JPS5816532A - 位置決め装置 - 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】 本発明は半導体ウェハをレチクル上の回路すなわちデバ
イスのパターンに繰）返えし露光さ考位置決め装置に関
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
導体ウニへ上に多くの同一デバイスすなわち同一回路が
同時に作られる１、ウェハは通常はシリコンであって、
その直径は約７．６〜１２．７５１（３〜５インチ）台
である。デバイスまたは回路の寸法に応じて、５０以上
、１０９個かそれ以上のデバイス′ｆｒ１枚のウニへ上
に作ることができる。製造作業が終ったらウニ八にけが
きし、そ４．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っぺつのチップを
得る。それらのチップはべっぺっにパッケージして製造
を終る。

各ウニ八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鉱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
て属共通なことは、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」作業を各ウニ八に
対して行う、。

たとえば、非常に簡単な金属ゲート電界効果トランジス
タ（ＦｇＴ）の製造法について説明する。初めに、シリ
コン・ウニ八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
物質を被覆するーこのホトレジスト層に第１の写真マス
クを通じて光をあて、個々のＦＥＴを作るべき領域を形
成する。露光および現儂されたホトレジスト層は、ＦＥ
Ｔｔ−形成する領域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、それらの露光された領域内−の、シリコン基板上
に薄いゲート酸化物層を直接に成長させの場所金定め 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・マスクにより
定め暢れた場所における薄縁鳥ゲート酸化物層に穴があ
けられる。この穴を通じてドーパン物質が拡散逼れてソ
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［社１１００℃台で行われる。それと同時に酸
化物が成長してソースの穴とドレインの穴ヲふさぐ。

次に、各ＦＥＴのための金属ゲート電極の場所と、ソー
ス領域とドレイン領域への金属接点の場所と、接合パッ
ド場所とを定めるために第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名せて保護
被覆とする。最後に、蒸着逼れ良識化物を除去してＦＥ
Ｔのゲート、ソースおよびドレインのための接合）くツ
ドｔ７露出させる場所を定めるために、第４の写真マス
クが用（、Ｎられる。金属パッド領域を露出させるた らの定められた場所で酸化物がエツチングにより除去さ
れる。それらの金属）（ラド領域には電気接続線が接合
される。

この↓うに、この簡単な例では４枚の多重マスクが用い
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パ゛イスのパターン、に正し
く位置合わ姦することが最も重畳である。この位置合わ
せは完成ｔまたデバイスが正しく動作するためには重要
である。

たとえば、先に説明したＦＥＴの製造法では、金属ゲー
ト電極の場所を定めるために用％Ｉ）られる第３のマス
クの位置ぎめが非常に重畳である。

ゲート領域は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＊−ｇせなければならない０位置合
わせに狂いか生ずるとゲート電極かソ°−スまたはドレ
インの上に重なることがあね、その良めにＦＥＴの性能
が低下し、あるいはもっと悪くなってゲートからソース
またはドレインに短絡が生じ、そのためにデバイスが動
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
の部品の密度か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には、各部品を極め
て小さくする必要かある。現在の集積回路では、２ミク
ロンという狭い素子間隔か求められることがある。その
工うな微細な解僚力のために、製造中の引き続く写真マ
スクの位置合わせ誤差は極めて小さいものか求められる
。実際に、その工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
当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。

先に述べた例は１つのＦＥＴデバイスの製造に関するも
のであった。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１枚のウェハ上
に作られる。これ全作るために、従来は各写真マスクが
、１枚のクエ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倫を含むガ
ラス板を構成していた。た・とえば、（資）個の同一回
路が１枚のウニへ上に、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−マースフは対
応する５行ｌＯ列のアレイ状に正確に配置され友５０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。ウニ八を双眼顕微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。

マスクまたはレチクル自体（すなわち１多数の写真映偉
が形成場れているガラス板）會ウニへの真上で顕微鏡の
下となるホルダ内の位置にと９つける。作業員が顕微鏡
を通じてウニ八゛とマスク金兄ながら、両者の位置か合
うまで台またはマスクホルダを動かす０次に、１個の高
輝度光源を用いて、ウニ八全体をマスク金運じて同時に
無光する。すなわち、ウエノ＼をマスクに配置場れてい
る全ての個々のパターンに同時に露光される。

この方法にはある位置合わせ問題か本来ある。

その１つはマスク自体の製作中に起や、マスクの製作は
、通常はウェハ上に作られる１つ（°または数個）のデ
バイスに対するパターンを拡大場れたものを、反復露光
して行われる。この個々のパターン悴マスク上の各アレ
イ位置に順次露光される。たとえば、１つかそれ以上の
映像偉の行または列に対してねじれることがある。

本し、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、とウエノ）との間の位ｍ＋わせ
か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か得られる
−とにケる。

マスク・アレイ内の個々の映像−の完全な位置ぎめｔ行
えたとしても、露光作業中に位置合わせの狂いか起るこ
とかめる。たとえば、ウェハとマスクとの中心近くまた
は縁部近くの借方１に１つまた祉２つの基準点を用いる
ことにより、作業員はマスクをウエノ蔦に１位置合わせ
することかできし九とえは、イスクｌ）ｊ　ｕｌ・゛座
Ｋ（電力値・；回されてその中心線がウエノ１の中心線
に完全Ｋ。

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ニへの
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ニへの位、置が合っているように見
えることがある。しかし、ウニへの周縁部ではマスクは
非常に小さくはめるが、デバイスの製作をそこなうのに
十分な位置の狂いを生じ嘔せる界き石４だけ位置がずれ
る。、 他にも問題がめる。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１竺
においては、ソースとドレ常は、゛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さら
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の間に形成されたパターンと位置
が合わなくなることかある。　− これらの位置合わせの狂いの多（は、多くの映像を有す
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、あるいはせい
ぜい数個の回路すなわちテパーイスに対応する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゛スキンク作業では多
くの映像を官む１つのマスクは用いられず、むしろ１つ
のパターンを宮むレチクルが、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＃に１つずつ、繰シ返え
して順次篇、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かとりつけられる。ウニへの１
つのデバイスすなわち回路がカメ→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
こンにより、ウェハが次の回路位置べ歩進させられる。

それから次の回路がレチクルを通じて露光式れる。

この作業がガニへ上の各デバイスす外わち各回路につい
て繰り返夫される。′　□ この直接露光ウェハ歩進技術により、多く′の映像を有
するマス・りの製作と、全てめ回路ｔ−１度に同時に露
光する象めＫその→玉り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Ｏ技術に
より、映像を露光するのに用いられるレチクルの寸法ヲ
、作られる回路の実際の寸法ニブもはるかに大きく（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、個々の映像がウニへ上のデバイスすなわ
ち回路に対して１対１０寸法関係含有する多数映像マス
ク技術と対照的である、ウェハ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妙行う
ことができるより小さし′嘱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。それらの問題はつ工へ上に以前に露光されたパ
ター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に１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、または行
っている間に、ウニへの両側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（これは動きの制御にレ
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させる。

次のマスキング作業および引き続く各マスキング作業で
は、ウェハを新しいレチクルと初めに位置合わせさせる
ために、−固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基準ターゲットか
設けられる。初めにこれらのターゲラ）を用いて、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。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。連続して
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駆動装置の確実に依存する。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はない、その位置合わ
せは、台の位置ぎめ装置により台を制−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。

本発明の目的は、゛′縛光されるウニへの表面部分をカ
メラの底部と自動的に平行にするためのウェハ・プラッ
トホームと、七ｎに関連する機構を提供することでおる
。これにエリ、カメラの光学系の焦点深度が浅い場合で
゛も完全に焦点を合わせることができる。

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ｇｔ　ｔｏは半導体ウェハ１１　（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を直接かつ反復し、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
れたパ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。

装置１０は３つのサポート１６にニジ保持嘔れている大
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の重量が大であるために一１外部の振ＩＥＩ
′Ｉは装置ｔ１０に影響を及はさない、露光すべきウェ
ハを含むカセット１７が取りつけ／取り外しモジュール
１８の中に置かれる。一度に１枚のウェハがカセット１
７からとり出されて、１組のＯＩＪソングベルト１９に
のせられて予備位置合わせ部加へ送られる。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２０′
上で機械的に中心に位置させられる。スピン′ドル２０
′にはウェハ１１は真空により保持される。その後、ウ
ェハ１１の平らな縁部１１　ｆ（第２図）が所定の向き
になるまでスピンドル加′が回転さゼられる。そうする
とウェハ１１は「予備位置合わせ嘔れた」といわれる。

次に、予備位置°合わせされたウェハ１１は送シ機構２
１の真空チャックによりスピンドル２（１′から引き上
げられる。゛送り機構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ｎに沿って動か
す。モしてウェハ１１は送り機構゛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される
。

台ｎは精密なＸ−Ｙ駆動装ｆｉｔ２４によシ２つの直交
軸Ｘ１Ｙに沿って動かすことができる。台器の非常に精
密なＸ−Ｙ位置ぎめを行うために、通常のレーザ干渉計
５が駆動装置スとともに用いられる。ウェハｌｌが完全
に露光された後で、ウェハ１ｉｔ一台ｎからとり出して
、それを０リングベルト１９まで送るために送シ機構２
１が用いられる６０リングベルト１９はウェハ１１を別
のカセット１７′へ駆動する。このカセット１７′の中
では無光されたウェハが自動的に積み重ねられる。

ウニＡｌｌが台おの上にのせられると、段階的な直接無
光が反復して行われる。この露光は、装置１０の頂部近
くのサポート四に枢着されているレチクル・ホルダあに
とりりけられている適切なレチクル１２．１３に↓り行
われる。レチクル・ホルダあの対応する孔路′の中にい
くつかのレチクル１２．１３に−予め入れておき、必要
に応じてカメラ□□□の中の位置まで回転させることが
できる。

カメラ３０（第１、′５図）は垂直にとりつけらｎた全
体として円筒形のカメラポデー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、台詔にとりつけられているウエノ１１１の上
に集束させるための適切な光学系Ｉｎ含む、光学系１４
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枚寸たけそれ以上のレンズを利用する。ウェハ１１
に塗布それているホトレジストを露光させるために、高
輝度露光灯３２、通常ｔｉ４３６０＾が光源として用い
られる。

各レチクル１２．１３にカメラ位置合わぜマーク３３、
：（３”ｔＦＢｌけることに工り、レチクルをカメラの
光学系１４に自動的に位置合わせできる。））ウジンク
あの中に・設けられている適当な機１Ｍ（図示せず）を
用いて７−りお、３３′１に検出し、レチクル１２．１
３をカメラ３０の光学系に対して正確に位置させる工う
にルチクル・ホルダ路とサポート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ｌｌ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絽光工程を必要とする。最初のマス
キング作業の間はレチクル１２（第３図）が用いら扛る
。このレチクルだけか十字形の位置合わせターゲット３
５′ｆｔ含む、このターゲット３５の映像が、同じレチ
クル１２に含まれているパターン３６露光と同時に、ウ
ェハｌｌの上に露光される。

段階的および反復直接露光作業を用いて、パターン３６
と十字形の位置合わせタープ；）３５との多重映像が、
ウェハ１１上の希望のアレイ３７（群、４２図）の′中
に発生される。そのために、台田は初めはカメラ３０の
下の任意の場所に位置される。最初の露光は露光灯３２
′ｆｔ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３も−１と十字形の位置合わせ夕゛
−ゲ°・ト３５の映像３５−１全ウエハ１１上Ｖこ生す
る。それから駆動装置η瀕がレーザ干渉計５とと本に用
いて台２３をＹ軸とＹ軸の少くとも一方の輪に沿って、
次の映像を露光する新しい位置まである距離だけ動かす
。たとえば、パターン映像３６−２とターゲット映像３
５−２が露光される次の新し！１位置までだけに、Ｙ軸
に沿ってウェハ１１を動かすことができる。同様にして
、完全なノ（ターン・アレイ３７が完成されるまでは、
ウェハ１１は繰りかえし歩門および露光される。これが
完成されるとウェハ１１は台％からモジュール１７′へ
送られる。

画切な半導体処理工程が行われた後で、ウェハ１１Ｖｓ
、次のマスキング作業を行うために装置１０へ戻される
０次のマスキング作業は位置合わせパターン４（１ヲ有
するレチクル１３（第４図）ｔ−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、ノ（ター／４０は、位置合わせターゲット３５
の形に対応する開かれた十字形領域４０′を形成するよ
うに配置された４つのＬ氷素子４０′で構成される。レ
チクル１３ハ新しいパターン４１も含む。このパターン
４１　ｒ、ｔパターンあとＦｉａなるが、第１のレチク
ル１２を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ェハ１１の上
に露光せねばならない。

これを行うために、レチクル１３はホルダ路にとりつけ
られてカメラ３０の中に位置づせられる。

レチクル１３ｔ−カメラの光学系１４に位置合わせする
ためにマークあ′が用いられる。以前に露光されたアに
イ３７を有するウェハ１１を含む台おが、以前に露光さ
れｆＣｌつの映像（たとえば映像あ−１）がカメラ（９
）の下にくるように、位置させられる。これを行うやり
方を以下に説明する。

次に、パターン４０と以前に露光された位置合ｔｙ４ｔ
４二ゲット３５の映像とが、レチクル・パターン４１の
映像と以前に無光感れたパターン３６の映倫とを重ね合
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、ウェハ１１の位置合わせターゲット３５−１の像
３５−ｔ’（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
合わせパターン切と正しく位置か合わさｒる工うに、台
おが適切に勤かされる。希望の位置合わせ＝達成ちれる
と、位ｆｉが合った重なシ谷うバタニン旬と＠ターゲッ
ト３．５−１’は、カメラの光学系１４ｔ−通して見た
時には第６ｍに示す１うに見える。

この位置合わせが達成されると、露光灯３２が点灯され
てパターン４１の映像をウェハ１１に露光させる。それ
から台ｎがＸ軸とＹ軸のうちの少くとも一方に沿って次
の映像位置へ動かされ、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３５−１を照射す
る低輝度光源４２が設けられる（第５図）。この光源４
２ｔｌウエ八１１に塗布されているホトレジストをあま
り強く無光しないように、光源４オ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。光源４２か
らの光４３はビーム分割器Ｉとレチクル１３のパターン
４０ｔｍす、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↓リレチクル１３
の向に投写嘔れる０位置合わせターゲラ）３５−１の虚
像３５−１’　とパターン４０は光学系４９と、ビーム
分割器材と、プリズム４５と、テレビジョンカメラ４６
とを介して同時に見られる。テレビジョンカメラ４６は
第１ｒ：Ｉ！Ｊのへクジング４７の中に宮１れる。

テレビジ璽ンカメラ柘には顕微鏡の光学系４８１に組合
わせることができる０位置合わせが行われると、テレビ
ジ薦ンカメラ４６に組合わされているテレビジョン・ス
クリーン（図示せず）罠より表示される画ｍｕ第６図に
示されているようなものとなる。

パ４−ン４１の各映像が以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た
後で、アレイ３７中の次のパターンが露光位置にくるよ
うに、台おとウェハ１１を動かすために駆動＠［１２４
とレーザ干渉計２５が用いられ、る、ステップからステ
ップへ動く向きと距＄１１ｉ　ｉｆ　、最初のアレイが
レチクル１２から露光された時にウニ八１１ヲ歩進嘔ゼ
るために用いられる動く向きと距離に七扛ぞれ対応する
。各ステップにおいては、対応するターゲット３５−１
　、あ−２などのパターンの像（たとえば像３５−１’
）は、光源４２とテ゛レビジ曹ンヵメラ４６ヲ用いて見
ることができる。ｒＩ＝業員が金回の位置ｔ−ｍ密に調
整してターゲットの完全な位置合わせ１−（第６図に示
すようにして）行えるようにするために、普通の操縦枠
その他の制御部材を駆動装置冴とレーザ干渉計５に組合
わせて坩いることができる。ターゲットの完全な位置合
わせはアレイ３７において個々の露光ごとに行う−こと
ができる。あるいは、駆動装置冴と干渉計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１ｆｆｌ置
合わ＋ｒを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回、２回または数回行う必要があるだけ
である。各アレイ位置に個ど々の位置合わせ夕・−ゲラ
）３５−１．３５−２などｔ′設けることによシ、露光
ととに位置合わせを個々に行う機会か与えられることに
なる。

°通常は、カメラの光学系の焦点深度は非常に浅い、ウ
ニ／ｑｌｌの厚さが一様でないと、ウェハ１１の１つの
部分にカメラ（資）により発生させられる映像は焦点が
合っているのに、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。この問題はウェハを平ら
に一様にする装置（第７図）１・二よシ解決される。

この問題をま〈芒び形横断面をイ１するウェハ自体に起
因した郵、処理中にウェハが反ったりすることにより起
きたりするものである。

第７図を参照して、台おはム動テーブル５０を含む、こ
のテーブルは駆動装置２４と干渉計５により、Ｙ軸とＹ
軸に旧って駆ｉすされる。テーブル５０と駆動装置１２
４との間の相互連結は通常のものでｉする。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
ートシの静止ベース５１かやせられている。プラットホ
ーム飽は全体として半球状の軸受５５にポル）５４でと
匁つけられる。軸９開はペース５１の半球状の凹部上内
郭の中に受けられる。

一連の環状溝５７，５８、狛が軸受の表面間の上に形成
さ−れる。溝５７はペース５１の通路６０ｔ−介してコ
ネクタ６１に連結筋れる。コネクタ６１ｐ真空に連結さ
れる。溝５８はペース５１１ｉ貫遍するガス抜き穴６２
を介して大気中に連結筋れる。このような構成であるか
ら、プネク２６１を介して真空が加え、られると、その
真空のために軸受５とプラットホー千５３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Ｓと、
軸受郭お↓びプラットホーム５３ヲ介して、つ、エバ１
１　’の下のプラットホーム団の上面に設けられてい轡
１つかそれ以上の穴にも連通ずる。このような構成であ
るから、コネクタ、６１に−加えられたのと同じ真空が
ウェハ１１′ヲプラツ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、ウェハ保持真空を
別々に供給することもできる。

溝於は通路Ｂを介してコネクタ団へ連通している。コネ
クタ６５は圧縮されている空気その他の一ガス源にと９
つけられる０通常は真空がコネクタ６１へ連続して与え
られる。プラットホームおの向きを変える必豊か生じた
時は、加圧ガスがコネクタωへ供給される。溝５９を通
じてペース５１０内面へ加えら詐るこのガスの圧力のた
めに真空の「保持力」が破れ、軸受５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′
ｆｃはウェハ１１’に非常に小感な力を加えることによ
り、軸受５とプラットホームお管ペース５１に関して位
置決めすることができる。

プラットホーム簡が希望の向きになったら、コネクタ６
５への加圧ガスの供給を断つと、真空の力により軸受５
はペース５１に対してただちに固定される。

仁の空気軸受支持機構５２Ｆｉ、、カメラボデー３１の
下端部３１　Ｌの面ｐ工うなある基準−面に対して、ウ
ェハ１１′の土面１１　Ｔ　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り）の空気ダクト絽、詔′が含ま　′れる。そ扛ら
の空気ダクトはカメラボデー３１の周縁部に、たとえば
１２０度の間隔をおいて、配ｌすると有利である。圧縮
空気源會たはその他の圧縮ガス源（図示せず）がダクト
銘、銘′の上端部に連結筋れる。空気ジェン）６９．６
９’を形成するように、空気の一部がダクトｆｂ　、Ｇ
＜　’の開弊されている下端部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サ７（１，７０’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、ブラッヘ
ホーム＆とウェハ１１　’か球状空気軸受サポート５２
の±を自由に動けるように、コネクタ団へ圧縮を気が供
給される。それから、ダクトｓ、ｓ’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
関させられる。

ダクトから吹き出される空気ジェット口、６９′により
ウェハ１１′　とプラットホーム簡に力が加えられる。

ウェハ１１’の表面ＬＩＴがカメラボテ−３１の下面３
］　Ｌに平行でないと、名空気ジエーツ）６９．６９’
により加えられる力は等しくない。

その結果、空気ジェットの、ω′により加えられる力が
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“等しくない力に゛より球状空
気軸受サポートシ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６８ｍ、６８ｍ’とつｘ　八１１　
’の表面１１　Ｔとの間隔が等しくなった時、すなわち
、ウェハ１１′の表向ＩＩ　Ｔ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
クト槌、団′の中の背圧が等しくなったことをセンｔ７
０．７０′が検出することにより判明する。この等しい
背圧状態に応答する適切な制御回＃６（図示せず）が、
コネクター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５１に加えらｎる
真空により直ちに固足されるから、プラットホーム団と
ウェハ１１’は、ウェハ１１′の上ｔｉｌｌＴとカメラ
ボデー３１の下面３山が平行となる希望の位置に固定さ
れる。

第７図の各部は実物の相対的な尺ｆ関係で描かｔ’Ｌ　
テはおらず、ウェハ１１′のくさび形断面部分は誇張し
である。また、カメラボデー３１の直径も、実際にはウ
ェハＩＩ’の直径よりも十分に小さい、したがって、平
行位置合わせに、第７図に示されているよりも、ウェハ
１１　’の比較的狭い面積にわたって行われる。平行位
置合わせは各露光の前に行うこともできｔ′Ｌば、ウェ
ハ１１の全体にわたる歩進移動と反復される露光の間に
１回だけ、または数回行うこともできる。

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
点合わぜを行うためにも利用できる。この焦点合わせ會
行うためには空気ジェット６９．６９’　と背圧センサ
７０．７０’も用いちれる。

カメラの光学系１４かウェハの上面１１　Ｔから正確な
距離だけ離れた時に正確な焦点合わせが行われる。この
間隔では、ある背圧がセンサｌ′０．７０′の所に存在
する。焦点合わせは、背圧レベルをセンサ７０．７０’
により監視し１（から、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。カメラボデーが下降さぜられるにつ才してこの片
圧が止弁する。正しい短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の下降が停止される。

これＫ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
る九びに行われる。

ウニへの表面、をカメラボデー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
１１の精密な予備位置合わせ全自動的に行うために用い
ることもできる。

前記したようにルチクル１３を用いて最初の露光を行う
前に、ウェハｌｌの予備位置合わせ金行って、映像４０
（第６図）がウェハ１１上の位置合わせターゲラ）３５
−１に非常に近くなる位置にウニへ１１ｔ−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４９の視野内に
現われる。。しかし、この視野は非常に狭い（通常扛約
０．０５１ｍ（０，００２インチ）平方）と、いうよう
に非常に狭いから１、位置合わせターゲット３５−１が
テレビジ１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ｔ正確に行、う必要
がある。更に、台ｎの上のウニ／）１１の向きを正しく
することが重要である。たとえば、位置合わせターゲッ
ト３５−１、−３５−２などの軌跡を駆動装置２４のＸ
１Ｙ軸に平行にすることｄ１重要である。そうする必要
があるのは、ウェハｌｌが引き続く露光の一間にＸ軸と
Ｙ５軸のうちの少くとも一方の軸に沿って歩進させられ
るにつれて、弓＋１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、ウエノ、１１の平らな緑ｉ１１．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シ
ョン加において行われる。したがって、ウェハｌｌが台
ｎの上に置かれると、平らな縁部１１　ｆが駆動装置２
４の軸の′一方（通常はＸ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６９と圧力センサ７０）を用いてウ
エノ、１１の中心を決定する。この技術を第９図に示す
。

オす、空気ジェットのが、Ｘ軸に平行でウェハ１１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２３ｔ−Ｙ軸に平行に動かす。次に、ウ
ェハ１１の縁部７５Ｌ、７５Ｒが検出される壕で、駆動
装置Ｕを用いて台２３ｔ−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は移動ウニノー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　Ｋ達すると、セン
サ７０に゛より検出される背圧は友だちに低下する。そ
うするとセンサ７０がそれに対応する信号をコンピュー
タ（図示せず）へ送ると、そのコンビエータはレーザ干
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０次に台２３會逆の向きすなわち、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　Ｂの位置音検出するために空気ジェットωとセン
サ７０ｆ用いる。それら２つの位置が判明したら、直線
７５の中間点７５ｅの位置を定める丸めに、直＠７５に
沿う対応する長さくすなわち、縁部点７５Ｌと７５　Ｂ
の間の距離）’ｔ（コンビエータにより）２分割する。

この測定は直線７５に平行な異なる直線７７．７８に沿
ってなるべく数回行う、その結果、１組の点７５　ｅ　
、　７７　ｅ　、　７８　ｅを定める。それらの点の平
均位ｔはウェハ１１の垂直中心線７９ヲ、定める。この
方法により、直＠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よ
り生ずることがある誤差もなくなる。

次に、中心＠７６を定めるために同じ一作を垂直方向に
ついて行う、そのために、空気ジェッ′トωがウェハ１
１の、平らな縁部ｌｌｆに交差しない垂直線８１（第９
■）Ｋ沿う位置まで、台ｎをＸ軸７３に平行に動かす、
それから台２３ｔ−ｙ軸だけに平行に動かし、直線８１
がウェハｌｌの「頂部」と「底部ｊに交差する点８１Ｔ
、８１Ｂを定めるために、空気ジェットθとセンサ７０
ヲ用いる。：！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を行い、直！１８１の中心８
１　ｅを計゛算する。

この操作をもう１本かそれ以上の垂直ｌｌ１１８２など
について行って、他の中心点８２ｃｆ得る。これらの点
８１ｃ、８２ｅによプ水平中心線７６の位置管定める。

中心＄１７６．７９の交差点部はウェハ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
対する任意の基麺点に関して中心点＆の正しい位置が定
められたことになぁ。

この中心点部に関して駆動装置スと干渉計器はテーブル
ｎの位置を定める。

ウェハ、１１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２図）を定める
段階的かつ反復して行われる位置ぎめ操作が、第９■を
参照して説明したようにして行われた手順に従って定め
られた中心点部と中心線７６．７９を基準にして行わｎ
る。しかし、ウェハ１１の位置ぎめにおいて生する回転
誤差をなくす丸めに、レチクル１３を用いて後で行うマ
スキング作業の良めに、第１Ｏ１１１に示されている予
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ｌ１ＩＶｃ置かれるとウェハ１
１の中心が前記したようにして定められる０回７９＃ｉ
、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Ｘ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の中心線
に近い成る位置合わせターゲット３５−Ｃ（第゛１０図
）がカメラ頷の直下であって、位置合わせターゲット４
０の儂が位置合わせターゲット３５−Ｃに一致する位置
に〈°るまで、駆動装置Ｕかウニへｌｉ初めに駆動する
。このターゲット３５−’Ｃ，はウェハ１１の中心間に
近いから、ウニへのかなり大きい回転位置ぎめ誤差かあ
るとしても、ターゲット３５−ｃｕテレビｖＩＩンカメ
ラ４６の視野の中に現われるはずである。

そうすると、作業Ｍ＃′ｉ適当な操作棒（図示せず）を
用いて駆動装置２４を操作し、位置合わせターゲット３
５−Ｃがレチクル１３上のパターン４０の像にほぼ一致
するまで、台２３ｔ−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１作業
員はボタン（必示ゼず）を押してコンビエータにターゲ
ット３５−Ｃのこの位ｉ１を記録させる仁とができる。

次に、ウニへの中心部から災に離れている別の位−′合
わせターゲラ）３５−Ｄの予測位ｉｉｔで、台２３−ｔ
Ｘ＠またはＹ軸に沿って動かす１回転誤差かめるものと
すると、ターゲット旬の像と位置合わせターゲットあと
の関係は第１１図に示すようなものとなる。それから作
業員社再び操作棒を操作して、ターゲラ）３５−Ｄがタ
ーゲット４００便の中心Ｋ〈るまで、台２３をＸ軸とＹ
軸に沿って動かす、その時のウェハの新しい位置もコン
ビ、−タに入れる。

仁の操作を反復することにより、各点においてターゲラ
）３５−．０％３５−Ｄなどの位置合わせをするために
必要なＸ軸とＹ軸の少くとも一万の軸の修正が１　ウニ
八１１の位、＊き゛めｋおいて生する回転誤差＃を直接
示すことになることが明らかであろう、誤差０−三角法
により計算した後で、ペース５１と、ウニへ１１４支持
するプラットホーム５３ヲウエへの中心に関して対応す
る角度０だけ回転させるために、第８図に示す機構を用
いることができる。これによりウニへの回転位置誤差が
なくなる。

この誤差θの修正を行うために、ＸＱとＹ軸に沿って動
く仁となしに、ペース５Ｌ　１に微小な角度だけ回転さ
せることができるようにして、ペース５１をテーブル（
資）の上にとりつける。そのために、ペース５１の下＠
には円筒形のくほみ部が設置ら牡、この−く−はみの中
に３本の可撓性アーム８６−１．８６−２．８６−３の
端部８６　ａがとりつけられる。それらのアーム部の外
端部は取付具群によりテーブル５０に連結される。各ア
ーーム％はそれぞれのス０ツ）８８を通り、ペース５１
の円筒形下側壁とを貫通して延びる。ペース５１からは
頑丈なアーム８９が外ロヘ延びる。

このように構成されているから、アーム８９の外端部８
９ｍが第８図で左または右へ動かされると、ペース５１
とブ１ラットホーム＆がペース５１の鉛直中心軸を中心
として回転する。この回転運動は°全てのアーム部のた
わみにより可能である。しかし、アーム８６はペース５
１がテーブル（資）Ｋ対して横方向（すなわち、Ｘ＠ま
たはＹ軸に平行）に動くことＦｉ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ｎる。

このそ−夕はねじ部９３ヲ有する軸完を回転させる。こ
の軸の端部は、テーブル５０にとりつけられている軸受
賞にジャーナル連結される。

軸９２はアーム％の一端に設けられているねじ穴にねじ
込まれる。アーム％の他端はたわみ継手％により連結ア
ーム曽にとりつけられる。このアーム９７Ｆｉ別のたわ
み継手郭によりアーム８９の外端部８９ａへ連結される
。アーム９５は、それにたわみ継手１００で枢着されて
いる取付具９により、テーブル（資）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ｑ２の
ねじ部郭がアーム９５を継手１００管中心として回動さ
せ、そのためにアーム９７ｔ−介して左向きまたは右向
きの動きがアーム部へ伝えられる。その結果、ペース５
１とプラットホーム駒が対応する角度の向きへ回転させ
られる。

また、モータ９１が上記とは逆の向きへ回転させられる
と、ペース５１がそれに対応して上記とは逆の向きへ回
転させられる。軸９２に漣結さ扛ているエンコーダ１０
１がモータ９１の回転ｉｔ−示す、したがってペース５
１の回転角度を示す出力信号を：＠生ずる。

ウニへ１１０回転位置誤差０を求めるために前記したよ
うにして用いられるコンビ）−タ（図示せず）により１
．モータ９１全自動制御できる。

モータ９１が回転させられると、エンコーダ１０１がペ
ース５１へ伝えられた回転量含水す信号音コンビエータ
へ与える。この信号に応じて、希望の修正角０に達した
時に、モータ９１ヲ適切に停止させることができる。こ
のようにして、クエ　−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、ウニ八１１の実効中
心線７６と７９が台スのＸ軸７３とＹ軸７４にそれぞれ
平行になシ、全ての位置合わせターゲット３５−１．３
５−２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、したがりて、この段階的な反復操作の間に
、アレイ３７（第２図）を作るためのウェハ１１の最初
の露光作業中に用いられたのと同じ距離と同じ向きにウ
ェハ１１が歩進させられると、各場合にパターン＠４０
ａ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
さな修正を手動で行うことができる。

レチクル１３からのパタン４１の像と以前に真先された
偉３６−１．３６−２などの完全な位置合わせは全ての
プレイ位置ごとに行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体クエへの直接露光に用いる本発明の歩進
および反復装置の斜視図、第２図は第１図に示す装置音
用いて露光されるウニ゛への平面図、第３図は第２図に
示されているようにウェハの各像位置に露光される十字
形の位置合わせターゲラ）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れる
相補形のターゲツト像含み、後で行われる処理工程で用
いられるレチクルの平面図、ｗ５図は第１図の装置に用
いられる映像位置合わせ装置の略図、第６図はｗ、５図
の光学系を通じて見られるようにレチクルの位置合わせ
パターンに重ね合わされるウニへの位置合わせターゲツ
ト像虚像の略図、第７図は第１図の装置に用いられるウ
ェハ支持台とウェハ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図はクエへの歩進および反復露光前のウェハの予
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。　　
　” １０一本発明の装置、１２．１３・−・レチクル、１４
・・・カメラめ光学系、オー・台、冴・・・Ｘ−Ｙ駆動
装置、あ・・・レチクルホルダ、３０−・・カメラ、３
１・・・カメラボデー、３２−・・光源、３３、お′・
・・位置合わゼマーク、３５．４２−・・位置合わゼタ
ーゲット、４０・・・位置合わゼパターン、利・−ビー
ム分割器、５０・−テーブル、５１・・・ベース、シ・
・・球状空気軸受サポート、り・・・プラットホーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　物品の表面を、その表面から隔てられてその
   表面に向い合う関係で配置逼れる物体に関連するある基
   準平面と隔てて平行に位置合わせする装置でありて、前
   記物品を支持する台と、この台をとりつけるための球状
   空気軸受と、前記物品へ吹きつけられるガスジェットを
   生じさせるように、前記表面に向き合っている前記物体
   中の穴へ加圧ガスを導くための前記物体中の複数の通路
   と、それらの通路内のガスの背圧を検出するために前記
   各通路に組合わされる圧力センサと、前記物品に吹きつ
   けられた前記ガスジェットの力によ・り前記物品と前記
   台が、前記各圧力センサによシ検出された背圧が尋しく
   なるまで、前記空気軸受取付要素内で動かされるように
   ガスを前記通路を通って与える要素と′ｔ−備え、前記
   等しい背圧状態は前記各穴から前記表面までｑ距離が等
   しいことを示し、それにより前記平行な位置合わせが達
   成されることを特徴とする位置決め装置。 （２）前記台が前記球状空気軸受取付要素の中でそれ以
   上動くことを阻止するために前記球状空気軸受取付シ素
   管固定する真空固定要素を更に備え、この真空固定要素
   は、前記各しい背圧状態が前記センサにより検出された
   時に、作動嘔ゼられるととを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の位置決め装５置。 （３）前記物品は半導体ウェハであり、Ｉ８Ｊ紀物体は
   、半導体装置を製作するための前記ウニへの処理中に、
   前記ウェハに回路パターンを露光させるために用いられ
   るカメラのボデーであることを特徴とする特許請求の範
   囲第（２）項記載の位置決め装置。 ←）　前記カメラのボデーは前記カメラのボデーを前記
   半導体ウェハに接近芒せたり、半導体ウェハから遠去け
   るように動かすための＠桐と、前１全てのセンサで検出
   された背圧のレベルか予め選択されているレベルに等し
   くなるまで、前記機構に前記ボデーを前記ウェハに対し
   て移動させる焦点合わせ要素とを備え、前記予め選択さ
   れている値は前記カメラが前記表面上に正しく焦点を合
   わされる、前記ボデーの端部と前記ウェハの間の間隔に
   対応すること’ｔ−％徴とする特許請求の範囲第（３）
   項記載の位置決め装置。 （５）　　前記球状−空気軸受取付要素自体は、前記カ
   メラボデーの下側を動くことができるテーブルの上に、
   前記カメラボデーに関連して直交する軸に沿って前記テ
   ーブルを駆動する駆動機構と、前記直交軸のいずれかに
   平行に前記球状空気軸受取付要素を並進運動させること
   なしに、前記取付要素とルＩ記台とを前記テーブルに対
   して回転させる分離要素とともにとりつけられることを
   特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の位置決め装
   置。 （６）　　前記分離要素は複数の屈曲ビームと、前記球
   状空気軸受取付要素へ回転運動へ伝える要素と全備え、
   前記各ビームの外端部は前記テーブルの頂部にとりつけ
   られ、前記各ビームの他端部は前記取付具の底にとりつ
   けられ、前記屈曲ビームの長手軸は互いに一定の角度を
   おいて隔てられ、前記ビームは前記長手軸に垂−直な共
   通軸に沿って交差し、前記ビームＬ１前記球状空気軸受
   取付要素の前記テーブルに対する横方向の動きを阻止し
   て、前記球状空気軸受取付要素の回転運動だけを行わせ
   るように等しく屈曲することを特徴とする特許請求の範
   囲第０）項記載の位置決め装置。 （７）前記回転運ｗＪを伝える要素は前記取付具に連結
   筋れたモータにより駆動式れるリンク機ｅｔｔ−備え、
   このリンク機構様符号器に組會わ爆れて伝えられる回転
   の太き石を示す信号を与えることを特徴とする特許請求
   の範囲第四項記載の位置決め装置。 １１１