JP2013142777A - 露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークやマスクにアライメントマークを形成することなくマスクとワークの位置合せを行い、ワークにできるだけ多くの素子パターン（チップ）が形成できるようにすること。
【解決手段】マスクＭに形成するマスクパターンを、従来に比べて外側に縦横に一列ずつ多く作り、また、露光光を照射する領域を、このマスクパターンに合わせて、ワークＷに対して縦横に少なくともパターンの１列分大きくする。露光する際には、マスクの繰り返し形成されている複数のパターンの内の任意のパターンと、このパターンに対応する位置に形成されたワークＷ上のパターンとの位置合わせを行い、マスクＭを介してワークＷに対して、パターンの１列分大きくして露光光を照射する。これにより、ワークステージＷＳ上のワークの位置が１素子分隣にずれても、ワークＷ上の全領域に対して、マスクＭを介した露光光が照射され、素子パターンが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同じ形状のパターンが縦横に繰り返して複数形成されたマスクを介してワークに露光光を照射し、ワーク上にパターンを形成する露光方法に関し、特に、特別なアライメントマーク用いずにマスクとワークの位置合せを行い、マスクパターンをワーク上に露光する露光方法に関するものである。

半導体素子、ＬＥＤ素子、プリント基板、液晶基板等のパターンをフォトリソグラフィにより製造する工程においては、露光装置が使用される。露光装置は、マスクパターンを形成したマスクと、そのパターンが転写されるワークを所定の位置関係に位置合わせし、その後、マスクを介して露光光を含む光を照射する。これにより、マスクパターンがワークに転写（露光）される。
図６は、従来の露光装置の構成例を示す図である。
図６に示すように、露光装置は、露光光を出射する光照射部１、パターンが形成されたマスクＭを保持するマスクステージＭＳ、露光処理を行うワークＷを保持するワークステージＷＳ、マスクＭのパターンをワークステージＷＳ上のワークＷに投影する投影レンズ２、などから構成される。
マスクＭには、ワークＷとの位置合せを行うためのマスクアライメントマーク（マスクマーク）ＭＡＭや、ワークＷに露光されるパターン（マスクパターン）ＭＰが形成されている。マスクパターンＭＰは、同じ形状の素子のパターンがスクライブラインと呼ばれる境界線を挟んで繰り返して複数形成されたものである。

ワークＷにも、マスクＭとの位置合せを行うためのワークアライメントマーク（ワークマーク）ＷＡＭが形成されている。マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭは、マスクＭとワークＷにそれぞれ２ヶ所以上形成される。
投影レンズ２とワークステージＷＳの間には、同図の矢印方向に移動可能なアライメント顕微鏡１０が、マスクマークＭＡＭおよびワークマークＷＡＭの数に合わせて複数個所に設けられている。アライメント顕微鏡１０は、検出対象であるマスクマークＭＡＭやワークマークＷＡＭを所定の倍率で拡大する複数のレンズ１０ａ、このレンズにより拡大されたマスクマークＭＡＭ像やワークマークＷＡＭ像を受像するＣＣＤカメラ１０ｂ、ハーフミラー１０ｃ等を備える。

マスクパターンＭＰをワークＷ上に露光する前に、アライメント顕微鏡１０を図示の位置に挿入し、マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭとを検出し、両者の位置関係に基にマスクＭとワークＷの位置合わせを行う。位置合せ後、アライメント顕微鏡１０は、ワークＷ上から退避する。なお、図６においては、複数個所設けられている内の一つのアライメント顕微鏡のみを示す。
マスクステージＭＳにはマスクステージ駆動機構３が、ワークステージＷＳにはワークステージ移動機構４が取り付けられている。マスクステージ駆動機構３とワークステージ移動機構４は、それぞれ、マスクステージＭＳとワークステージＷＳを、ステージの平面内のＸＹ方向（図面左右および手前奥）、ステージ面に垂直なＺ方向（上下方向）、ステージ面に垂直な軸を中心としたθ回転方向に移動させる。
なお、露光装置の中には投影レンズを備えないものもある。

図７は、露光処理が行われるワークＷを露光処理が行われる側から見た図である。ここでは、円形のサファイア基板（ワーク）上に複数のＬＥＤ素子を形成する場合を例にして説明する。
ワークＷ上に形成されるＬＥＤ素子１００は、一辺が０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度の四角形状で、ワーク全面を埋め尽くすようにして形成される。各素子パターン（チップ）はスクライブラインＳＬと呼ばれる境界線により区分されている。完成したＬＥＤ素子１００は、このスクライブラインＳＬで切り離されて個々のＬＥＤ素子になる。
なお、図７においては、スクライブラインＳＬのみを示し、その中に形成されるＬＥＤ素子１００のパターンは省略して示している。また、各チップの大きさは、実際はもっと小さいが、ここではわかりやすいように大きく示している。
同図に示すように、ＬＥＤ素子１００はワークＷの全面に形成されるが、ウエハ周辺部には、素子が途中で切れているチップが生じる（図中斜線部）。このようなチップは、素子として完成しないのでＬＥＤ素子として使用できず、捨てられる部分である。

上記したように、ワークＷにはワークマークＷＡＭが複数個所に形成されている。図７においては、黒丸（●）形のワークマークＷＡＭが２ヶ所に形成されている。
図８、図９、図１０を使って、マスクＭとワークＷの位置合せと露光の手順を説明する。
図８（ａ）はマスクＭであり、図８（ｂ）はワークＷである。マスクＭには、スクライブラインＳＬ、スクライブラインＳＬに囲まれた中にＬ字形のマスクパターンＭＰ、そして２個のマスクマークＭＡＭが形成されている。同図においてマスクマークＭＡＭは円環（○）形状のマークであり、これをマスクマークとして露光装置の制御部１１に登録する。
ワークＷにも、スクライブラインＳＬや、マスクマークＭＡＭに対応する位置に２個ののワークマークＷＡＭが形成されている。同図においてワークマークＷＡＭは黒丸（●）形状であり、これをワークマークとして露光装置の制御部１１に登録する。

図９（ｃ）に示すようにマスクステージＭＳに保持されたマスクＭのマスクマークＭ
ＡＭと、ワークステージＷＳに保持されたワークＷのワークマークＷＡＭを、アライメント顕微鏡１０を用いて検出し、マスクＭとワークＷの位置合せを行う。本図では、円環状のマスクマークＭＡＭの中心と、黒丸形状のワークマークＷＡＭの中心が一致するように、ワークＷ（またはマスクＭ、またはその両方）を移動する。
図９（ｄ）に示すように、マスクとワークの位置合せ終了後、ワークＷの形状に合わせた露光光を、マスクＭと投影レンズ２を介してワークＷに照射する。同図において、斜線網掛けをしている範囲が、露光光が照射されている領域（光照射領域）である。

図１０（ｅ）に示すように、ワークＷのスクライブラインＳＬの内側にＬ字形のマスクパターンＭＰが露光される。同図において、黒塗りのＬ字が形成されているチップがＬＥＤ素子の製品となるチップであり、白抜きのＬ字が形成されているチップは、欠けていて製品とはならないチップである。この場合７０個のチップが製品となる。
なお、特許文献１には、上記のような、マスクに形成したアライメントマークと、ワークに形成したアライメントマークを用いて、マスクとワークの位置合せを行う位置合せ方法および位置合せ装置が記載されている。

特許第３１５２１３３号公報

上記したようにワークマークＷＡＭは、ワークＷの面内に複数形成される。しかし、図７や図１０からもわかるように、ワークマークＷＡＭを形成した場所にはＬＥＤ素子を形成することができない。即ち、ワークマークＷＡＭを設ける個数（少なくとも２ヶ所、場合によってはそれ以上）分、１枚のワークＷから完成するＬＥＤ素子の数が減る。
最近、ＬＥＤ素子を製造するユーザーから、１枚のワークからできるだけ多くのＬＥＤ素子の形成するために、ワークにワークマークを形成しないで、（すなわち、マスクにもアライメントマークを形成することなく）、マスクとワークの位置合せを行いたいという要望が出てくるようになった。
本発明は、上記事情に基づきなされたものであって、本発明の目的は、ワークやマスクにアライメントマークを形成することなくマスクとワークの位置合せを行い、ワークにできるだけ多くの素子パターン（チップ）が形成できるようにすることである。

この要望に応えるために、発明者は鋭意検討し、ワークに形成されているスクライブラインのように縦横に複数形成されたパターンを用いて位置合せを行うことを考えた。
上記したように、ワークには完成した複数の素子（チップ）を切り離すためのスクライブライン（ダイシングライン、スクライブストリートともいう）が碁盤目状（縦横）に形成されている。例えば、この素子（チップ）を取り囲むスクライブラインの四角い形状をアライメントマークとして利用し、マスクとワークの位置合せを行う。このようにすれば、従来ワークマークを形成していた部分にもＬＥＤ素子等のパターンを形成することができ、ウエハ１枚あたりに形成されるＬＥＤ素子等の素子の数を増やすことができる。

しかし、スクライブライン等のワーク上に縦横に複数形成されたパターンをアライメントマークとして使用する場合、次のような問題がある。
ワークは、ワークを吸着保持して搬送するワーク搬送機構を使って運ばれてワークステージ上に置かれる。ワークは、ワーク搬送機構より運ばれる前に、ワークのエッジ位置をセンサにより検出したり、ワークのエッジをピンに押し当てたりして、エッジを基準にしてワークの中心位置の位置出しがされ、その中心位置がワークステージに対して大きな位置ずれが生じないようにして置かれる。この位置出しの主な理由は、アライメント顕微鏡の視野内にワークマークが確実に入るようにするためである。
しかし、このようなワークのエッジを基準にしたような位置出しには、ワークの大きさの誤差や、ワーク搬送機構の動作精度や再現性が原因で、ワークステージ上にワークを置いたときに０.５ｍｍ〜１ｍｍ程度の位置ずれが生じることがある。
そのため、スクライブライン等の縦横に複数形成されているパターンをワークマークとして使用する場合、ワークの全面には同じパターンが連続して形成されていることから、例えば、ワークに形成される素子の大きさ（例えばスクライブラインが作る四角の大きさ）が０.５ｍｍ□で、ワークをワークステージに置くのに０.５ｍｍ位置ずれが生じると、アライメント顕微鏡の視野内には、本来位置合せを行うべきパターンの隣のパターンが入り、このパターンをワークマークとして検出してしまう。
このように、隣のパターンをワークマークとして使ってマスクとワークの位置合せを行うと、露光光を照射する領域が１パターン分（１素子分）隣にずれるので、ワークには光が照射されない領域ができてしまうことになる。

この問題を解決するために、本発明者は、マスクに形成するマスクパターンを、従来に比べて、外側に少なくとも一周分（縦横に一列ずつ）多く作り、また、露光光を照射する領域を、増やしたマスクパターンに合わせて、ワークに対して縦横に少なくともパターン（素子（チップ））の１列分大きく（広く）した。
そして、位置合わせをして露光する際には、マスクの繰り返し形成されている複数のパターンの内の任意のパターンと、このパターンに対応する位置に形成されたワーク上のパターンとの位置合わせを行い、上記マスクを介してワークに対して、パターンの１列分大きくして露光光を照射する。
これにより、マスクとワークの位置合せ時に、ワークの位置が１素子分隣にずれても、ワーク上に露光光の照射されない領域が生じず、ワーク上の全領域に対して、マスクを介した露光光が照射され、素子パターンが形成される。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）ワーク上のパターンをアライメントマークとして使用するので、ワークにワークアライメントマークを形成する必要がなく、一つのワークから形成される素子（チップ）の数を増やすことができる。
（２）マスクに形成するマスクパターンを、縦横に一列ずつ多く作り、また、露光光を照射する領域を縦横に少なくともパターンの１列分大きく（広く）したので、マスクとワークの位置合せにおいて、１素子分のずれが生じたとしても、ワーク全体へのマスクを介した露光光の照射ができ、素子パターンを形成することができる。

本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例のマスクとワークの位置合せと露光の手順を説明する図（１）である。 本発明の実施例のマスクとワークの位置合せと露光の手順を説明する図（２）である。 本発明の実施例のマスクとワークの位置合せと露光の手順を説明する図（３）である。 ワークがワークステージ上で位置ずれを起こした場合を説明する図である。 従来の露光装置の構成例を示す図である。 露光処理が行われるワークＷを露光処理が行われる側から見た図である。 従来例におけるマスクＭとワークＷの位置合せと露光の手順を説明する図（１）である。 従来例におけるマスクＭとワークＷの位置合せと露光の手順を説明する図（２）である。 従来例におけるマスクＭとワークＷの位置合せと露光の手順を説明する図（３）である。

図１は、本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成を示す図である。
図６の従来例と比べて、マスクＭのマスクパターンＭＰが形成されている領域が広く、また、それに応じて、マスクＭを介してワークＷに照射される露光光の光照射領域が、ワークＷに対して一回り大きい。また、マスクＭにもワークＷにもアライメントマーク（マスクマークとワークマーク）が作られていない。それ以外の装置の構成は、図６と同じであり、同じものには同一の符号が付されている。
図１において、１は露光光を出射する光照射部、ＭＳはマスクＭを保持するマスクステージ、ＷＳはワークＷを保持するワークステージ、２はマスクＭのパターンをワークＷに投影する投影レンズである。
マスクＭには、ワークＷに露光されるパターン（マスクパターン）ＭＰが形成されている。マスクパターンＭＰは、同じ形状の素子のパターンがスクライブラインと呼ばれる境界線を挟んで繰り返して複数形成されたものである。

ワークＷにも、スクライブライン等のパターンが縦横に繰り返し形成されている。以下では、このスクライブラインを利用して位置合わせを行う場合について説明するが、ワークＷ上にマスクパターンＭＰに対応するパターンが縦横に繰り返し形成されている場合には、このパターンをアライメントのためのパターンとして使用することができる。
投影レンズ２とワークステージＷＳの間には、同図の矢印方向に移動可能なアライメント顕微鏡１０が、複数個所に設けられている。アライメント顕微鏡１０は、検出対象であるパターンを所定の倍率で拡大する複数のレンズ１０ａ、このレンズ１０ａにより拡大されたパターン像を受像するＣＣＤカメラ１０ｂ、ハーフミラー１０ｃ等を備える。

マスクパターンＭＰをワークＷ上に露光する前に、アライメント顕微鏡１０を図示の位置に挿入し、マスクＭとワークＷに形成されたパターンを検出し、両者の位置関係に基にマスクＭとワークＷの位置合わせを行う。位置合せ後、アライメント顕微鏡１０は、ワークＷ上から退避する。なお、図１においては、複数個所設けられている内の一つのアライメント顕微鏡のみを示す。
マスクステージＭＳにはマスクステージ駆動機構３が、ワークステージＷＳにはワークステージ移動機構４が取り付けられている。マスクステージ駆動機構３とワークステージ移動機構４は、それぞれ、マスクステージＭＳとワークステージＷＳを、ステージの平面内のＸＹ方向（図面左右および手前奥）、ステージ面に垂直なＺ方向（上下方向）、ステージ面に垂直な軸を中心としたθ回転方向に移動させる。

図２、図３、図４を用いて、本発明のマスクＭとワークＷの位置合せと露光の手順について説明する。
（１）図２（ａ）はマスクＭである。マスクＭには、スクライブラインＳＬ、スクライブラインＳＬに囲まれた中にＬ字形のマスクパターンＭＰが形成されている。
マスクパターンＭＰは、図８（ａ）の従来例に比べて、縦横（図面上下左右）に素子（チップ）１列分（外側一周分）多く形成している。従来例の図８（ａ）の場合、マスクにはチップを１６個×８個＝１２８個形成している。これに対して本発明の図２（ａ）の場合、チップを１８個×１０個＝１８０個形成している。
マスクＭには、従来のような位置合せのためのマスクマークＭＡＭを形成していない。しかし、ワークとの位置合せのためには、何らかの基準マークが必要である。そこで、本実施例においては、形成する素子（チップ）の回路において特異的な形状をしているＬ字型のパターンをマスクマークＭＡＭとして、露光装置の制御部１１に登録する。

図２（ｂ）はワークＷである。ワークＷにはスクライブラインＳＬが形成されているが、位置合せのためのワークマークＷＡＭは形成されていない。そこで、素子（チップ）を取り囲む四角のスクライブラインの形状をワークマークＷＡＭして露光装置の制御部１１に登録する。
そして、マスクＭとワークＷの位置合せは、例えば、四角いスクライブラインのワークマークＷＡＭの内側の所定位置に、Ｌ字のマスクマークＭＡＭの重心が位置するというように設定する。

（２）ワークＷ上にアライメント顕微鏡１０を挿入する。図３（ｃ）に示すように、アライメント顕微鏡１０は、Ｌ字のパターンをマスクマークＭＡＭとして検出し、このマスクマークＭＡＭに対応する位置にある四角のスクライブラインで囲まれたパターンをワークマークＷＡＭとを検出する。
そして、四角のワークマークＷＡＭの内側の所定の位置にＬ字のマスクマークＭＡＭの重心が来るように、ワークＷまたはマスクＭあるいはその両方を移動し、マスクＭとワークＷの位置合せを行う。
すなわち、図１において、光照射部１からアライメントを行うための光をマスクＭ上に照射してワークＷ上にマスクＭのパターンを投影し、ワークＷ上に投影されたマスクパターンの内の任意のパターン（予め定めておいてもよい）の投影像の重心位置が、これに隣接するワーク上のパターンの内側の所定位置に位置するように、マスクステージＭＳもしくはワークステージＷＳを移動させて位置合わせを行う。

（３）位置合せ終了後、光照射部１からマスクＭを介してワークＷに露光光を照射する。この時、露光光を照射する領域の大きさ（広さ）を、従来例に比べて、縦横（図面上下左右）に少なくとも素子（チップ）１列分（外側一周分）大きくする。図３（ｄ）において、斜線網掛けをしている範囲が、露光光が照射されている領域（光照射領域）である。従来例の図９（ｄ）の場合、光照射領域はワークＷと同じ大きさである。これに対して本発明の図３（ｄ）の場合、光照射領域は、ワークＷの大きさよりも、チップ１列分大きい（広い）。

これにより、図４（ｅ）に示すように、ワークＷのスクライブラインＳＬの内側にＬ字形のマスクパターンＭＰが露光される。同図において、黒塗りのＬ字が形成されているチップがＬＥＤ素子の製品となるチップであり、白抜きのＬ字が形成されているチップは、欠けていて製品とはならないチップである。本発明においては、従来ワークマークが形成されていた領域にも素子を形成することができるので、７２個のチップを作ることができる。なお、１枚のワークにつき、わずか２個の違いであるが、これが何百枚、何千枚と作られるうちに大きな差になる。

次に、ワークＷがワークステージＷＳに置かれるときに、位置ずれを起こした場合について、図５を用いて説明する。
本実施例では、特異な形状をしたワークマークがなく、スクライブラインＳＬの四角の形状をワークマークＷＡＭとしている。しかし、このスクライブラインＳＬの四角の形状は、位置合せに使いたいチップの上下左右（縦横）に連続して存在する。
上記したように、ワーク搬送機構でワークＷをワークステージＷＳに置く際には、０.５ｍｍ〜１ｍｍ程度の位置ずれが生じることがある。ワークＷに形成するＬＥＤ素子のチップの大きさは、小さいものでは０.５ｍｍ□程度のものがある。そのため、ワークステージＷＳにワークＷが置かれるときに、０.５ｍｍの位置ずれが生じると、位置合せに使いたいチップではなく、その隣のチップのスクライブラインＳＬをワークマークＷＡＭとして検出することがある。

その対策として、マスクＭには、従来に比べて縦横に少なくとも素子（チップ）１列分（外側一周分）多く形成している。そして、露光光を照射する領域の大きさは、従来例に比べて縦横に少なくとも素子（チップ）１列分（外側一周分）大きくする。
図５は、マスクとワークの位置合せにおいて、１チップ分位置ずれを生じた状態で位置合わせしたときの露光される状態を示す図である。同図（ａ）はワークが１チップ分図面右側にずれた場合であり、（ｂ）は１チップ分図面上側にずれた場合である。なお同図においては、マスクマークとして使用するものを除いてマスクパターンＭＰを省略して示している。
同図に示されるように、マスクＭとワークＷが１チップ分ずれて位置合せがなされたとしても、マスクＭには、ワークＷに対して縦横に少なくとも素子（チップ）１列分（外側一周分）大きくマスクパターンが形成されているし、光照射領域も、マスクパターンに合わせて、ワークＷに対して縦横に少なくとも素子（チップ）１列分（外側一周分）大きく照射するので、ワークＷ上に露光光の照射されない領域が生じる（ワークＷが光照射領域からはみ出る）ことがなく、ワークＷ全体にマスクＭを介した露光光が照射され、ワークＷには所望の個数のパターンが形成される。

なお、マスクＭに形成するチップの数を増やすと、その分マスクＭの大きさは大きくなり、マスクＭの製作コストも高くなる。また、露光光を照射する領域も大きくすると、その分照度が低下する。そのため、マスクＭに形成するチップの数を縦横にどの程度増やすか、光照射領域をどの程度大きくするかは、ワークステージＷＳにワークＷを置くワーク搬送機構の機械的精度と再現性により求める。
１チップ以上にずれないのであれば、縦横に１チップ分大きくするだけでよい。しかし、２チップ分またはそれ以上ずれる可能性があるのであれば、その分大きくしなければならない。しかし、現状使用されているＬＥＤの製造工程などで使用されているワーク搬送機構の搬送精度は±０.５ｍｍ程度であるので、１ｍｍ以上大きくする必要はないと考えられる。
なお、上記実施例においては、投影レンズを備えた露光装置を例にして説明したが、投影レンズを備えない、プロキシミティ露光装置やコンタクト露光装置であっても、本発明は適用することができる。

１ 光照射部
１０ アライメント顕微鏡
１０ａ レンズ
１０ｂ ＣＣＤカメラ
２ 投影レンズ
３ マスクステージ駆動機構
４ ワークステージ移動機構
Ｍ マスク
ＭＡＭ マスクアライメントマーク（マスクマーク）
ＭＰ パターン（マスクパターン）
ＭＳ マスクステージ
Ｗ ワーク
ＷＡＭ ワークアライメントマーク（ワークマーク）

Claims (2)

1. 同一のパターンが縦横に繰り返して複数形成されたマスクを介して、同一のパターンが縦横に繰り返して形成されているワークに露光光を照射し、ワーク上に上記マスクに形成されたパターンを複数形成する露光方法において、
   ワークの大きさよりも縦横に少なくとも１列分、上記パターンを多く形成したマスクを用い、
   マスクの繰り返し形成されている複数のパターンの内の任意のパターンと、このパターンに対応する位置に形成されたワーク上のパターンとの位置合わせを行い、
   上記マスクを介して上記ワークに対して照射する露光光の照射領域を、ワークに対して縦横に少なくとも上記パターンの１列分大きくして照射する
   ことを特徴とする露光方法。
2. 上記ワーク上に形成された上記パターンは、スクライブラインである
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。

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