WO2012160928A1 - 露光装置のアライメント装置 - Google Patents

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WO2012160928A1
WO2012160928A1 PCT/JP2012/060942 JP2012060942W WO2012160928A1 WO 2012160928 A1 WO2012160928 A1 WO 2012160928A1 JP 2012060942 W JP2012060942 W JP 2012060942W WO 2012160928 A1 WO2012160928 A1 WO 2012160928A1
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light
wavelength light
mask
substrate
alignment
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PCT/JP2012/060942
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Inventor
和重 橋本
敏成 新井
畑中　誠
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株式会社ブイ・テクノロジー
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/38—Masks having auxiliary features, e.g. special coatings or marks for alignment or testing; Preparation thereof
    • G03F1/42—Alignment or registration features, e.g. alignment marks on the mask substrates
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7038—Alignment for proximity or contact printer
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

Definitions

  • the present invention relates to an alignment apparatus for aligning a substrate and a mask in an exposure apparatus using a microlens array.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an exposure apparatus using a microlens array.
  • a mask 2 on which a pattern to be exposed on the substrate 1 is formed is disposed above the substrate 1 to be exposed with an appropriate distance from the substrate 1.
  • a microlens array 3 in which microlenses 4 are two-dimensionally arranged is disposed between the substrate 1 and the mask 2, and exposure light is irradiated from above the mask 2 to the mask 2. 2 is projected onto the substrate 1 by the microlens array 3, and the pattern formed on the mask 2 is transferred by the microlens array 3 as an erecting equal-magnification image to a resist or the like on the substrate surface. .
  • the microlens array 3 and the exposure light source and optical system above the microlens array 3 are usually fixedly arranged, and exposure is performed by moving the mask 2 and the substrate 1 integrally in a direction perpendicular to the paper surface. Light scans the substrate 1.
  • the alignment marks 5 and 6 are provided on the upper surface of the substrate 1 and the lower surface of the mask 2, respectively, and these alignment marks 5 and 6 are used as indices. It is necessary to synchronize the substrate 1 and the mask 2.
  • the alignment marks 5 and 6 are set to the same camera. Must be observed simultaneously. That is, if the alignment marks 5 and 6 are observed separately with different cameras, the relative positions of the alignment marks 5 and 6 cannot be guaranteed.
  • the mask and the substrate are close to each other at approximately 200 ⁇ m, and this distance is within the focal depth of the camera, so that the mask alignment mark and the substrate alignment mark can be observed simultaneously with the camera. It is.
  • the microlens array 3 since the microlens array 3 needs to be interposed between the substrate 1 and the mask 2, the distance between the substrate 1 and the mask 2, that is, alignment.
  • An interval G between the marks 5 and 6 is about 5 mm. This interval of 5 mm cannot be observed simultaneously with a normal camera lens system.
  • an optical path difference is provided between the reflected light from the alignment mark 5 on the substrate 1 and the reflected light from the alignment mark 6 on the mask 2 to align the alignment mark 5 on the substrate 1 and the mask 2. It is also conceivable to correct the focus difference from the mark 6.
  • the gap G between the substrate 1 and the mask 2 is about 5 mm.
  • the light from the light source 20 is converged by the lens 21, reflected by the reflecting mirror 22, and incident on the beam splitter 17 through the lens 23.
  • the light from the beam splitter 17 enters the mask 2 via the lenses 18 and 19, is reflected by the alignment mark 6 of the mask 2, enters the substrate 1, and is reflected by the alignment mark 5 of the substrate 1. .
  • the light reflected by these alignment marks 5 and 6 is directed to the beam splitter 17, passes through the beam splitter 17, and then enters the beam splitter 14 through the lenses 16 and 15.
  • the reflected light from the alignment marks 5 and 6 is separated into light directed to the beam splitter 11 and light directed to the mirror 13 by the beam splitter 14, and the light directed to the mirror 13 is transmitted to the beam splitter 11 by the mirror 12. Head.
  • the beam splitter 11 transmits the light from the beam splitter 14 as it is, and the light from the mirror 12 is reflected toward the camera 10. In this way, the light that has passed through the mirrors 13 and 12 from the beam splitter 14 and the light that has reached directly from the beam splitter 14 are detected by the camera 10. At this time, the total length of the optical path from the beam splitter 14 to the mirror 13, the optical path from the mirror 13 to the mirror 12, and the optical path from the mirror 12 to the beam splitter 11 is directly incident on the beam splitter 11 from the beam splitter 14. It is set to be longer by 80 mm than the length of the optical path.
  • Any of the light traveling in the optical path incident on the image is imaged on a CCD (charge coupled device) of the camera 10, and the alignment marks 5 and 6 can be simultaneously observed by the camera 10.
  • CCD charge coupled device
  • the focus difference (equivalent to 80 mm) of the patterns of the alignment marks 5 and 6 on the substrate 1 and the mask 2 can be corrected by dividing them into different optical paths.
  • the focus difference is corrected by another optical path as described above, there is a problem that the relative positions of both patterns of the alignment marks 5 and 6 are shifted when the optical axis shift occurs in each optical path. For this reason, this method reduces the alignment accuracy.
  • the alignment accuracy is lowered, the exposure pattern accuracy is also lowered, which becomes a fatal problem for the recent exposure of a high-definition liquid crystal panel.
  • An object of the present invention is to provide an alignment apparatus for an exposure apparatus that can be used.
  • An alignment apparatus of an exposure apparatus includes a first light source that emits long wavelength light, a second light source that emits short wavelength light having a shorter wavelength than the long wavelength light, and first and second of these.
  • a first optical system that collects long-wavelength light and short-wavelength light emitted from the light source in the same optical path, and irradiates the mask and the substrate perpendicularly to their surfaces with the collected light from the first optical system.
  • a filter provided in the third optical system and including at least two transmission regions that transmit the long wavelength light and at least two transmission regions that transmit the short wavelength light,
  • the filter has a transmission region for the long wavelength light and a transmission region for the short wavelength light so that the transmission regions for the long wavelength light face each other and the transmission regions for the short wavelength light face each other.
  • the third optical system forms an image of the long wavelength light and the short wavelength light transmitted through the filter on the sensor, Of the substrate and the mask, an alignment mark farther from the sensor is formed at a position corresponding to a transmission region of the long wavelength light in the filter in the field of view of the sensor, and the substrate and the mask Of the mask, the alignment mark closer to the sensor is formed at a position corresponding to the transmission region of the short wavelength light in the filter in the visual field region of the sensor.
  • the alignment apparatus of this exposure apparatus for example, with respect to the midpoint of the line segment that connects two alignment marks that have passed through two transmission regions of long wavelength light that face each other with respect to the center of the filter, and the center of the filter
  • the substrate and the mask can be aligned so that the midpoints of the line segments that connect the two alignment marks that have passed through the two transmission regions of the opposing short wavelength light coincide with each other.
  • the wavelengths of the long wavelength light and the short wavelength light are in a range of 400 to 700 nm, and a difference in focal position due to a wavelength difference between the long wavelength light and the short wavelength light is determined between the substrate and the mask. Corresponds to the interval between.
  • the long wavelength light is red light having a wavelength of 670 nm
  • the short wavelength light is blue light having a wavelength of 405 nm.
  • the collective light of these lights is irradiated to the alignment marks of the substrate and the mask through the same optical path.
  • a filter such as a camera
  • an image by blue light and an image by red light are imaged in different visual field areas of the camera sensor.
  • the alignment marks of the substrate and the mask having different distances from the camera sensor due to the focus difference due to the wavelength can be imaged simultaneously on the camera.
  • the midpoint of the line connecting the two alignment marks of the substrate imaged on the sensor is matched with the midpoint of the line connecting the two alignment marks of the substrate imaged on the sensor. If the position of the substrate and the mask is adjusted, the alignment between the substrate and the mask can be taken with high accuracy.
  • at least a line segment connecting two substrate alignment marks and a line segment connecting two mask alignment marks are used as an index of alignment between the substrate and the mask. Even if the distance between the sensor such as the camera and the substrate or the mask fluctuates and the imaging magnification of the sensor fluctuates, alignment can be achieved without being affected by the magnification fluctuation.
  • the imaging optical path is common, the relative position of the alignment pattern hardly changes even if the optical axis shift occurs, and extremely high alignment accuracy can be obtained.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the alignment apparatus of the exposure apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the optical path of this embodiment.
  • (A), (b), (c) is a figure which shows the alignment mark, filter permeation
  • (A), (b), (c) is a figure which shows the effect of this invention.
  • (A), (b), (c) is a figure which shows the comparative example of this invention. It is a figure which shows the exposure apparatus which uses a micro lens array. It is a figure which shows the alignment apparatus which provides an optical path difference and absorbs the gap between a board
  • FIG. 1 is a view showing an alignment apparatus of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a first light source 27 that emits long wavelength light and a second light source 26 that emits short wavelength light are provided, and the long wavelength light from the first light source 27 is reflected by the reflecting mirror 29.
  • the short wavelength light from the second light source 26 gathers with the long wavelength light from the first light source 27 by the beam splitter 28 toward the beam splitter 28.
  • These collective lights are converged by the lens 30, reflected by the beam splitter 24, pass through the lens 25, and then travel toward the mask 2 and the substrate 1.
  • the collective light is incident on the mask 2 and the substrate 1 perpendicularly to the surface thereof, reflected by the alignment mark 6 of the mask 2 and the alignment mark 5 of the substrate 1, and returns to the same optical path as the incident optical path.
  • the reflected light passes through the beam splitter 24, enters the camera 20 through the lenses 23 and 22 and the filter 21. Therefore, the reflecting mirror 29 and the beam splitter 28 constitute a first optical system that collects the long wavelength light and the short wavelength light emitted from the first and second light sources 27 and 26 in the same optical path, and the lens 30.
  • the beam splitter 24 and the lens 25 constitute a second optical system that irradiates the collective light from the first optical system onto the mask 2 and the substrate 1 perpendicularly to the surfaces thereof.
  • the lens 25, the beam splitter 24, and the lens 23, the lens 22 constitutes a third optical system for guiding the reflected light reflected by the mask 2 and the alignment marks 6 and 5 on the substrate 1 to the camera 20 after returning the same optical path as the second optical system.
  • this filter 21 has, for example, a rectangular shape, and its transmission region has a similar rectangular shape divided into four, and the transmission region 31 transmits long wavelength light and short wavelength light.
  • the transmission region 32 shields the short wavelength light and shields the long wavelength light.
  • the transmission region 31 is disposed at a diagonal position, and the transmission region 32 is also disposed at a diagonal position.
  • the reflected light passing through the filter 21 is a partial visual field region 1a1, among the four visual field regions of the light detection region of the CCD (charge coupled device) sensor of the camera 20. Long wavelength light is detected at 1a2, and short wavelength light is detected at the remaining partial visual field regions 2a1 and 2a2. As shown in FIG.
  • two alignment marks 5 a and 5 b are formed on the substrate 1 in the field-of-view area 1 a of the camera on the substrate 1, and the camera 2 in the mask 2 is on the mask 2.
  • Two alignment marks 6a and 6b are formed in the visual field region 2a.
  • the long wavelength light is transmitted through the transmission region 31 for long wavelength light of the filter 21 and enters the partial visual field regions 1a1 and 1a2 of the sensor of the camera 20, and among the reflected light from the mask 2, short wavelength light is The light passes through the transmission region 32 for short wavelength light of the filter 21 and enters the partial visual field regions 2a1 and 2a2 of the sensor of the camera 20.
  • the alignment marks 5a and 5b are formed in the visual field region 1a of the substrate 1 at positions corresponding to the transmission region 31 of the filter 21, in the sensor, the alignment marks 5a are respectively formed in the partial visual field regions 1a1 and 1a2. 5b forms an image.
  • the alignment marks 6a and 6b are formed in the visual field region 2a of the mask 2 at positions corresponding to the transmission region 32 of the filter 21, in the sensor, the alignment marks 6a and 6a are arranged in the partial visual field regions 2a1 and 2a2, respectively. 6b forms an image.
  • the long wavelength light has a long focal length and the short wavelength light has a short focal length
  • the long wavelength light of the reflected light from the substrate 1 having a long distance to the sensor of the camera 20 The short-wavelength light of the reflected light from the mask 2 with a short distance is simultaneously imaged on the sensor of the camera 20 within an appropriate depth of focus.
  • the visual field region 1a on the substrate 1 of the camera 20 and the visual field region 2a on the mask 2 are the same as viewed from the optical axis of the collective light.
  • the first and second light sources laser light or lamp light transmitted through an interference filter can be used.
  • the long wavelength light emitted from the first light source 27 is, for example, red light having a wavelength of 670 nm
  • the short wavelength light emitted from the second light source 26 is, for example, blue light having a wavelength of 405 nm. Therefore, in the filter 21, the transmission region 31 in the CCD visual field region (light detection region) transmits 670 nm light and reflects 405 nm light, and the remaining transmission region 32 transmits 405 nm light. It reflects 670 nm light.
  • red light having a wavelength of 670 nm is emitted from the first light source 27, and blue light having a wavelength of 405 nm is emitted from the second light source 26.
  • These lights gather at the beam splitter 28 and then travel on the same optical path to the camera 20. That is, as shown in FIG. 2, the collective light travels from the beam splitter 24 toward the mask 2 and the substrate 1 and enters the mask 2 and the substrate 1 perpendicularly to the surface thereof.
  • the reflected light of the collective light reflected by the alignment marks 6 a and 6 b of the mask 2 and the alignment marks 5 a and 5 b of the substrate 1 passes through the filter 21 through the beam splitter 24 through the same optical path as the incident light. , Enters the sensor of the camera 20.
  • the reflected light is filtered by the filter 21, and the long wavelength light (for example, the wavelength is 670 nm) that has passed through the transmission region 31 for the long wavelength light of the filter 21 in the visual field region of the camera enters the partial visual field regions 1a1 and 1a2.
  • the short-wavelength light (for example, the wavelength is 405 nm) that has entered and is transmitted through the short-wavelength light transmission region 32 of the filter 21 in the visual field region of the camera enters the partial visual field regions 2a1 and 2a2.
  • the collective light passes through the optical system composed of the same lenses 25, 23, and 22. Therefore, in the case of such the same lens, the blue light (wavelength 405 nm) has a short focal length, and the red light (wavelength 670 nm) is the focal point. The distance is long.
  • the light reflected by the alignment marks 6a and 6b of the mask 2 out of the light incident on the sensor of the camera 20 has a blue light component.
  • the light reflected by the alignment marks 5 a and 5 b of the substrate 1 farther from the camera 20 can be focused by the sensor of the camera 20, so that the red light component can be focused by the sensor of the camera 20.
  • the gap G between the substrate 1 and the mask 2 is normally about 5 mm.
  • the gap G By absorbing 5 mm, the alignment marks 5 a, 5 b, 6 a, 6 b of both the substrate 1 and the mask 2 can be focused on the sensor of the camera 20.
  • the light detection region (field region) of the camera red light is incident on the partial field regions 1a1 and 1a2, and the alignment mark 5a on the substrate 1 is detected.
  • 5b forms an image
  • blue light enters the partial visual field areas 2a1 and 2a2, and the alignment marks 6a and 6b of the mask 2 form an image.
  • the alignment between the substrate 1 and the mask 2 is performed. If it is set, the relative position between the substrate 1 and the mask 2 is controlled so that the midpoints of the alignment marks 5a and 5b coincide with the midpoints of the alignment marks 6a and 6b. Thus, alignment between the substrate 1 and the mask 2 can be achieved. In this case, since the imaging light paths of the blue light and the red light are common, even if the optical axis shift occurs, a sufficiently high alignment accuracy can be obtained if the substrate 1 and the mask 2 are aligned. be able to.
  • the imaging magnification of the sensor varies.
  • the midpoint of the two alignment marks is on the substrate. Since the position of the substrate and the mask is adjusted so that the alignment mark on the mask coincides with the alignment mark on the mask, the alignment between the substrate and the mask can be taken with high accuracy regardless of the change in magnification. That is, as shown in FIG. 4B, even if the distance between the mask 2 and the sensor fluctuates and the positions of the alignment marks 6a and 6b on the mask 2 are shifted from the case of FIG. Only the distance between the alignment marks 6a and 6b is increased, and the position of the midpoint does not change.
  • the midpoints of the alignment marks 5a and 5b coincide with the midpoints of the alignment marks 6a and 6b.
  • FIG. 4C even if the distance between the substrate 1 and the sensor fluctuates and the positions of the alignment marks 5a and 5b on the substrate 1 deviate from the case of FIG. Only the interval between the alignment marks 5a and 5b becomes small, and the position of the midpoint does not change. Therefore, as long as the substrate 1 and the mask 2 are aligned, the midpoints of the alignment marks 5a and 5b coincide with the midpoints of the alignment marks 6a and 6b.
  • this effect is achieved by detecting the alignment marks 5a and 5b on the substrate 1 and the alignment marks 6a and 6b on the mask 2 at diagonal positions, and using the respective midpoints as indices, the substrate 1 This is because the alignment with the mask 2 is taken.
  • the alignment mark 5 c on the substrate 1 and the alignment mark 6 c on the mask 2 are divided into a transmission region 31 for long wavelength light and a transmission region for short wavelength light.
  • the alignment marks 5c and 6c are detected by the sensor in two partial visual field areas 1a1 and 2a1 that are divided into left and right. Therefore, when the distance between the substrate 1 or the mask 2 and the sensor fluctuates, or when the magnification fluctuates in the peripheral region of the detection region due to aberrations of the optical system, the alignment mark 5c and the alignment mark 6c. The positional relationship with will fluctuate. Therefore, in the case of FIG. 5, the alignment between the substrate 1 and the mask 2 may vary due to other variation factors.
  • the present invention basically uses the difference in the focal length between the long wavelength light and the short wavelength light to make the difference between the substrate 1 and the mask 2 of the exposure apparatus using the microlens array 3. Absorbs a large gap G. That is, the reflected light from the substrate 1 and the mask 2 is focused on the CCD of the camera by using a double focus by the long wavelength light and the short wavelength light.
  • the focus position can be further shifted by the lens design. That is, there is an aberration in the lens, and in a general lens design, the lens is designed in the direction of taking this aberration.
  • the lens may be designed in a direction in which the lens aberration is widened.
  • the wavelengths of the long wavelength light and the short wavelength light may be usually in the range of 400 to 700 nm. In this wavelength range, it can be detected by the CCD of the camera, and the focal position difference due to the wavelength difference between the long wavelength light and the short wavelength light is set to correspond to the distance between the substrate 1 and the mask 2. be able to.
  • the alignment can be performed with high accuracy. Useful for improving technology.

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Abstract

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を、長波長光の透過領域と短波長光の透過領域とを有するフィルタを通して、カメラのセンサにて検出する。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、基板アライメントマークの反射光の中の長波長光と、マスクアライメントマークの反射光の中の短波長光とは、同時にカメラのセンサに結像し、同時に観察できる。そして、基板アライメントマークの中点と、マスクアライメントマークの中点とが一致するように、基板とマスクとのアライメントをとる。これにより、基板又はマスクとカメラ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。

Description

露光装置のアライメント装置
　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×４２＝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、前記長波長光の透過領域同士が対向し、前記短波長光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いることを特徴とする。
　この露光装置のアライメント装置において、例えば、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ができる。
　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。
　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、カメラセンサと基板又はマスクとの間隔の変動が生じたり、光路の光軸ずれが生じても、高精度でアライメントをとることができ、露光技術の向上に有益である。
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 (4)

  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、前記長波長光の透過領域同士が対向し、前記短波長光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い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又は２に記載の露光装置のアライメント装置。
  4. 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３に記載の露光装置のアライメント装置。
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