JPS6124816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は集積回路やトランジスタを製作する際
に用いられるマスク又はウエハー、及びこれらを
整合する装置に関する。 トランジスタや集積回路などの半導体素子を製
造する作業工程は微細なパターンの焼き付けやリ
ード線のボンデイング作業を含み、焼き付け用基
板であるウエハーやペレツトを所定の位置に正確
に合わせてやる必要がある。この基板等の微細構
造はミクロンオーダーの精度に達している所か
ら、位置合わせの精度もミクロンないしサブミク
ロンのオーダーで行なわれる必要がある。しかし
ながらこの種の作業は熟練した労働者にとつても
かなり煩雑であり、熟練までに長い経験を必要と
する。更にこの程度の酷しい精度になると顕微鏡
をのぞきながらの作業が必至であり、１分間数枚
の割で流れてくるウエハーの処理を考えると作業
者の疲労及び疲労に伴つた精度のバラツキなども
大きな問題となる。マスクとウエハーの位置合せ
はこの様に、従来、作業者が顕微鏡を覗きながら
手動で調整していたわけであるが、最近、前記の
熟練、疲労といつた問題を解決する為、この種の
作業を機械的自動的に行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、即ち自動位置合せでは光
電検出手段が常用される。例えば既に回路を構成
する実素子パターンの一部が形成された基板上
に、更に別のパターンを重ねて焼きつけて、回路
をつくつていく場合を考える。この時オートアラ
インメント手法では焼き付けられる基板上に予め
設けられているアライメントマークと、重ねるパ
ターンのつけられたマスク上に形成されているア
ライメントマークとを所定の関係に導くことによ
り位置合せを行う。アライメントマークと実素子
を構成するパターンとは予め定められた関係にあ
るので、アライメントマーク同志を所定の関係に
導けば、基板とマスク上の実素子パターンはきち
んと位置合せされた事になる。アライメントマー
クの位置関係は光電的に検出され、もしこれが所
定の関係よりずれている場合には光電出力の値に
応じて駆動機構を作動させて調整を行う。 第１図はこの様なオートアライナーに用いられ
る従来公知、例えば特開昭53−91754号他の光学
系の一例である。図中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以下の目視観察用の光学系に光を導く為の
ビームスプリツター、６はフイールドレンズ、７
は14以降の光電検出系に光を導く為のビームスプ
リツター、８はリレーレンズ、９は１９から２１
より成る目視観察用照明光学系からの光を導く為
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はウエハーというのが、
レーザー光走査の為の光学系である。尚第１図は
マスク像をウエハーに転写する際の方式として密
着焼付法、もしくはプロキシミテイ法を想定して
いるが、レンズやミラーによる投影結像法の場合
にはマスク１２とウエハー１３の間に結像光学系
が配置される。投影結像法の場合には結像がテレ
セントリツクとすれば第１図のウエハー１３をウ
エハーの像と考えれば良い。第１図での走査光学
系で走査スポツトの結像関係は次の様になつてい
る。図中３４が走査箇所であるが、３４から逆に
回転多面鏡３の方い追つて行くと、スポツトは対
物レンズ１１及びリレーレンズ８を介して一たん
フイールドレンズ６の近傍３２に結像し、再びリ
レーレンズ４を介して回転多面鏡３で反射後、３
０の位置に結像している。即ち３０，３２，３４
は互いに共役の関係となつているのである。従つ
て３０の位置でのレーザーのスポツト径をφ、３
０から３４までの結像倍率をβとすると、３４で
の走査スポツト径はβφで示される事になる。 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図の光学系の瞳の結像
関係も重要である。対物レンズ１１の瞳は図中１
０で示されているが、１０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
共役になつている。即ち第１図の配置はレーザー
ビームの対物レンズへの入射という観点から見れ
ば、丁度、瞳１０の位置に回転多面鏡３を置いた
場合と等価になつていると言える。 第１図の光学系を理解する為には対物レンズ１
１の働きについて理解しておかなければならな
い。第２図に本発明で用いる対物レンズの作用を
示す原理図を示す。即ち本発明では対物レンズが
テレセントリツクな配置となつているのである。
テレセントリツクな対物レンズとは対物レンズを
通る光束の大きさを決定する場所である瞳の位置
と焦点が合致しているものをいう。瞳の中心を通
る光線は光束の中心線となる光線となるので主光
線と呼ばれる。瞳の中心とは即ち対物レンズの焦
点の事なので、主光線は対物レンズを通過後は対
物レンズの光軸と平行になり、物体面に垂直に入
射する。垂直に入射した光線は物体の鏡面反射を
行う部分に当つた場合には反射してもと来た道を
辿り、対物レンズを通過後再びもとの瞳の中心位
置にもどる。一方光が当る部分にパターンがあつ
たとすると光はパターンを構成している境界線の
部分で散乱を受ける。境界線の部分を総称してエ
ツジと呼ぶことにすればエツジで散乱された光は
鏡面反射の場合と異つてもと来た光路を辿らな
い。従つて散乱光は対物レンズで再び促えられて
瞳を通過する時、最早瞳の中心を通らないのであ
る。この事は対物レンズを通つた反射光を瞳上で
観察した時、鏡面反射成分と散乱光の成分が瞳の
中で空間的に分離されているという事を示してい
る。 第２図はこの分離の様子を示したものである。
瞳に入射し、対物レンズを通つて再び瞳上を通る
鏡面反射成分の光束を図では斜線をひいて示し、
対物レンズで捉えることのできる散乱光は点を打
つて示した。鏡面反射の部分に有効な光束の径は
散乱光を有効に捉える為、瞳の径に対して十分小
さくとられるのが、普通であり、通常は径の比が
0.1〜0.7付近の範囲内に収まつている事が望まし
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１１
の瞳１０を結像させるレンズ、１５は光電検出用
の光を通過させ他の波長、例えば目視用光学系で
用いられる波長域の光を実質的に遮断するフイル
ターである。１６の位置は瞳を結像させるレンズ
１４により瞳の像ができている所である。ここに
散乱光のみ通し、非散乱光をブロツクする遮光板
１６を通過した散乱光は、コンデンサーレンズ１
７によりフオトデイテクター１８に集められる。
従つて瞳１０、遮光板１６、フオトデイテクター
１８は互いに共役な関係となつている。遮光板は
透明なガラス基板に金属或いは墨などの物質を用
いてパターニングしたりする事によつて容易に作
成する事ができる。散乱光を検出するこの光電検
出系は従つて走査スポツトがパターンのエツジ部
にさしかかつた時にのみ出力があらわれる事にな
る。パターンをマスク及びウエハー上にそれぞれ
示されたアラインメントマークとすれば、出力信
号からマスクとウエハーの相対的な位置ずれを検
知する事が出来る。検知されたずれ量に従つて不
図示の駆動系によつて両者の相対関係を補正し、
オートアライメントがなされる。 第１図でこの他に設けられているのは１９〜２
１の目視用照明系と２２〜２４の観察系である。
照明系では１９が光源、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上に形成さ
せいわゆるケーラー照明を行なわせる役目をして
いる。２１はアライメントを行なう対象であるウ
エハー上に塗布されたフオトレジストの非感光域
の波長を透過させるフイルターである。フイルタ
ー２１は光電検出系に余分な光が行かない様に光
電検出の波長域の光の透過率も小さく押える必要
のある場合があるが、フイルター１５との兼ね合
いで適宜選択すれば良い。２２以下の観察系で２
２は像を正転させるエレクター、２３は光電検出
光、具体的に第１図の例では走査レーザー光の光
を減衰させるフイルター、２４接眼レンズであ
る。 第３図に第１図の光学系を立体的に構築した一
実施例を示す。マスク１２とウエハー１３の位置
合せは二次元的な自由度をすべて押える必要があ
る為通常マスク及びウエハー上の複数個の場所を
観測して行なわれる。第３図の例は２ケ所を観測
検知している配置例であり、走査レーザー光を２
つの光路に分割する役目は屋根型ミラー２５が果
している。２５の反射の屋根部の稜線もしくはそ
の稜線の近傍は対物レンズ１１とリレーレンズ８
によつて形成されるマスク１２の一次結像面とな
つている。即ち屋根の稜線は接眼レンズ２４で観
察するとき、視野の分割線の働きをする。第３図
中の番号は第１図の原理図の番号と対応している
が、番号のふつていない部分は光路を折り曲げる
のに用いられるミラー又はプリズムをあらわして
いる。又、対物レンズの瞳１０は第１図では説明
の便宜上絞りを書いて示したが、瞳１０の有効径
は対物レンズ１１の有効径などから必然的に定ま
るので特に機械的な絞りを置く必要はない。従つ
て第３図では瞳１０の位置に特別な部品を置く事
は省略してある。 従来この様な光学系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、この方式の欠
点はアライメントの為に必要とされる特殊な領
域、即ちアライメント用の特殊マークの占める部
分の割合が大きくなり、それによる損失が大きい
所にあつた。アライメントマークは２次元的な位
置合せを行うので２つの平行移動成分xyと回転
の自由度θという３つの自由度を検知する為に、
通常マスク上の２ケ所に設けられている。焼き付
けを行なわれるウエハーに必要とされるマークの
数も対応する個数、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ケ所設け
られる事になる。マークは通常実素子のチツプの
領域をアライメントマーク用にふりかえる事によ
り形成される。第４図にこの方式で作成したマス
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つのチツプをアライメントマ
ーク用に供出する。このアライメントマークの設
置は次の２つの点で問題が大きい。１つはチツプ
サイズが大きくなり、マスク上にパターニングで
きるチツプの数が減少してくるにつれ、少くとも
２つのチツプは消費してしまうアラインメントマ
ークの存在が生産効率上大きな問題となつてきて
いる事である。この問題は今後ますます重要な問
題となつてくる事と考えられる。尚、ウエハーの
みをアライメントするためにアライメントマーク
をチツプとチツプの間に設けた例がIBM
Technical Disclosure Bulktin
Vol.17No.10March 1975の2895頁に記載されてい
る。 もう１つの問題としてオフセツト処理がある。
第４図の様なマスクを製作する手順は通常は２つ
に別れる。第１段階は実素子のパターンを作成す
る過程で、通常10Xのレチクルからステツプ・ア
ンド・リピート方式でマスク上に画像が写し込ま
れる。この際アライメントマークの部分、即ち、
第４図でＸを記した部分は焼き付けるパターンが
実素子ではないので焼き付け動作が行なわれな
い。次に第２段階として、10Xのレチクルをアラ
イメントマーク用に交換し、改めて、空けておい
たＸ印をつけた部分にマークを焼付けるのであ
る。２段階の操作を行つた為、最初のレチクルと
２番目のレクチルの間にセツテイングの誤差が生
じる。これがオフセツトである。オフセツトのあ
る場合にはウエハーとマスクのアライメントマー
クを完全に合致させると実素子の方の位置合せが
狂つてしまう。肝心な実素子の方の整合をきちん
と行う為にはあらかじめアライメントマークの方
をわざとずらして合わせてやる必要がある。ずら
し量は前述のマスク作製過程での２種類のレチク
ルのセツトの誤差に依存する為、全くランダムで
あり、マスク毎に異なるという面倒な現像を生ず
る。このずらし量、即ちオフセツト量を各マスク
毎に設定する手間は大変である。 本発明は以上の様な点に鑑て為されたものであ
り、前述のオートアライメント光学系で信号を検
知する領域が線状又は帯状の細長い形状をしてい
る事に着目して為されたものである。本発明では
信号検出領域の上記の形状に適合してアライメン
トマークを実素子のチツプをつぶして入れる代り
に、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に入れてしまう事を前提と
する。第５図ａにスクライブ線の領域にアライメ
ントマークを入れた例を示す。一つ一つのチツプ
の大きさは第４図の場合と同じであるが、斜線を
ひいた部分、即ち実素子のチツプとチツプの間の
スクライブ線の部分にアライメントマークが設け
られている。第５図ａでは各チツプの上側のスク
ライブ線の領域を使用しているが、アライメント
マークの形状によつては各チツプの横にあるスク
ライブ線の領域を使用したり、又はスクライブ線
の領域全てを利用する事も可能である。第５図ａ
のマスクは第５図ｂに示した実素子パターンにア
ライメントマークまで形成されたものを１つのユ
ニツトと考えて、この10倍のレチクルを作り、こ
のレクチルを1/10倍にマスク上にステツプアンド
リピートで焼き付けるという操作を例えば行えば
容易に作成する事が出来る。最初から実素子とア
アライメントマークを一緒に作つて同時にマスク
上に打ち込んでいるのでマークと実素子の間の相
対関係は常に保たれており、オフセツトは生じな
い。レチクルが１枚で済む事もマスク作製上の手
間から見て効果が大きい。更に大きな効果はアラ
イメントマーク用の領域として従来チツプ間の空
隙として利用されていなかつたスクライブ線の領
域を用いる事により、マーク用にチツプをわざわ
ざつぶさなくても済むという事である。例えば第
４図と第５図を比較すれば第４図では47個のチツ
プしか取れないのに対し、第５図では49個のチツ
プを取る事が出来、これだけでも収率は4.3％上
昇する。即ちスクライブ線にマークを入れる事に
よりこれまで問題となつていた点は総て解決して
しまうのである。 この様にスクライブ線の中にマークを入れる事
が可能になつたのは前述の様に光電検出に寄与し
ている領域がマスク及びウエハー上で占めるのは
レーザースポツトが走査している極く細い帯状の
部分である事に寄因している。通常走査スポツト
径は10μｍ前後にとられるので走査線が物体面上
で占める領域の幅はせいぜい数10μｍ程度であ
る。その意味でレーザーの走査線を幅が100μｍ
前後のスクライブ線の中に入れる事が十分に可能
である。また10μｍ前後のスポツトに大きなエネ
ルギーを集中できるレーザーを用いたからこそ、
光量的に問題なく小さな部分からの信号検出が可
能になつたと言える。本発明では従つて最終的に
アライメントされた状態で、レーザー走査線がマ
スク及びウエハーのスクライブ線の領域の中に納
まつている事を特徴としている。 線又は帯状の検出領域に適合して２つの物体の
相対的な位置ずれを検出するマークとしては例え
ば昭和52年１月21日に特願昭52−5502号として本
出願人により出願された「光学装置」にその実施
例がある。このマークは一方に伸びた線又は帯状
の領域によつて、ｘ、ｙのずれ量を検知する事が
可能である。第６図にマークを示す。第６図ａは
マスク（又はウエハー）用のアライメントマー
ク、ｂはａに対応するウエハー（又はマスク）用
のアライメントマーク、ｃは両者をアライメント
させた状態を示す図である。ｃ図で一点鎖線で示
されているのが信号を検知する線又は帯状の領域
である。各線の間の間隔をw₁〜w₅と定義すれ
ば、マスクに対するウエハーのずれ量△ｘ、△ｙ
は △ｘ＝（ｗ_１−ｗ_２）＋（ｗ_４−ｗ_５）／４ △ｙ＝−（ｗ_１−ｗ_２）＋（ｗ_４−ｗ_５）／４ という簡単な式で計算する事ができる。△ｘ、△
ｙは第３図に示した様に通常左右２ケ所で検出さ
れる。この量をそれぞれ（△ｘ左、△ｙ左）、（△
ｘ右、△ｙ右）とし、２つのマークの間の距離を
Ｌとすると、マスクとウエハーの相対的なずれ量
△Ｘ、△Ｙ、△θは △Ｘ＝△ｘ右＋△ｘ左／２ △Ｙ＝△ｙ右＋△ｙ左／２ △θ＝△ｙ右−△ｙ左／Ｌ で与えられる。ずれ量をこの様に検出した後は、
この値を補正する様に機械系を駆動すれば良い事
になる。猶この場合の電気系の出力は第６図ｄの
様になりマークのエツジに対応する所でパルスが
形成され、そのパルスの時間間隔を測定する事に
よつてw₁〜w₅を算出する事ができる。 以下本発明を具体的に説明していく事とする。
本発明でのアライメント動作の最終形態でレーザ
ー走査線がマスク及びウエハーのスクライブ線の
中に格納されるという事は既に述べた。マスクに
自動位置合せ用の駆動機構が装備されていない場
合、この条件は対物レンズの位置再現性に制限を
加える。対物レンズは例えば第３図の様な構成で
マスク及びウエハーを観察し、レーザー光を照射
して所望の信号を得るのであるが、マスクパター
ンをウエハーに転写する所謂、露光時には、焼き
付け光を邪魔しない様な所まで退避させられる。
露光が終つた後、対物レンズは再びマスク上に戻
つてくるが、マスクに自動の駆動機構が付いてい
ないとすれば、対物レンズの走査線は戻つた状態
で必ずマスク上のアライメントマークを捉えてい
なければならない。捉えていない場合にはマスク
と対物レンズの位置を調整する自動機構が無いの
で、レーザー走査線はいつまでたつてもマスク上
のアライメントマークの信号を検知する事ができ
ない。通常スクライブ線は100μｍ前後の値を持
つているので要求される対物位置再現性は数10μ
ｍであり、メカニカルに十分実現可能である。従
つて対物レンズが露光の為に出入りしても、常に
マスク上のアライメントマークからの信号を検知
する事が出来ると考えて良い。ウエハーについて
もマスクと同様の事が成り立つ事が望ましく、マ
スクに対するプリアライメント精度が良ければ走
査ビームが常にマークを捉える事ができるが、現
状のプリアライメント精度ではこの事を常に実現
するのは困難である。しかし、その代りにウエハ
ーには自動位置合せ用の駆動機構が付随している
ものとする。 本発明ではウエハーと走査線の前記の様な状況
に鑑て、ウエハー上のアライメメントマークを検
出する為に二段階の動作を行う事を特徴とする。
即ち、本発明では第一段階としてスクライブ線自
体の検知を行い、スクライブ線内のアライメント
マークにレーザー走査線を合致させる動作を行
い、然る後第二段階として検知したアライメント
マークの信号に従つてオートアライメントを行う
事を特徴とする。更に本発明ではスクライブ線を
検知する為にスクライブ線内を２種類の領域に区
分し、一方を通常のアライメントマーク用、他方
をスクライブ線検知の為の特殊マークを入れた領
域として使用する事を特徴とする。 本発明によるスクライブ線の検知を行う為に
は、ウエハーのプリアラインメントを予め所定の
方向にずらしておくと都合が良い。こうする事に
より次の様なアライメント動作が可能となる。例
として第７図の様なシークエンスを例にとつて説
明する。第７図ａは顕微鏡で観察した視野での初
期状態を示している。以後のアライメント動作で
の不動部分は４０の視野分割線、４１で示される
レーザー走査線、及び４２で点線で示されている
マスク上のアライメントマークである。動く部分
はウエハーで４３で示されるスクライブ線検知用
特殊マーク、４４のウエハー用アライメントマー
クである。４３，４４の占める領域がスクライブ
線の中に格納されているのが本発明の特徴とな
る。尚、図中には繁雑となるので示していないが
アライメントマーク部分以外の所には実際の素子
パターンが配列されている。 さて第７図ａの初期状態で、ウエハーはあらか
じめ所定方向に故意に偏つた位置、即ちａでは走
査線の下方にセツトされている。故意に偏つた位
置に置く事によつてウエハーを最初に駆動する方
向を予め定めておく事ができる。ａではｙの正方
向に対してウエハーを駆動する。駆動していつて
到達するのがｂの状態である。ｂでは左側の視野
のスクライブ線検知用の領域４３がまず４１のレ
ーザー走査線に捉えられ、スクライブ線の検知信
号を出す。この状態から所定の量だけ更にｙの正
方向に駆動すれば左側視野で示される部分は４３
の下に位置しているアライメントマーク４４を捉
える事ができる。右側の視野については未だスク
ライブ線に当つていないので、更にｙの正方向に
駆動する事によつて４３を捉える事が出来、その
状態を示したのがｃである。第７図ｃの状態で左
右両視野ともスクライブ線の位置を検知できたこ
とになるので、次はｘ、ｙ、θの駆動機構を動か
してｄの様にウエハー上のアライメントマークを
走査線４１に合致させる事ができ、最終的な整合
状態ｅにまで導く事ができる。尚、ｘ、ｙ、θの
モーターを複合させて動かす時期については種々
の場合が考えられるが、最適なのは左右どちらか
の視野からのアライメントマークから信号を受け
た時からという方式である。 第８図にスクライブ線検知用のマークの幾つか
の実施例を示す。第６図ｂに示してあるウエハー
用のアライメントマークの上にスクライブ線検知
用の特殊マークが図示されている。第８図ａには
細かいストライプ状のパターン、ｂにはより粗い
バーパターンの列、ｃにはモザイク状のパター
ン、ｄは故意にパターンを抜いてあるブランク領
域となつている。各パターンの左側に示されてい
るのがスキヤンするスポツトである。 各パターンを走査した時光電検出器から出てく
る出力を第９図に示す。第９図のａ，ｂ，ｃ，ｄ
はそれぞれ第８図ａ，ｂ，ｃ，ｄのパターンに対
応している。出力は先に第１図について述べた様
に、マークのエツジ部にさしかかつた所で出てく
るので第９図の様な形を示すのである。第８図及
び第９図でａの場合にはスキヤンスポツトが常に
ストライプのエツジにひつかかつているので、ス
キヤンしている間中、高い出力値を得る事ができ
る。ｂの場合にはスキヤンスポツトがエツジを横
切る度に周期的な出力が出る。ｃの場合はａと同
じで、スキヤンスポツトが常にモザイク模様のエ
ツジにかかつているので、スキヤンしている間中
高い出力値が出る。ｄではスポツトを散乱させる
エツジが存在していないので常に低い出力値であ
る。スクライブ線検知用マークの以上の実施例に
示される様に検知用マークは信号処理に適した特
徴ある出力が出て来る様に設計されている。例え
ば前記４例とも適当な閾値電圧Ｖ_THを定めると (a) では常に出力がＶ_TH以上 (b) では出力がＶ_TH以上になる回数（パルス数）
が所定の回数 (c) では常に出力がＶ_TH以上 (d) では常に出力がＶ_TH以下 という様な特色ある出力を示す。ｂについては周
波数分析をする方法も考えられる。スクライブ線
検知用のマークの位置とアライメントマークの位
置は予め所定の関係だけ離れているので、スクラ
イブ線検知マークを検知した後所定の量だけウエ
ハーを動かせば、ウエハー上のアライメントマー
クを捉える事ができ、アライメントマーク特有の
信号が得られる筈である。 スクライブ線の領域以外の領域、即ち実素子パ
ターンの領域をスポツトが走査した時の出力は素
子設計によつて異なるが、ここに設定した様にａ
〜ｄの様な出力になる可能性は稀である。最も起
こる可能性のあるのはｄで工程の初期段階で末だ
パターンがそれ程ウエハー上に形成されていない
時走査領域内にパターンが存在しない場合であ
る。この時でも出力が無い所から所定の間隔の位
置にアライメントマークがあるという条件を付加
する事によつて、アライメントマークの位置を判
定する事ができる。 以上に説明した様な出力を論理的に判断する事
によりスクライブ線を検知し、更にアライメント
マークを見出す事が可能なわけであるが検知信号
のＳ／Ｎ比を高める為にはストツパーの形状を工
夫する、即ち光学情報処理の言葉で言えば空間周
波数フイルタリングを行うと改善する事ができ
る。第１０図に空間周波数フイルタリングの概念
を示す原理図を示した。左側の図の外側の円は第
２図で対物レンズの作用を示した時にも説明した
対物レンズの瞳面での光の分布、右側の図は左側
の瞳面での光の分布の得られるパターンを例示し
たものである。図中一点鎖線は走査線をあらわし
ている。 左側の図のうち黒丸で示した部分は非散乱光の
部分で、ハツチングを施した部分が散乱光をあら
わす部分である。散乱光は実際のパターンの伸び
ている方向と直角な方向に散乱するので、図の様
な拡がりを示すのである。ａの様に斜め±45゜方
向に伸びているパターンはやはり±45゜方向に拡
がるし、ｂの様な縦横パターンは十字形の拡がり
を持つ。また例えばｃの様にゴミがある時、或い
はパターンのコーナーなどの角では光はランダム
に拡がる。従つてアライメントマークとして第６
図の様な45゜方向に伸びたパターンを考えると瞳
位置での光の分布はａの様になり、実素子の殆ど
の部分を占める縦横の線からの光の分布はｂの様
になり、またゴミなどからの光の分布は、ｃの様
になる事を予め知る事ができる。ここで欲しい信
号はａの様な分布をしているので、ゴミなどの影
響を成る可く除く為、ストツパーとして１６Ａの
様な形状のものを用いた例を第１１図に示した。
信号光となる散乱光の方向のみを透過するストツ
パーなのでＳ／Ｎ比を上げる事が出来る。更に積
極的な光学的フイルタリングを用いようとする場
合には第１１図ｂに示す様に光電検出系を２つの
チヤンネルに分割し、片一方には先の１６Ａの様
なストツパーを入れもう一方のチヤンネルには逆
にアライメントパターンからの情報を通さない１
６Ｂの様なストツパーを入れて構成すると良い。
両チヤンネルの出力を４１で示される差動アンプ
に入れる事によりＳ／Ｎ比を大幅に向上させる事
ができる。ストツパー１６Ａの入つているチヤン
ネルをＡチヤンネル、１６Ｂの入つているチヤン
ネルをＢチヤンネルとすると次の表の様な関係が
成立するからである。

【表】 縦横方向の実素子パターンはＡチヤンネルとＢ
チヤンネルの出力比から正負いずれにもなり得る
が、互いにキヤンセルし合うし、ゴミの出力につ
いても同様である。しかもアライメントマークか
らの出力については殆ど何の影響も受けずに取り
出す事ができるのである。但し最後の場合45゜方
向の実素子パターンについては良い結果を与えな
いが、この時には出てくる出力の本数、或いはス
クライブ線検知用マークとの対応で論理判断する
ことができる。第８図でスクライブ線検知用マー
クを45゜の方向の線で構成したのはその為で散乱
光は45゜方向に伸びて１６Ａのストツパーをけら
れることなく通過する事が出来る。 自動的に電気信号からスクライブ領域に入つた
との判断を行う場合、例えば第８図ａの様なアラ
イメントマークとスクライブ線検知用マークを用
いた場合の電気処理系のブロツク図の一例を第１
２図に示す。光電検出器１８からの出力はプリア
ンプリフアイアー５０に送られて増幅される。プ
リアンプリフアイアー５０からの出力は分割さ
れ、本発明の判別手段となる５１〜５２で示され
たスクライブ線検知用のハードウエア、本発明の
抽出手段となる５５〜５７で示されたマーク処理
用のハードウエア及びタイミング回路５４に送ら
れる。 第８図ａの様なマークの構成をとつている時に
スクライブ線検知用マークを走査した時の出力は
第９図ａに示されている。従つて検知用マークを
走査しているか否かの判定の為に出力はローパス
フイルター５１を通過した後比較器５２に送ら
れ、先述の基準レベルＶ_THと比較される。ローパ
スフイルター５１は出力を平滑化する目的で挿入
されたものである。比較器５２からの出力はマイ
クロコンピユーター５３に投入される。又、プリ
アンプリフアイアー５０の出力から走査の開始及
び終了信号を得る為、５０からの出力はタイミン
グ回路５４に送られている。５４からの走査開始
及び終了信号はマスク及びウエハーの信号を取り
出す際の電気的な窓を作る基準信号となる。５４
からの出力も同様にマイクロコンピユーター５３
に投入される。一方マーク処理用のハードウエア
ーの方に入つたプリアンプリフアイアー５０から
の出力はまず矩形波整形回路５５に送られ、ここ
でパルス状波形に整形される。このパルス波はパ
ルス間隔計数回路５６によつてパルス間隔が測定
される。又このパルス波はパルス波数計数回路５
７に送られる。５６及び５７の結果がそれぞれマ
イクロコンピユーター５３に送られる。５８はマ
イクロコンピユーター５３の出力によつてＸモー
ター５９、Ｙモーター６０、θモーター６１を駆
動制御する回路である。 次いでこの電気系の作動を説明する。電気系の
作動は第７図で説明した動作を電気信号に翻訳し
て述べることができる。マスクとウエハーの状態
は第７図ａの状態即ち走査線がマスク上のアライ
メントマークを捉えているが、ウエハーのアライ
メントマークはプリアライメントされた状態で所
定の方向、この場合には−Ｙ方向にずれているも
のとする。従つてプリアライメントされた後、先
ずウエハーはマイクロコンピユーター５３の指示
により５８の制御回路を介してＹモーター６０に
よりｙの正方向に駆動される。この場合走査線は
ウエハー上の実素子パターン上にあるので、比較
器５２の出力はスクライブ線検知マークを検出し
た時の所定の出力を示さないので、マイクロコン
ピユーターの出力は何等Ｘ、Ｙ及びθ（回転方
向）モーターの状態に変化をもたらさない。従つ
てＹモーターは更に回転し、ウエハーをｙの正方
向に送つていく。 次いで走査線がウエハー上のスクライブ線検知
用マークを捉えた場合について説明する。この場
合回路５２からの出力が所定のものとなり、マイ
クロコンピユーター５３はスクライブ線検知用マ
ークが走査線と一致した旨の判断を下す。アライ
メントマークはスクライブ線検知用マークから所
定の距離だけ離れているのでマイクロコンピユー
ターはその所定の距離だけ更にＹモーターを駆動
する様に指示し、今度は入力５６，５７に注目す
る事になる。スクライブ線信号検知の回路５２は
この段階で役目を果した事となるが、複雑な構成
を持つ実素子パターンの中には偶然にスクライブ
線検知用マークと同じ様な入力を５２に与える可
能性が全く無いとは言えない。しかし、その場合
にはウエハーを更に送つて走査線がアライメント
マークに合致するという状態にした時、パルス数
計数回路５７の出力により判断される。アライメ
ントマークからは既に第６図ｄに示した様に４個
〜６個のパルス数しか検出できない筈である。マ
スクとウエハーのアライメントマークの線が重な
つている場合は４個或いは５個、重なりが無けれ
ば６個のパルスが検出される筈である。重なりは
Ｘ、Ｙ、θモーターのいずれかを少し駆動する事
によつて解除できるので結局パルス数を６個でき
るか否かを判定する事によりアライメントマーク
の検知を確実に行う事が出来る。更にスクライブ
線検知用マークの幅を調べるといつた様な判断も
加えてやればより確実である。尚、パルス数計数
回路５６で一走査分のパルス数のカウントはマイ
クロコンピユーター内でタイミング回路５４の出
力との演算によつて行なわれる。アライメントマ
ークは通常２ケ所に設けられておりこれに対応し
て第３図ではデイテイクターも左右の系にそれぞ
れ１つずつある。この場合マイクロコンピユータ
ー５３には実際には左右の系からの信号が並列に
入力される事になり、フオトデイテイクター１８
から回路５０〜５７に至る系が２セツト用意され
てマイクロコンピユーターに連がれる。 この様にして用意された２つのフオトデイテイ
クター系の出力からマイクロコンピユーターはス
クライブ線の位置を前述の方法で判定し、走査線
とアライメントマークを合致させる事ができる。
この後はタイミング回路５４の出力とパルス間隔
計数回路５６の演算の結果アライメントマークの
間隔がマイクロコンピユーター５３内で測定され
る。左右の系とも前述の所定の計算式に基づいて
ずれ量が算出され、Ｘ、Ｙ及びθモーターへの駆
動量が駆動回路５８から出力されマスクとウエハ
ーのアライメントが行なわれる。 第１２図の電気系ではローパスフイルター５１
を使用した例を説明したが、ローパスフイルター
の代りに積分器を使用する事も同様に可能であ
る。 ここ迄の説明は第８図ａの場合を例としていつ
たが、第８図ｃの場合もほぼ同様であり、ｄの場
合には５２からの出力の判断を逆にすれば良い。
また第８図ｂの場合には５１をバンドパスフイル
ターとして、５２の代りに５５〜５７の系を後に
入れる等、系の構成はスクライブ線検知用マーク
の仕様によつて色々と考えられる。 またＳ／Ｎを上げる為、第１１図ｂに示した様
な２チヤンネルで信号検知をして差分をとるとい
う方式も有効な手段である。 以上述べてきた様に本発明ではスクライブ線領
域にアライメントマークとスクライブ線検知用マ
ークを一緒に格納する事により二段階のアライメ
ント即ちスクライブ線の検知からアライメントマ
ークによる整合という動作を行うことによつて従
来の懸案を解決したものである。猶、本発明では
マスクは固定とし、走査線がマスク上のアライメ
ントマークを常に捉えるという前提で話を進めた
が、マスクにも駆動装置がある時にはウエハーに
ついてと全く同様の方式でアライメント動作を行
う事ができる。特にマスクとウエハーを一体とし
て走査して焼き付ける走査型の焼き付装置の場合
には、焼き付け時にマスクが動いてしまうので焼
き付け後、再びマスクと顕微鏡に対して所定の位
置に来る様にしなければならない。その際マスク
に本発明の様なスクライブ線検知用マークをつけ
ておきそれを検知して走査線をマスクのアライメ
ントマーク合致の微調を行うのも一法である。
又、焼付け終了時にはウエハーがきちんと整合さ
れた状態にあるのでマスクとウエハーを整合され
た状態のまま元へ戻し、ウエハー上のスクライブ
線検知用マークを再び検知する事によつてマスク
のアライメントマークのの位置を知る事も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関係する光学系を示す図、第
２図は本発明の原理の一つをなすテレセントリツ
クレンズの作用を示す図、第３図は本発明の光学
系の第一実施例を示す図、第４図は従来のアライ
メントマーク入りマスクの例を示す図、第５図は
本発明によるアライメントマークの入つたマスク
の例を示す図、第６図は本発明の光学系に適した
アライメントマークの例を示す図、第７図は本発
明によるマスク及びウエハーの整合の仕方を示し
た図、第８図は本発明によるマーク構成の実施例
を示す図、第９図は第８図に示したマークによる
光電出力を示した図、第１０図は瞳面での光の分
布を示した図、第１１図はＳ／Ｎを上げる為方向
性のあるフイルターを配置した光学系の説明図、
第１２図は電気系のブロツク図である。図中、 １……レーザー、２……集光レンズ、３……回
転多面鏡、４，６，８……レンズ、５，７，９…
…ビームスプリツター、１０……対物レンズの
瞳、１１……対物レンズ、１２……マスク、１３
……ウエハー、１４……瞳結像レンズ、１５……
フイルター、１６，１６Ａ，１６Ｂ……ストツパ
ー、１７……集光レンズ、１８……光電検出器、
１９……目視用光源、２０……集光レンズ、２
１，２３……フイルター、２２……エレクター、
２４……接眼レンズ、２５……視野分割ミラー、
４１……差動増幅器、５０……プリアンプリフア
イアー、５１……ローパスフイルター、５２……
比較器、５３……マイクロコンピユーター、５４
……タイミング回路、５５……パルス波形整形回
路、５６……パルス間隔測定回路、５７……パル
ス数測定回路、５８……モーター駆動回路、５９
……Ｘモーター、６０……Ｙモーター、６１……
θモーター、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクライブ線若しくは実素子パターンと実素
   子パターンの間の細帯状の領域にアライメントマ
   ークが形成された半導体回路製造用マスク若しく
   はウエハーにおいて、前記スクライブ線若しくは
   細帯片の領域には、更に前記アライメントマーク
   及び実素子パターンと光電的に異なる信号が得ら
   れるスクライブ線若しくは細帯状の領域を検出す
   るためのパターンが設けられていることを特徴と
   する半導体回路製造用マスク若しくはウエハー。 ２ スライブ線若しくは細帯状の領域を検出する
   ための前記パターンは、前記アライメントマーク
   若しくは実素子パターンを光電的に検出した際に
   得られるであろう光電出力に対して、強度、周波
   数、パルス数の少なくとも一つが異なるように形
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体回路製造用マスク若しくはウエハ
   ー。 ３ 半導体回路製造用マスクエレメント及びウエ
   ハーエレメントを所定の位置関係に整合させる装
   置において、マスクエレメントを保持する保持具
   と、ウエハーエレメントを保持する保持具と、光
   電出力を得るために前記エレメントを走査位置で
   走査線に沿つて光電的に走査する光電手段と、前
   記保持具の少なくとも一方を前記走査位置に相対
   的に移動させる移動手段と、この移動手段によつ
   て移動される前記保持具上の前記エレメントのス
   クライブ線若しくは実素子パターンと実素子パタ
   ーンの間の細帯状に領域に設けられたスクライブ
   線若しくは細帯状の領域を検出するためのパター
   ンに応じた光電出力を他の光電出力に対して判別
   する判別手段と、この判別手段の出力に基づいて
   前記エレメントのスクライブ線若しくは細帯状の
   領域に設けられたアライメントマークに応じた光
   電出力を他の光電出力より抽出する抽出手段とを
   含むことを特徴とする整合装置。 ４ 前記光電手段は移動スポツト光発生器を有
   し、この発生器によつて得られた移動スポツト光
   によつて前記エレメントを走査することを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の整合装置。 ５ 前記光電手段は光電検出器と、前記エレメン
   トからの反射光のうち、非散乱光を遮断し、散乱
   光を前記光電検出器に導くフイルターを有してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   整合装置。