JP2994232B2 - マスクとマスクまたはマスクとワークの位置合わせ方法および装置 - Google Patents

マスクとマスクまたはマスクとワークの位置合わせ方法および装置

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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、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マスクまたはマスクとワークの
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】この露光方式の一つとして、一枚のワーク
の両面に上下に配置したマスクのパターンを転写する両
面露光方式が採用される。上記両面露光方式において
は、上下に配置されたマスクの位置合わせを行い、ワー
ク表面および裏面に転写するパターン同士の位置合わせ
をする。ついで、マスクとワークの位置合わせを行い、
ワーク上の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。
【0004】上記位置合わせは、通常、マスクとマス
ク、および、マスクと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。図6は上記した両
面露光方式における従来のマスクとマスク、マスクとワ
ークの位置合わせを説明する図である。同図において、
M1は上マスク、M2は下マスク、L1,L2はそれぞ
れ投影レンズ、A1,A2はアライメント・ユニットで
あり、例えば、ミラーと2個のレンズと画像センサ(C
CD)から構成される。DはマスクM1とマスクM2の
位置合わせを行うためのダミー、DAMはダミーDに印
されたダミー・アライメント・マークである。
【0005】図6において、マスクとマスク、マスクと
ワークの位置合わせは次のように行われる。 A.マスクとマスクの位置合わせ (1)投影レンズL1,投影レンズL2の間に、両面に
アライメント・マークDAMが印されたダミーDを挿入
する。 (2)露光波長光を照射して、ダミーの両面に上マスク
M1と下マスクM2のそれぞれのアライメント・マーク
MA1,MA2を投影する。 (3)アライメント・ユニットA1,A2を投影レンズ
L1,L2とダミーDの間にそれぞれ挿入する。 (4)ダミーD上の投影像をアライメント・ユニットA
1,A2の画像センサでモニタしながら、上マスクM1
と下マスクM2のアライメント・マークMA1,MA2
の投影像とダミーのアライメント・マークDAMが重な
るように、上マスクM1と下マスクM2を図示しないマ
スクステージ移動機構により移動させて、位置合わせを
行う。 B.マスクとワークの位置合わせ (1)ダミーDおよびアライメント・ユニットA2を退
避させ、ダミーDのかわりにワークを挿入する。ワーク
上には上記マスクのアライメント・マークと位置合わせ
するためのワーク・アライメント・マークが印されてい
る。 (2)上マスクM1、投影レンズL1を介して非露光波
長光を照射する。 (3)投影レンズL1は露光波長光に対して光学設計が
行われているので(投影レンズL2も同様)収差が生
じ、マスクM1のアライメント・マークMA1の結像位
置とワーク上面位置とがズレる。そこで、図示しないZ
軸移動機構により、上マスクM1と投影レンズL1を同
時にZ軸方向(図6の上下方向)に移動させ、上記ズレ
を補正する(この原理については特願平6−24253
2号参照)。 (4)アライメント・ユニットA1の画像センサでモニ
タしながら、ワーク上面のワーク・アライメント・マー
クと、上マスクM1のアライメント・マークMA1の投
影像とが一致するように、ワークを動かしてアライメン
トを行う。 (5)アライメント・ユニットA1を退避させ、上記
(3)で移動させた上マスクM1と投影レンズL1を元
の位置に戻す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来技術には次のような問題があった。 A.上下マスクの位置合わせ上の問題点。 (1)両面のアライメント・マークDAMが所定の位置
関係にあるダミーDの製作が難しい。 (2)ワークの厚みは必ずしも一定でなく、種々の厚み
のものがある。したがって、ワークの厚み毎にダミーD
を用意する必要がある。また、ワークによっては、アラ
イメント・マークの位置が異なるものがあり、ワークの
アライメント・マーク毎にダミーを用意する必要があ
る。
【0007】特に、ワークと厚さの異なるダミーDを使
用してアライメントを行う場合には、ワークの両面を同
時に露光することはできず、逐次露光となる。すなわ
ち、ワークの一面についてアライメントを行って露光し
た後に、投影レンズおよびワークの位置をZ軸方向に移
動させてワークの他面を露光する必要がある。 (3)温度変化による上下マスクの位置関係のズレを補
正するため、2〜5分毎に上下マスクの位置合わせを行
う必要があり、その度にダミーを挿入する必要がある。
【0008】特に、装置の立ち上げ時には、装置内部の
温度変化が激しく、頻繁に上記位置ズレの補正を行う必
要がある。 B.上下マスクとワークの位置合せおよび両面露光をす
る上での問題点。 (1)ワークのアライメントを行う際、非露光波長光を
使用しているので、前記従来技術の(3)で述べた収差
補正をアライメントの度に行わなければならない。
【0009】なお、露光波長光(例えばg線)に対して
高解像度を実現し、また、図7に示すような露光波長光
と非露光波長光(例えばe線)の両方に対して収差が小
さい投影レンズを使用すれば、上記収差補正を行う必要
がないが、このようなレンズの製作は難しい。 (2)非露光波長光は単色光である必要がある。すなわ
ち、図8に示すように、非露光波長光にある程度の波長
幅Δλがあると、結像位置に幅ΔZができ(収差が大き
くなり)結果としてずれる。このため、非露光波長光に
は単色光を用いる必要がある。単色光としての波長幅
は、半値全幅で±2nm程度である。
【0010】しかしながら、単色光を使用した場合、フ
ォトレジスト表面で反射する光とワーク表面(又は下地
表面)で反射する光とが干渉を起こす。すなわち、レジ
ストの膜厚は1〜5μm程度だが、膜厚のバラツキは、
図9に示すように0.1μm〜0.2μm程度存在す
る。このため、レジスト膜厚のバラツキにより、例えば
図10に示すように干渉縞が発生し、アライメントがし
ずらくなる。 (3)仮に、アライメント光として露光波長光を照射す
る場合は、別途部分照明用露光波長光照射ユニットを設
けて上マスクM1の上に挿入し、上マスクM1のアライ
メント・マークを照射する必要がある。しかしながら、
部分照明用露光波長光照射ユニットを使用しても、位置
合わせ時にワークのアライメント・マークの周辺のレジ
ストが感光されてしまうので、ワーク上の位置合わせに
使用される領域に回路パターン等を形成することができ
ず、利用できる領域が小さくなる。 (4)露光波長光はフォトレジストに吸収され易いの
で、露光波長光を使用する場合は、ワーク表面(又は下
地表面)まで光が届きにくく、アライメント・マークの
検出が困難となる。
【0011】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、本発明の第1の目的
は、ダミーを使用することなく、また、温度変化による
上下マスクの位置関係のズレを容易に修正することがで
きるマスクとマスクの位置合わせ方法および装置を提供
することである。本発明の第2の目的は、収差補正が必
要なく、また、露光波長光と非露光波長光の両方に対し
て収差が小さい投影レンズを製作する必要がない上下マ
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。
【0012】本発明の第3の目的は、アライメント用の
光源として多色光を使用することができ、レジストの膜
厚のバラツキに起因する干渉縞が発生することがなく、
アライメント・マークの検出が容易な上下マスクとワー
クの位置合わせ方法および装置を提供することである。
本発明の第4の目的は、位置合わせ時にワーク上のレジ
ストが感光することがなく、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る上下マスクとワ
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。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項の発明は、ワークを除いた状態
で、第1の光照射部より露光波長光を第1のマスクのア
ライメント・マークに照射し、第2のマスクのアライメ
ント・マークと、少なくともワーク側がテレセントリッ
クである第1の投影レンズおよび第2の投影レンズを通
して第2のマスクに投影される第1のマスクのアライメ
ント・マークの投影像とを受像して、両アライメント・
マークの相対位置を検出し、上記両アライメント・マー
クの相対位置データに基づき、該両アライメント・マー
クが重なるように第2のマスクおよび/または第1のマ
スクを移動させ、上記第1のマスクのアライメント・マ
ークに対する照射光を、第1の投影レンズおよび第2の
投影レンズの間で分岐または折り返させ、上記第1のマ
スクのアライメント・マークを受像して、その相対位置
を検出/記憶しておき、第1の光照射部からの露光波長
光の放出を停止して、ワークを第1、第2の投影レンズ
間の所定位置に挿入し、第2の光照射部から非露光波長
光をワークのアライメント・マークに照射し、上記ワー
クのアライメント・マークを受像して、その相対位置を
検出/記憶し、先に記憶しておいた第1のマスクのアラ
イメント・マークの相対位置データと上記ワークのアラ
イメント・マークの相対位置データに基づき、両者が重
なるようにワークを移動させることにより、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る。
【0014】本発明の請求項の発明は、ワークを除い
た状態で、第1の光照射部より露光波長光を第1のマス
クのアライメント・マークに照射し、上記第1のマスク
のアライメント・マークに対する照射光を少なくともワ
ーク側がテレセントリックである第1の投影レンズを通
過させ、上記通過光を第1の分岐光と第2の分岐光とに
分岐し、上記第1の分岐光を少なくともワーク側がテレ
セントリックである第2の投影レンズを通過させて第2
のマスクに投影される第1のマスクのアライメント・マ
ークの投影像と、第2のマスクのアライメント・マーク
とを受像して、両アライメントマークの相対位置を検出
し、上記第2の分岐光を使用して、上記第1のマスクの
アライメント・マークを受像して、その相対位置を検出
/記憶しておき、上記両アライメント・マークの相対位
置データに基づき、該両アライメント・マークが重なる
ように第2のマスクおよび/または第1のマスクを移動
させ、第1の光照射部からの露光波長光の放出を停止し
て、ワークを第1、第2の投影レンズ間の所定位置に挿
入し、第2の光照射部から非露光波長光をワークのアラ
イメント・マークに照射し、上記ワークのアライメント
・マークを受像して、その相対位置を検出/記憶し、先
に記憶しておいた第1のマスクのアライメント・マーク
の相対位置データと上記ワークのアライメント・マーク
の相対位置データに基づき、両者が重なるようにワーク
を移動させることにより、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る。
【0015】本発明の請求項の発明は、マスクとマス
クの位置合わせ装置において、第1のマスクと、該第1
のマスクを移動させる第1のマスクステージ移動機構
と、少なくともマスク側と反対側がテレセントリックで
ある第1の投影レンズと、第2のマスクと、該第2のマ
スクを移動させる第2のマスクステージ移動機構と、少
なくともマスク側と反対側がテレセントリックである第
2の投影レンズと、露光波長光を第1のマスクのアライ
メント・マークに照射する光照射部と、上記光照射部か
ら放出される露光波長光により第1のマスクのアライメ
ント・マークの投影像を受像するとともに、第2のマス
クのアライメント・マークを受像する受像手段と、上記
受像手段が受像した画像データに基づき、第1のマスク
ステージ移動機構および/または第2のマスクステージ
移動機構を制御する制御手段とを設け、該制御手段が、
上記光照射部が露光波長光を放出しているとき、第2の
マスクのアライメント・マークと、第1の投影レンズお
よび第2の投影レンズを通して第2のマスクに投影され
る第1の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、その相対位置を検出し、上記両アライ
メント・マークの相対位置データを演算して、該両アラ
イメント・マークが重なるように第2のマスクおよび/
または第1のマスクを移動させるように構成したもので
ある。
【0016】本発明の請求項の発明は、マスクとワー
クの位置合わせ装置において、第1のマスクと、該第1
のマスクを移動させる第1のマスクステージ移動機構
と、少なくともマスクと反対側がテレセントリックであ
る第1の投影レンズと、ワークと、該ワークを移動させ
るワークステージ移動機構と、第2のマスクと、該第2
のマスクを移動させる第2のマスクステージ移動機構
と、少なくともマスクと反対側がテレセントリックであ
る第2の投影レンズと、露光波長光を第1のマスクのア
ライメント・マークに照射する第1の光照射部と、非露
光波長光をワークのアライメント・マークに照射する第
2の光照射部と、上記第1の光照射部から放出される露
光波長光により第1のマスクのアライメント・マークの
投影像を受像するとともに、第2のマスクのアライメン
ト・マークを受像する第1の受像手段と、上記第1のマ
スクのアライメント・マークの照射光を第1の投影レン
ズおよび第2の投影レンズの間で分岐させる光分岐手段
または上記照射光を折り返す光折り返し手段と、上記光
分岐手段で分岐された分岐光または上記光折り返し手段
で折り返された折り返し光による上記第1のマスクのア
ライメント・マークの投影像を受像するとともに、上記
第2の光照射部から放出される非露光波長光によるワー
クのアライメント・マークを受像する第2の受像手段
と、上記第1の受像手段が受像した画像データに基づ
き、第1のマスクステージ移動機構および/または第2
のマスクステージ移動機構を制御するとともに、上記第
2の受像手段が受像した画像データに基づき、ワークス
テージ移動機構を制御する制御手段とを設けたものであ
る。
【0017】上記制御手段は、ワークを除いた状態で、
上記第1の光照射部から露光波長光を放出させ、第2の
マスクのアライメント・マークと、第1の投影レンズお
よび第2の投影レンズを通して第2のマスクに投影され
る第1の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、その相対位置を検出し、上記第2のマ
スクのアライメント・マークと、第1のマスクのアライ
メント・マークの投影像の相対位置データを演算して、
両者が重なるように第2のマスクおよび/または第1の
マスクを移動させ、上記第1のマスクのアライメント・
マークに対する照射光を、第1の投影レンズおよび第2
の投影レンズの間で分岐させた分岐光または折り返させ
た折り返し光による上記第1の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、その相対位置を
検出/記憶し、第1の光照射部からの露光波長光の放出
を停止して、ワークを第1、第2の投影レンズ間の所定
位置に挿入し、第2の光照射部から非露光波長光を放出
させ、ワークのアライメント・マークを受像・画像処理
して、その相対位置を検出し、先に記憶しておいた第1
のマスクのアライメント・マークの相対位置データと上
記ワークのアライメント・マークの相対位置データに基
づき、両者が重なるようにワークを移動させる。
【0018】本発明の請求項の発明は、マスクとワー
クの位置合わせ装置において、第1のマスクと、該第1
のマスクを移動させる第1のマスクステージ移動機構
と、少なくともマスクと反対側がテレセントリックであ
る第1の投影レンズと、ワークと、該ワークを移動させ
るワークステージ移動機構と、第2のマスクと、該第2
のマスクを移動させる第2のマスクステージ移動機構
と、少なくともマスクと反対側がテレセントリックであ
る第2の投影レンズと、露光波長光を第1のマスクのア
ライメント・マークに照射する第1の光照射部と、非露
光波長光をワークのアライメント・マークに照射する第
2の光照射部と、上記第1の光照射部から放出される露
光波長光により第1のマスクのアライメント・マークの
投影像を受像するとともに、第2のマスクのアライメン
ト・マークを受像する第1の受像手段と、上記第1のマ
スクのアライメント・マークの照射光を第1の投影レン
ズおよび第2の投影レンズの間で分岐させる光分岐手段
と、上記光分岐手段で分岐された分岐光による上記第1
のマスクのアライメント・マークの投影像を受像すると
ともに、上記第2の光照射部から放出される非露光波長
光によるワークのアライメント・マークを受像する第2
の受像手段と、上記第1の受像手段が受像した画像デー
タに基づき、第1のマスクステージ移動機構および/ま
たは第2のマスクステージ移動機構を制御するととも
に、上記第2の受像手段が受像した画像データに基づ
き、ワークステージ移動機構を制御する制御手段とを設
けたものである。上記制御手段は、ワークを除いた状態
で、上記第1の光照射部から露光波長光を放出させ、第
2のマスクのアライメント・マークと、第1の投影レン
ズおよび第2の投影レンズを通して第2のマスクに投影
される第1の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、その相対位置を検出し、同時に上
記第1のマスクのアライメント・マークに対する照射光
を、第1の投影レンズおよび第2の投影レンズの間で分
岐させた分岐光による上記第1の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、その相対位置
を検出/記憶しておき、上記第2のマスクのアライメン
ト・マークと、第1のマスクのアライメント・マークの
投影像の相対位置データを演算して、両者が重なるよう
に第2のマスクおよび/または第1のマスクを移動さ
せ、第1の光照射部からの露光波長光の放出を停止し
て、ワークを第1、第2の投影レンズ間の所定位置に挿
入し、第2の光照射部から非露光波長光を放出させ、ワ
ークのアライメント・マークを受像・画像処理して、そ
の相対位置を検出し、先に記憶しておいた第1のマスク
のアライメント・マークの相対位置データと上記ワーク
のアライメント・マークの相対位置データに基づき、両
者が重なるようにワークを移動させる。
【0019】
【作用】本発明においては、光照射部より露光波長光を
第1のマスクのアライメント・マークに照射し、第2の
マスクのアライメント・マークと、少なくともマスク側
と反対側がテレセントリックである第1の投影レンズお
よび第2の投影レンズを通して第2のマスクに投影され
る第1のマスクのアライメント・マークの投影像とを受
像・画像処理してその相対位置を検出し、上記両アライ
メント・マークの相対位置データを演算して、該両アラ
イメント・マークが重なるように第2のマスクおよび/
または第1のマスクを移動させるようにしたので、製作
が難しい両面のアライメント・マークが所定関係にある
ダミーを用いることなく、マスクとマスクの位置合わせ
を行うことができる。また、ワークの厚み毎にダミーを
用意する必要がなくなる。さらに、温度変化による上下
マスクの位置関係のズレを補正する際、ダミーを挿入す
る必要がないので、容易に温度変化のズレを補正するこ
とができる。
【0020】また、第1のマスクのアライメント・マー
クに対する照射光を分岐または折り返させ、第1のマス
クのアライメント・マークを受像して、その相対位置を
検出/記憶しておき、第1の光照射部からの露光波長光
の放出を停止して、ワークを所定位置に挿入し、非露光
波長光をワークのアライメント・マークに照射し、ワー
クのアライメント・マークの相対位置を検出/記憶し、
先に記憶しておいた第1のマスクのアライメント・マー
クの相対位置データと上記ワークのアライメント・マー
クの相対位置データに基づき、両者が重なるようにワー
クを移動させることにより、収差補正を行うことなく、
マスクとワークの位置合わせを行うことができる。ま
た、露光波長光と非露光波長光の両方に対して収差が小
さい、製作が困難で高価な投影レンズを使用する必要が
ない。
【0021】さらに、ワークのアライメント・マークを
照明する光として、多色非露光波長光を使用できるの
で、前記した干渉縞等が発生することがなく、アライメ
ント・マークを容易に検出することができ、別途部分照
明用露光波長光照射ユニットを使用する必要がない。ま
た、位置合わせ時にワーク上のレジストが感光すること
がないので、ワーク上の領域を効率的に利用することが
できる。
【0022】
【発明の実施形態】図1は本発明の実施例の位置合わせ
装置の構成を示す図である。同図において、LH1、L
H2はそれぞれ上ランプハウス、下ランプハウスであ
り、図示しないランプから放射される露光波長光をシャ
ッタ、光学フィルタ、コンデンサレンズ等を介して後述
する上マスク、下マスクへ照射する。
【0023】A1はマスクおよびワークのアライメント
・マークを受像する第1のアライメントユニットであ
り、ハーフミラーHM1と図示しない2個のレンズと画
像センサCCD1(以下、CCD1という)等から構成
され、アライメントユニット挿脱機構AD1により同図
矢印方向に挿脱される。M1,M2はそれぞれ上マス
ク、下マスクであり、上マスク、下マスクM1,M2に
はワーク上に投影するマスクパターンとマスクアライメ
ント・マークMA1,MA2が印されている。また、上
マスク、下マスクM1,M2は図示しないマスクステー
ジ上に固定され、上マスクステージ移動機構、下マスク
ステージ移動機構MSD1,MSD2により、X,Y,
θ(同図の左右方向、前後方向およびマスク面に垂直な
軸を中心とした回転)方向に駆動される。
【0024】L1,L2はそれぞれ投影レンズであり、
本実施例では投影レンズL1,L2のワーク側およびマ
スク側の両側がテレセントリックである両テレセントリ
ック・レンズが使用されている。なお、図2に示すよう
に投影レンズL1,L2のワーク側のレンズのみがテレ
セントリックである、片テレセントリック・レンズを使
用してもよい。
【0025】また、投影レンズL1はマスク/投影レン
ズ駆動機構M/LDにより、上記したマスクM1を固定
したマスクステージと一体でZ方向(同図の上下方向)
に駆動される。A2は第2のアライメントユニット、L
Eは多色非露光波長光照射装置であり、アライメントユ
ニットA2は、ビームスプリッターBSとハーフミラー
HM2と図示しない2個のレンズと画像センサCCD2
(以下、CCD2という)等から構成され、多色非露光
波長光照射装置LEからハーフミラーHM2、ビームス
プリッターBSを介して供給される多色非露光によりワ
ークWのアライメント・マークを照射する。
【0026】また、ワークのアライメント・マーク像を
ビームスプリッターBS、ハーフミラーHM2、図示し
ない2個のレンズを介してCCD2により受像する。な
お、アライメントユニットA2、多色非露光波長光照射
装置LEは投影レンズL1と機械的に結合されており、
投影レンズL1がZ方向に移動するとそれと共にZ方向
へ移動する。また、アライメントユニットA2、多色非
露光波長光照射装置LEはX,Y方向には投影レンズL
1の移動とは無関係に移動できるように構成され、アラ
イメントユニット挿脱機構AD2により同図矢印方向に
挿脱される。
【0027】Wはワークであり、上面と下面の両面に位
置合わせのためのアライメント・マークWA1、WA2
が印されており、図示しないワークステージ上に固定さ
れている。また、ワークステージはワークステージ移動
機構WSDにより、X,Y,θ(同図の左右方向、前後
方向およびワーク面に垂直な軸を中心とした回転)方向
に駆動される。
【0028】図3は図1に示した実施例の制御システム
の構成を示す図である。図1に示したものと同一のもの
には同一の符号が付されており、MSD1,MSD2は
それぞれ、上マスクステージ移動機構、下マスクステー
ジ移動機構、WSDはワークステージ移動機構、M/L
Dはマスク/投影レンズ移動機構、AD1,AD2はそ
れぞれ第1および第2のアライメントユニットA1,A
2を挿脱するアライメントユニット挿脱機構である。
【0029】また、Cは上記した移動機構等を制御する
制御装置、GCはアライメントユニットA1,A2のC
CD1,CCD2により受像されたマスク/ワークのア
ライメント・マーク像を処理する画像処理装置、Mはモ
ニタである。次に、本発明による「(1)マスクとマス
クの位置合わせ」および「(2)マスクとワークの位置
合わせ」について、第1および第2の実施例を説明す
る。なお、以下の説明では図1により説明するが、前記
した図2の示したのものについても、全く同様に位置合
わせを行うことができる。 A.第1の実施例 (1)上下マスクの位置合わせ (a)予め、上マスクステージ移動機構MSD1、下マ
スクステージ移動機構MSD2により上マスクM1、下
マスクM2をZ方向に移動させ、上マスクM1と下マス
クM2がワークWの下面側にあるアライメント・マーク
WA2と結像関係にあるように位置合わせをしておく。
なお、上記において、上マスクM1と下マスクM2がワ
ークWの上面側にあるアライメント・マークWA1と結
像関係にあるように位置合わせを行ってもよい。 (b)アライメントユニット挿脱機構AD1によりアラ
イメントユニットA1を上マスクM1の上部に挿入す
る。 (c)図4に示すようにワークがない状態で下ランプハ
ウスLH2から露光波長光を照射する。図1、図2に示
すように投影レンズL1,L2がテレセントリックレン
ズなので、下マスクM2のアライメント・マークMA2
は必ず上マスクM1の所定位置に投影される。
【0030】なお、上記において、露光波長光を上ラン
プハウスLH1から照射してもよい。この場合には、ア
ライメントユニットA1は下マスクM2の下部に挿入す
ることになる。 (d)アライメントユニットA1のCCD1により、上
マスクM1のアライメント・マークMA1と下マスクM
2のアライメント・マークMA2の投影像を受像して図
3の画像処理装置GCにより画像処理を行い、上マスク
ステージ移動機構MSD1、下マスクステージ移動機構
MSD2により上マスクM1および/または下マスクM
2を移動させ、上マスクM1と下マスクM2の位置合わ
せを行う。
【0031】この位置合わせは、上記画像処理装置GC
と制御装置Cにより自動的に行うこともできるし、ま
た、作業者がモニタMを見ながら手動でおこなってもよ
い。 (2)上下マスクとワークの位置合わせ 上記のように、上下マスクM1,M2の位置合わせを行
ったのち、上下マスクM1,M2とワークWの位置合わ
せを次のように行う。 (a)アライメントユニット挿脱機構AD2により、ア
ライメントユニットA2を下マスクM2のアライメント
・マークMA2を検出できる位置に挿入する。 (b)下ランプハウスLH2から照明光(露光波長光)
を照射し、その一部をアライメントユニットA2のビー
ムスプリッタBSにより分岐させ、アライメントユニッ
トA2のCCD2で受像する。そして、画像処理装置G
Cにより受像されたアライメント・マーク像を処理し、
下マスクM2のアライメント・マークMA2の位置を求
め、その位置を記憶しておく。 (c)ワークステージ移動機構WSDによりワークWを
移動させて、前記図1に示したようにワークWを所定位
置に挿入する。 (d)マスク/投影レンズ移動機構M/LDにより上マ
スクM1と投影レンズL1を、ワークWの厚み分だけZ
方向(上方向)に移動させる。これにより、投影レンズ
L1、上マスクM1とワークWの上面が結像関係にな
る。
【0032】前記したように投影レンズL1とアライメ
ントユニットA2はZ方向に機械的に結合されているの
で、アライメントユニットA2も結果として同距離だけ
上方に移動し、アライメントユニットA2の結像位置
は、ワークWの下面のアライメント・マークWA2から
ワークWの上面のアライメント・マークWA1に変わ
る。
【0033】なお、前記(1)(a)において、上マス
クM1と下マスクM2がワークWの上面側にあるアライ
メント・マークWAM1と結像関係にあるように位置合
わせを行った場合には、投影レンズLマスクM
を、ワークWの厚み分だけ下方に移動させることとな
る。 (e)アライメントユニットA2の多色非露光波長光照
射装置LEから、多色非露光波長光を照射して、ワーク
Wの上側のアライメント・マークWA1を照射する。 (f)アライメントユニットA2のCCD2により、ワ
ークWの上側のアライメント・マークWA1を受像す
る。そして、画像処理装置GCにより受像されたアライ
メント・マーク像を処理し、ワークWのアライメント・
マークWA1の位置を求める。 (g)画像処理装置GCにより、前記(b)で記憶した
下マスクM2のアライメント・マークMA2の位置と、
上記(f)で求めたワークWのアライメント・マークW
A1の位置のズレ量を求める。 (h)下マスクM2のアライメント・マークMA2の位
置とワークWのアライメント・マークWA1の位置が一
致するように、ワークステージ移動機構WSDによりワ
ークWを移動させ、アライメントを行う。
【0034】なお、上記(g)(h)の工程は画像処理
装置GCと制御装置Cにより自動的におこなってもよい
し、また、作業者がモニタMを観察しながら手動でおこ
なってもよい。 B.第2の実施例 (1)上下マスクの位置合わせ 下記の工程においては、(b)(e)の工程が第1の実
施例と異なり、その他は第1の実施例と同じである。 (a)第1の実施例の(a)と同様、予め、上下マスク
M1,M2をZ方向に移動させ、上マスクM1と下マス
クM2がワークWの下面側にあるアライメント・マーク
WA2と結像関係にあるように位置合わせをしておく。
【0035】なお、第1の実施例と同様、上マスクM1
と下マスクM2がワークWの上面側にあるアライメント
・マークWA1と結像関係にあるように位置合わせを行
ってもよい。 (b)アライメントユニット挿脱機構AD1によりアラ
イメントユニットA1を上マスクM1の上部に挿入す
る。また、アライメントユニット挿脱機構AD2により
アライメントユニットA2を下マスクM2のアライメン
ト・マークMA2を検出できる位置に挿入する。 (c)第1の実施例と同様、ワークがない状態で下ラン
プハウスLH2から露光波長光を照射し、下マスクM2
のアライメント・マークMA2を上マスクM1の所定位
置に投影させる。
【0036】なお、第1の実施例と同様、上記において
露光波長光を上ランプハウスLH1から照射してもよ
い。この場合には、アライメントユニットA1は下マス
クM2の下部に挿入することになる。 (d)第1の実施例と同様、アライメントユニットA1
のCCD1により、上マスクM1のアライメント・マー
クMA1と下マスクM2のアライメント・マークMA2
の投影像を受像して上マスクM1と下マスクM2の位置
合わせを行う。 (e)上記(d)の位置合わせを行うとともに、アライ
メントユニットA2のビームスプリッタBSで分岐され
る下ランプハウスLH2からの照明光(露光波長光)の
一部をCCD2により受像し、下マスクM2のアライメ
ント・マークMA2の位置を記憶しておく。
【0037】なお、本実施例においては、上下マスクM
1,M2の位置合わせと同時に、下ランプハウスLH2
の光をビームスプリッタBSにより分岐させCCD2で
受像しているので、ビームスプリッタBSの厚みは極力
薄い方がよい(例えば、ペリクル)。すなわち、光がビ
ームスプリッタBSを通過するとき、図5に示すように
ビームスプリッタBSの厚さに応じた量だけ光路がズレ
る。このため、ビームスプリッタBSを挿入した状態で
上下マスクM1,M2の位置合わせを行うと、上下マス
クM1,M2の位置が上記光路のズレ分だけズレること
になる。
【0038】したがって、極力薄いビームスプリッタを
用いることにより、上記位置ズレ量を減少させる必要が
ある。 (2)上下マスクとワークの位置合わせ なお、本実施例においては、(1)でアライメントユニ
ットA2を挿入して、下マスクM2のアライメント・マ
ークMA2の位置を記憶しているので、上下マスクとワ
ークの位置合わせの工程においては、前記第1の実施例
の(2)(c)のワークを挿入する工程から始まり、そ
の他の工程は第1の実施例と同様である。
【0039】すなわち、次のようにして上下マスクとワ
ークの位置合わせを行う。 (a)ワークWを所定位置に挿入する。 (b)上マスクM1と投影レンズL1を、ワークWの厚
み分だけZ方向(上方向)に移動させる。これにより、
投影レンズL1、上マスクM1とワークWの上面が結像
関係になる。
【0040】なお、前記(1)(a)において、上マス
クM1と下マスクM2がワークWの上面側にあるアライ
メント・マークWA1と結像関係にあるように位置合わ
せを行った場合には、第1の実施例と同様、投影レンズ
マスクMを、ワークWの厚み分だけ下方に移
動させることとなる。 (c)多色非露光波長光照射装置LEから、多色非露光
波長光を照射して、ワークWの上側のアライメント・マ
ークWA1を照射する。 (d)ワークWの上側のアライメント・マークWAM1
を受像し、ワークWのアライメント・マークWAM1の
位置を求める。 (e)前記(1)(e)で記憶した下マスクM2のアラ
イメント・マークMA2の位置と、上記(d)で求めた
ワークWのアライメント・マークWAM1の位置のズレ
量を求める。 (f)下マスクM2のアライメント・マークMA2の位
置とワークWのアライメント・マークWAM1の位置が
一致するように、ワークステージ移動機構WSDにより
ワークWを移動させ、アライメントを行う。
【0041】以上のように、本発明の第2の実施例にお
いては、上下マスクM1,M2の位置合わせ時に、同時
に下マスクM1のアライメント・マークMA2の位置を
記憶しているので、第1の実施例のように、ワークとマ
スクの位置合わせ時にアライメント・マークMA2の位
置を記憶する必要がなく、第1の実施例に較べて工程数
を減少させることができる。
【0042】一方、前記したように第2の実施例におい
ては、厚さの薄い比較的高価なビームスプリッタBSを
使用する必要があり、第1の実施例に較べ、装置が高価
になるといった問題がある。なお、上記第1、第2の実
施例においては、「(1)上下マスクの位置合わせ」の
(a)において、上マスクM1と投影レンズL1をZ方
向に移動させているが、マスク/投影レンズ移動機構M
/LDを投影レンズL2、下マスクM2側に設け、投影
レンズL2、下マスクM2をZ方向に移動させてもよ
い。
【0043】また、上記説明においては、両面を同時露
光するため、上下マスクM1,M2とワークWの位置合
わせを行う場合について説明したが、本実施例の装置を
ワークを一面ずつ露光する逐次露光に適用することもで
きる。すなわち、図1において、ワークステージをZ方
向に移動させる機構を設け、まず、前記したように、上
下マスクM1,M2を位置合わせを行ったのち、上マス
クM1(下マスクM2)とワークWの位置合わせを行っ
て、ワーク上面側(下面側)を露光し、ついで、ワーク
Wをワークの厚さ分だけ上方向(下方向)に移動させ、
ワーク下面側(上面側)を露光する。
【0044】上記逐次露光によれば、上記した第1、第
2の実施例のように投影レンズL1と上マスクM1(投
影レンズL2と下マスクM2)を移動させる必要はな
く、ワークWをZ方向に移動させればよいので、精度を
向上することができる。なお、逐次露光は、一面ずつ露
光するため上記した両面露光に較べスループットが低下
するが、露光時間が短ければ充分実用可能である。
【0045】
【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)露光波長光を第1のマスクのアライメント・マー
クに照射し、第2のマスクのアライメント・マークと、
少なくともマスク側と反対側がテレセントリックである
第1の投影レンズおよび第2の投影レンズを通して第2
のマスクに投影される第1のマスクのアライメント・マ
ークの投影像とを受像・画像処理してその相対位置を検
出し、該両アライメント・マークが重なるように第2の
マスクおよび/または第1のマスクを移動させるように
したので、以下の効果を得ることができる。 (a) 製作が難しい両面のアライメント・マークが所定関
係にあるダミーを用いることなく、マスクとマスクの位
置合わせを行うことができる。また、ワークの厚み毎に
ダミーを用意する必要がなくなる。 (b) 温度変化による上下マスクの位置関係のズレを補正
する際、ダミーを挿入する必要がない。
【0046】特に、内部温度変化が激しい装置の立ち上
げ時には、頻繁に温度変化による上下マスクの位置ズレ
を補正する必要があるが、上記のようにダミーを挿入す
る必要がないので、容易に上下マスクの位置ズレを補正
することができ操作性を向上させることができる。 (2)上記(1)と同様にしてマスクとマスクの位置合
わせを行うとともに、第1のマスクのアライメント・マ
ークに対する照射光を分岐させ、第1のマスクのアライ
メント・マークを受像して、その相対位置を検出/記憶
しておき、露光波長光の放出を停止して、ワークを所定
位置に挿入し、非露光波長光をワークのアライメント・
マークに照射し、ワークのアライメント・マークの相対
位置を検出/記憶し、先に記憶しておいた第1のマスク
のアライメント・マークの相対位置データと上記ワーク
のアライメント・マークの相対位置データに基づき、両
者が重なるようにワークを移動させているので、次の効
果を得ることができる。 (a) 収差補正を行うことなく、マスクとワークの位置合
わせを行うことができる。また、露光波長光と非露光波
長光の両方に対して収差が小さい、製作が困難で高価な
投影レンズを使用する必要がない。
【0047】このため、装置の操作性を向上させること
ができるとともに、装置のコストダウンを図ることがで
きる。 (b) ワークのアライメント・マークを照明する光とし
て、多色非露光波長光を使用できるので、前記した干渉
縞等が発生することがなく、また、非露光波長光はフォ
トレジストに吸収されにくいのでワーク表面まで光が届
き、アライメント・マークを容易に検出することができ
る。
【0048】このため、アライメント・マークの位置を
画像処理装置により容易に検出することができ、自動位
置合わせが可能となる。また、別途部分照明用露光波長
光照射ユニットを使用する必要がない。 (c) 位置合わせ時にワーク上のレジストが感光すること
がないので、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、ワーク上の領域を効率的に利用
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の位置合わせ装置の構成を示す
図である。
【図2】片テレセントリック・レンズを使用した実施例
を示す図である。
【図3】本発明の実施例のシステム構成を示す図であ
る。
【図4】マスクとマスクの位置合わせ時の状態を示す図
である。
【図5】ビームスプリッタによる光路ズレを説明する図
である。
【図6】従来例を示す図である。
【図7】g線とe線の両方に対して収差が小さい投影レ
ンズの特性を示す図である。
【図8】非露光波長光に波長幅がある光を使用した場合
の結像位置を示す図である。
【図9】フォトレジストの膜厚のバラツキを示す図であ
る。
【図10】干渉縞とアライメント・マークが重なった状
態を示す図である。
【符号の説明】
LH1 上ランプハウス LH2 下ランプハウス L1,L2 投影レンズ M1 上マスク M2 下マスク MA1 上マスクのアライメント・マーク MA2 下マスクのアライメント・マーク W ワーク WA1 ワーク上面のアライメント・マーク WA2 ワーク下面のアライメント・マーク A1 アライメントユニット A2 アライメントユニット BS ビームスプリッタ HM1 ハーフミラー HM2 ハーフミラー CCD1 受像手段 CCD2 受像手段 LE 多色非露光波長光照射手段 AD1 アライメントユニット挿脱機構 AD2 アライメントユニット挿脱機構 MSD1 上マスクステージ移動機構 MSD2 下マスクステージ移動機構 M/LD マスク/投影レンズ移動機構 WSD ワークステージ移動機構 C 制御装置 GC 画像処理装置 M モニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−29815(JP,A) 特開 昭50−17973(JP,A) 特開 昭63−56917(JP,A) 特開 昭63−107114(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 9/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを除いた状態で、第1の光照射部
    より露光波長光を第1のマスクのアライメント・マーク
    に照射し、 第2のマスクのアライメント・マークと、少なくともワ
    ーク側がテレセントリックである第1の投影レンズおよ
    び第2の投影レンズを通して第2のマスクに投影される
    第1のマスクのアライメント・マークの投影像とを受像
    して、両アライメント・マークの相対位置を検出し、 上記両アライメント・マークの相対位置データに基づ
    き、該両アライメント・マークが重なるように第2のマ
    スクおよび/または第1のマスクを移動させ、 上記第1のマスクのアライメント・マークに対する照射
    光を、第1の投影レンズおよび第2の投影レンズの間で
    分岐または折り返させ、上記第1のマスクのアライメン
    ト・マークを受像して、その相対位置を検出/記憶して
    おき、 第1の光照射部からの露光波長光の放出を停止して、ワ
    ークを第1、第2の投影レンズ間の所定位置に挿入し、 第2の光照射部から非露光波長光をワークのアライメン
    ト・マークに照射し、 上記ワークのアライメント・マークを受像して、その相
    対位置を検出/記憶し、 先に記憶しておいた第1のマスクのアライメント・マー
    クの相対位置データと上記ワークのアライメント・マー
    クの相対位置データに基づき、両者が重なるようにワー
    クを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】 ワークを除いた状態で、第1の光照射部
    より露光波長光を第1のマスクのアライメント・マーク
    に照射し、 上記第1のマスクのアライメント・マークに対する照射
    光を少なくともワーク側がテレセントリックである第1
    の投影レンズを通過させ、上記通過光を第1の分岐光と
    第2の分岐光とに分岐し、上記第1の分岐光を少なくと
    もワーク側がテレセントリックである第2の投影レンズ
    を通過させて第2のマスクに投影される第1のマスクの
    アライメント・マークの投影像と、第2のマスクのアラ
    イメント・マークとを受像して、両アライメントマーク
    の相対位置を検出し、 上記第2の分岐光を使用して、上記第1のマスクのアラ
    イメント・マークを受像して、その相対位置を検出/記
    憶しておき、 上記両アライメント・マークの相対位置データに基づ
    き、該両アライメント・マークが重なるように第2のマ
    スクおよび/または第1のマスクを移動させ、 第1の光照射部からの露光波長光の放出を停止して、ワ
    ークを第1、第2の投影レンズ間の所定位置に挿入し、 第2の光照射部から非露光波長光をワークのアライメン
    ト・マークに照射し、 上記ワークのアライメント・マークを受像して、その相
    対位置を検出/記憶し、 先に記憶しておいた第1のマスクのアライメント・マー
    クの相対位置データと上記ワークのアライメント・マー
    クの相対位置データに基づき、両者が重なるようにワー
    クを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。
  3. 【請求項3】 第1のマスクと、該第1のマスクを移動
    させる第1のマスクステージ移動機構と、 少なくともマスク側と反対側がテレセントリックである
    第1の投影レンズと、 第2のマスクと、該第2のマスクを移動させる第2のマ
    スクステージ移動機構と、 少なくともマスク側と反対側がテレセントリックである
    第2の投影レンズと、 露光波長光を第1のマスクのアライメント・マークに照
    射する光照射部と、 上記光照射部から放出される露光波長光により第1のマ
    スクのアライメント・マークの投影像を受像するととも
    に、第2のマスクのアライメント・マークを受像する受
    像手段と、 上記受像手段が受像した画像データに基づき、第1のマ
    スクステージ移動機構および第2のマスクステージ移動
    機構を制御する制御手段を備え、 上記制御手段は、上記光照射部が露光波長光を放出して
    いるとき、第2のマスクのアライメント・マークと、第
    1の投影レンズおよび第2の投影レンズを通して第2の
    マスクに投影される第1の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、その相対位置を検出
    し、 上記両アライメント・マークの相対位置データを演算し
    て、該両アライメント・マークが重なるように第2のマ
    スクおよび/または第1のマスクを移動させることを特
    徴とするマスクとマスクの位置合わせ装置。
  4. 【請求項4】 第1のマスクと、該第1のマスクを移動
    させる第1のマスクステージ移動機構と、 少なくともマスクと反対側がテレセントリックである第
    1の投影レンズと、 ワークと、該ワークを移動させるワークステージ移動機
    構と、 第2のマスクと、該第2のマスクを移動させる第2のマ
    スクステージ移動機構と、 少なくともマスクと反対側がテレセントリックである第
    2の投影レンズと、 露光波長光を第1のマスクのアライメント・マークに照
    射する第1の光照射部と、 非露光波長光をワークのアライメント・マークに照射す
    る第2の光照射部と、 上記第1の光照射部から放出される露光波長光により第
    1のマスクのアライメント・マークの投影像を受像する
    とともに、第2のマスクのアライメント・マークを受像
    する第1の受像手段と、 上記第1のマスクのアライメント・マークの照射光を第
    1の投影レンズおよび第2の投影レンズの間で分岐させ
    る光分岐手段または上記照射光を折り返す光折り返し手
    段と、 上記光分岐手段で分岐された分岐光または上記光折り返
    し手段で折り返された折り返し光による上記第1のマス
    クのアライメント・マークの投影像を受像するととも
    に、上記第2の光照射部から放出される非露光波長光に
    よるワークのアライメント・マークを受像する第2の受
    像手段と、 上記第1の受像手段が受像した画像データに基づき、第
    1のマスクステージ移動機構および/または第2のマス
    クステージ移動機構を制御するとともに、上記第2の受
    像手段が受像した画像データに基づき、ワークステージ
    移動機構を制御する制御手段を備え、 上記制御手段は、ワークを除いた状態で、上記第1の光
    照射部から露光波長光を放出させ、 第2のマスクのアライメント・マークと、第1の投影レ
    ンズおよび第2の投影レンズを通して第2のマスクに投
    影される第1の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、その相対位置を検出し、 上記第2のマスクのアライメント・マークと、第1のマ
    スクのアライメント・マークの投影像の相対位置データ
    を演算して、両者が重なるように第2のマスクおよび/
    または第1のマスクを移動させ、 上記第1のマスクのアライメント・マークに対する照射
    光を、第1の投影レンズおよび第2の投影レンズの間で
    分岐させた分岐光または折り返させた折り返し光による
    上記第1の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、その相対位置を検出/記憶し、 第1の光照射部からの露光波長光の放出を停止して、ワ
    ークを第1、第2の投影レンズ間の所定位置に挿入し、 第2の光照射部から非露光波長光を放出させ、ワークの
    アライメント・マークを受像・画像処理して、その相対
    位置を検出し、 先に記憶しておいた第1のマスクのアライメント・マー
    クの相対位置データと上記ワークのアライメント・マー
    クの相対位置データに基づき、両者が重なるようにワー
    クを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。
  5. 【請求項5】 第1のマスクと、該第1のマスクを移動
    させる第1のマスクステージ移動機構と、 少なくともマスクと反対側がテレセントリックである第
    1の投影レンズと、 ワークと、該ワークを移動させるワークステージ移動機
    構と、 第2のマスクと、該第2のマスクを移動させる第2のマ
    スクステージ移動機構と、 少なくともマスクと反対側がテレセントリックである第
    2の投影レンズと、 露光波長光を第1のマスクのアライメント・マークに照
    射する第1の光照射部と、 非露光波長光をワークのアライメント・マークに照射す
    る第2の光照射部と、 上記第1の光照射部から放出される露光波長光により第
    1のマスクのアライメント・マークの投影像を受像する
    とともに、第2のマスクのアライメント・マークを受像
    する第1の受像手段と、 上記第1のマスクのアライメント・マークの照射光を第
    1の投影レンズおよび第2の投影レンズの間で分岐させ
    る光分岐手段と、 上記光分岐手段で分岐された分岐光による上記第1のマ
    スクのアライメント・マークの投影像を受像するととも
    に、上記第2の光照射部から放出される非露光波長光に
    よるワークのアライメント・マークを受像する第2の受
    像手段と、 上記第1の受像手段が受像した画像データに基づき、第
    1のマスクステージ移動機構および/または第2のマス
    クステージ移動機構を制御するとともに、上記第2の受
    像手段が受像した画像データに基づき、ワークステージ
    移動機構を制御する制御手段を備え、 上記制御手段は、ワークを除いた状態で、上記第1の光
    照射部から露光波長光を放出させ、 第2のマスクのアライメント・マークと、第1の投影レ
    ンズおよび第2の投影レンズを通して第2のマスクに投
    影される第1の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、その相対位置を検出し、 同時に上記第1のマスクのアライメント・マークに対す
    る照射光を、第1の投影レンズおよび第2の投影レンズ
    の間で分岐させた分岐光による上記第1のマスクのアラ
    イメント・マークの投影像を受像・画像処理して、その
    相対位置を検出/記憶しておき、 上記第2のマスクのアライメント・マークと、第1のマ
    スクのアライメント・マークの投影像の相対位置データ
    を演算して、両者が重なるように第2のマスクおよび/
    または第1のマスクを移動させ、 第1の光照射部からの露光波長光の放出を停止して、ワ
    ークを第1、第2の投影レンズ間の所定位置に挿入し、 第2の光照射部から非露光波長光を放出させ、ワークの
    アライメント・マークを受像・画像処理して、その相対
    位置を検出し、 先に記憶しておいた第1のマスクのアライメント・マー
    クの相対位置データと上記ワークのアライメント・マー
    クの相対位置データに基づき、両者が重なるようにワー
    クを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。
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