JPH1063011A

JPH1063011A - 走査型露光装置及び走査露光方法

Info

Publication number: JPH1063011A
Application number: JP8214504A
Authority: JP
Inventors: Tetsutsugu Hanazaki; 哲嗣花崎; Kei Nara; 圭奈良
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】最後のアライメントマークの検出位置から走
査ステージの走査を可能とし走査型露光装置のスループ
ットの向上を図る。【解決手段】スルー・ザ・マスク（ＴＴＭ）アライメ
ント系とともにオフアクシスアライメント系を設置し、
オフアクシスアライメント系を用いて行われる最終アラ
イメント位置を走査開始位置と一致させる。走査型露光
装置にマスク１０と感光基板１４をロードしたのち
（ｂ）、往路走査の途中でＴＴＭアライメント系２７
ａ，２７ｂを用いたマスクマーク２３ａ〜２３ｄと基板
マーク２４ａ〜２４ｄの検出を行い（ｃ，ｄ）、最後の
基板マーク２３ｅ，２４ｆの検出をオフアクシスアライ
メント系３１ａ，３１ｂを用いて行う（ｅ）。その最終
アライメント位置から直ちに復路走査を開始して走査露
光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
液晶表示デバイス製造用の走査型露光装置及び走査露光
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスや液晶表示デ
バイスをリソグラフィ技術を用いて製造する際に、フォ
トマスク又はレチクル（以下、マスクという）のパター
ン像を投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が
塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の感光基板
上に投影露光する露光装置が用いられている。最近で
は、半導体デバイスや液晶表示デバイスの大面積化が進
んでおり、それに伴って露光装置においても大面積のパ
ターンを感光基板上に投影露光することが望まれてい
る。

【０００３】そこで、マスクと感光基板を投影光学系に
対して同期して走査することにより、投影光学系の有効
露光フィールドより広い範囲のショット領域への露光が
可能な走査型露光装置が開発されている。走査型露光装
置としては、１枚のマスクのパターンの全体を等倍で１
枚の感光基板の全面に逐次投影露光するアライナーと、
感光基板上の各ショット領域への露光を縮小投影でかつ
走査露光方式で行い、各ショット間の移動をステッピン
グ方式で行うステップ・アンド・スキャン方式のものが
知られている。

【０００４】図１０は、従来の走査型露光装置の一例の
概略図である。マスクＭＫ及び感光基板ＰＴはコの字型
の走査ステージＳＳ上に一体的に固定されており、走査
ステージＳＳはモータ等の駆動手段ＤＲによってベース
ＢＳ上を、照明光学系ＩＬ及び投影光学系ＰＬに対して
一定の方向に同期走査される。図１０においては、走査
ステージＳＳの走査方向をＸ方向、投影光学系ＰＬの光
軸に平行な方向をＺ方向とし、Ｘ方向とＺ方向に平行な
方向をＹ方向とした。照明光学系ＩＬから射出された露
光光はスリット状の照明領域ＩＡによってマスクＭＫ上
のパターンを照明し、その照明領域ＩＡは投影光学系Ｐ
Ｌによって感光基板ＰＴ上に等倍の正立像として投影さ
れる。また、マスクＭＫの上方位置にはマスクＭＫに形
成されたマスクアライメントマーク（以下、マスクマー
クという）ＭＭと感光基板ＰＴに形成された基板アライ
メントマーク（以下、基板マークという）ＰＭを検出す
るアライメント系ＡＬが設けられている。

【０００５】走査型露光装置では、走査露光に先立って
マスクＭＫと感光基板ＰＴが露光開始位置に搬送される
際に、マスクＭＫに形成されたマスクマークＭＭと感光
基板ＰＴに形成された基板マークＰＭをアライメント系
ＡＬによって検出して、マスクＭＫと感光基板ＰＴの相
対的な位置関係を検出する。そして、その情報に基づい
てマスクＭＫと感光基板ＰＴの位置合わせ（アライメン
ト）を行った後、走査露光を実行する。図１１により、
従来の走査型露光装置による走査露光の一連の動作につ
いて説明する。

【０００６】走査型露光装置の走査ステージＳＳは初期
設定時、図１１（ａ）に略示するように、投影光学系Ｐ
Ｌから外れた位置に停止されている。この位置に停止さ
れている走査ステージＳＳに対して搬送系よりマスクＭ
Ｋ及び感光基板ＰＴを載置して固定し、図１１（ｂ），
（ｃ）に矢印で示すように−Ｘ方向に向けて、露光のた
めの走査開始位置への搬送を開始する。この走査ステー
ジＳＳの移動によってマスクＭＫ及び感光基板ＰＴは同
期走査（往路走査）され、各アライメントマークの位置
において走査ステージＳＳを一旦停止させ、アライメン
ト系ＡＬを用いてマスクマークＭＫ及び基板マークＰＭ
を検出してマスクＭＫと感光基板ＰＴの相対的な位置ず
れを計測する。

【０００７】アライメントマーク位置の計測が終了する
と、＋Ｘ方向への走査（復路走査）によってマスクパタ
ーンを感光基板４に露光するために、図１１（ｄ）に示
すように、マスク３及び感光基板４が投影光学系２に対
して完全に離れた走査開始位置まで走査ステージＳＳを
移動して停止させる。その後、復路方向すなわち＋Ｘ方
向への走査ステージＳＳの走査を開始し、マスクＭＫ上
に形成されたパターンの像を感光基板ＰＴへ逐次投影露
光する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】アライメント系により
マスクマークと基板マークの位置ずれを測定し、そのの
ち走査露光を行う従来の走査型露光装置は、図１１
（ｃ）の位置において最後のアライメントマークを検出
した後に、走査ステージＳＳを図１１（ｄ）に示される
走査開始位置まで移動させる動作が必要であった。これ
は、感光基板の場所的な露光むらを無くするために走査
露光は走査ステージＳＳの走査速度が一定の状態で開始
しなければなさず、走査ステージＳＳの走査開始からマ
スクＭＫのパターン領域の先端部が照明領域ＩＡに入る
露光開始までの間に走査ステージＳＳの助走が必要とさ
れるからである。

【０００９】本発明はこのような従来技術に鑑みてなさ
れたもので、最後のアライメントマークの検出位置から
走査ステージの走査を可能とすることで、走査型露光装
置のスループットの向上を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、走査
開始位置で最終アライメントを行うことができるよう
に、マスク及び投影光学系を介して基板アライメントマ
ークを検出することのできるスルー・ザ・マスク（ＴＴ
Ｍ）アライメント系とともに、オフアクシスアライメン
ト系を設置することによって前記目的を達成する。

【００１１】ＴＴＭアライメント系に加えてオフアクシ
スアライメント系を備えることで、オフアクシスアライ
メント系を用いて行われる最終アライメント位置をマス
ク及び感光基板の走査開始位置と一致させることが可能
となる。オフアクシスアライメント系による最終アライ
メント位置と走査開始位置とを一致させた場合には、走
査型露光装置にマスクと感光基板をロードした後、往路
走査の途中でＴＴＭアライメント系を用いたマスクアラ
イメントマーク（マスクマーク）と基板アライメントマ
ーク（基板マーク）の検出を行い、少なくとも最後の基
板マークの検出をオフアクシスアライメント系を用いて
行うことで、その最終アライメント位置から直ちに復路
走査を開始して走査露光を行うことができる。

【００１２】すなわち、本発明による走査型露光装置
は、マスク（１０）上のパターンを所定形状の照明領域
で照明する照明光学系（Ｌ１〜Ｌ５）と、マスク（１
０）上のパターンを透過した光束を感光基板（１４）上
に投影する投影光学系（１２）と、照明領域に対してマ
スク（１０）及び感光基板（１４）を同期して走査する
走査手段（１６，４０）と、マスク（１０）及び投影光
学系（１２）を介して感光基板（１４）に形成された基
板アライメントマーク（２４ａ〜２４ｆ）を検出するこ
とのできる第１のアライメント系（２０ａ，２０ｂ）
と、投影光学系（１２）の軸外から基板アライメントマ
ーク（２４ａ〜２４ｆ）を検出することのできる第２の
アライメント系（３０ａ，３０ｂ）とを備え、第２のア
ライメント系（３０ａ，３０ｂ）は、走査手段（１６，
４０）による露光走査開始位置で基板アライメントマー
ク（２４ａ〜２４ｆ）を検出することを特徴とする。

【００１３】一例として、投影光学系（１２）はマスク
（１０）上のパターンを実質的に等倍かつ正立正像で感
光基板上に投影する光学系とすることができ、マスク
（１０）と感光基板（１４）とは走査ステージ（４０）
上に一体的に保持することができる。

【００１４】また、本発明は、マスク（１０）と感光基
板（１４）とをアライメントした後、マスク（１０）と
感光基板（１４）とを投影光学系（１２）に対して第１
の方向に同期して走査することにより、マスク（１０）
のパターンを感光基板（１４）上に投影露光する走査露
光方法において、マスク（１０）と感光基板（１４）を
第１の方向と逆方向である第２の方向に同期して移動さ
せながら、マスク（１０）に形成されたマスクアライメ
ントマーク（２３ａ〜２３ｆ）と感光基板（１４）に形
成された基板アライメントマーク（２４ａ〜２４ｆ）を
第１のアライメント系（２０ａ，２０ｂ）で同時に検出
する第１のステップ（Ｓ７，Ｓ８）と、投影光学系（１
２）の視野から離れた位置に観察視野を有する第２のア
ライメント系（３０ａ，３０ｂ）の視野内に基板アライ
メントマーク（２４ａ〜２４ｆ）が位置する状態でマス
ク（１０）及び感光基板（１４）を静止させ、第２のア
ライメント系（３０ａ，３０ｂ）で基板アライメントマ
ーク（２４ａ〜２４ｆ）を検出する第２のステップ（Ｓ
１２）と、第１のステップ及び第２のステップで得られ
たマスク（１０）及び感光基板（１４）の位置データに
基づいてマスク（１０）と感光基板（１４）とをアライ
メントする第３のステップ（Ｓ１２）と、第２のステッ
プにおける静止位置から、第１の方向にマスク（１０）
及び感光基板（１４）を同期して走査することによって
マスク（１０）のパターンを感光基板（１４）上に投影
露光する第４のステップ（Ｓ１３）とを含むことを特徴
とする。

【００１５】本発明によると、最終アライメント位置が
走査開始位置であるため、従来必要であった最終アライ
メント位置からさらに走査開始位置までマスク及び感光
基板を移動させる動作を省略することができ、走査露光
のスループットを向上させることができる。

【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、本発明による走査型露光
装置の一例を示す略図である。ここでは、投影光学系と
してマスク上のパターンを実質的に等倍かつ正立正像で
感光基板上に投影する光学系を採用し、コの字型の走査
ステージ上にマスクと感光基板を一体的に保持して同期
走査する走査型露光装置を例にとって説明するが、本発
明はこれ以外にも例えばマスクのパターンを倒立の縮小
像として感光基板上に投影し、マスクと感光基板を投影
光学系に対して逆方向に走査するタイプの走査型露光装
置に対しても適用可能である。

【００１７】マスク１０はマスクホルダー４１に保持さ
れ、感光基板１４は基板ホルダー１５に保持されてい
る。マスクホルダー４１と基板ホルダー１５は走査ステ
ージ４０に固定されており、走査ステージ４０はＸ方向
に長いストロークを持った駆動装置１６によってベース
４２上を一定の方向または逆方向に移動可能となってい
る。また、走査ステージ４０のＸ方向の位置を計測する
ためのレーザ干渉計１７が設けられている。なお、図１
において、投影光学系１２の光軸方向をＺ方向、Ｚ方向
に垂直な方向でマスク１０及び感光基板１４を載置した
走査ステージ４０の移動方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方
向に垂直な方向をＹ方向とした。マスクホルダー４１
は、マスクホルダー駆動装置４５ａ，４５ｂ，４５ｃの
駆動によってＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）に
調整可能になっている。図１では図示しない照明光学系
からの露光光で照明されたマスク１０のパターン像は、
投影光学系１２によって感光基板１４上に等倍の正立像
として投影される。

【００１８】アライメント系としては、マスク１０の上
方位置に設けられ、マスク１０及び投影光学系１２を介
して感光基板１４に形成された基板マークを検出するこ
とのできるＴＴＭ（スルー・ザ・マスク）アライメント
系２０ａ，２０ｂと、投影光学系１２の軸外から基板マ
ークを検出することのできオフアクシスアライメント系
３０ａ，３０ｂとが備えられている。図１では不図示の
照明光学系、投影光学系１２、ＴＴＭアライメント系２
０ａ，２０ｂ、及びオフアクシスアライメント系３０
ａ，３０ｂは、不図示の露光装置本体部に固定されてい
る。

【００１９】露光装置は制御系５０を有し、制御系５０
には固定ディスク等の記憶装置５１が接続されている。
レーザ干渉計１７、ＴＴＭアライメント系２０ａ，２０
ｂ、及びオフアクシスアライメント系３０ａ，３０ｂか
らの検出信号は制御系５０に供給され、検出データは記
憶装置５１に記憶される。また、制御系５０は、記憶装
置５１に記憶されたアライメント用のデータに基づいて
マスクホルダー駆動装置４５ａ，４５ｂ，４５ｃを駆動
することにより、マスク１０と感光基板１４とのアライ
メントを行い、さらに駆動装置１６を制御して走査ステ
ージ４０を一定速度で駆動制御する。

【００２０】図２は、図１に略示した走査型露光装置の
照明光学系、マスク、投影光学系及び感光基板の関係を
示す概略図である。超高圧水銀ランプ等の光源１から射
出した光束は、楕円鏡２で反射された後にダイクロイッ
クミラー３に入射する。このダイクロイックミラー３は
露光に必要な波長の光束を反射し、その他の波長の光束
を透過する。ダイクロイックミラー３で反射された光束
は、光軸ＡＸ１に対して進退可能に配置されたシャッタ
ー４によって投影光学系側への入射を許容もしくは阻止
される。シャッター４を開放することによって、光源１
からの光束は波長選択フィルター５に入射し、投影光学
系１２ａが転写を行うのに適した波長（通常は、ｇ，
ｈ，ｉ線のうち少なくとも１つの帯域）の光束となる。

【００２１】また、この光束の強度は光軸近傍が最も強
く、周辺に近づくに従って強度が低下するガウス分布を
なすため、フライアイインテグレータ６とコンデンサー
レンズ８によって光束の強度分布を均一化する。ミラー
７は光学系をコンパクトにするための折り曲げミラーで
ある。均一な強度分布とされた光束は、ミラー７で反射
された後、視野絞り９を介してマスク１０のパターン面
上に照射される。視野絞り９はレジストを塗布したガラ
スプレート等の感光基板１４上の投影領域１３ａを制限
する開口を有する。

【００２２】光源１から視野絞り９までの構成を投影光
学系１２ａに対する照明光学系Ｌ１とし、この例では照
明光学系Ｌ１と同様の構成を有する照明光学系Ｌ２〜Ｌ
５を設けて、各照明光学系からの光束を投影光学系１２
ｂ〜１２ｅのそれぞれに供給する。複数の照明光学系Ｌ
１〜Ｌ５のそれぞれから射出された光束は、マスク１０
上の異なる部分領域（照明領域）１１ａ〜１１ｅをそれ
ぞれ照明する。マスク１０を透過した複数の光束は、各
照明光学系Ｌ１〜Ｌ５に対応する投影光学系１２ａ〜１
２ｅを介して感光基板１４上の異なる投影領域１３ａ〜
１３ｅにマスク１０の照明領域１１ａ〜１１ｅのパター
ン像を結像する。投影光学系１２ａ〜１２ｅはいずれも
正立等倍実結像（正立正像）光学系である。

【００２３】図３は、基板ホルダー１５上に保持された
感光基板１４の上面図である。感光基板１４上の投影領
域１３ａ〜１３ｅは、図３に示すように、Ｙ方向に隣り
合う領域どうし（例えば、１３ａと１３ｂ、１３ｂと１
３ｃ）がＸ方向に所定量変位するように、且つ隣り合う
領域の端部どうしが破線で示すようにＹ方向に重複する
ように配置される。よって、複数の投影光学系１２ａ〜
１２ｅも、各投影領域１３ａ〜１３ｅの配置に対応して
Ｘ方向に所定量変位するとともにＹ方向に重複して配置
されている。また、複数の照明光学系Ｌ１〜Ｌ５は、マ
スク１０上の照明領域１１ａ〜１１ｅが上記投影領域１
３ａ〜１３ｅと同様の配置となるように配置されてい
る。

【００２４】したがって、マスク１０と感光基板１４と
を同期して投影光学系１２ａ〜１２ｅに対してＸ方向に
走査することによって、マスク上のパターン領域１０ａ
の全面を感光基板１４上の露光領域１４ａに転写するこ
とができる。感光基板１４上には露光領域１４ａの外側
にアライメントマーク（基板マーク）２４ａ〜２４ｆが
設けられている。また、基板ホルダー１５上の感光基板
１４を載置する範囲の外側の所定位置には、感光基板１
４の表面とほぼ同一の平面内に、基準マーク２２ａ〜２
２ｄが配置されている。

【００２５】図４はマスク１０の上面図であり、マスク
１０のうち感光基板１４に転写される範囲（照明領域で
あり、パターンが描画されている領域）は１０ａによっ
て示される。マスク１０には、上記転写範囲１０ａの外
側に基板ホルダー１５上の基準マーク２２ａ〜２２ｄに
対応したアライメントマーク２１ａ〜２１ｄ、及び感光
基板１４の基板マークに対応したアライメントマーク
（マスクマーク）２３ａ〜２３ｆが設けられている。

【００２６】マスク１０の上方には、図１に示すよう
に、ＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂが配置され、
このＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂによってマス
ク１０上のアライメントマーク２１ａ〜２１ｄ及びマス
クマーク２３ａ〜２３ｆを検出するとともに、投影光学
系１２ａ，１２ｅを介して基板ホルダー１５上に設けら
れた基準マーク２２ａ〜２２ｄ及び感光基板１４上に形
成された基板マーク２４ａ〜２４ｆを検出する。即ち、
ＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂから射出された照
明光を反射鏡２５ａ，２５ｂを介してマスク１０上に照
射するとともに、複数配列した投影光学系のうちの両端
部の光学系１２ａ，１２ｅを介して感光基板１４上に照
射する。

【００２７】感光基板１４上に形成された基板マーク２
４ａ〜２４ｆからの反射光は投影光学系１２ａ，１２ｅ
及び反射鏡２５ａ，２５ｂを介して、またマスク１０上
に形成されたマスクマーク２３ａ〜２３ｆからの反射光
は反射鏡２５ａ，２５ｂを介して、それぞれアライメン
ト系２０ａ，２０ｂに入射する。ＴＴＭアライメント系
２０ａ，２０ｂは、マスク１０及び感光基板１４からの
反射光に基づいて各アライメントマークの位置を検出す
る。

【００２８】図５は、ＴＴＭアライメント系２０ａ，２
０ｂが検出器としてＣＣＤカメラを備え、画像処理によ
ってマークの位置を求めるタイプのものであるとき、ア
ライメントマーク２１又は２３を撮像した画像を示す説
明図である。２７はアライメント系の観察視野を、２８
はＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂ内に設けられた
指標マークを表し、指標マーク２８に対するアライメン
トマーク２１又は２３の位置を求めることにより、マス
ク１０の位置を検出し、制御する。また、ＴＴＭアライ
メント系２０ａ，２０ｂの安定性を確保するため、及び
オフアクシスアライメント系３０ａ，３０ｂとのキャリ
ブレーションのため、基板ホルダー１５上の基準マーク
２２を検出する。

【００２９】図６は、基準マーク２２又は基板マーク２
４をＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂによって撮像
した画像を示す図である。基準マーク２２に対して指標
マーク２８の位置を管理することによって、ＴＴＭアラ
イメント系２０ａ，２０ｂを基板ホルダー１５の位置基
準に対してキャリブレーションすることが可能になる。
同様に、オフアクシスアライメント系３０ａ，３０ｂで
基準マーク２２を検出することによって、オフアクシス
アライメント系３０ａ，３０ｂをキャリブレーションす
ることができる。さらに、基板ホルダー１５上の基準マ
ーク２２とマスク１０上のアライメントマーク２１又は
２３をＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂによって同
時に検出することにより、基板ホルダー１５の位置座標
とマスクホルダー４１の位置座標とを明確に対応づける
ことが可能となる。

【００３０】次に、図７、図８、図９を用いて、マスク
マーク２３ａ〜２３ｆと基板マーク２４ａ〜２４ｆの検
出データからマスク１０と感光基板１４とをアライメン
トして走査露光する方法について説明する。ここでは説
明を簡単にするために、図３に示した６個の基板マーク
２４ａ〜２４ｆと図４に示した６個のマスクマーク２３
ａ〜２３ｆを用いてマスク１０と感光基板１４のアライ
メントを行う例について説明する。図７は、マスク１０
をローディングして最初に行われる走査露光の際の走査
ステージ４０の往路走査の説明図であり、図８は２回目
以降の走査露光の際の走査ステージ４０の往路走査の説
明図である。また、図９は制御系５０による走査ステー
ジ４０の往路走査における処理シーケンスを説明するフ
ローチャートである。

【００３１】最初に、図７と図９とにより、マスク１０
のローディング工程を含む走査ステージ４０の往路走査
について説明する。図７には、マスク１０、照明光学系
Ｌ１〜Ｌ５による照明領域１１ａ〜１１ｅ、ＴＴＭアラ
イメント系２０ａ，２０ｂの観察視野２７ａ，２７ｂ、
及びオフアクシスアライメント系３０ａ，３０ｂの観察
視野３１ａ，３１ｂの相対位置関係が示されている。

【００３２】図７（ａ）は、走査ステージ４０が初期位
置（走査終了位置）にある状態を示し、この状態では走
査ステージ４０上のマスク１０は照明光学系Ｌ１〜Ｌ５
の照明領域１１ａ〜１１ｅから完全に外れており、感光
基板１４は投影光学系１２の投影領域１３ａ〜１３ｅか
ら完全に外れている。なお、仮想線１０’で示されてい
るのは走査開始位置にあるマスクである。したがって、
走査露光時にマスク１０（及び感光基板１４）は、仮想
線１０’で示される走査開始位置から実線で示されてい
る走査終了位置までＸ方向に走査（復路走査）される。

【００３３】始めに図９のステップ１において、走査ス
テージ４０を図７（ｂ）に示すローディング位置に移動
し、ステップ２からステップ３に進んで、図示しないマ
スクローダによりマスクホルダー４１上にマスク１０を
ローディングする。そして、ＴＴＭアライメント系２０
ａ，２０ｂの観察視野２７ａ，２７ｂ内にマスク１０の
マスクマーク２３ａ，２３ｂが位置するようにマスクホ
ルダー駆動装置４５ａ，４５ｂ，４５ｃを駆動し、ＴＴ
Ｍアライメント系２０ａ，２０ｂで検出されたマスクマ
ーク２３ａ，２３ｂの位置を記憶装置５１に記憶する。

【００３４】次に、ステップ４に進み、感光基板１４の
ローディングに備えて、図７（ｃ）に示すようにマスク
ホルダー駆動装置４５ａ，４５ｂ，４５ｃを用いてマス
ク１０の位置をマスクマーク２３ａ，２３ｂがＴＴＭア
ライメント系２０ａ，２０ｂの観察視野２７ａ，２７ｂ
の外に出るようにずらす。そして、ステップ５で、図示
しない感光基板ローダによって感光基板１４を走査ステ
ージ４０の基板ホルダー１５にローディングし、ＴＴＭ
アライメント系２０ａ，２０ｂに対する基板マーク２４
ａ，２４ｂのずれ量を計測する。

【００３５】次に、ステップ６に進み、図７（ｄ）に示
すように、マスクホルダー４１を図７（ｃ）で移動させ
た方向と逆方向に同じ量だけ駆動させて、マスク１０を
図７（ｂ）の状態に戻す。この状態で、ステップ７に進
み、ＴＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂを用いてマス
クマーク２３ａとそれに対応する基板マーク２４ａのマ
ーク間距離、及びマスクマーク２３ｂとそれに対応する
基板マーク２４ｂのマーク間距離をそれぞれ計測する。
計測結果は、記憶装置５１に記憶される。

【００３６】ステップ８では、図７（ｅ）に示すよう
に、走査ステージ４０をＸ方向のマーク間距離分だけ−
Ｘ方向に移動したのち停止させ、ステップ７と同様にＴ
ＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂを用いて、マスクマ
ーク２３ｃとそれに対応する基板マーク２４ｃのマーク
間距離、及びマスクマーク２３ｄとそれに対応する基板
マーク２４ｄのマーク間距離をそれぞれ計測する。走査
ステージ４０の駆動及びアライメントマーク位置での停
止は、記憶装置５１に予め記憶されているアライメント
マーク位置のデータに基づいて、制御系５０から駆動装
置１６に指令を出すことにより行われる。計測結果は、
同様に記憶装置５１に記憶される。

【００３７】その後、ステップ９からステップ１０に進
み、図７（ｆ）に示すように、走査ステージ４０を再び
Ｘ方向のマーク間距離の分だけ−Ｘ方向に移動し、ＴＴ
Ｍアライメント系２０ａ，２０ｂを用いて、マスクマー
ク２３ｅとそれに対応する基板マーク２４ｅのマーク間
距離、及びマスクマーク２３ｆとそれに対応する基板マ
ーク２４ｆのマーク間距離をそれぞれ計測する。計測結
果は、記憶装置５１に記憶される。

【００３８】こうして記憶装置５１には、マスク１０に
形成されたマスクマーク２３ａ〜２３ｆの座標位置、及
びそのマスクマーク２３ａ〜２３ｆと感光基板１４に形
成された基板マーク２４ａ〜２４ｆのずれ量が記憶され
る。

【００３９】次いで、ステップ１１に進み、走査ステー
ジ４０を図７（ｇ）に示す走査開始位置まで移動する。
走査開始位置では、マスク１０は照明光学系による照明
領域１１ａ〜１１ｅから完全に離れ、感光基板１４は投
影光学系１２による投影領域１３ａ〜１３ｅから完全に
離れている。この走査開始位置への移動の間に、制御系
５０は、記憶装置５１に記憶されている各マスクマーク
と基板マークの位置ずれ量及びその座標データから、最
小自乗法を用いた演算等によりマスク１０と感光基板１
４とを最良の状態でアライメントさせるために必要なマ
スク１０の移動量及び回転量を求め、マスクホルダー駆
動装置４５ａ，４５ｂ，４５ｃを制御してマスクホルダ
ー４１を駆動することで、マスク１０と感光基板１４の
アライメント補正を行う。

【００４０】アライメント補正が終了すると、ステップ
１３に進み、制御系５０は駆動装置１６を制御して走査
ステージ４０を一定速度でＸ方向に駆動し、マスク１０
上に形成されたパターンの像を感光基板１４に逐次投影
露光する走査露光を行う。一定速度での走査ステージ４
０の駆動は、レーザ干渉計１７から供給される走査ステ
ージ４０のＸ座標データの微分値をサンプリングし、こ
の微分値が設定速度に対応する一定値になるように制御
系５０で駆動装置１６を制御することにより行われる。
次いで、制御系５０は、図７（ａ）に示された走査終了
位置で走査ステージ４０を停止させることで１回の走査
露光が終了する。

【００４１】続いて、図８及び図９を参照して、２回目
以降の走査露光の際の往路走査について説明する。図８
（ａ）は、前記ステップ１３の走査露光が完了して走査
ステージ４０が走査終了位置にある状態を示す。次に、
図９のステップ１により走査ステージ４０を図８（ｂ）
に示すローディング位置に移動する。今回はマスク交換
を行わないのでステップ２からステップ４に進み、続く
感光基板１４のローディングに備えてマスク１０の位置
をずらす。そして、ステップ５で、図示しない感光基板
ローダによって感光基板１４を走査ステージ４０の基板
ホルダー１５にローディングし、ＴＴＭアライメント系
２０ａ，２０ｂに対する基板マーク２４ａ，２４ｂのず
れ量を計測する。

【００４２】次に、ステップ６に進み、図８（ｃ）に示
すようにマスク１０の位置を元に戻し、ステップ７でＴ
ＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂを用いてマスクマー
ク２３ａとそれに対応する基板マーク２４ａのマーク間
距離、及びマスクマーク２３ｂとそれに対応する基板マ
ーク２４ｂのマーク間距離をそれぞれ計測する。計測結
果は、記憶装置５１に記憶される。

【００４３】ステップ８では、図８（ｄ）に示すよう
に、走査ステージ４０をＸ方向のマーク間距離分だけ−
Ｘ方向に移動したのち停止させ、ステップ７と同様にＴ
ＴＭアライメント系２０ａ，２０ｂを用いて、マスクマ
ーク２３ｃとそれに対応する基板マーク２４ｃのマーク
間距離、及びマスクマーク２３ｄとそれに対応する基板
マーク２４ｄのマーク間距離をそれぞれ計測する。計測
結果は、同様に記憶装置５１に記憶される。

【００４４】その後、ステップ９からステップ１２に進
み、図８（ｅ）に示すように、基板マーク２４ｅ，２４
ｆがオフアクシスアライメント系３０ａ，３０ｂの観察
視野３１ａ，３１ｂ内に入るように走査ステージ４０を
−Ｘ方向に移動し、オフアクシスアライメント系３０
ａ，３０ｂを用いて基板マーク２４ｅ，２４ｆの位置を
計測する。走査ステージ４０の駆動及び基板マーク位置
での停止は、記憶装置５１に予め記憶されている基板マ
ーク位置のデータに基づいて制御系５０により行われ
る。図８（ｅ）から明らかなように、ステップ１２にお
ける走査ステージ４０の停止位置は、走査露光のための
走査開始位置でもある。計測結果は、記憶装置５１に記
憶される。

【００４５】こうして記憶装置５１には、往路走査で計
測されたマスクマークと基板マークの対（２３ａ，２４
ａ），（２３ｂ，２４ｂ），（２３ｃ，２４ｃ），（２
３ｄ，２４ｄ）のずれ量、及び基板マーク２４ｅ，２４
ｆの計測値が記憶されている。今回の往路走査ではマス
クマーク２３ｅ，２３ｆの位置データは取得しなかっ
た。しかし、マスク１０はマスクホルダー４１に真空吸
着保持されていてその移動量は極めて小さいため、マス
クマーク２３ｅ，２３ｆの座標値としては、ＴＴＭアラ
イメント系２０ａ，２０ｂによって前回計測した座標
値、又は今回計測したマスクマーク２３ａ〜２３ｄの計
測値から求められるマスクの変形もしくは位置変動デー
タに基づいて計算される座標値を使用する。

【００４６】制御系５０は、記憶装置５１に記憶されて
いる計測された又は計算された各マスクマークと基板マ
ークの位置ずれ量及びその座標データから、最小自乗法
を用いた演算等により、マスク１０と感光基板１４とを
最良の状態でアライメントさせるために必要なマスク１
０の移動量及び回転量を求める。そして、マスクホルダ
ー駆動装置４５ａ，４５ｂ，４５ｃを制御してマスクス
テージ４１を駆動することで、マスク１０と感光基板１
４のアライメント補正を行う。

【００４７】アライメント補正が終了すると、ステップ
１３に進み、制御系５０は駆動装置１６を制御して走査
ステージ４０を一定速度でＸ方向に駆動し、マスク１０
上に形成されたパターンの像を感光基板１４に逐次投影
露光する走査露光を行い、図８（ａ）に示された走査終
了位置で走査ステージ４０を停止させることで２回の走
査露光が終了する。３回目以降の走査露光は、２回目の
走査露光と全く同様に行われる。

【００４８】図９のフローチャートのステップ１０及び
ステップ１１とステップ１２との比較から明らかなよう
に、また図８（ｄ）と図８（ｅ）の間に図７（ｆ）に相
当する工程が無いことから明らかなように、本発明によ
ると、２回目以降の走査露光のとき、複数組あるアライ
メントマークのうち、従来最後に計測していたアライメ
ントマークを計測せずに走査開始位置に走査ステージ４
０を移動させ、そこで基板マークを計測することができ
る。これにより感光基板１４のプロセスによる非線形変
形の検出能力を損なうことなく走査ステージ４０の加減
速一回分のスループット向上を図ることができる。

【００４９】以上では説明の便宜上、マスクマーク２３
ａ〜２３ｆの数を６個、基板マーク２４ａ〜２４ｆの数
を６個とした。しかし、本発明の適用に当たってアライ
メントマークの数に特に制限があるわけではなく、本発
明がここで説明した例に限定されるものではないのは勿
論である。また、オフアクシスアライメント系３０ａ，
３０ｂで基板マーク２４ａ〜２４ｆを計測するのは走査
ステージ４０が走査開始位置にある時だけに限られるわ
けではなく、走査ステージ４０が走査開始位置に到る前
の段階でのアライメント計測にオフアクシスアライメン
ト系３０ａ，３０ｂを使用することもできる。

【００５０】また、ここではＴＴＭアライメント系２０
ａ，２０ｂとして、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で撮像し
たアライメントマークの画像を処理する方式の例を説明
したが、ＴＴＭアライメント系はレーザビームをアライ
メントマークに照射し、アライメントマークから得られ
る反射光（回折光）を光電検出することによりアライメ
ントマークの位置を検出する方式のものであってもよ
い。

【００５１】なお、ＴＴＭアライメント系２０ａ，２０
ｂは、投影光学系１２を介して基板マーク２４ａ〜２４
ｆを検出するものであるため、投影光学系１２による色
収差を避けるために照明光として露光光と同じ波長の単
一波長光を用いる必要がある。このように単一波長光を
アライメント光として用いると、干渉の影響でアライメ
ント信号が得られない場合がある。一方、オフアクシス
アライメント系３０ａ，３０ｂは、投影光学系１２を介
すことなく基板マーク２４ａ〜２４ｆを検出するため、
アライメント光の波長に対する制限が無い。したがっ
て、オフアクシスアライメント系３０ａ，３０ｂの照明
光源として波長帯域の広いハロゲンランプ等を用いる
と、干渉による影響を受けることなく安定してアライメ
ントマークを検出できるという効果もある。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、走査開始
位置においてアライメントマークの計測を行うため、従
来の方式に比較して往路走査時にマスク及び感光基板を
停止させる回数を減らすことができ、走査型露光装置の
スループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の一例を示す略
図。

【図２】図１に略示した走査型露光装置の照明光学系、
マスク、投影光学系及び感光基板の関係を示す概略図。

【図３】基板ホルダー上に保持された感光基板の上面
図。

【図４】マスクの上面図。

【図５】画像処理型のＴＴＭアライメント系によって撮
像されたマスク上のアライメントマークの説明図。

【図６】画像処理型のＴＴＭアライメント系によって撮
像された感光基板上のアライメントマークの説明図。

【図７】マスクをローディングして最初に行われる走査
露光の際の往路走査の説明図。

【図８】２回目以降の走査露光の際の往路走査の説明
図。

【図９】往路走査における制御系５０の処理シーケンス
を説明するフローチャート。

【図１０】従来の走査型露光装置の一例の概略図。

【図１１】従来の走査型露光装置による走査露光の動作
を説明する図であり、（ａ）は初期位置、（ｂ），
（ｃ）は往路走査中、（ｄ）は走査開始位置にある走査
ステージを示す図。

【符号の説明】

１…光源、２…楕円鏡、３…ダイクロイックミラー、４
…シャッター、５…波長選択フィルター、６…フライア
イインテグレータ、７…ミラー、９…視野絞り、１０…
マスク、１１ａ〜１１ｅ…照明領域、１２，１２ａ〜１
２ｅ…投影光学系、１３ａ〜１３ｅ…投影領域、１４…
感光基板、１５…基板ホルダー、１６…駆動装置、１７
…レーザ干渉計、２０ａ，２０ｂ…ＴＴＭアライメント
系、２２ａ〜２２ｄ…基準マーク、２３ａ〜２３ｆ…マ
スクマーク、２４ａ〜２４ｆ…基板マーク、２７ａ，２
７ｂ…ＴＴＭアライメント系の観察視野、２８…指標マ
ーク、３０ａ，３０ｂ…オフアクシスアライメント系、
３１ａ，３１ｂ…オフアクシスアライメント系の観察視
野、４０…走査ステージ、４１…マスクホルダー、４２
…ベース、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…マスクホルダー駆
動装置、５０…制御系、５１…記憶装置、ＡＬ…アライ
メント系、ＤＲ…駆動手段、ＩＡ…照明領域、Ｌ１〜Ｌ
５…照明光学系、ＭＫ…マスク、ＭＭ…マスクマーク、
ＰＬ…投影光学系、ＰＭ…基板マーク、ＰＴ…感光基
板、ＳＳ…走査ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを所定形状の照明領
域で照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンを透過した光束を感光基板上に
投影する投影光学系と、前記照明領域に対して前記マスク及び前記感光基板を同
期して走査する走査手段と、前記マスク及び前記投影光学系を介して前記感光基板に
形成された基板アライメントマークを検出することので
きる第１のアライメント系と、前記投影光学系の軸外から前記基板アライメントマーク
を検出することのできる第２のアライメント系とを備
え、前記第２のアライメント系は、前記走査手段による露光
走査開始位置で前記基板アライメントマークを検出する
ことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】請求項１記載の走査型露光装置におい
て、前記投影光学系は前記マスク上のパターンを実質的に等
倍かつ正立正像で前記感光基板上に投影し、前記マスクと前記感光基板とは一体的に保持されている
ことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項３】マスクと感光基板とをアライメントした
後、前記マスクと前記感光基板とを投影光学系に対して
第１の方向に同期して走査することにより、前記マスク
のパターンを前記感光基板上に投影露光する走査露光方
法において、前記マスクと前記感光基板を前記第１の方向と逆方向で
ある第２の方向に同期して移動させながら、前記マスク
に形成されたマスクアライメントマークと前記感光基板
に形成された基板アライメントマークを第１のアライメ
ント系で同時に検出する第１のステップと、前記投影光学系の視野から離れた位置に観察視野を有す
る第２のアライメント系の視野内に基板アライメントマ
ークが位置する状態で前記マスク及び感光基板を静止さ
せ、前記第２のアライメント系で前記基板アライメント
マークを検出する第２のステップと、前記第１のステップ及び第２のステップで得られた前記
マスク及び前記感光基板の位置データに基づいて前記マ
スクと感光基板をアライメントする第３のステップと、前記第２のステップにおける静止位置から、前記第１の
方向に前記マスク及び前記感光基板を同期して走査する
ことによって前記マスクのパターンを前記感光基板上に
投影露光する第４のステップとを含むことを特徴とする
走査露光方法。