JPS638609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウエ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り返えし露光させる
ための、ステツプおよび反復直接露光装置に好適
な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枚の半導体ウエハ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。ウエハは通常は
シリコンであつて、その直径は約7.6〜12.7cm
（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、100個かそれ以上のデ
バイスを１枚のウエハ上に作ることができる。製
造作業が終つたらウエハにけがきし、それらのけ
がき線に沿つてウエハを切断して、個々のデバイ
スすなわち回路を含むべつべつのチツプを得る。
それらのチツプはべつべつにパツケージして製造
を終る。

各ウエ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―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」作業を各ウエハに対して行う。

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（FET）の製造法について説明する。
初めて、シリコン・ウエハを二酸化シリコンの比
較的厚いフイールド酸化物層で被覆する。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。露光および現像されたホトレジスト層
は、FETを形成する領域内のフイールド酸化物
をエツチングにより選択的に除去するためのしや
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
により定められた場合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、典型的な温度は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をふさぐ。

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、接合バツ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さ
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FETのゲート、ソースおよびドレイ
ンのための接合バツドを露出させる場所を定める
ために、第４の写真マスクが用いられる。金属バ
ツド領域を露出させるために、それらの定められ
た場所で酸化物がエツチングにより除去される。
それらの金属バツド領域には電気接続線が接合さ
れる。

このように、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いられる第３のマスク
の位置ぎめが非常に重要である。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
に正しく位置させなければならない。位置合わせ
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、そのためにFET
の性能が低下し、あるいはもつと悪くなつてゲー
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
めには、各部品を極めて小さくする必要がある。
現在の集積回路では、２ミクロンという狭い素子
間隔が求められることがある。そのような微細な
解像力のために、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
関するものであつた。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枚のウエハ上に作られる。これを作るた
めに、従来は各写真マスクが、１枚のウエハの上
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板
を構成していた。たとえば、50個の同一回路が１
枚のウエハ上に、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列のアレイ状に正確に配置された50
個の同一パターンを含むことになる。

処理されるウエハの実際の露光は下記のように
して行われる。ウエハ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、多数の写真映像
が形成されているガラス板）をウエハの真上で顕
微鏡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エハとマスクを見なが
ら、両者の位置が合うまで台またはマスクホルダ
を動かす。次に、１個の高輝度光源を用いて、ウ
エハ全体をマスクを通じて同時に露光する。すな
わち、ウエ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される。

この方法にはある位置合わせ問題が本来ある。
その１つはマスク自体の製作中に起る。マスクの
製作は、通常はウエハ上に作られる１つ（または
数個）のデバイスに対するパターンを拡大された
ものを、反復露光して行われる。この個々のパタ
ーンは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
他のマスクとウエ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、ウエハとマス
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より、作業員はマ
スクをウエ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
心線がウエハの中心線に完全に平行でなくなつて
いるというようにマスクがウエハに対して少しね
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ハ
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エハの位置が合つて
いるように見えることがある。しかし、ウエハの
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
じさせる大きさだけ位置がずれる。

他にも問題がある。これは製造工程の間にウエ
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で行われる。通常は、
ウエハは室温から高温で、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
ルによりウエハ自体が不規則に反ることがある。
その結果、マスクが完全であつても、そのマスク
が反つているウエハに生ずる映像が、ウエハが反
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がある。

これらの位置合わせの狂いの多くは、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、ウエハ上に形成すべ
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、ウエ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、ウエハ上に形成され
る全てのデバイスすなわち回路を１度に１つず
つ、繰り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、ウエハを保持
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。ウエハの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。
次に、たとえば台を行または列の方向に適切に動
かすことにより、ウエ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
露光される。この作業がウエ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。

この直接露光ウエハ歩進技術により、多くの映
像を有するマスクの製作と、全ての回路を１度に
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狂いの問題は全て解消され
る。また、この技術により、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、個々の映像がウエハ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様映像
マスク技術と対照的である。ウエハ上に露光を行
うために光学的縮小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より小さい
寸法の映像を生ずる機会が得られる。

しかし、直接露光ウエハ歩進装置にもいくつか
の問題がある。それらの問題はウエハ上に以前に
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、または行つ
ている間に、ウエハの両側に一対の位置合わせタ
ーゲツ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
作業の間にウエ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、ウエハを新しいレチクルと初めに位置
合わせさせるために、間接オフ軸法が用いられ
る。

これを行うために各レチクルに一対の基準ター
ゲツトが設けられる。初めにこれらのターゲツト
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、ウエハ台
の上にウエハを置いて、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駆動装置の確実性に依存する。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
台を制御できる程度に全面的に依存する。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、露光されるウエハの表面部分
をカメラの底部と自動的に平行にするためのウエ
ハ・プラツトホームと、それに関連する機構を提
供することである。これにより、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を詳細に説明す
る。

第１図に示す装置１０は半導体ウエハ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
エハ１１の上に以前に形成されたパターンとの位
置合わせが、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により保持され
ている大重量のグラナイト・ブロツク１５の上に
のせられる。ブロツク１５の重量が大であるため
に、外部の振動は装置１０に影響を及ぼさない。
露光すべきウエハを含むカセツト１７が取りつ
け／取り外しモジユール１８の中に置かれる。一
度に１枚のウエハがカセツト１７からとり出され
て、１組のＯリング・ベルト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においてウエハ１１はスピンドル２
０′上で機械的に中心に位置させられる。スピン
ドル２０′にはウエハ１１は真空により保持され
る。その後、ウエハ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２０′
が回転させられる。そうするとウエハ１１は「予
備位置合わせされた」といわれる。

次に、予備位置合わせされたウエハ１１は送り
機構２１の真空チヤツクによりスピンドル２０′
から引き上げられる。送り機構２１は、露光作業
中にウエハを支持するために用いられる台２３
（第７図）の上にウエハ１１がくるまで、ウエハ
１１をレール２２に沿つて動かす。そしてウエハ
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２３は精密なＸ―Ｙ駆動装置２４により２つ
の直交軸Ｘ，Ｙに沿つて動かすことができる。台
２３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２５が駆動装置２４とと
もに用いられる。ウエハ１１が完全に露光された
後で、ウエハ１１を台２３からとり出して、それ
をＯリングベルト１９まで送るために送り機構２
１が用いられる。Ｏリングベルト１９はウエハ１
１を別のカセツト１７′へ駆動する。このカセツ
ト１７′の中では露光されたウエハが自動的に積
み重ねられる。

ウエハ１１が台２３の上にのせられると、段階
的な直接露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２９に枢着されて
いるレチクル・ホルダ２８にとりつけられている
適切なレチクル１２，１３により行われる。レチ
クル・ホルダ２８の対応する孔２８′の中にいく
つかのレチクル１２，１３を予め入れておき、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（第１，５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を含
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
るウエハ１１の上に集束させるための適切な光学
系１４を含む。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枚またはそ
れ以上のレンズを利用する。ウエハ１１に塗布さ
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、通常は4360Å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３３，３３′を設けることにより、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。ハウジング３４の中に設けられている適当な
機構（図示せず）を用いてマーク３３，３３′を
検出し、レチクル１２，１３をカメラ３０の光学
系に対して正確に位置させるように、レチクル・
ホルダ２８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、各ウエハ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）が用いられる。このレチクルだけ
が十字形の位置合わせターゲツト３５を含む。こ
のターゲツト３５の映像が、同じレチクル１２に
含まれているパターン３６の露光と同時に、ウエ
ハ１１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ゲツト３５と
の多重映像が、ウエハ１１上の希望のアレイ３７
（第２図）をなして発生される。そのために、台
２３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を用いてレチク
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ツト
３５の映像３５―１をウエハ１１上に生ずる。そ
れから駆動装置２４がレーザ干渉計２５とともに
用いて台２３をＸ軸とＹ軸の少くとも一方の軸に
沿つて、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とターゲツト映像３５―２が露光される次の新
しい位置までだけに、Ｙ軸に沿つてウエハ１１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、ウエハ１１
は繰りかえし歩進および露光される。これが完成
されるとウエハ１１は台２３からモジユール１
７′へ送られる。

適切な半導体処理工程が行われた後で、ウエハ
１１は次のマスキング作業を行うために装置１０
へ戻される。次のマスキング作業は位置合わせパ
ターン４０を有するレチクル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１
２の位置合わせターゲツト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、位置合わせターゲツト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４１はパターン３６とは異なるが、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
にしてウエハ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２８
にとりつけられてカメラ３０の中に位置させられ
る。レチクル１３をカメラの光学系１４に位置合
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を有するウエハ１１を含
む台２３が、以前に露光された１つの映像（たと
えば映像３６―１）がカメラ３０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
わせターゲツト３５の映像とが、レチクル・パタ
ーン４１の映像と以前に露光されたパターン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、ウエハ１１の位置
合わせターゲツト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
せが達成されると、位置が合つた重なり合うパタ
ーン４０と像ターゲツト３５―１′は、カメラの
光学系１４を通して見た時には第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が点灯されてパターン４１の映像をウエハ
１１に露光させる。それから台２３がＸ軸とＹ軸
のうちの少くとも一方に沿つ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ツト３
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はウエハ１１に塗布され
ているホトレジストをあまり強く露光しないよう
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。光源４２からの光４
３はビーム分割器４４とレチクル１３のパターン
４０を通り、ターゲツト３５―１を照明する。タ
ーゲツト３５―１の像は縮少レンズ１４によりレ
チクル１３の面に投写される。位置合わせターゲ
ツト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４４と、プリズム４
５と、テレビジヨンカメラ４６とを介して同時に
見られる。テレビジヨンカメラ４６は第１図のハ
ウジング４７の中に含まれる。テレビジヨンカメ
ラ４６には顕微鏡の光学系４８を組合わせること
ができる。位置合わせが行われると、テレビジヨ
ンカメラ４６に組合わされているテレビジヨン・
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２３とウエハ１１
を動かすために駆動装置２４とレーザ干渉計２５
が用いられる。ステツプからステツプへ動く向き
と距離は、最初のアレイがレチクル１２から露光
された時にウエハ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
ツプにおいては、対応するターゲツト３５―１，
３５―２などのパターンの像（たとえば像３５―
１′）は、光源４２とテレビジヨンカメラ４６を
用いて見ることができる。作業員が台２３の位置
を精密に調整してターゲツトの完全な位置合わせ
を（第６図に示すようにして）行えるようにする
ために、普通の操縦桿その他の制御部材を駆動装
置２４とレーザ干渉計２５に組合わせて用いるこ
とができる。ターゲツ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２４と干渉計２５によ
る位置ぎめの性能が十分に正確であれば、視覚的
な再位置合わせを各位置で行うよりは、アレイ３
７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。各アレイ位置に個々
の位置合わせターゲツト３５―１，３５―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。ウエハ１１の厚さが一様でないと、ウエハ１
１の１つの部分にカメラ３０により発生させられ
る映像は焦点が合つているのに、他の部分に生ず
る映像は焦点が合つていないということがある。
このような場合には、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。この問題はウエハを平らに一様に
する装置（第７図）により解決される。この問題
はくさび形横断面を有するウエハ自体に起因した
り、処理中にウエハが反つ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２３は可動テーブル５０
を含む。このテーブルは駆動装置２４と干渉計２
５により、Ｘ軸とＹ軸に沿つて駆動される。テー
ブル５０と駆動装置２４との間の相互連結は通常
のものである。テーブル５０の上にはプラツトホ
ーム５３用の球状空気ベアリング機構５２の静止
ベース５１がのせられている。プラツトホーム５
３は全体として半球状の軸受５５にボルト５４で
とりつけられる。軸受５５はベース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５
６の上に形成される。溝５７はベース５１の通路
６０を介してコネクタ６１に連絡される。コネク
タ６１は真空に連結される。溝５８はベース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。このような構成であるから、コネクタ６
１を介して真空が加えられると、その真空のため
に軸受５５とプラツトホーム５３はベースに関し
て所定位置に保持される。真空の通路６０も通路
６３と、軸受５５およびプラツトホーム５３を介
して、ウエハ１１′の下のプラツトホーム５３の
上面に設けられている１つかそれ以上の穴にも連
通する。このような構成であるから、コネクタ６
１に加えられたのと同じ真空がウエハ１１′をプ
ラツトホーム５３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、ウエハ保持真空
を別々に供給することもできる。

溝５９は通路６４を介してコネクタ６５へ連通
している。コネクタ６５は圧縮されている空気そ
の他のガス源にとりつけられる。通常は真空がコ
ネクタ６１へ連続して与えられる。プラツトホー
ム５３の向きを変える必要が生じた時は、加圧ガ
スがコネクタ６５へ供給される。溝５９を通じて
ベース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５５のため
の空気サポートが形成される。その結果、プラツ
トホーム５３またはウエハ１１′に非常に小さな
力を加えることにより、軸受５５とプラツトホー
ム５３をベース５１に関して位置決めすることが
できる。プラツトホーム５３が希望の向きになつ
たら、コネクタ６５への加圧ガスの供給を断つ
と、真空の力により軸受５５はベース５１に対し
てただちに固定される。

この空気ベアリング機構５２は、カメラボデー
３１の下端部３１Ｌの面のようなある基準面に対
して、ウエハ１１′の上面１１Ｔ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）の空気ダクト６８，６８′が含
まれる。それ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
置すると有利である。圧縮空気源またはその他の
圧縮ガス源（図示せず）がダクト６８，６８′の
上端部に連結される。空気ジエツト６９，６９′
を形成するように、空気の一部がダクト６８，６
８′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３
１の中に設けられている対応する圧力センサ７
０，７０′により検出できる。

ウエハ１１′を平行に位置合わせするために、
プラツヘホーム５３とウエハ１１′が球状空気ベ
アリング機構５２の上を自由に動けるように、コ
ネクタ６５へ圧縮空気が供給される。それから、
ダクト６８，６８′へ圧縮空気を供給しつつ、カ
メラボデー３１はウエハ１１′へ向つて下降させ
られる。ダクトから吹き出される空気ジエツト６
９，６９′によりウエハ１１′とプラツトホーム５
３に力が加えられる。ウエハ１１′の表面１１Ｔ
がカメラボデー３１の下面３１Ｌに平行でない
と、各空気ジエツト６９，６９′により加えられ
る力は等しくない。その結果、空気ジエツト６
９，６９′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、ウエハ１１′とプラツト
ホーム５３はその等しくない力により球状空気ベ
アリング機構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６８ａ，６８a′とウエ
ハ１１の表面１１Ｔとの間隔が等しくなつた時、
すなわち、ウエハ１１′の表面１１Ｔがカメラボ
デー３１の下面３１Ｌに平行になつた時に起る。
この平衡状態はダクト６８，６８′の中の背圧が
等しくなつたことをセンサ７０，７０′が検出す
ることにより判明する。この等しい背圧状態に応
答して適切な制御回路（図示せず）が、コネクタ
６５へ供給されている圧縮空気を断つ。その結
果、空気ベアリング機構５５はベース５１に加え
られる真空により直ちに固定されるから、プラツ
トホーム５３とウエハ１１′は、ウエハ１１′の上
面１１Ｔとカメラボデー３１の下面３１Ｌ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度関係で描か
れてはおらず、ウエハ１１′のくさび形断面部分
は誇張してある。また、カメラボデー３１の直径
も、実際にはウエハ１１′の直径よりも十分に小
さい。したがつて、平行位置合わせは、第７図に
示されているよりも、ウエハ１１′の比較的狭い
面積にわたつて行われる。平行位置合わせは各露
光の前に行うこともできれば、ウエハ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エツト
は、上記の平行位置合わせを行つた後で、カメラ
３０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は空気ジ
エツト６９，６９′と背圧センサ７０，７０′も用
いられる。

カメラの光学系１４がウエハの上面１１Ｔ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７０，
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′により監視しながら、カ
メラボデー３１をウエハ１１′へ向けて徐々に下
降させることにより行うことができる。カメラボ
デーが下降させ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の下降が停止され
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
行われるたびに行われる。

ウエハ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
明した空気ジエツト背圧検出器すなわち「空気ゲ
ージ」は、ウエハ１１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、ウエハ１１の予備位置合わせを行つて、
映像４０（第６図）がウエハ１１上の位置合わせ
ターゲツト３５―１に非常に近くなる位置にウエ
ハ１１を置く。ウエハ１１が正しく予備位置合わ
せされると、位置合わせターゲツト３５―１はテ
レビジヨンカメラ４６の視野内に現われる。しか
し、この視野は（通常は約0.051（0.002インチ）
平方であるのに対し）非常に狭いから、位置合わ
せターゲツト３５―１がテレビジヨン・カメラ４
６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２３の上のウエハ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
ツト３５―１，３５―２などの軌跡を駆動装置２
４のＸ、Ｙ軸に平行にすることが重要である。そ
うする必要があるのは、ウエハ１１が引き続く露
光の間にＸ軸とＹ軸のうちの少くとも一方の軸に
沿つて歩進させられるにつれて、引き続く各ター
ゲツト３５―２，３５―３などがテレビジヨンカ
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
ステーシヨン２０において行われる。したがつ
て、ウエハ１１が台２３の上に置かれると、平ら
な縁部１１ｆが駆動装置２４の軸の一方（通常は
Ｘ軸）にほぼ整列させられる。次に、カメラボデ
ー３１の中の一方の空気ジエツト（たとえば空気
ジエツト６９と圧力センサ７０）を用いてウエハ
１１の中心を決定する。この技術を第９図に示
す。

まず、空気ジエツト６９が、Ｘ軸に平行でウエ
ハ１１の水平中心線７６から離れている任意の直
線７５に沿つて置かれるまで、台２３をＹ軸に平
行に動かす。次に、ウエハ１１の縁部７５Ｌ，７
５Ｒ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、直線
７５が移動ウエハに対する空気ジエツト６９の経
路となるように、台２３を初めに右へ動かす（第
７図参照）。そしてウエハ１１の縁部７５Ｌに達
すると、センサ７０に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
応する信号をコンピユータ（図示せず）へ送る
と、そのコンピユータはレーザ干渉計２５ととも
に、直線７５に沿うウエハ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、ウエハ１１の反対側
の縁部７５Ｒの位置を検出するために空気ジエツ
ト６９とセンサ７０を用いる。それら２つの位置
が判明したら、直線７５の中間点７５ｃの位置を
定めるために、直線７５に沿う対応する長さ（す
なわち、縁部点７５Ｌと７５Ｒの間の距離）を
（コンピユータにより）２分割する。

この測定は直線７５に平行な異なる直線７７，
７８に沿つてなるべく数回行う。その結果、１組
の点７５ｃ，７７ｃ，７８ｃを定める。そらの点
の平均位置はウエハ１１の垂直中心線７９を定め
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エハ１１の縁部に沿
つ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、空気ジエツト
６９がウエハ１１の平らな縁部１１ｆに交差しな
い垂直線８１（第９図）に沿う位置まで、台２３
をＸ軸７３に平行に動かす。それから台２３をＹ
軸だけに平行に動かし、直線８１がウエハ１１の
「頂部」と「底部」に交差する点８１Ｔ，８１Ｂ
を定めるために、空気ジエツト６９とセンサ７０
を用いる。また、コンピユータとレーザ干渉計２
５を組合わせてそれらの測定を行い、直線８１の
中心８１ｃを計算する。

この操作をもう１本かそれ以上の垂直線８２な
どについて行つて、他の中心点８２ｃを得る。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
ウエハ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点
に関して中心点８３の正しい位置が定められたこ
とになる。この中心点８３に関して駆動装置２４
と干渉計２５はテーブル２３の位置を定める。

ウエハ１１の最初のマスキング操作をレチクル
１２を用いて行つている間に、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図の参照して説明したようにして
行われた手順に従つて定められた中心点８３と中
心線７６，７９を基準にして行われる。しかし、
ウエハ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が所定の位置に置かれるとウエハ１
１の中心が前記したようにして定められる。回転
誤差があるとすると、定められた中心線７６，７
９は、アレイ３７の位置合わせターゲツト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、ウエハ１１の中心線に近い或る位置合わせタ
ーゲツト３５―Ｃ（第１０図）がカメラ３０の直
下であつて、位置合わせターゲツト４０の像が位
置合わせターゲツト３５―Ｃに一致する位置にく
るまで、駆動装置２４がウエハ１１を初めに駆動
する。このターゲツト３５―Ｃはウエハ１１の中
心８３に近いから、ウエハのかなり大きい回転位
置ぎめ誤差があるとしても、ターゲツト３５―Ｃ
はテレビジヨンカメラ４６の視野の中に現われる
はずである。

そうすると、作業員は適当な操作棒（図示せ
ず）を用いて駆動装置２４を操作し、位置合わせ
ターゲツト３５―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２３をＸ軸７３
とＹ軸７４の少くとも一方の軸に沿つて動かすこ
とができる。この時に、作業員はボタン（図示せ
ず）を押してコンピユータにターゲツト３５―Ｃ
のこの位置を記録させることができる。

次に、ウエハの中心８３から更に離れている別
の位置合わせターゲツト３５―Ｄの予測位置ま
で、台２３をＸ軸またはＹ軸に沿つて動かす。回
転誤差があるものとすると、ターゲツト４０の像
と位置合わせターゲツト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
操作棒を操作して、ターゲツト３５―Ｄがターゲ
ツト４０の像の中心にくるまで、台２３をＸ軸と
Ｙ軸に沿つて動かす。その時のウエハの新しい位
置もコンピユータに入れる。

この操作を反復することにより、各点において
ターゲツト３５―Ｃ，３５―Ｄなどの位置合わせ
をするために必要なＸ軸とＹ軸の少くとも一方の
軸の修正が、ウエハ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を三角法により計算した後で、
ベース５１と、ウエハ１１を支持するプラツトホ
ーム５３をウエハの中心に関して対応する角度θ
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。これによりウエハの回転位置誤
差がなくなる。

この誤差θの修正を行うために、Ｘ軸とＹ軸に
沿つて動くことなしに、ベース５１を微小な角度
だけ回転させることができるようにして、ベース
５１をテーブル５０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ぼみ８５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の端部８６ａがと
りつけられる。それらのアーム８６の外端部は取
付具８７によりテーブル５０に連結される。各ア
ーム８６はそれぞれのスロツト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８９が外側へ延びる。

このように構成されているから、アーム８９の
外端部８９ａが第８図で左または右へ動かされる
と、ベース５１とプラツトホーム５３がベース５
１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８６のたわみにより可能であ
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、Ｘ軸またはＹ軸
に平行）に動くことは阻止する。したがつて純枠
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。この軸の端部は、テーブル５０にとり
つけられている軸受９４にジヤーナル連結され
る。

軸９２はアーム９５の一端に設けられているね
じ穴にねじ込まれる。アーム９５の他端はたわみ
継手９６により連結アーム９７にとりつけられ
る。このアーム９７は別のたわみ継手９８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９２のねじ部９３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
８９へ伝えられる。その結果、ベース５１とプラ
ツトホーム５３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、ベース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、したがつてベース５１の回転角度を
示す出力信号を発生する。

ウエハ１１の回転位置誤差θを求めるために前
記したようにして用いられるコンピユータ（図示
せず）により、モータ９１を自動制御できる。モ
ータ９１が回転させられると、エンコーダ１０１
がベース５１へ伝えられた回転量を示す信号をコ
ンピユータへ与える。この信号に応じて、希望の
修正角θに達した時に、モータ９１を適切に停止
させることができる。このようにして、ウエハ１
１の位置ぎめにおける回転角の修正を高い角度で
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、ウエハ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
ターゲツト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
がつて、この段階的な反復操作の間に、アレイ３
７（第２図）を作るためのウエハ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
ウエハ１１が歩進させられると、各場合にパター
ン像４０ａが対応する位置合わせターゲツト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
以前に露光された像３６―１，３６―２などの完
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図は半導体ウエハ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
図に示す装置を用いて露光されるウエハの平面
図、第３図は第２図に示されているようにウエハ
の各像位置に露光される十字形の位置合わせター
ゲツトを含み、処理されるウエハに露光される最
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エハに以前に露光
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を含み、後で行われる
処理工程で用いられるレチクルの平面図、第５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図は第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
わされるウエハの位置合わせターゲツトの虚像の
略図、第７図は第１図の装置に用いられるウエハ
支持台とウエ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図はウエハの歩進および反復露光
前のウエ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……本発明の装置、１２，１３……レチク
ル、１４……カメラの光学系、２３……台、２４
……Ｘ―Ｙ駆動装置、２８……レチクルホルダ、
３０……カメラ、３１……カメラボデー、３２…
…光源、３３，３３′……位置合わせマーク、３
５，４２……位置合わせターゲツト、４０……位
置合わせパターン、４４……ビーム分割器、５０
……テーブル、５１……ベース、５２……球状空
気軸受サポート、５３……プラツトホーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体の基準平面に対して表面が平行に対向す
   るように、物品の位置を合せる位置決め装置にお
   いて、 テーブルと、 前記物品を支持するプラツトホームと、 該プラツトホームに固着せしめられた軸受と、
   前記テーブルに固定せしめられ、該軸受に対して
   回動可能なベースとからなり、記プラツトホーム
   をテーブルに対して回動可能な状態でとりつける
   空気ベアリング機構と、 前記物品の表面にガスジエツトを吹きつけるべ
   く、前記物品の表面に対向するように物体に配設
   せしめられた複数の穴と、 この穴に加圧ガスを導くための複数の通路と、
   該通路に加圧ガスを供給するガス供給手段と、こ
   れらの通路内のガスの、背圧を検出すべく前記通
   路に配設された複数の圧力センサとを具え 前記物品の表面に吹きつけられた前記ガスジエ
   ツトの力により、前記複数の圧力センサの検出値
   が等しくなるまで前記空気ベアリング機構によつ
   て前記プラツトホームを回動せしめ 前記各穴から前記物品の表面までの距離が等し
   くなるようにし前記物品の表面と前記物体の基準
   面とが平行となるように位置合わせを行なうこと
   を特徴とする位置決め装置。 ２ 前記空気ベアリング機構は、物品の表面と前
   記物体の基準面とが平行となり前記複数の圧力セ
   ンサの検出値が等しくなつたとき、前記プラツト
   ホームの回動を阻止し、前記テーブルに対して前
   記プラツトホームを固定する真空固定手段を具備
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の位置決め装置。 ３ 前記物品は半導体ウエハであり、前記物体
   は、半導体装置を制作するための前記ウエハの処
   理に際し、前記ウエ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。 ４ 前記カメラのボデーは 前記カメラの焦点が前記半導体ウエハの表面に
   存在する際のカメラと前記ウエハの間隔に対応す
   る前記圧力センサの背圧レベルを予め決定してお
   き 前記圧力センサのすべてがこの背圧レベルに等
   しくなるまで前記カメラのボデーを移動せしめる
   移動機構とからなる焦点合わせ要素を具備してな
   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。 ５ 前記空気ベアリング機構のベースは、前記カ
   メラボデーの下で移動可能なテーブル上に装着さ
   れており、 前記カメラボデーに対して直交する２つの直交
   軸に沿つて前記テーブルを移動せしめる第１の調
   整手段と、 前記ベースを前記直交軸のいずれに沿つて並進
   運動せしめることもなく、前記空気ベアリング機
   構のベースと前記プラツトホームとを回転する第
   ２の調整手段とを 具備した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 前記第２の手段は一端が前記テーブルの頂部
   にとりつけられると共に他端が前記ベースの底部
   にとりつけられ、その長手軸が互いに一定の角度
   をなすように、前記長手軸に垂直な軸上で交差す
   る複数の可橈性アームと、 前記ベースを前記テーブルに対して回転せしめ
   る回転手段とを具え、 前記テーブルに対して並進運動を伴うことなく
   前記ベースに回転運動のみを与えるようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の位置
   決め装置。 ７ 前記回転手段は、 モータと モータの回転を前記ベースに伝達するリンク機
   構と、 前記モータの回転量から前記ベースの回転量を
   検出する回転量検出手段とを 具備したことを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載の位置決め装置。