JPH08124836A - マスクとワークの位置合わせ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 露光光とは異なった波長の光を用いてアライ
メントを行う露光装置において、平行平面板等の光学部
材を用いることなく、マスクとワークの位置合わせを高
精度に行うこと。 【構成】 非露光光をマスクＭ上に照射し、マスクＭ上
に印されたマスクパターンの投影面がワーク上面になる
ようにマスクもしくはワークの位置を投影レンズ３の光
軸方向に移動させる。次に、アライメント・ユニット６
により、非露光光による倍率の色収差が発生したままア
ライメント・マークの位置をそれぞれ検出し、２組のワ
ークのアライメント・マークとマスクのアライメント・
マークの相互の位置が所定の位置関係になるようにワー
クＷもしくはマスクＭをワーク／マスク面に平行に移動
させる。次いで、露光光によるマスクパターン投影面が
ワーク上面になるようにワークもしくはマスクを光軸方
向に移動させ、露光処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置やプリント
基板、ＬＣＤ（液晶画面）の生産等に使用される露光装
置におけるマスクとワークの位置合わせ方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶画面、インクジェット
方式のプリンタヘッド、一枚の基板の上に多種多数の電
気素子を製作して１つのモジュールにするマルチチップ
モジュール等、ミクロンサイズの加工が必要である様々
な電気部品の製作工程に露光工程が用いられている。

【０００３】この露光工程において、ワークとマスクの
パターンを転写する場合、前に形成したパターンに対し
て次に転写するパターンを正確に位置合わせすることが
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。

【０００４】マスクのパターンを転写する自動化された
装置としては、露光光、例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線（ｉ
線：波長３６５ｎｍ、ｈ線：波長４０５ｎｍ、ｇ線：波
長４３６ｎｍ）を用いて位置合わせを行うものと、非露
光光、例えば、ｅ線、ｄ線、ｃ線（ｅ線：波長５４６ｎ
ｍ、ｄ線：波長５８８ｎｍ、ｃ線：波長６５６ｎｍ）を
用いて位置合わせを行う投影方式の露光装置が知られて
いる。

【０００５】前者の場合、位置合わせの時にフォトレジ
ストが感光されてしまうため、図１１に示すように位置
合わせに使われる領域に回路パターンを形成することが
できない。すなわち、同図に示すように、ワークＷ上の
ワークアライメント・マークＷＡが印された領域Ａには
回路パターンを形成することができず、回路パターンを
形成できる領域は同図の斜線で示した領域Ｂとなる。

【０００６】そのため、半導体素子のように１枚のワー
クから複数個のチップを取る場合、その取れる個数が位
置合わせに使われる領域分だけ減少することになり、生
産効率が悪くなるという欠点がある。一方、後者の場
合、位置合わせの時にフォトレジストが感光されないた
め、回路パターンの領域が位置合わせ領域によって制限
されないという利点がある。

【０００７】ところが、露光光と非露光光では、光の波
長が異なっているので、マスクのパターンは同じところ
に投影されないという問題がある。図１２は上記したｅ
線を用いて位置合わせを行う従来の露光装置の構成を示
す図であり、同図において、１は露光光照射装置であ
り、１ａは高圧水銀ランプ、１ｂは楕円集光鏡、１ｃ，
１ｇは平面反射鏡、１ｄはインテグレータレンズ、１ｅ
はシャッタ、１ｈはコンデンサレンズである。

【０００８】２はマスク駆動ステージであり、マスク駆
動ステージ２には真空チャック等によりマスクＭが固定
され、マスク駆動ステージ２は図示しない駆動装置によ
りＸ，Ｙ，Ｚ，θ（Ｘ，Ｙ軸：マスク面に平行な平面上
の直交軸、Ｚ軸：同図の上下方向の軸、θ：Ｚ軸を中心
とした回転軸）に駆動される。また、マスクＭにはマス
クパターンと位置合わせ用のマスク・アライメント・マ
ークＭＡ（以下、マスクマークという）が印されてい
る。

【０００９】３は投影レンズ、Ｗはワークであり、ワー
クＷには位置合わせ用のワーク・アライメント・マーク
ＷＡ（以下ワークマークという）が印されている。６は
アライメント・ユニットであり、アライメント・ユニッ
ト６はレンズ６ａ、対物レンズ６ｂ、ハーフミラー６
ｃ、ＣＣＤカメラを具備する画像センサ６ｄから構成さ
れており、ワークマークＷＡと、ワークＷ上に投影され
るマスクマークＭＡをハーフミラー６ｃ→対物レンズ６
ｂ→レンズ６ａを介して画像センサ６ｄで受像し、両者
の位置を観察する。なお、アライメント・ユニットは同
図のＢの位置以外に同図のＡの位置に設けることもでき
る。

【００１０】同図において、アライメントを行う際に
は、まず、露光光照射装置１から非露光光であるｅ線を
照射し、アライメント・ユニット６により、ワークマー
クＷＡとワークＷ上に投影されるマスクマークＭＡとを
観察し、両者が一致するように、マスクＭもしくはワー
クＷをＸ，Ｙ方向に移動させる。このとき、露光光とし
てｉ線を用い、非露光光としてｅ線を用いているので、
次のような問題が生ずる。 同図のＩとＥに示すように、マスクパターンが同じ
面に投影されない。 ｅ線によるマスクパターン投影面Ｅ上のマスクマー
クＭＡ’と、ｉ線によるマスクパターン投影面Ｉ上のマ
スクマークＭＡの位置は一致しない。すなわち、投影レ
ンズ３とｉ線によるマスクパターン投影面Ｉ間の距離よ
り、投影レンズ３とｅ線によるマスクパターン投影面Ｅ
間の距離の方が大きくなり、同図に示すように、ｅ線に
よるマスクパターン投影面Ｅ上のマスクマークＭＡ’の
間隔Ｌe は、ｉ線によるマスクパターン投影面Ｉ上のマ
スクマークＭＡの間隔Ｌi より広くなる。

【００１１】そこで、従来においては、投影光学系の光
路に平行平面板を挿入し、非露光光の波長に応じてその
板厚を変えることにより投影面のずれを補正していた
（特公平５−４３１６８号参照）。上記した従来技術は
光路中に平行平面板を挿入することにより、図１３に示
すようにピント位置がＳだけずれるという性質を利用し
て、投影レンズとワーク間に平行平面板を挿入し、露光
光と非露光光による投影像のずれを補正するものであ
る。

【００１２】平行平面板は、光軸方向および光軸に垂直
な方向に移動しても光学系の結像性能に影響を与えない
という性質を持っており、上記した従来技術は平行平面
板を高い位置精度で挿入する必要がなく、高速の切り換
えができるといった特徴を持っている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来技術は、次のような問題点がある。 （１）投影光学系の光路に平行平面板が光軸に対して傾
いて挿入されると、光路に位置ずれが発生する。図１４
は光路に平行平面板を光軸に対して傾けて挿入した場合
の光路のずれを示す図であり、同図に示すように、厚さ
ｄ（ｍｍ）の平行平面板を光軸に対してθ（ラジアン）
傾けたとき、ΔＹの位置ずれが発生し、この位置ずれΔ
Ｙは、Ｎを平行平面板の屈折率とすると、次の式で表さ
れる。

【００１４】ΔＹ＝｛（Ｎ−１）／Ｎ｝ｄ・θ このため、アライメント時と露光時で平行平面板の傾き
が異なると、微妙な位置ずれが発生し、高いアライメン
ト精度を得ることができない。特に、平行平面板を高速
に挿入した場合、その傾きは避けられない問題である。 （２）露光用波長とアライメント用波長が変わると、平
行平面板によるピント補正量が変化するので、平行平面
板を上記波長の組み合わせに応じて用意する必要があ
る。

【００１５】前記した図１３に示すように、平行平面板
によるピント補正量をΔＳとし、平行平面板の厚さを
ｄ、屈折率をＮとすると、ピント補正量ΔＳは次の式で
表される。 ΔＳ＝｛（Ｎ−１）／Ｎ｝ｄ 平行平面板は、露光用波長とアライメント用波長が異な
ることにより生ずるピント位置ズレ量を補正するための
挿入されるものであるから、その板厚ｄは露光用波長と
アライメント用波長に応じて定める必要がある。

【００１６】ここで、ピント位置の波長依存性は図１５
に示すようになり、同図から明らかなように、波長の組
み合わせが変化するとその位置ズレ量も変化し、例え
ば、露光用波長が４０５ｎｍ、アライメント用波長が５
４６ｎｍの場合には、ピント補正量はΔＳ1 であるのに
対し、露光用波長が４３６ｎｍ、アライメント用波長が
５７８ｎｍの場合には、ピント補正量はΔＳ2 となる。

【００１７】すなわち、露光用波長とアライメント用波
長の組み合わせに応じて平行平面板の板厚を変える必要
があるが、実際のプロセスでは、使用するレジストや処
理ワークの下地によって、露光用波長とアライメント用
波長の組み合わせを変えて使う場合が多い。このため、
上記した従来例のように平行平面板を用いる場合には、
露光用波長とアライメント用波長の組み合わせの数だけ
平行平面板を用意し、その組み合わせにリンクして平行
平面板を挿入する必要があり、挿入機構が複雑になると
いう問題がある。 （３）倍率を調整するため、平行平面板からなる光学部
材を使用しているため、その保持機構を新たに設ける必
要があり、特に、光学部材を挿入離脱させる場合には、
機構が複雑、かつ、大きくなるという問題がある。 （４）ワークの真上に平行平面板挿入機構があるため、
発塵によりワークが汚れるという問題がある。

【００１８】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って、本発明の目的は、露光光と
は異なった波長の光を用いてアライメントを行う露光装
置において、平行平面板等の光学部材を用いることな
く、マスクとワークの位置合わせを高精度に行うことが
できるマスクとワークの位置合わせ方法および装置を提
供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１の発明は、非露光光をマスク上に
照射し、マスク上に印されたマスクパターンの投影面が
ワーク上面になるようにマスクもしくはワークの位置を
投影レンズ光軸方向に移動させ、ワーク上に印された少
なくとも２個のアライメント・マークと、ワーク上に投
影された少なくとも２個のマスクのアライメント・マー
クを受像し、上記非露光光による倍率の色収差が発生し
たまま、受像したワークのアライメント・マークとマス
クのアライメント・マークの位置を各々検出し、受像し
たワークのアライメント・マークとマスクのアライメン
ト・マークの相互の位置が所定の位置関係になるように
ワークもしくはマスクをワーク／マスク面に平行に移動
させたのち、露光光によるマスクパターン投影面がワー
ク上面になるようにワークもしくはマスクを光軸方向に
移動させることにより、マスクとワークの位置合わせを
するようにしたものである。

【００２０】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、投影レンズ光軸に対して点対称に配置され
たワークのアライメント・マークとマスクのアライメン
ト・マークを受像し、非露光光による倍率の色収差が発
生したまま、受像したワークのアライメント・マークと
マスクのアライメント・マークの位置を各々検出し、受
像した少なくとも２組のワークのアライメント・マーク
とマスクのアライメント・マークの相互の位置が上記光
軸に対して点対称の位置関係になるようにワークもしく
はマスクを移動させるようにしたものである。

【００２１】本発明の請求項３の発明は、請求項１の発
明において、投影レンズ光軸を通る直線に対して線対称
に配置されたワークのアライメント・マークとマスクの
アライメント・マークを受像し、非露光光による倍率の
色収差が発生したまま、受像したワークのアライメント
・マークとマスクのアライメント・マークの位置を各々
検出し、露光光によるマスクのアライメント・マークの
投影像と非露光光によるマスクのアライメント・マーク
の投影像の位置ずれ量により定まる補正量に基づき、受
像したワークのアライメント・マークとマスクのアライ
メント・マークの相互の位置が上記光軸に対して線対称
の位置関係になるようにワークもしくはマスクを移動さ
せるようにしたものである。

【００２２】本発明の請求項４の発明は、請求項１，２
または請求項３の発明において、ワークのアライメント
・マークとワーク上に投影されたマスクのアライメント
・マークを受像し、非露光光による倍率の色収差が発生
したまま、受像したワークのアライメント・マークとマ
スクのアライメント・マークの位置を各々検出し、モニ
タ上に表示された目盛りを利用して、受像したワークの
アライメント・マークとマスクのアライメント・マーク
の相互の位置が所定の位置関係になるようにワークもし
くはマスクを移動させるようにしたものである。

【００２３】本発明の請求項５の発明は、マスクとワー
クの位置合わせ装置において、マスク上に露光光／非露
光光を均一に照射する照射装置と、少なくとも２個のア
ライメント・マークが印されたマスクと、該マスクを移
動させるマスク駆動ステージと、投影レンズと、少なく
とも２個のアライメント・マークが印されたワークと、
該ワークを移動させるワーク駆動ステージと、ワークの
アライメント・マークと、投影レンズを介してワーク上
に投影されたマスクのアライメント・マークを受像する
受像手段と、マスク駆動ステージおよびワーク駆動ステ
ージの移動を制御する制御手段とを備え、上記制御手段
は、非露光光によるマスクパターンの投影面がワーク上
面になるように、マスク駆動ステージもしくはワーク駆
動ステージを投影レンズ光軸方向に移動させたのち、非
露光光をマスク上に照射し、上記受像手段により受像し
たワークのアライメント・マークとマスクのアライメン
ト・マークの相互の位置が所定の位置関係になるよう
に、マスク駆動ステージもしくはワーク駆動ステージを
マスク／ワーク面に平行に移動させ、ついで、露光光に
よるマスクパターン投影面がワーク上面になるように、
マスク駆動ステージもしくはワーク駆動ステージを投影
レンズ光軸方向に移動させるように構成したものであ
る。

【００２４】

【作用】ワーク上面を図１２に示したマスクパターン投
影面Ｅ上に移動させてマスクとワークの位置合わせを行
えば、前記した平行平面板を用いることなく、マスクと
ワークの位置合わせを行うことができる。しかしなが
ら、前記図１２に示したように、マスクパターン投影面
Ｉ上のマスクマークＭＡの位置は、マスクパターン投影
面Ｅ上の位置とは一致せず、マスクパターン投影面Ｅ上
においては、図４に示すように、マスクマークＭＡ’は
投影レンズの光軸Ｐを通る直線上を光軸Ｐから遠ざかる
方向に移動し、その移動量は光軸からの距離が等しい左
右のマークについては等しくなる。

【００２５】したがって、マスクパターン投影面Ｅ上に
ワークの上面があるときに、ワークマークとマスクマー
クの位置合わせを行うには、投影面Ｅ上に投影された２
個のマスクマークＭＡ’に対して、光軸方向に所定の距
離ずつ離れた位置にワーク上の２個のワークマークＷＡ
を位置決めすれば、マスクパターン投影面Ｉ上における
マスクマークＭＡの位置とワークマークＷＡの位置を一
致させることができる。

【００２６】例えば、図４（ａ）に示すように、マーク
が光軸Ｐに対して点対称に配置されている場合には、ワ
ークマークを、投影面Ｅ上のマスクマークＭＡ’から等
距離離れた点（同図のＭＡの位置）に位置決めすれば、
投影面Ｉ上におけるマスクマークとワークマークの位置
合わせを行うことができる。本発明は上記原理に基づ
き、平行平面板を用いることなくマスクとワークの位置
合わせを行うようにしたものであり、本発明の請求項１
および請求項５の発明においては、マスクパターンの投
影面Ｅ上において、２組のワークのアライメント・マー
クとマスクのアライメント・マークの相互の位置が所定
の位置関係になるようにワークもしくはマスクをワーク
／マスク面に平行に移動させたのち、ワーク上面を投影
面Ｉに一致させ、露光光による露光処理を行うようにし
たので、平行平面板を用いることなく、マスクとワーク
の位置決めを行うことができる。

【００２７】このため、平行平面板が傾いて挿入される
ことによる位置ずれを防止することができ、また、簡単
な機構により、マスクとワークの位置合わせを行うこと
ができるので、装置を安価にすることができる。さら
に、平行平面板を用いないので、種々の露光光の波長と
アライメント波長の組み合わせに容易に対応することが
でき、また平行平面板を挿入する際の発塵によりワーク
が汚染されることがない。

【００２８】本発明の請求項２および請求項３の発明に
おいては、マスクマークとワークマークを投影レンズ光
軸に対して点対称もしくは光軸を通る直線に対して線対
称に配置したので、マスクとワークの位置ずれを簡単に
補正することができる。本発明の請求項４の発明におい
ては、ワークのアライメント・マークとワーク上に投影
されたマスクのアライメント・マークを受像し、モニタ
上に表示された目盛りを利用して、受像したワークのア
ライメント・マークとマスクのアライメント・マークの
相互の位置が所定の位置関係になるようにワークもしく
はマスクを移動させるようにしたので、画像処理装置等
を使用することなく、モニタを見ながら人手でマスクと
ワークの位置合わせを行うことができ、装置構成を簡単
化し安価にすることができる。

【００２９】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例の露光装置の構
成を示す図である。同図において、１は露光光照射装置
であり、図１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→シャッタ１ｅ→光学フィルタ１ｆ
（非露光光照射時のみ挿入）→平面反射鏡１ｇ→コンデ
ンサレンズ１ｈを介してマスクＭに均一に照射する。シ
ャッタ１ｅは、露光光もしくは非露光光の照射を制御す
る。

【００３０】また、光学フィルタは非露光光（例えばｅ
線）のみを選択的に透過させる。よって露光光と非露光
光の切り換えは、光学フィルタ１ｆを図示しない光学フ
ィルタ移動機構を用いて、挿入または退避させることに
よって行われる。Ｍはマスク、２はマスク駆動ステージ
であり、マスク駆動ステージ２は真空チャック等のマス
クＭを固定する手段を備えており、図示しない駆動装置
により、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ軸（Ｘ，Ｙ軸：マスク面に平行
な平面上の直交する２軸、Ｚ：同図の上下方向の軸、θ
軸：マスクステージに垂直な軸を中心として回転）方向
に駆動される。また、マスクＭにはマスクパターンと位
置合わせ用のマスクマークが印されている。

【００３１】３は投影レンズであり、投影レンズ３は投
影レンズをＺ方向に移動させる投影レンズ駆動ステージ
４を備えている。Ｗはワーク、５はワーク駆動ステージ
であり、ワーク駆動ステージ５はマスク駆動ステージ２
と同様、ワークを固定する手段を備えており、図示しな
い駆動装置により、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ軸方向に駆動され
る。また、ワークＷには位置合わせ用のワークマークが
印されている。なお、マスクＭ、投影レンズ３、ワーク
Ｗの相対的位置が、露光時、同図Ｉの位置にマスクパタ
ーンが投影されるように設定されている場合、非露光光
を照射したとき、マスクパターンは同図Ｅの位置に投影
される。

【００３２】６はアライメント・ユニットであり、アラ
イメント・ユニット６はレンズ６ａ、対物レンズ６ｂ、
ハーフミラー６ｃ、ＣＣＤカメラを具備する画像センサ
６ｄから構成されており、ワークマークＷＡと、ワーク
Ｗ上に投影されるマスクマークＭＡはハーフミラー６ｃ
→対物レンズ６ｂ→レンズ６ａを介して画像センサ６ｄ
で受像される。

【００３３】なお、同図ではアライメント・ユニットが
１台しか図示されていないが、アライメント・ユニット
６は少なくとも２台設けられており、２台のアライメン
ト・ユニットによりワーク／マスク上に印された２個の
アライメント・マークを観察し、後述するように、マス
クＭとワークＷの位置合わせを行う。また、アライメン
ト・ユニット６は同図の矢印方向に移動可能であり、ア
ライメント時には同図位置に挿入され、露光時、同図の
左側に退避される。なお、アライメント・ユニットが露
光範囲外に設置されている場合には、アライメント・ユ
ニットを退避させる必要はない。また、アライメント・
ユニットが露光光範囲内に設置されている場合は、ハー
フミラー６ｃの膜厚が厚いと、図１４のように光路にず
れが生じ、アライメント精度を低下させるため、ハーフ
ミラー６ｃは１０μｍ以下の薄膜、例えば膜厚２μｍの
ペリクル等、であることが望ましい。

【００３４】図２は本発明の実施例の制御装置の構成を
示す図であり、同図において、２１は演算装置、２２は
操作パネル、２３はステージ制御部であり、ステージ制
御部２３は図１に示したマスク駆動ステージ２、また
は、投影レンズ駆動ステージ４、ワーク駆動ステージ５
を制御する。２４は画像処理部であり、図１に示したア
ライメント・ユニット６（前述したようにアライメント
・ユニットは２台設けられている）の画像センサ６ｄで
受像されたマスクマークとワークマークは、モニタ２５
により表示されるとともに、画像処理部２４に送られ、
後述するように処理される。

【００３５】図３は本実施例のアライメント手順を示す
フローチャートであり、同図を参照しながら本実施例に
おける露光処理について説明する。なお、ワークとマス
ク上のアライメント・マークは、図４（ａ）に示すよう
に投影レンズ光軸スクに対して点対称に配置されている
場合と、図４（ｂ）に示すように点対称に配置されてい
ない場合があり、以下の説明においては、それぞれの場
合におけるアライメント操作について説明する。 (1) ワークＷをワーク駆動ステージ５にセットする。 (2) 露光光照射装置１の光学フィルタ１ｆを挿入し、非
露光光がマスクＭに照射されるようにする。 (3) 露光光照射装置１のシャッタ１ｅを開き、マスクＭ
に非露光光を照射する。 (4) アライメント・ユニット６を挿入し、画像センサ６
ｄ上にワークマークＷＡを結像させる。

【００３６】また、マスク駆動ステージ２をＺ方向（光
軸方向）に移動させて、非露光光によるマスクパターン
投影面が、ワークＷの上面になるようにマスクＭの位置
を調整する。これにより、マスクマークＭＡがワークＷ
上に投影され、画像センサ６ｄによりワークマークＷＡ
とマスクマークＭＡが受像されてモニタ２５（図２参
照）上に表示される。

【００３７】なお、マスクをＺ方向に移動させる際、微
妙な位置ずれが発生すると、アライメント精度が低下す
る。そこで、マスク駆動ステージ２の上下機構にクロス
ローラガイド等を使用し、また、必要に応じてワーク駆
動ステージ５に図５に示すあおり機構を設けネジ５１を
調整して、ワーク面５２の傾きを微調することにより、
その横ずれ量を１μｍ以下にすることができる。

【００３８】図６は上記したクロスローラガイドの断面
図であり、クロスローラガイドは同図に示すように、Ｖ
字レール６１，６２間にローラ６３を交互に直交して配
置した構成を備えており、第１の部材６４に対して位置
ずれを生ずることなく第２の部材６５をガイドすること
ができる。 (5) 次に、アライメント・マークの配置に応じて、次の
(i) (ii)に示すようにようにマスクマークとワークマー
クのアライメントを行う。 (i) アライメント・マークが投影レンズの光軸に対して
点対称に配置されている場合。

【００３９】この場合には、非露光光照射時、ワークＷ
上のマスクマークＭＡの投影像ＭＡ’は、前記図４
（ａ）に示すように、投影レンズ光軸Ｐに対して対称に
ずれる。したがって、この場合には２台のモニタに表示
されるワークマークＷＡとマスクマークの投影像ＭＡ’
のずれ量が等しくなるようにワークＷを移動させること
によりアライメントを行うことができる。

【００４０】図７は２台のモニタに表示されるワークマ
ークとマスクマークの投影像を示す図であり、同図
（ａ）はアライメント前の状態を示し、同図（ｂ）はア
ライメント後の状態を示しており、同図の四角がワーク
マークＷＡを示し、三角がマスクマークの投影像ＭＡ’
を示している。図７（ａ）に示すように、ワークＷ上の
ワークマークＷＡとマスクマークの投影像ＭＡ’が２台
のモニタ２５により表示され、非露光光照射時、ワーク
Ｗ上に投影されるマスクマークＭＡ’の間隔はワークマ
ークＷＡの間隔と一致せず、マスクマークＭＡ’はワー
クマークＷＡの外側に投影される。

【００４１】そして、アライメント操作前には、ワーク
ＷとマスクＭの位置ズレ量は、同図に示すように、Ｘ軸
方向がΔｘ1 ，Δｘ2 ，Ｙ軸方向がΔｙ1 ，Δｙ2 とな
っている。この状態で制御装置（図２参照）は、図３に
示す手順でワークマークとマスクマークの位置合わせ処
理を行う。

【００４２】まず、同図のステップＳ１に示すように、
予め操作パネル２２から演算装置２１にアライメントズ
レ許容値ΔＳx ，ΔＳy ，ΔＳθを入力しておき、画像
処理部２４にてステップＳ２において、ワークマークと
マスクマークの投影像の重心位置の位置ズレ量を測定す
る。すなわち、図７（ａ）に示すように、右側のモニタ
のワークマークとマスクマークの重心位置のＸ軸方向、
Ｙ軸方向のズレΔｘ1 、Δｙ1 と、左側のモニタのワー
クマークとマスクマークの重心位置のＸ軸方向、Ｙ軸方
向のズレΔｘ2 、Δｙ2 とを測定する。

【００４３】次に、ステップＳ３において、上記重心の
ズレ量からワーク駆動ステージ５の駆動モータによる移
動量（アライメントズレ量）を計算する。ここで、上記
アライメントズレ量をΔＸ、ΔＹ、Δθ、また、ワーク
Ｗのアライメント・マークのピッチをＬとすると、Δ
Ｘ、ΔＹ、Δθは次の式で表される。 ΔＸ＝｜Δｘ1 −Δｘ2 ｜／２ ΔＹ＝｜Δｙ1 −Δｙ2 ｜／２ Δθ＝｜Δｙ1 ＋Δｙ2 ｜／｛２（Ｌ＋Δｘ1 ＋Δｘ2
）｝ ステップＳ４において、上記のようにして求めたズレ量
だけ、ワーク駆動ステージ５をＸ，Ｙ，θ方向に移動
し、ステップＳ５において、再び、上記のように、ワー
クマークとマスクマークの重心の位置ズレ量を測定す
る。

【００４４】そして、ステップＳ６において、上記のよ
うにワーク駆動ステージ５の駆動モータによる移動量
（アライメントズレ量）を計算し、ステップＳ７におい
て、アライメントズレ量が前記ΔＳx ，ΔＳy ，ΔＳθ
以内であるか判定する。そして、アライメントズレ量が
許容値以上である場合には、ステップＳ４に戻り、上記
処理を繰り返す。

【００４５】その結果、図７（ｂ）に示すように、左右
のモニタ画面上のワークマークとマスクマークの位置ズ
レ量は許容値の範囲内で等しくなり、露光光照射時にお
けるマスクマークの投影像とワークマークの位置は許容
値の範囲内で一致する。 (ii)アライメント・マークが投影レンズの光軸の中心に
対して点対称に配置されていない場合。

【００４６】この場合には、非露光光照射時、ワークＷ
上のマスクマークＭＡの投影像ＭＡ’は、前記図４
（ｂ）に示すようにずれる。すなわち、図８に示すよう
に、露光光照射時に投影されるマスクマークＭＡの重心
位置は、非露光光照射時、投影レンズの光軸を通る直線
ｒ上を光軸から遠ざかる方向に距離ΔＲ（ｒ）ずれる。
なお、ΔＲ（ｒ）は投影レンズにより定まるｒ方向の倍
率の色収差であり、光学シミュレーションにより容易に
求めることができる。

【００４７】そして、上記露光光照射時のマスクマーク
ＭＡの重心位置とワークマークＷＡの重心位置を一致さ
せるようにワークＷを移動させればアライメントを行う
ことができるから、ワークマークの重心位置ＷＡを同図
に示すように、非露光光により投影されるマスクマーク
の重心位置から距離ΔＲ（ｒ）離れた位置にアライメン
トすればよい。

【００４８】したがって、アライメント操作前、前記図
７（ａ）に示すように、ワークＷとマスクＭのＸ軸方向
の位置ずれ量がΔｘ1 ，Δｘ2 ，Ｙ軸方向の位置ずれ量
がΔｙ1 ，Δｙ2 となっている場合には、ワークＷのア
ライメント・マークのピッチをＬ、ΔＲｙ＝ΔＲ（ｒ）
sin θとすると、前記ΔＸ、ΔＹ、Δθは次の式のよう
になる。 ΔＸ＝｜Δｘ1 −Δｘ2 ｜／２ ΔＹ＝｜Δｙ1 −Δｙ2 ｜／２＋ΔＲｙ Δθ＝｜Δｙ1 ＋Δｙ2 ｜／｛２（Ｌ＋Δｘ1 ＋Δｘ2
）｝ すなわち、ワークとマスク上のアライメント・マークが
光軸を通る直線に対して線対称に配置されている場合に
は、図３のステップＳ３において、上記式に基づき補正
量を求め、ステップＳ４において、求めたずれ量に基づ
きワーク駆動ステージ５を移動すれば、（ｉ）の場合と
同様にアライメント操作を行うことができる。

【００４９】なお、ワークとマスク上のアライメント・
マークが点対称、線対称に配置されていない場合であっ
ても、上記のように補正量を予め求めておき、該補正量
を用いてアライメント操作を行うことができる。 (6) 上記のようにアライメント操作が終了すると、露光
光照射装置１のシャッタ１ｅを閉める。 (7) 露光光がマスクＭ上に照射されるように光学フィル
タ１ｆを退避する。 (8) マスク駆動ステージ２を移動させ、露光光によるマ
スクパターン投影面がワークＷ上になるようにマスク位
置をＺ方向（光軸方向）に移動させる。また、必要に応
じてアライメント・ユニット６を退避させる。 (9) 露光光照射装置１のシャッタ１ｅを開き、マスク上
に露光光を照射し、ワーク上に露光を行う。

【００５０】以上説明したように、本実施例において
は、非露光光によるマスクマークの投影像の位置ずれを
考慮してマスクマークの投影像とワークマークの位置ず
れの補正量を求め、アライメントを行っているので、平
行平面板等の光学部材を用いることなく、非露光光によ
るアライメントを簡単な機構で高精度に行うことができ
る。

【００５１】また、平行平面板の傾きによる位置ずれが
発生することがなく、また、露光光とアライメント光が
変わっても容易に対応することができる。なお、上記実
施例では、露光光と非露光光におけるマスクパターン投
影面をワークＷ上に一致させるため、マスクＭをＺ方向
に移動させる例を示したが、マスクＭを移動させる代わ
りにワークＷ、もしくは、ワークＷ、マスクＭ、投影レ
ンズの少なくとも２つをＺ方向に移動させても同様に行
うことができる。

【００５２】また、上記実施例においては、ワーク駆動
ステージをＸ，Ｙ，θ方向に駆動してアライメントを行
っているが、マスク駆動ステージをＸ，Ｙ，θ方向に駆
動してアライメントを行うこともできる。さらに、ワー
クまたはマスクの移動は前記演算装置とステージ制御部
により自動的に制御してもよいし、手動でステージ制御
部を制御することもできる。

【００５３】図９は本発明の第２の実施例のアライメン
ト操作を説明する図である。上記第１の実施例において
は、受像されたワークマークとマスクマークの画像を画
像処理装置２４（図２参照）により処理してアライメン
ト操作を行っているが、本実施例においては、図９に示
すように、モニタ上に目盛りとなる目盛りマークを表示
させ、上記目盛りマークを見ながら操作者が目視でアラ
イメント操作を行うようにしたものであり、露光装置の
構成は図１に示したものと同一である。

【００５４】本実施例において、(1) 〜(4) および(6)
〜(9) の露光処理手順は前記第１の実施例と同じであ
り、前記(5) のアライメント操作を目視により行う。す
なわち、操作者はモニタ上に表示されるマスクマークと
ワークマークを目視して、モニタ上に重ねて表示される
目盛マークを使用して、ワークマークとマスクマークの
重心間の距離Δｘ1 ，Δｘ2 ，Δｙ1 ，Δｙ2 を測定す
る。

【００５５】そして、アライメント・マークが投影レン
ズ光軸に対して点対称に配置されている場合には、Δｘ
1 ＝Δｘ2 、Δｙ1 ＝Δｙ2 ＝ΔＲｙ（＝０）となるよ
うにマスク駆動ステージもしくはワーク駆動ステージを
移動させアライメントを行う。また、アライメント・マ
ークが、投影レンズ光軸を通る直線に対して線対称に配
置されている場合には、Δｘ1 ＝Δｘ2 、Δｙ1 ＝Δｙ
2 ＝ΔＲｙとなるようにマスク駆動ステージもしくはワ
ーク駆動ステージを移動させアライメントを行う。な
お、上記目盛りマークは、アライメント・マーク近傍に
目盛マークを持つマスクを使用したり、ライン発生器を
使用して、モニタ上に表示させることができる。

【００５６】以上のように、本実施例においては、目視
によりマスクマークとワークマークの位置合わせを行っ
ているので、図２に示した画像処理装置等を設けること
なくアライメントを行うことができ、装置の構成を簡単
にすることができる。図１０は本発明の第３の実施例の
露光装置の構成を示す図である。本実施例はアライメン
ト・ユニットを露光光照射装置とマスク間に設けたもの
であり、その他の構成は第１の実施例と同様であり、図
１に示したのものと同一のものには同一の符号が付され
ている。なお、本実施例においては、アライメント光を
アライメント・ユニット６から照射しているので、露光
光照射装置１の非露光光を選択する光学フィルタ１ｆは
無くてもよい。

【００５７】本実施例におけるアライメント・ユニット
６は同図に示すように、レンズ６ａ、対物レンズ６ｂ、
ハーフミラー６ｃ、画像センサ６ｄ、ミラー６ｅ、光フ
ァイバ６ｆ、シャッタ６ｇ、レンズ６ｈから構成されて
おり、図示しない光源が放射する非露光光を光ファイバ
６ｆ→シャッタ６ｇ→レンズ６ｈ→ハーフミラー６ｃ→
レンズ６ｂ→ミラー６ｅを介して、マスクマークＭＡ
に、そしてさらに投影レンズを通してワークマークＷＡ
に照射し、投影レンズを通過したワークマークＷＡの反
射光とマスクマークＭＡの直接反射光を、ミラー６ｅ→
対物レンズ６ｂ→ハーフミラー６ｃ→レンズ６ａを介し
て画像センサ６ｄにより受像してアライメントを行うよ
うにしたものである。

【００５８】なお、同図ではアライメント・ユニットが
１台しか図示されていないが、図１と同様、アライメン
ト・ユニット６は少なくとも２台設けられており、２台
のアライメント・ユニットによりワーク／マスク上に印
された２個のアライメント・マークを観察し、後述する
ように、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。ま
た、アライメント・ユニット６は同図の矢印方向に移動
可能であり、アライメント時には同図位置に挿入され、
露光時、同図の左側に退避される。なお、アライメント
・ユニットが露光範囲外に設置されている場合には、ア
ライメント・ユニットを退避させる必要はない。また、
本実施例の場合、露光光路外にミラー６ｅがあるため、
ミラー６ｅは、１０μｍ以下の薄膜である必要はない。

【００５９】本実施例の露光装置による露光処理は次の
ように行われる。 (1) ワークＷをワーク駆動ステージ５にセットする。 (2) アライメント・ユニット６を挿入し、アライメント
・ユニット６のシャッタ６ｇを開け、アライメント・ユ
ニット６から非露光光をマクスに照射する。 (3) マスク駆動ステージ２をＺ方向（光軸方向）に移動
させて、非露光光によるマスクパターン投影面が、ワー
クＷの上面になるようにマスクＭの位置を調整する。そ
の際、アライメント・ユニット６もマスクＭに連動して
動かす。

【００６０】これにより、画像センサ６ｄにより、投影
レンズ３によるワークマークＷＡの投影像とマスクマー
クＭＡが受像されてモニタ２５（図２参照）上に表示さ
れる。本実施例の場合、ワークマークＷＡが投影される
ため、ワークマークＷＡとマスクマークＭＡの位置関係
は逆転する。 (4) 次に、アライメント・マークの配置に応じて、前記
した第１の実施例における(5) (i) (ii)と同様にしてマ
スクマークとワークマークのアライメントを行う。 (5) アライメント操作が終了すると、アライメント・ユ
ニット６のシャッタ６ｇを閉める。 (6) アライメント・ユニット６を退避させる。 (7) マスク駆動ステージ２を移動させ、露光光によるマ
スクパターン投影面がワークＷ上になるようにマスク位
置をＺ方向（光軸方向）に移動させる。 (8) 露光光照射装置１のシャッタ１ｅを開き、マスク上
に露光光を照射し、ワーク上に露光を行う。

【００６１】以上説明したように、本実施例において
は、非露光光によるマスクマークの投影像の位置ずれを
考慮してマスクマークの投影像とワークマークの位置ず
れの補正量を求め、アライメントを行っているので、第
１の実施例と同様に、平行平面板等の光学部材を用いる
ことなく、非露光光によるアライメントを簡単な機構で
高精度に行うことができる。

【００６２】また、平行平面板の傾きによる位置ずれが
発生することがなく、また、露光光とアライメント光が
変わっても容易に対応することができる。さらに、アラ
イメント・ユニットをマスク上に設けているので、アラ
イメント・ユニットの退避機構を設けた場合において
も、発塵によりワークが汚染されることがない。また、
マスクには通常光透過性の薄膜であるペリクルが貼られ
るので、アライメント・ユニットの退避・挿入による塵
埃はペリクル上に落下し、多少発塵しても問題は生じな
い。

【００６３】なお、上記実施例では、露光光と非露光光
におけるマスクパターン投影面をワークＷ上に一致させ
るため、マスクＭをＺ方向に移動させる例を示したが、
本実施例においても、第１の実施例と同様、マスクＭを
移動させる代わりにワークＷをＺ方向に移動させること
ができる。また、上記実施例においては、ワーク駆動ス
テージをＸ，Ｙ，θ方向に駆動してアライメントを行っ
ているが、本実施例においても、第１の実施例と同様、
マスク駆動ステージをＸ，Ｙ，θ方向に駆動してアライ
メントを行うこともできる。

【００６４】さらに、ワークまたはマスクの移動は前記
演算装置とステージ制御部により自動的に制御してもよ
いし、手動でステージ制御部を制御することもできる。
またさらに、本実施例においても、第２の実施例と同
様、モニタ上に目盛りとなる目盛マークを表示させ、上
記目盛マークを見ながら操作者が目視でアライメント操
作を行うようにすることもできる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、次の効果を得ることができる。 （１）平行平面板を用いることなく、マスクとワークの
位置合わせを行うことができるので、平行平面板が傾い
て挿入されることによる位置ずれが発生することがな
く、高精度なアライメントを行うことができる。 （２）露光用波長とアライメント用波長の組み合わせが
変わっても、マスクもしくはワークもしくはレンズの位
置を変化させるだけで対応することができ、種々の厚さ
の平行平面板を用意する必要がない。 （３）平行平面板等の光学部材を使用しないので、光学
部材を挿入・離脱させるための機構等を設ける必要がな
く、装置の構成を簡単にすることができるとともに、安
価にすることができる。 （４）平行平面板等の光学部材を光路中に挿入すること
がないので、発塵によりワークが汚染されることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】第１の実施例のシステムの構成を示す図であ
る。

【図３】第１の実施例のアライメント手順を示すフロー
チャートである。

【図４】アライメント・マークの配置例を示す図であ
る。

【図５】あおり機構の構成の一例を示す図である。

【図６】クロスローラガイドの構成の一例を示す図であ
る。

【図７】モニタに表示されるワークマークとマスクマー
クの投影像を示す図である。

【図８】アライメント・マークが線対称に配置されてい
る場合を説明する図である。

【図９】本発明の第２の実施例のアライメント操作を説
明する図である。

【図１０】本発明の第３の実施例の露光装置の構成を示
す図である。

【図１１】露光光を用いた場合の回路パターン形成領域
を示す図である。

【図１２】従来の露光装置の構成を示す図である。

【図１３】平行平面板によるピント位置のずれを示す図
である。

【図１４】平行平面板を傾けて挿入した場合の光路のず
れを示す図である。

【図１５】ピント位置の波長依存性を示す図である。

【符号の説明】

１ 露光光照射装置 １ａ 高圧水銀ランプ １ｂ 楕円集光鏡 １ｃ 平面反射鏡 １ｄ インテグレータレンズ １ｅ シャッタ １ｆ 光学フィルタ １ｇ 平面反射鏡 １ｈ コンデンサレンズ ２ マスク駆動ステージ ３ 投影レンズ ４ 投影レンズ駆動ステージ ５ ワーク駆動ステージ ６ アライメント・ユニット ６ａ レンズ ６ｂ 対物レンズ ６ｃ ハーフミラー ６ｄ 画像センサ ６ｅ ミラー ６ｆ 光ファイバ ６ｇ シャッタ ６ｈ レンズ ２１ 演算装置 ２２ 操作パネル ２３ ステージ制御部 ２４ 画像処理部 ２５ モニタ Ｍ マスク Ｗ ワーク ＭＡ マスクアライメント・マーク ＷＡ ワークアライメント・マーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非露光光をマスク上に照射し、マスク上
   に印されたマスクパターンの投影面がワーク上面になる
   ようにマスクもしくはワークの位置を投影レンズ光軸方
   向に移動させ、 ワーク上に印された少なくとも２個のアライメント・マ
   ークと、ワーク上に投影された少なくとも２個のマスク
   のアライメント・マークを受像し、 上記非露光光による倍率の色収差が発生したまま、受像
   したワークのアライメント・マークとマスクのアライメ
   ント・マークの位置を各々検出し、 受像したワークのアライメント・マークとマスクのアラ
   イメント・マークの相互の位置が所定の位置関係になる
   ようにワークもしくはマスクをワーク／マスク面に平行
   に移動させたのち、 露光光によるマスクパターン投影面がワーク上面になる
   ようにワークもしくはマスクを光軸方向に移動させるこ
   とを特徴とするマスクとワークの位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 投影レンズ光軸に対して点対称に配置さ
   れたワークのアライメント・マークとマスクのアライメ
   ント・マークを受像し、 非露光光による倍率の色収差が発生したまま、受像した
   ワークのアライメント・マークとマスクのアライメント
   ・マークの位置を各々検出し、 受像した少なくとも２組のワークのアライメント・マー
   クとマスクのアライメント・マークの相互の位置が上記
   光軸に対して点対称の位置関係になるようにワークもし
   くはマスクを移動させることを特徴とする請求項１のマ
   スクとワークの位置合わせ方法。
3. 【請求項３】 投影レンズ光軸を通る直線に対して線対
   称に配置されたワークのアライメント・マークとマスク
   のアライメント・マークを受像し、 非露光光による倍率の色収差が発生したまま、受像した
   ワークのアライメント・マークとマスクのアライメント
   ・マークの位置を各々検出し、 露光光によるマスクのアライメント・マークの投影像と
   位置合わせ光によるマスクのアライメント・マークの投
   影像の位置ずれ量により定まる補正量に基づき、受像し
   たワークのアライメント・マークとマスクのアライメン
   ト・マークの相互の位置が上記光軸に対して線対称の位
   置関係になるようにワークもしくはマスクを移動させる
   ことを特徴とする請求項１のマスクとワークの位置合わ
   せ方法。
4. 【請求項４】 ワークのアライメント・マークとワーク
   上に投影されたマスクのアライメント・マークを受像
   し、 非露光光による倍率の色収差が発生したまま、受像した
   ワークのアライメント・マークとマスクのアライメント
   ・マークの位置を各々検出し、 モニタ上に表示された目盛りを利用して、受像したワー
   クのアライメント・マークとマスクのアライメント・マ
   ークの相互の位置が所定の位置関係になるようにワーク
   もしくはマスクを移動させることを特徴とする請求項
   １，２または請求項３のマスクとワークの位置合わせ方
   法。
5. 【請求項５】 マスク上に露光光／非露光光を均一に照
   射する照射装置と、少なくとも２個のアライメント・マ
   ークが印されたマスクと、該マスクを移動させるマスク
   駆動ステージと、投影レンズと、少なくとも２個のアラ
   イメント・マークが印されたワークと、該ワークを移動
   させるワーク駆動ステージと、 ワークのアライメント・マークと、投影レンズを介して
   ワーク上に投影されたマスクのアライメント・マークを
   受像する受像手段と、 マスク駆動ステージおよびワーク駆動ステージの移動を
   制御する制御手段とを備え、 上記制御手段は、非露光光によるマスクパターンの投影
   面がワーク上面になるように、マスク駆動ステージもし
   くはワーク駆動ステージを投影レンズ光軸方向に移動さ
   せたのち、 非露光光をマスク上に照射し、上記受像手段により受像
   したワークのアライメント・マークとマスクのアライメ
   ント・マークの相互の位置が所定の位置関係になるよう
   に、マスク駆動ステージもしくはワーク駆動ステージを
   マスク／ワーク面に平行に移動させ、 ついで、露光光によるマスクパターン投影面がワーク上
   面になるように、マスク駆動ステージもしくはワーク駆
   動ステージを投影レンズ光軸方向に移動させることを特
   徴とするマスクとワークの位置合わせ装置。