JP4029134B2 - 投影露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板用投影露光装置に関し、特にステージ座標系に基準マークを備えた、大型の液晶パネル等の製造に用いられる基板用投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型液晶パネル等の露光装置の基準位置は、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即ち原版のアライメントマークと照合され、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が求められる。
【０００３】
更に、露光装置はプレートアライメント系を有しており、プレート即ち感光性基板に２層目以上を露光する際には、１層目に露光されたプレートの位置を検出するため、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を検出する。
【０００４】
このようにして、いわゆる露光装置におけるプレートアライメント系のベースラインが求まる。ベースラインとは、対象物あるいは対象の系の位置を、ステージ座標系の座標で表示したものであり、投影光学系の基準位置に対するベクトル表示の一種である。
【０００５】
一般には露光前に上記工程を経て、基板ステージ上に搬入されたプレート上のプレートアライメントマークをプレートアライメント系で観察しその位置を計測し、上記ベースラインの値を用いてプレートの位置合わせを行い、２層目以降の露光を開始する。しかし特に大きな、しかも角形の基板の露光装置では、プレートを載置する基板ステージの位置に上下動する基準マークを設け、プレートが載置されていないときにその基準マークを上にアップさせてベースラインを計測し、載置されているときは下に退避させるようにしている。この構造により、ステージの大型化を避け、コストを低減し精度を高めることができる。
【０００６】
また特に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露光装置では、その複数枚のレチクルの位置を、レチクルを交換しながら、各レチクル毎にアップした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し、いわゆる各レチクル毎のベースラインを求めている。
【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、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のレチクル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】
しかしながら上記従来の技術において、例えば４枚のレチクルを用いる場合は、レチクルを交換する時間とプレートアライメント系の位置を検出する時間とがかかり、更に、レチクル上の異物検査等の時間を加えるとかなりの時間を要する。加えて最近は、デバイスの最適化、パネルの大型化等により、レチクル枚数も４枚が普通であったものが、６枚が必要になり、さらに多く必要とするようになりつつある。そこで、基準マークをアップしてレチクルマーク、プレートアライメント系等の位置を検出する場合に、各レチクルの位置とプレートアライメント系の位置とを計測する時間がかなり長くなり、基準マーク自体が上下動する機構であるためにステージの移動等により力が加わったり、ステージの移動等による熱的な要因を受け、基準マーク自体がドリフトを生じ、計測値が時間が経てば経つほど変化してしまうと言った問題を生じてしまった。
【０００９】
また、この種の露光装置は、基板の端に位置する端子部にプレートアライメントマークを配置し、更に露光装置のスループットを上げるために概ねアライメントマークの位置する近傍に複数のいわゆるオフアクシスのプレートアライメント系を有する構成をとる。例えば、アライメントマークを基板の４隅に設けた場合、そのアライメントマーク間の寸法と同じ寸法にて、４つのプレートアライメント系の間隔を設定すればステージの移動を伴わずに、アライメントを完了することが可能になり、装置のスループットに有利となる。この場合にステージストロークを決定するものは、各プレートアライメント系の位置に対して、基準マークを移動させる場合となる。この場合には、基準マークを２個以上ステージ上に配置することによりステージストロークを小さくすることも可能になる。従来、この２つの基準マークの位置（間隔）を計測する場合は、１つのレチクルの同一マークを用いて検出されていた。このレチクルは、ステージの移動によって生ずるヨーイングの影響を補正するように、ステージの回転量を計測する、いわゆるヨーイング干渉計にて計測された値だけ回転され、その回転は、独立したレチクルのアライメント系にフィードバックされ、レチクルアライメント系にて制御される。また、近年では、レチクルステージ上の位置を計測するようなレチクル干渉計によって制御を行う場合もある。このような場合、２つの基準マークの計測には、レチクルのアライメントを行った時の計測誤差、制御誤差を発生することになる。
【００１０】
以上のように本発明は、複数のレチクルにおいてベースラインを計測する場合に経時的に生じ得る基準マークの変化、いわゆるドリフト量を、無視または影響をごく小さく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装置は、図２に示されるように、所定のパターンが形成された原版１２１を露光光によって照明する露光用照明系１００と、該露光用照明系によって照明された前記原版上のパターン像を感光性基板２０２（図１）上に形成する投影光学系１１２とを備え、前記原版上のパターンを前記感光性基板上に露光する投影露光装置において；前記感光性基板を載置すると共に前記投影光学系の像面に沿って移動する基板ステージ２０１と；前記基板ステージに設けられた基準マーク１４１と；前記感光性基板の位置を検出すると共に前記基準マークに対する位置を検出する第１の位置検出系１３１（図１）と；前記基準マーク１４１と前記原版１２１との相対位置を検出する第２の位置検出系と；パターンの投影のために前記原版が載置される位置と前記投影光学系との間に固設された固定マーク１５１と；前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する第３の位置検出系と；前記第３の位置検出系にて得られる前記基準マークと前記固定マークとの相対位置に関する情報に基づいて、前記第１の位置検出系から出力される基準マークと感光性基板との相対位置に関する第１の基準マーク検出信号と、前記第２の位置検出系から出力される前記基準マークと前記原版との相対位置に関する第２の基準マーク検出信号との少なくとも一方を補正する信号補正系と；を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように構成すると、固定マーク、第３の位置検出系及び信号補正系を備えるので、基準マークのドリフトによる測定誤差が補正される。
【００１３】
請求項２に係る発明による投影露光装置は、請求項１に記載の装置に加えて、前記投影光学系の物体面に複数の前記原版を順次設定する原版交換装置をさらに設け；前記信号補正系は、前記原版交換装置を介して前記複数の原版が順次設定される毎に、前記第３の位置検出系にて得られる前記基準マークと前記固定マークとの相対位置に関する複数の情報に基づいて補正量を算出し、該補正量に基づいて前記第２の位置検出系にて前記各原版毎に得られる前記第２の基準マーク出力信号と前記第１の位置検出系にて得られる前記第１の基準マーク出力信号との少なくとも一方を補正することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、図６のグラフに示されるように、信号補正系が第３の位置検出系にて得られる複数の情報に基づいて算出された補正量に基づいて、各原版毎に得られる第２の基準マーク出力信号または第１の基準マーク出力信号を補正するので、基準マークのドリフトによる測定誤差が、さらに細かく補正される。即ち、原版である各レチクル毎に固定マークを用いてキャリブレーションを行うことにより、その複数枚のレチクルにてベースラインを計測した場合のドリフトの影響は、レチクル１枚分の、しかも固定マークと基準マークの計測とそのレチクルにて計測される最後の計測の間の極短期間しか影響を受けないことになる。また、固定マークの位置を計測した値を用いて、その間を補間することができ、更に詳細なドリフト量を推定し補正できる。
【００１５】
さらに請求項３に記載の発明に係る投影露光装置のように、基準マークは、投影光学系の像面から退避して前記基板ステージ内部に収納されるように構成してもよい（図１参照）。
【００１６】
このように構成すると、基板が載置されるべき基板ステージの位置に基準マークを設けることができるので、ステージの大型化ひいては装置全体の大型化を避けることができる。
【００１７】
請求項４に係る発明による投影露光装置は、図２または図１１に示されるように、請求項１乃至請求項３の装置に加えて、第３の位置検出系は、前記第２の位置検出系と共用する前記基準マーク照明系を有し；該基準マーク照明系は、前記第２の位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、露光波長を持つ光によって前記原版上に形成された原版マークを前記投影光学系を介して照明し；前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、露光波長を持つ光によって前記固定マークを前記投影光学系を介して照明することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明による投影露光装置では、図２に示されるように、請求項４に記載の発明に対して、前記第３の位置検出系は、前記第２の位置検出系と共用する前記露光用照明系１００内部に設けられた光電検出器１０５を有し；前記光電検出器は、前記投影光学系を介して前記固定マーク上に形成される前記基準マークの像と前記固定マークとからの光を、前記露光用照明系の１部を介して受光することを特徴とする。
【００１９】
以上のように構成すると、基準マークを投影光学系を介して観測するので、投影光学系も含めたドリフトを補正することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明による投影露光装置では、図７あるいは図８に示されるように、前記露光用照明系は、前記原版上に形成される原版マークと、前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明すると共に、前記固定マークと、前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明し；前記第３の位置検出系は、前記第２位置検出系と共用する光電検出器を有し；前記光電検出器は、前記第２位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基準マーク上に形成される前記原版マークの像と前記基準マークとからの光を受光し；前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとからの光を受光することを特徴とする。
【００２１】
以上のように構成すると、原版マークと固定マークを投影光学系を介して観測するので、投影光学系も含めたドリフトを補正することができる。
【００２２】
請求項７に係る発明による投影露光装置では、図１２に示されるように、前記露光用照明系は、前記原版上に形成される原版マークと前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明し；前記第３の位置検出系は、前記固定マークと前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明する固定マーク照明系とを有し；前記第３の位置検出系は、前記第２位置検出系と共用する光電検出器を有し、前記光電検出器は、前記第２位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基準マーク上に形成される前記原版マークの像と前記基準マークとからの光を受光し；前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとからの光を受光することを特徴とする。
【００２３】
このように構成すると、固定マーク照明系を有するので、照明面積の増加に伴う照度の低下を防止できる。
【００２４】
請求項８に係る発明による投影露光装置では、図７、８、１２に示されるように、前記第３の位置検出系は、前記基準マークと前記光電検出器との間に配置された前記第２位置検出系と共用するライトガイド部材を有することを特徴とする。
【００２５】
このように構成すると、光電検出素子の発熱の影響を低減できる。
【００２６】
請求項９に係る発明による投影露光装置では、図８に示されるように、請求項８の発明に対して、前記ライトガイド部材は、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとの各拡大像を前記光電検出器の受光面上に形成する拡大光学系を有することを特徴とする。
【００２７】
このように構成すると、拡大光学系を備えるので、マークの像の検出精度が高くなる。
【００２８】
請求項１０に係る発明による液晶表示装置の製造方法では、以上の請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の投影露光装置を用いて、前記原版上のパターンを前記投影光学系を介して前記感光性基板上に露光する工程を含む。
【００２９】
このように構成すると、特に大型の液晶表示装置を製造する際は複数のレチクルを用いるが、各レチクルにおいてベースラインを計測する場合に、基準マークの経時変化、いわゆるドリフト量を生ずる場合であっても、そのドリフト量を無視、または影響を極小さくすることができるので、高い品質の液晶表示装置を製造することができる。
【００３０】
【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。
【００３１】
図１は、本発明による露光装置の概略構成図である。この実施の形態では、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１０４、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１１０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１２１、１２２、１２３、１２４を順次載置できる原版ステージ（図示せず）が設けられている。
【００３４】
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（図中で、１５１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、ｘ、ｙ、θに移動可能な原版ステージを支えているベース等に配置され、原版ステージの移動とは独立に固定されているものである。
【００３５】
さらに投影光学系１１２の周囲には、プレートステージ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が配置されている（１３１、１３２、１３３の３個のみ図示）。
【００３６】
また、プレートステージ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。
【００３７】
基板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２０１には、基板が載置されていないときにステージの表面から突出し、基板が載置されるときには基板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２個の基準マーク１４１、１４２が設けられている。両者の間隔は、ここではプレートアライメント系１３１と１３２の間隔とほぼ同一に設定されている。このように、基準マークを複数設け、またそれらの間隔を適切に設定すると、基準マークを用いてプレートアライメント系１３１、１３２、１３３の位置をプレート干渉計２０３により計測するときに、プレートステージ２０１を移動する距離を小さくでき、装置のスループットを高めることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
この装置でレチクル１２１、１２２、１２３、１２４上のパターンをプレートステージ上に載置されたプレート（感光性基板）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、前記照明光学系１００を介して、レチクルステージ上に載置されたレチクル１２１等を照明し、その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、１２２、１２３、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。
【００４０】
この露光装置におけるベースラインの計測をする際には、まずプレート２０２がプレートステージ２０１上に無い状態にて、基準マーク１４１と基準マーク１４２をアップさせる。このとき、基準マーク１４１、１４２の面が、ほぼ投影光学系１１２の焦点面になるようにアップする。基準マークが複数、この実施の形態では２つ有り、かつ上下動するので、先に述べたようにステージの大型化を避けることができる。
【００４１】
次に、固定マーク１５２、１５１の位置を基準マーク１４１、１４２を用いて計測する。図２の第１の実施の形態において、基準マーク１４１、１４２を用いた固定マーク１５２、１５１の位置の計測の説明をする。まず、前述のメイン照明系内のシャッター３０１にて反射された光を光ファイバー３０３にてプレートステージ２０１上の基準マーク１４１、１４２に導き、これを照明する。不図示ではあるが、照明光は、干渉フィルタ等により、露光波長に選択されている。照明された基準マーク１４１、１４２の像は、投影光学系１１２を介して、投影光学系１１２の焦点面に配置されたプリズム状の固定マーク１５２、１５１上に結像する。
【００４２】
固定マークは、例えば図３の（ａ）、（ｂ）に例示するような構造を有する。
（ａ）に示す固定マークは、投影光学系１１２を介してプレートステージ側から進行して来た光をプリズムにより先ず投影光学系１１２の光軸に直角な方向に全反射させて横に振り、さらに同プリズム内で再び全反射させて前記光軸に平行な方向、かつレチクル１２１の方向に向ける。その方向のプリズムの出射面にマーク１５１が形成されている。このマーク１５１は、基準マーク１４１と共役な位置にくるように配置されている。したがって露光光を用いれば、基準マーク１４１は投影光学系１１２を介して固定マーク１５１の上に重なって結像される。
【００４３】
更に、固定マーク１５１を通過した光は、図４に示されるようなレチクル１２１、１２２、１２３、１２４のパターンを避けた周辺部に形成された窓１２１ｃ、１２１ｄを通過し、更に前記照明光学系の一部を介して、光電変換素子１０５（図２参照）にて受光される。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（ａ）に示されているようなスリットマークである。ここで基準マークは、円形の視野中のスリット、固定マークは正方形の視野中の、基準マークと同一形状のスリットとして示されている。プレートステージ２０１を走査することにより、両スリットが重なり再び離れる際の受光素子１０５にて検出される信号は、図５の（ｂ）に示されるような左右対称の山型の信号になる。この山型の信号のある高さで水平に切ったスライスレベルによる中点の検出等を行うことにより、干渉計２０３にてステージの位置座標を計測することができる。
【００４４】
このように固定マーク１５１、１５２の基準マーク１４１、１４２を用いた計測を行う。ここで、固定マークを２つ設けているのは、２つの固定マークを投影光学系１１２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、１つであっても構わない。
【００４５】
更に、本実施の形態では、固定マーク１５２、１５１を２つの独立した部材で構成したが、例えば図１３に示すように、１つの正方形の環状部材１５０に２つの固定マーク１５６、１５７を配置し、その部材１５０にて２つの固定マーク１５６、１５７の間の距離が変化しないようにしてもよい。
【００４６】
次に、基準マーク１４１を用いて、プレートアライメント系１３１、１３２の位置を計測する。さらに基準マーク１４２でプレートアライメント系１３１、１３２のいずれか一方を計測することにより、基準マーク１４２の基準マーク１４１に対する相対位置が計測される。このようにして基準マーク１４１との相対的関係が把握された基準マーク１４２を用いて、プレートアライメント系１３３、１３４（図１においてアライメント系１３４は投影光学系１１２に隠れている）の位置を計測する。この計測は、通常プレートのアライメントを行うマークと同様のマークを基準マーク１４１、１４２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の位置を計測することができる。
【００４７】
続いて、まずレチクル１２１をレチクルを載置するレチクルステージ上に載置し、レチクルアライメントマーク１２１ｅ、１２１ｆをレチクルアライメント系を用いてレチクルアライメント系基準でレチクル１２１の位置合わせを行う。レチクルアライメント系の基準は、不図示ではあるが、例えばレチクルアライメント系内に設けられた指標板を基準として用いられている。
【００４８】
次に、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂの位置を基準マーク１４１と、上述した固定マーク１５１と基準マーク１４１の検出系を用いて複数点検出する。ここで、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂは、実パターン近傍に配置されたマークであり、実パターン近傍に配置してあるのは、レチクル描画誤差も実パターンとレチクルマークでほぼ同様となるようにし、描画誤差をも計測、補正するためである。
【００４９】
このレチクルマークを複数点検出することにより、レチクルアライメント系を基準にとったときのレチクルマークの投影光学系を介したステージ座標系での位置が基準マークを用いて計測される。以上より、レチクル１２１を用いたときのベースラインが求まることとなる。
【００５０】
次に、レチクル１２１をレチクル１２２と交換し、まず、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１４１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ることとなる。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。
【００５１】
続いてレチクル１２２の複数のレチクルマークを基準マーク１４１を用いて計測する。このときレチクルアライメントマークを用いてレチクルアライメント系を基準にとった位置にてレチクル１２２はセットされ、複数のレチクルマーク計測により、レチクル１２１とレチクル１２２のずれを求めることができる。このずれ分をレチクルアライメント系にオフセットとして加え、制御することによりレチクル１２１とレチクル１２２の実パターンが同じ関係になるように配置される。レチクル１２２をレチクル１２３と交換し、同様のことを行えば、はじめに計測した固定マーク１５１、１５２の位置との差を求めることができる。以下レチクル１２４でも同様である。
【００５２】
こうして、得られた各レチクルに対応したドリフト量を表したのが、図６のグラフである。横軸は時間であるが、固定マーク、各レチクルマーク、プレートアライメント系を計測している時間に対応するところに、Ｓ１〜Ｓ５、Ｒ１１〜Ｒ４２、Ｐ１〜Ｐ２を記してある（Ｐ３、Ｐ４も適宜固定マーク計測の間に計測するが、図６では不図示）。このようなデータにより、各計測点でのドリフト量を例えば直線近似、２次近似等の補間により求めることも可能であり、ドリフトに適した補間方法を行えば、基準マーク１４１、１４２にドリフトが生じてもごく小さな影響のみにとどめることが可能となる。更に、固定マーク１５１、１５２等での計測の間隔を短くすれば、より正確なオフセット量を求めることができる。
【００５３】
なお、信号補正系は、例えば図２の光電変換素子１０５からの位置信号と図１のプレート干渉計からの出力信号を受信して、図６のグラフに示すような補間による補正を行う不図示の制御系である。
【００５４】
図７、図８は、本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、固定マーク１５１、１５２と基準マーク１４１、１４２、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂ（図４）と基準マーク１４１、１４２、を検出する系の構成として、照明光学系１００内のメイン照明光を用いていることが特徴である。
【００５５】
図７は、照明光学系１００のメイン照明光にて、固定マーク１５１、１５２を照明し、固定マーク１５１、１５２の投影光学系１１２による光学像と基準マーク１４１、１４２を通過する光を光電変換素子１６１に光ファイバー３０４にて導く構成である。光電変換素子１６１は、プレートステージ２０１中でも構わないが、本実施の形態では、受光素子１６１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にて導くこととした。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。
【００５６】
図８は、受光センサ部にステージに埋設されたＣＣＤ等の撮像素子１６２を用い、基準マーク１４１、１４２の像を拡大して撮像素子１６２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、１４２に図９（ａ）に示すような正方形の環状枠、固定マーク１５１、１５２、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂに図９（ｂ）に示すような十文字の各枝が３本の線（各線の太さは（ａ）の枠の幅とほぼ同一で、十文字の枝の全長は（ａ）の枠の一辺の長さより長い）で形成されたような上下、左右対称のマークを配置すれば、撮像素子１６２に映し出される合成像は、図９（ｃ）のように、両者を重ね合わせた像になる。
【００５７】
この像を図１０（ａ）の点線に示されている領域、即ち３本の十文字の線と正方形の環状枠とに挟まれた、図９（ｂ）の十文字の枝の全長をカバーする領域にて画像処理を行うことにより、基準マーク１４１、１４２と固定マーク１５１、１５２、または基準マーク１４１、１４２とレチクルマーク１２１ａ、１２１ｂの相対位置を検出することが可能となる。図１０（ａ）、（ｂ）は、画像処理したときの長さ方向と信号レベルの関係を示している。基準マーク、固定マーク、レチクルマークの各線に対応する信号レベルの急変する箇所の間隔を調べれば、各マークの相対的関係が検出できる。
【００５８】
また、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（図１）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。
【００５９】
図１１は、先の第２の実施の形態の変形例であり、固定マーク１５３等と基準マーク１４１、１４２の相対位置検出系とレチクルマーク１２１ａ、１２１ｂと基準マーク１４１、１４２の相対位置検出系で基準マーク１４１等を照明する照明部分と投影光学系１１２を介するところまでが共通であり、受光部１６３、１６４を別に配置した例である。この場合には、レチクル１２１に窓等をあけるような工夫をする必要がなくなる。図１１では、固定マーク１５３の後方に受光センサ１６３を設けているが、熱的な影響等が大きい場合には、光ファイバー（図示せず）により受光光を伝達することも可能である。
【００６０】
図１２は、図１１同様に、先の第２の実施の形態の変形例であり、図１１とは異なり、固定マーク１５３等と基準マーク１４１等の相対位置検出系と、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂと基準マーク１４１等の相対位置検出系で、固定マーク１５３等を照明する照明部とレチクルマークを照明する照明部が異なり、固定マーク１５３等の方は、独立照明系１８１を有し、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂの方は、メイン照明光学系１００を用いる構成とした。このように配置構成することにより、メイン照明光学系１００で固定マーク１５３等まで照明する図７、図８の構成に対して、照明エリア増加に伴う照度低下を防ぐことができる。また、この構成にて図８のように、受光系１６４に撮像素子を用いることも当然可能である。
【００６１】
ステージの大型化を避けるために、複数個の基準マークを設けた場合には、各基準マーク間の位置計測に対しても、動的なレチクルを用いることなく、装置固有の固定マークを用いることによって、レチクルアライメント系の計測に依らず、投影光学系を介したステージ座標系の位置を正確に計測することが可能になる。加えて、例えば固定マークに対する変動をモニタできるため、リミット値を設けることにより、上下動する基準マークの駆動部の不良を容易に発見できるメリットもある。更には、本発明による装置は固定マークを加えることにより製造可能であり、コスト的な問題は生じない。
【００６２】
また本発明は、基準マークのドリフトに限らず例えば投影光学系のドリフトにも対処できる。
【００６３】
さらに、例えば基準マークのドリフト量が安定したところで、２カ所に配置された固定マークを基準マークを用いて計測することにより、投影光学系の倍率のキャリブレーションに用いることもできる。
【００６４】
さらには、固定マークと基準マークとの計測系を用いて、プレートステージの上下動による信号強度の変化を計測し、投影光学系のピント位置を求め、斜入射型のオートフォーカス系の較正を行うことも可能になる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、固定マークは交換されるレチクルとは別のマークとして装置に固定されているので、たとえ基準マークが上下動できる構造のためにドリフトしたとしても、相対的な位置関係の計測に実質的に影響を与えない構成をとることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明に用いる固定マークの例を、レチクルと投影光学系の一部と共に示す図である。
【図４】本発明に用いるレチクルの窓を示す図である。
【図５】本発明に用いる基準マークのパターンと固定マークのパターンの例及びそれらを走査したときに受光素子で検出される信号の例を示す図である。
【図６】各レチクルに対応するドリフト量を表すグラフを示す線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図８】図７の実施の形態の変形例であり、拡大光学系を含む例を示す図である。
【図９】本発明に用いる基準マーク、固定マーク、レチクルマークのパターンの例及びそれらを重ね合わせた合成像を示す図である。
【図１０】図９に示すパターンの合成像とそれを画像処理した場合の説明図である。
【図１１】図７に示す実施の形態の別の変形例であり、固定マークとレチクルマークの受光部を別に配置した例を示す図である。
【図１２】図７に示す実施の形態のさらに別の変形例であり、固定マークが独立の照明系を有する場合の例を示す図である。
【図１３】本発明に用いる固定マークを一体の枠上に形成した例を、投影光学系の一部と共に示す図である。
【符号の説明】
１００ 照明光学系
１０５、１６１〜１５４ 受光素子
１１２ 投影光学系
１２１、１２２、１２３、１２４ レチクル
１３１、１３２、１３３、１３４ プレートアライメント系
１４１、１４２ 基準マーク
１５１、１５２ 固定マーク
２０１ プレートステージ
２０２ 基板
２１１ レチクルアライメント系
３０１ シャッター
３０３ 光ファイバー
【発明の属する技術分野】
本発明は基板用投影露光装置に関し、特にステージ座標系に基準マークを備えた、大型の液晶パネル等の製造に用いられる基板用投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型液晶パネル等の露光装置の基準位置は、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即ち原版のアライメントマークと照合され、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が求められる。
【０００３】
更に、露光装置はプレートアライメント系を有しており、プレート即ち感光性基板に２層目以上を露光する際には、１層目に露光されたプレートの位置を検出するため、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を検出する。
【０００４】
このようにして、いわゆる露光装置におけるプレートアライメント系のベースラインが求まる。ベースラインとは、対象物あるいは対象の系の位置を、ステージ座標系の座標で表示したものであり、投影光学系の基準位置に対するベクトル表示の一種である。
【０００５】
一般には露光前に上記工程を経て、基板ステージ上に搬入されたプレート上のプレートアライメントマークをプレートアライメント系で観察しその位置を計測し、上記ベースラインの値を用いてプレートの位置合わせを行い、２層目以降の露光を開始する。しかし特に大きな、しかも角形の基板の露光装置では、プレートを載置する基板ステージの位置に上下動する基準マークを設け、プレートが載置されていないときにその基準マークを上にアップさせてベースラインを計測し、載置されているときは下に退避させるようにしている。この構造により、ステージの大型化を避け、コストを低減し精度を高めることができる。
【０００６】
また特に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露光装置では、その複数枚のレチクルの位置を、レチクルを交換しながら、各レチクル毎にアップした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し、いわゆる各レチクル毎のベースラインを求めている。
【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、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のレチクル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】
しかしながら上記従来の技術において、例えば４枚のレチクルを用いる場合は、レチクルを交換する時間とプレートアライメント系の位置を検出する時間とがかかり、更に、レチクル上の異物検査等の時間を加えるとかなりの時間を要する。加えて最近は、デバイスの最適化、パネルの大型化等により、レチクル枚数も４枚が普通であったものが、６枚が必要になり、さらに多く必要とするようになりつつある。そこで、基準マークをアップしてレチクルマーク、プレートアライメント系等の位置を検出する場合に、各レチクルの位置とプレートアライメント系の位置とを計測する時間がかなり長くなり、基準マーク自体が上下動する機構であるためにステージの移動等により力が加わったり、ステージの移動等による熱的な要因を受け、基準マーク自体がドリフトを生じ、計測値が時間が経てば経つほど変化してしまうと言った問題を生じてしまった。
【０００９】
また、この種の露光装置は、基板の端に位置する端子部にプレートアライメントマークを配置し、更に露光装置のスループットを上げるために概ねアライメントマークの位置する近傍に複数のいわゆるオフアクシスのプレートアライメント系を有する構成をとる。例えば、アライメントマークを基板の４隅に設けた場合、そのアライメントマーク間の寸法と同じ寸法にて、４つのプレートアライメント系の間隔を設定すればステージの移動を伴わずに、アライメントを完了することが可能になり、装置のスループットに有利となる。この場合にステージストロークを決定するものは、各プレートアライメント系の位置に対して、基準マークを移動させる場合となる。この場合には、基準マークを２個以上ステージ上に配置することによりステージストロークを小さくすることも可能になる。従来、この２つの基準マークの位置（間隔）を計測する場合は、１つのレチクルの同一マークを用いて検出されていた。このレチクルは、ステージの移動によって生ずるヨーイングの影響を補正するように、ステージの回転量を計測する、いわゆるヨーイング干渉計にて計測された値だけ回転され、その回転は、独立したレチクルのアライメント系にフィードバックされ、レチクルアライメント系にて制御される。また、近年では、レチクルステージ上の位置を計測するようなレチクル干渉計によって制御を行う場合もある。このような場合、２つの基準マークの計測には、レチクルのアライメントを行った時の計測誤差、制御誤差を発生することになる。
【００１０】
以上のように本発明は、複数のレチクルにおいてベースラインを計測する場合に経時的に生じ得る基準マークの変化、いわゆるドリフト量を、無視または影響をごく小さく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装置は、図２に示されるように、所定のパターンが形成された原版１２１を露光光によって照明する露光用照明系１００と、該露光用照明系によって照明された前記原版上のパターン像を感光性基板２０２（図１）上に形成する投影光学系１１２とを備え、前記原版上のパターンを前記感光性基板上に露光する投影露光装置において；前記感光性基板を載置すると共に前記投影光学系の像面に沿って移動する基板ステージ２０１と；前記基板ステージに設けられた基準マーク１４１と；前記感光性基板の位置を検出すると共に前記基準マークに対する位置を検出する第１の位置検出系１３１（図１）と；前記基準マーク１４１と前記原版１２１との相対位置を検出する第２の位置検出系と；パターンの投影のために前記原版が載置される位置と前記投影光学系との間に固設された固定マーク１５１と；前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する第３の位置検出系と；前記第３の位置検出系にて得られる前記基準マークと前記固定マークとの相対位置に関する情報に基づいて、前記第１の位置検出系から出力される基準マークと感光性基板との相対位置に関する第１の基準マーク検出信号と、前記第２の位置検出系から出力される前記基準マークと前記原版との相対位置に関する第２の基準マーク検出信号との少なくとも一方を補正する信号補正系と；を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように構成すると、固定マーク、第３の位置検出系及び信号補正系を備えるので、基準マークのドリフトによる測定誤差が補正される。
【００１３】
請求項２に係る発明による投影露光装置は、請求項１に記載の装置に加えて、前記投影光学系の物体面に複数の前記原版を順次設定する原版交換装置をさらに設け；前記信号補正系は、前記原版交換装置を介して前記複数の原版が順次設定される毎に、前記第３の位置検出系にて得られる前記基準マークと前記固定マークとの相対位置に関する複数の情報に基づいて補正量を算出し、該補正量に基づいて前記第２の位置検出系にて前記各原版毎に得られる前記第２の基準マーク出力信号と前記第１の位置検出系にて得られる前記第１の基準マーク出力信号との少なくとも一方を補正することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、図６のグラフに示されるように、信号補正系が第３の位置検出系にて得られる複数の情報に基づいて算出された補正量に基づいて、各原版毎に得られる第２の基準マーク出力信号または第１の基準マーク出力信号を補正するので、基準マークのドリフトによる測定誤差が、さらに細かく補正される。即ち、原版である各レチクル毎に固定マークを用いてキャリブレーションを行うことにより、その複数枚のレチクルにてベースラインを計測した場合のドリフトの影響は、レチクル１枚分の、しかも固定マークと基準マークの計測とそのレチクルにて計測される最後の計測の間の極短期間しか影響を受けないことになる。また、固定マークの位置を計測した値を用いて、その間を補間することができ、更に詳細なドリフト量を推定し補正できる。
【００１５】
さらに請求項３に記載の発明に係る投影露光装置のように、基準マークは、投影光学系の像面から退避して前記基板ステージ内部に収納されるように構成してもよい（図１参照）。
【００１６】
このように構成すると、基板が載置されるべき基板ステージの位置に基準マークを設けることができるので、ステージの大型化ひいては装置全体の大型化を避けることができる。
【００１７】
請求項４に係る発明による投影露光装置は、図２または図１１に示されるように、請求項１乃至請求項３の装置に加えて、第３の位置検出系は、前記第２の位置検出系と共用する前記基準マーク照明系を有し；該基準マーク照明系は、前記第２の位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、露光波長を持つ光によって前記原版上に形成された原版マークを前記投影光学系を介して照明し；前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、露光波長を持つ光によって前記固定マークを前記投影光学系を介して照明することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明による投影露光装置では、図２に示されるように、請求項４に記載の発明に対して、前記第３の位置検出系は、前記第２の位置検出系と共用する前記露光用照明系１００内部に設けられた光電検出器１０５を有し；前記光電検出器は、前記投影光学系を介して前記固定マーク上に形成される前記基準マークの像と前記固定マークとからの光を、前記露光用照明系の１部を介して受光することを特徴とする。
【００１９】
以上のように構成すると、基準マークを投影光学系を介して観測するので、投影光学系も含めたドリフトを補正することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明による投影露光装置では、図７あるいは図８に示されるように、前記露光用照明系は、前記原版上に形成される原版マークと、前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明すると共に、前記固定マークと、前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明し；前記第３の位置検出系は、前記第２位置検出系と共用する光電検出器を有し；前記光電検出器は、前記第２位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基準マーク上に形成される前記原版マークの像と前記基準マークとからの光を受光し；前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとからの光を受光することを特徴とする。
【００２１】
以上のように構成すると、原版マークと固定マークを投影光学系を介して観測するので、投影光学系も含めたドリフトを補正することができる。
【００２２】
請求項７に係る発明による投影露光装置では、図１２に示されるように、前記露光用照明系は、前記原版上に形成される原版マークと前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明し；前記第３の位置検出系は、前記固定マークと前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明する固定マーク照明系とを有し；前記第３の位置検出系は、前記第２位置検出系と共用する光電検出器を有し、前記光電検出器は、前記第２位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基準マーク上に形成される前記原版マークの像と前記基準マークとからの光を受光し；前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとからの光を受光することを特徴とする。
【００２３】
このように構成すると、固定マーク照明系を有するので、照明面積の増加に伴う照度の低下を防止できる。
【００２４】
請求項８に係る発明による投影露光装置では、図７、８、１２に示されるように、前記第３の位置検出系は、前記基準マークと前記光電検出器との間に配置された前記第２位置検出系と共用するライトガイド部材を有することを特徴とする。
【００２５】
このように構成すると、光電検出素子の発熱の影響を低減できる。
【００２６】
請求項９に係る発明による投影露光装置では、図８に示されるように、請求項８の発明に対して、前記ライトガイド部材は、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとの各拡大像を前記光電検出器の受光面上に形成する拡大光学系を有することを特徴とする。
【００２７】
このように構成すると、拡大光学系を備えるので、マークの像の検出精度が高くなる。
【００２８】
請求項１０に係る発明による液晶表示装置の製造方法では、以上の請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の投影露光装置を用いて、前記原版上のパターンを前記投影光学系を介して前記感光性基板上に露光する工程を含む。
【００２９】
このように構成すると、特に大型の液晶表示装置を製造する際は複数のレチクルを用いるが、各レチクルにおいてベースラインを計測する場合に、基準マークの経時変化、いわゆるドリフト量を生ずる場合であっても、そのドリフト量を無視、または影響を極小さくすることができるので、高い品質の液晶表示装置を製造することができる。
【００３０】
【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。
【００３１】
図１は、本発明による露光装置の概略構成図である。この実施の形態では、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１０４、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１１０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１２１、１２２、１２３、１２４を順次載置できる原版ステージ（図示せず）が設けられている。
【００３４】
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（図中で、１５１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、ｘ、ｙ、θに移動可能な原版ステージを支えているベース等に配置され、原版ステージの移動とは独立に固定されているものである。
【００３５】
さらに投影光学系１１２の周囲には、プレートステージ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が配置されている（１３１、１３２、１３３の３個のみ図示）。
【００３６】
また、プレートステージ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。
【００３７】
基板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２０１には、基板が載置されていないときにステージの表面から突出し、基板が載置されるときには基板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２個の基準マーク１４１、１４２が設けられている。両者の間隔は、ここではプレートアライメント系１３１と１３２の間隔とほぼ同一に設定されている。このように、基準マークを複数設け、またそれらの間隔を適切に設定すると、基準マークを用いてプレートアライメント系１３１、１３２、１３３の位置をプレート干渉計２０３により計測するときに、プレートステージ２０１を移動する距離を小さくでき、装置のスループットを高めることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
この装置でレチクル１２１、１２２、１２３、１２４上のパターンをプレートステージ上に載置されたプレート（感光性基板）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、前記照明光学系１００を介して、レチクルステージ上に載置されたレチクル１２１等を照明し、その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、１２２、１２３、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。
【００４０】
この露光装置におけるベースラインの計測をする際には、まずプレート２０２がプレートステージ２０１上に無い状態にて、基準マーク１４１と基準マーク１４２をアップさせる。このとき、基準マーク１４１、１４２の面が、ほぼ投影光学系１１２の焦点面になるようにアップする。基準マークが複数、この実施の形態では２つ有り、かつ上下動するので、先に述べたようにステージの大型化を避けることができる。
【００４１】
次に、固定マーク１５２、１５１の位置を基準マーク１４１、１４２を用いて計測する。図２の第１の実施の形態において、基準マーク１４１、１４２を用いた固定マーク１５２、１５１の位置の計測の説明をする。まず、前述のメイン照明系内のシャッター３０１にて反射された光を光ファイバー３０３にてプレートステージ２０１上の基準マーク１４１、１４２に導き、これを照明する。不図示ではあるが、照明光は、干渉フィルタ等により、露光波長に選択されている。照明された基準マーク１４１、１４２の像は、投影光学系１１２を介して、投影光学系１１２の焦点面に配置されたプリズム状の固定マーク１５２、１５１上に結像する。
【００４２】
固定マークは、例えば図３の（ａ）、（ｂ）に例示するような構造を有する。
（ａ）に示す固定マークは、投影光学系１１２を介してプレートステージ側から進行して来た光をプリズムにより先ず投影光学系１１２の光軸に直角な方向に全反射させて横に振り、さらに同プリズム内で再び全反射させて前記光軸に平行な方向、かつレチクル１２１の方向に向ける。その方向のプリズムの出射面にマーク１５１が形成されている。このマーク１５１は、基準マーク１４１と共役な位置にくるように配置されている。したがって露光光を用いれば、基準マーク１４１は投影光学系１１２を介して固定マーク１５１の上に重なって結像される。
【００４３】
更に、固定マーク１５１を通過した光は、図４に示されるようなレチクル１２１、１２２、１２３、１２４のパターンを避けた周辺部に形成された窓１２１ｃ、１２１ｄを通過し、更に前記照明光学系の一部を介して、光電変換素子１０５（図２参照）にて受光される。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（ａ）に示されているようなスリットマークである。ここで基準マークは、円形の視野中のスリット、固定マークは正方形の視野中の、基準マークと同一形状のスリットとして示されている。プレートステージ２０１を走査することにより、両スリットが重なり再び離れる際の受光素子１０５にて検出される信号は、図５の（ｂ）に示されるような左右対称の山型の信号になる。この山型の信号のある高さで水平に切ったスライスレベルによる中点の検出等を行うことにより、干渉計２０３にてステージの位置座標を計測することができる。
【００４４】
このように固定マーク１５１、１５２の基準マーク１４１、１４２を用いた計測を行う。ここで、固定マークを２つ設けているのは、２つの固定マークを投影光学系１１２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、１つであっても構わない。
【００４５】
更に、本実施の形態では、固定マーク１５２、１５１を２つの独立した部材で構成したが、例えば図１３に示すように、１つの正方形の環状部材１５０に２つの固定マーク１５６、１５７を配置し、その部材１５０にて２つの固定マーク１５６、１５７の間の距離が変化しないようにしてもよい。
【００４６】
次に、基準マーク１４１を用いて、プレートアライメント系１３１、１３２の位置を計測する。さらに基準マーク１４２でプレートアライメント系１３１、１３２のいずれか一方を計測することにより、基準マーク１４２の基準マーク１４１に対する相対位置が計測される。このようにして基準マーク１４１との相対的関係が把握された基準マーク１４２を用いて、プレートアライメント系１３３、１３４（図１においてアライメント系１３４は投影光学系１１２に隠れている）の位置を計測する。この計測は、通常プレートのアライメントを行うマークと同様のマークを基準マーク１４１、１４２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の位置を計測することができる。
【００４７】
続いて、まずレチクル１２１をレチクルを載置するレチクルステージ上に載置し、レチクルアライメントマーク１２１ｅ、１２１ｆをレチクルアライメント系を用いてレチクルアライメント系基準でレチクル１２１の位置合わせを行う。レチクルアライメント系の基準は、不図示ではあるが、例えばレチクルアライメント系内に設けられた指標板を基準として用いられている。
【００４８】
次に、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂの位置を基準マーク１４１と、上述した固定マーク１５１と基準マーク１４１の検出系を用いて複数点検出する。ここで、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂは、実パターン近傍に配置されたマークであり、実パターン近傍に配置してあるのは、レチクル描画誤差も実パターンとレチクルマークでほぼ同様となるようにし、描画誤差をも計測、補正するためである。
【００４９】
このレチクルマークを複数点検出することにより、レチクルアライメント系を基準にとったときのレチクルマークの投影光学系を介したステージ座標系での位置が基準マークを用いて計測される。以上より、レチクル１２１を用いたときのベースラインが求まることとなる。
【００５０】
次に、レチクル１２１をレチクル１２２と交換し、まず、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１４１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ることとなる。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。
【００５１】
続いてレチクル１２２の複数のレチクルマークを基準マーク１４１を用いて計測する。このときレチクルアライメントマークを用いてレチクルアライメント系を基準にとった位置にてレチクル１２２はセットされ、複数のレチクルマーク計測により、レチクル１２１とレチクル１２２のずれを求めることができる。このずれ分をレチクルアライメント系にオフセットとして加え、制御することによりレチクル１２１とレチクル１２２の実パターンが同じ関係になるように配置される。レチクル１２２をレチクル１２３と交換し、同様のことを行えば、はじめに計測した固定マーク１５１、１５２の位置との差を求めることができる。以下レチクル１２４でも同様である。
【００５２】
こうして、得られた各レチクルに対応したドリフト量を表したのが、図６のグラフである。横軸は時間であるが、固定マーク、各レチクルマーク、プレートアライメント系を計測している時間に対応するところに、Ｓ１〜Ｓ５、Ｒ１１〜Ｒ４２、Ｐ１〜Ｐ２を記してある（Ｐ３、Ｐ４も適宜固定マーク計測の間に計測するが、図６では不図示）。このようなデータにより、各計測点でのドリフト量を例えば直線近似、２次近似等の補間により求めることも可能であり、ドリフトに適した補間方法を行えば、基準マーク１４１、１４２にドリフトが生じてもごく小さな影響のみにとどめることが可能となる。更に、固定マーク１５１、１５２等での計測の間隔を短くすれば、より正確なオフセット量を求めることができる。
【００５３】
なお、信号補正系は、例えば図２の光電変換素子１０５からの位置信号と図１のプレート干渉計からの出力信号を受信して、図６のグラフに示すような補間による補正を行う不図示の制御系である。
【００５４】
図７、図８は、本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、固定マーク１５１、１５２と基準マーク１４１、１４２、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂ（図４）と基準マーク１４１、１４２、を検出する系の構成として、照明光学系１００内のメイン照明光を用いていることが特徴である。
【００５５】
図７は、照明光学系１００のメイン照明光にて、固定マーク１５１、１５２を照明し、固定マーク１５１、１５２の投影光学系１１２による光学像と基準マーク１４１、１４２を通過する光を光電変換素子１６１に光ファイバー３０４にて導く構成である。光電変換素子１６１は、プレートステージ２０１中でも構わないが、本実施の形態では、受光素子１６１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にて導くこととした。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。
【００５６】
図８は、受光センサ部にステージに埋設されたＣＣＤ等の撮像素子１６２を用い、基準マーク１４１、１４２の像を拡大して撮像素子１６２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、１４２に図９（ａ）に示すような正方形の環状枠、固定マーク１５１、１５２、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂに図９（ｂ）に示すような十文字の各枝が３本の線（各線の太さは（ａ）の枠の幅とほぼ同一で、十文字の枝の全長は（ａ）の枠の一辺の長さより長い）で形成されたような上下、左右対称のマークを配置すれば、撮像素子１６２に映し出される合成像は、図９（ｃ）のように、両者を重ね合わせた像になる。
【００５７】
この像を図１０（ａ）の点線に示されている領域、即ち３本の十文字の線と正方形の環状枠とに挟まれた、図９（ｂ）の十文字の枝の全長をカバーする領域にて画像処理を行うことにより、基準マーク１４１、１４２と固定マーク１５１、１５２、または基準マーク１４１、１４２とレチクルマーク１２１ａ、１２１ｂの相対位置を検出することが可能となる。図１０（ａ）、（ｂ）は、画像処理したときの長さ方向と信号レベルの関係を示している。基準マーク、固定マーク、レチクルマークの各線に対応する信号レベルの急変する箇所の間隔を調べれば、各マークの相対的関係が検出できる。
【００５８】
また、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（図１）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。
【００５９】
図１１は、先の第２の実施の形態の変形例であり、固定マーク１５３等と基準マーク１４１、１４２の相対位置検出系とレチクルマーク１２１ａ、１２１ｂと基準マーク１４１、１４２の相対位置検出系で基準マーク１４１等を照明する照明部分と投影光学系１１２を介するところまでが共通であり、受光部１６３、１６４を別に配置した例である。この場合には、レチクル１２１に窓等をあけるような工夫をする必要がなくなる。図１１では、固定マーク１５３の後方に受光センサ１６３を設けているが、熱的な影響等が大きい場合には、光ファイバー（図示せず）により受光光を伝達することも可能である。
【００６０】
図１２は、図１１同様に、先の第２の実施の形態の変形例であり、図１１とは異なり、固定マーク１５３等と基準マーク１４１等の相対位置検出系と、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂと基準マーク１４１等の相対位置検出系で、固定マーク１５３等を照明する照明部とレチクルマークを照明する照明部が異なり、固定マーク１５３等の方は、独立照明系１８１を有し、レチクルマーク１２１ａ、１２１ｂの方は、メイン照明光学系１００を用いる構成とした。このように配置構成することにより、メイン照明光学系１００で固定マーク１５３等まで照明する図７、図８の構成に対して、照明エリア増加に伴う照度低下を防ぐことができる。また、この構成にて図８のように、受光系１６４に撮像素子を用いることも当然可能である。
【００６１】
ステージの大型化を避けるために、複数個の基準マークを設けた場合には、各基準マーク間の位置計測に対しても、動的なレチクルを用いることなく、装置固有の固定マークを用いることによって、レチクルアライメント系の計測に依らず、投影光学系を介したステージ座標系の位置を正確に計測することが可能になる。加えて、例えば固定マークに対する変動をモニタできるため、リミット値を設けることにより、上下動する基準マークの駆動部の不良を容易に発見できるメリットもある。更には、本発明による装置は固定マークを加えることにより製造可能であり、コスト的な問題は生じない。
【００６２】
また本発明は、基準マークのドリフトに限らず例えば投影光学系のドリフトにも対処できる。
【００６３】
さらに、例えば基準マークのドリフト量が安定したところで、２カ所に配置された固定マークを基準マークを用いて計測することにより、投影光学系の倍率のキャリブレーションに用いることもできる。
【００６４】
さらには、固定マークと基準マークとの計測系を用いて、プレートステージの上下動による信号強度の変化を計測し、投影光学系のピント位置を求め、斜入射型のオートフォーカス系の較正を行うことも可能になる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、固定マークは交換されるレチクルとは別のマークとして装置に固定されているので、たとえ基準マークが上下動できる構造のためにドリフトしたとしても、相対的な位置関係の計測に実質的に影響を与えない構成をとることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明に用いる固定マークの例を、レチクルと投影光学系の一部と共に示す図である。
【図４】本発明に用いるレチクルの窓を示す図である。
【図５】本発明に用いる基準マークのパターンと固定マークのパターンの例及びそれらを走査したときに受光素子で検出される信号の例を示す図である。
【図６】各レチクルに対応するドリフト量を表すグラフを示す線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図８】図７の実施の形態の変形例であり、拡大光学系を含む例を示す図である。
【図９】本発明に用いる基準マーク、固定マーク、レチクルマークのパターンの例及びそれらを重ね合わせた合成像を示す図である。
【図１０】図９に示すパターンの合成像とそれを画像処理した場合の説明図である。
【図１１】図７に示す実施の形態の別の変形例であり、固定マークとレチクルマークの受光部を別に配置した例を示す図である。
【図１２】図７に示す実施の形態のさらに別の変形例であり、固定マークが独立の照明系を有する場合の例を示す図である。
【図１３】本発明に用いる固定マークを一体の枠上に形成した例を、投影光学系の一部と共に示す図である。
【符号の説明】
１００ 照明光学系
１０５、１６１〜１５４ 受光素子
１１２ 投影光学系
１２１、１２２、１２３、１２４ レチクル
１３１、１３２、１３３、１３４ プレートアライメント系
１４１、１４２ 基準マーク
１５１、１５２ 固定マーク
２０１ プレートステージ
２０２ 基板
２１１ レチクルアライメント系
３０１ シャッター
３０３ 光ファイバー
Claims (10)
- 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する露光用照明系と、該露光用照明系によって照明された前記原版上のパターン像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、前記原版上のパターンを前記感光性基板上に露光する投影露光装置において；
前記感光性基板を載置すると共に前記投影光学系の像面に沿って移動する基板ステージと；
前記基板ステージに設けられた基準マークと；
前記感光性基板の位置を検出すると共に前記基準マークに対する位置を検出する第１の位置検出系と；
前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する第２の位置検出系と；
パターンの投影のために前記原版が載置される位置と前記投影光学系との間に固設された固定マークと；
前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する第３の位置検出系と；
前記第３の位置検出系にて得られる前記基準マークと前記固定マークとの相対位置に関する情報に基づいて、前記第１の位置検出系から出力される基準マークと感光性基板との相対位置に関する第１の基準マーク検出信号と、前記第２の位置検出系から出力される前記基準マークと前記原版との相対位置に関する第２の基準マーク検出信号との少なくとも一方を補正する信号補正系と；
を備えたことを特徴とする投影露光装置。 - 前記投影光学系の物体面に複数の前記原版を順次設定する原版交換装置をさらに設け；
前記信号補正系は、前記原版交換装置を介して前記複数の原版が順次設定される毎に、前記第３の位置検出系にて得られる前記基準マークと前記固定マークとの相対位置に関する複数の情報に基づいて補正量を算出し、該補正量に基づいて前記第２の位置検出系にて前記各原版毎に得られる前記第２の基準マーク出力信号と前記第１の位置検出系にて得られる前記第１の基準マーク出力信号との少なくとも一方を補正することを特徴とする、請求項１記載の投影露光装置。 - 前記基準マークは、前記投影光学系の像面から退避して前記基板ステージ内部に収納されるように構成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の投影露光装置。
- 前記第３の位置検出系は、前記第２の位置検出系と共用する前記基準マーク照明系を有し；
該基準マーク照明系は、前記第２の位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、露光波長を持つ光によって前記原版上に形成された原版マークを前記投影光学系を介して照明し；
前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、露光波長を持つ光によって前記固定マークを前記投影光学系を介して照明することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投影露光装置。 - 前記第３の位置検出系は、前記第２の位置検出系と共用する前記露光用照明系内部に設けられた光電検出器を有し；
前記光電検出器は、前記投影光学系を介して前記固定マーク上に形成される前記基準マークの像と前記固定マークとからの光を、前記露光用照明系の１部を介して受光することを特徴とする請求項４記載の投影露光装置。 - 前記露光用照明系は、前記原版上に形成される原版マークと、前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明すると共に、前記固定マークと、前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明し；
前記第３の位置検出系は、前記第２位置検出系と共用する光電検出器を有し；
前記光電検出器は、前記第２位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基準マーク上に形成される前記原版マークの像と前記基準マークとからの光を受光し；
前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとからの光を受光することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投影露光装置。 - 前記露光用照明系は、前記原版上に形成される原版マークと前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明し；
前記第３の位置検出系は、前記固定マークと前記投影光学系を介して前記基準マークとを照明する固定マーク照明系とを有し；
前記第３の位置検出系は、前記第２位置検出系と共用する光電検出器を有し、前記光電検出器は、前記第２位置検出系にて前記基準マークと前記原版との相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基準マーク上に形成される前記原版マークの像と前記基準マークとからの光を受光し；
前記第３の位置検出系にて前記基準マークと前記固定マークとの相対位置を検出する際には、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとからの光を受光することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の投影露光装置。 - 前記第３の位置検出系は、前記基準マークと前記光電検出器との間に配置された前記第２位置検出系と共用するライトガイド部材を有することを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の投影露光装置。
- 前記ライトガイド部材は、前記投影光学系を介して前記基板マーク上に形成される前記固定マークの像と前記基準マークとの各拡大像を前記光電検出器の受光面上に形成する拡大光学系を有することを特徴とする、請求項８記載の投影露光装置。
- 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の投影露光装置を用いて、前記原版上のパターンを前記投影光学系を介して前記感光性基板上に露光する工程を含む、液晶表示装置の製造方法。
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