(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路等のパターンを描いたフォトマスクと、
該フォトマスクのパターンを露光される露光対象物を支持するステージと、
該フォトマスクとステージの一方又は両方を移動させてフォトマスクと露光対象物の位置関係を調整する位置調整装置と、
該フォトマスクのパターンを露光対象物に対して、縮小／拡大可能に露光する投影光学系と、
前記フォトマスク上に設けられ、位置合わせのために用いられるマスクマークと、
前記露光対象物に上に設けられ、位置合わせのために用いられる対象物マークと、
前記マスクマークを露光波長と同一の波長の光で照射するマスクマーク光源と、
前記対象物マークを露光波長とは異なる第２の波長の光で照射する対象物マーク光源と、
前記投影光学系と前記露光対象物との間に取り外し可能に設けられ、前記露光波長と同一の波長の光を反射し、前記露光波長と異なる第２の波長の光を透過する所定波長反射体と、
該所定波長反射体により反射された光により前記マスクマークを撮像するマスクマーク撮像装置と、
前記所定波長反射体を透過する前記第２の波長の光により照射される対象物マークを撮像する対象物マーク撮像装置と、
前記撮像されたマスクマークと対象物マークに基づいて、前記位置調整装置を制御して前記フォトマスクと露光対象物の位置合わせを行わせる制御装置と、
を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
回路等のパターンを描いたフォトマスクと、該フォトマスクのパターンを露光される露光対象物を支持するステージと、該フォトマスクとステージの一方又は両方を移動させてフォトマスクと露光対象物の位置関係を調整する位置調整装置と、該フォトマスクのパターンを露光対象物に対して、縮小／拡大可能に露光する投影光学系と、前記フォトマスク上に設けられ、位置合わせのために用いられるマスクマークと、前記露光対象物に上に設けられ、位置合わせのために用いられる対象物マークと、を備えた投影露光装置における位置合わせ装置であって、
前記マスクマークを露光波長と同一の波長の光で照射するマスクマーク光源と、
前記対象物マークを露光波長とは異なる第２の波長の光で照射する対象物マーク光源と、
前記投影光学系と前記露光対象物との間に取り外し可能に設けられ、前記露光波長と同一の波長の光を反射し、前記露光波長と異なる第２の波長の光を透過する所定波長反射体と、
該所定波長反射体により反射された光により前記マスクマークを撮像するマスクマーク撮像装置と、
前記所定波長反射体を透過する前記第２の波長の光により照射される対象物マークを撮像する対象物マーク撮像装置と、
前記撮像されたマスクマークと対象物マークに基づいて、前記位置調整装置を制御して前記フォトマスクと露光対象物の位置合わせを行わせる制御装置と、
を備えたことを特徴とする位置合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、投影露光装置及び位置合わせ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトレジストなどの感光材料を塗布したプリント配線基板表面にフォトマスクに描かれた所定のパターンを露光装置により感光焼き付けし、その後エッチング工程により基板上にパターンを形成するフォトリソグラフィ法が種々の分野で広く応用されており、プリント配線基板等も近年露光装置を用いて製造されている。
投影露光装置は、フォトマスクの回路パターンを投影露光レンズ等の光学系を介して投影露光する事によりプリント配線基板にマスクと同一もしくは一定の倍率でパターンを描くタイプのものであり、従来から集積回路の製造に用いられているが、近年この投影露光装置をプリント配線基板の製造に用いる試みがなされている。
露光装置を用いた露光に際して、フォトマスクと配線基板の位置合わせを行う必要があり、通常はフォトマスク側と基板側の両方に位置合わせ用マークを配置し、フォトマスク上の位置合わせマークを、基板上に投影し、これと基板上の位置合わせマークとを、観察顕微鏡等を通じて、合致させることが行われている。この時、フォトマスク側のマークを投影する際に、露光波長光を用いると、基板上のフォトレジストが感光するため、露光波長光以外の波長のものを用いるのが普通である。通常は露光波長として紫外線を用いており、マーク投影には赤外線を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投影露光装置では、露光波長に合わせた投影露光レンズ等の光学系を介してフォトマスクのマークを投影するため、露光波長と異なる波長光を用いて投影した場合、マークの結像位置がずれて正確な位置合わせができない問題が生ずる。これを解決するためには補正レンズや補正レンズの位置制御のための装置が必要になり、装置コストが増大する問題がある。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、回路等のパターンを描いたフォトマスクと、該フォトマスクのパターンを露光される露光対象物を支持するステージと、該フォトマスクとステージの一方又は両方を移動させてその位置関係を調整する位置調整装置と、該フォトマスクのパターンを露光対象物に対して、縮小／拡大可能に露光する投影光学系と、前記フォトマスク上に設けられ、位置合わせのために用いられるマスクマークと、前記露光対象物に上に設けられ、位置合わせのために用いられる対象物マークと、前記マスクマークを露光波長と同一の波長の光で照射するマスクマーク光源と、前記対象物マークを露光波長とは異なる第２の波長の光で照射する対象物マーク光源と、前記投影光学系と前記露光対象物との間に取り外し可能に設けられ、前記露光波長と同一の波長の光を反射し、前記露光波長と異なる第２の波長の光を透過する所定波長反射体と、該所定波長反射体により反射された光により前記マスクマークを撮像するマスクマーク撮像装置と、前記所定波長反射体を透過する前記第２の波長の光により照射される対象物マークを撮像する対象物マーク撮像装置と、前記撮像されたマスクマークと対象物マークに基づいて、前記位置調整装置を制御して前記フォトマスクと露光対象物の位置合わせを行わせる制御装置と、を備えたことを特徴とする。
以上の構成において、露光波長と同一波長の光によりフォトマスクのマークを投影するため、投影露光レンズによる位置誤差(歪曲収差)を生ずることがなく、結像位置のずれ等が生じない。そのため正確な位置合わせが可能になる。
しかも、前記投影光学系と前記露光対象物との間に設けられた所定波長反射体により前記露光波長と同一の波長の光は反射され、露光対象物には届かないため、露光対象物のフォトレジストが感光する等の弊害が生じない。
また、前記対象物マークは露光波長とは異なる波長の光で照射されるため、露光対象物のフォトレジストによる感光や、フォトレジストによって起こる、吸収などによる位置合わせマークの見えの劣化を軽減できる等の効果がある。
更に、本発明では、位置合わせの基準になるフォトマスクの位置を装置の基準位置に合わせるフォトマスク位置合わせも、可能になる効果がある。
なお、本発明は投影露光装置として実現することも可能であるし、位置合わせ装置として実現することも可能である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はプリント配線基板を製造するための投影露光装置であり、フォトレジストを施されたプリント配線基板７６は移動ステージ７０上に載置され、制御装置８０に制御される移動機構８１によりＸＹＺ及びθ方向に移動可能になっている。
なお、制御装置８０は移動機構８１だけではなく、装置全体の制御を行っている。
【０００６】
露光すべき回路等のパターンが描かれたフォトマスク７５は投影露光レンズ７１を介してプリント配線基板７６に対向して設けられており、その位置を調整可能になっている。露光光源７２からの紫外線の露光により回路等のパターンを、投影露光レンズ７１により決定される所定の倍率で拡大或いは縮小或いは等倍にプリント配線基板７６に焼き付けるようなっている。
【０００７】
なお、図１ではフォトマスク７５とプリント配線基板７６は上下方向に配設されているが、これに限定されるものではなく、逆であっても良いし、或いはフォトマスク７５とプリント配線基板７６を垂直に立てて配設する構造も可能である。
また、プリント配線基板７６を移動させるのではなくフォトマスク７５を移動させることも可能であり、更に両者を移動させるように構成することも可能である。
【０００８】
フォトマスク７５にはマスクマーク９０が設けられており、プリント配線基板７６は基板マーク９１が設けられている。また更に移動ステージ７０にはステージマーク９２が設けられている。これらマスクマーク９０、基板マーク９１及びステージマーク９２を用いて位置合わせを行うようになっている。
【０００９】
位置合わせ装置１は画像認識装置２、紫外線像観察光学系３、赤外線像観察光学系４、赤外線照明装置５及び紫外線照明装置６を備えている。紫外線照明装置６は紫外線光源６０とコンデンサレンズ６１及び反射鏡６２を備えており、露光波長である紫外線をマスクマーク９０部分のみに照射して、投影露光レンズ７１を介してマスクマーク９０の像を図３に示す紫外線反射表面鏡１０で反射させマスク像反射結像面１３に結像するようになっている。該マスクマーク９０の像は紫外線像観察光学系３を介して画像認識装置２により認識されるようになっている。このマスクマーク９０の像は露光波長により結像されるため、結像位置がずれる等の問題は生じない。また紫外線反射表面鏡１０に反射されるため、プリント配線基板７６上のフォトレジストを感光することもない。
この構成及び作用については後に更に詳細に説明する。
【００１０】
一方、プリント配線基板７６上の基板マーク９１は赤外線照明装置５からの赤外線により照射され、赤外線像観察光学系４を介して画像認識装置２により認識されるようになっている。照射光は赤外線であるため、プリント配線基板７６上のフォトレジストが感光することがないようになっている。
【００１１】
上記位置合わせ装置１の構成を図２と図３により更に詳細に説明する。
投影露光レンズ７１からの光は、ハーフミラー１１を通過して図３に示すようにマスク像結像面１２又はマスク像反射結像面１３に像を結ぶようになっている。マスク像結像面１２は移動ステージ７０或いはプリント配線基板７６の表面であって、該マスク像結像面１２の上には、移動ステージ７０平面に平行に紫外線反射表面鏡１０が設置され、この紫外線反射表面鏡１０は取り外し可能或いは進退可能に設けられている。紫外線反射表面鏡１０は赤外線を透過し、紫外線を反射する性質を有し、この紫外線反射表面鏡１０がある時は、投影露光レンズ７１からの紫外線は紫外線反射表面鏡１０で反射し、マスクマーク９０の像はマスク像反射結像面１３で結像するように構成されている。
紫外線反射表面鏡１０はマスク像結像面１２より、dだけ平行に離れて置かれており、この紫外線反射表面鏡１０により反射した像が結像するマスク像反射結像面１３も同様に紫外線反射表面鏡１０の表面より、dだけ離れた位置にある。即ち、マスク像結像面１２とマスク像反射結像面１３は、2dだけ離れた位置関係にあり、マスク像反射結像面１３のマスク像は、紫外線用の結像レンズ３２によって紫外線用ＣＣＤ３０上の紫外線像結像面３１に結像するようになっている。
補正レンズ３３は、マスク像反射結像面１３とマスク像結像面１２を結像面３１に一致させる作用を持っており、単一もしくは複数個のレンズからなっている。この補正レンズ３３も取り外し又は進退可能であり、必要に応じて図示する位置に挿入されるように構成されている。
【００１２】
該マスクマーク９０の像はハーフミラー１１からビームスプリッタ３４を通り、更に補正レンズ３３、結像レンズ３２を介してＣＣＤ３０の結像面３１に結像し、該画像信号が画像認識装置２で認識されるようになっている。
ハーフミラー１１は、結像に影響のない程度に薄い部材からなるハーフミラーで、投影露光レンズ７１の光線を通過させ、且つ紫外線反射表面鏡１０で反射された光線をビームスプリッタ３４に導くように構成されている。ビームスプリッタ３４は紫外線と赤外線像の光路を分離するもので紫外線を紫外線像観察光学系３側に反射し、赤外線を赤外線像観察光学系４側に透過するようになっている。
【００１３】
ビームスプリッタ３４で反射された紫外線は、前記したように焦点位置補正用の補正レンズ３３と紫外線像用の結像レンズ３２を経由してＣＣＤ３０の結像面３１において結像し、マスクマーク９０は画像認識装置２により認識され、その位置を記憶されるように構成されている。
【００１４】
赤外線像観察光学系４について説明する。
赤外線像観察光学系４はプリント配線基板７６上の基板マーク９１を認識するためのものであり、ＣＣＤ４０と結像レンズ４２及び反射鏡４３とを備えている。ＣＣＤ４０と結像レンズ４２の間に赤外線照明装置５の赤外線用のビームスプリッタ５２が介在しており、赤外線光源５０からの赤外光をコンデンサレンズ５１を介して放射するようになっている。
【００１５】
赤外線光源５０からの赤外光はビームスプリッタ５２で結像レンズ４２に方向に屈折し、更に反射鏡４３、ビームスプリッタ３４、ハーフミラー１１、紫外線反射表面鏡１０を経由して基板マーク９１に照射される。この基板マーク９１の像はハーフミラー１１、ビームスプリッタ３４、反射鏡４３、結像レンズ４２を経由し、ビームスプリッタ５２を通過してＣＣＤ４０の結像面４１上に像を結ぶようになっている。この基板マーク９１の像も同様に画像認識装置２に認識され、その位置を記憶されるように構成されている。
以上のように、マスク像結像面１２と、赤外線像の結像面４１とは、紫外線反射表面鏡１０が挿入された状態で、光学的に共軛（きょうやく）関係にある。
【００１６】
なお、上記構成の位置合わせ装置１は、マスクマーク９０と基板マーク９１及びステージマーク９２の数に対応して、適宜増減することが可能である。
【００１７】
図４は、フォトマスク７５と該フォトマスク７５上のマスクマーク９０の一例を拡大して模式的に描いたものである。この例ではフォトマスク７５とプリント配線基板７６の位置合わせのためのマスクマーク９０に加えて、フォトマスク７５と移動ステージ７０の位置合わせ、即ちマスク基準位置合わせ用のマスクマーク９０’を設けている。これらのマークの実際は、回路パターン部７８に対して十分小さい数ミリ角のものである。又ここでは、マーク形状を円形に図示してあるが、この形状は、画像認識による位置測定に適しているものであれば、どのような形状でも良く、限定されるものではない。
【００１８】
図5は、移動ステージ７０側に設けられたマークの配置を模式化した図である。図５は、大きなプリント配線基板７６に同一の回路パターンを複数（図では６個）露光し、焼き付けるようになっている。移動ステージ７０上には、一対もしくは、複数対のステージ基準位置合わせ用のステージマーク９２が固定設置されており、位置合わせの基準になるように構成されている。ステージマーク９２は図ではプリント配線基板７６上に描かれているが、実際には、このステージマーク９２はプリント配線基板７６が移動ステージ７０上に配置される時に障害にならないように、移動ステージ７０に設置されている。
なお、基板マーク９１は、前工程により焼き付けられた回路パターン部７８’上に形成されている。
【００１９】
なお、前記制御装置８０は位置合わせ装置１と露光装置全体の制御を行っている。
【００２０】
動作を説明する。
最初にフォトマスク７５の基準位置合わせの手順を説明する。
最初に移動ステージ７０を予め決めておいた基準位置に配置しておく。
次に紫外線照明装置６の紫外線光源６０を点灯し、ステージマーク９２を照明する。この時、紫外線反射表面鏡１０を外し、補正レンズ３３を挿入しておく。これにより、ステージマーク９２が結像レンズ３２を通して、ＣＣＤ３０の結像面３１上に結像し、そのほぼ中心に、ステージマーク９２が来るように、位置合わせ装置１全体と、移動ステージ７０の位置関係を定める。ＣＣＤ３０の結像は画像認識装置２により認識される。
【００２１】
次にこの状態で、赤外線照明装置５の赤外線光源５０をONにし、紫外線反射表面鏡１０を挿入してステージマーク９２を照明し、結像レンズ４２を通して、ＣＣＤ４０の結像面４１上に結像させる。この状態で、画像認識装置２によって認識された、ＣＣＤ３０とＣＣＤ４０に結像したステージマーク９２のそれぞれの中心座標を個々に記憶させて置く。このことは、ステージマーク９２の紫外線像と赤外線像の各中心座標を、画像認識装置２内で一致させたことになり、これを基準にフォトマスク７５を基準位置に配置し、又、回路パターンの位置合わせを行う。
【００２２】
次に、補正レンズ３３を外し、紫外線反射表面鏡１０を挿入した状態で、紫外線照明装置６の紫外線光源６０を点灯し、マスクマーク９０を紫外線照射する。投影露光レンズ７１と紫外線反射表面鏡１０によってマスクマーク９０はマスク像反射結像面１３に反射結像し、この像を結像レンズ３２を通して、ＣＣＤ３０の結像面３１上に結像させる。その中心位置座標を、画像認識装置２を介して計測し、前段で記憶させてあるステージマーク９２の中心座標とを合致するようにフォトマスク７５の位置を調整する。これによって、フォトマスク７５は、移動ステージ７０に対して基準の位置に設置された事になる。
【００２３】
以上の結果、ステージマーク９２の中心座標が、位置合わせ装置１のＣＣＤ３０とＣＣＤ４０に撮像され、画像認識装置２に記憶され、更にマスクマーク９０もステージマーク９２に合致させられ、フォトマスク７５の位置が移動ステージ７０を基準として決定される。
【００２４】
次に、フォトマスク７５とプリント配線基板７６とを、位置合わせする手順について説明する。
まず、プリント配線基板７６が移動ステージ７０上に置かれた状態で、マスクマーク９０を紫外線照明装置６の紫外線光源６０により照明すると、マスクマーク９０の像が投影露光レンズ７１、ハーフミラー１１を通って、紫外線反射表面鏡１０で反射され、更にビームスプリッタ３４と結像レンズ３２を通ってＣＣＤ３０に結像する。このマスクマーク９０の像は露光波長光によるものであるから、移動ステージ７０による位置ずれ等のない正確な像である。画像認識装置２によりこの像の中心座標を計測する。
【００２５】
次に、プリント配線基板７６上の基板マーク９１赤外線照明装置５の赤外線光源５０によって照明し、その像を紫外線反射表面鏡１０、ハーフミラー１１、ビームスプリッタ３４、反射鏡４３、結像レンズ４２、ビームスプリッタ５２、を通って、ＣＣＤ４０上に結像させる。基板マーク９１は露光波長とは異なる赤外線により照射されるため、プリント配線基板７６のフォトレジストが感光することはない。またフォトレジストによる吸収がなく、基板マーク９１の見えの劣化が起きることもない。
ここで予め、位置合わせ装置１のＣＣＤ３０とＣＣＤ４０の中心座標は画像認識装置２内で一致していることが保証されているので、紫外線用のＣＣＤ３０上のマスクマーク９０の中心座標に対して、赤外線用のＣＣＤ４０上の基板マーク９１の中心座標を合致させるように、移動機構８１を制御して移動ステージ７０を、XY方向及びθ方向に回転移動させて位置合わせを行う。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の投影露光装置によれば、正確な位置合わせが可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態の部分拡大図。
【図３】本発明の一実施形態の動作を示す部分拡大説明図。
【図４】本発明の一実施形態における、位置合わせ用マークの説明図。
【図５】本発明の一実施形態における、位置合わせ用マークの説明図。
【符号の説明】
１：位置合わせ装置、２：画像認識装置、３：紫外線像観察光学系、４：赤外線像観察光学系、５：赤外線照明装置、６：紫外線照明装置、１０：紫外線反射表面鏡、１１：ハーフミラー、１２：マスク像結像面、１３：マスク像反射結像面、３０：ＣＣＤ、３１：結像面、３２：結像レンズ、３３：補正レンズ、３４：ビームスプリッタ、４０：ＣＣＤ、４１：結像面、４２：結像レンズ、４３：反射鏡、５０：赤外線光源、５１：コンデンサレンズ、５２：ビームスプリッタ、６０：紫外線光源、６１：コンデンサレンズ、６２：反射鏡、７０：移動ステージ、７１：投影露光レンズ、７２：露光光源、７５：フォトマスク、７６：プリント配線基板、７８：回路パターン部、８０：制御装置、８１：移動機構、９０：マスクマーク、９１：基板マーク、９２：ステージマーク。
【図１】
0003643572.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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