JPH04195053A - プロキシミティ露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体、液晶素子等の電子デバイス製造工程
において、マスクと基板のパターンの相対長さの差であ
るピッチ誤差の補正を可能とするプロキシミティ露光装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置におけるピッチ誤差の補正方法は、特開昭６
３−２８５９３１号に記載のように、マスク側の２個の
位置合わせマークの距離と、これらに対応する基板側の
２個の位置合わせマーク間の距離との差を検出して、こ
の差に応じてマスクを保持している枠に外力を加えて枠
と共にマスクを伸縮させることにより補正を行なう、あ
るいは特開昭６２−１２２１２８号に記載のように、マ
スクと基板に異なる温度の気体を流すことにより、マス
クと基板の温度をコントロールしてピッチ誤差を補正す
るとなっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

液晶、プリント基板等の電子デバイス製品は大型化が進
むと同時に、高精度化も要求されてきた。

露光工程においては、マスク及び基板が温度変化等の影
響を受けて伸縮するが、一般にマスクと基板ノ熱膨張率
が異なっているため温度変化があると伸縮量が異なり、
同一長さのパターンであってモ差が生じ、精度良くマス
クと基板の位置合わせを行なえない。このパターン寸法
の差がピッチ誤差である。ピッチ誤差は製品が大きい程
、影響も大きくなり、例えばサイズ５００ｍｍ、熱膨張
率８．５×１０−’／’Ｃの基板において、温度変化が
２℃あると８．５μｍ伸縮する。従って、マスクと基板
の位置合わせ精度が±２μｍの場合には、上記ピッチ誤
差だけで許容値を超えてしまう。このピッチ誤差を補正
しないで露光を行なうと、基板に転写されたマ。

スフパターンは前工程で転写されたパターンに、対して
位置ずれを生じ、ひいては製品性能及び歩留まり低下に
つながる。本発明の目的は、マスク、基板の伸縮等によ
って生じるピッチ誤差を補正するプロキシミティ露光装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、露光照明光の照射
角を拡げであるいは狭めて設定し、マスクと基板の２個
所以上の場所にパターンを設け、これを検出してピッチ
誤差を演算し、演算結果を基にマスクと基板間の間隙を
適正な量に制御することによりマスクパターンを拡大あ
るいは縮小して基板に転写させ誤差を補正するものであ
る。

また、マスクと基板の間隙を一定に設定し、マスクパタ
ーンを拡げるように、あるいは狭めるように露光照明光
の照射角を制御することにより、マスクパターンを拡大
あるいは縮小して基板に転写させ誤差を補正するもので
ある。

〔作用〕

マスクと基板を近接させて露光するプロキシミティ露光
方式において、第１１図（ａ）に示す通り、露光照明光
１１をマスク１に対して拡げて照射するとマスクパター
ン２は基板４上に拡大して転写でき、（ｂ）に示す通り
露光照明光１１をマスク１に対して狭めるとマスクパタ
ーン２は基板４上に縮小して転写することができる。ま
た、転写されるパターンの拡大あるいは縮小の割合はマ
スク１と基板４間の間隙量２によって求まる。従って、
露光照明光をある角度で拡げた場合、マスクと基板上に
相対するパターンの位置を検出してピッチ誤差を演算し
、マスクパターンに対して基板パターンが大きければマ
スクと基板間の間隙を広げてマスクパターンを大きめに
基板上に転写し、逆に基板パターンが小さければ間隙を
狭めてマスクパターンを転写すればピッチ誤差を補正す
ることができる。また、間隙を一定に設定する場合にお
いて、マスクパターンに対して基板パターンが大きくな
れば露光照明光をマスクに対して拡げる角度に設定し、
逆に基板パターンが小さければ露光照明光をマスクに対
して狭める角度に設定し、マスクパターンを転写すれば
ピッチ誤差を補正できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図に本発明の一実施例であるマスクと基板上のパタ
ーンの相対長さ誤差による位置合わせ不良の補正を可能
にするプロキシミティ露光装置の概略構成を示す。まず
、マスクホルダ３に保持されているマスク１と基板チャ
ック６に吸着されている基板４を標準間隙に設定し、マ
スクパターン面に描画されている一対のアライメントマ
ーク２と基板に転写されている一対のアライメントマー
ク５の相対位置を検出光学系７及び検出素子８を用いて
検出する。このマスク１及び基板４のアライメントマー
ク２，５の相対位置関係より、マスク１と基板４が伸縮
したため生じるピッチ誤差量を演算装置９を用いて求め
る。次に、ピッチ誤差量を補正するために、露光照明系
１０より出射される露光照明光１１の角度を予めθ傾け
ておき、誤差量を補正する間隙２を演算装置９により求
め、制御装置１２にてその結果をフィードバックして基
板チャック上下機構１３を駆動させて適正な間隙に設定
する。尚、本図例は、露光照明光１１の照射角を拡げた
例であり、狭めても同様に可能である。

ピッチ誤差の検出は、マスク１と基板４の位置合わせと
同時に行ない、マスク１及び基板４の両側に配置したア
ライメントマーク２，５の相対位置関係により算出する
。マスク１には第２区（ａ）に示す井桁アライメントマ
ーク２、基板４には（ｂ）に示す十字アライメントマー
ク５をそれぞれ一対ずつ配置しておき、マスクパターン
を基板上に露光した時に（Ｃ）に示す通り井桁アライメ
ントマーク２の中央に十字アライメントマーク５が転写
されるように構成したものである。

この位置合わせについて第３図を用いて説明する。（ａ
）に示す通り、最初の露光によってマスク１に描画され
ているパターンを基板４に転写するとき、マスク１のア
ライメントマーク２が基板４に転写されて２回目以降の
重ね合わせ露光におけるマスク１と基板４の位置合わせ
に用いるアライメントマーク５となる。ここで、マスク
１に描画されている一対のアライメントマーク２の間隔
Ｌｍに対して、基板４に転写されたアライメントマーク
５の間隔Ｌ　ｓは露光照明光１１の傾きＯとマスク１と
基板４間の間隙Ｚの影響を受けて幾何学的に２２ｔａｎ
　ｅ長くなる。（ｂ）に重ね合わせ露光時においてマス
ク１と基板４の位置がピッチ誤差ゼロで合わせられてい
る場合の例を示す。このとき、露光照明光１１はマスク
１に対して垂直よりθ傾いているが、検出光学系７の光
軸はマスク１に対して垂直である。このため、露光照明
光１１と検出光学系７の光軸が角度θずれ、ピッチ誤差
ゼロの状態において、マスク１のアライメントマーク２
の間隔Ｌｍと基板４のアライメントマーク５の間隔Ｌｓ
の関係式は（１）式のようになる。

廓＝Ｌｍ＋２２ｔａｎθ　　　　　（１）式この（１）
式はマスク１のアライメントマーク２の間隔Ｌｍと、露
光照明光１１の傾きθ及びマスク１と基板４間の間隙Ｚ
に応じて、マスクパターン２の寸法が拡大されて基板４
に転写される量２　Ｚｔａｎθの和が基板４のアライメ
ントマーク２の間隔Ｌｓになることを示している。この
位置関係を検出光学系７及び検出素子８を用いて検出し
たときの画像を（Ｃ）に示す。検出した画像よりピッチ
誤差量△Ｘを求めるには、マスク１のアライメントマー
ク２の間隔Ｌ　ｒｎと基板４のアライメントマーク５の
間隔Ｌｓを検出し、（２）式により求まる。

ΔＸ＝Ｌｓ−（Ｌｍ＋２Ｚｔａｎθ）（２）式但し、検
出光学系７の光軸が露光照明光１１と同様マスク１に対
して垂直よりＯ傾き平行である場合は、マスク１と基板
４のアライメントマーク２゜５の間隔Ｌｍ、Ｌｓは等し
くなる。

ピッチ誤差△Ｘの補正方法について第４図を用いて説明
する。（ａ）はピッチ誤差ΔＸ−〇の例であり、このと
きマスクｌ及び基板４のアライメントマーク２，５を検
出光学系７、検出素子８を用いて画像で観察すると第３
図（ｃ）と同様になる。

（ｂ）はピッチ誤差△Ｘ＝−Ａ　（但し、Ａは正の数で
ある）の場合の補正方法である。この場合、アライメン
トマーク２，５を検出系を用いて画像で観察すると図に
示すように、基板４のアライメントマーク５の間隔が（
ａ）の場合に対し相対的に短くなる。この補正手段はマ
スク１と基板４間の間隙Ｚを狭くし、マスクパターン２
を基板４に拡大して転写する割合を小さくすることであ
り、その間隙量Ｚは（３）式により求まる。

Ｚ・（Ｌｓ−Ｌｍ−ΔＸ）／２ｔａｎθ　　　　　（３
）式（Ｃ）はピッチ誤差△Ｘ＝Ａ　（但し、Ａは正の数
である）の場合であり、アライメントマーク２゜５を検
出系を用いて画像で観察すると図に示すように、基板４
のアライメントマーク５の間隔が（ａ）の場合に対し相
対的に長くなる。この補正手段はマスク１と基板４間の
間隙を広くし、マスクパターン２を基板４に拡大して転
写する割合を大きくすることであり、その間隙量２は先
に示した（３）式により求まる。

次に、ピッチ誤差の補正量と間隙の関係を第５図に示す
。ここで、ａは露光照明光１１の傾きθ＝２°、ｂはθ
＝５°の場合の例であり、共に標準間隙を５０μｍとし
このとき補正量をゼロとした。

このピッチ誤差の補正量と間隙の関係は正比例し、例え
ば、θ＝２°の場合は間隙を１０μｍ変えるとピッチ誤
差を０．７０μｍ補正でき、ｅ＝５°の場合は１．７５
μｍ補正できる。この関係を利用して補正量に応じてマ
スク１と基板４間の間隙を基板チャック上下機構１３を
用いて適正な量に設定することによりピッチ誤差の補正
を行なう。

以上の構成において本発明の一実施例の概略構成を示す
第１図及びピッチ誤差の補正手順を示す第６図を用いて
、ピッチ誤差の補正方法について総括的に説明する。ま
ず、露光装置に基板４を搬入して基板チャック６に吸着
し、基板チャック６を基板チャック上下機構１３を用い
て上下に動作させてマスク１と基板４間の間隙を標準値
に設定する。次に、マスクｌ及び基板４の一対のアライ
メントマーク２，５のピッチを検出光学系７及び検出素
子８を用いて検出し、ピッチ誤差量を演算装置９により
算出する。この誤差量が補正可能である量であるかどう
かを演算装置９により判断し、許容値外の基板は補正不
可能であるため排出する。

許容値内の基板については、補正を行なう適正なマスク
１と基板４間の間隙量を、演算装置９を用いてピッチ誤
差及び露光照明光１１の傾きθを（３）式に代入して算
出し、基板チャック上下機構１３を用いて基板チャック
６を上下に移動させて求めた間隙に制御する。以上でピ
ッチ誤差補正の準備は終了であり、実際に露光照明系よ
り出射する露光照明光１１を用いて露光することにより
、ピッチ誤差は補正されて基板４にマスクパターンが転
写される。尚、このピッチ誤差の補正は、基板毎あるい
はロット毎に行なうかどうかは状況に応じて決定すれば
良い。

次に、マスク１と基板４の間隙を一定にして、ピッチ誤
差に応じて露光照明光の傾きを制御することによりピッ
チ誤差を補正する方法について第７図を用いて説明する
。まず、マスク１をマスクホルダ３に保持し基板４を基
板チャック６に吸着させ、基板チャック上下機構１３に
よりマスク１と基板４間を標準間隙に制御する。そして
、マスク１に描画されているアライメントマーク２と基
板４に転写されているアライメントマーク５の相対位置
関係を検出光学系７及び検出素子８で検出し、演算装置
９によりピッチ誤差量を求め、標準間隙のときにピッチ
誤差を補正する露光照明光１１の傾きθを幾何学的に求
まる（４）式を用いて演算装置９により算出する。

θ＝ｊａｎ−’（ΔＸ／２Ｚ）　　　　　　（４）式θ
：露光照明光の傾き、ΔＸ：Ｘ：ピッチ誤差量：マスク
と基板間の間隙 求めた露光照明光１１の角度に設定する手段としては、
露光照明系１０に内蔵されているコリメーターレンズ１
４を光軸方向に移動させることにより任意の露光照明光
１１の傾きが得られる。移動させる手段としては、演算
装置９により求めた移動量を制御装置１２を用いてコリ
メータレンズ上下機構１６に送信し、コリメータレンズ
１４を保持しているコリメータレンズホルダ１５を移動
させればよい。

次に、コリメータレンズ１４の上下移動により、露光照
明光の照射光の傾きθが変化する作用について第８図を
用いて説明する。まず、マスク１に描画されているアラ
イメントマーク２と基板４に転写されているアライメン
トマーク５の相対位置を検出した時、（ａ）のようにピ
ッチ誤差量△Ｘ＝０の場合は、露光照明光１１の傾きθ
＝０°でよく、コリメータレンズＩ４は正規の位置に設
定する。（ｂ）のようにピッチ誤差量△Ｘ＝Ａ　（但し
、Ａは正の数である）の場合は、コリメータレンズ１４
を正規の位置より光源１７側に移動することにより、露
光照明光１１の傾きＯを誤差を補正する方向に傾けるこ
とができる。また、（Ｃ）のようにピッチ誤差量△Ｘ＝
−Ａ　（但し、Ａは正の数である）の場合は、コリメー
タレンズ１４を正規の位置よりマスク１の側に移動する
ことにより、露光照明光１１の傾きＯを誤差を補正する
方向に傾けることができる。以上のようにマスク１と基
板４間の間隙を一定にして、ピッチ誤差に応じてコリメ
ータレンズ１４を上下に移動することにより、露光照明
光１１の傾きθを誤差を補正する値に制御することがで
きる。

次に、コリメータレンズ移動方式以外にマスク１と基板
４間の間隙を一定にしてピッチ誤差に応じて露光照明光
１１の傾きＯを制御してピッチ誤差を補正する方法につ
いて第９図を用いて説明する。

まず、マスク１をマスクホルダ３に保持し基板４を基板
チャック６に吸着させ、基板チャック上下機構１３によ
りマスク１と基板４間を標準間隙に設定する。そして、
マスクに描画されているアライメントマーク２と基板４
に転写されているアライメントマーク５の相対位置関係
を検出光学系７及び検出素子８で検出し、演算装置９を
用いてピッチ誤差量を求め、標準間隙のときにピッチ誤
差を補正する露光照明光１１の傾きＯを演算装置９を用
いて算出する。尚、露光照明光１１の傾きＯの算出式は
、（４）式と同じである。求めた露光照明光１１の傾き
Ｏに設定する手段としては露光照明糸１０に内蔵されて
いるインテグレータ１８を移動させることにより、任意
の露光照明光１１の傾きＯが得られる。移動させる手段
としては、制置装置１２により求めた移動量を制御装置
１２を用いてインテグレータ上下機構２０に送信し、イ
ンテグレータ１８を保持しているインテグレータホルダ
１９を移動させればよい。尚、第９図に記入している光
線は、インテグレータ１８の中央部から出射した露光照
明光１１のみを示している。

次に、インテグレータ１８の上下移動により、露光照明
光１１の傾きＯが変化する作用について第１０図を用い
て説明する。まず、マスク１に描画されているアライメ
ントマーク２と基板４に転写されているアライメントマ
ーク５の相対位置を検出した時、（ａ）のようにピッチ
誤差量△ｘ−ｏの場合は、露光照明光１１の傾きｅ＝ｏ
”でよく、インチブレ〜り１８は正規の位置に設定する
。（ｂ）のようにピッチ誤差量△Ｘ＝Ａ　（但し、Ａは
正の数である）の場合は、インテグレータ１８を正規の
位置よりコリメータレンズ１４側に移動することにより
、露光照明光１１の傾きθを誤差を補正する方向に傾け
ることができる。また、（Ｃ）のようにピッチ誤差量△
Ｘ＝−Ａ（但し、Ａは正の数である）の場合は、インテ
グレータ１８を正規の位置より光源１７側に移動するこ
とにより、露光照明光１１の傾き０を誤差を補正する方
向に傾けることができる。以上のようにマスク１と基板
４間の間隙を一定にして、ピッチ誤差に応じてインテグ
レータ１８を上下に移動することにより、露光照明光１
１の傾き０を誤差量を補正する値に制御することができ
る。

以上説明したように、重ね合わせ露光工程においては温
度変化等に起因してマスク及び基板が伸縮し、それぞれ
のパターンの相対長さの差であるピッチ誤差が生じ、マ
スクと基板の位置合わせ不良の原因となる。そこで、こ
の誤差の補正方法として露光照明光を傾けて、補正量と
露光照明光の傾きにより決定される適正なマスクと基板
間の間隙に設定し、露光を行なうことによりピッチ誤差
の補正を簡単に行なうこと及び、マスクと基板間の間隙
を一定にして、露光照明光の傾きを補正量に応じて適正
な値に傾けて露光することにより、ピッチ誤差の補正を
行なうことが本発明である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マスクと基板を近
接させて露光を行なうプロキシミティ露光方法において
、温度変化等の要因によりマスク及び基板の伸縮によっ
て生じるピッチ誤差の補正を行なうことができ、高精度
なマスクと基板の位置合わせが可能となる。これにより
、ピッチ誤差に起因した不良基板の減少による歩留まり
向上及び、製品性能の高精度化を図ることができる。

また、液晶製品、プリント基板等の大面積化に伴い、マ
スク及び基板も大面積に移行しつつあるが、露光工程に
おいてはマスク及び基板の伸縮によるピッチ誤差が面積
に比例して大きくなるため、さらにピッチ誤差の補正が
必要になってくる。この課題に対しても本発明によれば
、露光照明光の角度を適正な値だけ傾はマスクと基板間
の間隙を適正な量に制御することにより、ＷＪ革な構成
で大幅にピッチ誤差を補正することができ、マスク及び
基板の大面積化の実現に向けて有効な技術となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による露光装置の一実施例を示す全体構
成図、第２図は第１図においてマスクと基板に形成され
ているアライメントマークの概略図、第３図はピッチ誤
差がゼロの状態におけるマスクと基板のアライメントマ
ークの位置関係を示した図、第４図は露光照明光を傾け
てマスクと基板の間隙を適正な量に制御を行ないピッチ
誤差を補正する方法を説明するための図、第５図は露光
照明光の傾きθ＝２，５°の場合におけるピッチ誤差の
補正量と間隙の関係図、第６図はピッチ誤差の補正手順
を示す図、第７図はマスクと基板間の間隙を一定にし露
光照明光の傾きを適正な値に制御してピッチ誤差を補正
する方法の一実施例の全体構成図、第８図は第７図にお
いて露光照明光の傾きを変化させる手段を示した図、第
９図はマスクと基板間の間隙を一定にし露光照明光の傾
きを適正な値に制御してピッチ誤差を補正する方法の一
実施例の全体構成図、第１０図は第９図において露光照
明光の傾きを変化させる手段を示した図、第１１図は露
光照明光を拡げたり狭めたりすることにより基板に転写
されるマスクパターンが及ぼされる作用を示した図であ
る。 符号の説明 １・・・マスク ２．５・・・アライメントマーク ４・・・基板　　　　　　　６・・・基板チャック７・
・・検出光学系　　　　９・・・演算装置１０・・・露
光照明系　　　　１１・・・中心光線Ｉ２・・・制御装
置 １３・・・基板チャック上下機構 粥１図 弊２区 〒ｊ図 凭５図 間辣（ｐｙｎ） 閉６医 ￥５７図 〒３図 １乙　　　　　　　　　　　　　　１０第８ス １７一イ石≦体ロ ア／へ 月ヘーブ　１８１． ４１０図 一ζ９７− （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回路パターンを形成したマスクと基板を近接させて
   、マスクパターンを基板上に転写させるプロキシミティ
   露光装置において、露光照明光のマスクへの照射角を任
   意の角度に設定できる露光照明系と、マスクと基板間の
   間隙を任意に設定できる機構と、マスク及び基板がそれ
   ぞれ形成しているパターンの２個所以上の位置を検出で
   きる検出系と、前記パターン位置検出結果からマスクと
   基板の相対するパターンの長さの差を算出する演算装置
   と、マスクと基板間の間隙を任意に制御する制御装置で
   構成し、マスクと基板に形成されたパターンの相対する
   パターンの長さの差を基に間隙を制御した後、マスクパ
   ターンを基板上に転写することを特徴するプロキシミテ
   ィ露光装置。 ２、上記露光照明光のマスクへの照射角を、マスクに対
   して拡げるように、または狭めるように設定したことを
   特徴とする請求項第１項記載のプロキシミティ露光装置
   。 ３、露光照明光の照射角を一定にし、マスクと基板の相
   対するパターンの長さの差を、マスクと基板の間隙の関
   数として補正量を算出することを特徴とする請求項第１
   項のプロキシミティ露光装置。 ４、マスクと基板の間隙を一定に設定し、マスクと基板
   の相対するパターンの差を算出した結果を基に、露光照
   明光のマスクへの照射角を制御することを特徴とする請
   求項第１項のプロキシミティ露光装置。 ５、露光照明光のマスクへの照射角をマスクに対して拡
   がるように、または垂直に、または狭めるように制御す
   ることを特徴とする請求項第４項のプロキシミティ露光
   装置。 ６、露光照明系の内部に構成したコリメータレンズまた
   はインテグレータ、あるいは双方を光軸方向に移動する
   ことにより、露光照明光のマスクへの照射角を任意に変
   えることを特徴とする請求項第４項又は第５項のプロキ
   シミティ露光装置。