JP3152133B2 - マスクとワークの位置合わせ方法および装置 - Google Patents

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】この露光工程において、ワークとマスクの
パターンを転写する場合、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ことが
重要である。上記位置合わせは、通常、マスクおよびワ
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。

【０００４】マスクのパターンを転写する自動化された
装置としては、露光光、例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線（ｉ
線：波長３６５ｎｍ、ｈ線：波長４０５ｎｍ、ｇ線：波
長４３６ｎｍ）を用いて位置合わせを行うものと、非露
光光、例えば、ｅ線、ｄ線、ｃ線（ｅ線：波長５４６ｎ
ｍ、ｄ線：波長５８８ｎｍ、ｃ線：波長６５６ｎｍ）を
用いて位置合わせを行う投影方式の露光装置が知られて
いる。

【０００５】前者の場合、位置合わせの時にフォトレジ
ストが感光されてしまうため、図６に示すように位置合
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
きない。すなわち、同図に示すように、ワークＷ上のワ
ークアライメント・マークＷＡＭが印された領域Ａには
回路パターンを形成することができず、回路パターンを
形成できる領域は同図の斜線で示した領域Ｂとなる。

【０００６】そのため、半導体素子のように１枚のワー
クから複数個のチップを取る場合、その取れる個数が位
置合わせに使われる領域分だけ減少することになり、生
産効率が悪くなるという欠点がある。一方、後者の場
合、位置合わせの時にフォトレジストが感光されないた
め、回路パターンの領域が位置合わせ領域によって制限
されないという利点がある。

【０００７】ところが、露光光と非露光光では、光の波
長が異なっているので、マスクのパターンは同じところ
に投影されないという問題がある。図７は上記したｅ線
を用いて位置合わせを行う従来の露光装置の構成を示す
図であり、同図において、１は露光光（非露光光）照射
装置であり、１ａはランプ、１ｂは集光鏡、１ｃはシャ
ッタ、１ｄは光学フィルタ、１ｅはコンデンサレンズで
ある。

【０００８】２はマスクステージであり、マスクステー
ジ２には真空チャック等によりマスクＭが固定され、マ
スクステージ２は図示しない駆動装置によりＸ，Ｙ，
Ｚ，θ（Ｘ，Ｙ軸：マスク面に平行な平面上の直交軸、
Ｚ軸：同図の上下方向の軸、θ：Ｚ軸を中心とした回転
軸）方向に駆動される。また、マスクＭにはマスクパタ
ーンと位置合わせ用のマスク・アライメント・マークＭ
ＡＭ（以下、マスクマークという）が印されている。

【０００９】３は投影レンズ、Ｗはワークであり、ワー
クＷには位置合わせ用のワーク・アライメント・マーク
ＷＡＭ（以下ワークマークという）が印されている。５
はアライメント・ユニットであり、アライメント・ユニ
ット５はレンズ５ａ、対物レンズ５ｂ、ハーフミラー５
ｃ、ＣＣＤカメラを具備する画像センサ５ｄから構成さ
れており、ワークマークＷＡＭと、ワークＷ上に投影さ
れるマスクマークＭＡＭをハーフミラー５ｃ→対物レン
ズ５ｂ→レンズ５ａを介して画像センサ５ｄで受像し、
両者の位置を観察する。

【００１０】なお、同図ではアライメント・ユニット５
が一つしか図示されていないが、マスクマークＭＡＭと
ワークマークＷＡＭはマスクＭとワークＷ上にそれぞれ
複数（少なくとも２箇所）設けられており、アライメン
ト・ユニット５はアライメント・マークにそれぞれ対応
して設けられるので複数（少なくとも２箇所）設けられ
る。

【００１１】また、アライメント・ユニット５は、通
常、同図に示した矢印方向に退避可能に構成されてお
り、露光時、アライメント・ユニット５が露光範囲内に
入る場合にはアライメント・ユニット５を退避させる。
さらに、アライメント・ユニット５は同図のＢの位置以
外に同図のＡもしくはＣの位置に設けることもできる。
同図において、ワークＷ上に露光処理を行う際には、ま
ず、露光光（非露光光）照射装置１から非露光光である
ｅ線を照射し、アライメント・ユニット５により、ワー
クマークＷＡＭとワークＷ上に投影されるマスクマーク
ＭＡＭとを受像する（このように投影レンズを通してワ
ーク上に投影されるマスクマークＭＡＭを検出する方式
をＴＴＬ：Through The Lens方式という）。

【００１２】そして、オート・アライメントの場合に
は、図示しない制御装置がマスクマークＭＡＭとワーク
マークＷＡＭの特徴からそれぞれのマークを認識し、両
者の位置が一致するようにマスクステージ２または／お
よびワークステージ４を移動させる。また、手動アライ
メントの場合には、受像されたマスクマークＭＡＭとワ
ークマークＷＡＭを図示しないモニタ上に表示して、作
業者がモニタに見ながら両者が一致するように、マスク
ステージ２または／およびワークステージ４を移動させ
る。

【００１３】位置合わせ終了後、露光光（非露光光）照
射装置１から露光光であるｉ線を照射し、マスクパター
ンをワークＷ上に投影して露光を行う。ここで、露光光
としてｉ線を用い、非露光光としてｅ線を用いる場合に
は、両者の光の波長が異なっているので、上記位置合わ
せに際し次のような問題が生ずる。 露光波長で収差がないように設計された投影レンズ
においては、非露光波長において、マスクパターン投影
面がずれる。すなわち、同図のＩとＥに示すように、マ
スクパターンが同じ面に投影されない。 倍率の色収差により、ｅ線によるマスクパターン投
影面Ｅ上のマスクマークＭＡＭ’と、ｉ線によるマスク
パターン投影面Ｉ上のマスクマークＭＡＭの位置は一致
しない。

【００１４】すなわち、投影レンズ３とｉ線によるマス
クパターン投影面Ｉ間の距離より、投影レンズ３とｅ線
によるマスクパターン投影面Ｅ間の距離の方が大きくな
り、同図に示すように、ｅ線によるマスクパターン投影
面Ｅ上のマスクマークＭＡＭ’の間隔Ｌe は、ｉ線によ
るマスクパターン投影面Ｉ上のマスクマークＭＡＭの間
隔Ｌi より広くなる。

【００１５】また、マスクパターン投影面Ｅ上のマスク
マークＭＡＭ’の投影像の位置はアライメント・マーク
の場所によって変わる。すなわち、図８に示すように、
ワークマークと投影されたマスクマークの間隔ΔＬとΔ
Ｌ’が異なった値となる。さらに、図９に示すように、
非露光光によってできるマスクパターンは歪む。そこ
で、従来においては、投影光学系の光路に平行平面板を
挿入し、非露光光の波長に応じてその板厚を変えたり、
その傾きを調整することにより投影面のずれを補正して
いた（特公平５−４３１６８号参照）。

【００１６】上記した従来技術は光路中に平行平面板を
挿入することにより、図１０に示すようにピント位置が
ΔＳだけずれるという性質を利用して、投影レンズとワ
ーク間に平行平面板を挿入し、露光光と非露光光による
投影像のずれを補正するものである。平行平面板は、光
軸方向および光軸に垂直な方向に移動しても光学系の結
像性能に影響を与えないという性質を持っており、平行
平面板を高い位置精度で挿入する必要がなく、高速の切
り換えできるといった特徴を持っている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来技術は次のような問題点をもっている。 （１）図８に示したように、アライメント・マークの場
所によって、非露光光によるマスクマークの投影像の位
置が変わる。このため、例えば、従来例に示されるよう
に、マスクと投影レンズ間に平行平面板を挿入してその
傾きを調整して、アライメント・マークの場所による位
置ずれを補正する必要がある。

【００１８】通常、ワークは８回程度露光するので、ア
ライメント・マークも８か所あり、その都度平行平面板
の傾きを調整しなければならず、実用上問題がある。 （２）露光用波長とアライメント用波長が変わると、ピ
ント補正量が変化するので、平行平面板を上記波長の組
み合わせに応じて用意する必要がある。前記した図１０
に示すように、平行平面板によるピント補正量をΔＳと
し、平行平面板の厚さをｄ、屈折率をＮとすると、ピン
ト補正量ΔＳは次の式で表される。

【００１９】ΔＳ＝｛（Ｎ−１）／Ｎ｝ｄ 平行平面板は、露光用波長とアライメント用波長が異な
ることにより生ずるピント誤差を補正するための挿入さ
れるものであるから、その板厚ｄは露光用波長とアライ
メント用波長に応じて定める必要がある。ここで、ピン
ト位置の波長依存性は図１１に示すようになり、同図か
ら明らかなように、波長の組み合わせが変化するとその
誤差も変化し、例えば、露光用波長が４０５ｎｍ、アラ
イメント用波長が５４６ｎｍの場合には、ピント補正量
はΔＳ1 であるのに対し、露光用波長が４３６ｎｍ、ア
ライメント用波長が５７８ｎｍの場合には、ピント補正
量はΔＳ2 となる。

【００２０】すなわち、露光用波長とアライメント用波
長の組み合わせに応じて平行平面板の板厚を変える必要
があるが、実際のプロセスでは、使用するレジストや処
理ワークの下地によって、露光用波長とアライメント用
波長の組み合わせを変えて使う場合が多い。このため、
上記した従来例のように平行平面板を用いる場合には、
露光用波長とアライメント用波長の組み合わせの数だけ
平行平面板を用意し、その組み合わせにリンクして平行
平面板を挿入する必要があり、挿入機構が複雑になると
いう問題がある。 （３）投影光学系の光路に平行平面板が光軸に対して傾
いて挿入されると、光路に位置ずれが発生する。

【００２１】図１２は光路に平行平面板を光軸に対して
傾けて挿入した場合の光路のずれを示す図であり、同図
に示すように、厚さｄ（ｍｍ）の平行平面板を光軸に対
してθ（ラジアン）傾けたとき、ΔＹの位置ずれが発生
し、この位置ずれΔＹは、Ｎを平行平面板の屈折率とす
ると、次の式で表される。 ΔＹ＝｛（Ｎ−１）／Ｎ｝ｄ・θ このため、アライメント時と露光時で平行平面板の傾き
が異なると、微妙な位置ずれが発生し、高いアライメン
ト精度を得ることができない。特に、平行平面板を高速
に挿入した場合、その傾きは避けられない問題である。 （４）倍率を調整するため、平行平面板からなる光学部
材を使用しているため、その保持機構を新たに設ける必
要があり、特に、光学部材を挿入離脱させる場合には、
機構が複雑、かつ、大きくなるという問題がある。 （５）ワークの真上に平行平面板挿入機構があるため、
発塵によりワークが汚れるという問題がある。

【００２２】以上のように、非露光光を用いた位置合わ
せは、アライメント・マーク近傍までパターンを形成で
きるというメリットがあるが、平行平面板を使用した光
路長の補正等が必要となり、それにともなう種々の問題
点が発生する。特に、投影レンズによっては、非露光波
長でピント合せを行うことができない特性のものもあ
り、このような投影レンズを使用する場合には、上記の
ような非露光光によるアライメントを行うことができな
い。

【００２３】さらに、ワークマークが印されたワーク上
にマスクマークを投影した状態で、２つのアライメント
・マークの相対位置を検出する従来方式においては、オ
ートアライメントを行う際、次のような問題点が発生す
る。 （１）オートアライメントにおいては、前記したように
受像されたアライメント・マークを画像処理してその特
徴からマスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭを認識
し両者の位置合わせを行っている。

【００２４】このため、マスクマークＭＡＭとワークマ
ークＷＡＭが図１３のＣＡＳＥ１のように分離している
場合には、それぞれのマークの特徴を把握することがで
きるが、同図のＣＡＳＥ２のようにマスクマークＭＡＭ
とワークマークＷＡＭが重なっている場合には、マスク
マークＭＡＭとワークマークＷＡＭが検出エリア内の存
在するにもかかわらず、制御装置がワークマークＷＡＭ
を認識することが困難となる。

【００２５】すなわち、制御装置にはそれぞれのアライ
メント・マークの特徴が記憶されており、制御装置は上
記のように受像した画像からそれぞれのアライメント・
マークを認識しているが、ワークマークＷＡＭはマスク
マークＭＡＭに比べコントラストが低いため、同図に示
すように、ワークマークＷＡＭの一部にマスクマークＭ
ＡＭが重なっていると、制御装置はワークマークＷＡＷ
を同図に示すような十字形として把握することができ
ず、ワークマークＷＡＭを認識することが困難となる。

【００２６】このため、従来のオートアライメントにお
いては、ＣＡＳＥ２のようにマークが重なっている場合
には、一度、マスクステージまたは／およびワークステ
ージを移動させて重なったマークを分離させた後、再度
位置合わせ操作を行うといった複雑な操作をする必要が
あり、位置合わせ操作が複雑となり、位置合わせに時間
がかかるといった問題があった。 （２）上記と同様な問題は、マスクマークＭＡＭの近傍
までマスクパターンが設けられている場合にも発生す
る。すなわち、マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡ
Ｍが図１３のＣＡＳＥ１のように分離していても、マス
クマークＭＡＭの近傍のマスクパターンがワークマーク
ＷＡＭ上に投影され、図１３のＣＡＳＥ２と同様、ワー
クマークＷＡＭの特徴を把握出来なくなる。このため、
マスクマーク周辺にマスク設計上の制限が発生し、客先
ニーズに対応できないという問題が発生する。

【００２７】本発明は上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであって、本発明の第１の目的は、平
行平面板を使用することなく、また、投影レンズの特性
に依存せずに高精度なマスクとワークの位置合わせを行
うことができる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、マスクマークとワークマークが
重なっている場合等、ワークマークの識別が困難な場合
であっても、マークマークとワークマークの相対位置を
自動的にかつ容易に検出することができ、短時間に高精
度な位置合わせを行うことができる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。

【００２８】

【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１の発明は、マスクとワークの位置
合わせ方法において、第１の光照射部より露光光をマス
クのアライメント・マークに照射し、ワークステージに
設けられた反射部材にマスクのアライメント・マークを
投影して、該投影像を画像センサにより受像し、画像処
理して、その相対位置を検出／記憶し、また、第１の光
照射部からの露光光の放出を停止して、ワークステージ
にワークを載置し、上記第１の光照射部もしくは第２の
光照射部より非露光光をワークのアライメント・マーク
へ照射し、ワークのアライメント・マークを上記画像セ
ンサにより受像し、画像処理して、相対位置を検出／記
憶し、該両アライメント・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ワー
クおよび／またはマスクを移動させるようにしたもので
ある。

【００２９】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、ワークステージに設けられた反射部材とし
て、ワークステージ表面に埋設されたミラーを用いたも
のである。本発明の請求項３の発明は、請求項１の発明
において、ワークステージに設けられた反射部材に代え
て、ワークステージに載置されるワーク表面位置にマス
クのアライメント・マークの投影像を結像させるよう
に、ワークステージの下側にミラーと補助結像レンズを
設けたものである。

【００３０】本発明の請求項４の発明は、マスクとワー
クの位置合わせ装置において、マスクと、該マスクを移
動させるマスクステージと、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と、非露光光もし
くは露光光を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、ワークステージに設けられ、上記第
１の光照射部から放出される露光光によるマスクのアラ
イメント・マークの投影像を結像させる反射部材と、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１の光照射部もしくは第２の光照射部から放
出される非露光光により照明されるワークのアライメン
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、マスクステージおよびワーク
ステージの移動を制御する制御手段とを設け、上記制御
手段が、第１の光照射部から露光光が放出されていると
き、上記反射部材に投影されるマスクのアライメント・
マークを上記受像手段により受像し、画像処理してその
相対位置を検出／記憶し、第１の光照射部が露光光の放
出を停止し、第１の光照射部もしくは第２の光照射部が
非露光光を放出しているとき、ワークステージ上に載置
されたワークのアライメント・マークを上記受像手段に
より受像し、画像処理してその相対位置を検出／記憶
し、該両アライメント・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ワーク
および／またはマスクを移動させるように構成したもの
である。本発明の請求項５の発明は、マスクと、該マス
クを移動させるマスクステージと、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と、非露光
光もしくは露光光を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、ワークステージの下側に設け
られ、上記第１の光照射部から放出される露光光による
マスクのアライメント・マークの投影像を結像させる補
助結像レンズおよびミラーと、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１の光照射
部もしくは第２の光照射部から放出される非露光光によ
り照明されるワークのアライメント・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、マスクステージおよびワークステージの移動を制御
する制御手段とを備え、上記制御手段は、第１の光照射
部から露光光が放出されてい るとき、上記補助結像レン
ズおよびミラーによるマスクのアライメント・マークの
投影像を上記受像手段により受像し、画像処理してその
相対位置を検出／記憶し、第１の光照射部が露光光の放
出を停止し、第１の光照射部もしくは第２の光照射部が
非露光光を放出しているとき、ワークステージ上に載置
されたワークのアライメント・マークを上記受像手段に
より受像し、画像処理してその相対位置を検出／記憶
し、該両アライメント・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ワーク
および／またはマスクを移動させるようにしたものであ
る。

【００３１】従来の位置合わせ方法においては、ワーク
マークが印されたワーク上にマスクマークを投影した状
態で、２つのアライメント・マークの相対位置を検出し
ていた。このため、露光光を用いてマスクマークをワー
ク上に投影すると、ワークのフォトレジストが感光され
てしまうといった問題が生じたり、また、これを避ける
ため非露光光を用いると、非露光光と露光光との波長の
違いによる投影レンズの収差の問題が発生し平行平面板
等を用いて光路長を補正する必要が生じていた。さら
に、マスクマークやマスクパターンに影響されてワーク
マークの検出が困難になるといった問題が生じていた。

【００３２】そこで、ワークステージに反射部材を設
け、ワークステージにワークを載置しない状態で露光光
をマスクに照射して上記反射部材に結像するマスクマー
クの投影像の位置を求めて記憶し、ついで、ワークをワ
ークステージに載置して、ワークに非露光光を照射して
ワークマークの位置を求めれば、露光光をワークに照射
することなく、マスクマークとワークマークの相対位置
を求めることができ、また、非露光光を用いることによ
り生ずる前記した問題点を解消することができる。

【００３３】さらに、上記のようにすれば、マスクマー
クがワーク上に投影されることがないので、マスクマー
クやマスクパターンの影響を受けることなくワークマー
クを検出することが可能となり、オートアライメント時
におけるワークマークの検出の問題を解消することがで
きる。本発明は上記点に着目し、マスクマークとワーク
マークの位置合わせを行うようにしたものであり、本発
明の請求項１および請求項４の発明においては、上記の
ように、第１の光照射部より露光光をマスクのアライメ
ント・マークに照射し、ワークステージに設けられた反
射部材にマスクのアライメント・マークを投影して、該
投影像を画像センサにより受像し、画像処理して、その
相対位置を検出／記憶し、また、第１の光照射部からの
露光光の放出を停止して、ワークステージにワークを載
置し、上記第１の光照射部もしくは第２の光照射部より
非露光光をワークのアライメント・マークへ照射し、ワ
ークのアライメント・マークを画像センサにより受像
し、画像処理して、相対位置を検出／記憶し、該両アラ
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ワークおよび／また
はマスクを移動させるようにしたので、平行平面板等を
使用することなく、非露光光と露光光との波長の違いに
よる投影レンズの収差の問題を解消することができ、投
影レンズの特性に依存せずに高精度なマスクとワークの
位置合わせを行うことができる。

【００３４】また、マスクマークとワークマークが重な
ってワークマークの識別が困難になることがなく、マー
クマークとワークマークの相対位置を自動的にかつ容易
に検出することができ、短時間に高精度な位置合わせを
行うことができる。本発明の請求項２の発明において
は、ワークステージに設けられた反射部材として、ワー
クステージ表面に埋設されたミラーを用いたので、従来
のものに簡単な構成を付加するだけで、上記効果を得る
ことが出来る。

【００３５】本発明の請求項３および請求項５の発明に
おいては、ワークステージに設けられた反射部材に代え
て、ワークステージの下側にミラーと補助結像レンズを
設けたので、マスクマークの投影像をワークステージ上
に載置されるワーク表面位置に結像させることができ、
ワークステージをＺ軸方向に移動させることなく位置合
わせ操作を行うことが可能となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例を示
す図である。同図において、図７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、１は露光光（非露
光光）照射装置であり、１ａはランプ、１ｂは集光鏡、
１ｃはシャッタ、１ｄは光学フィルタ、１ｅはコンデン
サレンズである。

【００３７】２はマスクステージであり、マスクステー
ジ２は図示しない駆動装置によりＸ，Ｙ，Ｚ，θに駆動
される。また、Ｍはマスクであり、マスクＭにはマスク
パターンと位置合わせ用のマスクマークＭＡＭが印され
ている。３は投影レンズ、Ｗはワークであり、ワークＷ
には位置合わせ用のワークマークＷＡＭが印されてい
る。４はワークステージであり、ワークステージ４に
は、全反射ミラーもくしはハーフミラー４ａが埋設され
ている。また、ワークステージ４は図示しない駆動装置
によりＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向に駆動される。なお、上記し
たミラー４ａは後述するようにハーフミラーが好まし
い。

【００３８】ＷＡ１はワークアライメント・マーク用部
分照明系であり、図示しない光源が放射する非露光光は
光ファイバ６ａを介してレンズ６ｂ→ハーフミラー６ｃ
を介してアライメント・ユニット５のハーフミラー５ｅ
に入射し、ワークＷ上のワークマークＷＡＭを照射す
る。なお、ワークアライメント・マーク用部分照明系Ｗ
Ａ１を設けず、後述するように、露光光（非露光光）照
射装置１から非露光光をワークＷに照射することもでき
る。

【００３９】５はアライメント・ユニットであり、アラ
イメント・ユニット５は、レンズ５ａ、対物レンズ５
ｂ、ハーフミラー５ｃ，５ｅ、ＣＣＤカメラを具備する
画像センサ５ｄから構成されており、ワークステージ４
に設けられたミラー４ａに投影されるマスクマークＭＡ
Ｍおよび上記ワークアライメント・マーク用部分照明系
ＷＡ１により照射されるワークマークＷＡＭをハーフミ
ラー５ｃ→対物レンズ５ｂ→ハーフミラー５ｅ→レンズ
５ａを介して画像センサ５ｄで受像する。ここで、ハー
フミラー５ｃにある程度の厚みがあると、該ハーフミラ
ー５ｃにおいて、マスクマークＭＡＭの投影像の光路が
ずれ、マスクマークＭＡＭのワークＷ上での結像位置が
変化するので、その分、補正が必要である。通常、ハー
フミラー５ｃは、例えば、厚さ数μｍ程度のペリクル等
の樹脂膜で構成され、上記厚みの影響を使用上問題がな
い程度まで軽減している。なお、前記したように、アラ
イメント・ユニット５および部分照明系ＷＡ１はマスク
マークとワークマークの数に対応して設けられ、少なく
とも２か所設けられる。

【００４０】図２は本実施例のシステムの構成を示す図
であり、同図において、１１は操作パネル、１２は図１
に示した投影露光装置を制御する演算装置、１３はステ
ージ制御部であり、ステージ制御部１３は図１に示した
マスクステージ２、ワークステージ４をＸ，Ｙ，Ｚ，θ
方向に制御する。１４は画像処理部であり、画像処理部
１４は、後述するように、アライメント・ユニット５の
画像センサ５ｄで受像されたマスクマークＭＡＭを認識
してその位置座標を記憶し、ついで、アライメント・ユ
ニット５の画像センサ５ｄで受像されたワークマークＷ
ＡＭを認識して、その位置座標を検出する。

【００４１】また、演算装置１２は画像処理部１４で検
出された上記マスクマークＭＡＭの位置座標とワークマ
ークＷＡＭの位置座標の差を求め、ステージ制御部１３
は両者が一致するようにマスクステージ２または／およ
びワークステージ４を移動させる。また、アライメント
・ユニット５により受像されたマスクマークＭＡＭとワ
ークマークＷＡＭはモニタ１５に表示される。

【００４２】次に本実施例における露光処理について説
明する。 (1) マスクＭをマスクステージ２に載せて固定し、露光
光（非露光光）照射装置１のシャッタ１ｃを開き、露光
光をマスクＭ上に照射する。なお、この段階ではワーク
ステージ４にワークＷは載置されていない。 (2) ワークステージ４に埋設されたミラー４ａの反射面
が露光光のマスクパターン投影面Ｚo に一致するように
ワークステージ４のＺ方向位置を移動する。 (3) アライメント・ユニット５を挿入する（アライメン
ト・ユニット５を退避してある場合）。なお、ワークア
ライメント・マーク用部分照明系ＷＡ１はアライメント
・ユニット５と一体に構成されており、アライメント・
ユニット５と共に挿入される。 (4) アライメント・ユニット５の画像センサ５ｄにより
ワークステージ４のミラー４ａ上に投影されたマスクマ
ークＭＡＭを受像し画像処理部１４に送る。画像処理部
１４は受像された画像からマスクマークＭＡＭを識別
し、その位置座標（ＸM ，ＹM ）を記憶する。

【００４３】なお、前記したように、マスクマークＭＡ
Ｍの上記ミラー４ａ上での投影像の光強度は、画像セン
サ５ｄが像を良好に受像できる範囲の光強度より大きい
場合が多く、ミラー４ａとして全反射ミラーを用いる
と、画像センサ５ｄにおいてマスクマークＭＡＭの受像
画像にハレーション等の不都合が発生し、アライメント
・マークの認識が困難になることもある。そこで、上記
ミラー４ａとしてハーフミラーを用い、ミラー４ａ上で
のマスクマークＭＡＭの光強度を軽減させることが望ま
しい。 (5) 露光光（非露光光）照射装置１のシャッタ１ｃを閉
じる。これにより、マスクＭ上への露光光の照射は停止
する。 (6) ワークＷをワークステージ４上に載置し、ステージ
４上に固定する。その際、ワークマークＷＡＭがアライ
メント・ユニット５の視野に入るようにするためワーク
Ｗのプリアライメントを行い、２００μｍ程度の精度で
ワークＷの位置決めを行う。 (7) ワークＷの表面がマスクパターン投影面Ｚo に一致
するようにワークステージ４をＺ軸方向に移動させる。 (8) ワークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ１に
照明光を導入する。すなわち、図示しない部分照明用光
源のシャッタを開き、光ファイバ６ａ→レンズ６ｂ→ミ
ラー６ｃ→ハーフミラー５ｅ→レンズ５ｂ→ハーフミラ
ー５ｃを介してワークＷ上のワークマークＷＡＭを照射
し、ワークマークＷＡＭを画像センサ５ｄで受像する。

【００４４】画像センサ５ｄで受像されたワークマーク
ＷＡＭの画像は画像処理部１４に送られ、画像処理部１
４はワークマークＷＡＭを識別し、その位置座標（ＸW
，ＹW ）を求める。なお、上記したワークアライメン
ト・マーク用部分照明系ＷＡ１を設ける代わりに、露光
光（非露光）照射装置１に光学フィルタ１ｄを挿入し、
露光光（非露光）照射装置１が放射する非露光光により
ワークＷ全面を照射することもできる。

【００４５】この場合、マスクパターンがワークＷ上に
投影されるが、通常、投影レンズ３の収差により露光光
と非露光光によるマスクパターンのピント位置は異なる
ので、ワークステージ４が同図のＺo の位置にあると
き、マスクパターンはワークＷ上に結像せず、ワークマ
ークＷＡＭとマスクマークＭＡＭとが重なって表示され
ることがない。 (9) 演算装置１２は記憶されたマスクマークＭＡＭの位
置座標（ＸM ，ＹM ）と求めたワークマークの位置座標
（ＸW ，ＹW ）とからワークＷとマスクＭの位置ずれを
求める。

【００４６】ステージ制御部１３は上記位置ずれに基づ
き、マスクステージ２または／およびワークステージ４
をＸ，Ｙ，θ方向に駆動してマスクマークＭＡＭとワー
クマークＷＡＭの位置を一致させる。 (10)露光光（非露光光）照射装置１のシャッタ１ｃを開
き、露光光をマスクＭ上に照射し、露光を行う。なお、
露光時、アライメントユニット５が露光範囲内に入る場
合には、露光前にアライメントユニット５を退避させて
おく。

【００４７】以上のように、本実施例においては、ワー
クＷをワークステージ４に載置しない状態で、ワークス
テージ４のミラー反射面をマスクパターン投影面に一
致させ、露光光を照射してマスクマークＭＡＭをミラー
４ａ上に投影してマスクマークＭＡＭの位置座標を記憶
したのち、上記露光光の照射を停止して、ワークステ
ージ４にワークＷを載置して、ワークＷの表面をマスク
パターン投影面に一致させ、非露光光によりワークマー
クＷＡＭを照射してワークマークＷＡＭの位置座標を求
めているので、平行平面板を使用することなく、また、
投影レンズの特性に依存せずに高精度なマスクとワーク
の位置合わせを行うことができる。

【００４８】また、マスクマークＭＡＭとワークマーク
ＷＡＭの位置を個別に検出しているので、マスクマーク
ＭＡＭもしくはマスクパターン等に影響されてワークマ
ークＷＡＭの識別が困難になることがなく、マスクマー
クとワークマークの相対位置を容易に検出することがで
きる。このため、オートアライメントにおいて、短時間
に高精度な位置合わせを行うことができる。

【００４９】なお、上記実施例においては、ミラー４ａ
をワークステージの略全面に設ける例を示したが、ミラ
ー４ａをマスクマークＭＡＭが投影される領域にのみ設
けてもよい。図３、図４は本発明の第２の実施例を示す
図であり、本実施例はワークステージ４にミラー４ａを
埋設する代わりに、ワークステージ４の下側に補助結像
レンズ４ｂとミラー４ｃを設け、マスクマークＭＡＭの
投影像を上記ミラー４ｃで反射させ、補助結像レンズ４
ｂでマスクパターン投影面Ｚo に結像させるようにした
ものであり、その他の構成は第１の実施例と同様であ
る。なお、前記したように、上記ミラー４ｃとしては、
ハーフミラーを用いるのが望ましい。また、ミラー４ｃ
はワークステージ４の略全面に設けることもできるし、
また、マスクマークＭＡＭが投影される領域にのみ設け
ることもできる。

【００５０】次に本実施例における露光処理について説
明する。 (1) マスクＭをマスクステージ２に載せて固定し、露光
光（非露光光）照射装置１のシャッタ１ｃを開き、露光
光をマスクＭ上に照射する。なお、この段階では図３に
示すようにワークステージ４にワークＷは載置されてい
ない。また、ワークステージ４のＺ方向の位置は、ワー
クＷを載せたときのワーク表面がマスクパターン投影面
Ｚo 一致するように位置決めされている。 (2) 補助結像レンズ４ｂの位置を調整して、マスクマー
クＭＡＭの投影像がマスクパターンの投影面Ｚo に結像
するようにする。 (3) アライメント・ユニット５を挿入する (4) アライメント・ユニット５の画像センサ５ｄによ
り、ワークステージ４のマスクパターン投影面Ｚo に結
像しているマスクマークＭＡＭを受像し画像処理部１４
に送る。画像処理部１４は受像された画像からマスクマ
ークＭＡＭを識別し、その位置座標（ＸM ，ＹM ）を記
憶する。 (5) 露光光（非露光光）照射装置１のシャッタ１ｃを閉
じる。 (6) 図４に示すように、ワークＷをワークステージ４上
に載置し、ステージ４上に固定する。 (7) ワークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ１に
照明光を導入し、ワークＷ上のワークマークＷＡＭを照
射し、ワークマークＷＡＭを画像センサ５ｄで受像す
る。画像センサ５ｄで受像されたワークマークＷＡＭの
画像は画像処理部１４に送られ、画像処理部１４はワー
クマークＷＡＭを識別し、その位置座標（ＸW ，ＹW ）
を求める。

【００５１】なお、第１の実施例と同様、露光光（非露
光）照射装置１が放射する非露光光によりワークＷ全面
を照射することもできる。 (8) 演算装置１２は記憶されたマスクマークＭＡＭの位
置座標（ＸM ，ＹM ）と求めたワークマークの位置座標
（ＸW ，ＹW ）とからワークＷとマスクＭの位置ずれを
求める。

【００５２】ステージ制御部１３は上記位置ずれに基づ
き、マスクステージ２または／およびワークステージ４
をＸ，Ｙ，θ方向に駆動してマスクマークＭＡＭとワー
クマークＷＡＭの位置を一致させる。 (10)露光光（非露光光）照射装置１のシャッタ１ｃを開
き、露光光をマスクＭ上に照射し、露光を行う。なお、
露光時、アライメントユニット５が露光範囲内に入る場
合には、露光前にアライメントユニット５を退避させて
おく。

【００５３】以上のように、本実施例においては、ワー
クステージ４の下側に補助結像レンズ４ｂとミラー４ｃ
とを設け、マスクマークＭＡＭをマスクパターン投影面
Ｚoに結像させるようにしているので、第１の実施例と
同様の効果を得ることができるとともに、ワークステー
ジ４の位置をＺ軸方向に補正することなく位置合わせを
行うことができる。

【００５４】図５は本発明の第３、第４の実施例を示す
図であり、本発明の第３の実施例は、第１の実施例のワ
ークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ１に換え、
ワークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ２を設け
たものであり、また、本発明の第４の実施例は第１の実
施例のワークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ１
に換え、ワークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ
３を設けたものであり、他の構成は図１に示した第１の
実施例と同様である。

【００５５】本発明の第３の実施例は、上記のようにワ
ークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ２を設け、
ワークマークＷＡＭを画像センサ５ｄで受像する際（第
１の実施例の(8) の手順）、上記部分照明系ＷＡ２を挿
入して、光ファイバ８ａから非露光光を導入し、ミラー
８ｂ→投影レンズ３→ハーフミラー５ｃを介してワーク
Ｗ上のワークマークＷＡＭを照射するようにしたもので
あり、その他の手順は第１の実施例と同様である。

【００５６】また、本発明の第４の実施例は、上記のよ
うにワークアライメント・マーク用部分照明系ＷＡ３を
設け、ワークマークＷＡＭを画像センサ５ｄで受像する
際（第１の実施例の(8) の手順）、上記部分照明系ＷＡ
３を挿入して、光ファイバ９ａから非露光光を導入し、
レンズ９ｂを介してワークＷ上のワークマークＷＡＭを
照射するようにしたものであり、その他の手順は第１、
第２の実施例と同様である。

【００５７】本発明の第３、第４の実施例においては、
上記のように、ワークアライメント・マーク用部分照明
系ＷＡ２，ＷＡ３を設けているので、第１の実施例と同
様、ワークマークＷＡＭの位置を確実に認識することが
でき、短時間に精度よく位置合わせを行うことができ
る。なお、第１の実施例のようにアライメント・ユニッ
ト５と部分照明系ＷＡ１を一体構造とした場合には、両
者間の位置調整をする必要はないが、上記第３、第４の
実施例のようにアライメント・ユニット５と部分照明系
ＷＡ２，ＷＡ３を別体とした場合には、それら相互の位
置を調整する必要があり、操作が若干複雑となる。

【００５８】また、第３、第４の実施例を第２の実施例
に適用し、部分照明系ＷＡ２またはＷＡ３を設けてもよ
い。さらに、上記第１、第２の実施例においては、マス
クマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの位置合わせを自
動的に行うオートアライメントについて説明したが、本
発明は作業者がモニタ画面を見ながらワークステージ４
または／およびマスクステージ２を移動させて位置合わ
せを行う手動アライメントにも適用することができる。

【００５９】第１、第２の実施例において、手動アライ
メントを行う場合には、マスクマークＭＡＭの位置座標
を記憶させる代わりに、例えば、モニタに表示されるマ
スクマークＭＡＭの位置にカーソル等を合わせておき、
ワークマークＷＡＭが受像されたとき、該ワークマーク
の位置が上記カーソル位置に一致するようにワークステ
ージ４または／およびマスクステージ２を移動させれば
よい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
第１の光照射部より露光光をマスクのアライメント・マ
ークに照射し、ワークステージに設けられた反射部材に
マスクのアライメント・マークを投影して、該投影像を
画像センサにより受像し、画像処理して、その相対位置
を検出／記憶し、また、第１の光照射部からの露光光の
放出を停止して、ワークステージにワークを載置し、上
記第１の光照射部もしくは第２の光照射部より非露光光
をワークのアライメント・マークへ照射し、ワークのア
ライメント・マークを上記画像センサにより受像し、画
像処理して、相対位置を検出／記憶し、該両アライメン
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ワークおよび／またはマス
クを移動させるようにしたので、平行平面板等を使用す
ることなく、非露光光と露光光との波長の違いによる投
影レンズの収差の問題を解消することができ、投影レン
ズの特性に依存せずに高精度なマスクとワークの位置合
わせを行うことができる。

【００６１】特に、マスクマークとワークマークの相対
位置を自動的にかつ容易に検出することができるので、
オートアライメントにおいて、短時間に高精度な位置合
わせを行うことができる。また、上記反射部材に代え
て、ワークステージの下側にミラーと補助結像レンズを
設けることにより、マスクマークの投影像をワークステ
ージ上に載置されるワーク表面位置に結像させることが
でき、ワークステージをＺ軸方向に移動させることなく
位置合わせ操作を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の実施例のシステム構成を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図５】本発明の第３、第４の実施例を示す図である。

【図６】露光光を用いた場合の回路パターン形成領域を
示す図である。

【図７】従来の露光装置の構成を示す図である。

【図８】マスクパターン投影面上のアライメント・マー
クの位置を示す図である。

【図９】非露光光によるマスクパターンの歪みを示す図
である。

【図１０】平行平面板によるピント位置のずれを示す図
である。

【図１１】ピント位置の波長依存性を示す図である。

【図１２】平行平面板を傾けて挿入した場合の光路のず
れを示す図である。

【図１３】マスクマークとワークマークが重なった場合
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 露光光（非露光光）照射装置 １ａ ランプ １ｂ 集光鏡 １ｃ シャッタ １ｄ 光学フィルタ １ｅ コンデンサレンズ ２ マスクステージ ３ 投影レンズ ４ ワークステージ ４ａ 埋設ミラー ４ｂ 補助結像レンズ ４ｃ ミラー ５ アライメント・ユニット ５ａ，６ｂ レンズ ５ｂ 対物レンズ ５ｃ，５ｅ ハーフミラー ５ｄ 画像センサ ６ａ，８ａ，９ａ 光ファイバ ６ｃ，８ｂ，９ｂ ミラー １１ 操作パネル １２ 演算装置 １３ ステージ制御部 １４ 画像処理部 Ｍ マスク ＭＡＭ マスクマーク Ｗ ワーク ＷＡＭ ワークマーク ＷＡ１ ワークアライメント・マーク用部
分照明系 ＷＡ２ ワークアライメント・マーク用部
分照明系 ＷＡ３ ワークアライメント・マーク用部
分照明系

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G03F 7/20 521 G03F 9/00 H01L 21/027

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光照射部より露光光をマスクのア
   ライメント・マークに照射し、 ワークステージに設けられた反射部材にマスクのアライ
   メント・マークを投影して、該投影像を画像センサによ
   り受像し、画像処理して、その相対位置を検出／記憶
   し、 また、第１の光照射部からの露光光の放出を停止して、
   ワークステージにワークを載置し、上記第１の光照射部
   もしくは第２の光照射部より非露光光をワークのアライ
   メント・マークへ照射し、 ワークのアライメント・マークを上記画像センサにより
   受像し、画像処理して、相対位置を検出／記憶し、 該両アライメント・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ワークお
   よび／またはマス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】 ワークステージに設けられた反射部材
   が、ワークステージ表面に埋設されたミラーであること
   を特徴とする請求項１のマスクとワークの位置合わせ方
   法。
3. 【請求項３】 ワークステージに設けられた反射部材に
   代えて、ワークステージに載置されるワーク表面位置に
   マスクのアライメント・マークの投影像を結像させるよ
   うに、ワークステージの下側にミラーと補助結像レンズ
   を設けたことを特徴とする請求項１のマスクとワークの
   位置合わせ方法。
4. 【請求項４】 マスクと、該マスクを移動させるマスク
   ステージと、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と、 非露光光もしくは露光光を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、 ワークステージに設けられ、上記第１の光照射部から放
   出される露光光によるマスクのアライメント・マークの
   投影像を結像させる反射部材と、 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１の光照射部もしくは第２の光照射部から
   放出される非露光光により照明されるワークのアライメ
   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、マスクス
   テージおよびワークステージの移動を制御する制御手段
   とを備え、 上記制御手段は、第１の光照射部から露光光が放出され
   ているとき、上記反射部材に投影されるマスクのアライ
   メント・マークを上記受像手段により受像し、画像処理
   してその相対位置を検出／記憶し、 第１の光照射部が露光光の放出を停止し、第１の光照射
   部もしくは第２の光照射部が非露光光を放出していると
   き、ワークステージ上に載置されたワークのアライメン
   ト・マークを上記受像手段により受像し、画像処理して
   その相対位置を検出／記憶し、 該両アライメント・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ワークお
   よび／またはマス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】 マスクと、該マスクを移動させるマスク
   ステージと、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と、 非露光光もしくは露光光を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、 ワークステージの下側に設けられ、上記第１の光照射部
   から放出される露光光によるマスクのアライメント・マ
   ークの投影像を結像させる補助結像レンズおよびミラー
   と、 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１の光照射部もしくは第２の光照射部から
   放出される非露光光により照明されるワークのアライメ
   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、マスクス
   テージおよびワークステージの移動を制御する制御手段
   とを備え、 上記制御手段は、第１の光照射部から露光光が放出され
   ているとき、上記補助結像レンズおよびミラーによるマ
   スクのアライメント・マークの投影像を上記受像手段に
   より受像し、画像処理してその相対位置を検出／記憶
   し、 第１の光照射部が露光光の放出を停止し、第１の光照射
   部もしくは第２の光照 射部が非露光光を放出していると
   き、ワークステージ上に載置されたワークのアライメン
   ト・マークを上記受像手段により受像し、画像処理して
   その相対位置を検出／記憶し、 該両アライメント・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ワークお
   よび／またはマスクを移動させる ことを特徴とするマス
   クとワークの位置合わせ装置。