JP6137323B2 - 露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置、プリント基板、ＬＣＤの製造等に使用される露光装置に関する。特に、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との位置合わせを行い、マスクパターンをワーク上に露光する露光装置に関する。
ワークの一方の面に設けられたワークアライメントマーク、回路等のワークのパターン又は孔等の特異点を基準として、ワークの他方の面に、その特異点に対して一定位置関係にある別のパターンを形成する場合がある。すなわち、ワークアライメントマークが設けられたワークの面とは反対側の面に、ワークアライメントマークと一定位置関係にある別のパターンを形成するような場合である。
マスクとワークとの位置合わせ（アライメント）は、通常、アライメント手段（例えばアライメント顕微鏡）によって、貫通孔の位置とマスクのパターンの位置とを検出し、両者が一致するようにして行う。しかし、ワークは一般に不透明であるため、ワークの一方の面に設けられたワークアライメントマーク、パターン又は孔等の特異点が設けられた面とは反対側の面に別のパターンを形成する場合、ワークの一方の面に設けられた特異点を、ワークの他方の面（露光する面）側から検出することができない。また、一般に露光のために塗布される感光性材料は、不透明なものがあり、ワークが透明な材質であっても、露光する面側からアライメントマークやパターン、孔等の特異点を検出することは困難である。
斯かる問題を解決するため、例えば特許文献１では、ワークのサイズよりも外側の部分に、ワークアライメントマークに対応するマスクアライメントマークを設けた露光装置が開示されている。そして、２個の観察部を有する２視野顕微鏡、又は相対位置が変化しない２個の顕微鏡を用い、ワークアライメントマークとマスクアライメントマークとの距離に一致するよう顕微鏡を支持する固定部材によって固定することにより、ワークアライメントマークとマスクアライメントマークとを同時に検出し、マスクとワークとを位置合わせすることができる裏面アライメント機能を備えている。
特開平１１−３４０１２０号公報
特許文献１に開示された露光装置では、２個の観察部を有する２視野顕微鏡を有しているが、顕微鏡の２視野間の距離、又は２個の顕微鏡間の距離は、顕微鏡を装着する固定部材の長さによって一定の距離に維持されている。したがって、露光装置の周辺環境において、大きな温度変化が生じた場合等には、固定部材の長さが熱膨張により変動するので、顕微鏡間の距離を一定の距離に維持することができず、正しくマスクとワークとを位置合わせすることができなくなるという問題点があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ワークの裏面に設けられたアライメントマークであっても、確実にマスクのアライメントマークと位置合わせすることができ、高い精度でマスクパターンをワーク上に露光する露光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る露光装置は、マスクアライメントマークが設けられたマスクと、該マスクを保持するマスクホルダと、前記マスクアライメントマークが設けられた面に対向する面と反対側の面にワークアライメントマークを有するワークを搭載して固定するステージと、該ステージを移動させ、前記マスクと前記ワークとの相対位置を調整するステージ駆動装置と、前記マスクアライメントマーク及び前記ワークアライメントマークを撮像するものであり、高さ方向の位置が固定されている撮像装置とを備える露光装置であって、前記ステージは、搭載された前記ワークの前記ワークアライメントマークの撮像時に、前記ワークのサイズより外側の位置で像が形成されるよう、内部で光を奇数回反射させる光学部品を備え、前記ステージ駆動装置は、該光学部品を介して形成された像に基づいて、前記マスクアライメントマークと前記ワークアライメントマークとを位置合わせするものであり、前記ワークアライメントマークの撮像時の前記ワークの厚みを厚みＡとし、前記ワークと前記マスクとの間の距離を距離Ｂとしたとき、前記マスクアライメントマークの撮像時の前記ステージと前記マスクとの間の距離Ｃが厚みＡと距離Ｂとの和の半分となるように前記ステージが移動することを特徴とする。
上記構成では、搭載されたワークのワークアライメントマークの撮像時に、ワークのサイズより外側の位置で像が形成されるよう、内部で光を奇数回反射させる。したがって、ワークのサイズより外側の位置で形成されたワークアライメントマークの像は正立像となることから、高い精度でマスクアライメントマークとワークアライメントマークとを位置合わせすることが可能となる。また、光学部品により形成されたマスクアライメントマークの像及びワークアライメントマークの像が、同じ位置となるようにステージ駆動装置を用いて調整できるので、周囲環境の温度変化等により位置合わせ精度が劣化するおそれもない。さらに、マスクアライメントマークの撮像時のステージとマスクとの間の距離Ｃが（厚みＡ＋距離Ｂ）／２であるので、撮像装置の高さ方向の位置が固定されている場合であっても焦点合わせが容易であり、品質の高い画像を撮像することができる。
また、本発明に係る露光装置は、前記光学部品は、断面形状が５角形の柱状プリズムであることが好ましい。
上記構成では、光学部品は、断面形状が５角形の柱状プリズムであるので、内部で光を奇数回反射させることにより、ワークのサイズより外側の位置で形成される像を正立像とすることができる。したがって、高い精度でマスクアライメントマークとワークアライメントマークとを位置合わせすることが可能となる。
また、本発明に係る露光装置は、前記光学部品は、断面形状が多角形の複数の柱状プリズムを組み合わせて構成されていることが好ましい。
上記構成では、光学部品は、断面形状が多角形の複数の柱状プリズムを組み合わせて構成されており、内部で光を奇数回反射させることにより、ワークのサイズより外側の位置で形成される像を正立像とすることができる。したがって、高い精度でマスクアライメントマークとワークアライメントマークとを位置合わせすることが可能となる。
また、本発明に係る露光装置は、前記光学部品は、断面形状が多角形の柱状プリズムと鏡体とを組み合わせて構成されていることが好ましい。
上記構成では、光学部品は、断面形状が多角形の柱状プリズムと鏡体とを組み合わせて構成されているので、内部で光を奇数回反射させることができ、ワークのサイズより外側の位置で形成される像を正立像とすることができる。したがって、高い精度でマスクアライメントマークとワークアライメントマークとを位置合わせすることが可能となる。
上記構成によれば、搭載されたワークのワークアライメントマークの撮像時に、ワークのサイズより外側の位置で像が形成されるよう、内部で光を奇数回反射させる。したがって、ワークのサイズより外側の位置で形成されたワークアライメントマークの像は正立像となることから、高い精度でマスクアライメントマークとワークアライメントマークとを位置合わせすることが可能となる。また、光学部品により形成されたマスクアライメントマークの像及びワークアライメントマークの像が、同じ位置となるようにステージ駆動装置を用いて調整できるので、周囲環境の温度変化等により位置合わせ精度が劣化するおそれもない。さらに、マスクアライメントマークの撮像時のステージとマスクとの間の距離Ｃが（厚みＡ＋距離Ｂ）／２であるので、撮像装置の高さ方向の位置が固定されている場合であっても焦点合わせが容易であり、品質の高い画像を撮像することができる。
本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る露光装置のステージに備える柱状プリズムの断面図である。 本発明の実施の形態に係る露光装置のステージに備える他の光学部品の断面図である。 本発明の実施の形態に係る露光装置のマスクアライメントマークの撮像時の状態を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る露光装置のワークアライメントマークの撮像時の状態を説明するための断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る露光装置について、図面に基づいて具体的に説明する。
本発明の実施の形態に係る露光装置は、撮像する高さが固定された撮像装置を用いて、撮像対象となるワークの裏面に設けられたワークアライメントマークを撮像して、マスクのマスクアライメントマークと位置合わせする。本実施の形態に係る露光装置では、露光時に搭載されるワークの裏面に設けられたワークアライメントマークを撮像する一対の撮像装置を両端に備えている。図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す断面図である。
図１において、本発明の実施の形態に係る露光装置１は、一対の撮像装置１１と、マスクパターン（図示せず）とマスクアライメントマーク１３１とが設けられたマスク１３と、マスク１３を保持するマスクホルダ１２と、マスクパターン及びマスクアライメントマーク１３１が設けられた面１３５（ワーク１４と対向する面）に対向する面と反対側の面１４５（ワーク１４の裏面）にワークアライメントマーク１４１を有するワーク１４を搭載して固定するステージ１５と、ステージ１５を移動させて、マスク１３とワーク１４との相対位置を調整するステージ駆動装置１６、１７とを備えている。また、マスクアライメントマーク１３１については、マスクパターン自体をアライメントマークとして用いても良い。
撮像装置１１は、高さ方向の位置が固定されたカメラである。撮像装置１１は、レンズの周囲に照明を備えた一体型であることが好ましい。撮像装置１１をコンパクトにすることができるからである。また、撮像装置１１は、マスク１３のマスクアライメントマーク１３１の直上ではなく、ワーク１４のサイズより外側でワークアライメントマーク１４１を撮像するよう配置されている。像の形成は、後述する光学部品を備えることで実現させている。
マスク１３は一部が透明な板状であることが好ましく、ワーク１４と対向する面１３５に、マスクパターン（図示せず）及びマスクアライメントマーク１３１が設けられている。マスクアライメントマーク１３１の位置と、ワーク１４のワークアライメントマーク１４１の位置とを位置合わせすることにより、マスクパターン（回路パターン）をワーク１４上の所望の位置に正しく露光することができる。
ワーク１４はステージ１５に搭載され、固定される。ステージ駆動装置１６、１７によりステージ１５を移動させることで、マスク１３とワーク１４との相対位置を調整することができる。例えばステージ駆動装置１６は、マスク１３とワーク１４との間の距離を調整するべく上下方向にステージ１５を移動させる。ステージ駆動装置１７は、マスク１３とワーク１４との水平方向の位置を調整するべく前後左右方向にステージ１５を移動させる、又はステージ１５を回転させる。
ステージ１５は、ワーク１４のサイズより外側の位置で像が形成されるよう、内部で光を奇数回反射させる光学部品を備えている。本実施の形態では、光学部品として、断面形状が５角形の柱状プリズム２０を備えている。柱状プリズム２０の内部で光を奇数回反射させることで、像が正立像として形成される。したがって、マスク１３のマスクアライメントマーク１３１とワーク１４のワークアライメントマーク１４１とを高い精度で位置合わせすることができる。柱状プリズム２０の材質としては、例えばホウケイ酸ガラス、合成石英が挙げられる。柱状プリズム２０の内部で反射する光は、可視光であっても良いし、赤外光であっても良い。
図２は、本発明の実施の形態に係る露光装置１のステージ１５に備える柱状プリズム２０の断面図である。図２に示すように、柱状プリズム２０の内部において、光を奇数回（図２では３回）反射させる。これにより、反射した像が、ワーク１４のサイズより外側の位置で正立像として形成される。
正立像として形成するのは、位置合わせを容易にするためである。光が偶数回（例えば２回）反射する柱状プリズムを備える場合、形成される像は倒立像になる。倒立像として形成されるため、像がずれている方向と、実際にステージ１５を移動させてずれを補正する方向とが正反対となる。したがって、ステージ１５の移動のみで正しく位置合わせすることは困難である。
それに対して、形成される像が正立像である場合には、像がずれている方向と、ステージ１５を移動させてずれを補正する方向とが一致するので、ステージ１５の移動のみで容易に正しく位置合わせすることができる。
また、光学部品は、断面形状が５角形である柱状プリズム２０に限定されるものではなく、内部で光を奇数回反射させることができれば良い。図３は、本発明の実施の形態に係る露光装置１のステージ１５に備える他の光学部品の断面図である。
図３（ａ）には、断面形状が５角形である柱状プリズム２０ａと、断面形状が長方形である柱状プリズム２０ｂと、断面形状が３角形である柱状プリズム２０ｃとを組み合わせた複合プリズムの断面図を示している。図３（ａ）では、断面形状が長方形である柱状プリズム２０ｂの内部では光が反射しないので、柱状プリズム２０ｂの長さを調整することで、像を形成する位置を調整できるようになっている。なお、柱状プリズム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間は、透明な光学接着剤により接着しても良いし、柱状プリズム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ同士を溶融接着しても良い。
また、図３（ｂ）には、断面形状が５角形である柱状プリズム２０ａと、反射ミラー（鏡体）２０ｄとを組み合わせた光学部品の断面図を示している。図３（ｂ）において、柱状プリズム２０ａの右端の面がワーク１４の面に対して垂直となるように構成されているので、反射ミラー２０ｄの位置を調整することで、像を形成する位置を調整できるようになっている。
以下、上述した構成の露光装置１における位置合わせ工程について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る露光装置１のマスクアライメントマーク１３１の撮像時の状態を説明するための断面図である。
図４に示すように、一対の撮像装置１１は高さ方向の位置が固定されている。したがって、撮像するマスク１３のマスクアライメントマーク１３１とワーク１４のワークアライメントマーク１４１との焦点合わせは、ステージ１５の上下方向の移動により行われる。
具体的には、まずワーク１４の厚みＡ（図５参照）を測定しておく。そして、露光時のマスク１３とワーク１４との間の距離を露光ギャップＢ（図５参照）とする。なお、ワーク１４の厚みＡとしては、設計値そのものを採用しても良い。
そして、図４に示すように、マスクアライメントマーク１３１の撮像時のマスク１３とステージ１５との間の距離であるマスク撮像ギャップＣが、ワーク１４の厚みＡと露光ギャップＢとの和の半分になるようステージ駆動装置１６によりステージ１５の高さを調整する。このように、マスク撮像ギャップＣを（Ａ＋Ｂ）／２となるようにステージ１５の高さを調整することにより、撮像装置１１の高さ方向の位置が固定されている場合であっても、マスクアライメントマーク１３１に焦点を合わせることができる。したがって、高い精度で位置合わせすることが可能となる。
撮像装置１１は、ステージ１５の高さを調整して焦点を合わせた状態でマスクアライメントマーク１３１を撮像し、撮像されたマスクアライメントマーク１３１の位置に関する情報を記憶する。具体的には撮像された画像に基づいて、マスクアライメントマーク１３１の位置情報を抽出して記憶する。
次に、ワーク１４をステージ１５上に搭載して固定する。図５は、本発明の実施の形態に係る露光装置１のワークアライメントマーク１４１の撮像時の状態を説明するための断面図である。図４と同様、撮像する画像の焦点合わせは、ステージ１５の上下方向の移動により行われる。
具体的には、ワークアライメントマーク１４１の撮像時のマスク１３とステージ１５との間の距離がＡ＋Ｂとなるように、すなわちマスク１３とワーク１４との間の距離が露光ギャップＢと等しくなるようにステージ駆動装置１６によりステージ１５を上下方向に移動させて高さを調整する。ステージ１５の高さを調整して焦点を合わせた状態で、撮像装置１１はワークアライメントマーク１４１を撮像し、ワークアライメントマーク１４１の位置情報を抽出して記憶する。
記憶されているマスクアライメントマーク１３１の位置情報とワークアライメントマーク１４１の位置情報とに基づいて、ステージ駆動装置１７によりステージ１５を、前後左右方向に移動、及び／又は回転移動させて、両者の位置を一致させる。具体的には、マスクアライメントマーク１３１の位置情報に対してワークアライメントマーク１４１の位置情報が一致するようにステージ１５を移動させる。
その後、再びワーク１４を撮像してワークアライメントマーク１４１の位置情報を取得し、マスクアライメントマーク１３１の位置情報に対して、再び取得したワークアライメントマーク１４１の位置情報が一致するようにステージ１５を移動させる。これらの作業を繰り返すことにより、両者の位置情報を一致させる。両者の位置情報を一致させた状態で露光することにより、マスクパターン（回路パターン）を正確にワーク１４上に露光することができる。
以上のように本実施の形態によれば、搭載されたワーク１４のワークアライメントマーク１４１の撮像時に、ワーク１４のサイズより外側の位置で像が形成されるよう、内部で光を奇数回反射させる。したがって、ワーク１４のサイズより外側の位置で形成されたワークアライメントマーク１４１の像は正立像となることから、高い精度でマスク１３のマスクアライメントマーク１３１とワーク１４のワークアライメントマーク１４１とを位置合わせすることが可能となる。また、柱状プリズム２０により形成されたマスクアライメントマーク１３１の像及びワークアライメントマーク１４１の像が、同じ位置となるようにステージ駆動装置１６を用いて調整することができるので、周囲環境の温度変化等により位置合わせ精度が劣化するおそれもない。
なお、上述した実施の形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができることは言うまでもない。例えば光学部品については、断面形状が５角形の柱状プリズム、あるいは形状の異なるプリズムを組み合わせて構成するものに限定されるものではなく、内部で光を奇数回反射できるのであれば、複数の鏡体を組み合わせて構成しても良い。
また、図１では、撮像装置１１及び光学部品２０を一対としているが、撮像装置１１及び光学部品２０は、それぞれ単体であっても良い。撮像装置１１を一対としているのは、ワーク１４のサイズが大きい場合に、離れた位置のワーク１４のワークアライメントマーク１４１及びマスク１３のマスクアライメントマーク１３１を撮像して位置合わせのθ精度（回転方向の精度）を上げるためである。ワーク１４のサイズが小さい場合であって、ワークアライメントマーク１４１及びマスクアライメントマーク１３１が角度を検出できる形状（例えば、方形状やクロス状等）であるときには、撮像装置１１及び光学部品２０が単体であっても良い。
１ 露光装置
１１ 撮像装置
１２ マスクホルダ
１３ マスク
１４ ワーク
１５ ステージ
１６、１７ ステージ駆動装置
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 柱状プリズム（光学部品）
２０ｄ 反射ミラー（鏡体）
１３１ マスクアライメントマーク
１４１ ワークアライメントマーク

Claims (4)

  1. マスクアライメントマークが設けられたマスクと、
    該マスクを保持するマスクホルダと、
    前記マスクアライメントマークが設けられた面に対向する面と反対側の面にワークアライメントマークを有するワークを搭載して固定するステージと、
    該ステージを移動させ、前記マスクと前記ワークとの相対位置を調整するステージ駆動装置と、
    前記マスクアライメントマーク及び前記ワークアライメントマークを撮像するものであり、高さ方向の位置が固定されている撮像装置と
    を備える露光装置であって、
    前記ステージは、搭載された前記ワークの前記ワークアライメントマークの撮像時に、前記ワークのサイズより外側の位置で像が形成されるよう、内部で光を奇数回反射させる光学部品を備え、
    前記ステージ駆動装置は、該光学部品を介して形成された像に基づいて、前記マスクアライメントマークと前記ワークアライメントマークとを位置合わせするものであり、
    前記ワークアライメントマークの撮像時の前記ワークの厚みを厚みＡとし、前記ワークと前記マスクとの間の距離を距離Ｂとしたとき、前記マスクアライメントマークの撮像時の前記ステージと前記マスクとの間の距離Ｃが厚みＡと距離Ｂとの和の半分となるように前記ステージが移動することを特徴とする露光装置。
  2. 前記光学部品は、断面形状が５角形の柱状プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 前記光学部品は、断面形状が多角形の複数の柱状プリズムを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  4. 前記光学部品は、断面形状が多角形の柱状プリズムと鏡体とを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
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