JP2008186961A - 位置合わせ装置、露光装置および位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大がかりな設備や高いコストをかけず、簡便で安全に精度良く半導体基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる位置合わせ装置および露光装置、ならびにその位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】 エッチング痕を有する半導体基板１０を保持する基板ホルダ１１と、基板ホルダ１１を回転駆動させる回転駆動部１２と、半導体基板１０のエッチング痕を撮影するカメラ１３と、カメラ１３により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理部１４と、認識されたエッチング痕の方位に基づいて回転角度を求め、求めた回転角度に基づいて回転駆動部１２を制御する制御部とを備えるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ装置および露光装置ならびにその位置合わせ方法に関する。

従来から、たとえばガリウム砒素（以下、ＧａＡｓと記す。）の単結晶などからなる半導体基板は、スライス工程、べべリング工程、ラッピング工程、エッチング工程、研磨工程、洗浄工程の各工程によって製造されている。スライス工程では、チョコラルスキ法などにより製造されたＧａＡｓインゴットがあらかじめ定める厚みの円板形状基板にスライスされる。ベベリング工程では、スライスされた基板の周辺部の面取り研削を行う。ラッピング工程では、研磨剤を用いて基板の両面を研磨する。エッチング工程では、たとえばアンモニア系エッチング液などを用いて、化学研磨により基板の両面を研磨する。研磨工程では、基板の片面に鏡面加工を施す。洗浄工程では、基板表面の酸化膜や不純物などを薬品などにより除去する化学洗浄を行う。

上記製造工程によって製造された半導体基板において、鏡面加工が施された面は、半導体デバイスの実装面として使用される。一方、鏡面加工が施されなかった面（以下、ヘイズ面と記す。）には、エッチング工程によって生成したエッチング痕の集合によるヘイズが見られるため、実装面との識別などが容易である。

図５は、従来の半導体レーザチップの製造工程を概略して示す工程図である。半導体レーザチップの製造工程では、まず半導体基板の実装面にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法やＭＢＥ（Molecular beam epitaxy）法などにより結晶成長を行わせ、その後露光工程およびエッチング工程などを経て、図５（ａ）に示すようなストライプ状のリッジ５０を形成する。そして再度結晶成長を行わせることにより結晶成長膜からなる電流阻止層を形成し、リッジ５０のみからなる電流経路を作製する。さらに、露光工程およびエッチング工程などを経て、図５（ｂ）に示すようにオーミック電極５１を形成する。そして、図５（ｃ）に示すように、劈開により半導体レーザチップが複数個連なるバー５２を切り出し、劈開面に所望の反射率を有するコート膜を成膜する。そして、図５（ｄ）に示すように、このバー５２をさらに分割することにより個々の半導体レーザチップ５３を得る。バー５２や半導体レーザチップ５３を作製する際に用いられる分割方法としては、劈開以外にも、スクライブなどによる方法があるが、一般的にはよりきれいな破断面が得られる劈開が用いられている。

上述のように、半導体基板を分割してバー５２や半導体レーザチップ５３を形成する際には、半導体基板や結晶成長層の結晶方位を利用した劈開を行うため、上記製造工程で形成されたリッジ５０およびオーミック電極５１が結晶方位に対して精度良く位置していることが重要となる。また、半導体レーザチップ５３を実装した際に良好な放熱を得るためにはオーミック電極５１の面積をできるだけ大きくする必要がある。したがって、半導体基板の分割を行う部位となる電極間の距離は約数十μｍ程度になるように極力狭くする必要があり、結晶方位に対するリッジ５０およびオーミック電極５１の高い位置精度が求められる。

このため、リッジ５０や電極５１の形成の際に複数回行われる露光工程では、第１回目の露光工程時において半導体基板の位置合わせ（以下、プリアライメントと記す。）が行われ、半導体基板上に結晶方位を示すアライメントマークなどが作製される。第２回目以降の露光工程時には、第１回目の露光工程で作製されたアライメントマークなどを基準として露光が行われるため、第１回目の露光工程時におけるプリアライメントが精度良く行われることが非常に重要になる。このようなプリアライメントでは、半導体基板の結晶方位を示す基準となるオリエンテーションフラット（以下、オリフラと記す。）やノッチを利用する方法が広く用いられている。オリフラとは、半導体基板の結晶方位に平行な劈開面にしたがって、半導体基板の外周の一部を切除して形成される直線状外形のことである。またノッチとは、結晶方位を判別するために半導体基板の外周に設けられる、たとえばＶ字状の切りかきのことである。そしてオリフラやノッチの位置および方位角度をレーザビームセンサなどによって検出し、その検出結果に基づいてプリアライメントが行われる。

また特許文献１では、Ｘ線回折により半導体基板の結晶方位を検出し、検出した結晶方位に基づいてプリアライメントを行う露光装置について開示されている。

特開２００３−３０９０５６号公報

オリフラやノッチを用いてプリアライメントを行う方法には、以下のような問題点がある。図６は、オリフラを用いてプリアライメントを行う際の位置ずれについて説明する概略図である。たとえば、図６に示すような直径７６ｍｍでオリフラの長さが２２ｍｍの半導体基板において、オリフラの一端があらかじめ定められる基準線Ａ上にあり、オリフラのもう一方の一端が基準線Ａから鉛直方向上方に約４０μｍずれたとすると、半導体基板の結晶方位は基準線Ａの方位に対して約０．１°ずれることになる。この場合、直径位置でのずれは約１３０μｍとなってしまう。このようにオリフラやノッチを用いてプリアライメントを行う方法では、直径位置でのずれ量が分割する電極間の距離である数十μｍよりも大きくなってしまう。

また、半導体レーザチップの製造工程では、第１回目の露光工程の前にＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などによる結晶成長を行うためオリフラにも結晶成長層が付着し、オリフラの劈開面が平滑ではなくなってしまう。また、第１回目の露光工程の前にエッチング工程があった場合においても、オリフラがエッチングされてしまうためオリフラの劈開面が平滑ではなくなってしまう。したがって、オリフラを用いたプリアライメントは非常に困難になる。

また特許文献１の露光装置では、露光装置内にＸ線源およびＸ線検出器を設ける必要があり、設備が大がかりとなる上、コストが高くなる。さらに、手動型の露光装置では、作業者が装置前で作業するため、Ｘ線による被爆のおそれも伴う。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、大がかりな設備や高いコストをかけず、簡便で安全に精度良く半導体基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる位置合わせ装置および露光装置、ならびにその位置合わせ方法を提供することである。

本発明は、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ装置であって、
エッチング痕を有する基板を保持する第１の保持手段と、
前記第１の保持手段を回転駆動させる回転駆動手段と、
前記基板の前記エッチング痕を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理手段と、
認識された前記エッチング痕の方位に基づいて前記基板の結晶方位と前記あらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて回転駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする位置合わせ装置である。

また本発明の位置合わせ装置は、前記画像処理手段は、前記エッチング痕を長軸と短軸とを有する形状として認識し、前記長軸の延びる方位を前記エッチング痕の方位として認識することを特徴とする。

また本発明の位置合わせ装置は、前記画像処理手段は複数の前記エッチング痕の方位を認識し、前記制御手段は認識された前記複数の前記エッチング痕の方位に基づいて前記回転角度を求めることを特徴とする。

また本発明の位置合わせ装置は、前記回転角度は、複数の前記エッチング痕の方位に基づいて求められた複数の回転角度を平均した角度であることを特徴とする。

また本発明の位置合わせ装置は、前記画像処理手段は、複数の前記エッチング痕の前記長軸を複数のベクトルとして認識し、前記制御手段は認識された複数の前記ベクトルを合成することにより得られる合成ベクトルに基づいて前記回転角度を求めることを特徴とする。

また本発明は、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行い、フォトマスクに形成されている回路パターンを感光性樹脂が塗布された基板上に露光転写する露光装置において、
エッチング痕を有する基板を保持する第１の保持手段と、
前記第１の保持手段を回転駆動させる回転駆動手段と、
前記基板の前記エッチング痕を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理手段と、
認識された前記エッチング痕の方位に基づいて前記基板の結晶方位と前記あらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて前記回転駆動手段を制御する制御手段と、
表面に前記回路パターンが形成されたフォトマスクを保持する第２の保持手段と
前記第２の保持手段に保持されたフォトマスクに向けて光を照射する光照射手段とを備えることを特徴とする露光装置である。

また本発明は、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ方法であって、前記基板のエッチング痕を撮影し、撮影された前記エッチング痕に基づいて前記エッチング痕の方位を認識し、認識された前記エッチング痕の方位に基づいて前記基板の結晶方位と前記あらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて基板を回転させることを特徴とする位置合わせ方法である。

また本発明の位置合わせ方法は、前記エッチング痕は、一方の面を保護された前記基板をエッチングすることにより得られることを特徴とする。

本発明によれば、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ装置において、第１の保持手段がエッチング痕を有する基板を保持し、
撮影手段が基板のエッチング痕を撮影し、画像処理手段が撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識し、制御手段が認識されたエッチング痕の方位に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて回転駆動手段により第１の保持手段を回転させる。これにより、基板のエッチング痕を利用して位置合わせを行うため、簡便に精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。また、エッチング痕を撮影する撮影手段を用いるため、大がかりな設備や高いコストをかけることなく、安全に位置合わせを行うことができる。

また本発明によれば、画像処理手段は、エッチング痕を長軸と短軸とを有する形状として認識し、長軸の延びる方位をエッチング痕の方位として認識する。これにより、より正確なエッチング痕の方位を認識することができるようになり、より精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることが可能になる。

また本発明によれば、画像処理手段は複数のエッチング痕の方位を認識し、制御手段は認識された複数のエッチング痕の方位に基づいて回転角度を求める。このように、複数のエッチング痕を用いてエッチング痕の方位を認識することにより、１つのエッチング痕を用いた場合と比較して、より正確にエッチング痕の方位を認識することができる。したがって、さらに精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定められた基準方位とを揃えることが可能になる。

また本発明によれば、回転角度は、複数のエッチング痕の方位に基づいて求められた複数の回転角度を平均した角度であることにより、簡便に複数のエッチング痕に基づく回転角度を求めることができる。したがって、より簡便に精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。

また本発明によれば、画像処理手段は、複数のエッチング痕の長軸を複数のベクトルとして認識し、制御手段は、認識された複数のベクトルを合成することにより得られる合成ベクトルに基づいて回転角度を求める。これにより、簡便に複数のエッチング痕に基づく回転角度を求めることができる。したがって、より簡便に精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。

また本発明によれば、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行い、フォトマスクに形成されている回路パターンを感光性樹脂が塗布された基板上に露光転写する露光装置において、第１の保持手段がエッチング痕を有する基板を保持し、撮影手段が基板のエッチング痕を撮影し、画像処理手段が撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識し、制御手段が認識されたエッチング痕の方位に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて回転駆動手段により第１の保持手段を回転させる。これにより、基板のエッチング痕を利用して位置合わせを行うため、簡便に精度よく基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。また、エッチング痕を撮影する撮影手段を用いるため、大がかりな設備や高いコストをかけることなく、安全に位置合わせを行うことができる。また、第２の保持手段が表面に回路パターンが形成されたフォトマスクを保持し、照射手段が、第２の保持手段に保持されたフォトマスクに向けて光を照射する。これにより、フォトマスクに形成されている回路パターンの方位と、基板の結晶方位とを精度良く揃えて露光転写することができる。

また本発明によれば、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ方法において、基板のエッチング痕を撮影し、撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識し、認識されたエッチング痕の方位に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、この回転角度に基づいて基板を回転させる。これにより、基板のエッチング痕を利用して位置合わせを行うため、簡便に精度よく基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。また、エッチング痕を撮影する撮影手段を用いるため、大がかりな設備や高いコストをかけることなく、安全に位置合わせを行うことができる。

また本発明によれば、エッチング痕は、一方の面を保護された基板をエッチングすることにより得られる。したがって、エッチング痕を有しない基板においても、エッチング痕を形成することができ、形成したエッチング痕に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定められた基準方位とを揃えることが可能になる。

以下に実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り特に限定されるものではない。

本発明の位置合わせ装置は、基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う装置であって、エッチング痕を有する基板を保持する第１の保持手段と、第１の保持手段を回転駆動させる回転駆動手段と、基板のエッチング痕を撮影する撮影手段と、撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理手段と、認識されたエッチング痕の方位に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、回転角度に基づいて回転駆動手段を制御する制御手段とを備える。

上記の各手段から構成されることによって、本発明の位置合わせ装置は、基板のエッチング痕を撮影し、撮影された前記エッチング痕に基づいて前記エッチング痕の方位を認識し、認識されたエッチング痕の方位に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて基板を回転させる。これにより、基板のエッチング痕を利用して位置合わせを行うため、簡便に精度よく基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。また、エッチング痕を撮影する撮影手段を用いるため、大がかりな設備や高いコストをかけることなく、安全に位置合わせを行うことができる。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における位置合わせ装置１の構成を簡略化して示す概略図である。位置合わせ装置１は、半導体レーザチップの製造工程における露光工程時や、半導体レーザチップの外観検査を行う際などに、半導体基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う装置である。

位置合わせ装置１は、図１に示すように、エッチング痕を有する半導体基板１０を保持する基板ホルダ１１と、基板ホルダ１１を回転駆動させる回転駆動部１２と、半導体基板１０のエッチング痕を撮影するカメラ１３と、カメラ１３により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理部１４と、認識されたエッチング痕の方位に基づいて半導体基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、求めた回転角度に基づいて回転駆動部１２を制御する制御部とを備える。

位置合わせ装置１には、あらかじめ装置座標としてｘｙｚ直交座標系が定められる。ｘｙｚ直交座標系は、ｘ軸およびｙ軸が半導体基板１０の表面に対して平行となるよう設定され、ｘ軸は紙面に対して前後方向に延び、ｙ軸は紙面に対して左右方向に延びている。ｚ軸は、半導体基板１０の表面に対して直交する方向に設定されている。

位置合わせ装置１に適用される半導体基板１０の形状としては、特に限定されるものではないが、たとえば直径が５０ｍｍ〜３００ｍｍで厚みが３００μｍ〜８００μｍの略円形状のものなどが挙げられる。また半導体基板１０の材質としては、特に制限されるものではないが、たとえばＧａＡｓ単結晶からなるものやシリコン単結晶からなるものなどが挙げられる。半導体基板１０には、半導体基板の結晶方位を示す基準となるオリフラやノッチなどは特に設けられていなくてもよい。また半導体基板１０の実装面には、感光性樹脂、たとえばフォトレジストが塗布されていてもよい。

以下に半導体基板１０のヘイズ面のエッチング痕について説明する。図２は、半導体基板１０のヘイズ面のエッチング痕２１を示す説明図である。図２（ａ）は、エッチング痕２１を光学顕微鏡で観察したときの写真であり、図２（ｂ）は個々のエッチング痕２１を楕円形状に近似して示す平面図である。

半導体基板のヘイズ面を光学顕微鏡などで観察すると、図２（ａ）に示すように一定の方位を持った微細なエッチング痕２１の集合を確認できる。このような方位は、半導体基板１０の結晶方位を反映したエッチングレートの差により生じるものである。このエッチング痕２１の方位から結晶方位を確認することができる。たとえば、ＧａＡｓ半導体基板１０の結晶方位が（１，０，０）であり、オリフラの方位が（０，１，−１）の場合、ヘイズ面のエッチング痕２１の方位は、よりエッチングされやすい方位であるオリフラの方位と同じになる。またオリフラは、ＧａＡｓ半導体基板１０の結晶方位に平行な劈開面にしたがって形成されているため、オリフラの方位とＧａＡｓ半導体基板１０の結晶方位とは同じである。したがって、エッチング痕２１の方位はＧａＡｓ半導体基板１０の結晶方位と同じになる。以下、位置合わせ装置１に適用される半導体基板１０ではエッチング痕２１の方位と結晶方位が同じであることとする。

位置合わせ装置１において、半導体基板１０は基板ホルダ１１上に設置され、真空吸着
により固定されている。半導体基板１０の固定手段は、上記の構成に限られるものではなく、半導体基板１０を固定できるものであればよい。

基板ホルダ１１は、たとえばステンレスなどから構成される板状の部材であり、一部に厚み方向に貫通する貫通孔が設けられている。この貫通孔は、貫通孔の下方に設けられるカメラ１３によりエッチング痕２１を撮影するために設けられる。貫通孔の形状は特に限定されるものではないが、たとえば直径５ｍｍ〜１０ｍｍの円形状の孔などが挙げられる。

基板ホルダ１１の中央下部には、回転軸１５が設けられている。基板ホルダ１１にはあらかじめ定める基準方位、たとえばｘｙｚ直交座標系におけるｘ軸の延びる方位を示す基準となる基準線などが設けられており、基板ホルダ１１は、前記基準線などは動かないままで、半導体基板１０は回転軸１５を中心として回転するように構成されている。回転軸１５は、回転軸１５を回転駆動する回転駆動部１２と接続され、回転駆動部１２は図示しない制御部と接続される。上記構成においては、基板ホルダ１１には貫通孔が設けられているが、特にこれに限定されるものではなくカメラ１３による半導体基板１０のエッチング痕２１の撮影が可能な構成であればよく、たとえば基板ホルダ１１全体がガラスなどの透明な材料を用いて形成されている構成であってもよい。また基板ホルダ１１は、ｘｙｚ直交座標系におけるｘ軸方向ｙ軸方向およびｚ軸方向への移動などが可能であるように構成されていてもよい。
基板ホルダ１１は第１の保持手段に相当し、回転駆動部１２は回転駆動手段に相当する。

基板ホルダ１１の上記貫通孔の下方には、光学顕微鏡が内臓されているカメラ１３が設置され、半導体基板１０のヘイズ面のエッチング痕２１が撮影可能に構成されている。光学顕微鏡の倍率としては、２０μm程度の大きさであるエッチング痕２１が観察できる程度であればよいが、たとえば５００倍などが好ましい。

また、カメラ１３に内臓される装置としては、上記光学顕微鏡に限定されるものではなく、たとえば走査型電子顕微鏡（Scanning Electron microscope；略称ＳＥＭ)、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；略称ＡＦＭ）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラおよびレーザ顕微鏡などであってもよい。

カメラ１３は、画像処理部１４と接続され、画像処理部１４は図示しない制御部と接続されている。カメラ１３は撮影手段に相当する。

画像処理部１４および図示しない制御部は、マイクロコンピュータを主体として構成される。画像処理部１４は、撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する。制御部は、基板ホルダ１１、回転駆動部１２および画像処理部１４と接続され、これらの各構成部の動作を制御する。画像処理部１４は画像処理手段に相当し、制御部は制御手段に相当する。

以下に位置合わせ装置１の動作について説明する。まず、基板ホルダ１１に基板ホルダ１１の回転中心と半導体基板１０の中心とを合わせるようにして半導体基板１０を固定し、カメラ１３により半導体基板１０のヘイズ面のエッチング痕２１を撮影する。画像処理部１４は、既存の輪郭抽出処理であるエッジ検出などにより、撮影された各エッチング痕２１の形状を長軸と短軸とを有する形状である楕円形状に近似させて認識する。そして、楕円形状に近似させて認識されたエッチング痕２１の集合の中から、たとえば撮影画像の中央にある１つのエッチング痕２１を選択し、長軸の延びる方位をエッチング痕２１の方位として認識する。このようにしてエッチング痕２１の方位を認識することにより、より正確なエッチング痕の方位を認識することができるようになり、より精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることが可能になる。

そして制御部は、以下に述べるようにして認識したエッチング痕２１の方位から半導体基板１０の回転角度を求める。半導体基板１０において、エッチング痕２１の方位と結晶方位とは同じである。したがって、あらかじめ定める基準方位、たとえばｘｙｚ直交座標系におけるｘ軸の延びる方位とエッチング痕２１の方位とがなす角度のうち小さいほうの角度を回転角度として求める。

回転角度が求まると、制御部は回転駆動部１２を回転駆動させ、半導体基板１０の結晶方位とあらかじめ定める基準方位を示す基板ホルダ１１に設けられた基準線などとが揃うように、基板ホルダ１１を回転角度分だけ回転させ、半導体基板１０の位置合わせを行う。

このように、位置合わせ装置１は、半導体基板１０のエッチング痕２１を利用して位置合わせを行うため、オリフラやノッチなどを利用することなく、簡便に精度よく半導体基板１０の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。また、エッチング痕２１を撮影するカメラ１３を用いるため、大がかりな設備や高いコストをかけることなく、安全に位置合わせを行うことができる。

なお、上記構成ではエッチング痕２１の方位と結晶方位が同じである場合において回転角度を求めたが、エッチング痕２１の方位と結晶方位が異なる場合においても、エッチング痕２１の方位と結晶方位とがなす角度およびエッチング痕２１とあらかじめ定める基準方位とがなす角度に基づいて、適宜回転角度を求めることができる。回転角度の求め方としては、たとえばエッチング痕２１とあらかじめ定める基準方位とがなす角度θおよびエッチング痕２１の方位と結晶方位とがなす角度αを求め、角度θに角度αを足して求める方法および角度θから角度αを引いて求める方法が挙げられる。

次いで、本発明の第２の実施形態における露光装置２について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態における露光装置２の構成を簡略化して示す概略図である。露光装置２においては、図３に示すように、ステージ３１と、光源３２および反射ミラー３３とを備えた以外は第１の実施形態における位置合わせ装置１と同様の構成である。以下、第１の実施形態における位置合わせ装置１と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。

露光装置２は、エッチング痕２１を有する半導体基板１０を保持する基板ホルダ１１と、基板ホルダ１１を回転駆動させる回転駆動部１２と、半導体基板１０のエッチング痕２１を撮影するカメラ１３と、カメラ１３により撮影されたエッチング痕２１に基づいてエッチング痕２１の方位を認識する画像処理部１４と、認識されたエッチング痕２１の方位に基づいて半導体基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、求めた回転角度に基づいて回転駆動部１２を制御する制御部と、表面に回路パターンが形成されたフォトマスク３０を保持するステージ３１とステージ３１に保持されたフォトマスク３０に向けて光を照射する光源３２および反射ミラー３３とを備える。

露光装置２には、あらかじめ装置座標としてｘｙｚ直交座標系が定められる。ｘｙｚ直交座標系は、ｘ軸およびｙ軸が半導体基板１０の表面に対して平行となるよう設定され、ｘ軸は紙面に対して前後方向に延び、ｙ軸は紙面に対して左右方向に延びている。ｚ軸は、半導体基板１０の表面に対して直交する方向に設定されている。

基板ホルダ１１の上方には、リッジやオーミック電極などの回路パターンが形成されたフォトマスク３０を保持するためのステージ３１が設けられている。ステージ３１は、たとえばステンレスなどから構成される板状の部材である。フォトマスク３０はステージ３１上に、真空吸着により固定されている。フォトマスク３０の固定手段は、上記の構成に限られるものではなく、フォトマスク３０を固定できる形状のものであればよい。

ステージ３１には、あらかじめ定める基準方位、たとえばｘｙｚ直交座標系におけるｘ軸の延びる方位を示す基準となる基準線などが設けられている。

またステージ３１は、ｘｙｚ直交座標系におけるｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向への移動などが可能であるように構成されていてもよい。この場合、ステージ３１は図示しない制御部と接続され、ステージ３１の移動動作は制御部により制御される。

ステージ３１の上方には、光源３２および反射ミラー３３が設けられる。光源３２としては、一般的に用いられるものでよく特に限定されるものではないが、水銀ランプのｇ線（発振波長４３６ｎｍ）やｉ線（発振波長３６５ｎｍ）、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ（発振波長１９３ｎｍ）などが挙げられる。反射ミラー３３は、露光用光源から放射される光を効率的に利用するために設けられ、たとえば一般的に用いられる、ガラスの片面にアルミニウムや銀などの金属が蒸着されて形成された鏡などにより構成される高反射率ミラーなどによって構成される。

ステージ３１は、第２の保持手段に相当し、光源３２および反射ミラー３３は光照射手段に相当する。

以下に、露光装置２の動作について説明する。
まず、ステージ３１に、半導体基板１０の結晶方位に揃えたい回路パターンの方位と、あらかじめ定める基準方位、たとえばｘｙｚ直交座標系のｘ軸が延びる方位を示すステージ３１に設けられた基準線などとを揃えるようにしてフォトマスク３０を固定する。次いで、基板ホルダ１１に、基板ホルダ１１の回転中心と半導体基板１０の中心とを合わせるようにして半導体基板１０を固定し、カメラ１３により半導体基板１０のヘイズ面のエッチング痕２１を撮影する。画像処理部１４は、既存の輪郭抽出処理であるエッジ検出などにより、撮影された各エッチング痕２１の形状を長軸と短軸とを有する形状である楕円形状に近似させて認識する。そして、楕円形状に近似させて認識されたエッチング痕２１の集合の中から、たとえば撮影画像の中央にある１つのエッチング痕２１を選択し、長軸の延びる方位をエッチング痕２１の方位として認識する。このようにしてエッチング痕２１の方位を認識することにより、より正確なエッチング痕の方位を認識することができるようになり、より精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることが可能になる。

そして制御部は、以下に述べるようにして認識したエッチング痕２１の方位から半導体基板１０の回転角度を求める。半導体基板１０において、エッチング痕２１の方位と結晶方位とは同じである。したがって、あらかじめ定める基準方位、たとえばｘｙｚ直交座標系におけるｘ軸の延びる方位とエッチング痕２１の方位とがなす角度のうち小さいほうの角度を回転角度として求める。

回転角度が求まると、制御部は回転駆動部１２を回転駆動させ、半導体基板１０の結晶方位とあらかじめ定める基準方位を示す基板ホルダ１１に設けられた基準線などとが揃うように、基板ホルダ１１を回転角度分だけ回転させ、半導体基板１０の位置合わせを行う。

半導体基板１０の位置合わせが終了すると、光源３２から光が出射される。出射された光は反射ミラー３３により反射され、ステージ３１に保持されるフォトマスク３０に導かれてフォトマスク３０をほぼ均一に照明する。そしてフォトマスク３０を透過した光束は、基板ホルダ１１に保持されている半導体基板１０上に導かれ、フォトマスク３０の回路パターンが半導体基板１０上に塗布された感光性樹脂に露光転写される。

このように、露光装置２は、半導体基板１０のエッチング痕２１を利用して位置合わせを行うため、オリフラやノッチなどを利用することなく、簡便に精度よく基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。また、エッチング痕２１を撮影するカメラ１３を用いるため、大がかりな設備や高いコストをかけることなく、安全に位置合わせを行うことができる。また、ステージ３１が表面に回路パターンが形成されたフォトマスク３０を保持し、光源３２および反射ミラー３３が、ステージ３１に保持されたフォトマスク３０に向けて光を照射する。これにより、フォトマスク３０に形成されている回路パターンの方位と、半導体基板１０の結晶方位とを精度良く揃えて露光転写することができる。

なお、上記構成ではエッチング痕２１の方位と結晶方位が同じである場合において回転角度を求めたが、エッチング痕２１の方位と結晶方位が異なる場合においても、エッチング痕２１の方位と結晶方位とがなす角度およびエッチング痕２１とあらかじめ定める基準方位とがなす角度に基づいて、適宜回転角度を求めることができる。回転角度の求め方としては、たとえばエッチング痕２１とあらかじめ定める基準方位とがなす角度θおよびエッチング痕２１の方位と結晶方位とがなす角度αを求め、角度θに角度αを足して求める方法および角度θから角度αを引いて求める方法が挙げられる。

上記第１および第２の実施形態では、１つのエッチング痕２１を用いてエッチング痕２１の方位を認識したが、特にこれに限定されるものではなく、複数のエッチング痕２１を用いてエッチング痕２１の方位を認識し、認識された複数のエッチング痕２１の方位に基づいて回転角度を求める構成であってもいい。このように、複数のエッチング痕２１を用いてエッチング痕２１の方位を認識し回転角度を求めることにより、１つのエッチング痕２１を用いた場合と比較して、より正確にエッチング痕２１の方位を認識することができる。したがって、さらに精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定められた基準方位とを揃えることが可能になる。

複数のエッチング痕２１を選ぶ方法としては、たとえば、上記楕円形状に近似させて認識された複数のエッチング痕２１の集合の中から、撮影画像の中央付近にあらかじめ設定された領域内に存在するエッチング痕２１を複数選択する方法や、あらかじめ撮影画像内にある程度距離をもって離れているいくつかの領域を設定しておき、その領域内に存在するエッチング痕２１を複数選択する方法などが挙げられる。また、上記のように複数のエッチング痕２１を選ぶ場合、可能な限り離れた位置にあるエッチング痕２１を選択することが好ましい。図４は、２箇所のエッチング痕２１を選択する方法の一例を示す概略図である。図４に示すように、半導体基板１０の外形に接する位置にあり、半導体基板１０の中心を通る直線Ｂ上に対向して並ぶ２つのエッチング痕２１ａを用いて位置合わせを行った場合は、半導体基板１０の外形に接する位置にあり、半導体基板１０の中心を通らない直線Ｃ上に対向して並ぶ２つのエッチング痕２１ｂを用いて位置合わせを行った場合よりもより正確にエッチング痕２１の方位を認識することができる。したがってより精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。

上記のように選択された複数のエッチング痕２１に基づいて回転角度を求める方法の例について以下に述べる。

たとえば、選択された複数のエッチング痕２１の方位に基づいて求められた複数の回転角度の平均を求める方法が挙げられる。このように、回転角度が、複数のエッチング痕２１の方位に基づいて求められた複数の回転角度を平均した角度であることにより、簡便に複数のエッチング痕２１に基づく回転角度を求めることができる。したがって、より簡便に精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。

また他の例として、複数のエッチング痕２１の長軸を複数のベクトルとして認識し、これらのベクトルを合成することにより得られる合成ベクトルの方位と、あらかじめ定める基準方位とがなす角度のうち小さいほうの角度を回転角度として求める方法も挙げられる。このように、複数のエッチング痕２１を複数のベクトルとして認識し、認識された複数のベクトルを合成することにより得られる合成ベクトルに基づいて回転角度を求めることにより、簡便に複数のエッチング痕２１に基づく回転角度を求めることができる。したがって、より簡便に精度良く基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とを揃えることができる。

また上記第１および第２の実施形態では、あらかじめヘイズ面を有する半導体基板１０を用いたが、特にこれに限定されるものではく、たとえば両面が鏡面加工された半導体基板を用いてもよい。この場合、半導体レーザチップ製造工程の途中であって、第１回目の露光工程の前に、半導体基板の一方の面をフォトレジストなどで保護した上で、アンモニア系などのエッチング液を用いてエッチングを行うことにより、保護されていない側の面にエッチング痕２１を形成する。これにより、エッチング痕２１を有しない基板においても、エッチング痕２１を形成することができ、形成したエッチング痕２１に基づいて基板の結晶方位とあらかじめ定められた基準方位とを揃えることが可能になる。

本発明の第１の実施形態における位置合わせ装置の構成を簡略化して示す概略図である。 半導体基板のヘイズ面のエッチング痕を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態における露光装置の構成を簡略化して示す概略図である。 ２箇所のエッチング痕を選択する方法の一例を示す概略図である。 従来の半導体レーザチップの製造工程を概略して示す工程図である。 オリフラを用いてプリアライメントを行う際の位置ずれについて説明する概略図である。

符号の説明

１ 位置合わせ装置
２ 露光装置
１０ 半導体基板
１１ 基板ホルダ
１２ 回転駆動部
１３ カメラ
１４ 画像処理部
１５ 回転軸
２１ エッチング痕
３０ フォトマスク
３１ ステージ
３２ 光源
３３ 反射ミラー

Claims (8)

1. 基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ装置であって、
   エッチング痕を有する基板を保持する第１の保持手段と、
   前記第１の保持手段を回転駆動させる回転駆動手段と、
   前記基板の前記エッチング痕を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理手段と、
   認識された前記エッチング痕の方位に基づいて前記基板の結晶方位と前記あらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて回転駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする位置合わせ装置。
2. 前記画像処理手段は、前記エッチング痕を長軸と短軸とを有する形状として認識し、前記長軸の延びる方位を前記エッチング痕の方位として認識することを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ装置。
3. 前記画像処理手段は複数の前記エッチング痕の方位を認識し、前記制御手段は認識された前記複数の前記エッチング痕の方位に基づいて前記回転角度を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の位置合わせ装置。
4. 前記回転角度は、複数の前記エッチング痕の方位に基づいて求められた複数の回転角度を平均した角度であることを特徴とする請求項３に記載の位置合わせ装置。
5. 前記画像処理手段は、複数の前記エッチング痕の前記長軸を複数のベクトルとして認識し、前記制御手段は認識された複数の前記ベクトルを合成することにより得られる合成ベクトルに基づいて前記回転角度を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の位置合わせ装置。
6. 基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行い、フォトマスクに形成されている回路パターンを感光性樹脂が塗布された基板上に露光転写する露光装置において、
   エッチング痕を有する基板を保持する第１の保持手段と、
   前記第１の保持手段を回転駆動させる回転駆動手段と、
   前記基板の前記エッチング痕を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段により撮影されたエッチング痕に基づいてエッチング痕の方位を認識する画像処理手段と、
   認識された前記エッチング痕の方位に基づいて前記基板の結晶方位と前記あらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて前記回転駆動手段を制御する制御手段と、
   表面に前記回路パターンが形成されたフォトマスクを保持する第２の保持手段と
   前記第２の保持手段に保持されたフォトマスクに向けて光を照射する光照射手段とを備えることを特徴とする露光装置。
7. 基板の結晶方位とあらかじめ定める基準方位とが揃うように位置合わせを行う位置合わせ方法であって、前記基板のエッチング痕を撮影し、撮影された前記エッチング痕に基づいて前記エッチング痕の方位を認識し、認識された前記エッチング痕の方位に基づいて前記基板の結晶方位と前記あらかじめ定める基準方位とが揃うように回転角度を求め、前記回転角度に基づいて基板を回転させることを特徴とする位置合わせ方法。
8. 前記エッチング痕は、一方の面を保護された前記基板をエッチングすることにより得られることを特徴とする請求項７に記載の位置合わせ方法。