JP5895276B2 - アライメントマーク及び露光装置 - 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、基板とマスクとを夫々に形成されたアライメントマークにより、相対的に位置合わせする際に使用されるアライメントマーク及びこのアライメントマークにより基板とマスクとを相対的に位置合わせする露光装置に関する。

従来、露光装置においては、光源から露光光を出射し、この露光光を所定形状のパターンが形成されたマスクを介して基板に照射し、基板上にマスクのパターンを露光している。よって、基板上の所定位置にパターンを高精度で露光するためには、マスクと基板との相対的位置合わせが重要である。例えば特許文献１には、露光対象のウエハをマスクに近接して配置する近接露光方式の露光装置が開示されており、マスク及びウエハの双方にマークを設け、このマークによりマスクとウエハとを相対的に位置合わせするように構成されている。

一方、近時、マイクロレンズアレイにより、マスクパターンを基板上に投影する露光装置が使用されるようになってきている。図１５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。

図１６は露光装置に使用されるマイクロレンズアレイ３を示す図である。図１６に示すように、マイクロレンズアレイ３は、例えば、４枚８レンズ構成であり、４枚の単位マイクロレンズアレイ３−１，３−２，３−３，３−４が積層された構造を有する。各単位マイクロレンズアレイ３−１乃至３−４は２個の凸レンズにより表現される光学系から構成されている。これにより、露光光は単位マイクロレンズアレイ３−２と単位マイクロレンズアレイ３−３との間で一旦収束し、更に単位マイクロレンズアレイ３−４の下方の基板上で結像する。即ち、単位マイクロレンズアレイ３−２と単位マイクロレンズアレイ３−３との間には、マスク２の倒立等倍像が結像し、基板上には、マスク２の正立等倍像が結像する。単位マイクロレンズアレイ３−２と単位マイクロレンズアレイ３−３との間には、多角視野絞り（例えば６角視野絞り３１）が配置され、単位マイクロレンズアレイ３−３と単位マイクロレンズアレイ３−４との間には、円形の開口絞り３２が配置されている。開口絞り３２が各マイクロレンズのＮＡ（開口数）を制限すると共に、６角視野絞り３１が結像位置に近いところで６角形に視野を絞る。これらの６角視野絞り３１及び開口絞り３２はマイクロレンズ毎に設けられており、各マイクロレンズについて、マイクロレンズの光透過領域を開口絞り３２により円形に整形すると共に、露光光の基板上の露光領域を６角形に整形している。６角視野絞り３１は、例えば、図１７に示すように、マイクロレンズの開口絞り３２の中に６角形状の開口として形成される。よって、この６角視野絞り３１により、マイクロレンズアレイ１を透過した露光光は、スキャンが停止しているとすると、基板１上で図１７に示す６角形に囲まれた領域にのみ照射される。

マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光においては、通常、マスク２及び基板１を固定し、マイクロレンズアレイ３と露光光源及び光学系を、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。この場合に、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１ａ及び２ａを設け、これらのアライメントマーク１ａ及び２ａを指標として、基板１とマスク２とを相対的に位置合わせする必要がある。

特開２００４−１０３６４４号公報

しかしながら、アライメントマーク１ａ，２ａにより、基板１とマスク２との位置合わせをする場合、±１μｍ程度の高精度で基板１とマスク２とを位置合わせしようとすると、両アライメントマーク１ａ，２ａ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１ａ，２ａを観察すると、両アライメントマーク１ａ，２ａの相対的な位置を保証できない。

特許文献１のような近接露光の場合は、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１ａ，２ａ間の間隔Ｇは、５乃至１５ｍｍ程度存在する。この５乃至１５ｍｍ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１８に示すように、基板１のアライメントマーク１ａからの反射光と、マスク２のアライメントマーク２ａ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１ａとマスク２のアライメントマーク２ａとのフォーカス差を補正することも考えられる。

図１８に示すように、基板１とマスク２との間のギャップＧは５乃至１５ｍｍ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（＝５〜１５ｍｍ）は、カメラ側でみると、５〜１５ｍｍ×４^２＝８０〜２４０ｍｍに相当する。この８０乃至２４０ｍｍのフォーカス差を補正する必要がある。

そこで、図１８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４７に入射させる。そして、ビームスプリッタ４７からの光は、レンズ４８及び４９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２ａ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１ａで反射する。これらのアライメントマーク１ａ、２ａで反射した光は、ビームスプリッタ４７に向かい、このビームスプリッタ４７を透過した後、レンズ４６，４５を介して、ビームスプリッタ４４に入射する。アライメントマーク１ａ，２ａからの反射光は、ビームスプリッタ４４で、ビームスプリッタ４１に向かう光と、ミラー４３に向かう光とに分離され、ミラー４３に向かった光は、ミラー４２により、ビームスプリッタ４１に向かう。そして、ビームスプリッタ４１にて、ビームスプリッタ４４からの光はそのまま透過し、ミラー４２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４４からミラー４３，４２を経由した光と、ビームスプリッタ４４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４４からミラー４３までの光路と、ミラー４３からミラー４２までの光路と、ミラー４２からビームスプリッタ４１までの光路との総長が、ビームスプリッタ４４からビームスプリッタ４１に直接入射する光の光路の長さよりも、８０乃至２４０ｍｍのフォーカス差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２ａからの反射光であってミラー４２，４３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１ａからの反射光であってビームスプリッタ４４から直接ビームスプリッタ４１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１ａ，２ａ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１ａ，２ａのパターンのフォーカス差（８０乃至２４０ｍｍ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１ａ，２ａ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、基板とマスクとのアライメントを高精度で行うことができるアライメントマーク及び露光装置を提供することを目的とする。

本発明に係るアライメントマークは、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されたマイクロレンズアレイを、露光対象の基板と、この基板に露光するパターンが設けられたマスクとの間に配置して、前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせする際に使用されるアライメントマークであって、
前記基板又は前記マスクに形成され、
前記マイクロレンズアレイの多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片を有し、前記マーク片はアライメント中心から放射状に延びる複数個の第１群のマーク片と、前記アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２群のマーク片とからなり、前記マーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの前記多角視野絞りの中に存在するように、前記多角視野絞り及び前記マーク片の位置が決められていることを特徴とする。

本発明に係る露光装置は、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成され相互に積層された複数枚の単位マイクロレンズアレイと、この単位マイクロレンズアレイ間の反転結像位置に配置され多角形の開口を有する多角視野絞りと、前記単位マイクロレンズアレイ間の露光光の最大拡大部の少なくとも一部に配置され円形の開口を有し各マイクロレンズの開口数を規定する開口絞りと、を有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを挟んで露光対象の基板と対向するように配置され、前記基板に露光するパターンが設けられたマスクと、
前記基板と前記マスクとを位置合わせするために、前記基板に設けられた基板アライメントマーク及び前記マスクに設けられたマスクアライメントマークを検出するカメラと、
このカメラにより検出される前記基板アライメントマークと前記マスクアライメントマークとが一致するように、前記マスク及び／又は前記基板の位置を調節する制御装置と、
を有し、
前記基板アライメントマークは、
前記多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片を有し、前記マーク片はアライメント中心から放射状に延びる複数個の第１群のマーク片と、前記アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２群のマーク片とからなり、前記マーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの前記多角視野絞りの中に存在するように、前記多角視野絞り及び前記マーク片の位置が決められており、
前記基板アライメントマーク及び前記マスクアライメントマークに前記マスク側からアライメント用の光を同時に照射し、前記基板アライメントマークから反射した光を前記マイクロレンズアレイにより前記マスク上に正立等倍像として結像させ、前記マスクアライメントマークから反射した反射光及び前記マスク上に結像した前記基板アライメントマークの正立等倍像を検出して前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせすることを特徴とする。

本発明に係る他の露光装置は、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成され相互に積層された複数枚の単位マイクロレンズアレイと、この単位マイクロレンズアレイ間の反転結像位置に配置され多角形の開口を有する多角視野絞りと、前記単位マイクロレンズアレイ間の露光光の最大拡大部の少なくとも一部に配置され円形の開口を有し各マイクロレンズの開口数を規定する開口絞りと、を有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを挟んで露光対象の基板と対向するように配置され、前記基板に露光するパターンが設けられたマスクと、
前記基板と前記マスクとを位置合わせするために、前記基板に設けられた基板アライメントマーク及び前記マスクに設けられたマスクアライメントマークを検出するカメラと、
このカメラにより検出される前記基板アライメントマークと前記マスクアライメントマークとが一致するように、前記マスク及び／又は前記基板の位置を調節する制御装置と、
を有し、
前記マスクアライメントマークは、
前記多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片を有し、前記マーク片はアライメント中心から放射状に延びる複数個の第１群のマーク片と、前記アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２群のマーク片とからなり、前記マーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの前記多角視野絞りの中に存在するように、前記多角視野絞り及び前記マーク片の位置が決められており、
前記基板アライメントマーク及び前記マスクアライメントマークに前記基板側からアライメント用の光を同時に照射し、前記マスクアライメントマークから反射した光を前記マイクロレンズアレイにより前記基板上に正立等倍像として結像させ、前記基板アライメントマークから反射した反射光及び前記基板上に結像した前記マスクアライメントマークの正立等倍像を検出して前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせすることを特徴とする。

本発明において、例えば前記アライメントマークは、前記第２群のマーク片が、前記アライメント中心を共通の中心とする異なる大きさの複数個の多角形の辺上に連なって配置されている。又は、前記第２群のマーク片は、前記アライメント中心を共通の中心とする異なる大きさの複数個の多角形の辺上に、前記多角形の角部を含むようにして、断続的に配置されている。

この場合に、例えば、前記第２群のマーク片は、異なる多角形上に位置するものの太さが、相違するように構成することができる。

本発明に係る他のアライメントマークは、露光装置に供される基板又はマスクに、それらの位置調整のために形成され、線対称の多角形形状の図形からなるアライメントマークであって、
前記基板と前記マスクとの間にマトリクス状に配置された複数個のレンズの夫々多角視野絞りの開口部を構成するいずれかの縁辺と平行にならないように配置された多角形形状部と、
前記多角形形状部の中心から、前記多角形形状部を横断する少なくとも６本の放射線からなる放射線部と、
を有し、
前記多角形形状部及び前記放射線部の全体が、前記レンズの大きさより大きく、４個の隣接するレンズの全体の大きさより小さいことを特徴とする。

本発明においては、マイクロレンズアレイを使用して基板及びマスクの一方に設けられたアライメントマークから反射した光を他方に正立等倍像として結像させることにより、基板とマスクとの間のギャップＧに起因するカメラ側のフォーカス差が０となり、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カメラに同時に結像させることができ、センサに結像した基板及びマスクのアライメントマークを指標として、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行うことができる。また、カメラ側のフォーカス差を０にすることにより、アライメント光の光軸が傾斜した場合においても、カメラにより検出するアライメントマーク同士の相対位置は変化せず、極めて高いアライメント精度を得ることができる。

このマイクロレンズアレイを使用したアライメントにおいて、マイクロレンズアレイは、その反転結像位置に多角視野絞りを有しているので、アライメント時には、この多角視野絞りの開口に対応する基板及びマスクの一方に設けられたアライメントマークの像が他方に結像される。本発明においては、アライメントマークは、多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に、延びる複数本の線状のマーク片を有しているため、アライメントマークを多角視野絞りの開口に対して明確に識別できる。また、本発明においては、基板又はマスクに設けられたアライメントマークは、複数個のマーク片がいずれかの多角視野絞りの中に存在するように、多角視野絞り及びマーク片の位置が決められているので、多角視野絞りの中に存在するマーク片の位置により、アライメントマークのアライメント中心を精度よく検出することができ、検出されたアライメントマークにより、位置合わせ精度を高く維持できる。

また、本発明の他のアライメントマークにおいては、線対称の多角形形状の図形からなり、多角視野絞りの開口部を構成するいずれかの縁辺と平行にならないように配置された多角形形状部と、前記多角形形状部の中心から、前記多角形形状部を横断する少なくとも６本の放射線からなる放射線部と、を有し、前記多角形形状部及び前記放射線部の全体が、前記レンズの大きさより大きく、４個の隣接するレンズの全体の大きさより小さいので、アライメントマークの線分を、多角視野絞りの縁辺と区別することができ、更に、いずれかの線分が多角視野絞りの中に存在するので、アライメントマークの中心を精度良く検出することができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る基板及びマスクのアライメント方法を示す図、（ｂ）はマスク上に結像される基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る基板アライメントマークを示す図である。 （ａ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図、（ｂ）はその拡大図である。 ６角視野絞りの辺と平行の線状成分を有する基板アライメントマークを示す図である。 （ａ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図、（ｂ）はその拡大図である。 （ａ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図、（ｂ）はその拡大図である。 （ａ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図、（ｂ）はその拡大図である。 （ａ），（ｂ）は図１に示す露光装置において、アライメント光の光路が傾斜した場合を示す図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の比較例に係る露光装置のアライメント装置を示す図である。 第１実施形態に係る基板アライメントマークの変形例を示す図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る基板アライメントマークを示す図、（ｂ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図である。 第２実施形態に係る基板アライメントマークの変形例を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る基板アライメントマークを示す図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る基板及びマスクのアライメント方法を示す図、（ｂ）は基板上に結像されるマスクアライメントマークを示す図である。 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。 単位マイクロレンズアレイの配置を示す断面図である。 マイクロレンズの絞り形状を示す図である。 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（ａ）は本発明の第１実施形態に係る基板及びマスクのアライメント方法を示す図、図１（ｂ）はマスク上に結像される基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図、図２は、本発明の第１実施形態に係る基板アライメントマークを示す図、図３（ａ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図、図３（ｂ）はその拡大図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態においては、露光装置は、従来のマイクロレンズアレイを使用した露光装置と同様に、基板１とマスク２との間にマイクロレンズアレイ３が設けられており、露光光源８から出射された露光光をマスク２に形成されたパターンに透過させ、マイクロレンズアレイ３により、パターンの正立等倍像を基板上に結像させる。この露光装置において、マスク２には、例えば枠状のマスクアライメントマーク２ａが設けられており、露光対象の基板１には、所定形状の基板アライメントマーク１１が設けられている。そして、アライメント時には、マイクロレンズアレイ３は、例えば基板アライメントマーク１１とマスクアライメントマーク２ａとの間に移動され、１枚のマイクロレンズアレイ３を露光時とアライメント時で移動させて使用される。そして、アライメント時には、マイクロレンズアレイ３により、基板アライメントマーク１１から反射した光をマスク上に正立等倍像として結像させる。

本実施形態においては、マスク２の上方に、基板１に設けられた基板アライメントマーク１１とマスク２に設けられたマスクアライメントマーク２ａに、マスク２の上方からアライメント用の光を照射するアライメント光源５が設けられており、アライメントの際には、マイクロレンズアレイ３により、基板アライメントマーク１１から反射した正立等倍像をマスク２上に結像させるように構成されている。また、マスク２の上方には、カメラ６が設けられており、マスクアライメントマーク２ａから反射した反射光及びマスク２上に結像した基板アライメントマーク１１の正立等倍像をカメラ６により検出するように構成されている。そして、アライメント時に、基板１とマスク２とが所定の位置関係にあるときには、カメラ６により検出されるマスクアライメントマーク２ａのアライメント中心が、基板アライメントマーク１１のアライメント中心に一致する。

図１（ａ）に示すように、カメラ６は、マスク２の位置を制御する制御装置９に接続されており、制御装置９は、カメラ６による検出結果によって、基板１とマスク２とのアライメントが必要な場合には、マスク２を移動させるように構成されている。例えば、カメラ６により検出される基板アライメントマーク１１のアライメント中心の位置がマスクアライメントマーク２ａのアライメント中心からずれている場合には、制御装置９は、基板アライメントマーク１１のアライメント中心がマスクアライメントマーク２ａのアライメント中心に一致するようにマスク２を移動させる。なお、図１（ａ）に二点鎖線で示すように、制御装置９は、例えば基板１が載置されるステージ等に接続され、基板１を移動させることにより、基板１とマスク２とのアライメントを行うように構成されていてもよい。又は、制御装置９は、基板１及びマスク２の双方を移動させることにより、基板１とマスク２とのアライメントを行うように構成されていてもよい。

図１（ａ）に示すように、本実施形態においては、カメラ６は、例えば１焦点型の同軸落射式顕微鏡であり、アライメント光源５が内蔵されている。そして、アライメント光源５は、カメラ６が検出する光の光軸と同軸的にアライメント光を出射するように構成されている。このアライメント光源５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。ランプ光源としては、例えばハロゲンランプを使用すれば、コストを低減でき、好ましい。なお、アライメント光源５は、カメラ６とは別体的に設けられていてもよい。アライメント光源５から出射された光は、例えば反射鏡及びビームスプリッタ等の光学系を介して、マスク２及び基板１に照射される。

マイクロレンズアレイ３には、各マイクロレンズ毎に、多角視野絞り及び開口絞り３２が設けられている。本実施形態においては、図１７に示すように、多角視野絞りは、マイクロレンズの開口絞り３２の中に６角形状の開口として形成された６角視野絞り３１として構成されている。よって、図１（ｂ）に示すように、基板１の反射光は、６角視野絞り３１により、６角形に囲まれた領域に対応する基板領域からの反射光のみが透過され、この領域の正立等倍像がマスク２上に結像される。

このように、マイクロレンズアレイ３には、多角視野絞りが設けられているため、基板１に設けられたアライメントマークが、例えば図４に示すように、２本の線状のマーク片１１１Ａ，１１１Ｂにより構成された十字形状の基板アライメントマーク１１１であるような場合においては、基板アライメントマーク１１１がマイクロレンズアレイ３のマイクロレンズ間に位置して、アライメントマークの検出ができない場合が生じる。また、図４に示すように、基板アライメントマーク１１１の一部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出できた場合においても、検出されたマーク片１１１Ｂが６角視野絞り３１の開口を構成する辺に平行である場合には、カメラ６により検出された像が、６角視野絞り３１の開口を構成する辺３１ｄの像であるか、又は基板アライメントマーク１１１のマーク片１１１Ｂの像であるかを識別することが難しい。

図２に示すように、本実施形態における基板アライメントマーク１１は、６角視野絞り３１の開口の全ての辺３１ａ乃至３１ｆに対して傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片１１Ａ乃至１１Ｋにより構成されている。よって、カメラ６により検出された際に、検出されたマークが延びる方向は、６角視野絞り３１の辺に対して傾斜する。これにより、カメラ６により検出されるマーク片を６角視野絞り３１の開口に対して明確に識別できる。即ち、本実施形態における基板アライメントマーク１１は、アライメント中心１１０から放射状に延びる第１のマーク片１１Ａ乃至１１Ｃと、アライメント中心１１０を中心とする多角形（例えば８角形）の辺上に延びる複数個の第２のマーク片１１Ｄ乃至１１Ｋとからなる。そして、第１のマーク片及び第２のマーク片は、複数箇所で交差している。即ち、第１のマーク片１１Ｂは、２本の第２のマーク片１１Ｅ，１１Ｉと交差し、第１のマーク片１１Ｃは、２本の第２のマーク片１１Ｆ，１１Ｊと交差し、第１のマーク片１１Ａは、２本の第２のマーク片１１Ｄ及び１１Ｋと１点で交差し、また、２本の第２のマーク片１１Ｇ及び１１Ｈと１点で交差している。そして、これらのマーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの多角視野絞りの中に存在するように６角視野絞り３１及びマーク片の位置が決められている。

図３に示すように、第１のマーク片１１Ａ乃至１１Ｃが交差しているアライメント中心１１０が６角視野絞り３１の開口をとおして検出できた場合においては、このアライメント中心１１０を指標として、基板１及びマスク２のアライメントを行うことができる。しかし、図５乃至図７に示すように、マイクロレンズアレイ３に対して、基板アライメントマーク１１の相対的位置が図３に示す状態からずれた場合、基板アライメントマーク１１のアライメント中心１１０は、２次元的に配置されたマイクロレンズ間の光を透過しない領域に位置するため、アライメント中心１１０は、６角視野絞り３１の開口をとおして検出できない。

本発明においては、基板アライメントマーク１１は、例えばマーク片同士の交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出される形状で設けられており、このマーク片１１Ａ乃至１１Ｋ同士が交差した点により、基板アライメントマーク１１のアライメント中心１１０が検出される。例えば図５に示すように、マイクロレンズアレイ３に対する基板アライメントマーク１１の相対的位置が、図３に示す状態から左右方向にずれた場合においては、第２のマーク片１１Ｅ，１１Ｆ同士の交差部及び第２のマーク片１１Ｉ，１１Ｊ同士の交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出される。この場合においては、図５（ｂ）に示すように、検出された交差部の中点が基板アライメントマークのアライメント中心１１０として検出される。また、図６に示すように、マイクロレンズアレイ３に対する基板アライメントマーク１１の相対的位置が、図３に示す状態から斜め方向にずれた場合においては、第２のマーク片１１Ｄ，１１Ｅ同士の交差部及び第２のマーク片１１Ｈ，１１Ｉ同士の交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出される。この場合においては、図６（ｂ）に示すように、検出された交差部の中点が基板アライメントマークのアライメント中心１１０として検出される。更に、図７に示すように、マイクロレンズアレイ３に対する基板アライメントマーク１１の相対的位置が、図３に示す状態から上下方向にずれた場合においては、第２のマーク片１１Ｊ，１１Ｋ同士の交差部、及び第１のマーク片１１Ａと第２のマーク片１１Ｇ，１１Ｈとの交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出される。この場合においては、図７（ｂ）に示すように、第１のマーク片１１Ａと第２のマーク片１１Ｇ，１１Ｈとの交差部を基準として、所定距離だけ離隔した位置が基板アライメントマークのアライメント中心１１０として検出される。この図７に示す例においては、更に、第２のマーク片１１Ｊ，１１Ｋ同士の交差部も検出され、必要に応じて、基板アライメントマークのアライメント中心１１０の検出に利用される。

次に、上述のごとく構成された本実施形態に係るアライメント装置の動作について説明する。マイクロレンズアレイ３は、露光時には、マスク２に設けられたパターン領域の下方に位置する。先ず、このマイクロレンズアレイ３が、図１における右方向に移動されて、基板アライメントマーク１１とマスクアライメントマーク２ａとの間に移動される。次に、カメラ６に内蔵されたハロゲンランプ等のアライメント光源５からアライメント光を出射させる。このアライメント光は、例えば反射鏡及びビームスプリッタ等の光学系を介して、先ず、マスク２に照射される。マスク２に照射されたアライメント光は、マスクアライメントマーク２ａにより反射される。一方、マスク２に透過されたアライメント光は、マスク２の下方に配置されたマイクロレンズアレイ３に透過され、基板１上に照射される。

そして、基板アライメントマーク１１に反射された反射光は、マイクロレンズアレイ３を透過して、再度マスク２に入射され、マスク２上に基板アライメントマーク１１の正立等倍像が結像される。このとき、マスク２上には、６角視野絞り３１の開口に対応する基板領域からの反射光のみが透過され、この領域の正立等倍像がマスク２上に結像される。そして、各反射光は、カメラ６のセンサに入射され、マスクアライメントマーク２ａ及びマスク２上に結像した基板アライメントマーク１１の正立等倍像が検出される。このように、マスク２上に結像した基板アライメントマーク１１の正立等倍像をカメラ６によって検出することにより、基板１とマスク２との間には、実際には、５乃至１５ｍｍのギャップＧが存在するが、カメラ６側では、このギャップＧに起因するフォーカス差が０となる。

本実施形態においては、基板アライメントマーク１１は、６角視野絞り３１の開口の全ての辺３１ａ乃至３１ｆに対して傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片１１Ａ乃至１１Ｋにより構成されている。よって、カメラ６により検出された際に、検出されたマークが延びる方向により、これを６角視野絞り３１の開口に対して明確に識別できる。

カメラ６による基板アライメントマーク１１の検出の際、図３に示すように、第１のマーク片１１Ａ乃至１１Ｃ同士が交差する基板アライメントマーク１１のアライメント中心１１０が６角視野絞り３１の開口をとおして検出できた場合においては、この基板アライメントマークのアライメント中心１１０を指標として、基板１及びマスク２のアライメントを行うことができる。例えば、カメラ６により検出される基板アライメントマーク１１のアライメント中心の位置が枠状のマスクアライメントマーク２ａの中心からずれている場合には、制御装置９により、基板アライメントマークのアライメント中心１１０がマスクアライメントマーク２ａの中心に位置するようにマスク２を移動させて、基板１とマスク２とのアライメントを行う。本実施形態においては、基板１とマスク２との間のギャップＧに起因するカメラ６側のフォーカス差が０となるため、基板１及びマスク２のアライメントマーク１１，２ａを指標として、基板１とマスク２とのアライメントを高精度で行うことができる。

しかし、図５乃至図７に示すように、マイクロレンズアレイ３に対する基板アライメントマーク１１の相対的位置が図３に示す状態からずれた場合、基板アライメントマークのアライメント中心１１０は、２次元的に配置されたマイクロレンズ間の光を透過しない領域に位置するため、アライメント中心１１０は、６角視野絞り３１の開口をとおして検出できない。しかし、本実施形態においては、基板アライメントマーク１１は、アライメント中心１１０から放射状に延びる第１のマーク片１１Ａ乃至１１Ｃと、アライメント中心１１０を中心とする多角形（例えば８角形）の辺上に延びる複数個の第２のマーク片１１Ｄ乃至１１Ｋとからなり、複数個のマーク片がいずれかの多角視野絞りの中に存在するように６角視野絞り３１及びマーク片の位置が決められている。即ち、基板アライメントマーク１１は、マーク片同士の交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出される形状で設けられており、このマーク片１１Ａ乃至１１Ｋ同士が交差した点により、基板アライメントマーク１１のアライメント中心１１０が検出される。例えば、図５に示すように、カメラ６により、第２のマーク片１１Ｅ，１１Ｆ同士の交差部及び第２のマーク片１１Ｉ，１１Ｊ同士の交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出され、図５（ｂ）に示すように、検出された交差部の中点が基板アライメントマークのアライメント中心１１０として検出される。又は、図６に示すように、第２のマーク片１１Ｄ，１１Ｅ同士の交差部及び第２のマーク片１１Ｈ，１１Ｉ同士の交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出され、図６（ｂ）に示すように、検出された交差部の中点が基板アライメントマークのアライメント中心１１０として検出される。図７に示すように、第１のマーク片１１Ａと第２のマーク片１１Ｇ，１１Ｈとの交差部が６角視野絞り３１の開口をとおして検出された場合においては、図７（ｂ）に示すように、第１のマーク片１１Ａと第２のマーク片１１Ｇ，１１Ｈとの交差部を基準として、所定距離だけ離隔した位置が基板アライメントマークのアライメント中心１１０として検出される。よって、この基板アライメントマークのアライメント中心１１０が枠状のマスクアライメントマーク２ａの中心に位置するように、基板１とマスク２とのアライメントを行う。

以上のように、本実施形態においては、基板アライメントマーク１１のアライメント中心１１０は、２次元的に配置されたマイクロレンズ間の光を透過しない領域に位置する場合においても、基板アライメントマーク１１の各線状のマーク片１１Ａ乃至１１Ｋ同士の交差点により、アライメント中心１１０を検出でき、検出されたアライメントマークにより、位置合わせ精度を高く維持できる。

本実施形態のようにマイクロレンズアレイ３を使用して、マスク２上に基板アライメントマーク１１の正立等倍像を結像させ、これにより、基板とマスクとの間のギャップＧに起因するカメラ側のフォーカス差を０にすることにより、図８（ａ）に示すように、アライメント光の光軸が傾斜した場合においても、アライメントマーク１１，２ａ間の相対位置は図１に示す場合から変化せず、極めて高いアライメント精度を得ることができる。

即ち、基板１及びマスク２の相対的位置合わせにマイクロレンズアレイ３を使用しない場合においては、図９（ａ）に示すように、アライメント光が基板１及びマスク２に垂直に照射される場合には、図９（ｂ）に示すように、所定のアライメント精度が得られる。しかし、図９（ｃ）に示すように、アライメント光の光軸が傾斜した場合においては、反射光の光路が変化し、基板１とマスク２との間のギャップＧにより、基板１とマスク２とが所定の位置関係にある場合においても、図９（ｄ）に示すように、カメラ６側で検出するアライメントマーク１ａ，２ａの位置がずれてしまう。そうすると、実際上、アライメントマーク２ａとアライメントマーク１ａとはその位置が一致しており、マスク２と基板１とはアライメントがとれているにも拘わらず、カメラ６においては、アライメントがとれていないと誤観察されてしまう。換言すれば、基板１とマスク２とでアライメントがとれていないにも拘わらず、カメラ６にて、アライメントマーク１ａがアライメントマーク２ａの中心にあるように観察されてしまうことが生じ、基板１とマスク２とがアライメントがとれていると誤観察されてしまう。

これに対して、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ３により、基板アライメントマーク１１の正立等倍像を、マスク２上に結像させるため、図８に示すように、アライメント光の光軸が傾斜した場合においても、カメラ６により検出される基板及びマスクのアライメントマーク１１及び２ａの相対位置は変化せず、極めて高いアライメント精度を得ることができる。

基板１とマスク２とのアライメント後には、マイクロレンズアレイ３は、図１における左方向に移動されて、マスク２に設けられたパターン領域の下方に移動され、その後、露光光が出射されて、マイクロレンズアレイ３によるスキャン露光が開始される。本実施形態においては、上記のように、高いアライメント精度が得られるため、スキャン露光における露光精度を極めて高く維持することができる。

本実施形態においては、アライメント光源５は、カメラ６に内蔵されており、カメラ６が検出する光の光軸と同軸的にアライメント光を出射するように構成されている場合について説明したが、本発明においては、基板１及びマスク２の一方の正立等倍像を他方に結像させ、これをカメラ６により検出できるように構成されていればよく、アライメント光源５が出射する光の光軸は、カメラにて検出される反射光の光軸と同軸でなくてもよい。

次に、本実施形態の変形例に係る基板アライメントマークについて説明する。図１０は第１実施形態に係る基板アライメントマークの変形例を示す図である。図１０に示すように、この基板アライメントマーク１２は、第１実施形態における第２のマーク片１１Ｄ乃至１１Ｋが２分割され、中央に隙間が形成されている。即ち、本実施形態における基板アライメントマーク１２は、アライメント中心１２０から放射状に延びる３本の第１のマーク片１２Ａ乃至１２Ｃと、アライメント中心１２０を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２のマーク片１２Ｄ乃至１２Ｗとからなる。そして、第１のマーク片及び第２のマーク片は、複数箇所で交差している。即ち、第１のマーク片１２Ｂは、２本の第２のマーク片１２Ｇ，１２Ｑと交差し、第１のマーク片１２Ｃは、２本の第２のマーク片１２Ｊ，１２Ｔと交差し、第１のマーク片１２Ａは、２本の第２のマーク片１２Ｄ及び１２Ｗと１点で交差し、また、２本の第２のマーク片１２Ｍ及び１２Ｎと１点で交差している。しかし、本実施形態においても、基板アライメントマークを構成するマーク片同士の交差点の数は、第１実施形態と同一である。よって、第１実施形態と同様のアライメント方法により、同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２実施形態に係る基板アライメントマークについて説明する。図１１（ａ）は本発明の第２実施形態に係る基板アライメントマークを示す図、図１１（ｂ）は基板アライメントマークをマイクロレンズアレイと共に示す図である。図１１（ａ）に示すように、本実施形態に係る基板アライメントマーク１３は、第１実施形態の基板アライメントマーク１１において、アライメント中心１３０側にこのアライメント中心を共通の中心とする８角形の辺上に連なって配置された線状のマーク片１３ｄ乃至１３ｋを有している。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

このように、アライメント中心１３０を共通の中心とするマーク片１３ｄ乃至１３ｋを設けることにより、第１実施形態で上記した場合に加えて、図１１（ｂ）に示すように、アライメント中心１３０側のマーク片１３ｄ，１３ｅの交差点及び外側のマーク片１３Ｄ，１３Ｅの交差点の双方が、１個の６角視野絞り３１の開口をとおしてマスク２上に結像される場合が生じる。この場合には、交差点同士の延長線上に所定距離だけ離隔した位置が基板アライメントマーク１３のアライメント中心１３０として検出される。そして、この検出されたアライメント中心１３０の位置を指標として、基板１及びマスク２のアライメントを行うことができる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態においても、基板アライメントマークは、第１実施形態と同様の変形が可能である。例えば、第２実施形態に係る基板アライメントマーク１３において、アライメント中心１３０を取り囲むように形成されたマーク片１３Ｄ乃至１３Ｋ，１３ｄ乃至１３ｋが２分割され、中央に隙間が形成されていてもよく、図１２に示すような基板アライメントマーク１４を使用することができる。

なお、図１１（ｂ）に示すように、このアライメントマーク１３は、線対称の多角形形状の図形からなり、多角視野絞りの開口部を構成するいずれかの縁辺と平行にならないように配置された多角形形状部と、前記多角形形状部の中心から、前記多角形形状部を横断する少なくとも６本の放射線からなる放射線部と、を有し、前記多角形形状部及び前記放射線部の全体が、前記レンズの大きさより大きく、４個の隣接するレンズの全体の大きさより小さいものである。従って、前述のごとく、アライメントマーク１３の線分を、多角視野絞り３１の縁辺と区別することができ、更に、いずれかの線分が多角視野絞り３１の中に存在するので、アライメントマーク１３の中心を精度良く検出することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る基板アライメントマークについて説明する。図１３（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る基板アライメントマークを示す図である。図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係る基板アライメントマーク１５は、第２実施形態の基板アライメントマーク１３において、アライメント中心１３０側のマーク片と、外側に配置されたマーク片とは、線の太さが異なっている。よって本実施形態においては、アライメント中心１３０側の線状マークと外側のマーク片との識別が容易である。その他の構成及び効果は第１及び第２実施形態と同様である。

なお、本実施形態においても、基板アライメントマーク１５は、第１及び第２実施形態と同様の変形が可能である。例えば、第３実施形態に係る基板アライメントマーク１５において、アライメント中心を取り囲むように形成された線状のマークが２分割され、中央に隙間が形成されていてもよく、図１３（ｂ）に示すような基板アライメントマーク１６を使用することができる。

上記第１乃至第３実施形態においては、基板アライメントマークの正立等倍像をマスク上に結像させる場合について説明したが、マスクアライメントマークの正立等倍像を基板上に結像させる場合においても、マスクアライメントマークを、アライメント中心から放射状に延びる第１群のマーク片と、アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる第２群のマーク片とにより構成し、これらのマーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの多角視野絞りの中に存在するように６角視野絞り及びマーク片の位置が決められていれば、第１乃至第３実施形態と同様の効果が得られる。

次に、本発明の第４実施形態に係る露光装置について説明する。図１４（ａ）は本発明の第４実施形態に係る基板及びマスクのアライメント方法を示す図、（ｂ）は基板上に結像されるマスクアライメントマークを示す図である。図１４（ａ）に示すように、本実施形態においては、アライメント光源５及びカメラ６は、基板１の下方に配置されており、基板の下方からアライメント用の光を照射する。また、基板アライメントマーク１ｂが枠状をなし、マスクアライメントマーク２Ｂは、図１４（ｂ）に示すように、第１実施形態における基板アライメントマーク１１と同様の形状で設けられている。本実施形態においては、露光対象の基板１は、例えばＰＩ（ポリイミド）及びＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）等の光透過性の材料からなり、アライメント用の光は、基板１を透過して、マスク２に照射される。即ち、本実施形態においては、基板１が光透過性の材料からなる場合において、アライメント光の照射方向並びに基板１及びマスク２の各アライメントマーク１ｂ，２Ｂの形状が第１実施形態と異なり、その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態のように、アライメント光を基板の下方から照射する場合においても、第１実施形態と同様のアライメント方法により、高精度のアライメントを実現できる。

１：基板、２：マスク、３：マイクロレンズアレイ、４：マイクロレンズ、５：アライメント光源、１ａ，１ｂ，１１，１２，１３，１４，１５：基板アライメントマーク、２ａ，２Ｂ：マスクアライメントマーク、６，２０：カメラ、２１，２３：レンズ、２２：反射鏡、３−１〜３−４：単位マイクロレンズアレイ、３１：６角視野絞り、３２：開口絞り、３１ａ〜３１ｆ：辺、４１，４４，４７：ビームスプリッタ、４２，４３：ミラー、４５，４６，４８，４９：レンズ、９：制御装置

Claims (10)

1. 複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されたマイクロレンズアレイを、露光対象の基板と、この基板に露光するパターンが設けられたマスクとの間に配置して、前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせする際に使用されるアライメントマークであって、
   前記基板又は前記マスクに形成され、
   前記マイクロレンズアレイの多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片を有し、前記マーク片はアライメント中心から放射状に延びる複数個の第１群のマーク片と、前記アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２群のマーク片とからなり、前記マーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの前記多角視野絞りの中に存在するように、前記多角視野絞り及び前記マーク片の位置が決められていることを特徴とするアライメントマーク。
2. 前記第２群のマーク片は、前記アライメント中心を共通の中心とする異なる大きさの複数個の多角形の辺上に連なって配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアライメントマーク。
3. 前記第２群のマーク片は、前記アライメント中心を共通の中心とする異なる大きさの複数個の多角形の辺上に、前記多角形の角部を含むようにして、断続的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアライメントマーク。
4. 前記第２群のマーク片は、異なる多角形上に位置するものの太さが、相違することを特徴とする請求項２又は３に記載のアライメントマーク。
5. 露光装置に供される基板又はマスクに、それらの位置調整のために形成され、線対称の多角形形状の図形からなるアライメントマークであって、
   前記基板と前記マスクとの間にマトリクス状に配置された複数個のレンズの夫々多角視野絞りの開口部を構成するいずれかの縁辺と平行にならないように配置された多角形形状部と、
   前記多角形形状部の中心から、前記多角形形状部を横断する少なくとも６本の放射線からなる放射線部と、
   を有し、
   前記多角形形状部及び前記放射線部の全体が、前記レンズの大きさより大きく、４個の隣接するレンズの全体の大きさより小さいことを特徴とするアライメントマーク。
6. 複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成され相互に積層された複数枚の単位マイクロレンズアレイと、この単位マイクロレンズアレイ間の反転結像位置に配置され多角形の開口を有する多角視野絞りと、前記単位マイクロレンズアレイ間の露光光の最大拡大部の少なくとも一部に配置され円形の開口を有し各マイクロレンズの開口数を規定する開口絞りと、を有するマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイを挟んで露光対象の基板と対向するように配置され、前記基板に露光するパターンが設けられたマスクと、
   前記基板と前記マスクとを位置合わせするために、前記基板に設けられた基板アライメントマーク及び前記マスクに設けられたマスクアライメントマークを検出するカメラと、
   このカメラにより検出される前記基板アライメントマークと前記マスクアライメントマークとが一致するように、前記マスク及び／又は前記基板の位置を調節する制御装置と、
   を有し、
   前記基板アライメントマークは、
   前記多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片を有し、前記マーク片はアライメント中心から放射状に延びる複数個の第１群のマーク片と、前記アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２群のマーク片とからなり、前記マーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの前記多角視野絞りの中に存在するように、前記多角視野絞り及び前記マーク片の位置が決められており、
   前記基板アライメントマーク及び前記マスクアライメントマークに前記マスク側からアライメント用の光を同時に照射し、前記基板アライメントマークから反射した光を前記マイクロレンズアレイにより前記マスク上に正立等倍像として結像させ、前記マスクアライメントマークから反射した反射光及び前記マスク上に結像した前記基板アライメントマークの正立等倍像を検出して前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせすることを特徴とする露光装置。
7. 複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成され相互に積層された複数枚の単位マイクロレンズアレイと、この単位マイクロレンズアレイ間の反転結像位置に配置され多角形の開口を有する多角視野絞りと、前記単位マイクロレンズアレイ間の露光光の最大拡大部の少なくとも一部に配置され円形の開口を有し各マイクロレンズの開口数を規定する開口絞りと、を有するマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイを挟んで露光対象の基板と対向するように配置され、前記基板に露光するパターンが設けられたマスクと、
   前記基板と前記マスクとを位置合わせするために、前記基板に設けられた基板アライメントマーク及び前記マスクに設けられたマスクアライメントマークを検出するカメラと、
   このカメラにより検出される前記基板アライメントマークと前記マスクアライメントマークとが一致するように、前記マスク及び／又は前記基板の位置を調節する制御装置と、
   を有し、
   前記マスクアライメントマークは、
   前記多角視野絞りの開口の全ての辺に対して夫々傾斜する方向に延びる複数本の線状のマーク片を有し、前記マーク片はアライメント中心から放射状に延びる複数個の第１群のマーク片と、前記アライメント中心を中心とする多角形の辺上に延びる複数個の第２群のマーク片とからなり、前記マーク片のうち、複数個のマーク片がいずれかの前記多角視野絞りの中に存在するように、前記多角視野絞り及び前記マーク片の位置が決められており、
   前記基板アライメントマーク及び前記マスクアライメントマークに前記基板側からアライメント用の光を同時に照射し、前記マスクアライメントマークから反射した光を前記マイクロレンズアレイにより前記基板上に正立等倍像として結像させ、前記基板アライメントマークから反射した反射光及び前記基板上に結像した前記マスクアライメントマークの正立等倍像を検出して前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせすることを特徴とする露光装置。
8. 前記第２群のマーク片は、前記アライメント中心を共通の中心とする異なる大きさの複数個の多角形の辺上に連なって配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の露光装置。
9. 前記第２群のマーク片は、前記アライメント中心を共通の中心とする異なる大きさの複数個の多角形の辺上に、前記多角形の角部を含むようにして、断続的に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の露光装置。
10. 前記第２群のマーク片は、異なる多角形上に位置するものの太さが、相違することを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。

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