JPH0619280B2 - 光学式自動位置決め装置 - Google Patents

光学式自動位置決め装置

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JPH0619280B2
JPH0619280B2 JP58176835A JP17683583A JPH0619280B2 JP H0619280 B2 JPH0619280 B2 JP H0619280B2 JP 58176835 A JP58176835 A JP 58176835A JP 17683583 A JP17683583 A JP 17683583A JP H0619280 B2 JPH0619280 B2 JP H0619280B2
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秀三 服部
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微細加工技術などに好適な光学式自動位置決
め装置に関し、特に所定間隔で配置された2枚の基板の
相対位置の変位(基板の間隔と直交する方向の相対位置
の変位)を調整する光学式自動位置決め装置に関し、例
えば半導体ウエハに位置決め用のパターンを書き込み、
このパターンによるモアレ縞を利用して上記半導体ウエ
ハの位置決め(アラインメント)が行なえるようにした
光学式自動位置決め装置に関する。
2枚1組の回折格子の透過光あるいは反射光から得られ
るモアレ信号が回折格子の相対位置の変位測定や制御に
利用できるという原理は、ジェイ・ギルド(J.Gui
ld)によって、オックスフォード社(Oxford
U.P.)出版のディフラクション・グレイティングス
・アズ・メジャリング・スケールス(Diffract
ion Grat−ings as Measurin
g Scales,1960年)に発表されている。
この原理を利用して位置決めをおこなう従来の技術の1
つとして、モアレ信号が最小になるように制御する手段
がある。
この手段の問題点は、設定位置に対する信号の変位がゼ
ロとなる点を用いて位置決めを行なっているために、位
置決めの精度が制限される点である。
さらに、同じ原理を利用して位置決めを行なう従来の技
術の1つに、モアレ信号の±1次の回折信号を比較する
手段がある。
この手段では、2光束を分離し、かつ変調信号を受光す
るなどの技術と組み合せることにより、位置決め精度を
20nmまで高めることができるが、より高精度の位置
決めを行ないたいという要望がある。
また、半導体ウエハでは、同ウエハ中に有効に半導体素
子を配列するために、完成後に切り放される狭い帯状の
スペースに、位置決め用のパターンを書き込みたいとい
う要望がある。
一方位置決め信号の信号対雑音比は、位置決め用パター
ンの有効な面積に比例する。
さらに半導体ウエハの加工時には、ウエハに対してレジ
スト塗布、レジスト現象、薄膜デポジシヨン、エッチン
グ、熱酸化、熱拡散などの加工プロセスが順次施行され
ので、これらの各プロセスに対してウエハの置かれる位
置の再現性が良好でなければならない。
本発明は、このような種々の要望に対処しようとするも
ので、基本となる板の縞の方向とこの板に対して相対移
動位置な板の縞の方向とを平行とすることでモアレ縞の
幅を位置決め用のパターンに許されたスペースいっぱい
に広げることができ、そうすることにより位置決め信号
の信号対雑音比の向上化をはかるとともに、基本となる
縞の位相の異なったものを用いることでウエハの位置の
再現性の良好化をはかった、光学式自動位置決め装置を
提供することを目的とする。
このため、本発明の光学式自動位置決め装置は、所定間
隔で配設された2枚の基板の相互位置を調整する自動位
置決め装置において、上記基板のうちの一方の基板に取
り付けられた第1の格子板と、上記基板のうちの他方の
基板に上記第1の格子板と平行に取り付けられた第2の
格子板と、上記第1の格子板へレーザー光を照射するレ
ーザー光源とをそなえるとともに、上記第1の格子板に
形成され互いに平行なライン・アンド・スペースをそな
えた第1および第2の回折格子部と、上記第2の格子板
に形成され上記第1および第2の回折格子部のライン・
アンド・スペースと平行なライン・アンド・スペースを
そなえた第3および第4の回折格子部と、上記第3の回
折格子部を経由したレーザー光を受けモアレ信号を分離
検出する第1の光電検出器と、上記第4の回折格子部を
経由したレーザー光を受けモアレ信号を分離検出する第
2の光電検出器と、上記の第1および第2の光電検出器
からの検出信号を比較する比較器と、同比較器からの比
較信号に基づき制御信号を出力する制御器と、上記制御
信号を受けて上記基板のいずれかを所定方向に駆動する
駆動機構とをそなえ、上記の第1および第2の格子板の
整合時において、上記第3の回折格子部が、上記第1の
回折格子部に対して90゜位相遅れの位置あるいは90
゜位相進み位置に形成されるとともに、上記第4の回折
格子部が、上記第2の回折格子部に対して90゜位相進
みの位置あるいは90゜位置遅れの位置に形成されたこ
とを特徴としている。
以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第1〜4図は本発明の第1実施例としての透過型光学式
自動位置決め装置を示すもので、第1図はその全体構成
を示す斜視図、第2図(a)はその第1の格子板を示す説
明図、第2図(b)はその第2の格子板を示す説明図、第
3図は光電検出器と比較器との接続を示す電気回路図、
第4図(a)〜(d)はいずれも格子板を経由したレーザー光
の強度を示すグラフであり、第5,6図はいずれも上記
本発明の装置における実験例の作用を説明するためのグ
ラフであり、第7図はその回折格子部の変形例を示すも
ので、ライン・アンド・スペースの幅を2段にした第1
の格子板を示す説明図であり、第8図は本発明の第2実
施例としての反射型光学式自動位置決め装置の全体構成
を示す斜視図である。
第1図に示すように、本発明の第1実施例では、平行な
レーザー光LをZ方向に出力するレーザー光源Sが設け
られており、このレーザー光源Sには図示しない光学手
段が接続されている。
レーザー光Lは、第1の格子板Aに垂直に照射するよう
になっていて、第1の格子板Aは、基板としての半導体
用マスク1に付設されている。
この第1の格子板Aと平行に、かつ、所定間隔をおい
て、第2の格子板Bが設けられていて、第2の格子板B
は、第1の格子板Aを透過したレーザー光Lを受けるよ
うになっており、位置制御対象としての半導体基板2に
付設されている。
第2の格子板Bを透過したレーザー光Lは、光電検出板
Cにほぼ垂直に照射するようになっている。
第1の格子板Aには、十字線9により分割された4つの
領域における回折格子部A1,A2,A3,A4に、回折格
子3,4が描画されており、第2の格子板Bには、十字
線10により分割された4つの領域における回折格子部
1,B2,B3,B4に、回折格子3,4が描画されてい
る。
すなわち、X方向の制御信号の発生手段における第1の
格子板Aの第1の回折格子部A1および第2の回折格子
部A2と、第2の格子板Bの第3の回折格子部B1および
第4の回折格子部B2とに回折格子3が描画されてお
り、Y方向の制御信号の発生手段における第1の格子板
Aの第1の回折格子部A3および第2の回折格子部A
4と、第2の格子板Bの第3の回折格子部B3および第4
の回折格子部B4とに回折格子4が描画されている。
光電検出板Cには、4つの光電検出器(フォトダイオー
ド)C1,C2,C3,C4が設けられている。
X方向において、前記第1の回折格子部Aに入射した
レーザー光Lは、第3の回折格子部B1を透過するよう
になっており、第3の回折格子部B1を透過したレーザ
ー光Lは、第1の光電検出器C1へ照射される。
また、前記第2の回折格子部A2に入射したレーザー光
Lは、第4の回折格子部B2を透過するようになってお
り、第4の回折格子部B2を透過したレーザー光Lは、
第2の光電検出器C2へ照射される。
同様に、Y方向において、レーザー光Lは、「A3→B3
→C3」および「A4→B4→C4」と進むように、各格子
板A,Bおよび光電検出板Cに各回折格子部および光電
検出器が配設されている。
各光電検出器C1,C2の検出信号は、第3図に示すよう
に、X方向の比較器(コンパレータ等)Dxへそれぞれ
出力されるようになっており、X方向の比較器Dxで比
較された信号は、X方向の制御器(電圧発生器等)Ex
へ供給される。
X方向の制御器Exは、比較信号を受けて、X方向の駆
動機構(積層圧電素子等)Fxへ制御信号を出力するよ
うになっていて、これにより、X方向の駆動機構Fx
は、第2の格子板Bを第1図中に示すX方向へ駆動す
る。すなわち、半導体基板2は、X方向へ駆動される。
各光電検出器C3,C4の検出信号は、Y方向の比較器
(コンパレータ等)Dyへそれぞれ出力されるようにな
っており、Y方向の比較器Dyで比較された信号は、Y
方向の制御器(電圧発生器等)Eへ供給される。
Y方向の制御器Eyは、比較信号を受けて、Y方向の駆
動機構(積層圧電素子等)Fyへ制御信号を出力するよ
うになっていて、これにより、Y方向の駆動機構Fy
は、第2の格子板Bを第1図中に示すY方向へ駆動す
る。すなわち、半導体基板2は、Y方向へ駆動される。
光電検出板Cは、このように1チップ分割光電素子で構
成されており、光電検出器C1,C2,C3,C4には電圧
が印加されていて、光強度は抵抗器Rを介して検出され
る。
また、光電検出器C1;C2とX方向の比較器Dxとの間
および光電検出器C3;C4とY方向の比較器Dyとの間
には、それぞれ図示しない増幅器と差動増幅器とが介装
されている。
なお、第3図中の符号Rは抵抗器を示しており、Vは電
源を示している。
次に、第2図(a),(b)にそれぞれ示すように、第1およ
び第2の格子板A,Bの回折格子3,4の詳細を以下に
説明する。
第2図(a),(b)中の各寸法は、μm単位で示してある。
5000μm×5000μmの格子板A,Bには、その
中央に幅96μmの十字線9,10を残して、この十字
線9,10で4分割された2000μm×2000μm
の領域の回折格子部A1,A2,A3,A4,B1,B2,B
3,B4に幅8μmのライン・アンド・スペースの回折格
子3,4[第2図(a),(2)にはそれぞれ拡大して一部の
み示す]が電子線描画法等により描かれている。
回折格子部A1,A2と回折格子部A3,A4との回折格子
3,4の溝方向は互いに90度異なっている。
回折格子部A1とB1との空間位相関係および回折格子部
2とB2との空間位相関係は、第4図(a)〜(d)に示すよ
うに、それぞれ単独にレーザー光Lを照射させた通過光
の強度を用いて示される。
また、回折格子部B1,B2と回折格子部B3,B4の回折
格子3,4の溝方向も互いに90度異なっている。
第1の格子板Aの回折格子3,4では、どの回折格子
3,4もライン・アンド・スペースが90度の位相差す
なわちライン・アンド・スペースの幅の半分4μmのず
れをもつ。
第2の格子板Bの回折格子3,4では、回折格子部B1
のライン・アンド・スペースに対して回折格子部B2
ライン・アンド・スペースが180度の位相差、すなわ
ち8μmのずれをもつ。
同様に、回折格子部B3のライン・アンド・スペースに
対して回折格子部B4のライン・アンド・スペースも1
80度の位相差、すなわち8μmのずれをもつ。
また、第1および第2の格子板A,Bの各十字線9,1
0を合せると、回折格子部A1のライン・アンド・スペ
ースの位相に対して回折格子部B1のライン・アンド・
スペースの位相は90度遅れ、回折格子部A2ライン・
アンド・スペースの位相に対して回折格子部B2ライン
・アンド・スペースの位相は90度進む。
同様に、回折格子部A3のライン・アンド・スペースの
位相に対して回折格子部B3のライン・アンド・スペー
スの位相が90度遅れ、回折格子部A4のライン・アン
ド・スペースの位相に対して回折格子部B4のライン・
アンド・スペースの位相が90度進む。
回折格子部A1,B1の組回折格子3の回折格子部A2
2の回折格子3の組とのライン・アンド・スペースの位
置関係ならびに回折格子部A3,B3の回折格子4の組と
回折格子部A4,B4の回折格子4の組とのライン・アン
ド・スペースの位置関係を、第2図(a),(b)に示すよう
に、ライン・アンド・スペースの位相が90度遅れの位
置関係と90度進みの位置関係としたとき、それぞれ
「90度位相遅れの回折格子の関係」および「90度位
相進みの回折格子の関係」にあるということにする。
本発明の第1実施例における光学式自動位置決め装置は
上述のごとく構成されているので、まず、各格子板A,
Bに描かれている十字線9,10を用いて、従来の目視
による十字線合せの方法により、数μm程度の精度の大
まかな位置決めを行なう。
つぎに、レーザー光Lを用いて、回折格子部A1,B1
回折格子3の組5と回折格子部A2,B2の回折格子3の
組6とから得られる、位置に対して正弦的に変化するモ
アレ信号を、それぞれ光電検出器C1,C2で検出する。
2つの組5,6の回折格子3は、第2図(a),(b)にそれ
ぞれ示したように、ライン・アンド・スペースの位置関
係からそれぞれ90度位相遅れの回折格子の関係と90
度位相進みの回折格子の関係とにあるので、これらの組
5,6から得られるモアレ信号は、相互に180度ずれ
た位相をもつ。
X方向のコンパレータDxでは、光電検出器C,C
で検出された検出強度Ic1,Ic2を比較し、それらの
大小Ic1>Ic2,Ic1<Ic2を判別する。一定の初
期電圧V0が電圧発生器Exから積層圧電素子Fxに印
加されている。
コンパレータDxでIc1>Ic2と判別している間、電
圧発生器Fxから積層圧電素子Fxに印加されている電
圧は、1パルス電圧ΔV0ずつ下げられる。
そして、このパルス電圧ΔV0に比例して積層圧電素子
Fxが変位し、第2の格子板Bを動かす。
また、コンパレータDxでIc1<Ic2と判別している
間、電圧発生器Exから積層圧電素子Fxに印加されて
いる電圧が、1パルス電圧ΔV0ずつ上げられ、このパ
ルス電圧ΔV0に比例して積層圧電素子Fxが変位し、
第2の格子板Bを上記と反対方向に動かす。
そして、Ic1=Ic2の近傍でパルス電圧は止められ
る。
すなわち、これら2つの組5,6の回折格子から得られ
るモアレ信号強度が等しくなるように位置制御される。
このようにして、回折格子の溝方向に直角方向の位置決
めすなわちX方向の位置決めを行なう。
同様に、Y方向においては、回折格子部A3,B3の回折
格子4の組7と回折格子部A4,A4の回折格子部4の組
8とから得られるモアレ信号を用いて、位置決めを行な
う。
次に、本発明の実験例について説明すると、第1図に示
す構成において、レーザー光源Sには、波長632.8
nmのヘリウム・ネオンレーザーが用いられ、各回折格
子部A1,A2,B1,B2には、100μmのライン・ア
ンド・スペースの回折格子3が電子線描画法で作成され
た大きさ5mm×5mmのものが用いられる。
そして、第1の格子板Aと第2の格子板Bとの間隔は、
フレネル領域に設定され(例えば、1mm)、光電検出板
C上の光電素子にはフォトダイオードが2個用いられ
て、光電検出板Cの位置は、フラウンホーファ領域に配
置され、かつフォトダイオードC1,C2に0次の回折像
のみが入り、1次の回折像が入らないように、第2の格
子板Bから離して(例えば、1.2m)設置される。
フォトダイオードC1,C2の出力は増幅器と差動増幅器
とを通してコンパレータDxに入力され、第2の格子板
Bを固定したXYステージのX方向の駆動機構Fxにパ
ルスモータが用いられ、パルスモータを動かすパルス電
圧が電圧発生器Fxで発生される。
以下、X方向についての位置設定実験を示す。
第5図は、縦軸にフォトダイオードC1,C2で検出さ
れ、増幅器で増幅されたモアレ信号の検出強度をとり、
横軸に第2の格子板Bの第1の格子板Aに対する相対位
置をとったもので、実験的において、X軸の電圧発生器
Exをオフとしてモアレ信号を測定した結果である。
ここで、第5図中の符号Ic1,Ic2は、それぞれ光電
検出器C1,C2で検出されるモアレ信号の検出強度を示
す。
第6図は、X軸の差動増幅器の出力を記録計に時間軸t
で記録したものであり、時刻Q1では、X軸の電圧発生
器Exをオフとし、第2の格子板Bを第5図の設定位置
0から手動でプラス側に10μm動かし、時刻R1でX
軸の電圧発生器Exをオンとして位置制御を自動的にお
こなわせ、つぎに時刻Q2では、X軸の電圧発生器Ex
を再度オフとし、第2の格子板Bを設定位置P0からこ
んどはマイナス側に10μm動かし、時刻R2で再度X
軸の電圧発生器Exをオンとして位置制御を自動的に行
なわせた位置制御の動作特性を示す実験結果である。
第5図において、実験例に則して本発明の動作原理を説
明する。本実験例では、90度位相遅れの回折格子の関
係と90度位相進みの回折格子の関係とにある2組の回
折格子部5,6を用いたために、回折格子の相対位置に
対して正弦的に変化しているモアレ信号の検出強度Ic
と検出強度Icとは、相互に180度ずれた位相を
示している。
したがって、モアレ信号の検出強度の差(Ic1−I
2)がゼロとなる第2の格子板Bの位置は、・・・,
-2,P−1,P0,P+1,P+2,・・・と100μm
間隔で得られる。設定位置はこのうちの1点であり、こ
こではP0点とする。
第2の格子板Bの現在の位置が、設定位置P0からプラ
ス側にずれていてその範囲がほぼP0からP+1までの間
では、モアレ信号の検出強度の差(Ic1−Ic2)がプ
ラスとなり、コンパレータDxからIc1>Ic2の判別
出力がでる。
そして、電圧発生器Exはパルス電圧を発生し、パルス
モータを右回転させ、第2の格子板Bをマイナス側に駆
動する。
また、第2の格子板Bの位置がマイナス側にずれていて
その範囲がP0からP-1までの間では、モアレ信号の検
出強度の差(Ic1−Ic2)がマイナスとなり、コンパ
レータDxからIc1<Ic2の判別出力が出る。
そして、電圧発生器Exはパルス電圧を発生し、パルス
モータを左回転させ、第2の格子板Bをプラス側に駆動
する。
しかし、第2の格子板Bの位置が設定位置P0の極近傍
にあれば、モアレ信号の検出強度の差(Ic1−Ic2
はほぼゼロとなり、コンパレータDxからはIc1>I
2あるいはIc1<Ic2という判別出力がでない。
そこで、電圧発生器Exはパルス電圧を発生せず、第2
の格子板Bは、その位置に保持される。
駆動される格子板としては、Aでも類似の取り扱いがで
きる。
X軸の位置決め精度は、設定点の両側に対して1パルス
による変位に雑音による変位を加えた変位の大きさで決
められる。
モアレ信号の検出強度Ic1と検出強度Ic2とが、第5
図に示すように、位相のみ180度ずれるほかは、同一
の強度特性をもつようにすると、設定位置において信号
変位が大きくなり、モアレ信号の検出強度の差(Ic1
−Ic2)も高い信号対雑音比で得られる。
したがって、モアレ信号の検出強度の差(Ic1−I
2)が小さくても、信号対雑音比が高いので、モアレ
信号の検出強度Ic1,Ic2の大小を判別でき、位置決
め精度が高まる。
第5図に示す実験結果は、設定位置に位置決めできる範
囲が約±100μmであることを示している。
一般に、設定位置に対してその両側から位置決めできる
範囲は、片側あたりほぼ回折格子のライン・アンド・ス
ペースの幅である。
現在、回折格子として電子線描画法でライン・アンド・
スペース4μmのものが精度よく作成できている。この
格子を用いると、設定位置からほぼ±4μmの範囲を信
号対雑音比500で検出できるとすれば、位置決め精度
として5nmが期待される。
第5,6図に示すように、本実施例では、設定位置の近
傍から自動的に設定位置に位置制御されそこに保持され
るという本発明の装置としての作用が、第6図において
設定位置P0から位置変位を手動でプラス側,マイナス
側どちらに与えても自動的に設定位置P0に位置制御さ
れるという実験結果で示された。
実験例では、X方向のみについて位置決めの作用を行な
わせているが、同様にY方向についても作用を行なわせ
ることができる。
なお、回折格子のライン・アンド・スペース幅を狭くす
ると、位置決めの範囲は狭くなるが、位置決め精度の向
上は期待できるという関係に着目して、第7図に示すよ
うに、回折格子部のライン・アンド・スペースが2種類
の幅2μmおよび100μmに形成されるようにしても
よい。
まず、ライン・アンド・スペース100μmの第1の回
折格子部A5〜A8および第2の回折格子部(図示しな
い)を用いて第1の駆動部としてのパルスモータ駆動で
位置決めを行ない、つぎに、ライン・アンド・スペース
2μmの第1の回折格子部A1〜A4および第2の回折格
子部B1〜B4を用いて第2の駆動部としての積層圧電素
子駆動で高精度の位置決めを行なう。
このように、ライン・アンド・スペース100μm用の
回折格子部が設けられて、広い位置決め範囲をもつにも
かかわらず高い精度の位置決めのできる多段の装置を構
成することもできる。
本発明の第2実施例としての反射型光学式自動位置決め
装置では、第8図に示すように、第1の格子板A′にお
けるX方向の第1および第2の回折格子部A′1,A′2
と、Y方向の第1および第2の回折格子部A′3,A′4
とがともに、一部透過しうる反射型の回折格子部として
形成され、第2の格子板B′におけるX方向の第3およ
び第4の回折格子部B′1,B′2と、Y方向の第3およ
び第4の回折格子部B′3,B′4とがともに、反射型の
回折格子部として形成されており、レーザー光源Sと第
1の格子板A′との間に第1のハーフミラーM1が介装
され、第2の格子板B′からの反射光を受けて光電検出
板Cへレーザー光を反射する第2のハーフミラーM2
設けられている。
なお、第8図中、第1〜7図と同じ符号はほぼ同様のも
のを示しており、第2実施例における他の構成は、第1
実施例とほぼ同様の構成となっている。
したがって、この第2実施例では、第1の格子板A′に
おける+字線9と第2の格子板B′における大字線10
との整合を、第8図中に示す光路G1,G2,G3に沿っ
て各ハーフミラーM1,M2を透過する光によって、目視
により確認しながら行なうことができる。
なお、目視によらず、位置PDに、検出器を配置しても
よい。
このようにして、第1および第2の格子板A′,B′に
より大まかな位置決めを行なった後、第1実施例とほぼ
同様の作用により、高精度の位置決めを行なうことがで
きる。
このとき、レーザー光Lは、第8図中の符号順に沿って
進む。すなわち、「L1→L2→L3→L4→L5→L6→L
7」ないし「L1→L2→L3→L6→L7」とレーザー光L
は進み、光電検出板CのX方向の第1および第2の光電
検出器C1,C2と、Y方向の第1および第2の光電検出
器C3,C4とによってそれぞれモアレ信号が検出され
る。
このようにして、位置制御対象としての半導体基板2に
予め反射型第2の格子板B′を形成させるだけで、半導
体基板2の一方の側におけるレーザー光に受け渡しのみ
で、高精度の位置決めを行なうことができる。
なお、この第2実験例における位置制御対象としては、
半導体基板に限られることはなく、ビデオヘッド等の高
精度の位置決めを必要とするものを用いてもよい。
前述の各実施例および実験例において、90度位相遅れ
の回折格子の関係にある回折格子と90度位相進みの回
折格子の関係にある2組の回折格子を用いる本発明の装
置では、得られるモアレ信号が相互に180度ずれた位
相をもち、かつ位置決めをおこなう設定位置において大
きな信号変位が得られる。この2組のモアレ信号の検出
強度の差の特性から、駆動機構を動かすかどうかという
決定と駆動方向とを決める制御信号を作ることができ
る。
使用する回折格子は、基板上の任意の位置に描画しても
よいが、従来+字線の位置合せに用いられていた部分に
まとまりのよい形で電子線描画法などを用いて、容易に
描画することができる。したがって、この装置では容易
形であるうえに、設定位置に高い精度で位置決めし、か
つその位置を保持する機構をそなえているという利点が
ある。
なお、位相遅れと位相進みとは、その絶対値の和が18
0度となるように設定されていればよい。
以上詳述したように、本発明の光学式自動位置決め装置
によれば、簡素な構成で、次のような効果ないし利点を
得ることができる。
(1)設定位置に高い精度で位置決めすることができる。
(2)設定位置からずれても直ちに設定位置に戻されて、
常に設定位置に保持される。
(3)回折格子のライン・アンド・スペース幅を自由に設
定することができ、これにより、位置決め精度を予め調
整することができる。
(4)回折格子のライン・アンド・スペース幅を多段に設
定することができ、これにより位置決め前の位置ずれが
大きくても、高い位置決め精度を維持しながら、迅速に
位置決めすることができる。
(5)半導体ウエハの完成後に切り放される狭い帯状のス
ペースいっぱいに回折格子部を形成することができて、
位置決め信号の信号対雑音比の良好化がはかられる。
(6)基本となる縞に180゜位相の異なったものを用い
たため、位置決め精度が飛躍的に向上するとともに、位
置決めの再現性も向上する。」
【図面の簡単な説明】
第1〜4図は本発明の第1実施例としての透過型光学式
自動位置決め装置を示すもので、第1図はその全体構成
を示す斜視図、第2図(a)はその第1の格子板を示す説
明図、第2図(b)はその第2の格子板を示す説明図、第
3図は光電検出器と比較器との接続を示す電気回路図、
第4図(a)〜(b)はいずれも格子板を経由したレーザー光
の強度を示すグラフであり、第5,6図はいずれも上記
本発明の装置における実験例の作用を説明するためのグ
ラフであり、第7図はその回折格子部の変形例を示すも
ので、ライン・アンド・スペースの幅を2段にした第1
の格子板を示す説明図であり、第8図は本発明の第2実
施例としての反射型光学式自動位置決め装置の全体構成
を示す斜視図である。 1……基板としての半導体用マスク、2……位置制御対
象としての半導体基板、3……X方向の回折格子、4…
…Y方向の回折格子、5……90度位相遅れのX方向の
回折格子の組、6……90度位相進みのX方向の回折格
子の組、7……90度位相遅れのY方向の回折格子の
組、8……90度位相進みのY方向の回折格子の組、9
……第1の格子板の十字線、10……第2の格子板の十
字線、A……透過型の第1の格子板、A′……反射型の
第1の格子板、A1,A′1……X方向の第1の回折格子
部、A2,A′2……X方向の第2の回折格子部、A3
A′3……Y方向の第1の回折格子部、A4,A′4……
Y方向の第2の回折格子部、A5……第2段のY方向の
第1の回折格子部、A6……第2段のY方向の第2の回
折格子部、A7……第2段のX方向の第1の回折格子
部、A8……第2段のX方向の第2の回折格子部、B…
…透過型の第2の格子板、B′……反射型の第2の格子
板、B1,B′1……X方向の第3の回折格子部、B2
B′2……X方向の第4の回折格子部、B3,B′3……
Y方向の第3の回折格子部、B4,B′4……Y方向の第
4の回折格子部、C……光電検出板(4分割型光電素
子)、C1……X方向の第1の光電検出器(フォトダイ
オード)、C2……X方向の第2の光電検出器(フォト
ダイオード)、C3……Y方向の第1の光電検出器(フ
ォトダイオード)、C4……Y方向の第2の光電検出器
(フォトダイオード)、Dx……X方向の比較器(コン
パレータ等)、Dy……Y方向の比較器(コンパレータ
等)、Ex……X方向の制御器(電圧発生器等)、Ey
……Y方向の制御器(電圧発生器等)、Fx……X方向
の駆動機構(積層圧電素子等)、Fy……Y方向の駆動
機構(積層圧電素子等)、G1,G2,G3……光路、
L,L1〜L7……レーザー光、M1,M2……ハーフミラ
ー、PD……位置、R……抵抗器、S……レーザー光
源、V……電源。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−86710(JP,A) 特開 昭51−106454(JP,A) 特開 昭57−46101(JP,A) 特開 昭56−86301(JP,A) 特開 昭55−12417(JP,A) 特開 昭53−110548(JP,A) 特開 昭56−94206(JP,A) 実公 昭50−29495(JP,Y1)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定間隔で配設された2枚の基板の相互位
    置を調整する自動位置決め装置において、上記基板のう
    ちの一方の基板に取り付けられた第1の格子板と、上記
    基板のうちの他方の基板に上記第1の格子板と平行に取
    り付けられた第2の格子板と、上記第1の格子板へレー
    ザー光を照射するレーザー光源とをそなえるとともに、
    上記第1の格子板に形成され互いに平行なライン・アン
    ド・スペースをそなえた第1および第2の回折格子部
    と、上記第2の格子板に形成され上記第1および第2の
    回折格子部のライン・アンド・スペースと平行なライン
    ・アンド・スペースをそなえた第3および第4の回折格
    子部と、上記第3の回折格子部を経由したレーザー光を
    受けモアレ信号を分離検出する第1の光電検出器と、上
    記第4の回折格子部を経由したレーザー光を受けモアレ
    信号を分離検出する第2の光電検出器と、上記の第1お
    よび第2の光電検出器からの検出信号を比較する比較器
    と、同比較器からの比較信号に基づき制御信号を出力す
    る制御器と、上記制御信号を受けて上記基板のいずれか
    を所定方向に駆動する駆動機構とをそなえ、上記の第1
    および第2の格子板の整合時において、上記第3の回折
    格子部が、上記第1の回折格子部に対して90゜位相遅
    れの位置あるいは90゜位相進み位置に形成されるとと
    もに、上記第4の回折格子部が、上記第2の回折格子部
    に対して90゜位相進みの位置あるいは90゜位置遅れ
    の位置に形成されたことを特徴とする、光学式自動位置
    決め装置。
  2. 【請求項2】上記の第1および第2の回折格子部または
    上記第3および第4の回折格子部の少なくとも一方が透
    過型回折格子部として形成された、特許請求の範囲第1
    項に記載の光学式自動位置決め装置。
  3. 【請求項3】上記の第1および第2の回折格子部または
    上記の第3および第4の回折格子部の少なくとも一方が
    反射型回折格子部として形成された、特許請求の範囲第
    1項に記載の光学式自動位置決め装置。
  4. 【請求項4】上記制御器が、上記比較器からの比較信号
    をゼロとするように、上記駆動機構へ制御信号を出力す
    る回路として構成された、特許請求の範囲第1項ないし
    第3項のいずれかに記載の光学式自動位置決め装置。
  5. 【請求項5】上記の回折格子部のライン・アンド・スペ
    ースが2種類以上の幅で描画された、特許請求の範囲第
    1項ないし第4項のいずれかに記載の光学式自動位置決
    め装置。
  6. 【請求項6】上記駆動機構が、その移動量が異なる2種
    類以上の駆動部をそなえた、特許請求の範囲第1項ない
    し第5項のいずれかに記載の光学式自動位置決め装置。
  7. 【請求項7】上記の制御器および駆動機構が2対設けら
    れて、各駆動機構がその駆動方向を交差する方向に設定
    された、特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれか
    に記載の光学式自動位置決め装置。
  8. 【請求項8】上記の駆動機構および他の駆動機構の駆動
    方向が相互に直交する方向に設定され、上記の第1およ
    び第2の格子板の中央部に、十字線が描画されている、
    特許請求の範囲第7項に記載の光学式自動位置決め装
    置。
  9. 【請求項9】上記の制御器および駆動機構が多数対設け
    られて、各駆動機構がその駆動方向を交差する方向に設
    定された、特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれ
    かに記載の光学式自動位置決め装置。
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