JPS5849910A - 位置合せ方法 - 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】 本発明は基準となる平面にＩ・↑して成る平面の位置を
正確に合せる為の方法に関するもので、例えば通称分布
屈折率マイクロレンズアレイと呼ばれているレンズの作
成用マスク、或いは薄膜状の素子が平板上に設けられた
パターン同志の位置合わせ等広く汎用が可能な位置合わ
せ方法に関するものである。

近年蒸着技術、エツチング技術、拡散技術等の進歩に伴
ないモノリシックな平板上に所定の機能を有する素子を
設ける技術の開発が著しい。

それに伴って、例えば結像素子を設けた面とセンサーを
設けた面の位置合せを正確に行なうとか成る平板の一方
の面に設けたパターンに対し、その裏面に該パターンに
対して厳密に位置付けされた別のパターンを設ける等の
、種々の位置合せを行なうだめの要請が生じてきている
。そしてこれ等の位置合せにおいては、ミクロンオーダ
ーの精密さで位置合せを行なわなければならないことが
多い。第１図〜第３図はこの位置合せの一例を説明する
為の図である。

第１図（ａ）および（ｂ）は所謂分布屈折率平板マイク
ロレンズアレイの概略図であり、第１図（ａ）　ｔｒｉ
斜視図、第１図（ｂ）は断面図である。

第１図（ａ）に於て１は屈折率分布を持つマイクロレン
ズ部、２は屈折力のない部分、３は平板基板（例えばガ
ラス）０第１図（ｂ）は平板基板３の断面に於て、屈折
率分布が等高線で示され、元が屈折していく模様を示し
たものである。第１図（ｂ）に示したように、屈折率分
布型の平板マイクロレンズは光線の進行方向と光軸に垂
直な方向双方に屈折率差をもつ分布をもっところに特徴
があり、第１図（ａ）に示したように２次元的あるいは
１次元的なマルチレンズを構成するのに都合がよい。通
常、平板マイクロレンズの作成の方法は、第１図（ａ）
に示した２と同形状のマスクを設け、マスクを窓として
基板ガラス中のイオン変換によって行なうことができる
。そのため、マスクの形状を変えることによって様々な
配列をもったマイクロレンズアレイが実現でき、コンパ
クトな光学系を実現するために適している。

ところで第１図に示した例の場合には、基板３の片面の
みにしか屈折率分布がないから、いわゆる屈折力（パワ
ー）が弱く短かい焦点距離の光学系を実現するうえで制
約をうける。焦点距離を短かくするためには第２図に示
すように基板６の両面に屈折率分布を持たせばよい。と
ころで第２図に於て、図の上面のマイクロレンズ群を４
−１とし、下面のマイクロレンズ群を使用方法によっで
ある一定量以下であることが望ましい。例えば、第２図
において、４−１と４−２のレンズ面の偏心がある場合
、その像面内で結儂点は面偏心がない場合の位置からシ
フトする。このシフトの大きさは面偏心量Δにほぼ比例
する。コントラストについては空間周波数１０本／■程
度を対象にする時、面偏心量△が数十μ以下ではΔ−０
０場合と殆んど変わらない。しかし面偏心量Δが十μ以
上の大きさになると結像性能（コントラスト）像面照度
比等の劣化に影響を及ぼす。

その他、第１図で示したような平板レンズを光軸方向に
複数枚使用する場合があるが、平板レンズを３枚用いた
例について第３図に示す。

第３図に於て、７は被写体、８．．９□。

１０　　、はマルチレンズ群、１２，１４．１６は屈折
率分布をもたせるとき使用するマスク、１１．１３．１
５は各平板レンズの本体、１７は像で、第３図は所謂正
立等倍結像の場合で、この時空間周波数へｉ　ｏ　ｔ７
■のコントラストラ良好に結像するためには、各版に設
けられたマイクロレンズの光軸のずれ量は数十μ以上で
あることが望ましい。このため第３図のような槽板１１
．１３，１５の位置合せ方法が求められる。又、第３図
で示した以外の例で、複数枚の平板レンズを用い全系で
倒立結像を行う場合等があるが、このときは〜１０μ以
下の各平板の相互の位置合せが要求される。

本発明の目的は、上述した要求に基づいて高精度な位置
合せ方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、比較的簡易な手段で高検な位置
合せが出来る方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、量産に適する高精度位置合せ方
法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、コンパクトな構成でしかも高精
度の位置合せが可能な方法を提供することにある。

本発明に係る位置合せ方法に於いては、位置合せなすべ
き第１の平面と第２の平面の一方の面にゾーンプレート
を設け、該ゾーンプレートに平行光束を入射させた時に
生じる回折光の内所定の回折光がニアリースボットを結
ぶ位置、若しくはそのエアリ−スポットの像が結ばれる
位置にもう一方の面を設ける。そして、このニアリース
ボット又はその像が結ばれる位置に所要の形状を有する
マークを設け、前記フレネルゾーンの所定の回折光が該
マークを透過或いは該マークで反射される光量を観察す
ることによ抄、第１の平面と第２の平面の位置合せを行
うものである。

第１の平面上に設けられたゾーンプレートによる所定の
回折光のエアリ−ディスクを第２の平面上に設けられた
所要のマーク上に結ばせる場合、以下に示す本発明の実
施例では＋１次の回折光を用いるが、更に高次の正の回
折光を用いても良い。この場合、高次になる程回折光の
光重は少なくなる不都合は生じるが、逆に第２の平面上
に結ぶエアリ−ディスクの径を小さくすることが出来、
エアリ−ディスクの径の大きさでアライメント精度を出
すことが可能な本願発明に於いては、アライメント精度
は向上する。

又、本発明では、負の回折光を用いることは可能である
。但し、この場合、ゾーンプレートによる回折作用だけ
、では像を結ぶことが出来ないので、ゾーンプレートか
らの負の回折光は、と言う手間を要する。

以下に図面を用いて本発明の説明をするが、先ず同−平
板上の両面上に投けられるマスクの位置合せの例につい
て示し、次いで異なる平板上の面に設けられたマスク相
互の位置合せの実施例について説明していく。

第４図は、同−平板上の両面上に設けられるマスクの位
置合せについての実施例で、１８は平板基板、１９Ａ、
１９Ｂ　　はマスクを構成する膜状部である。

第４図（ｂ）は第４図（ａ）に示した切断面Ｃ８Ｏ図で
ある。

第４図（ｂ）に於て、２０は振幅型のゾーンプレート（
フレネルゾーンプレート）で、ｉｏＬ　基板１８の１９
１　　のマスクのある面に垂直にＨｅ　−Ｎａ−レーザ
ー光ＬＢが入射したとき、対向する面、即ちマスク１９
Ａ　が設けられるべき面にゾーンプレートの＋１次の回
折光が焦点を結ぶように設定されている。このゾーンプ
レート２゜を設けるところが本発明の要点であり、ゾー
ンプレートによって作られる焦点面での光量分布すなわ
ちＡｉｙ　Ｄｉｓｋ　のスポットの位置を跣準にして１
９人　のマスクのパターニングを行うもの第５図（ａ）
、（ｂ）は振幅型のフレネルゾーンプレートを示したも
ので、第５図（ａ）で斜線を施した部分は光が透過しな
い部分である。フレネルのゾーンプレートは各輪帯の面
積がほぼ等しい形状で与えられており、内側から惰番目
の輪帯の半径ｒｔｎｌｔ’ｌ　　ｒｍ＝４ａ　　（ｆ：
焦点距離。

λ：波長）で与えられる。第５図（ｂ）は第５図（ａ）
の断面を示したもので、２１は光を通さない膜、２２は
透明な基板である。基板２０側からＨｅ−（へ） Ｍｅ　　レーザーのような単色光ＬＢが入ったとき第５
図（ｂ）のように多くの次数の回折光−２ｄ〜＋２ｄが
発生する。但しＯｄは０次の回折光、′／″１！− ±ｎｄは士鴨４の回折光を示すものである。

これらの回折光のうち、図で示したように＋１次の回折
光＋１ｄが最も回折効率が高く、又このときゾーンプレ
ートが正の焦点距離（即ちプラスの屈折力）を持ったレ
ンズと同様の機能を果たして＋１次の回折光＋１ｄの集
光面即ち焦点面に通常レンズでみられるスポット即ちエ
アリ−パターンが発生する。このエアリ−パターンはよ
く知られているように、 ７Ａ＝１．２２Ｆ’・λ γＡ：エアリーパターンの半径 Ｆ：Ｆナンバー λ：波長 で与えられ１例えばＦ−５、λ＝０．６３２８μのとき
、γム＝３．８６μとなる。尚、位置合せ用のゾーンプ
レートは一般に振幅型のゾーンプレートに限定されるも
のではなく、位相型のゾーンプレートであってもよい。

このゾーンプレートパターンをプレイ状のマスク作成時
にあらかじめ設けておき、つづいて同−平板上の対向す
る面に、マスクパターンを作成する時のパターンの位置
合せ基準に用いる訳であるが、このときの状況について
第６図に示す。

第６図は同−平板基板の片面に既にプレイ状のマスクパ
ターンが設けられたものを対向する面にパターニングす
る場合の位置合せをする方法について説明するための図
で、２３はオリジナルマスクの幕板、２４はオリジナル
マスク面、２５はパターン焼き付は用の結像系である。

２８はマイクルレンズアレイを設けるための基板で、既
に片面（下面）にはアレイ伏のパターン３０および位置
合せに用いるゾーンプレート３１　Ａ？　３　ｉ　Ｂ　
　が設けられており、２９はフォトレジスト膜である。

２６はＴｉの膜で、この面が焼き付け、エツチングによ
ってこれからバターニングされる。２７もフォトレジス
ト膜である。第６図に示すようにゾーンプレート３１ム
および３１Ｂ　　の・瞳にＨｅ　−Ｎ　ｅレーザーの平
面波をＬＢを基板２８の下面に垂直に入射すると、フォ
トレジスト２７のある面にエアリ−ディスクのスポット
が出来る。ところでフォトレジスト２７のある面とオリ
ジナルマスク面２４はパターン焼き付は用の結像系２５
に関して共役であり、ゾーンプレート３１によって出来
たレーザー光のスポットは、結像系２５を介してオリジ
ナルマスク２４の面に結像され、とのスポットを基準に
オリジナルマスク２４と平板基板２８の位置合せを行う
ことによってｓ　　Ｔｉ膜２６のパターンのパターン３
０に対する相対位置をスポット径と同程度の寸法誤差で
高精度に設定できる。このとき、オリジナルマスク面２
４上に結像されるレーザー光のスポットに対する位置合
せ用マークを、あらかじめオリジナルマスク２４に設け
ておくと操作上都合がよい。オリジナルマスク面２４に
設けておく位置合せ用マークの１例を第７図に示す。

第７図に於いて斜線部は光を透過しない部分で、それ以
外は光を透過させる部分で、例えば真中の小さい円の中
にエアリ−ディスクが収まるように位置合せをしていけ
ばよい。この方法ではＡｉ７　Ｄｉｓｃ　　の直径程度
、即ち、８μ〜１０μ程度での位置合せが可能である。

第６図で示したのは１つの例で、焼付は用結像系２５は
透過型のレンズ系でも建う一方式でもよい。また、所謂
プロギンシティ方式によって焼付けを行う場合に於ても
第６図、第７図で示したと同様に位置合せが実現できる
。尚、８ｇ６図に示したのはフォトリソグラフィのパタ
ーン作成の時の焼付は状況を簡略化して示したものであ
る。

次に、異なる平板上の面に設けられたマスク相互の位置
合わせの実施例について説明する。

第８図は片面のみにマスクを設けて屈折力を持たせた平
板マイクロレンズアレイを別々に作成したのち、これを
接着等によって一体化する場合に、マスク面同士を接着
面としない場合の１例について示しである・マスク面同
士を接着面として接着する場合の位置合せの方法、基準
のマークを任意に設定できるため極めて容易であり、本
発明の方法に従えばマスク面が互いに離れ良状態で接合
する場合の位置合せは非常に簡便に行なうことができる
。この場合の実施例を以下に示す。

第８図に於て、３６Ａ、３６Ｂ　　はゾーンプレー）、
３３．３７は位置合せを要求するパターン、３２．３５
はパターンが設けられた透ｅ！４基板、３４は接着層ｓ
　３９　Ａ　ｅ　３’　Ｂはゾーンプレート３６Ａ、３
６Ｂ　　のつくる焦点のスポットによって位置合わせす
るためのマーク、３８ムおよび３８Ｂ　はスポットと位
置合せマークがうまく合っているかどうかをみるための
観察光学系である。この場合もＨｅ−Ｎｏの様なレーザ
ー光ＬＢは基板３５の下面に対し、垂直に平面波を入射
させている。又、ゾーンプレート３６ム、３６１はちょ
うど基板３２の上面に所定の次数の回折光の焦点を結ぶ
ように設計されておシ、ゾーンプレート３６ムと３６Ｂ
の中心とパターン３７の相互の位置関係はフォトリソグ
ラフィに使用されるオリジナルマスク作成時に精度よく
作成されてあシ、スポットとの位置合せ用マーク３９Ａ
と３９Ｂ　　とパターン３３との相互位置もオリジナル
マスクの段階で精度が保証されている。このような方法
によつて基板３２と基板３５の位置合せを行なつた後、
接着剤３４を固めればよい。例えば、接着剤は紫外線硬
化型の接着剤を用いると首尾よく接合が行なえる。

第９図に、中間体を介して相互に位置合せする場合の実
施例を示す。

第９図において、−４０および４７はマイクロレンズア
レイのマスクパターン、４１およびび４３は接着剤層４
４および４５によって一体化される。４６Ａおよび４６
Ｂは位置合せに用いるゾーンプレートで、いずれのゾー
ンプレートにも、下方から垂直にＨｅ　−Ｎ　ｅレーザ
ーのような単色性の平面波ＬＢが入射している。

ゾーンプレー）４６Ａ１４６Ｂ　　によって形成される
所定の回折光の焦点面がパターン４０の設けられている
面に相当するようにゾーンプレートの寸法は設計されて
いる。４８Ａおよび４８１はゾーンプレート４６ムおよ
び４６Ｂによって作られるレーザー光のスポットとの位
置合せ用マークである０４９Ａおよび４９Ｂは、スポッ
トと位置合せ用マークが合っているかどうかをみるため
の観察光学系である。尚、第８図および第９図での実施
例は片面のみにレンズアレイを設けた場合であるが、両
面にレンズアレイを設けた物同士を接合する場合も同様
の手法で可能となる。

以上述べたような実施例において、ゾーンプレートの瞳
に入射する光をＨｅ　−Ｎｅ　　レーザー光としている
が、一般には単色光であればよくレーザーに限定しなく
ともよい。また、第８図。

第９図における観察光学系は例えば顕微競テレビ等によ
ってＣＲＴ上に映像を出力してもよい。

以上述べ丸ように、本発明は平板マイクロレンズアレイ
のマスクの相互の位置合せを高精度かつ簡便に行う方法
を提供するが、適用分野は分布屈折率のマイクロレンズ
アレイ用マスクに限定されるものでなく、平板面上に設
けられたパターン相互の位置合せ一般に利用でき、特に
平板面上に薄膜状の機能をもった素子、例えば１個もし
くは複眼から成るゾーンプレートの結像系やアモルファ
スシリコン等に代表される薄膜センサー等のパターンの
高精度の位置合せにも用いることができる。

第１０図はアモルファスシリコン等に代表される薄膜セ
ンサーが設けられている平板基板と。

複眼ゾーンプレートから成る薄膜状結像系が設けられて
いる平板基板を相互のパターンを高精度に位置合せする
場合について示した例である。

第１０図において、５０は複眼のゾーンプレートより成
る薄膜結像系、５１はアモルファスシリコン等で代浸さ
れる薄膜センサーのパ°ターン、５２．５４は平板基板
、５３は接着剤層、５５ムおよび５５Ｂ　　は位置合せ
用に設けられたゾーンプレートで、基板５４の下面に垂
直にＨｅ　−Ｎｅレーザーの平面波が入射している。５
７Ａ　　および５７Ｂ　はゾーンプレート５５ムおよび
５５Ｂによって作られるレーザー光のスポットとの位置
合せ用マークであり、センサー５１および結像系５０は
いずれもフォトリングラフィの手法によってパターンが
作成されるため、位置合せ用ゾーンプレー＞　５５Ａお
よび５５Ｂと結像系５０が設けられている面上の位置合
せ用マーク５７ム５７Ｂ　　はフォトリソグラフィに用
いるオリジナルｉスクの作成時に相互の位置を精度よく
設定しておけばよい。尚、５６ム、５６Ｂはゾーンプレ
ート５５Ａｔ５５Ｂ　の焦点にできるスポット（光の強
阪分布）とアライメント基準マークの合せ具合をみる丸
めの観察用光学系であるＯ又、本発明の位置合せは必ら
ずしも平行平板の上に設けられたパターンに限られるも
のでなく、両面が平行でなニ幕板の上にある・・ター・
の位置合せに対しても応用できる０そのような例につい
て第１１図に示す０ 第１１図に於て５８は複眼ゾーンプレートから成る薄膜
状結像系、５９は薄膜状結像系が設けられている平行基
板、６１は接着剤層、６２は薄膜状センサー、６０は薄
膜状センサーの基板で、この基板は両面が平行でない０
６４Ａおよび６４Ｂ　　は位置合せ用のゾーンプレート
、６３Ａ　　および６３Ｂ　　は位置合せ用のマーク、
６５Ａ　および６５Ｂはゾーンプレート６４ム。

６４Ｂ　　の焦点にできるスポットとアライメント基準
マーク６３ム、６３Ｂの合せ具合をみるＭａｌ用光学系
である。ゾーンプレー）６４Ａはゾーンプレー）６４Ｂ
　　よりも焦点距離が長く作製されており、基板６０の
厚みと基板５９の厚みを青感して各焦点距離は作製され
ている。第１１図のように位置合せ用のパターンが必ら
ずしも平行平板の上に設けられなくとも、基本的に同一
原理で簡便かつ高精度のアライメントが可能である。レ
ーザー光はセンサーの設けられている面に平面波を垂直
に入射している。

以上の実施例では、アライメント用の光をレーザー光と
して用いだが、実際は単色性の光であればよくレーザー
光に限らない。例えばＬＥＤ等の単色性の光を位置合せ
用のゾーンプレートに入射してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ　（ａ）　、　（ｂ）は新開分布屈折率平板マ
イクロレンズアレイの概略図、第２図は両面に分布屈折
率マイクロアレイを施した場合の例について示した図、
第３図は分布１［１１折率平板マイクロレンズを３枚用
いて全体として正立等倍結像系を構成した例について示
す図、第４図（１）、（ｂ）は本発明に係る位置合せ方
法の一実施例？示す図、第５図（ａ）＊（ｂ）は振幅型
のゾーンプレートについて説明するための図、第６図は
本発明に係る位置合せ方法の他の実施例を示す図、第７
図はフォトリソグラフィの焼付は時に用いるオリジナル
マスク面に設けておく位置合せ用のマークの例を示す図
％第８図、第９図、第１０図及び第１１図は各々、本発
明に係る位置合せ方法の他の実施例を示す図０ ３２．３５−・・透明幕板、３３．３７・・・パターン
、３４・・・接着層、３６ム、３６Ｂ・・・マーク、３
８ム。 ３８　Ｂ−・・観察光学系。 手　　続　　補　　正　　占（自発　）１．事件の表示 昭和５６年特許願第　１４８６１３号 ２、発明の名称 位置合せ方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３−３０−２名称　（１００
）キャノン株式会社 代表者　賀　　来　　能　三　部 ４、代理人 居所　〒１４８東京都大田区下丸子３−３０−２キャノ
ン株式会社内（電話７５８−２１１１）５、　補正の対
象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ６、　補正の内容 （１）　　明細書第３頁１３行目「イオン変換」とある
のをＩイオン交換等Ｊと訂正する。 （２）同第４頁第１６行目「Δが＋ｐ以上の大きさ」と
あるのを「Δが数＋ル以上の大きさ」と訂正する。 （３）同第５頁９行目「ずれ量は数＋用具上」とあるの
を「ずれ量は数＋ル以下」と訂正する。 （４）同第６頁１行目「高検な位置合せ」とあるのをｒ
高精度な位置合せ」と訂正する。 （５）同第６頁１６行目乃至１７行目「前記フレネルゾ
ーン」とあるのをＴ前記ゾーンプレート」と訂正する。 （ｆｌ）　　同１＠７頁１２行目「負の回折光を用いる
ことは」とあるのをＩ負の回折光を用いることも」と訂
正する。 （７）同第１３頁２１１行目「位置合せの方法、基準」
とあるのを「位置合せの方法は、基準」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の面と第２の面との位置合せを行なう方法に
   於いて、第１の面にはゾーンプレートが設けられ、該ゾ
   ーンプレートに光束を照射した時、ゾーンプレートによ
   る所定の次数の回折光のエアリ−ディスク又はその像が
   前記第２の面に形成される様にし、前記第２の面の該エ
   アリ−ディスク又はその像が形成される位置に所定のマ
   ークを設け、該マークからの光束を観察することにより
   前記第１の面と第２の面の位置合せを行う事を特徴とす
   る位置合せ方法。