JPS6410761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアライメントマークを用いたアライメ
ント方法、更に詳しくは実素子パターンと実素子
パターンとの間の極細帯状領域、例えばスクライ
ブ線領域中に設けられたアライメントマークを用
いて半導体素子製造用のマスクとウエハーをアラ
イメントする方法に関するものである。

従来では、マスクとウエハーの位置合せは作業
者が顕微鏡によつてマスクとウエハーのパターン
を観察し、手動で両者の位置関係を調節するのが
普通であつた。しかし、最近では、この種の作業
を自動的に行なう試みが為されている。所謂オー
トアライナーと呼ばれる装置がこれである。

オートアライメント、即ち自動位置調整法では
位置合せに光電的手法が常用されている。例え
ば、既に回路実素子のパターンが形成された基板
に別のパターンを重ねて焼き付けるために、基板
上に予め設けたアライメントマークとマスク上に
設けたアライメントマークを所定の関係に導く事
により既に形成されているパターンと別の新しい
パターンを所望の関係に導く場合、基板上のマー
クとマスク上のマークを光電的に検出し、その光
電出力の値に従つて駆動機構を作動させて、位置
調整を行なつている。

従来、この様な装置を用いてオートアライメン
トが行なわれてきたわけであるが、従来方式の欠
点はアライメントの為に必要とされる特殊な領
域、即ち、アライメントマークの占める部分の割
合がウエハー上で大きくなり、それによる実素子
パターンの領域の損失が大きい所にあつた。アラ
イメントマークは通常平行移動成分Ｘ，Ｙと回転
の自由度θという３つの自由度を検知する為、マ
スク上では２ケ所に設けられる。エウハー側にも
対応する個数、例えば全画面一括焼付けなら２ケ
所、ｎ回のステツプ焼付けなら2nケ所にアライ
メントマークが設けられる。マークは通常実素子
のチツプ領域をアライメントマーク用にふりあて
る事により形成される。第３図にその方式で作製
したマスクを示す。さいの目状にきちんと整列し
た実素子のうちｘで示した２つの領域をアライメ
ントマーク用に供出する。このアライメントマー
クは次の２つの点で問題が大きい。一つはチツプ
サイズが大きくなり、ウエハー上にパターニング
できる実素子の個数が減少してくるにつれ、少く
なくとも２個のチツプは消費しなければならない
アライメントマークの存在が生産効率上大きな問
題となつていることである。もう一つはオフセツ
ト処理の問題がある。マスク作製の際には実素子
パターンをステツプアンドリピート方式で焼き付
けるが、アライメントマークの部分は焼付けるパ
ターンが違うのでとばしておき、改めてマークの
部分のみ別に焼き付けるという二段階の手順を踏
む。このアライメントマークを別個に焼付ける際
に精度的な問題からどうしてもマークと実素子の
間にずれが生じてしまう。即ちマスクとウエハー
のアライメントマークを所定の関係に導いても肝
心の実素子の方ではずれ（この量をオフセツト量
という）が生じているといつた問題である。

一方、このような問題を解消するために、近年
では、アライメントマークを実素子のチツプをつ
ぶして入れるのではなく、実素子パターンと実素
子パターンの間の空白領域、例えばチツプとチツ
プの間に設けられている間隙であるスクライブ線
の中へマークを入れる事が考えられている。スク
ライブ線の中にアライメントマークを入れる事が
できると先に述べた二つの問題点は共に解消でき
る。チツプをつぶさず、従来使用していなかつた
領域を使用するので、ウエハーの使用効率を高め
る事ができるという点では第一の問題は解決され
ている。第二のオフセツト量の問題はこの場合生
じない。スクライブ線の部分に作られるアライメ
ントマークと実素子を一諸に作つておき、このパ
ターンをステツプアンドリピートでマスクに作れ
ば、マスクは一ぺんで仕上る。実素子とアライメ
ントマークは最初から一諸に作られ、別個に焼付
けられるのではないのでオフセツト量は生じな
い。

しかし、このようにアライメントマークをスク
ライブ領域内に配置する場合、アライメントマー
クを通常の光源からの光で照明することによりア
ライメントマークのエツジで散乱された光を光電
変換し、この光電変換出力によつてアライメント
マークを光電検出する従来のこの種の装置では、
以下の様な問題が生じる。即ち、通常の光源を用
いた場合には、スクライブ領域内に配置できるよ
う小型化されたアライメントマークに対応する領
域に高いエネルギーの照明光を集中させることが
困難であるため、光電変換器に入射するアライメ
ントマークのエツジで散乱された光の強度を大き
くすることが困難であるという問題である。光電
変換器に入射するアライメントマークのエツジで
散乱された光の強度が低下すれば、Ｓ／Ｎ比良く
アライメントマークを光電検出することができ
ず、そのアライメント精度は低下する。

この様な問題を解決する為には、レーザービー
ムを照明光として用い、このレーザービームをア
ライメントマークが形成されたスクライブ領域に
集中的に照射してアライメントマークを検出して
やれば良いが、この様な方法を採ると、アライメ
ントマークを検出する検出領域が非常に小さくな
り、この小さな検出領域にスクライブ領域のアラ
イメントマークをすばやく送り込むことができな
いという新たな問題が生じる。従つて、アライメ
ントマークをＳ／Ｎ比良く光電検出をすることは
できるものの、アライメントマークを検出領域に
送り込み検出するまでに時間を費し、高速にウエ
ハ等の基板をマスク等の対象と所定の関係にアラ
イメントすることができない。

本発明はこの様な事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、スクライブ領域に形成したア
ライメントマークを、レーザービームによる狭い
検出領域に速やかに送つて光電検出し、対象に対
して基板を高速にアライメントすることが可能な
アライメント方法を提供することにある。

この目的を達成する為に、本発明のアライメン
ト方法は、複数の実素子パターンと該実素子パタ
ーン間のスクライブ領域に形成したアライメント
マークとを有する基板を、対象に対して所定の関
係にアライメントするアライメント方法におい
て、レーザービームを前記基板上に照射し、前記
レーザービームにより前記基板上に前記スクライ
ブ領域の長手方向とほぼ平行な方向に延びる検出
領域を形成し、前記基板を前記長手方向と交差す
る方向に移動させながら前記基板で散乱された光
を選択的に光電変換手段に導き、前記基板の移動
に伴ない生じる前記光電変換手段からの出力信号
の変化を検知することにより、前記検出領域に前
記スクライブ領域のアライメントマークを送り、
前記光電変換手段からの前記アライメントマーク
に対応する信号に基づいて、前記基板を対象に対
して所定の関係にアライメントすることを特徴と
している。

以下、本発明を図に示した実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図は本発明が適用可能な光電検出装置の一
例を示すもので、この図において、１はレーザー
光源、２は集光レンズ、３は回転多面鏡、４はリ
レーレンズ、５は２２以下の目視用の光学系に光
を分割する為のビームスプリツター、６はフイー
ルドレンズ、７は１４以下の光電検出光学系に光
を分割する為のビームスプリツター、８はリレー
レンズ、９は１９から２１の目視観察用照明光学
系から光を導く為のビームスプリツター、１０は
対物レンズ１１の瞳、１２はマスク、１３はウエ
ハーである。ここで、レーザー光の共役関係は次
の様になつている。レーザー光は一旦集光レンズ
２によつて位置３０に集光される。位置３０での
レーザー光のスポツト径は入射するレーザー光の
径Ｄと集光レンズ２の焦点距離f₂により定まる。
レーザー光が径Ｄの中で一様分布をしているとす
ると、レーザースポツトの径ｄは、 ｄ＝2.44λf₂／Ｄ で示される。位置３０から発散していくレーザー
光は回転多面鏡３で反射した後、リレーレンズ４
を通過して再びフイールドレンズ６の近傍の位置
３２に結像される。更に光はリレーレンズ８及び
対物レンズ１０を通してマスク１２及びウエハー
１３面上に相当する位置３４に結像される。

従つて、第１図中で位置３０，３２，３４は互
に共役となつている。マスク１２及びウエハー１
３面を実際に走査するスポツト３４の径φは位置
３０から位置３４までの結像倍率をａとした時、 φ＝ad で示される。走査スポツト径を変更するにはｄを
変更させれば良く、レーザー光のビーム径Ｄや、
レンズ２の焦点距離f₂を変化させる事により実現
できる。また走査スポツトを大きくするだけなら
集光レンズ２の位置を故意に動かし、位置３０で
レーザー光をデフオーカスさせてやる事によつて
も実現出来る。一般に走査スポツトの径は対象と
するパターン線幅によつて適宜選べる事が望まし
いが、第１図の装置はスポツト径の変更に対して
は容易に対処する事ができる。位置３４に集光さ
れたレーザー光は回転多面鏡３の回転に従つてマ
スク１２及びウエハー１３面上を走査する。

以上に説明した様な実際の物体面上での走査ビ
ームの共役関係と共に、第１図の装置では対物レ
ンズ１１の瞳１０の結像関係も重要である。瞳１
０の中心点である光軸上の点３３と、回転多面鏡
３の反射点３１とは互いに共役となつている。即
ち、第１図の装置はレーザービームの対物レンズ
１１への入射という点について見れば、丁度瞳１
０の位置に回転多面鏡３を置いたものと等価にな
つているのである。

ウエハー１３の様な反射物体を観察する際には
テレセントリツクな対物レンズが使われる。第１
図の対物レンズ１１はテレセントリツクな配置、
即ちその前側焦点位置に光学系の通過光束を決定
する瞳１０が置かれる配置となつている。第２図
にこの様子を示す。対物レンズ１１の前側焦点で
ある瞳１０の中心位置３３は前述の様に回転多面
鏡３のレーザーの反射位置３１と共役なので、恰
もここから走査ビームが発生するかの様な作用を
行なう。走査ビームの中心線となる主光線は対物
レンズ１１の前側焦点（位置３３）を通つている
ので、対物レンズ１１を通過した後は光軸と平行
になり、マスク１２及びウエハー１３に垂直に入
射する。もしここで走査ビームが当つた箇所が平
坦な部分であれば入射光は反射して再び位置３３
に戻る。一方、もし走査ビームの当つた所にパタ
ーンがあれば、パターンの境界部のエツジで散乱
を受け光はもとへ戻らない。即ち、散乱光は対物
レンズ１１で捉えられて再び瞳１０を通る時、最
早瞳１０の中心位置３３を通らず、瞳１０の端の
方を通過する事になる。この事はとりも直さず、
瞳１０上で散乱光と非散乱光が空間的に分離され
ているという事に他ならない。

第２図はこの分離の様子を示している。即ち、
走査ビームが例えば左から右に物体面上を走査す
ると、パターンのある部分３５に当るまでは光は
散乱を受けず反射して瞳１０のもとの所に戻る。
パターン３５に当ると光は散乱を受け、点線で示
した様な光路を通つて瞳１０上のもとの位置に戻
らない。瞳１０の所での非散乱光の占める面積は
走査レーザー光の有効径と同一である。散乱光を
有効に捉える為、この非散乱光の有効径は瞳の径
に対して十分小さくとられるのが普通であり、通
常はこの径の比が0.1〜0.7の範囲にとる事が好ま
しい。

再び第１図に戻り、ビームスプリツター７から
別れてフオトデイテクター１８に到る光電検出光
学系について考える。図中、１４は対物レンズ１
１の瞳１０を結像させるレンズ、１５は光電検出
用の光は透過し、他の波長例えば目視用光学系で
用いる波長を実質的にカツトするフイルターであ
る。１６は結像レンズ１４により瞳１０の像ので
きる所に配置された遮光板で、この遮光板１６は
散乱光のみ通し、非散乱光はブロツクする。遮光
板１６を通過した散乱光は再びコンデンサーレン
ズ１７で集光され、フオトデイテクター１８に入
る。従つて瞳１０、遮光板１６、フオトデイテク
ター１８は互に共役な関係になつている。遮光板
１６は透明なガラス基板に金属或いは墨などの物
質でパターニングする事により容易に作成するこ
とができる。

この光電検出系は走査スポツトがパターンのエ
ツジ部にさしかかつた時のみ出力があらわれる事
になる。従つて、出力を時間的に観察すれば、走
査ビームがエツジに当つた時パルス状の信号が発
生される事がわかる。このパターン信号がマスク
１２もしくはウエハー１３のアライメントマーク
からの信号であれば、この信号からマスク１２と
ウエハー１３の相対的な位置ずれを検出すること
ができる。検出されたずれ量を補正する様に不図
示の駆動系でマスク１２とウエハー１３の相対位
置を動かすことによりオートアライメントがなさ
れる。

第１図で目視用に設けられているのは１９〜２
１の照明系と２２以下の観察系である。図中、１
９は照明用光源、２０はコンデンサーレンズで、
光源像を対物レンズ１１の瞳１０の上に作る作用
をする。２１はフオトレジストの感光する波長域
の光をカツトする作用を持つフイルターである。
一方、２２は像の正転を行なうエレクター、２３
はレーザー波長をカツトし、目視観察用の波長を
透過するフイルター、２４は接眼レンズである。

第１図の装置に適合するアライメントマークと
しては、例えば一方向のライン走査に対してＸ，
Ｙのずれを検知することのできる第４図の様なマ
ークである。第４図ａはマスク（又はウエハー）
用パターン、同図ｂはウエハー（又はマスク）用
パターンで、同図ｃは両者をアライメントさせた
時の状態を示す図である。第４図ｃで点線で示さ
れているのが走査レーザービームの軌跡である。
このアライメントマークは第５図に示す様に、チ
ツプとチツプの間の間隙であるスクライブ線Ｓの
中に入れられている。尚、第５図はスクライブ線
Ｓの中に入れたアライメントマークＣを用いてマ
スク１２とウエハー１３がアライメントされた状
態を示す図である。

第１図の光電検出装置で、光電検出に必要な部
分（検出領域）はレーザースポツトが走査する極
く細い帯状の部分である。レーザースポツトを
10μｍ前後の小さなスポツト径にするのは、前述
した様に光学系の構成から容易な事であり、従つ
て光電検出の対象となる部分の幅はせいぜい数十
μｍ位でしかない。その意味で、第１図の装置は
レーザービームの走査線を幅が100μｍ前後のス
クライブ線の中に入れる事は十分に可能となる。

このような光電検出装置を用いて本発明のアラ
イメント方法を実施する場合、対物レンズ１１が
マスク１２及びウエハー１３を観察する位置に来
た時には、レーザービームの走査線は必ずマスク
パターンを捉えているものとする。第１図に示し
た様に、レーザービームは対物レンズ１１を通し
てマスク１２及びウエハー１３面を走査してい
る。一方、対物レンズ１１はマスク１２にパター
ンをウエハー１３上に焼き付ける時には、焼き付
け光の邪魔をしない所まで退避させられ、焼き付
けが終わつた後、次のウエハー１３を観察する為
に再びマスク１２の上に戻つてくる。その時また
マスク１２上のアライメントマークを捉えれる様
なメカ精度になつていると仮定する。スクライブ
線の幅が100μｍとすれば、メカ的な再現性は±
50μｍ前後となるが、この程度の精度はメカニカ
ルに十分実現可能である。従つて対物レンズ１１
の出入りがあつてもマスク１２上のアライメント
マークの信号は常に検知する事ができると考える
事ができる。しかし、ウエハーについては前述の
通り、必ずしもレーザービームに捉えられるとは
限らない。従つて、特に重要となるのはウエハー
１３上のスクライブ線の検知である。まず、この
スクライブ線の検知方法について述べる。

スクライブ線の検知方法は種々考えられるが、
以下の説明では実素子とアライメントマークのパ
ターン上の差異によつて検出する方法を代表させ
る。第５図を見るとわかる様に、実素子のパター
ンとアライメントマークの違いはその方向性にあ
る。実素子は殆ど縦横の線で形成されているのに
対してアライメントマークはこれと45゜をなす方
向に伸びている。この方向性は瞳上での光の拡が
り方に大きな影響を及ぼす。今迄説明の便宜上、
エツジでの散乱という言葉を用いたが、これは一
種の回折現象に他ならない。従つて、瞳面上での
光の拡がり方は第７図の如くになる。第７図ａは
アライメントマークからの散乱光の拡がり方、同
図ｂは実素子のＸ，Ｙパターンでの散乱光の拡が
り方、同図ｃはパターンの角の部分からの散乱光
の拡がり方を図示したものである。いずれも中央
に非散乱光による強い光があり、その回りに散乱
光が拡がつている。散乱光もやはりパターンの方
向性に強く依存した分布を示しており、実素子は
Ｘ，Ｙに、アライメントマークは実素子と45゜方
向に伸びている。尚、パターンの角は一種の点光
源的な働きをするので、瞳面上に広く分布する。

本実施例はこの瞳面上での分布を利用してスク
ライブ線を検知している。第８図にその具体的な
配置を示す。第８図は第１図の光電検出光学系の
みを抜き書きしたものである。本実施例に於ける
光電検出系の特長は検出を２つのチヤンネルを用
いて行なつている事である。即ち、結像レンズ１
４と遮光板１６との間にビームスプリツターを入
れて２つの光路にわけ、分割した光路それぞれに
遮光板１６，１６′を入れて光電検出系を構成し
ている。ここで仮に２つのチヤンネルをＡチヤン
ネルとＢチヤンネルとそれぞれ呼ぶことにする。

Ａチヤンネルに於いては、スクライブ線内にあ
るアライメントマークの散乱信号光を捉えるもの
とする。第８図でいえばフオトデイテクター１８
に到る系である。第７図ａのアライメントマーク
の光の拡がりより遮光板１６の形状は第８図の左
に示した１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの様なものが考
えられる。即ち、非散乱光を遮光するスポツトを
備え、斜め方向に拡がつた散乱光を透過させる様
な遮光板である。但し、遮光板１６Ａは実素子の
パターンから来る散乱光を遮光することができな
い。１６Ｂ，Ｃの場合には実素子からの散乱光を
けつて減少させる効果はあるが完全に遮光するこ
とはできない。特にレーザービームが実素子パタ
ーンの角の部分を走査した時、即ち第７図ｃに示
した様な場合には、実素子パターンからの散乱光
を除く事は不可能である。

一方フオトデイテクター１８′に到るチヤンネ
ルＢはアライメントマークからの散乱光を完全に
カツトする。アライメントマークは非常に単純な
予め定められた形状をしているので、散乱光の拡
がりを第７図ａの様に完全に規定する事ができ
る。そこで遮光板１６′Ａを１６′の位置に置けば
この目的は達成される。従つてフオトデイテクタ
ー１８′の受ける信号は実素子からの信号である。

以上の説明でチヤンネルＡ，Ｂの働きが明らか
となつた。Ａチヤンネルで検出できるのはアライ
メントマークと実素子、Ｂチヤンネルで検出でき
るのは実素子のみという事である。ウエハー１３
を動かしてスクライブ線であるか否かの判定をす
る際にはこの情報が役に立つ。

レーザービームはマスク１２上にあるアライメ
ントマークを必ず走査しているので、マスク１２
からの信号はＡチヤンネルに必ず出ている。アラ
イメントマークの信号を抑えたＢチヤンネルでは
マスク１２からの信号は検出されない。以上の状
態の下でウエハー１３が入つてきた状態を考え
る。状態は大別して３つの場合にわけられる。第
一の場合は走査線がウエハー１３上の実素子パタ
ーン上を走査する時であるが、この時にはＡチヤ
ンネル、Ｂチヤンネル共にウエハー信号が観察さ
れる。第二の場合は走査線がウエハー上の実素子
パターン部を走査しているが、その部分にたまた
まパターンが無く空白部であつた時である。この
時にはＡ，Ｂ両チヤンネルともウエハー信号は検
出されない。第三の場合は走査線がウエハー１３
上のスクライブ線上を走査する場合である。スク
ライブ線の中にはアライメントマークが入つてい
るのでＡチヤンネルにのみウエハー信号が出てＢ
チヤンネルには出力が観察されない。従つて、ス
クライブ線はＡチヤンネルにのみウエハー出力が
出て、Ｂチヤンネルに出力が観察されない事を検
知すればつかまえる事が可能であり、レーザービ
ームによる検出領域にスクライブ領域のアライメ
ントマークを高速に送り込むことができる。

以上の様なスクライブ線の検知を行なう場合に
好適なのはウエハー１３のプリアライメントを故
意にずらしておく事である。プリアライメントを
故意にずらして、走査線に対してスクライブ線が
常に一定の方向にずれている様にすれば、初期駆
動の方向がわかり便利である。

この場合の一つの例を第９図に示す。第９図で
一点鎖線はレーザー光の走査軌跡、点線はマスク
１２上のアライメントマーク、実線で示したのが
ウエハー１３のスクライブ線とその中に収められ
ているアライメントマークである。中央に入つて
いる縦線は視野分割線である。視野分割線の左側
及び右側はマスク１２及びウエハー１３上ではそ
れぞれ異つた場所である。

第９図の例ではレーザービームの走査線とスク
ライブ線（その長手方向）は視野分割線に対して
直交しており、レーザービームにより形成される
検出領域はスクライブ線（領域）の長手方向に延
びていることになる。またウエハー１３のスクラ
イブ線はプリアライメントされた状態で必ず視野
内で走査線より下側にある様にセツトされてい
る。ウエハー１３に関してはスクライブ線しか図
示していないが、実際にはスクライブ線の外には
実素子のパターンが入つている。さて、ウエハー
１３が常に下側にあるので、ウエハー１３をセツ
トした後、まず検出領域にウエハー１３のスクラ
イブ線が向かう様にウエハー１３全体を上側へ、
即ち平行移動用のＹモーターを駆動して上の方向
（スクライブ線の長手方向と垂直に交差する方向）
へ動かしていく。動かして行く際、常にＡ，Ｂ両
チヤンネルの信号をチエツクし、Ｂチヤンネルの
出力がなくなり、Ａチヤンネルにのみウエハー信
号が出る様な状態をモニターする。この様にして
送つていくと、第９図ａの例ではまず左側の視野
の方で走査線とスクライブ線が第９図ｂの様に合
致する。このため、まず左側についてスクライブ
線の情報が検出される。次いで更に送れば右側の
視野についてもスクライブ線が検知され、この左
右のスクライブ線の検知情報よりＹモーターとθ
モーターを駆動させて、走査線をスクライブ線の
中に収納する。この状態を示したのが第９図ｃで
あり、この状態では既に最後のアライメント用の
信号であるスクライブ線内のアライメントマーク
からの信号が得られているので、最終的なアライ
メントに持ち込む事ができる。最終的にアライメ
ントされた状態では第９図ｄの様になつている。

第９図ｃの様にスクライブ線をレーザー走査光
に合致させるまでの手順は他にも色々考えられ
る。例えばＸ方向のずれ量は既に第９図ｂの段階
で検出されているから、同図ｃの段階に行く迄に
Ｘモーターも駆動する等々の手段があり第９図の
例は単なる一例にすぎない。

第６図に第８図の光学系によつて得られた信号
に基づいてウエハー１３を駆動する駆動ユニツト
の一実施例を示す。本実施例ではＸ，Ｙ方向の平
行移動及びθ方向の回転移動をパルスモーターで
行なつている。このユニツトは大きく２つの部分
に別れる。即ち５１〜６４までの平行移動駆動ユ
ニツトと、その駆動ユニツトによつて動かされる
ステージ７９上のθ駆動ユニツトに分類できる。

平行移動駆動ユニツトで５１及び５６はそれぞ
れＹ及びＸ駆動用のパルスモーターである。パル
スモーター５１，５６には前述の光学系で得られ
た信号を処理した結果が駆動パルス数という形の
入力になつて送られてくる。５２，５７はパルス
モーター５１，５６の軸に直結したギアで、それ
ぞれアーム５３，５８と連結している。アーム５
３，５８の回転中心は５４，５９で、ここを支点
としてローラー５５，６０の押しつけによりＸ，
Ｙ平行移動用のサブステージ６３を動かす。即ち
パルスモーター５１，５６の平行移動用の駆動信
号によつてまずサブステージ６３が駆動される。
６４はバキユウムクラツチで、マニユアル操作と
オートアライメント操作の切り換えを行なう。バ
キユウムクラツチ６４はオートアライメント動作
をする時にロツクされ、Ｘ，Ｙの駆動信号をアー
ム８０を介してメインの駆動ステージ７９に伝え
る働きをする。

ステージ７９の下にはそれぞれ駆動用のガイド
となる溝６５が設けられ、その中にベアリング６
６が封入されている。このガイドの働きにより、
Ｘ及びＹのパルスモーター５６，５１の駆動は正
確にステージに伝えられる。ステージ７９の中に
は更に回転方向に駆動できるステージ６８が組み
込まれている。ステージ６８の上にウエハー吸着
用のチヤツク及びウエハー１３が載置され、ウエ
ハー１３が動かされるのである。ウエハー１３は
ステージ６８の中に点線で示した。ステージ６８
の回転移動はステージ７９上の３ケ所に設けられ
たローラー６７により規制されている。回転駆動
のパルスモーターは７５で示されている。パルス
モーター７５の回転軸に取りつけられたギア７４
の回転はギア７３を介して同軸のウオームギア７
２に伝わり、更にギア７１を駆動させる。ギア７
１にはガイド７０が取りつけられており、そのガ
イドの中にステージ６８に打ち込んであるピン６
９がはめられている。このピン６９をはさみ込ん
で動かす事によりステージ６８は回転しウエハー
１３の回転が補正されるのである。以上概略説明
した様にＸ，Ｙ，θの駆動は本実施例ではＸ，Ｙ
の駆動ステージの上にθステージがのつていると
いう形で実現させている。

第１０図は本発明に用いる制御回路のブロツク
図である。図中、F_L1，F_L2，F_R1，F_R2は前述のフ
イルタ１６，１６′に対応するもので、D_L1，
D_L2，D_R1，D_R2は前述のホトダイオード１８，１
８′に対応する光電変換器、１０５_L1，１０５_L2，
１０５_R1，１０５_R2はアナログ信号を論理レベル
に変換するレベル変換回路である。サフイツクス
Ｌは左対物チヤンネル、Ｒは右対物チヤンネル、
その次のサフイツクス１はＡチヤンネルフイル
タ、２はＢチヤンネルフイルタをそれぞれ意味し
ている。１０７_L，１０７_RはＡチヤンネルのフイ
ルタからの信号有りとＢチヤンネルのフイルタか
らの信号無しのとき出力信号を送出する論理積回
路でその詳細を第１１図に示す。１０９_L，１０
９_Rはパルス数をカウントするパルスカウント回
路及び精位置合せのためのパルス間隔計数回路で
ある。

１１１は条件判断で、Ｙ軸及びθ軸駆動用のパ
ルスモータYM，θMの駆動をコントロールする。
１１３はＹ，θ軸駆動用のパルスモータYM，
θMの歩進用クロツク発生回路、１１５はＹ軸正
方向パルス回路、１１６は左右対物内のスクライ
ブのずれ量の計数回路、１１７は両対物ともスク
ライブ領域に入れるためにＹ軸を戻すためのＹ−
戻り量計数回路、１１９はＹ軸駆動回路、１２１
はθ駆動方向を決める方向弁別回路、１２３は回
転量（θ）計数回路、１２５は同駆動回路、１２
７はパルス間隔（第１３図のW₁〜W₅）からアラ
イメントを行なうためにＸ，Ｙ，θのずれを求め
るＸ，Ｙ，θ移動量計算回路、１２９は前記ずれ
の量を零にまで追い込むための精位置駆動回路、
YM，XM，θMはＹ，Ｘ，θの各パルスモータ、
１３７はスキヤンの同期を検出する光チヨツパ
ー、１３９はスキヤンに同期し、論理積回路１０
７_L，１０７_R、パルスカウントパルス間隔計数回
路１０９_L，１０９_R等のリセツトを行なうスキヤ
ン同期回路、１４１は全シーケンスのタイミング
を司どるタイミング制御回路である。

以下その作動説明を行なう。まず、ウエハー１
３のスクライブ領域はあらかじめプリアライメン
ト時に少しＹ軸下方にセツトされている。スイツ
チSW１〜SW６はイ側へ接続されている。これ
は、スクライブ領域へ追い込むシーケンスを意味
している。この場合、スクライブ領域が下方にあ
るため第１２図の），），）のどれかに相当
する信号がレベル変換回路１０５_L１，１０５_R２
から得られる。この信号は論理積回路１０７_L，
１０７_Rに送られるが、この回路は第１１図示の
如く、スキヤン毎に少なくとも１本のパルスでも
来るとセツトされるフリツプフロツプＤ１を経
て、アンドゲートＡで論理積がとられるようにな
つており、またその出力信号は、条件判断回路１
１１に送られる。この回路は、論理積回路の出力
論理状態によつて定まる５つの出力Ａ〜Ｅを有し
ており、Ａはスクライブ領域が左右１つでも入る
まで正の論理を出力、Ｂは残された対物にスクラ
イブ領域に入つて来るまでの正の論理を出力、Ｃ
は先に入つて来たスクライブを戻しながら、回転
をかけて両対物の中心、即ちレーザ光のスキヤン
位置にスクライブ領域が入るまで正論理を出力す
る。Ｄ，Ｅはθ方向を決めるための方向弁別信号
で、Ｄは左対物の中心にスクライブ領域が入つた
時（論理積回路が正出力した時）負のパルスを、
Ｅは右対物の中心にスクライブ領域が入つた時
（論理積回路が正出力した時）負のパルスをそれ
ぞれ出力する。

第１４図は上記５つの信号をウエハー１３の移
動と共に時間的関係としてとらえたものである。
まずシーケンスをスタートさせるとＡの信号が出
力されて、Ｙ正方向パルス回路１１５に送られ、
この回路でパルスモータクロツク回路１１３の信
号とANDされ、Ｙ軸駆動回路１１９の正方向入
力端子へ出力され、SW５を経てＹ軸パルスモー
タを回転させる。従つてＡの信号が出ている間ス
テージはＹ軸の正方向へ引き続き駆動される。

ウエハー１３が第１４図イのように初期設定さ
れたとすると時刻t₀からt₁の間Ａの出力があり、
ｔ＝t₁の時に、左対物視野の中心にスクライブ領
域が入つて来る。すると、論理回路１０７_Lは正
出力となるので、条件判断回路１１１のＡは負出
力となり、代りにＢが正出力、又方向弁別信号Ｄ
に負パルスが発生する。Ｂ出力はＹずれ量計数回
路１１６に送られ、１１６では残された対物の中
心にスクライブ領域が入るまでＹ駆動パルス数を
計数しながら、駆動パルスをＹ軸駆動回路１１９
の正方向入力端子へ送り込む。

従つてモータYMが駆動されステージはＹ正方
向に駆動され続けるので、先に入つた左対物内の
スクライブ領域は上方にずれるが、今度は右対物
の中心にスクライブ領域が入つて来る。この時刻
をt₂とするとt₂−t₁の時間に送られた駆動パルス
数が左、右スクライブ領域のずれ量、即ち回転量
に相当する。従つて、このずれ量の1/2だけＹ軸
を逆方向に戻す。またこのずれ量を両対物間距離
で割つた量が、回転成分に相当する。この関係を
第１５図に示す。ｔ＝t₂で条件判断回路１１１の
Ｂの出力は負となり前記同様論理回路１０７_Rは
正出力となり、従つてＹ軸の正駆動は停止すると
共に条件判別回路１１１のＣ端子は正の出力とな
り、更にＹずれ量計数回路１１６の駆動カウント
数の1/2をＹ戻り量計数回路１１７に、又、前記
カウント数を回転量計数回路１２３へ送り込む。
Ｙ戻り計数回路１１７は前記駆動カウント数の1/
２個のパルスモータクロツクをＹ軸駆動回路１１
９の逆方向入力端へ、又、回転量（θ）計数回路
１２３は、前記駆動カウント数を両対物間距離で
割つた値に定数Ｋをかけて回転量パルス数を、前
記方向弁別回路１２１の出力に従い、θ軸駆動回
路１２５へそれぞれ送り込み、SW５，SW６を
経て各パルスモータを駆動する。方向弁別回路１
２１はセツト・リセツト型フリツプフロツプで実
現出来る。即ち後から来た方向パルス（条件判断
回路１１１のＤ，Ｅ端子よりの出力）により、状
態が決定出来る。

さて、パルスモータクロツクと条件判断回路１
１１のＣ出力のANDよりＹ−戻り量計数回路１
１７のカウントが零、及び回転量（θ）計数回路
１２３のカウントが零になつたら、この信号をタ
イミング制御回路１４１へ戻してやると、前記タ
イミング制御回路１４１からの信号は、条件判断
回路１１１のＣ出力端子の信号を負に変える。こ
れが第１４図のｔ＝t₃の時刻に相当する。この
時、左右対物チヤンネルの論理回路は共に正出力
となつており、互にレーザー光がスクライブ領域
をスキヤンしていることになる。このように２つ
のフイルタの組合せ論理を用いることにより、ウ
エハー１３のスクライブ領域をレーザ光のスキヤ
ン位置へ搬送することが出来る。

次にｔ＝t₃で、SW１〜SW６をタイミング制御
回路１４１のコントロールにより、イ側からロ側
へ切換えると共に、パルスカウントパルス間隔計
数回路１０９_L，１０９_Rを作動させその結果を
Ｘ，Ｙ，θ移動量計算回路１２７へ送り込み、各
Ｘ，Ｙ，θ方向のずれ量を左右ともに求めて、こ
れをＸ，Ｙ，θ精位置駆動回路１２９に送り、各
方向のステージを移動させ、アライメントを行な
う。アライメント時のステージ移動量は左右のず
れを△X_R，△X_R，△Y_L，△Y_R、両対物間の距離
をｌ，ｋを定数とすると、 △Ｘ＝△X_L＋△X_R／２ △Ｙ＝△Y_L＋△Y_R／２ △θ＝Ｋ・△Y_L−△Y_R／ｌ 即ち、 △X_L＝W₁−W₂−W₄＋W₅／４ △Y_L＝−W₁＋W₂−W₄＋W₅／４ で求められる。なお、第１４図のｔ＝t₀からt₂ま
での間がウエハー１３上のスクライブ領域でな
く、空白部であつたとしても、条件判断回路１１
１は前述の如く各出力端子に信号を与えてしまう
が、論理積回路の出力が生（真）になつたらタイ
ミング制御回路でSW１〜SW４を切換えて、そ
の時、マスク１２とウエハー１３のパルス数を測
定し、もし４本だつたらシーケンスをそのまま継
続すれば良い。前述の実施例は、もし左右のθ成
分が大きいと第１５図のＹが大きく、従つてステ
ージ駆動時間もかかるきらいがある。この欠点を
取除くには、始めにある対物の中心であるレーザ
光スキヤン位置にスクライブ領域が入つたら、入
つたスクライブ領域を動かさないように、θ軸の
回転と、回転に伴うＹ軸方向の下りを補正するＹ
軸正方向駆動を行なうようにすれば良い。第１６
図はフイルタからの各信号の組合せを示す。

以上の如く、本発明はスクライブ領域内に配置
できるように小型化されたアライメントマークの
エツジで散乱された光を光電変換する際、レーザ
ービームによりスクライブ領域の長手方向とほぼ
平行な方向に延びる検出領域を形成し、アライメ
ントマークがそのスクライブ領域に形成されてい
る基板をスクライブ領域の長手方向と交差する方
向に移動させながら基板で散乱された光を選択的
に光電変換手段に導き、基板の移動に伴ない生じ
る光電変換手段からの出力信号の変化を検知する
ことにより検出領域にスクライブ領域のアライメ
ントマークを送る様にしたため、高速且つ正確に
アライメントマークをレーザービームによる検出
領域に送り、アライメント時間の短縮を図ること
が可能になつた。又、本発明では、レーザービー
ムをアライメントマークの検出に使用しているの
で、Ｓ／Ｎ比良くアライメントマークの光電検出
ができる。

更に、本発明では、レーザービームによる検出
領域が、スクライブ領域の長手方向にほぼ平行な
方向に延びており、しかも基板をこの検出領域の
長手方向と交差する方向に移動させる為、検出領
域でアライメントマークをとらえる確度が高くな
るという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用可能な光電検出装置の光
学系の一例を示す図、第２図は第１図の装置の対
物レンズを通過する散乱光と非散乱光の状態を示
す図、第３図は従来のマスクの一例を示す図、第
４図は本発明に適用可能なアライメントマークの
一例を示す図、第５図は本発明におけるマスクと
ウエハーのアライメント完了状態を示す図、第６
図は本発明に適用可能なウエハーステージの一例
を示す図、第７図は散乱光の分布状態を説明する
ための図、第８図は本発明に適用可能な光電検出
系の一例を示す図、第９図は本発明のアライメン
ト手順を説明するための図、第１０図は本発明の
アライメント装置の一実施例を示す図、第１１図
は本実施例の要部を詳細に示す図、第１２図は本
実施例における光電変換器と論理レベル変換回路
の出力波形を示す図、第１３図は本実施例におけ
るアライメントマークの走査信号を示す図、第１
４図は本実施例における条件判別回路の出力タイ
ムチヤートを示す図、第１５図は本実施例におけ
るθ駆動量の演算を説明するための図、第１６図
は本実施例における各論理レベル変換回路の出力
の組合せを示す図である。 １２……マスク、１３……ウエハー、D_L１〜
D_R２……光電変換器、１０７_L，１０７_R……論理
積回路、１１１……条件判別回路、１２７……
Ｘ，Ｙ，θ移動量計算回路、Ｃ……アライメント
マーク、Ｓ……スクライブ線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の実素子パターンと該実素子パターン間
   のスクライブ領域に形成したアライメントマーク
   とを有する基板を、対象に対して所定の関係にア
   ライメントするアライメント方法において、レー
   ザービームを前記基板上に照射し、前記レーザー
   ビームにより前記基板上に前記スクライブ領域の
   長手方向とほぼ平行な方向に延びる検出領域を形
   成し、前記基板を前記長手方向と交差する方向に
   移動させながら前記基板で散乱された光を選択的
   に光電変換手段に導き、前記基板の移動に伴ない
   生じる前記光電変換手段からの出力信号の変化を
   検知することにより前記検出領域に前記スクライ
   ブ領域のアライメントマークを送り、前記光電変
   換手段からの前記アライメントマークに対応する
   信号に基づいて、前記基板を対象に対して所定の
   関係にアライメントすることを特徴とするアライ
   メント方法。