JPS5816531A - 半導体ウエハ露光装置の位置決め装置 - Google Patents

半導体ウエハ露光装置の位置決め装置

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JPS5816531A
JPS5816531A JP57103657A JP10365782A JPS5816531A JP S5816531 A JPS5816531 A JP S5816531A JP 57103657 A JP57103657 A JP 57103657A JP 10365782 A JP10365782 A JP 10365782A JP S5816531 A JPS5816531 A JP S5816531A
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)

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】 本発明社半導体ウェハをレチクル上の(ロ)路すなわち
デバイスのパターンに繰り返えし露光場せるための、ス
テップおよび反復直接露光装置の位置決め装置に関する
。 、 集積回路と個別半導体素子の製造においては、1枚の半
導体ウェハ上に多くの−J−テパイスすなわち四−回路
が同時に作られる。ウェハは通常はシリコンであって、
その直径は約7.6〜12.7a*(3〜5インチ)台
である。テパイスまたは回路の寸法に応じて、50以上
、100個かそれ以上のデバイス”t1枚のウェハ上に
作ることができる。製造作業が終ったらウェハfけがき
し、それらのけかき線に沿ってウェハを切断して、個々
のデバイスすなわち回路を含むべつぺつのチップを得る
。それらのチップはべつべつにパッケージして製造を終
る。
各ウェハについて連続する多くの工程作業が行われる。
それらの工程の数と種類は製造するデバイスの種類に応
じて異なる。たとえば、バイポーラ・トランジスタと、
金属ゲート電界効果トランジスタと、シリコンゲート電
界効果トランジスタと、C−MOS(相補型金属−酸化
物一半導体)デバイスなどを有する回路を作るために種
々の製造工程が用いられる。しかし、これらの製法の全
てに共通なことは、製造の作業を行う各回路内の特定の
領域を写真撮影技術で定める必要があることである。製
造に際しては、少くて3回から多くて12回も写真技術
を利用したそのような「マスキング」作業を各ウェハに
対して行う。
たとえば、非常Km単な金属ゲート電界効果トランジス
タ(FET)の製造法について説明する。初めに、シリ
コン・ウェハに二酸化シリコンの比較的厚い電界酸化物
層を被覆する。この酸化物層の上に感光性ホトレジスト
物質を被覆する。このホトレジスト層に第1の写真マス
クを通じて光t−あて、個々のFETを作るべき領域を
形成する。露光および現偉されたホトレジスト層は、F
ET′fr形成する領埴内の電界酸化物をエツチングに
より選択的に除去するためのし中へい層として機能する
次に、それらの露光され要領域内のシリコン基板上に薄
いゲート酸化物層全直接に成長させる。各FETのソー
スとドレインの場所を定めるために第2の写真マスクを
用いる別のホトレジスト工程が用いられる。このソース
−ドレイン・マスクに工9定められた場所における薄い
ゲート酸化物層に穴があけられる。この穴を通じてドー
バン物質が拡散されてソースとドレインを形成する。こ
の拡散操作は高温度、典型的な温fは1100℃台、で
行われる。それと同時に酸化物か成長してソースの穴と
ドレインの穴をふさぐ。
次に、各FETのための金属ゲーを電極の場所と、ソー
ス領域とドレイン領績への金属接点の場所と、接合パッ
ド場所とを定めやために第3の写真マスクが用いられる
その後でデバイスの全面に厚い酸化物を蒸着場せて保護
被覆とする。最後に、蒸着された酸化物を除去してF、
ETのゲート、ソースおよびドレインのだめの接合パッ
ド1i−露出させる場所を定める丸めに、M4の写真マ
スクf!フ用いられる。金属バッド領埴t−繕出さぜる
ために、それらの定められた場所で酸化物がエツチング
KLシ除去される。それらの金属パッド領域には電気接
続mか接合される。
こやように、この簡単な例では4枚の写真マスクが用い
られる。引き続く各マスクを、以前のマスキング工程で
形成された回路すなわちデバイスのパターンに正しく位
置合わせすることが最も重要である。この位置合わせは
完成したデバイスが正しく動作するためrcは重要であ
る。
たとえば、先に説明したFETの製造法では、金族ゲー
ト電極の場所を定めるために用いヤれる第3のマスクの
位置ぎめが!ト常に重要である。
ゲート領域社ソースの穴とドレインの穴の間でゲート酸
化物の上に正しく位置させなければならない。位−合わ
せに狂いが生ずるとゲート電極がソースまたはドレイン
の上に重なることがあり、そのため[FETの性−が低
下し、あるいは4つと悪くなってゲートからツーでまた
はドレインに短絡が生じ、そのためにデバイスヵj動作
しなくなる。
マスクの位置の狂いの問題は、各集積回路における個々
の部品の密度が高くなるにつれて一層重要となる。多数
の部品を有する集積回路を作るためKは、各部品全極め
て小石くする必要がある。現在の集積回路でに、2ミク
ロンという狭い素子間隔が求められることがある。その
ような彼細な解像力のために、’A造中の引き続く写真
マスクの位置合わせ嗅差は極めて小言いものが求められ
る。実際に、そのような連続する位置合わせを行える程
度は、大規模集積回路で達成できる1平方センチメート
ルjりのデバイスの数すなわち密度を制限する主な要因
の1つである。
先に述べた1例は1つのFETデバイスの製造に関する
ものであったf、実際には、それぞれ多数の個々のデバ
イスを含む多重デバイスすなわち多重回路が12枚のウ
ニへ上に作られる。これを作るために、従来は各写真マ
スクが、1枚のウニへの上に作られる複数のデバイスす
なわち回路に対応する場所に多数の同一パターン映像を
含むガラスJf!iを構成していた。たとえば、50個
の同一回路か1枚のつ二へ上に、1行に10個の回路を
含む5行に配置されて作られるものとすると、各マスク
は対応する5行10列のプレイ状に正確に配置逼れた5
0個の同一パターン゛を含むことになる。
処理されるウェハの実際の露光は下記のようにして行わ
れる。ウェハを双w1顕倣鏡の下に設けられているホル
ダーすなわち台の上に置く。
マスク擾たはレチクル自体(すなわち、多数の写真映倫
が形成場れているガラス板)をウニへの真上で顕微値の
下となるホルダ内の位置にとりつける、作業員が顕微鏡
を通じてウェハとマスクを見ながら、両者の位fi&が
合うまで台またはマスクホルダを動かす。次に、1個の
高輝度光湯を用いて、ウェハ全体をマスク全通じて同時
VC露光する。すなわち、ウェハをマスクに配置されて
いる全ての個々のパターンに同時に露光逼れる。
この方法にはある位置合わせ問題が本来ある。
その1つ蝶マスク自体の製作中に起る。マスクの製f′
F、は、通常はウニへ上に作られる1つ(または数個)
のデバイスに対するパターンを拡大されたものを、反復
、露光して行われるゎこの個々のパターンFlマスク上
の各アレイ位置に順次露光逼れる−たとえば、1つかそ
れ以上の映像が列から少し外れたり、同じマスク上の他
の映像の行または列に対してねじれることがある。
もし、このようなことが起ると、デバイスの製造中に用
いられる他のマスクとウェハとの間の位置合わせが完全
に行われたとしても、この個々のマスクのあるパターン
の位置の狂いのために不良のデバイスが得られることに
なる。
マスク・アレイ内の個々の映像の完全な位置ぎめを行え
たとしても、露光作業中に位置合わせの狂いが起ること
がある。たとえば、ウヱノ1とマスクとの中心近くま、
たは縁部近くの僅かに1つまたは2つの基準点を用いる
ことにエリ、作業員はマスクをウェハに位置合わせする
ことができる。たとえば、マスクが非常に僅かだけ回さ
れてその中心線がウニへの中心線に完全に平行でなくな
っているというようにマスクがウェハに対して少しねじ
られていると、この狂いを作業員が気づかないことがあ
る。たとえば、作業員がマスクとウエノ)の中心近くだ
けを見ているとすると、顕微鏡の限られた視野内ではマ
スクとウェハの位置が合っているように見えること窄あ
る。しかし、ウニへの周縁部ではマスクは非常に小さく
はあるが、デバイスの動作をそこなうのに十分な位置の
狂いを生じさせる太き洛だけ位置がずれる。
他にも問題がある。これは製造工程の間にウェハ自体の
熱サイクルの結果として起る。たとえば、前記した方法
においては、ソースとドレインの領域の拡散が非常な高
温て行われる。通常は、ウェハは室温から高温へ、それ
から再び室温へ戻るというような工程に嘔らされる。こ
の熱サイク・ルによりウェハ自体が不規則に反ることが
ある。その結果、マスクが完全であっても、そのマスク
が反っているウェハに生ずる映倫が、ウェハが反る前に
行われた工程め間に形成場れたパターンと位置が合わな
くな為ことがある。
これらの位置合わせの狂いの多くは、多くの映gIを有
するマスクが全くなくなるような装置により解消される
。その代りに、ウェハ上に形成すべき1つ、あるいれせ
いぜい数個の回路すなわちデバイスに対応する1つのパ
ターンを含むレチクルが、ウェハ自体に直接露光するた
めに用いられる。すなわち、各マスキング作業では多く
の映像を含む1つのマスクは、用いられず、むしろ1つ
のパターンを含むレチクルが、ウニへ上に形成される全
てのデバイスすなわち回路を1度VC1つずつ、繰シ返
えして順次露光するために用いられる。そのような直接
露光装置では、ウェハを保持する台の上に設けられてい
る投写カメラにレチ、クルがとりつけられる。ウェハの
1つのデバイスすなわち回路がカメラの下で位置合わせ
され、その回路に対する露光がレチクルを通じて行われ
る0次に、たとえば台を行または列の方向に適切に動か
すことKより、ウェハが次の回路位置へ歩進させられる
。それから次の回路がレチクルを通じて霧光される。
仁の作業がウェハ上の各デバイスすなわち各回路につい
て繰り返えされる。
この直接霧光クエへ歩進技術により、多くの映倫を有す
るマスクの製作と、全ての回路を1wILK同時に露光
するためにそのマスクを用いることに附随する位置合わ
せの狂いの問題は全て解消される。また、この技術によ
り、映倫を露光するのに用いられるレチクルの寸法を、
作られる回路の実際の寸法よりもはるかに大きく(たと
えば5倍または10倍)できるという利点も得られる。
このことは、個々の映倫がウニへ上のデバイスすなわち
回路に対して1対1の寸法関係を有する多数映像マスク
技術と対照的である。ウニへ上に露光を行うために光学
的縮少技術を介してそのように拡大されたパターンを用
いることにより、1対1のマスキング作業により行うこ
とができる工9小さい寸法の映像を生ずる機会が得られ
る。
しかし、直接露光ウェハ歩進装置にもいくつかの問題が
ある。それらの問題はウェハ上に以前Kjl1党さtH
喪バタ・−ンとレチクルの映像との位置合わせに主とし
て関連するものである。従来の装置においては、どのよ
うに多くの個々のレチクル露光が行われたかとは無関係
に、各マスキング作業ごとrc1回の位置合わせ作業が
行われるだけである。最初のマスキング作業を行う前、
まえは行っている間に、ウニへの両aに一対の位置合わ
せターゲットがとりつけられる、それから、高精度の台
移動装置llこれ灯動きの制御にレーザ干渉計を用いる
のが普通である)を用いて、引き続く露光作業の間にウ
ェハを各アレイ位置へ歩進嘔せる0次のマスキング作業
、業および引き続く各マスキング作業てに、ウエノ1t
−新りいレチクル−と、初めに位置合わせさゼるために
、間接オフ軸性が用いられる。
これを行うために各レチクルに一対の革皐ターゲットが
設けられる。初めKこれらのターゲラトラ用いて、カメ
ラのオフ軸部分においてレチクルを手動で基準に位置合
わせする0次に、ウェハ台の上にウェハを置いて、カメ
ラの同じオフ軸基準に別々に位置合わせする。連数して
個々の露光を行うにつれて、台の適正な位置ぎめは機械
的なX−Y駆動装置の111mに依存する。
カメラとレチクルに対する各回路の個々の位置合わせは
行われず、またそれら個々の位置合わせは可能で社ない
、その位置合わせは、台の位置ぎめ装置によシ台を制御
できる確度に全面的に依存する0位置ぎめ誤差が生ずる
機会は十分に存在する。
本発明は、回転方向と直交軸に沿う向きとの双方で、台
の上のウェハを正確に位置決めする装置を提供すること
を目的とする。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図に示す装置lOは半導体ウニ/111(第2図)
の各部分に、レチクル12 (第3図)または13 (
第4図)に含まれている映像管直接かつ反復して露光す
るために用いられる。第5図を参照して後で説明するよ
うに、新しい各映像と、ウェハ11の上に以前に形成さ
れたノ(ターンとの位置合わせか、各レチクル映像の直
接露光に用いられるのと同じカメラ光学系14により行
われる。
装ft#】0は3つのサポート16により保持されてい
る大重量のグラナイト・ブロック15の上にのせられる
。ブロック15の*−*が大であるために、外部の振動
は装置10に影響を及はさない、無光すべきウェハを含
むカセット17が取、りつけ/取り外しモジエール18
の中[置かれる。一度に1枚のウェハがカセット17か
らと検出されて、1絹のOリング・ベル)19にのせら
れて予備位置合わせ部20へ送られる。その予備位置合
わせ部20においてウェハ11はスピンドル加′上で機
械的に中心に位置屯せられる。スピンドル2I)′ に
はウェハ11は真空にエリ保持される。その後、ウェハ
11の平らな縁部11f(第2図)が所定の向きになる
までスピンドル2A1′が回転逼ゼられる。そうすると
ウェハ11は「予備位置合わせされた」といわれる。
次に、予備位置合わゼ嘔れたウェハ11は送り機構21
の真空チャックにより、スピンドル四′から引き上けら
れる。送シ機構21は、露光作業中にウェハを支持する
ために用いられる台23(第7図)の上にウェハ11が
くるまでは、ウェハ11をレール22に沿りて動かす。
そしてウェハ1Hj:送り機構21から台の上に降ろさ
れ、そこで真空により再びその位置に固定逼れる。
台23は精密なX−Y駆動装置l124により2つの直
交軸X1Yに沿って動赤薔ことができる。台おの非常に
精密なX−Y位置ぎめを行うために、通常のレーザ干渉
計5が駆動装fl124とともに用いられる。ウェハ1
1が完全に露光された後で、ウニへlit台幻からとり
出して、それを0リングベルト19まで送るために送り
機構21が用いられる。0リングベルト19ハウエ八1
lt−別のカセット17′へ駆動する。この力、セット
17′ の中では無光され九りエ・八が自動的に積み重
ねられる。
ウェハ11が台詔の±にのせられると、段階的な直接無
光が反復して行われる。この無光は、装置10の頂部近
くのサポート29に枢着されているレチクル・ホルダあ
にとりつけられている適切なレチクル12.13に工す
行われる。レチクル・ホルダあの対応する孔四′の中に
いくつかのレチクル12.13’fr予め入れておき、
必要に応じてカメラ30の中の位置まで回転させること
ができる。
カメラ30(ツ11,5図)は垂直にとりつけられた全
体として円筒形のカメラボデー31ヲ含む。
このカメラボデー31はレチクル12.13のパターン
の映像を、台23にとりつけられているウェハ11の上
に集束場せるための適切な光学系14を含む。光学系1
4自体は知られているもので、所要の集束機能を果すた
めに1枚またはそれ以上のレンズ全オ(1用する;ウェ
ハ11に塗布されているホトレジストtX光さゼるため
に、高輝度露光灯32、通常は4360^が光源として
用いられる。
各レチクル12.13にカメラ位置合わせマーク33、
:(3”k設けることにエリ、レチクル全カメラの光学
系14に自動的に位置合わせできる。へクジンク34の
中に設けられているmMな機構(し1示ぜず)を用いて
マーク3:3、羽′を検出し、レチクル12.131r
カメラぷ)の光学系に対して正確に位*−gせるように
、レチクル・ホルダ拠とサポート29のうちの少くとも
一方の動きを制御できる。
前記したように、各ウェハ11は一連のデバイス製造工
程を受ける。それらの工程のあるものは独立したマスキ
ング工程とパターン露光工程會必要とする。#初のマス
キング作業の間はレチクル12 (第3図)が用いられ
る。このレチクルだけが十字形の位置合わせターゲラ)
35を含む。このターゲラ)35の映像が、同じレチク
ル12に金管れているパターン36露光と同時に、ウェ
ハ11の上に露光嘔れる。
段階的および反復直接露光作業を用いて、パターンあと
十字形の位置合わせターゲラ)35との多重映像が、ウ
ェハ11上の希望のアレイ37(第2図)の中に発生さ
れる。そのために、台おは初めはカメラ(9)の下の任
意の場所に位置逼れる。i#初の無光は露光灯32ヲ用
いてレチクル12を介して行われ、レチクル・パターン
36の映像36−1と十字形の位置合わせターゲラ)3
5の映[35−1?クエ八11上に生ずる。それから駆
動装置詞がレーザ干渉計5とともに用いて、台nをX軸
とY軸の少くとも一方の軸に沿って、次の映像を霧光す
る新しい位f11″!である距離だけ動かす、たとえば
、パターン映倫36−2とターゲット映像35−2が露
光される次の暫しい位置までだけに、Y軸に沿ってウニ
八llを動かすことができる。同様にして、完全なパタ
ーン・アレイ37が完成されるまでは、ウニ八11は繰
りかえし歩進およル露光される。これが完成されるとウ
ニ八11は台nからモジュール17′へ送られる。
適切な半導体処理工程が行われた後で、ウェハ11は次
のマスキング作業を行う、ためiC装置10へ戻すれる
。次のマスキング作業は位置合わせパターン40ヲ有す
るレチクル13(第4図)を用いる。この位置合わせパ
ターン40はレチクル12の位置合わせターゲット35
の形と相補的な形にすると有利である。図示の実施例で
゛は、゛パターン40は、位置合わせターゲラ)35の
形に対応する開かれた十字形領域和′を形成するように
配置さねた、4つのL形素子40′で構成される。レチ
クル13は新しいパターン41も含む、このパターン4
1はパターン36とは異なるが、第1のレチクル12ヲ
用いて発生された各映像36−1.36−2などの上か
ら正しく位置が合うようにしてウニ八11の上に露光せ
ね8ばならない。
これを行うために、レチクル13はホルダ28にとりつ
けられてカメラ(資)の中VC位&’Gfられる。
レチクル13ヲカメラの光学系14ニ位置合わせするた
めにマーク33′が用いられる。以前に露光されたアレ
イ37を有するウニ八11を含む台おが、以前に露光嘔
れた1つの映像(たとえば映*36−1)がカメラ加の
下にくるように、位t−gせられる。これを行うやり万
全以下に説明する。
次に、パターン40と以Fr1Jに露光された位置合わ
ぜターゲット35の映像とが、レチクル・バターj41
の映像と以前に露光鴎れたパターン36の映像とを重ね
合わせて完全に位置合わせするた□ めに用いられる。このために、ウニへ11の位置会わせ
ターゲット35−1の像35−1’(第6図)がカメラ
の光学系14を通じて直接見られる。この像35−1’
 がレチクル13の位置合わせパターン40と正しく位
置が合わされるように、台23が適切に動かされる。希
望の位置合わせが佛成爆れると、位置が合った重なり合
うパ、ターン40と像ターゲラ)35−1’は、カメラ
の光学系14t−通1.て見た時には第6図に示すよう
に見える。 ゛この位置合わせが達成されると、露光灯
32が点灯逼れてパターン41の映像をウニへ11に露
光すせる。それから台23がX軸とY軸のうちの少くと
も一方に沿って1次の映像位置へ動か場れ、そこで露光
作業がくり返えされる。
この位置合わせ作業を容易にするために、カメラの光学
系14を通じて位置合わせターゲット:(5−1を照射
する低輝度光源42が設けられる(第5図)。この光源
42はウニへ11に塗布嘔れているホトレジストをあま
り強く霧光しないように、光源42は十分に低輝度にす
る。光源32と42の波長は同じにできる。光匁42か
らの光43はビーム分割器44とレチクル13のパター
ン40till、ターゲット35−1’を照明する。タ
ーゲット35−1の像は縮少レンズ14によりレチクル
130面に投写される6位置合わせターゲット35−”
1の像;(5−1’ とパターン4oは光学系49と、
ビーム分割器44と、プリズム45と、テレビジョンカ
メラ46と?介して(ロ)時に見られる。テレビジョン
カメラ46は第1r!lJのハウジング47の中に含ま
れる。
テレビジョンカメラ46KiltF#鎗の光学系48を
組合わせることができる0位を合わせが行われると、テ
レビi> ilンカメラ46に411合わされているテ
レビジョン・スクリーン(図示せず)により表示される
画像は第6図に示されているようなものとなる。
パターン41の各映像が9前に露光されたパターン36
−1.36−2などの1つのパターンの上に露光されf
C俵で、アレイ37中の次のパターンが真先位ftにく
るようf1台nとウェハ11を動かすために駆動say
とレーザ干渉計5が用いられる。ステップからステップ
へ1〈向きと距離は、最初のアレイがレチクル12から
籐光芒れた時にウェハ11を歩進させるために用いられ
る動く向きと距離にそれぞれ対応する。各ステップにお
いては、対応するターゲット35−1.35−2などの
パターンの像(たとえば僧35−1’)は、光濡42と
テレビジョンカメラ46′ヲ用いて見ることができる0
作業員が台nの位置を精密に調整してターゲットの完全
な位置合わせ?(第6図に示すように1゜、て)行える
ようにするために、普通の操作枠その他の制御部材を駆
動装置冴とレーザ干渉計25に組合わせて用いることが
できる。ターゲッ°トの完全な位置合わせはアレイ37
において個々の霧光ごとに行うことができる。あるいは
、駆動i置24と干渉計5による位置ぎめの性能が十分
に正確であれば、視覚的な再位菅合わせ1各位置で行う
よりは、アレイ37の各行または各列ごとに1[ol、
2回または数回行う必要があるだけである。各アレイ位
置に個々の位置合わせターゲット35’ −t 、 3
5−2などを設けることにより、露光ごとに位置合わせ
を個々に行う機会が与えられることになる。
通常は、カメラの光学系の焦点深度は非常に浅い、ウェ
ハ11の厚さが一様でないと、ウェハ1101つの部分
にカメラ30により発生嘔せられる映像は焦点が合りて
いるのに、他の部分に生ずる映像は焦点が合っていない
ということがある。このような場合に社、精密な位置合
わせと高い解像力とについての装置10の充分な性能が
失われることがある。この問題はウニへf平らに一様に
する装置(第7図)にLり解決される。
この間ah<さび形横断面を有するウェハ自体に起因し
たり、処理中にウェハが反ったシすることにより起きた
りするものである一 第7図金参照して、台23は9動テーブル50を含む、
このテーブルは駆動装置あと干渉計25に工り、X軸と
Y軸に沿って駆動される。テーブル50と駆動装置冴と
の間の相互連結は通常のものである。テーブル(資)の
上にはプラットホーム53用の球状空気軸受サポート5
2の静止ペース51がのせられている。プラットホーム
53は全体として半球状の軸受55 Kボルト54でと
シつけられる。軸955FJ、ベース51の半球状の凹
部上面56の中に受けられる。
一連の環状溝57.58.59  が軸受の表面56の
上に形成される。溝57はペース51の通路ωを介して
コネクタ61ニ連絡される。コネクタ61Fi。
真空に連結される。溝間はペース51を貫通するガス抜
き穴62を介して大気中に連絡される。このLうな構成
であるから、コネクタ61ヲ介して真空が加えられると
、その真空のために軸受55とプラットホーム犯はペー
スに関して所定位置に保持される。真、空の通路ωも通
路8と、軸受聞およびプラットホーム53′f:介して
、ウェハ11′の下のプラットホーム詔の上向に設けら
れている1つかそれ以上の穴にも連通する。この工うな
@成であるから、コネクタ61ニ加えられたのと同じ真
空がウェハ11’ ?プラットホームおの上面に保持す
る。別の実施例では、2つに分かれている空気軸受の半
分ずつを固定するために用いる真空から、ウニへ保持真
空全別々に供給することもできる。
溝□□□は通路64ヲ介してコネクタ6へ連通してフタ
61へ連続して与えられる。プラットホーム簡の向きを
変える必要が生じた時性、加圧ガスがコネク。り65−
>供給される。、溝59ヲ通じてペース51の内面へ加
えられるこのガスの圧力のために真空の「保持力」が破
れ、軸受邸のため°の空気サポートが形成される。その
結果、プラットホーム53またはウェハ11’に非常に
小さな力を加えることにより、軸受5とプラットホーム
団ケベース51に関して位置決めすることができる。
プラットホーム8が希望の向@罠なったら、コネクタ団
への加圧ガスの供給を断つと、真空の力により軸受団は
ペース51に対してただちに固定嘔れる。
この空気軸受支持機構52は、カメラボデー31の下趨
部31Lの面の↓うなめる基準面に対して、ウェハ11
′の上面ii ’r を平行にすることを容易にするた
めに用いられる。
そのために、カメラボデー31の中には複数(典型的に
は3つ)の空気ダク)68.68’ が含まれる。それ
らの空気ダクト位カメラポデー31の周縁部に、たとえ
ば120度の間隔をおいて、配置すると有利である。圧
縮空気g#またはその他の圧縮ガス源(図示せず)がダ
ク)68.68’の上端部に連結される。空気ジェット
の、ω′ を形成するように、空気の一部がダク)68
.68’の開放されている下端部68a%68a′から
出る。
各ダクト内の空気の圧力はカメラボデー31の中に設け
られている対応する圧力セン−!i70.70’により
検出できる。
ウェハ11’を平行に位置合わせするために、プラット
ホーム団とクエへ11 ’が球状空気軸受サポート犯の
上を自由に動けるように、コネクタ田へ圧縮空気が供給
嘔れる。それから、ダク)68.68’へ圧縮空気を供
給すると、カメラボデー31ハウエ八11′へ向って下
降もせられる。
ダクトから吹き出される空気ジェットω、ω′によりウ
ェハ11’ とプラットホーム53に力が加見られる。
ウェハ11’の表面11 Tがカメラボデ=31の下面
31 L K平行でないと、各空気ジェットω、ω′に
工り加えられる力は等しくない。
その結果、空気ジェット69、ω′にエリ加えられる力
が等しくなる平衡状態が達成されるまで、ウェハ11’
 とプラットホームおはその等しくない力T/cLり球
状空気軸受サポート52に対して動かされる。この平衡
状態はダクトの開放下端部68aS68a’  とつx
 ハ11 ’の表面11Tとの間隔が等しくなった時、
すなわち、ウェハ11 ’の表面11Tがカメラボデー
31の下面31 Lに平行になった時に起る。この平衡
状態はダク)6B、68’の中の背圧が等しくなったこ
とをセンサ70.70’が検出することにより判明する
。この等しい背圧状mに応答する適切な制御回路(図示
せず)が、コネクタ6へ供給されている圧縮空気を断つ
、その結果として、空気軸受サポート団はベース511
C加えられる真空に↓プ直ちに固定されるから、プラッ
トホームBとウェハ11’は、ウェハ11’の上面11
Tとカメラボデー31の下面3]Lが平行となる、希望
の位置に固定逼れる。
第7図の各部は実物の相対的な尺度関係で描かれてはお
らず、ウニ^11’のくさび形断面部分仲誇張しである
。また、カメラボデー31の直径も、実際にはウェハ1
1’の直径z6も十分に小さい、シ友がって、平行位置
合わせは、第7図に示されているよりも、ウェハll’
の比較的狭い面積にわ喪って行われる。平行位置合わせ
祉各震先の前に行うこともできれば、ウェハ11の全体
にわ九る歩道移動と反復される露光の間に1回だけ、ま
たは数胞行うこともできる。
第7図に示す装置、すなわち種々の物理的場所において
同様に用いられる一連の空気ジェットは、上記の平行位
置合わせを行った後で、カメラ(9)の非常に正確な焦
点合わせを行うためにも利用できる。この焦点合わせを
行うために社空気ジェットω、ω′と背圧センサ70.
70’も用いられる。
カメラの光学系14がウェハの上面11 Tから正確な
距離だけ離れ走時に正確な焦点合わせが行われる。仁の
間隔では、ある背圧がセンサ70゜70′の所に存在す
る。焦点合わせは、背圧レベルl)セy?70.70’
 K工り監視しながら、カメラボデー31をウェハ11
 ’へ向けて徐々に下降させることにより行うととがで
きる。カメラのボデーが下降さぜられるにつれてこの背
圧が上昇する。正しい焦点距離に対応する所定の背圧が
検出されると、カメラボデー31の下降が停止場れる。
これにより正しい焦点合わせが達成される。この焦点合
わせ作業はアレイ37で個々の露光が行われるえびに行
われる。
クエへの表面をカメラボテ−の下面に対して平行に保つ
操作と、焦点合わせとに関連して以上説明した空気ジェ
ット背圧検出器すなわち「空気ゲージ」は、ウェハll
の精密な予備位置合わせを自動的に行うために用いるこ
ともできる。
前記したように、レチクル13を用いて最初の露光を行
う前に、クエへ11の予備位置合わせを行って、映像4
0(第6因)がウェハ11上の位置合わせターゲラ)3
5−1に非常に近くなる位置にウェハ11を置く、ウェ
ハ11が正しく予備位置合わせされると、位置合わせタ
ーゲラ)35−1はテレビジョンカメラ46の視野内に
現われる。しかし、この視野は非常に狭い(通常は約0
.051cm(0,002インチ)平方)というように
非常に狭いから、位置合わせターゲラ)35−1がテレ
ビジョン・−カメラ46の視野内に確実に現われるよう
にするためには、予備位置合わせを正確に行う必要があ
る。更に、台nの上のウェハ11の向きを正しくするこ
とが重要である。たとえば、位置合わせターゲラ)35
−1,35−2などの軌跡を駆動装置24のX% YI
IIK平行にすることが重要である。そうする必要があ
るのは、ウェハ11が引き続く露光の間にY軸とY軸の
うちの少くとも一力の軸に沿って歩進烙せられるにつれ
て、引き続く各ターゲット35−2.35−3などがテ
レビジョンカメラ46の視野に現われるようにするため
である。
前記したように、ウェハ11の平らな縁部11 fの予
備゛位置合わせは予め位置合わせされているステージ冒
ン21′1において行われる。したがって、ウェハ11
が台nの上に置かれると、平らな縁部11 fが駆動装
fi124の軸の一方(通常はY軸)にほぼ整列させら
れる0次に、カメラボデー31の中の一方の空気ジェッ
ト(たとえば空気ジェット口と圧力センサ70)を用い
てウェハ1]の中心を決定する。この技術を第9図に示
す。
まず、空気ジェットωが、Y軸に平行でウェハllの水
平中心線76から離れている任意の直線75に沿って置
かれるまで、台23をY軸に平行に動かす0次に、ウェ
ハ11の縁部75L、75Rが検出されるまで、駆動装
置24を用いて台23をX軸′73に平行に動かす、た
とえば、台23を初めに第9図で右へ動かすと、直線7
5は移動ウェハ11に関する空気ジェットωの経路を定
める。ウェハ11の縁部75 Lに運すると1.セン−
F 70 Kより検出される背圧はただちに低下する。
そうするとセンサ70がそれに対応する信号をコンビエ
ータ(図示せず)へ送ると、そのコンピュータはレーザ
干渉計5とともに、直線75に沿うウェハ11の縁部の
基準位置を定める。次に台23を逆の向きすなわち、第
9図では左へ動かす、そして、ウェハ11の反対側の縁
部75 Rの位置を検出するために空気ジェットωとセ
ンサ70 f用いる、それら2つの位置が判明したら、
直線7シの中間点75cの位aを定めるために、直線7
5に沿う対応する長さくすなわち、縁部貞75 Lと7
5 Hの間の距離)1−(コンビエータVcより)2分
割する。
C(7) ff1l+定は直! 75 K平行な異なる
直i!1177.78に沿ってなるべく数回行う。その
結果、1組の点75 c 、 77 c 、 78 e
を定める。それらの点の平均位置はウェハ11の垂直中
心線79ヲ定める、この方法により、直線75.77.
78のいずれかが交差する欠陥部がウェハ11の縁部に
沿って存在することにLり生ずることがある娯差もなく
なる。
次に、中心線76を定めるために同じ操作を垂直方向に
ついて行う。そのために、空気ジェットωがウェハ11
の平らな縁部11 fに交差しない垂直線81(第9図
)に沿う位置捷で、台23をX軸73に平行に動かす。
それから台z3をY軸だけに平行に動かし、直@81が
ウェハ11の「頂部」と「底部」に交差する点81T、
81Bを定めるために、空気ジェットのとセンサ70を
用いる。また、コンビエータとレーザ干渉計25を組合
わせてそれらの測定全行い、直線81の中心81 c 
f計算する。
この操rF、をもう1本かそれ以上の垂直線82などに
ついて行って、他の中心点82c’i得る。これらの点
81c、82cにより水平中心線76の位置を定める。
中心線76.79の交差点83はウェハ11の中心を定
める。すなわち、このようにしてX軸73とY軸74に
対する任意の基準虞に関して中心点部の正しい位置が定
められたことりこなる。
このΦ心意83に関して駆動装置24と干渉計5はテー
ブルおの位tt定める。
ウェハllの最初のマスキング操作をレチクル12を用
いて行っている間に、アレイ37(第2ti!J)を定
める段階的かつ反りして行われる位置ぎめ操作が、第9
図を参照して説明り、たようにして行われた手Mlに従
って定められた中心点&と中心線76.79を基準ニジ
、て行われる。しかし、ウェハ11の位置ぎめにおいて
生ずる回転誤差をなくすために、レチクル13を用いて
後で行うマスキング作業のために、第10.11に不感
れている予備位置合わせを更になるべく行うようにする
とよい。
レチクル13が所、定の位fRWこ會かれるとウェハ1
1の中心が111記したようにして定めらねる。回転誤
差があるとすると、定められた中心?R76、’79 
rj 、アレイ37の位置合わせターゲット35−1.
35−2などが基準対象とするY軸、Y軸に平行でなく
なる。この回転誤差を修正するために、ウェハ11の中
心i[近い成る位置合わせターゲット35−C(第10
園)がカメラ30の直下であって、位置合わせターゲッ
ト切の像が位置合わせターゲット35−CIC一致する
位置にくる寸で、駆動gIrliii24がウェハ11
 i初めrc駆動する。このターゲラ) 35− Cは
ウェハ11の中心83ニ近いから、ウェハのかなり大き
い回転位置き′め誤差があるとしても、ターゲット35
−Cはテレビジョンカメラ柘の視野の中に現われるはず
である。
そうすると、作業員は適当な一作棒(図示せず)t−用
いて駆動装置Uを操作し、位置合わせターゲラ)、35
−Cがレチクル13上のパターン40の儂にほぼ一致す
るまで、台23をX軸73とY軸74の少くとも一方の
軸に沿って動かすことができる。この時に、作業員はボ
タン(図示せず)を押してコンビエータにターゲット3
5−Cのこの位置全記録させることができる。
次に、ウニへの中心おから更に離れている別の位置合わ
せターゲラ)35−Dの予測位置まで、台幻を4X軸ま
たはY軸に沿って動かす。回転誤差があるものとすると
、ターゲット40の僧と位置合わせターゲラ)35との
関係は第11図に示すようなものとなる。それから作業
員は再び操作棒【操作して、ターゲット35−Dがター
ゲット旬の偉の中心にくるまで、台23t−X軸とY@
に沿って動かす、その時のウニへの新しい位置もコンビ
エータに入れる。
こ、の操作を反復することにより、各点においてターゲ
ラ)35−C,35−Dなどの位置合わせをするために
必要なY軸とY軸の少くとも一方の軸の修正が、ウェハ
11の位置ぎめにおいて生ずる回転誤差θを直接示すこ
とになることが明らかであろう、誤差θを三角法にニジ
計算した後で、ベース51と、ウェハ11を支持するプ
ラットホーム53をウニへの中心に関して対応する角度
θだけ回転させる九めに、K8図に示す機構を用いるこ
とができる。これにょ9ウエへの回転位置誤差がなくな
る。
この誤差0の修正を行うために、Y軸とY軸に沿って動
くことなしに、ベース51ヲ微小な角jiffけ回%1
fllrるrとが’flilるIうIlr 1.−1 
、 ベース51をテーブル(資)の上にとりつける。そ
のために、ベース51の下側には円筒形のくほみδが設
けられ、このくぼみの中に3本の可撓性アーム86−1
.86−2.86−3の端@ 86 aがと夛っけられ
る。それらのアーム謁の外端部は取付具Mによりテーブ
ル50[連結される。各アーム%はそれぞれのスロット
88を通り、ベース51の円筒形下側壁とを貫通して延
びる。ベー、ス51からは頑丈なアーム関が外側へ延び
る。
こ8ようK11gされているから、アーム恕の外端部8
9 mが第8図で左または右へ動かされるト、ベース5
1ドブラツトホーム53がベース51の鉛直中心軸を中
心として1転する。この回転運動は、全てのアーム86
のたわみにエル可能である。
しかし、アーム86はベース51がテーブル50に対し
て横方向(すなわち、Y軸またはY軸に平行)に動くこ
とは阻止する。したがって純粋の回転修正が行われる。
運動はモータ91によりアーム89へ伝えられる。
このモータはねじ部93を有する軸92を回転させる。
この軸の端Sは、テーブル(資)にとりつけられている
軸受舛にジャーナル連結される。
軸q2はアーム%の一端に設けられているね見穴にねじ
込まれる。アーム95の他端はたわみ継手%により連結
アーム97にと9つけられる。このアーム97は別のた
わみ継手郭によりアーム89の外端部89 mへ連結さ
れる。アーム%は、それにたわみ継手100で枢着され
ている取付具99により、テーブル50に枢着される。
このような構成であるから、モータ91が1つの向き(
たとえば時計回り)に回転させられると、その軸兇のね
じ部郭がアーム95を継手100を中心として回動させ
、そのためにアーム97を介して左向きまたは右向きの
動きがアーム羽へ伝えられる、その結果、ペース51と
プラットホームおが対応する角度の向きへ回転量せられ
る。
寸た、モータ91が上記とは逆の向きへ回転量せられる
と、ベース51がそれに対応して上記とは逆の向きへ回
転量せられる。軸nに連結されているエンコーダ101
がモータ91の回転量を示す、したがってペース51の
回、転角度を示す出力信号を発生する。
ウェハ11の回転位置誤差θft求めるために前記し友
ようにして用いられるコンビ具−タ(図示せず)により
、モータ91′□′w自動制御できる。
モータ91が回転させられると、エンコーダ101がペ
ー゛ス51へ伝えられ丸目転量を示す信号をコンビエー
タへ4える。この信号に応じて、希望の修正角0に達し
た時に、モータ91t−適切に停止させることができる
。このようにして、ウェハ11の位置ぎめにおける回転
角の修正を高い確度で自動的に行うことができる。
この回転位置誤差が修正されると、ウェハ11の実効中
心線76と79が台23のX軸73とY軸74にそれぞ
れ平行になり、全ての位置合わせターゲット35−1.
35−2などが台X軸、Y軸に正しく整列することが明
らかであろう、したがって、を的な反復操作の間に、ア
レイπ(第2図)を作る九めのウェハ11の最初の露光
作業中に用いられ九のと同じ距離と同じ向きにウェハ1
1が歩進させられると、各場合にパターン像401Lが
対応する位置合わせターゲラ)35−1.35−2など
に非常に近くなる。必要があれば操作棒を用いて小さな
修正を手動て行うことができる。
レチクル13からのパタン41の像と以前に露光された
像36−1.36−2などとの完全な位置合わせは全て
のアレイ位置ごとに行われる。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体ウニへの直接露光に用いる本発明の歩道
および反復装置の斜視図、第2図は第1図に示す装置を
用いて露光されるウエノ1の平面図、第3図は第2図に
示されて〜箋るようにウニへの各儂位置に露光される十
字形の位置合わせターゲットを含み、処理されるウェハ
に露光される最初の像を包含するレチクルの平面図、第
4図は第3図に示すレチクルを用いてウェハに以前に露
光されたターゲツト像に位置合わせするために用いら重
る相補形のタ ゲyarnみ、後で行われる処理工程で
用いられるレチクルの平面図、第5図は第1図の装置に
用いられる映倫位置合わせ装置の略図、第6図は第5図
の光学系を通じて見られ本ようにレチクルの位置合わせ
パターンに重ね合わ逼れるウニへの位置合わせターゲッ
トの虚像の略図、第7図は第1図の装置に用いられるウ
ェハ支持台とクエ/%表面平行位置合わせ装置の断面図
、第8図は第7図に示す台の回転駆動機構の略図、第9
.10図はウニへの歩進お工び反復露光前のウニへの予
備位置合わせを示す略図、第11図は予備位置合わせの
間における状況を示す第6図と同様の略図である。 1〇一本発明の装置、12.13− レチクル、14・
・・カメラの光学系、23−・台、U・・・X−Y駆動
装置、n・−・レチクルホルダ、(資)・・・カメラ、
31・−・カメラボデー、32・・・光源、羽、オ′−
位置合わせマーク、35.42・・・位置合わせターゲ
ット、40・・・位置合わせパターン、44−・−ビー
ム分割器、(資)・・・テーブル、51−ベース、ψ・
−球状空気軸受サポート、団−プラットホーム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  半導体ウェハをのせる台と、仁の台′5r直
    交するX軸とY−に沿って動かすための台部動機構と、
    前記クエへの上に位置させられ、加圧空気ジェットを前
    記ウニ/・へ向けて吹きつける空気ジェット要素と、制
    御器と全備え、前記空気ジェットl!紫は前記吹きつけ
    られた空気の背圧を検出する第10々ンtを含み、前記
    制御器社前記台駆動要素罠前記直交軸のうちの一方の軸
    に平行に前記台を動かせ、かつ前記空気ジェットが前記
    ウェハの向い合う端部を横切って動く時の吹きつけられ
    た前記空気の背圧の変化を検出することKL夛前記一方
    の軸に沿う前記クエへの前記向い合う縁部の位置を検出
    し、その後で前記制御器は前記ウニへの第1の中心線位
    置を決定するために検出された前配縁部を利用すること
    ’IF徴とする半導体ウェハ露光装置の位置決め装置。 (2)  前記制御器は前記直交軸のうちの他方の軸に
    平行な線に沿う前記ウニへの向い合う縁部の位#を検出
    するために、前記台部動機構に前記台を前記直交軸のう
    ちの他方の軸に沿って、前記空気ジェット要素を用いて
    、動かさせ、その後で前記制御器は前記ウニへの前記第
    1の中心線に直角な別の中心#を決定するために前記検
    出嘔れた位tt−利用すること′5r%徴とする特許請
    求の範囲第(1)項記載の半導体ウェハ露光装置の位置
    決め装置。 (31前記台は前記半導体ウェハ用のとりつけ台と、こ
    の台のためのサポートとを含み、このサポートは、前記
    直交軸に沿う前記サポートの付随直線運動なしに、前記
    支持されているウェハに全体として垂直な軸線に関して
    前記サポートと前記台の角度の向きを変えるための回転
    位置決め要素を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第(2)項記載の半導体ウェハ露光装置の位置決め装置
    。 (4)  前記露光装置は前記ウェハに映像を露光させ
    るための力Jうを含み、前記空気ジェット要素は前記カ
    メラのボデー内に設けられ、前記カメラのボデーは、前
    記第1のセンサによシ検出された背圧がある値に一致す
    るまで、前記ボデーを前記ウェハに接近させたり、前記
    ウェハから遠去けたりするための焦点合わせ機構ととも
    に、前記ウェハに接近したり、前記クエへから遠去かる
    工すに動くことができ、前記ある値は前記fJJうが前
    記ウェハにおいて前記露光を正しい焦点で行うための装
    置に配*−gれている時だけ生ずること1−*徴゛とす
    る特許請求の範囲第(1)項記載の半導体ウェハ露光装
    置の位置決め装置。 (5)前記露光装置は映像をウニへ上に露光嘔ゼるため
    のカメラを含み、前記空気ジェット要素は前記ウェハの
    表面へ吹きつけられる隔てられた複数の空気ジェットを
    含み、各空気ジェットは対応する背圧センナを有し、前
    記台框前記半導体つェ八をとりつけるプラットホームを
    含み、このプラットホームは空気軸9により支持され、
    前記複数の空気ジェッ)Kより前記ウェハに加えられる
    圧力の下に前記プラットホームと前記ウェハを前記空気
    軸受に関して動けるようにし、かつ全ての前記センサに
    より検出された背圧が等しい時に、前記プラットホーム
    と前記ウェハが更に動くことを阻止するように前記空気
    軸受を固定するための要素を含み、前記全てのセンサに
    より検出された背圧が等しい状mは前記つ工への表面の
    一部と前記カメラの基準面との間の平行な位置合わせt
    示すことt−V徴とする特許請求の範囲第(1)項また
    は第(4)項記載の半導体ウェハ露光装置の位置決め装
    置xt、。 (6]  前記算出装置はレチクルからの映像を前記ウ
    ェハ上rcl!光させるためのカメラを含み、前記制御
    器は前記台駆動要素に前記とりつけられているウェハに
    前記カメラに関して予め選択されている位置のアレイま
    で段階的に動かすように逼せ、前記カメラは前記映像を
    前記各位置においてウニへ上に露光嘔せることを特徴と
    する特許請求の範囲第(2)項記載の半導体ウェハ露光
    装置の位置決め装置。 (7)  前記カメラは回路パターンと位置合わせター
    ゲットを含む第1のレチクルから前記ウェハを初めに露
    光し、それにエリ前記ウェハが前記位置アレイ全通って
    歩進婆せられ、そのよりな各位置において露光が反復さ
    れた後で、そのウェハはそれぞれ関連する露光された位
    置合わせターゲットを有する露光された回路パターンの
    アレイを含み、その後で前記カメラは異なる回路パター
    ンと前記位置合わせターゲットと相補的な形の位置合わ
    せパターンとを含む第2のレチクルから前記ウェハを露
    光し、各アレイ位置において、前記第2のレチクル位置
    合わせパターンと、前記ウェハ上の露光された位置合わ
    せターゲットの虚像とを、前記ウェハを露光でせるため
    に用いられる同じカメラ・レンズ系を通じて同時に見る
    ための位置合わゼビュー要素を含み、同時に見られる前
    記虚像と前記パターンとを正しく位置合わせさせるよう
    に前記台は動くことができ、前記カメラはそのような正
    しい位置合わせが行われた時に前記その後の露光を行い
    、それにより前記異なる回路パターンの露光嘔れた像が
    各アレイ位置における前記ウニへ上の前記露光された回
    路パターンに正確に重なり合う開傘にあることを特徴と
    する特許請求の範囲第(6)項記載の半導体ウニ/4光
    装置の位置決め装置。
JP57103657A 1979-05-11 1982-06-16 半導体ウエハ露光装置の位置決め装置 Granted JPS5816531A (ja)

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