(57)【要約】   【課題】  有機材料からなるプリント配線基板に特有な不均一でかつ比較的大きな変形を持つ基板に対しても、最適な位置合せが可能な露光装置を提供する。  【解決手段】  全体変倍ユニット２はｘｙ方向同一の倍率でフォトマスク７のパターンを倍率Ｓｗで拡大縮小し、片変倍ユニット１は全体変倍ユニット２とは独立に任意の一方向ωで所定の倍率Ｓｏでフォトマスクパターンを伸縮させ、アライメントスコープ４は、マスクマーク７０と基板マーク８０の位置ズレαｉ、βｉを検出する。位置ズレ信号αｉ、βｉは、演算制御装置３に送られ、アライメントに必要なパラメータである片変倍倍率Ｓｏ、片変倍方向ωが計算され、更に全体変倍倍率Ｓｗ、基板の回転量θ、基板トランスレーションＯｘ、Ｏｙ計算され、これに基づいて片変倍ユニット１、全体変倍ユニット２、露光ステージ６が制御され、アライメントが行われる。【選択図】  図１
2009098467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンをプリント配線基板に露光する投影露光装置であって、
所定のパターンを描いたフォトマスクと、
前記フォトマスクのパターンを前記プリント配線基板に投影露光する投影露光手段と、
前記フォトマスクに描かれた位置合わせ用のマスクマークと、
前記プリント配線基板に設けられた位置合わせ用の基板マークと、
前記フォトマスクとプリント配線基板との間に位置し、前記パターンを光軸中心を原点とするｘｙ座標系において任意の一方向に任意の倍率で補正する光学系と、
前記マスクマークと基板マークとのズレを検出する手段と、
該検出したズレに基づいて、前記任意の一方向である片変倍方向ωと、前記任意の倍率である片変倍倍率Ｓｏとを決定する手段と、
該決定する手段による決定に基づいて、該片変倍方向ωと片変倍倍率Ｓｏとを設定する手段と、を備え、
前記決定する手段は、前記Ｓｏとωを係数として含む前記プリント配線基板の変形モデル関数を設定し、該関数に基づいて最小２乗法により前記Ｓｏとωとを求める、
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記フォトマスクとプリント配線基板との間に位置し、前記パターンを光軸中心を原点とするｘｙ座標系において全方向に同一の任意の倍率で補正する全体変倍光学系を更に備え、
前記決定する手段は、前記Ｓｏとωに加えて、更に該全体変倍光学系により補正する前記任意の倍率である全体変倍倍率Ｓｗを係数として含む変形モデル関数を設定する、
請求項１の投影露光装置。
【請求項３】
前記決定する手段は、プリント配線基板を回転させるローテーションθと、プリント配線基板をｘｙ方向に平行移動させるトランスレーションＯｘ、Ｏｙを更に係数として含む変形モデル関数を設定する、
請求項１又は２の投影露光装置。
【請求項４】
前記関数が、下式で表される請求項１又は２又は３の投影露光装置。
【数１】
2009098467.tif 000020
但し：
ｘｉ，ｙｉ：フォトマスクに配置されるマスクマークを含むパターンの補正前座標、
Ｘｉ，Ｙｉ：フォトマスクに配置されるマスクマークを含むパターンの補正後座標
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント配線基板用の露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトレジストなどの感光材料を塗付した基板表面に所定のパターンを露光し、レジストを感光させて、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ー法が半導体ウエハ、液晶基板などの分野では広く知られているが、近年の電子機器の高性能、多機能、小型化にともない、配線パターンが細線化しており、プリント配線基板のパターン形成にもこのフォトリソグラフィー法が用いられている。
プリント配線基板は、その基材（基板）が有機材料からなるため、半導体ウエハの基材であるシリコンや液晶基板の基材であるガラスと異なり、基材の伸縮量が大きく、またプリント配線基板のパターン配置によっては、銅箔の有無等によってその伸縮に大きな方向性を持つことがある。
また、上記パターン配線の微細化にともない、フォトマスクパターンと基板パターンとのアライメント精度もますます厳しい精度が要求されてきている。
このようなプリント配線基板に特有な基板の伸縮・変形を吸収して高精度なアライメントを実現するために、本出願人は特開２００３−２２２７９５、特開２００３−２２３００３において、フォトマスクのパターンを光学的に全方向同一の伸縮量で倍率補正すると共に、これとは独立に任意方向に所定の伸縮量で倍率補正して基板上に露光する技術を提案済みである。
他方、半導体ウエハの投影露光装置では、例えば特開昭６１−４４４２９や特公平６−６９０１７において、フォトマスクパターンと基板の位置ズレ検出データから最適なアライメントを行うための位置合せモデルと位置合せに用いるパラメータ、ならびに最適なアライメント解を導出する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２２７９５
【特許文献２】特開２００３−２２３００３
【特許文献３】特開昭６１−４４４２９号
【特許文献４】特公平６−６９０１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１及び２に示す技術においては、最適なアライメントを可能にする倍率補正量を決定するための明確な方法がなく、アライメント精度の向上に限界がある問題があった。
そのため、特許文献３及び４に開示されるような半導体ウエハ投影露光装置のためのアライメントモデル式を適用する方法も考えられるが、半導体ウエハの投影露光装置のアライメントモデル式は、基板伸縮の少ない半導体ウエハを想定して考えられているために、基板伸縮の大きく、また伸縮量が基板の方向性によって異なるプリント配線基板の露光には適用できない。
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。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は所定のパターンをプリント配線基板に露光する投影露光装置であって、所定のパターンを描いたフォトマスクと、前記フォトマスクのパターンを前記プリント配線基板に投影露光する投影露光手段と、前記フォトマスクに描かれた位置合わせ用のマスクマークと、前記プリント配線基板に設けられた位置合わせ用の基板マークと、前記フォトマスクとプリント配線基板との間に位置し、前記パターンを光軸中心を原点とするｘｙ座標系において任意の一方向に任意の倍率で補正する光学系と、前記マスクマークと基板マークとのズレを検出する手段と、該検出したズレに基づいて、前記任意の一方向である片変倍方向ωと、前記任意の倍率である片変倍倍率Ｓｏとを決定する手段と、該決定する手段による決定に基づいて、該片変倍方向ωと片変倍倍率Ｓｏとを設定する手段と、を備え、前記決定する手段は、前記Ｓｏとωを係数として含む前記プリント配線基板の変形モデル関数を設定し、該関数に基づいて最小２乗法により前記Ｓｏとωとを求める、ことを特徴とする。
また、前記フォトマスクとプリント配線基板との間に位置し、前記パターンを光軸中心を原点とするｘｙ座標系において全方向に同一の任意の倍率で補正する全体変倍光学系を更に備え、前記決定する手段は、前記Ｓｏとωに加えて、更に該全体変倍光学系により補正する前記任意の倍率である全体変倍倍率Ｓｗを係数として含む変形モデル関数を設定する、構成とすることも可能である。
ここで、投影レンズ光学系の光軸中心を原点とするｘ−ｙ座標系において、任意の一方向に対してのみ所定のスケーリングで倍率補正を行うことを片変倍という。また、投影レンズ光学系の光軸中心を原点とするｘ−ｙ座標系において、全方向に対して同一のスケーリングで倍率補正を行うことを全体変倍という。
更に、前記決定する手段は、プリント配線基板を回転させるローテーションθと、プリント配線基板をｘｙ方向に平行移動させるトランスレーションＯｘ、Ｏｙを更に係数として含む変形モデル関数を設定する、ことも可能である。
前記関数としては、好適な実施形態では、下式が用いられる。
【０００６】
【数２】
2009098467.tif 000003
【０００７】
ここでｘｉ，ｙｉはフォトマスクに配置されるマスクマークを含むパターンの補正前座標であり、Ｘｉ，Ｙｉ：フォトマスクに配置されるマスクマークを含むパターンの補正後座標である。これらｘｉ，ｙｉ及びＸｉ，Ｙｉと前記検出する手段により検出されるマスクマークと基板マークとのズレαｉ、βｉとは、次の式で表される。
【０００８】
【数３】
2009098467.tif 000004
【発明の効果】
【０００９】
本発明の露光装置によれば、伸縮量が大きく且つ伸縮量が基板の方向性によって異なるプリント配線基板であっても、基板の伸縮特性に合致したアライメントが可能になり、高精度なアライメントを行える効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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において、露光ステージ６に載置されたプリント配線基板８上にフォトマスク７に描かれた所定のパターンを光源（図示せず）からの露光光により、片変倍ユニット１と全体変倍ユニット２と投影レンズ５を介して露光するように構成されている。フォトマスク７は、マスクステージ（図示せず）上にセットされている。
【００１１】
フォトマスク７とプリント配線基板８にはそれぞれマスクマーク７０と基板マーク８０が形成されており、このマスクマーク７０と基板マーク８０をアライメントスコープ４を用いて撮像し、演算制御装置３によりステージ駆動装置６０を制御し、露光ステージ６をｘｙ方向及びθ方向に移動させてフォトマスク７とプリント配線基板８の位置合わせを行うように構成されている。即ち、投影レンズ５の光軸中心とフォトマスク７の中心が合致し、露光ステージ６のｘｙ移動方向とフォトマスク７のパターンが合致するようにマスクアライメント動作が行われるように構成されている。
【００１２】
演算制御装置３はこの露光装置の全体の制御を行っており、片変倍駆動装置１０及び全体変倍駆動装置２０の制御を行い、片変倍ユニット１及び全体変倍ユニット２の倍率調整を行うように構成されている。
【００１３】
全体変倍ユニット２はｘｙ方向同一の倍率でフォトマスク７のパターンを拡大縮小する構成になっており、全体変倍駆動装置２０を介して演算制御装置３に制御され、所定の倍率でフォトマスク７のパターンを全方向同一に拡大縮小する。この倍率（スケーリング）をＳｗとする。
【００１４】
片変倍ユニット１は全体変倍ユニット２とは独立に任意の一方向ωで所定の倍率（スケーリング）Ｓｏを用いて、フォトマスクパターンを伸縮させることが可能であり、片変倍駆動装置１０を介して演算制御装置３により制御され、所定の方向ωに倍率Ｓｏでフォトマスク７のパターンを伸縮させてプリント配線基板８上に露光するように構成されている。
【００１５】
アライメントスコープ４は、マスクマーク７０と基板マーク８０の位置ズレαｉ、βｉを検出するためのものであり、マスクマーク７０及び基板マーク８０の数に対応した数設けられている。図1においては、簡単のためアライメントスコープ４を1個のみ図示しているが、マスクマーク７０と基板マーク８０は通常露光エリア内に複数個所に配置されており、その配置個数分だけアライメントスコープ４が存在する。
複数のアライメントスコープ４により検出されたマスクマーク７０と基板マーク８０の位置ズレ信号αｉ、βｉは、演算制御装置３に送られ、アライメントに必要なパラメータが計算され、アライメントを行う各ユニットに伝達される。この演算処理と制御については後述する。
【００１６】
露光ステージ６は、ステップ＆リピート露光動作するための基板のステップ動作を行うと共に、アライメント動作時においては、プリント配線基板８のパターンの回転θとトランスレーション動作、即ちｘ方向及びｙ方向の平行移動を行わせる。この回転θはフォトマスク７とプリント配線基板８の回転方向のズレを解消するために行われ、またトランスレーションはフォトマスク７とプリント配線基板８の中心のズレを解消するために行われるものであり、シフト（オフセット量）を補正する動作である。このトランスレーションをＯｘ、Ｏｙとする。
以上の動作を行うために、露光ステージ６はステージ駆動装置６０によりｘｙ方向の平行移動及びθ方向の回動を行える構成を備えている。
【００１７】
以上の構成により、複数のアライメントスコープ４によって検出されたフォトマスク７とプリント配線基板８の位置ズレ信号αｉ、βｉ、により、フォトマスク７とプリント配線基板８が最適な位置合せとなるよう、露光ステージ６と片変倍駆動装置１０及び全体変倍駆動装置２０の駆動制御量が算出され、これに基づいてアライメントが行われる。アライメント結果が所定の精度内になると、フォトマスク７上のパターンをプリント配線基板８上に投影レンズ５を介して転写し、露光動作が行われる。
【００１８】
演算制御装置３におけるアライメントに必要なパラメータの演算処理を説明する。
まず全体変倍ユニット２のアライメントモデルを構築する。全体変倍ユニット２はフォトマスク７のパターンを全方向同一の倍率で拡大縮小する光学系であり、ｘ方向とｙ方向共に同一のスケーリングとなるため、上記特許文献等に示す従来モデルのx方向のスケーリングSxとy方向のスケーリングSyは、Sx= Sy= Swとなる（図２の１）。
この時モデルは、式１のマトリックで表される。
【００１９】
【数４】
2009098467.tif 000005
・・・式１
【００２０】
次に、片変倍ユニット１については、基板が任意の角度ωに変形したことを想定して片変倍倍率Ｓｏを適用する。モデルとしては、一度角度ω回転させて便宜的にｘ方向にのみ片変倍倍率Ｓｏを適用することを考える。その後、本来の任意角度ω方向のスケーリングに変換するために、再度角度ω回転させることにより、任意角度ω方向にのみ片変倍倍率Ｓｏを適用することが可能となる。最終のスケーリングイメージは、図２の３）で表される。
以上の操作をマトリックス形式のモデルで記述すると、式２となる。なお、便宜的にｙ方向にのみ片変倍倍率Ｓｏを適用することを考えても結果が同じになることは、マトリックの簡単な計算から容易にわかる。
【００２１】
【数５】
2009098467.tif 000006
・・・式２
【００２２】
最後に、基板上のパターンのローテーションθ（図２の２）とトランスレーションＯｘ、Ｏｙは、半導体ウエハのアライメントモデルと同一であるため、従来技術のモデルをそのまま利用することができる。
【００２３】
以上を総合すると、図１に示す実施例におけるアライメントモデル式は、式３で表すことが可能となる。
【数６】
2009098467.tif 000007
・・・式３
【００２４】
演算制御装置３は上記モデル式に、アライメントスコープ４で検出された、フォトマスク７とプリント配線基板８の各位置におけるマスクマーク７０と基板マーク８０のズレデータを適用して、最小２乗法を用いることで、アライメント合せに必要な各パラメータ： Ｓｏ、ω、Ｓｗ、θ、Ｏｘ、Ｏｙを算出する。
【００２５】
演算制御装置３はこの算出結果に基づいて片変倍駆動装置１０、全体変倍駆動装置２０、ステージ駆動装置６０に指令を出し、片変倍ユニット１、全体変倍ユニット２、及び露光ステージ６駆動して、高精度なアライメントを実行する。
なお、式３で示すアライメントモデル式は、本発明の実施例に限定されることなく、片変倍ユニット１と全体変倍ユニット２と同等の機能を有し、かつ各ユニットが独立した構成となっていれば、他の実施例であっても適用可能である。
【００２６】
図３に上記動作のフローチャートを示す。
アライメントスコープ４により複数のマスクマーク７０と基板マーク８０のズレ量を検出し（ステップＳ１）、該ズレ量が精度以内であるか否かチェックする（ステップＳ２）。精度以内であれば、露光を実行する（ステップＳ５）。
精度以内でない場合、検出したズレ量と上記したモデル式に基づいて、露光ステージ６のｘｙ方向及び回転方向の補正量Ｏｘ、Ｏｙとθを算出する。同時に、片変倍倍率Ｓｏ、片変倍方向ω、全体変倍倍率Ｓｗを算出し（ステップＳ３）、該算出結果に基づいて片変倍ユニット１、全体変倍ユニット２、露光ステージ６を制御する（ステップＳ４）。
再びアライメントスコープ４により複数のマスクマーク７０と基板マーク８０のズレ量を検出し（ステップＳ１）、該ズレ量が精度以内であれば、露光を実行する（ステップＳ５）。精度以内でない場合、精度以内になるまでステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。
【００２７】
上記式３の各パラメータＳｏ、ω、Ｓｗ、θ、Ｏｘ、Ｏｙを最小２乗法で解いた結果の式を、アライメントズレデータの関数として以下記述する。
【００２８】
式３は次のように書き換えられる。
【数７】
2009098467.tif 000008
θを１次近似すると、
【数８】
2009098467.tif 000009
【００２９】
ここで
【数９】
2009098467.tif 000010
と置くと、（計測できない真の関係式）
【数１０】
2009098467.tif 000011
計測できるのは、計測等の誤差を含んだマスクマーク７０と基板マーク８０のズレ量αｉ、βｉであり、次式で表せる。
【数１１】
2009098467.tif 000012
【００３０】
【数１２】
2009098467.tif 000013
と置き換え、
【数１３】
2009098467.tif 000014
【００３１】
最小２乗法を用いて、それぞれが０になるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを求める。
【数１４】
2009098467.tif 000015
【００３２】
式を整理すると以下の通りである。なお、Ｎはマスクマーク７０（又は基板マーク８０）のマーク個数である。
【数１５】
2009098467.tif 000016
【００３３】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは上記定義の通りであるから、各パラメータＳｏ、ω、Ｓｗ、θ、Ｏｘ、Ｏｙを求める。
各パラメータをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを用いて表すと次の通りである。
【００３４】
【数１６】
2009098467.tif 000017
【００３５】
ωについて
【数１７】
2009098467.tif 000018
【００３６】
Ｓｗ、Ｓｏについて
【数１８】
2009098467.tif 000019
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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におけるアライメントモデルの各パラメータの説明図。
【図３】本発明の一実施形態の動作を示すフローチャート図。
【符号の説明】
【００３８】
１：片変倍ユニット、２：全体変倍ユニット、３：演算制御装置、４：アライメントスコープ、５：投影レンズ、６：露光ステージ、７：フォトマスク、８：プリント配線基板、１０：片変倍駆動装置、２０：全体変倍駆動装置、６０：ステージ駆動装置、７０：マスクマーク、８０：基板マーク。
【図１】
2009098467.tif 000021
【図２】
2009098467.tif 000022
【図３】
2009098467.tif 000023