JP3201233B2 - 裏面にアライメント・マークが設けられたワークの投影露光方法 - Google Patents

裏面にアライメント・マークが設けられたワークの投影露光方法

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JP3201233B2
JP3201233B2 JP27237495A JP27237495A JP3201233B2 JP 3201233 B2 JP3201233 B2 JP 3201233B2 JP 27237495 A JP27237495 A JP 27237495A JP 27237495 A JP27237495 A JP 27237495A JP 3201233 B2 JP3201233 B2 JP 3201233B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体装
置やプリント基板、LCDの生産等に使用される投影露
方法に関し、さらに詳細には、ワークの裏面に設けら
れたアライメント・マークとマスクのアライメント・マ
ークの位置合わせを行いマスクパターンをワーク上に投
影露光する露光方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】パワートランジスタ、マイクロマシンあ
るいはプリント基板等の製造においては、マスクのパタ
ーンを正確にシリコンウエハ、エポキシ樹脂等のワーク
の所定の位置に露光することが重要である。上記位置合
わせは通常、マスクおよびワークのアライメント・マー
クを重ね合わせるようにして行っている。特に、ある製
造工程においては、ワークの両面にパターンを焼き付け
ることがあり、裏面のパターンに対する表面のパターン
の位置を正確に合わせることが重要である。
【0003】すなわち、表面にパターン形成されたワー
クを裏返して、裏側の面に露光してパターンを作る際、
上記パターン形成済の面(裏返すことにより露光面に対
し裏面側になる)に記されたアライメント・マークとマ
スクのアライメント・マークの位置合わせを行い、裏面
と表面のパターンの位置合わせを行う必要がある(以
下、このようなアライメントを裏面アライメントとい
う)。上記位置ズレの精度は、例えば、マイクロマシン
の製造工程においては1μm乃至数μmが要求される。
【0004】従来、上記した裏面アライメントはマスク
とワークを接近させて露光するプロキシミティ露光方式
でしか採用されておらず、投影レンズを介してマスクパ
ターンをワーク上に投影し露光する投影露光方式では採
用されていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】投影露光方式は、通
常、ステッパのようなウエハ表面上のチップ形成のよう
な微細加工に利用されていた。一方、近年、マイクロマ
シン等の製造工程のように、ワークの両面への露光が行
われるようになってきており、例えば、ワークの一方の
面にステッパによる露光等で微細加工を行い、その後、
ワークを裏返して裏面側にきたアライメント・マークを
用いて他方の面のアライメントを行い露光する両面露光
方式が採用されるようになってきている。
【0006】従来、裏面アライメントを行い両面露光を
する露光方式としては前記したように、プロキシミティ
露光方式が一般的であった。しかしながら、プロキシミ
ティ露光方式はマスクとワークを接近させて露光する方
式のため、ワークとマスクに生ずるゴミ等により欠陥が
生ずるといった問題があった。
【0007】本発明は上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであり、本発明の目的は、ワーク裏面
のアライメント・マークとマスクのアライメント・マー
クを利用してマスクとワークの位置合わせを行い、ワー
ク上にマスクパターンを投影露光することが可能な露光
方法提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、露光光を照射する露光光照射装
置と、マスクパターンとアライメント・マークが記され
たマスクと、投影レンズと、アライメント・マークが露
光面の裏面側に記されたワークと、上記マスクのアライ
メント・マークとワークのアライメント・マークの位置
を検出し両者の位置合わせを行うアライメント検出系と
を備えた投影露光装置において、次の(1)〜(4)の
ようにしてマスクとワークの位置合わせを行い、マスク
パターンをワークの露光面に投影露光する
【0009】(1)請求項1の投影露光方法 (a) ワークを設置せずに、アライメント検出系を駆動し
てマスクのアライメント・マークの像がアライメント検
出系の視野内に入るように調整し、マスクパターンとア
ライメント・マークの結像位置とアライメント検出系の
焦点位置を一致させ、該結像位置にあるマスクのアライ
メント・マークの投影像を受像・画像処理してマスクの
アライメント・マークの位置を検出・記憶する。 (b) ワークを設置し、ワークをその露光面に対して垂直
方向に移動させてワークのアライメント・マークとアラ
イメント検出系の焦点位置を一致させてワークのアライ
メント・マークの位置を検出する。
【0010】(c) マスクとワークのアライメント・マー
クが重なるようにワークを移動させる。 (d) ワークの露光面とマスクの結像位置を一致させ、露
光光照射装置よりマスクと投影レンズを介してワーク上
にマスクパターンを投影してワークを露光する。
【0011】(2)請求項2の投影露光方法 (a) ワークを設置せずに、アライメント検出系を駆動し
てマスクのアライメント・マークの像がアライメント検
出系の視野内に入るように調整し、マスクパターンとア
ライメント・マークの結像位置とアライメント検出系の
焦点位置を一致させ、マスクのアライメント・マークの
投影像を受像・画像処理してマスクのアライメント・マ
ークの位置を検出・記憶する。
【0012】(b) ワークを設置し、アライメント検出系
をワークの露光面に対して垂直方向に移動させてワーク
のアライメント・マークが記された面とアライメント検
出系の焦点位置を一致させ、ワークのアライメント・マ
ークの位置を受像・画像処理してワークのアライメント
・マークの位置を検出する。 (c) マスクとワークのアライメント・マークが重なるよ
うにワークを移動させる。 (d) ワークの露光面とマスクの結像位置を一致させ、露
光光照射装置よりマスクと投影レンズを介してワーク上
にマスクパターンを投影してワークを露光する。
【0013】(3)請求項3の投影露光方法 (a) ワークがない状態で、アライメント検出系を駆動し
てマスクのアライメント・マークの像がアライメント検
出系の視野内に入るように調整し、マスクパターンとア
ライメント・マークの結像位置とアライメント検出系の
焦点位置とワークステージのワークを載置する面を一致
させ、マスクのアライメント・マークの投影像を受像・
画像処理してマスクのアライメント・マークの位置を検
出・記憶する。
【0014】(b) ワークをワークステージに載置して、
ワークのアライメント・マークの位置を受像・画像処理
してワークのアライメント・マークの位置を検出す。 (c) マスクとワークのアライメント・マークが重なるよ
うにワークを移動させる。 (d) マスクおよび/または投影レンズをワーク露光面に
対して垂直方向に移動させ、ワークの露光面とマスクの
結像位置を一致させ、露光光照射装置よりマスクと投影
レンズを介してワーク上にマスクパターンを投影してワ
ークを露光する。
【0015】(4)請求項4の投影露光方法 (a) ワークの露光面とマスクパターンとアライメント・
マークの結像位置を一致させ、ワークのアライメントマ
ークが記された面とアライメント検出系の焦点位置を一
致させ、ワークがない状態で、投影レンズとマスクパタ
ーンとアライメント・マークの投影像の結像位置間の光
路中に、マスクパターンとアライメント・マークの本来
の結像位置から露光するワークの厚さに相当する長さだ
けマスクパターンとアライメント・マークの結像位置を
移動させる位置補正板を挿入し、アライメント検出系を
駆動してマスクのアライメント・マークの像がアライメ
ント検出系の視野内に入るように調整し、マスクのアラ
イメント・マークの投影像を受像・画像処理してマスク
のアライメント・マークの位置を検出・記憶する。
【0016】(b) ワークを設置し、ワークのアライメン
ト・マークの位置を受像・画像処理してワークのアライ
メント・マークの位置を検出する。 (c) マスクとワークのアライメント・マークが重なるよ
うにワークを移動させる。 (d) 露光光照射装置よりマスクと投影レンズを介してワ
ーク上にマスクパターンを投影してワークを露光する。
【0017】本発明の請求項1〜4の発明においては、
上記(1)〜(4)のようにしてマスクのアライメント
・マークとワークのアライメント・マークの位置合わせ
を行い、ワーク上にマスクパターンを投影露光するよう
にしたので、ワーク裏面のアライメント・マークとマス
クのアライメント・マークを利用してマスクとワークの
位置合わせを高精度に行うことができる。
【0018】また、上記(2)(4)のように、アライ
メント検出系をワークの露光面に対して垂直方向に移動
させてワークのアライメント・マークが記された面とア
ライメント検出系の焦点位置を一致させるようにした
り、あるいは、位置補正板を挿入してマスクパターンと
アライメント・マークの結像位置を移動させるようにす
ればワーク等を移動させることなく、裏面アライメント
を行うことができる。
【0019】
【発明の実施形態】図1は本発明の第1および第2の実
施例を示す図であり、同図は本発明のマスクとワークの
位置合わせ方法が適用される露光装置の構成を示してい
る。同図において、1は露光光照射装置であり、マスク
Mの表面での照度が均一になるように露光光、例えば、
i線、h線、g線(i線:波長365nm 、h線:波長405n
m 、g線:波長436nm )を、パターンとアライメント・
マークMAが印されたマスクMに照射する。
【0020】露光光照射装置1は、例えば図2に示すよ
うに、内部に、光源としての高圧水銀ランプ1aを備え
ており、高圧水銀ランプ1aの光を楕円集光鏡1bで集
光し、平面反射鏡1c→インテグレータレンズ1d→平
面反射鏡1e→コンデンサレンズ1fを介して、マスク
Mに照射する。
【0021】図1に戻り、2はマスク駆動装置であり、
マスクMの位置をZ方向(図1において、上下方向)に
移動させる。また、例えばマスクMのプリセット時等に
おいて、マスクMの位置を、露光光軸に平行な直線を軸
として回転させたり(以下この回転をθ方向に移動させ
るという)、X,Y方向(露光光軸の方向と直交する平
面上の2方向)に移動させる。具体的には、マスク駆動
装置2は、マスクMを保持するマスクステージ(図示せ
ず)を上記のように移動させるものであり、マイクロメ
ータヘッドを用いた手動制御でも、サーボモータ等を用
いた自動駆動であってもよい。
【0022】3は投影レンズであり、マスクM上のパタ
ーンやアライメント・マークMAをマスクパターン投影
面4に投影する。31は、投影レンズ駆動装置であり、
投影レンズ駆動装置31は投影レンズを保持するステー
ジ(図示せず)をZ方向に移動させるものであり、マイ
クロメータヘッドを用いた手動制御でも、サーボモータ
等を用いた自動制御であってもよい。
【0023】5はワークステージであり、例えば、ウエ
ハ(ワーク)Wを真空吸着機構(図示せず)により吸着
して保持する。また、ワークステージ5はウエハWの裏
面に印されたアライメント・マークWAを観察するため
の観察孔52を有している。51はステージ駆動装置で
あり、ステージ駆動装置51はX方向、Y方向、θ方向
およびZ方向にワークステージ5を移動させる機能を持
っており、マイクロメータヘッドを用いた手動制御で
も、サーボモータ等を用いた自動制御であってもよい。
【0024】6はアライメント光照射装置であり、アラ
イメント光照射装置6はコンデンサレンズ61、ハーフ
ミラー62、対物レンズ7を介して、観察孔52を通し
てウエハWのアライメント・マークWAを光照射する。
図3は上記アライメント光照射装置6の構成の一例を示
す図であり、アライメント光照射装置6は内部にハロゲ
ンランプ等から構成されるランプ6aとランプ6aの電
源6bとを備えており、ランプ6aの光は赤外線カット
フィルタ6c、光ファイバライトガイド6dを介して上
記コンデンサレンズ61に与えられる。なお、アライメ
ント光照射装置6から放射される光は特に波長を限定す
る必要はないが、ウエハW裏面にもマスクパターンを露
光する場合には、例えば、露光波長であるi線、h線、
g線を含まない非露光光を放射させる方が望ましい。
【0025】図1に戻り、8はイメージセンサであり、
ワークステージ5上にウエハWが存在しないときは、マ
スクMのアライメント・マークの投影像を対物レンズ
7、ハーフミラー62を介して受像する。一方、ワーク
ステージ上にウエハWが存在する場合には、アライメン
ト光照射装置6によるウエハのアライメント・マークの
投影像を対物レンズ7、ハーフミラー62を介して受像
する。上記、対物レンズ7と、それに付随する光学部
品、例えば、アライメント光照射装置6、コンデンサレ
ンズ61、ハーフミラー62、イメージセンサ8等でア
ライメント・ユニット70を構成しており、アライメン
ト・ユニット駆動装置71はアライメント・ユニット7
0をZ方向に移動させる機能を持っている。
【0026】すなわち、対物レンズ7のみを移動させる
と、上記付随する光学部品が対物レンズ7の結像光路か
ら外れるため、対物レンズ7による投影像をモニタリン
グできなくなる。このため、上記のように、対物レンズ
7と、それに付随する光学部品をユニット化し、アライ
メント・ユニット駆動装置71により移動させる。な
お、アライメント・ユニット駆動装置71はマスク駆動
装置2と同様に手動制御であっても、自動制御であって
もよい。9は画像処理部であり、イメージセンサ8によ
り受像されたアライメント・マーク像を画像処理する。
【0027】図4は第1、第2の実施例において、位置
合わせ/露光処理を自動制御する場合の制御システムの
構成を示す図であり、同図において、70はアライメン
ト・ユニット、9は画像処理部、10はモニタ、11は
制御部、2はマスクMをZ方向、X方向、Y方向、θ方
向に駆動するマスク駆動装置、31は投影レンズ3をZ
方向に駆動する投影レンズ駆動装置、51はウエハWを
載置したワークステージ5をX,Y,Z,θ方向に駆動
するステージ駆動装置、71はアライメント・ユニット
70を駆動するアライメント・ユニット駆動装置であ
る。
【0028】次に、図1により、本発明の第1の実施例
のアライメント手順について説明する。 (1)マスクMを所定の位置に設置する。 (2)ウエハWがワークステージ5上にない状態で、露
光光照射装置1からマスクMに露光光を照射する。マス
クMのパターンおよびアライメント・マークMAは投影
レンズ3によりマスクパターン投影面4に結像する。こ
こで、マスクMおよび投影レンズ3は、マスクパターン
投影面4とウエハWの表面が一致するように予めマスク
駆動装置2および投影レンズ駆動装置31によって調整
されている。
【0029】(3)アライメント・ユニット駆動装置7
1を用いて、マスクMのアライメント・マークMAの像
がイメージセンサ8の視野に入るように、対物レンズ7
をX方向またはY方向に調整し、ついで、マスクMのア
ライメント・マークMAの像がイメージセンサ8上に結
像するように、対物レンズ7をZ方向に調整する。この
調整は一度行えば、前記マスクMが設置されている限り
行う必要はない。
【0030】イメージセンサ8によりマスクMのアライ
メント・マークMAの像が受像されたら、画像処理部9
でアライメント・マークMAの位置を検出し、その位置
を記憶する。この検出には、予め登録されているパター
ン情報によるパターンサーチや特徴抽出等の画像処理の
手法が用いられる場合が多い。
【0031】また、自動処理でなく、オペレータが手動
により位置合わせをする場合には、画像一時記憶ユニッ
ト(フリーズ・ユニット)を用い、受像したアライメン
ト・マークMA像を一時保存したり(後にウエハWのア
ライメント・マークWA像を受像した際、上記保存され
ているマスクMのアライメント・マークMA像にウエハ
Wのアライメント・マークWA像を重畳して表示す
る)、あるいは、基準線発生ユニットを用いてモニタ1
0に基準線を発生させ、アライメント・ユニット駆動装
置70により対物レンズ7を移動させてアライメント・
マークMA像を上記基準線に一致させる(後にウエハW
のアライメント・マークWA像を受像した際、ウエハW
を移動させてウエハWのアライメント・マークWA像を
上記基準線に一致させる)等の手法が用いられる。な
お、上記フリーズ画面の指定はオペレータが手動で行う
こともできるし、また、所定のシーケンスに沿って自動
的に処理することもできる。
【0032】(4)露光光照射装置1からマスクMへの
露光光の照射を停止する。 (5)ウエハWをワークステージ5にセットする。ウエ
ハWの裏面あるいは両面にはアライメント・マークWA
が予め印されている。なお、ここでいう裏面とはマスク
Mと対面しない面をいう。ウエハWは、ワークステージ
5に設けられた例えば位置決めピン等の位置合わせ手段
に突き当てて設置することにより、プリセットされる。
このため、ウエハWの裏面のアライメント・マークWA
は観察孔52の近傍に位置する。
【0033】(6)アライメント光照射装置6より光を
放射する。光はワークステージ5の観察孔52を通し
て、ウエハWの裏面に照射される。なお、その際、ウエ
ハWの裏面に感光剤が塗布されいる場合は、アライメン
ト光照射装置6より、例えば露光波長であるi線、g
線、h線を含まない非露光光を放射させる方が望まし
い。
【0034】(7)マスクパターン投影面4とイメージ
センサ8は対物レンズ7により結像関係になっているの
で、ウエハWの裏面のアライメント・マークWAの像が
イメージセンサ8上に結像するように、ステージ駆動装
置51によりワークステージ5をZ方向に移動させる。
なお、このとき、ワークステージ5をZ方向に移動させ
る代わりに、アライメント・ユニット70をアライメン
ト・ユニット駆動装置71により駆動し、対物レンズ7
をZ方向に移動させて、ウエハWの裏面とイメージセン
サ8とが結像関係になるようにすることもできる。上記
調整は、図4に示した制御部11によりワークステージ
駆動装置51あるいはアライメント・ユニット駆動装置
71を制御して自動的に行うことができる。またモニタ
10を観察しながら手動で行うことも可能である。
【0035】(8)次に、イメージセンサ8によりウエ
ハWのアライメント・マークWAを受像して画像処理部
9でアライメント・マークWAを検出し、初めに検出・
記憶しておいたマスクのアライメント・マークMAとウ
エハWの裏面のアライメント・マークWAが重なり合う
ように、ステージ駆動装置51によりワークステージ5
をX方向またはY方向またはθ方向に移動させる。
【0036】この位置合わせは、前記したように画像処
理部9により検出・記憶したマスクMのアライメント・
マークMAの位置と、ウエハWのアライメント・マーク
WAの位置が一致するように、制御部11により制御さ
れるワークステージ駆動装置51がワークステージ5を
X,Y,θ方向に移動させて自動的に行われる。
【0037】なお、前記したように、画像一時記憶ユニ
ットによりマスクのアライメント・マークMAの画像を
保存しておき、ウエハWのアライメント・マークWAを
モニタ10上に表示し、上記保存されていたマスクMの
アライメント・マークMAの像を、ウエハWのアライメ
ント・マークWAの画像に重畳して(上書き)表示し、
手動で位置合わせを行ったり、あるいは、基準線発生ユ
ニットにより発生した基準線をあらかじめマスクMのア
ライメント・マークMAの位置に一致させておき、この
基準線にウエハWのアライメント・マークWAを一致さ
せることにより、手動で位置合わせを行うこともでき
る。
【0038】(9)上記した(7)においてワークステ
ージ5をZ方向に移動させた場合には、マスクパターン
投影面4とウエハW裏面が一致している。このため、ワ
ークステージ5をステージ駆動装置を用いて(7)で移
動させた量と同じ量だけ反対方向に移動させ、ウエハW
表面とマスクパターン投影面4を一致させる。以上の手
順でマスクMとウエハWの位置合わせおよび露光準備が
完了する。
【0039】(10)露光光照射装置1から露光光をマ
スク1上に照射し、マスクパターンをウエハW上に投影
してウエハWを露光する。上記のような位置合わせを行
って、露光が終了した後、次のウエハWを設置して位置
合わせをする場合は、以後、マスクMおよび投影レンズ
3の位置の調整や、対物レンズ7の位置の調整は必要な
いので、位置合わせの手順は上記(5)、(6)、
(7)、(8)、(9)、(10)を行えばよい。ただ
し、雰囲気温度の変化によりマスクMおよび投影レンズ
3の位置が変化する場合は、マスクパターン投影面4の
位置やアライメント・マークMAの位置が変化するの
で、再度、上記手順(2)、(3)、(4)を行う必要
がある。
【0040】なお、本実施例の手順(3)(7)におい
ては、マスクMのアライメント・マークMAの像がイメ
ージセンサ8上に結像するように、アライメント・ユニ
ット駆動装置71を用いて対物レンズ7の位置を調整し
ているが、イメージセンサ8を駆動するイメージセンサ
駆動装置を設けて、対物レンズ7は固定したままで、イ
メージセンサ8の位置を調整してマスクMのアライメン
ト・マークMAの像をイメージセンサ8上に結像させて
もよい。
【0041】以上のように、本実施例においては、ワー
クステージ5にウエハWの裏面のアライメント・マーク
WAを観察するための観察孔52を設けるとともに、ウ
エハWの裏面側にアライメント・ユニット70を設け、
該アライメント・ユニット70により上記観察孔52を
通してマスクMのアライメント・マークMAの投影像と
ウエハWの裏面のアライメント・マークWAを受像し
て、両者の位置合わせを行うようにしたので、投影露光
において、裏面アライメントを高精度に行うことができ
る。
【0042】なお、上記(7)で、ウエハWをZ方向に
移動させる代わりに、アライメント・ユニット70をア
ライメント・ユニット駆動装置71により駆動し、対物
レンズ7をZ方向に移動させて、ウエハWの裏面とイメ
ージセンサ8が結像関係になるようにすれば、ウエハW
をZ方向に移動させる機構を設ける必要がなくなる。
【0043】次に、図1により本発明の第2の実施例の
アライメント手順について説明する。本実施例はマスク
駆動装置2および投影レンズ駆動装置31を用いて、マ
スクパターン投影面4とウエハWの裏面を一致させる実
施例であり、その他の部分は基本的には第1の実施例と
同様である。
【0044】(1)マスクMを所定の位置に設置する。 (2)ウエハWがワークステージ5上にない状態で、露
光光照射装置1からマスクMに露光光を照射する。マス
クMのパターンおよびアライメント・マークMAは投影
レンズ3によりマスクパターン投影面4に結像される。 (3)マスク駆動装置2および投影レンズ駆動装置31
を用いて、マスクMおよび投影レンズ3をZ方向に移動
させ、マスクパターン投影面4とウエハWの裏面を一致
させる。
【0045】(4)対物レンズ7をX方向またはY方向
に調整し、ついで、マスクMのアライメント・マークM
Aの像がイメージセンサ8上に結像するように、対物レ
ンズ7をZ方向に調整する。この調整は一度行えば、前
記マスクMが設置されている限り行う必要はない。イメ
ージセンサ8によりマスクMのアライメント・マークM
Aの像が受像されたら、画像処理部9でアライメント・
マークMAの位置を検出し、その位置を記憶する。この
検出には、予め登録されているパターン情報によるパタ
ーンサーチや特徴抽出等の画像処理の手法が用いられる
場合が多い。
【0046】また、自動処理でなく、オペレータが手動
により位置合わせをする場合には、前記したように、画
像一時記憶ユニット(フリーズ・ユニット)を用いた
り、あるいは、基準線発生ユニットを用いて行うことが
できる。 (5)露光光照射装置1からマスクMへの露光光の照射
を停止する。
【0047】(6)ウエハWをワークステージ5にセッ
トする。ウエハWの裏面あるいは両面にはアライメント
・マークWAが予め印されている。なお、ここでいう裏
面とはマスクMと対面しない面をいう。ウエハWは、ワ
ークステージ5に設けられた例えば位置決めピン等の位
置合わせ手段に突き当てて設置することにより、プリセ
ットされる。このため、ウエハWの裏面のアライメント
・マークWAは観察孔52の近傍に位置する。
【0048】(7)アライメント光照射装置6より光を
放射する。光はワークステージ5の観察孔52を通し
て、ウエハWの裏面に照射される。なお、その際、ウエ
ハWの裏面に感光剤が塗布されている場合は、アライメ
ント光照射装置6より、例えば、露光波長であるi線、
g線、h線を含まない非露光光を放射させる方が望まし
い。
【0049】(8)イメージセンサ8はマスクパターン
投影面4、すなわち、ウエハWの裏面と対物レンズ7に
より結像関係になっている。そこで、イメージセンサ8
によりウエハWのアライメント・マークWAを受像して
画像処理部9でアライメント・マークWAを検出し、初
めに検出・記憶しておいたマスクのアライメント・マー
クMAとウエハWの裏面のアライメント・マークWAが
重なり合うように、ステージ駆動装置51によりワーク
ステージ5をX方向またはY方向またはθ方向に移動さ
せる。この位置合わせは、前記したように制御部11に
より制御されるワークステージ駆動装置51がワークス
テージ5をX,Y,θ方向に移動させて自動的に行われ
る。なお、前記したように、画像一時記憶ユニットや基
準線発生ユニットにより手動で位置合わせを行うことも
できる。
【0050】(9)マスクパターン投影面4とウエハW
裏面が一致しているため、マスクMまたは投影レンズ3
をマスク駆動装置2または投影レンズ駆動装置31を用
いて、ウエハWの厚さと同じ量だけ、前記(3)で移動
させた方向と反対方向に移動させ、マスクパターン投影
面4とウエハW表面を一致させる。以上の手順でマスク
MとウエハWの位置合わせおよび露光準備が完了する。
【0051】(10)露光光照射装置1から露光光をマ
スク1上に照射し、マスクパターンをウエハW上に投影
してウエハWを露光する。上記のような位置合わせを行
って、本露光が終了した後、次のウエハWを設置して位
置合わせをする場合は、以後、対物レンズ7の位置の調
整は必要ないので、位置合わせの手順は上記(6)、
(7)、(8)、(10)を行えばよい。ただし、前記
したように、雰囲気温度の変化によりマスクMおよび投
影レンズ3の位置が変化する場合は、再度、上記手順
(2)、(3)、(4)、(5)、(9)を行う必要が
ある。
【0052】以上のように、本実施例においては、マス
クMおよび投影レンズ3をZ方向に移動させて、ウエハ
Wのアライメント・マークWAを有する面と、マスクM
のアライメント・マークMAの結像面を予め一致させて
おき、マスクMのアライメント・マークMAを記憶して
おき、次に、ウエハWのアライメント・マークWAが上
記記憶したマスクMのアライメント・マークMAの位置
と重なるようにウエハWを移動させるようにしたので、
第1の実施例と同様な効果を得ることができる。また、
ウエハWをZ方向に移動させる機構を新たに設ける必要
がない。
【0053】図5は本発明の第3の実施例を示す図であ
り、同図は第1の実施例と同様、本発明のマスクとワー
クの位置合わせ方法が適用される露光装置の構成を示し
ており、本実施例は、光学部材を用いてワークのアライ
メント・マークを有する面とマスクのアライメント・マ
ークの投影面を一致させる実施例を示している。同図に
より本発明の第3の実施例について説明する。
【0054】同図において、図1に示したものと同等の
機能を備えたものには同一の符号が付されており、1は
露光光照射装置、2はマスク駆動装置、3は投影レン
ズ、4はマスクパターン投影面、5はワークステージ、
52は観察孔である。6はアライメント光照射装置、6
1はコンデンサレンズ、62はハーフミラー、7は対物
レンズであり、対物レンズ7とそれに付随する光学部
品、例えば、アライメント光照射装置6、コンデンサレ
ンズ61、ハーフミラー62、イメージセンサ8等でア
ライメント・ユニット70を構成しており、アライメン
ト・ユニット70はアライメント・ユニット駆動装置7
1により駆動される。8はイメージセンサ、9は画像処
理部であり、イメージセンサ8により受像されたアライ
メント・マーク像を画像処理する。なお、本実施例にお
けるステージ駆動装置51は、ワークステージ5の位置
をX方向、Y方向に直線移動させたり、回転移動させる
が、第1の実施例のように、ワークステージ5をZ方向
に移動させる機能は備える必要がない。
【0055】Lは平行平板の形状の光学部材であり、光
学部材Lは同図に示すように、マスクMのアライメント
・マークMAが投影レンズ3によりマスクパターン投影
面4に結像される光路の途中に挿入・離脱され、その挿
入位置は投影レンズ3とマスクパターン投影面4の間で
ある。そして、光学部材Lはその挿入時に、図6の点線
に示すように、マスクパターン投影面4におけるマスク
Mのアライメント・マークMAの投影像の結像位置を、
Z方向に移動させる。
【0056】上記のように、光学部材Lには、露光光照
射装置1から放射される露光光が通過するため、その硝
材としては、露光波長(例えば、i線、h線、g線)の
露光光の透過率が高く、その透過率の経時変化が少ない
ものが望ましい。具体的には石英ガラス、青板ガラス、
白板ガラス等が硝材として選択される。光学部材Lの厚
さdは、使用する硝材の屈折率nとウエハ(ワーク)の
厚さdwにより、以下の式で定められる。 d=dw/{1−(1/n)}={n/(n−1)}dw
【0057】光学部材位置制御装置L1は、光学部材L
をマスクMのアライメント・マークMAが投影レンズ3
によりマスクパターン投影面4に結像される光路の途中
に挿入・離脱させるものであり、挿入時、光学部材Lを
X方向、Y方向、Z方向へ直線移動させたり、回転移動
させる。すなわち、光学部材位置制御装置L1は光学部
材Lの挿入・離脱機能と挿入位置調整機能を併せ持ち、
両者の機能は独立している。そして、一旦、挿入位置が
調整されたら、光学部材Lの挿入・離脱を繰り返して
も、その挿入位置は変化しない。
【0058】光学部材位置制御装置L1は、具体的に
は、例えば、光学部材Lを保持するステージ(図示せ
ず)を前記したように移動させるものであり、マイクロ
メータヘッド等を用いた手動制御でも、サーボモータ等
を用いた自動制御であってもよい。本実施例において、
位置合わせ/露光処理を自動制御する場合には、前記図
4に示した制御システムを用いることができ、本実施例
の場合には、図4において、制御部11が投影レンズ駆
動装置31の代わりに光学部材位置制御装置L1を制御
するように構成すればよい。
【0059】次に、本発明の第3の実施例の露光装置に
おけるアライメント手順について説明する。 (1)裏面にアライメント・マークWAが印されたウエ
ハWまたは基準となるワークをワークステージ5にセッ
トし、アライメント光照射装置6により光を放射する。
ウエハWまたは基準となるワークは、ワークステージ5
に設けられた例えば位置決めピン等の位置合わせ手段に
突き当てて設置することにより、プリセットされる。こ
のため、ウエハWの裏面のアライメント・マークWAは
観察孔52の近傍に位置する。光はワークステージ5の
観察孔52を通して、ウエハWまたは基準となるワーク
の裏面に照射される。なお、その際、ウエハWの裏面に
感光剤が塗布されいる場合は、アライメント光照射装置
6より、例えば露光波長であるi線、g線、h線を含ま
ない非露光光を放射させる方が望ましい。
【0060】(2)ウエハWまたは基準となるワーク裏
面のアライメント・マークWAの像がイメージセンサ8
上に結像するように、アライメント・ユニット駆動装置
71を用いて、アライメント・マークWAの像がイメー
ジセンサ8の視野に入るように、対物レンズ7をX方向
またはY方向に調整し、ついで、アライメント・マーク
WAの像がイメージセンサ8上に結像するように、対物
レンズ7をZ方向に調整する。
【0061】以上の操作により、対物レンズ71の位置
がセットされる。この調整は一度行えばよい。なお、上
記説明では、対物レンズ7の位置を調整するため、アラ
イメント・マークWAを用いたが、かならずしもこれに
限るものではなく、観察孔52を通して観察できるその
他の適当なパターンを用いてもよい。
【0062】(3)アライメント光照射装置6からの光
の放射を停止させ、ウエハWまたは基準となるワークを
ワークステージ5より除去する。 (4)露光光照射装置1により露光光のマスクMへの照
射を開始する。 (5)光学部材位置制御装置L1により、光学部材Lを
投影レンズ3とマスクパターン投影面4の間の空間に挿
入する。光学部材Lは図6に示したように、その挿入時
に、マスクパターン投影面4におけるマスクMのアライ
メント・マークMAの結像位置をZ方向に移動させる。
【0063】(6)光学部材位置制御装置L1によって
光学部材Lの挿入位置を調整し、光学部材L挿入時には
マスクMのアライメント・マークMAの投影像の光路に
光学部材Lが必ず挿入されるようにする。なお、この調
整は以後、アライメント・マークMAの位置が変わらな
い限り行う必要がない。マスクMのアライメント・マー
クMAの像は、光学部材Lの挿入により、上記(2)に
おけるウエハWまたは基準となるワーク裏面のアライメ
ント・マークWAがあった位置の近傍に投影されるの
で、対物レンズ7、ハーフミラー62を介してイメージ
センサ8上に結像する。
【0064】(7)イメージセンサ8によりマスクMの
アライメント・マークMAの像が受像されたら、画像処
理部9でアライメント・マークMAの位置を検出し、そ
の位置を記憶する。この検出には、予め登録されている
パターン情報によるパターンサーチや特徴抽出等の画像
処理の手法が用いられ場合が多い。また、自動処理でな
く、オペレータが手動により位置合わせをする場合に
は、前記したように、画像一時記憶ユニット(フリーズ
・ユニット)を用いたり、あるいは、基準線発生ユニッ
トを用いて行うことができる。
【0065】(8)露光光照射装置1からマスクMへの
光の照射を停止する。 (9)光学部材Lを、光学部材位置制御装置L1によっ
て投影レンズ2のマスクパターン投影面4の空間から離
脱させる。なお、光学部材Lがマスクパターンの投影像
の光路を遮っていない場合は、前記空間から離脱させる
必要はない。 (10)露光処理するワークであるウエハWをワークス
テージ5の所定位置にセットする。ウエハWは、ワーク
ステージ5に設けられた例えば位置決めピン等の位置合
わせ手段につき当てて設置することにより、プリセット
される。このため、ウエハWの裏面のアライメント・マ
ークWAは観察孔52の近傍に位置する。
【0066】(11)アライメント光照射装置6より光
を放射する。光はワークステージ5の観察孔52を通し
て、ウエハWの裏面に照射される。なお、その際、ウエ
ハWの裏面に感光剤が塗布されている場合は、アライメ
ント光照射装置6より、例えば露光波長であるi線、h
線、g線を含まない非露光光を放射させる方が望まし
い。
【0067】(12)イメージセンサ8によりウエハW
のアライメント・マークWAを受像して画像処理部9で
アライメント・マークWAを検出し、初めに検出・記憶
しておいたマスクのアライメント・マークMAとウエハ
Wの裏面のアライメント・マークWAが重なり合うよう
に、ステージ駆動装置51によりワークステージ5をX
方向またはY方向またはθ方向に移動させる。この位置
合わせは、前記したように制御部11により制御される
ワークステージ駆動装置51がワークステージ5をX,
Y,θ方向に移動させて自動的に行われる。なお、前記
したように、画像一時記憶ユニットや基準線発生ユニッ
トにより手動で位置合わせを行うこともできる。以上の
手順でマスクMとウエハWの位置合わせおよび露光準備
が完了する。
【0068】(13)露光光照射装置1から露光光をマ
スク1上に照射し、マスクパターンをウエハW上に投影
してウエハWを露光する。上記のような位置合わせを行
って、本露光が終了した後、次のウエハWを設置して位
置合わせをする場合は、以後対物レンズ7の位置の調
整、光学部材Lの挿入位置の調整を行う必要がないの
で、位置合わせの手順は上記(10)、(11)、(1
2)を行えばよい。ただし、前記したように、雰囲気温
度の変化によりマスクMおよび投影レンズ3の位置が変
化する場合は、再度、上記手順(4)、(5)、
(6)、(7)、(8)、(9)を行う必要がある。
【0069】以上のように、本実施例においては、第
1、第2の実施例と同様な効果を得ることができるとと
もに、光学部材Lを挿入・離脱して、マスクのアライメ
ント・マークMAの結像位置を移動させて、ウエハWの
アライメント・マークWAを有する面とマスクMのアラ
イメント・マークMAの投影面4を一致させているの
で、ステージ駆動装置51にワークステージ5をZ方向
に移動させる機能を設ける必要がなく、また、簡単な操
作でワークWのアライメント・マークWAを有する面と
マスクMのアライメント・マークMAの投影面4を一致
させることができる。
【0070】ところで、上記第3の実施例においては、
光学部材Lを投影レンズ3とマスクパターン投影面4の
間の空間に挿入し、マスクMのアライメント・マークM
Aの結像位置をZ方向に移動させているが、第1の実施
例において、光学部材LをウエハWと対物レンズ7の間
に挿入・離脱し、光学部材Lにより対物レンズ7の観察
面をZ方向に移動させることより、ウエハWの裏面とイ
メージセンサ8を結像関係とすることもできる。
【0071】すなわち、前記した第1の実施例におい
て、手順の(3)において、光学部材Lを挿入してマス
クMのアライメント・マークMAの像がイメージセンサ
8上に結像するように、アライメント・ユニット駆動装
置71を用いて対物レンズ7をX方向またはY方向また
はZ方向に移動させる。そして、(4)〜(7)の手順
を経たのち、(8)で、上記光学部材Lを離脱する。こ
れにより、対物レンズ7をZ方向に移動させることな
く、ウエハWの裏面とイメージセンサ8が結像関係にな
るようにすることができる。上記のようにすれば、ワー
クステージ5をZ方向に移動させたり、対物レンズ7を
移動させる必要がないので、装置の構成を簡単にするこ
とができるとともに、操作を操作を容易にすることがで
きる。
【0072】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。 (1)ワークを設置せずに、マスクパターンとアライメ
ント・マークの結像位置とアライメント検出系の焦点位
置を一致させた状態で、マスクのアライメント・マーク
の位置を検出し、次にワークを設置し、ワークのアライ
メント・マークとアライメント検出系の焦点位置を一致
させた状態で、ワークのアライメント・マークの位置を
検出し、マスクのアライメント・マークとワークのアラ
イメント・マークの位置合わせを行ったのち、ワークの
露光面とマスクの結像位置を一致させ、露光光照射装置
よりマスクと投影レンズを介してワーク上にマスクパタ
ーンを投影してワークを露光するようにしたので、ワー
ク裏面のアライメント・マークとマスクのアライメント
・マークを利用してマスクとワークの位置合わせを高精
度に行うことができる。
【0073】(2)上記(1)において、アライメント
検出系をワークの露光面に対して垂直方向に移動させて
ワークのアライメント・マークが記された面とアライメ
ント検出系の焦点位置を一致させるようにしたり、ある
いは、位置補正板を挿入・離脱させてマスクパターンと
アライメント・マークの結像位置を移動させるようにす
ることにより、ワーク等を移動させることなく、裏面ア
ライメントを行うことができる。
【0074】(3)露光光照射装置と、マスクパターン
とアライメント・マークが記されたマスクを載置するマ
スクステージと、投影レンズと、マスクパターン投影面
の裏面側にアライメント・マークが記されたワークを載
置するワークステージとを備えた投影露光装置におい
て、ワークステージにワークのアライメント・マークを
観察する観察用窓部を設けるとともに、該観察用窓部に
対向させてマスクのワークのアライメント・マークを観
察するアライメント検出系を設け、ワークステージに設
けた観察用窓部を介してワークの裏面側のアライメント
・マークを観察するように構成することにより、簡単な
機構の装置で高精度に裏面アライメントを行うことがで
きる。
【0075】(4)上記(3)の投影露光装置におい
て、画像処理手段と制御部手段を設け、マスクのアライ
メント・マークの投影像の結像位置を検出・記憶すると
ともに、ワークの裏面側に記されたアライメント・マー
クの位置を検出し、マスクとワークのアライメント・マ
ークが重なるようにワークステージを移動させるように
構成することにより、裏面にアライメント・マークが記
されたワークの自動的アライメントを行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1、第2の実施例を示す図である。
【図2】露光光照射装置の構成の一例を示す図である。
【図3】アライメント光照射装置の構成を示す図であ
る。
【図4】本発明における制御システムの構成を示す図で
ある。
【図5】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図6】光学部材を挿入・離脱したときの光路を説明す
る図である。
【符号の説明】
1 露光光照射装置 2 マスク駆動装置 3 投影レンズ 31 投影レンズ駆動装置 4 マスクパターン投影面 5 ワークステージ 51 ステージ駆動装置 52 観察孔 6 アライメント光照射装置 61 コンデンサレンズ 62 ハーフミラー 7 対物レンズ 70 アライメント・ユニット 71 アライメント・ユニット駆動装置 8 イメージセンサ 9 画像処理部 10 モニタ 11 制御部 M マスク W ウエハ(ワーク) MA マスク上のアライメント・マーク WA ウエハ(ワーク)上のアライメン
ト・マーク L 光学部材 L1 光学部材位置制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光光を照射する露光光照射装置と、マ
    スクパターンとアライメント・マークが記されたマスク
    と、投影レンズと、アライメント・マークが露光面の裏
    面側に記されたワークと、上記マスクのアライメント・
    マークとワークのアライメント・マークの位置を検出し
    両者の位置合わせを行うアライメント検出系とを備え、 上記マスクのアライメント・マークと、ワークのアライ
    メント・マークの位置合わせした後、露光光照射装置か
    ら照射される露光光によりマスクパターンを投影レンズ
    を介してワーク上に投影してマスクパターンをワークの
    露光面に露光する投影露光方法において、 ワークを設置せずに、アライメント検出系を駆動してマ
    スクのアライメント・マークの像がアライメント検出系
    の視野内に入るように調整し、マスクパターンとアライ
    メント・マークの結像位置とアライメント検出系の焦点
    位置を一致させ、該結像位置にあるマスクのアライメン
    ト・マークの投影像を受像・画像処理してマスクのアラ
    イメント・マークの位置を検出・記憶し、 次に、ワークを設置し、ワークをその露光面に対して垂
    直方向に移動させてワークのアライメント・マークとア
    ライメント検出系の焦点位置を一致させてワークのアラ
    イメント・マークの位置を検出し、マスクとワークのア
    ライメント・マークが重なるようにワークを移動させ、 ワークの露光面とマスクパターンとアライメント・マー
    クの結像位置を一致させ、露光光照射装置よりマスクと
    投影レンズを介してワーク上にマスクパターンを投影し
    てワークを露光することを特徴とする投影露光方法。
  2. 【請求項2】 露光光を照射する露光光照射装置と、マ
    スクパターンとアライメント・マークが記されたマスク
    と、投影レンズと、アライメント・マークが露光面の裏
    面側に記されたワークと、上記マスクのアライメント・
    マークとワークのアライメント・マークの位置を検出し
    両者の位置合わせを行うアライメント検出系とを備え、 上記マスクのアライメント・マークと、ワークのアライ
    メント・マークの位置合わせした後、露光光照射装置か
    ら照射される露光光によりマスクパターンを投影レンズ
    を介してワーク上に投影してマスクパターンをワークの
    露光面に露光する投影露光方法において、 ワークを設置せずに、アライメント検出系を駆動してマ
    スクのアライメント・マークの像がアライメント検出系
    の視野内に入るように調整し、マスクパターンとアライ
    メント・マークの結像位置とアライメント検出系の焦点
    位置を一致させ、該結像位置にあるマスクのアライメン
    ト・マークの投影像を受像・画像処理してマスクのアラ
    イメント・マークの位置を検出・記憶し、 次に、ワークを設置し、アライメント検出系をワークの
    露光面に対して垂直方向に移動させてワークのアライメ
    ント・マークが記された面とアライメント検出系の焦点
    位置を一致させ、ワークのアライメント・マークの位置
    を受像・画像処理してワークのアライメント・マークの
    位置を検出し、マスクとワークのアライメント・マーク
    が重なるようにワークを移動させ、 ワークの露光面とマスクの結像位置を一致させ、露光光
    照射装置よりマスクと投影レンズを介してワーク上にマ
    スクパターンを投影してワークを露光することを特徴と
    する投影露光方法。
  3. 【請求項3】 露光光を照射する露光光照射装置と、マ
    スクパターンとアライメント・マークが記されたマスク
    と、投影レンズと、アライメント・マークが露光面の裏
    面側に記されたワークと、該ワークを載置するワークス
    テージと、上記マスクのアライメント・マークとワーク
    のアライメント・マークの位置を検出し両者の位置合わ
    せを行うアライメント検出系とを備え、 上記マスクのアライメント・マークと、ワークのアライ
    メント・マークの位置合わせした後、露光光照射装置か
    ら照射される露光光によりマスクパターンを投影レンズ
    を介してワーク上に投影してマスクパターンをワークの
    露光面に露光する投影露光方法において、 ワークがない状態で、アライメント検出系を駆動してマ
    スクのアライメント・マークの像がアライメント検出系
    の視野内に入るように調整し、マスクパターンとアライ
    メント・マークの結像位置とアライメント検出系の焦点
    位置とワークステージのワークを載置する面を一致さ
    せ、マスクのアライメント・マークの投影像を受像・画
    像処理してマスクのアライメント・マークの位置を検出
    ・記憶し、次に、ワークをワークステージに載置して、
    ワークのアライメント・マークの位置を受像・画像処理
    してワークのアライメント・マークの位置を検出し、マ
    スクとワークのアライメント・マークが重なるようにワ
    ークを移動させ、 マスクおよび/または投影レンズをワーク露光面に対し
    て垂直方向に移動させ、ワークの露光面とマスクの結像
    位置を一致させ、露光光照射装置よりマスクと投影レン
    ズを介してワーク上にマスクパターンを投影してワーク
    を露光することを特徴とする投影露光方法。
  4. 【請求項4】 露光光を照射する露光光照射装置と、マ
    スクパターンとアライメント・マークが記されたマスク
    と、投影レンズと、アライメント・マークが露光面の裏
    面側に記されたワークと、上記マスクのアライメント・
    マークとワークのアライメント・マークの位置を検出し
    両者の位置合わせを行うアライメント検出系とを備え、 上記マスクのアライメント・マークと、ワークのアライ
    メント・マークの位置合わせした後、露光光照射装置か
    ら照射される露光光によりマスクパターンを投影レンズ
    を介してワーク上に投影してマスクパターンをワークの
    露光面に露光する投影露光方法において、 ワークの露光面とマスクパターンとアライメント・マー
    クの結像位置を一致させ、ワークのアライメント・マー
    クが記された面と、アライメント検出系の焦点位置を一
    致させ、ワークがない状態で、投影レンズとマスクのア
    ライメント・マークの投影像の結像位置間の光路中に、
    マスクのアライメント・マークの投影像の本来の結像位
    置から露光するワークの厚さに相当する長さだけマスク
    のアライメント・マークの投影像の結像位置を移動させ
    る位置補正板を挿入し、アライメント検出系を駆動してマスクのアライメント・
    マークの像がアライメント検出系の視野内に入るように
    調整し 、マスクのアライメント・マークの投影像を受像
    ・画像処理してマスクのアライメント・マークの位置を
    検出・記憶し、 次に、ワークを設置し、ワークのアライメント・マーク
    の位置を受像・画像処理してワークのアライメント・マ
    ークの位置を検出し、マスクとワークのアライメント・
    マークが重なるようにワークを移動させ、 露光光照射装置よりマスクと投影レンズを介してワーク
    上にマスクパターンを投影してワークを露光することを
    特徴とする投影露光方法。
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