JP5747306B2 - 露光装置のアライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、基板とマスクとをアライメントするアライメント装置に関する。

図６はマイクロレンズアレイを使用した露光装置を示す模式図である。露光対象の基板１の上方に、基板１に露光されるパターンが形成されたマスク２が、基板１に対して適長間隔をおいて配置されている。そして、この基板１とマスク２との間に、マイクロレンズ４を２次元的に配列したマイクロレンズアレイ３が配置されており、マスク２の上方から露光光がマスク２に対して照射され、マスク２を透過した露光光がマイクロレンズアレイ３により基板１上に投影され、マスク２に形成されたパターンが、マイクロレンズアレイ３により正立等倍像として、基板表面上のレジスト等に転写される。

この場合に、通常、マイクロレンズアレイ３及びその上方の露光光源及び光学系は、固定配置されており、マスク２と基板１とを一体的に、紙面に垂直の方向に移動させることにより、露光光が基板１上をスキャンするようになっている。このように、基板１とマスク２とを一体的に移動させるために、基板１の上面及びマスク２の下面に、夫々、アライメントマーク５及び６を設け、これらのアライメントマーク５及び６を指標として、基板１とマスク２とを同期させる必要がある。

特開２００９−２７７９００号公報

しかしながら、アライメントマーク５，６により、基板１とマスク２とを同期させる場合、±１μｍ程度の高精度で基板１とマスク２とを同期させようとすると、両アライメントマーク５，６を同一のカメラにより同時に観察する必要がある。即ち、異なるカメラで別々にアライメントマーク５，６を観察すると、両アライメントマーク５，６の相対的な位置を保証できない。

近接露光の場合は、マスクと基板とが２００μｍ程度で近接しており、この間隔はカメラの焦点深度内に収まるので、マスクのアライメントマークと基板のアライメントマークとを同時にカメラで観察することが可能である。しかし、マイクロレンズアレイ３を使用した露光装置においては、基板１とマスク２との間にマイクロレンズアレイ３を介装する必要があるため、基板１とマスク２との間の距離、即ち、アライメントマーク５，６間の間隔Ｇは、５ｍｍ程度存在する。この５ｍｍの間隔は、通常のカメラのレンズ系では、同時に観察することができない。

なお、図７に示すように、基板１のアライメントマーク５からの反射光と、マスク２のアライメントマーク６からの反射光とで、光路差を設け、基板１のアライメントマーク５とマスク２のアライメントマーク６とのフォーカス差を補正することも考えられる。

図６に示すように、基板１とマスク２との間のギャップＧは約５ｍｍである。この場合に、視野とアライメント精度とを考慮すると、レンズ倍率は４倍程度が必要である。よって、アライメントのパターンギャップＧ（＝５ｍｍ）は、カメラ側でみると、５ｍｍ×４^２＝８０ｍｍに相当する。この８０ｍｍのフォーカス差を補正する必要がある。

そこで、図７においては、光源２０からの光をレンズ２１で収束して反射鏡２２により反射させ、レンズ２３を介してビームスプリッタ１７に入射させる。そして、ビームスプリッタ１７からの光は、レンズ１８及び１９を経由してマスク２に入射し、マスク２のアライメントマーク６で反射すると共に、基板１に入射し、基板１のアライメントマーク５で反射する。これらのアライメントマーク５、６で反射した光は、ビームスプリッタ１７に向かい、このビームスプリッタ１７を透過した後、レンズ１６，１５を介して、ビームスプリッタ１４に入射する。アライメントマーク５、６からの反射光は、ビームスプリッタ１４で、ビームスプリッタ１１に向かう光と、ミラー１３に向かう光とに分離され、ミラー１３に向かった光は、ミラー１２により、ビームスプリッタ１１に向かう。そして、ビームスプリッタ１１にて、ビームスプリッタ１４からの光はそのまま透過し、ミラー１２からの光は反射して、カメラ１０に向かう。このようにして、ビームスプリッタ１４からミラー１３，１２を経由した光と、ビームスプリッタ１４から直接到達した光とは、カメラ１０により検出される。このとき、ビームスプリッタ１４からミラー１３までの光路と、ミラー１３からミラー１２までの光路と、ミラー１２からビームスプリッタ１１までの光路との総長が、ビームスプリッタ１４からビームスプリッタ１１に直接入射する光の光路の長さよりも、８０ｍｍだけ長くなるように設定されている。従って、マスク２のアライメントマーク６からの反射光であってミラー１２，１３を経由する光路を進行した光と、基板１のアライメントマーク５からの反射光であってビームスプリッタ１４から直接ビームスプリッタ１１に入射する光路を進行した光とがいずれもカメラ１０のＣＣＤ（電荷結合素子）に結像し、アライメントマーク５，６をカメラ１０で同時に観察することができる。

これにより、基板１とマスク２のアライメントマーク５，６のパターンのフォーカス差（８０ｍｍ相当）を、別光路に分けて補正することができる。しかしながら、このように、フォーカス差を別光路で補正すると、各光路での光軸ずれが生じた場合に、アライメントマーク５，６の両パターンの相対位置がずれてしまうという問題点がある。このため、この方法では、アライメント精度が低下する。アライメント精度が低下すると、露光パターン精度も低下し、近時の高精細液晶パネルの露光にとって、致命的な問題となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、基板又はマスクとセンサとの間隔の変動が生じたり、光路の光軸ずれが生じても、基板とマスクとのアライメントを高精度でとることができる露光装置のアライメント装置を提供することを目的とする。

本発明に係る露光装置のアライメント装置は、長波長光を出射する第１の光源と、前記長波長光より短波長の短波長光を出射する第２の光源と、これらの第１及び第２の光源から出射された長波長光と短波長光とを同一光路に集合させる第１の光学系と、この第１の光学系からの集合光をマスク及び基板にそれらの面に垂直に照射する第２の光学系と、画像を検出するセンサと、前記マスク及び基板のアライメントマークで反射した反射光を前記第２の光学系と同一の光路を戻した後前記センサまで導く第３の光学系と、前記第３の光学系に設けられ前記長波長光を透過する少なくとも２個の透過領域と前記短波長光を透過する少なくとも２個の透過領域とを備えたフィルタと、を有し、
前記フィルタは、その中心に関し、前記長波長光の２個の透過領域同士が対向し、前記短波長光の２個の透過領域同士が対向するように、前記長波長光の透過領域と前記短波長光の透過領域とが配置されており、
前記第３の光学系は、前記フィルタを透過した前記長波長光及び前記短波長光をいずれも前記センサの四分割された４個の視野領域に同時に結像させ、
前記基板及び前記マスクのうち、前記センサから遠い方のアライメントマークは、前記センサの視野領域の中の前記フィルタにおける前記長波長光の透過領域に対応する位置に形成されており、前記基板及び前記マスクのうち、前記センサから近い方のアライメントマークは、前記センサの視野領域の中の前記フィルタにおける前記短波長光の透過領域に対応する位置に形成されており、
前記センサの前記視野領域にて同時に前記マスク及び前記基板のアライメントマークを形成し、
前記フィルタの中心に関して対向する長波長光の２個の透過領域を透過した２個のアライメントマークを相互に結ぶ線分の中点と、前記フィルタの中心に関して対向する短波長光の２個の透過領域を透過した２個のアライメントマークを相互に結ぶ線分の中点とが一致するようにして、前記基板と前記マスクとのアライメントをとることを特徴とする。

また、例えば、前記長波長光及び前記短波長光の波長は、４００乃至７００ｎｍの範囲にあり、前記長波長光と前記短波長光の波長差による焦点位置の差が、前記基板と前記マスクとの間の間隔に対応している。

この場合に、例えば、前記長波長光は波長が６７０ｎｍの赤色光であり、前記短波長光は波長が４０５ｎｍの青色光である。

本発明によれば、例えば、波長が４０５ｎｍの青色光と、波長が６７０ｎｍの赤色光とを使用して、これらの光の集合光を、同一光路で、基板及びマスクのアライメントマークに照射して反射させ、カメラ等のセンサに入射する前に、フィルタにより青色光と赤色光とに分離し、青色光による像と、赤色光による像とを、カメラのセンサの異なる視野領域に結像させると、波長によるフォーカス差により、カメラのセンサに対する距離が異なる基板とマスクのアライメントマークを前記カメラに同時に結像させることができる。そこで、例えば、センサに結像した基板の２個のアライメントマークを結ぶ線分の中点と、センサに結像した基板の２個のアライメントマークを結ぶ線分の中点とが一致するように、基板とマスクとの位置を調整すれば、基板とマスクとのアライメントを高精度でとることができる。このように、本発明においては、少なくとも、２個の基板アライメントマークを結ぶ線分と、２個のマスクアライメントマークを結ぶ線分とを利用して、基板とマスクとのアライメントの指標とするので、カメラ等のセンサと、基板又はマスクとの間隔が変動して、センサにおける結像の倍率が変動しても、その倍率変動の影響を受けることなく、アライメントをとることができる。更に、本発明においては、結像光路は共通なので、光軸ずれが生じてもアライメントパターンの相対位置は変化しにくく、極めて高いアライメント精度を得ることができる。

本発明の実施形態に係る露光装置のアライメント装置を示す図である。 本実施形態の光路を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施形態のアライメントマーク、フィルタ透過領域、センサ視野領域を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の効果を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の比較例を示す図である。 マイクロレンズアレイを使用した露光装置を示す図である。 光路差を設けて基板とマスクとの間のギャップを吸収するアライメント装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施形態に係る露光装置のアライメント装置を示す図である。長波長光を出射する第１の光源２７と、短波長光を出射する第２の光源２６とが設けられており、第１の光源２７からの長波長光は、反射鏡２９で反射した後、ビームスプリッタ２８に向かい、第２の光源２６からの短波長光がこのビームスプリッタ２８で、第１の光源２７からの長波長光と集合する。そして、これらの集合光は、レンズ３０で収束された後、ビームスプリッタ２４にて反射して、レンズ２５を経た後、マスク２及び基板１に向かう。この集合光は、マスク２及び基板１にその面に垂直に入射し、マスク２のアライメントマーク６及び基板１のアライメントマーク５で反射して、入射光路と同一の光路を戻ってくる。この反射光は、ビームスプリッタ２４を通過し、レンズ２３，２２と、フィルタ２１を経て、カメラ２０に入射する。よって、反射鏡２９及びビームスプリッタ２８が、第１及び第２の光源２７，２６から出射した長波長光と短波長光とを同一光路に集合させる第１の光学系を構成し、レンズ３０、ビームスプリッタ２４、レンズ２５が、この第１の光学系からの集合光をマスク２及び基板１にそれらの面に垂直に照射する第２の光学系を構成し、レンズ２５、ビームスプリッタ２４、レンズ２３、レンズ２２が、マスク２及び基板１のアライメントマーク６，５で反射した反射光を第２の光学系と同一の光路を戻した後カメラ２０まで導く第３の光学系を構成する。

このフィルタ２１は、図３（ｂ）に示すように、例えば長方形をなし、その透過領域は相似形で四分割された長方形をなし、透過領域３１は長波長光を透過すると共に短波長光を遮蔽し、透過領域３２は短波長光を透過すると共に長波長光を遮蔽するものである。この透過領域３１が対角の位置に配置され、透過領域３２も対角の位置に配置されている。そして、フィルタ２１を経由した反射光は、図３（ｃ）に示すように、カメラ２０のＣＣＤ（電荷結合素子）センサの光検出領域の四分割された視野領域の中の部分視野領域１ａ１，１ａ２に、長波長光が検出され、残りの部分視野領域，２ａ１，２ａ２に短波長光が検出される。図３（ａ）に示すように、基板１には、基板１におけるカメラの視野領域１ａ内に、２個のアライメントマーク５ａ、５ｂが形成されており、マスク２には、マスク２におけるカメラの視野領域２ａの中に、２個のアライメントマーク６ａ、６ｂが形成されている。集合光がこの視野領域１ａ、１ｂで反射したときの反射光が、図３（ｂ）に示すフィルタ２１を透過する場合、基板１の方が、カメラ２０より遠いので、基板１からの反射光のうち、長波長光がフィルタ２１の長波長光用透過領域３１を透過して、カメラ２０のセンサの部分視野領域１ａ１，１ａ２に入射し、マスク２からの反射光のうち、短波長光がフィルタ２１の短波長光用透過領域３２を透過して、カメラ２０のセンサの部分視野領域２ａ１，２ａ２に入射する。このとき、基板１の視野領域１ａには、フィルタ２１の透過領域３１に対応する位置にアライメントマーク５ａ、５ｂが形成されているので、センサにおいては、部分視野領域１ａ１，１ａ２に夫々アライメントマーク５ａ、５ｂが結像する。また、マスク２の視野領域２ａには、フィルタ２１の透過領域３２に対応する位置にアライメントマーク６ａ、６ｂが形成されているので、センサにおいては、部分視野領域２ａ１，２ａ２に夫々アライメントマーク６ａ、６ｂが結像する。後述するように、長波長光は焦点距離が長く、短波長光は焦点距離が短いので、カメラ２０のセンサとの間の距離が長い基板１からの反射光のうちの長波長光と、前記距離が短いマスク２からの反射光のうちの短波長光とは、適度の焦点深度の中で、カメラ２０のセンサに同時に結像する。なお、カメラ２０の基板１上における視野領域１ａと、マスク２上における視野領域２ａとは、集合光の光軸から見て同一である。

第１及び第２の光源としては、レーザ光又は干渉フィルタを透過したランプ光を使用することができる。そして、第１の光源２７から出射する長波長光は、例えば、波長が６７０ｎｍの赤色光であり、第２の光源２６から出射する短波長光は、例えば、波長が４０５ｎｍの青色光である。従って、フィルタ２１は、ＣＣＤ視野領域（光検出領域）のうちの透過領域３１が、６７０ｎｍ光を透過し、４０５ｎｍ光を反射するものであり、残りの透過領域３２が、４０５ｎｍ光を透過し、６７０ｎｍ光を反射するものである。

次に、上述のごとく構成された本実施形態の動作について説明する。第１の光源２７から例えば波長が６７０ｎｍの赤色光を出射し、第２の光源２６から例えば波長が４０５ｎｍの青色光を出射する。これらの光は、ビームスプリッタ２８で集合した後、カメラ２０まで同一光路を進行する。即ち、集合光は、図２に示すように、ビームスプリッタ２４からマスク２及び基板１に向かい、このマスク２及び基板１に対し、その面に垂直に入射する。

その後、マスク２のアライメントマーク６ａ、６ｂ及び基板１のアライメントマーク５ａ、５ｂで反射した集合光の反射光は、入射光と同一光路をとおり、ビームスプリッタ２４を直進して、フィルタ２１を透過し、カメラ２０のセンサに入射する。この反射光は、フィルタ２１によりフィルタリングされて、カメラの視野領域のうちのフィルタ２１の長波長光用透過領域３１を透過した長波長光（例えば、波長が６７０ｎｍ）が部分視野領域１ａ１，１ａ２に入射し、カメラの視野領域のうちのフィルタ２１の短波長光用透過領域３２を透過した短波長光（例えば、波長が４０５ｎｍ）が部分視野領域２ａ１，２ａ２に入射する。このとき、集合光は同一レンズ２５，２３，２２からなる光学系を通過するので、このような同一レンズの場合、青色光（波長４０５ｎｍ）は焦点距離が短く、赤色光（波長６７０ｎｍ）は焦点距離が長い。よって、レンズ２５、２３，２２の光学定数等を適切に設定すれば、カメラ２０のセンサに入射する光のうち、マスク２のアライメントマーク６ａ、６ｂで反射した光は、青色光の成分がカメラ２０のセンサで合焦点となり、カメラ２０からより遠い基板１のアライメントマーク５ａ、５ｂで反射した光は、赤色光の成分がカメラ２０のセンサで合焦点となるようにすることができる。基板１とマスク２との間のギャップＧは通常５ｍｍ程度であるが、カメラ２０に対する入射光のうち、赤色光と青色光とが異なる光路長を経てセンサに合焦点となるので、ギャップＧの５ｍｍを吸収して、基板１及びマスク２の双方のアライメントマーク５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂをカメラ２０のセンサ上でフォーカスすることができる。

この結果、図３（ｃ）、図４（ａ）にカメラの光検出領域（視野領域）を示すように、その部分視野領域１ａ１，１ａ２に赤色光が入射して、基板１のアライメントマーク５ａ、５ｂが結像し、部分視野領域２ａ１、２ａ２に青色光が入射して、マスク２のアライメントマーク６ａ、６ｂが結像する。これにより、カメラ２０においては、基板１上のアライメントパターンと、マスク２上のアライメントパターンとの双方をセンサにフォーカスさせて、同時に観察することができる。

そこで、アライメントマーク５ａとアライメントマーク５ｂとを結ぶ線分の中点と、アライメントマーク６ａとアライメントマーク６ｂとを結ぶ線分の中点とが一致した場合に、基板１とマスク２とのアライメントがとれていると設定すれば、アライメントマーク５ａ、５ｂの中点と、アライメントマーク６ａ、６ｂの中点とが一致するように、基板１とマスク２との間の相対的な位置を制御することにより、基板１とマスク２とのアライメントをとることができる。この場合に、青色光と赤色光の結像光路は、共通であるので、光軸ずれが発生しても、基板１とマスク２とのアライメントがとれていれば、十分に高いアライメント精度を得ることができる。

また、基板１又はマスク２と、カメラ２０のセンサとの間の距離が変動すると、センサにおける結像倍率が変動するが、本実施形態においては、２個のアライメントマークの中点が、基板上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとで一致するように基板とマスクとの位置調整をするので、倍率の変動に拘わらず、基板とマスクとのアライメントを高精度でとることができる。即ち、図４（ｂ）に示すように、マスク２とセンサとの間隔が変動して、マスク２上のアライメントマーク６ａ、６ｂの位置が図４（ａ）の場合よりもずれたとしても、アライメントマーク６ａ、６ｂ間の間隔が大きくなるだけで、その中点の位置は変動しない。よって、基板１とマスク２とのアライメントがとれている限り、アライメントマーク５ａ、５ｂの中点と、アライメントマーク６ａ、６ｂの中点とは一致している。逆に、図４（ｃ）に示すように、基板１とセンサとの間隔が変動して、基板１上のアライメントマーク５ａ、５ｂの位置が図４（ａ）の場合よりもずれたとしても、アライメントマーク５ａ、５ｂ間の間隔が小さくなるだけで、その中点の位置は変動しない。よって、基板１とマスク２とのアライメントがとれている限り、アライメントマーク５ａ、５ｂの中点と、アライメントマーク６ａ、６ｂの中点とは一致している。

この効果は、図４に示すように、基板１上のアライメントマーク５ａ、５ｂと、マスク２上のアライメントマーク６ａ、６ｂとを対角の位置で検出し、その各中点を指標として基板１とマスク２とのアライメントをとっているからである。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１上のアライメントマーク５ｃとマスク２上のアライメントマーク６ｃとを、長波長光用透過領域３１と短波長光用透過領域３２とを２分割したフィルタを使用して、カメラ２０のセンサに結像させると、これらのアライメントマーク５ｃ、６ｃは、センサにおいて、左右に別れた２個の部分視野領域１ａ１，２ａ１に検出されるので、基板１又はマスク２とセンサとの間の距離が変動したり、光学系の収差等により、検出領域の周辺領域で倍率の変動が生じた場合には、アライメントマーク５ｃとアライメントマーク６ｃとの位置関係が変動してしまう。よって、図５の場合は、基板１とマスク２とのアライメントが、他の変動要因により変動する可能性がある。

以上のように、本発明は基本的には、長波長光と短波長光との焦点距離の相違を利用して、マイクロレンズアレイ３を使用した露光装置の基板１とマスク２との間の大きなギャップＧを吸収する。即ち、長波長光と短波長光とによるダブル焦点を利用して、基板１とマスク２からの反射光をカメラのＣＣＤ上にフォーカスさせる。しかし、この波長の相違によるダブル焦点に加えて、レンズ設計によって、焦点位置を更にずらすこともできる。つまり、レンズには収差があり、一般的なレンズ設計ではこの収差をとる方向にレンズを設計するが、本発明においては、このレンズ収差を広げる方向にレンズを設計すればよい。

また、長波長光及び短波長光の波長は、通常、４００乃至７００ｎｍの範囲にあればよい。この波長範囲では、カメラのＣＣＤにより検出することができ、しかも長波長光と短波長光の波長差による焦点位置の差が、基板１とマスク２との間の間隔に対応するように設定することができる。

１：基板
１ａ、２ａ：視野領域
１ａ１，１ａ２，２ａ１，２ａ２：部分視野領域
２：マスク
３：マイクロレンズアレイ
４：マイクロレンズ
５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ：アライメントマーク
２０：カメラ
２１：フィルタ
２２，２３，２５、３０：レンズ
２４，２８：ビームスプリッタ
２９：反射鏡

Claims (3)

1. 長波長光を出射する第１の光源と、前記長波長光より短波長の短波長光を出射する第２の光源と、これらの第１及び第２の光源から出射された長波長光と短波長光とを同一光路に集合させる第１の光学系と、この第１の光学系からの集合光をマスク及び基板にそれらの面に垂直に照射する第２の光学系と、画像を検出するセンサと、前記マスク及び基板のアライメントマークで反射した反射光を前記第２の光学系と同一の光路を戻した後前記センサまで導く第３の光学系と、前記第３の光学系に設けられ前記長波長光を透過する少なくとも２個の透過領域と前記短波長光を透過する少なくとも２個の透過領域とを備えたフィルタと、を有し、
   前記フィルタは、その中心に関し、前記長波長光の２個の透過領域同士が対向し、前記短波長光の２個の透過領域同士が対向するように、前記長波長光の透過領域と前記短波長光の透過領域とが配置されており、
   前記第３の光学系は、前記フィルタを透過した前記長波長光及び前記短波長光をいずれも前記センサの四分割された４個の視野領域に同時に結像させ、
   前記基板及び前記マスクのうち、前記センサから遠い方のアライメントマークは、前記センサの視野領域の中の前記フィルタにおける前記長波長光の透過領域に対応する位置に形成されており、前記基板及び前記マスクのうち、前記センサから近い方のアライメントマークは、前記センサの視野領域の中の前記フィルタにおける前記短波長光の透過領域に対応する位置に形成されており、
   前記センサの前記視野領域にて同時に前記マスク及び前記基板のアライメントマークを形成し、
   前記フィルタの中心に関して対向する長波長光の２個の透過領域を透過した２個のアライメントマークを相互に結ぶ線分の中点と、前記フィルタの中心に関して対向する短波長光の２個の透過領域を透過した２個のアライメントマークを相互に結ぶ線分の中点とが一致するようにして、前記基板と前記マスクとのアライメントをとることを特徴とする露光装置のアライメント装置。
2. 前記長波長光及び前記短波長光の波長は、４００乃至７００ｎｍの範囲にあり、前記長波長光と前記短波長光の波長差による焦点位置の差が、前記基板と前記マスクとの間の間隔に対応していることを特徴とする請求項１に記載の露光装置のアライメント装置。
3. 前記長波長光は波長が６７０ｎｍの赤色光であり、前記短波長光は波長が４０５ｎｍの青色光であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置のアライメント装置。

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