を行い、
主制御系70の制御下に駆動手段70で駆動制御されて
いる。
【0026】まず、基板ステージ31の基準部材FPa
に設けられた基準マークFMaがマスクアライメント系
50aの視野51aに入るように基板ステージ31を移
動し、基準マークFMaとマスク10のマークRMaを
用いてマスク10をアライメントし、その位置情報を基
板ステージ31のレーザ干渉計33a,33bの計測値
で定義された基板ステージ移動座標系に写像する。次
に、この基準マークFMaが基板アライメント系60a
の検出領域61aに位置するように基板ステージ31を
駆動し、基板アライメント系60aで基準マークFMa
を計測し、同様に基板アライメント系60aの位置情報
を基板ステージ移動座標系に写像する。
【0027】次いで、他方の基準部材FPbに形成され
た基準マークFMbを用いて同様の操作を行う。すなわ
ち、基準マークFMbを用いて、すでに基準マークFM
aでアライメントされたマスク10を計測し、そののち
基板アライメント系60bの位置を計測する。具体的に
は、マスクアライメント系50aで、基準マークFMb
とマスク10のマークMRaを用いてマスク10をアラ
イメントし、その位置情報を基板ステージ移動座標系に
写像する。続いて、基板アライメント系60bによって
基準マークFMbを計測し、基板アライメント系60b
の位置情報を基板ステージ移動座標系に写像する。
【0028】このようにして、一方の基準マークFMa
を用いてマスク10と基板アライメント系をアライメン
トし、他方の基準マークFMbを用いて同じマスク10
と基板アライメント系60bをアライメントする。その
結果、マスクアライメント系50を媒介として全てのア
ライメント系の相対位置が基板ステージ移動座標系上で
決定され、アライメント系のキャリブレーションが行わ
れる。
【0029】その後、感光基板PTが基板ステージ31
上に搬送され、基板アライメント系60a,60bによ
るアライメントののち露光される。基板アライメント系
60a,60bは、それぞれの検出領域の近くに位置す
るアライメントマークの検出を分担して受け持つ。
【0030】図2の配置の時に、基準マークFMaが検
出領域61aと投影位置51bのほぼ中間に位置し、基
準マークFMbが検出領域61bと投影位置51aのほ
ぼ中間に位置するように基準部材FPa,FPbを配置
すると、すなわち次式を満足するようにLを設定する
と、アライメント系をキャリブレーションする際の基板
ステージ31の移動量を少なくすることができる。
【0031】L≒(La−Lb)/2 なお、基板ステージ上に設けられる基準部材は、1個の
基準部材に1個の基準マークを設ける他に、図4に略示
するように、1つの基準部材FPに複数の基準マークF
Ma,FMbを設けるようにしてもかまわない。
【0032】なお、上述の実施の形態においては、基準
マークFMaとFMbとの位置関係は既知として説明し
たが、例えば一方のマスクアライメント系50aの視野
中心に基準マークFMaとFMbをそれぞれ順次位置合
わせし、その時のレーザ干渉計の計測値から基準マーク
FMaとFMbの位置関係を検出することもできる。
【0033】
【発明の効果】本発明によると、基板ステージのストロ
ークを必要以上に長くすることなしに、より大型の感光
基板に対応することができ、スループットの向上を図る
ことができる。また、アライメント系の配置に対する制
限が少なくなることで計測スパンを大きくとることがで
き、位置合わせの精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による投影露光装置の概略説明図。
【図2】基板ステージの概略平面図。
【図3】図2のA−A断面図。
【図4】基準部材及び基準マークの他の例を示す図。
【図5】従来の投影露光装置におけるベースライン計測
の説明図。
【符号の説明】 10…マスク、11…マスクステージ、12…移動鏡、
13…レーザ干渉計、20…投影光学系、21…投影視
野、31…基板ステージ、32a,32b…移動鏡、3
3a,33b…レーザ干渉計、50,50a,50b…
マスクアライメント系、60,60a,60b…基板ア
ライメント系、70…主制御系、71,72…駆動手
段、81…第1のガイド部材、82…第2のガイド部
材、FM,FMa,FMb…基準マーク、FP,FP
a,FPb…基準部材、PT…感光基板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光基板を載置して2次元方向に移動可
    能な基板ステージと、 マスクのパターンを前記感光基板上に投影する投影光学
    系と、 前記投影光学系の光軸から離れた位置に第1の検出領域
    を有し、前記感光基板上のアライメントマークを検出す
    る第1の基板アライメント系と、 前記投影光学系の光軸から離れた前記第1の検出領域と
    異なる位置に第2の検出領域を有し、前記感光基板上の
    アライメントマークを検出する第2の基板アライメント
    系と、 前記第1の基板アライメント系で検出し得る基準マーク
    を有し、前記基板ステージ上に設けられた、前記第1の
    基板アライメント系用の第1基準部材と、 前記第2の基板アライメント系で検出し得る基準マーク
    を有し、前記基板ステージ上で前記第1基準部材とは異
    なる位置に設けられた、前記第2の基板アライメント系
    用の第2基準部材とを備えたことを特徴とする投影露光
    装置。
  2. 【請求項2】 前記基板ステージ上における前記第1基
    準部材と前記第2基準部材の間隔は、前記第1検出領域
    と前記第2検出領域との間隔に応じて決定されることを
    特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
  3. 【請求項3】 前記基板ステージ上における前記第1基
    準部材と前記第2基準部材の間隔は、前記第1検出領域
    と前記第2検出領域の間隔より短いことを特徴とする請
    求項1又は2記載の投影露光装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の検出領域及び第2の検出領域
    は、それぞれ前記投影光学系の投影視野の外側に設定さ
    れていることを特徴とする請求項1、2又は3記載の投
    影露光装置。
  5. 【請求項5】 前記基準部材は、前記基板ステージに対
    して昇降可能に設けられていることを特徴とする請求項
    1〜4のいずれか1項記載の投影露光装置。
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