JP2001267235A - 露光装置及びその露光装置におけるフォトマスクの位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの結晶方位に沿ったパターンの形成を
高精度かつ簡単に実現できるようにする。 【解決手段】 回転可能とされたステージ１１と、その
ステージ１１に搭載されたウエハ１２にＸ線を照射する
Ｘ線源１３と、そのＸ線の回折光強度を検出するＸ線検
出器１４とを具備するものとする。例えばウエハ１２へ
の最初のパターン形成時のように何の目標物も設けられ
ていないウエハ１２にパターン形成する際、Ｘ線源１３
とＸ線検出器１４とを用い、Ｘ線回折法によりウエハ１
２の結晶方位を検出して、その結晶方位に基づきウエハ
１２を位置決めすることができるため、結晶方位とパタ
ーンとのずれ（角度ずれ）を最小限に抑えることができ
る。なお、回折光の強度を検出するものであるため、検
出は容易であり、例えば自動化も図りやすい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば半導体結晶
ウエハ上に光導波路等を作成する際のパターン形成に用
いて好適な露光装置に関し、さらにその露光装置におけ
るフォトマスクの位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体結晶ウエハを用いて光導波路を作
成する、あるいはその半導体結晶を利用した光導波路を
作成するといった場合には、ウエハの結晶方位（原子配
列の方向）に沿ってパターンを形成することで、光が導
波路を通過する際に生じる導波損失を小さく抑えること
ができる。従来の露光装置で半導体結晶ウエハに対して
露光する際には、予めウエハに設けられている特定の
結晶方位を示す切り取り部（オリエンテーション・フラ
ットと呼ぶ。以下オリフラと略す。）をエアプローブ等
で検出してウエハを位置決めし、ウエハ上に設けた特
定の目標物（ターゲット）とフォトマスク上の特定のパ
ターンとを利用してパターンを転写する位置を決め、
露光する、といった手順で行われている。

【０００３】しかしながら、例えば最初のパターン形成
時のようにウエハ上に何の目標物も設けられていない場
合には、上記の方法は使用できず、のオリフラによ
る位置合わせのみに頼ることになる。この場合、光導波
路パターンの形成におけるパターンと結晶方位とのずれ
はオリフラの作製精度とオリフラの検出精度とに依存す
ることになる。例えば、オリフラの作製精度がある特定
の結晶方位に対して±０.2度、オリフラの検出精度が±
０.2度程度であるとすると、ある特定の結晶方位に対す
るパターンの角度ずれは最大で０.4度程度生じることに
なる。

【０００４】ＩｎＰ（リン化インジウム）ウエハ上に設
けたＩｎＧａＡｓＰ導波路で導波損失を計算した結果、
１００μｍ導波させた場合、結晶方位と導波路パターン
との角度ずれが０.1度で０.3 dB 、０.2度で１.1 dB 、
０.5度で６.0 dB というような結果が得られ、この結果
から導波損失を例えば１ dB 以下に抑えようとすると、
角度ずれは０.2度以内に抑えなければならないことにな
る。しかしながら、現状においてはオリフラの作製精度
及び検出精度の点から、このような高精度を満足するこ
とはできず、従って例えばウエハを一枚一枚検査してオ
リフラの作製精度が優れているものを、つまり結晶方位
に対するオリフラの角度ずれが小さいものを選別して使
用するといったことが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
においては例えば半導体結晶ウエハ上への光導波路等の
パターン形成において、何の目標物も設けられていない
ウエハへの最初のパターン形成時におけるパターンと結
晶方位との角度ずれを抑えて導波損失の小さい光導波路
を得るためには、ウエハを選別して結晶方位に対するオ
リフラの角度ずれが小さいものだけを使うといったよう
な方法で対処しており、このようなウエハの選別は非効
率的で量産には適さないものとなっていた。

【０００６】一方、このようなオリフラの作製精度と検
出精度とに依存することなく、ウエハの結晶方位に沿っ
たパターン形成を可能とするために、そのウエハの結晶
方位を測定・検出するといったことが考えられる。ウエ
ハの結晶方位を求める方法として、例えば特開平３−２
３６２１４号公報にＸ線を使用してウエハの結晶方位を
求めることが記載されている。しかしながら、この特開
平３−２３６２１４号公報に記載されている方法は、ラ
ウエ像を用いて結晶方位を求めるものであるため、結晶
方位の決定にパターンの解読を行う必要があり、その点
で簡易な方法とは言えず、例えば位置合わせの自動化を
考えた場合、かなり複雑な構成となり、その点で自動化
には不向きなものとなっている。

【０００７】この発明の目的は上述した問題に鑑み、半
導体結晶ウエハの結晶方位に沿ったパターンの形成を容
易かつ高精度に実現できるようにした露光装置を提供す
ることにあり、さらにその露光装置におけるフォトマス
クの簡易かつ高精度な位置合わせ方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、露光装置は回転可能とされたステージと、そのステ
ージに搭載されたウエハにＸ線を照射するＸ線源と、そ
のＸ線の回折光強度を検出するＸ線検出器とを具備する
ものとされる。請求項２の発明によれば、回転可能とさ
れたステージと、そのステージに搭載されたウエハにＸ
線を照射するＸ線源と、そのＸ線の回折光強度を検出す
るＸ線検出器とを具備した露光装置におけるフォトマス
クの位置合わせは、上記ステージに搭載された半導体結
晶ウエハにステージを回転させながら上記Ｘ線源とＸ線
検出器とを用いてＸ線を照射し、その回折光強度を検出
することによって半導体結晶ウエハの結晶方位を検出
し、その結晶方位と上記Ｘ線光路がなす平面とが平行と
なるように半導体結晶ウエハを位置決めし、上記結晶方
位と合致させるべき軸上に一対のスリットを具備したフ
ォトマスクを上記Ｘ線光路に挿入し、上記スリットの一
方を通過して半導体結晶ウエハに照射され、他方を通過
して上記Ｘ線検出器に入射するＸ線の回折光強度が最大
となるように上記フォトマスクの位置を調整することに
より行われる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１はこの発明による露
光装置の構成概略を示したものである。この例ではステ
ージ１１に搭載されたウエハ１２にＸ線を照射するＸ線
源１３と、そのＸ線の回折光強度を検出するＸ線検出器
１４とが設けられる。ステージ１１の上方には露光に用
いる光源、レンズ、ミラー等の光学系及びフォトマスク
の位置調整機構等が配置され、またステージ１１の横方
向（水平方向）にはウエハの自動搬送機構等が配置され
るが、これらの図示はこの例では省略している。なお、
図中、１５はフォトマスクを示し、１６はＸ線光路を示
す。

【００１０】ステージ１１はウエハ１２を真空チャック
できるもので、回転可能とされ、またＸＹＺ３軸方向に
移動可能とされている。ウエハ１２はこの例では半導体
結晶ウエハとされ、搬送機構により一枚ずつカセットか
ら取り出されてステージ１１上に搬送され、露光が終了
するとステージ１１からカセットへと搬送されるものと
なっている。Ｘ線源１３には例えばＸ線管が用いられ、
またＸ線検出器１４には例えばシンチレーションカウン
タが用いられる。これらＸ線源１３及びＸ線検出器１４
はウエハ１２に対するＸ線（例えばＣｕＫα線）の入射
光及び検出すべきウエハ１２からのＸ線の回折光の光路
がウエハ１２の表面に対して所定の角度をもつように固
定される。なお、この角度は使用する半導体結晶ウエハ
の材質と検出の対象となる結晶面により一義的に決定さ
れるものである。

【００１１】このように、この露光装置ではＸ線源１３
とＸ線検出器１４とを具備しているため、ステージ１１
を回転させることにより、Ｘ線回折法を用いてウエハ１
２の特定の結晶方位を検出することができ、検出した結
晶方位に基づき、ウエハ１２を高精度に位置決めするこ
とができるものとなっている。次に、この露光装置にお
けるフォトマスクの位置合わせ方法の詳細について説明
する。なお、以下の方法はウエハ１２に対して最初のパ
ターンを形成する場合のように、ウエハ１２上に何の目
標物も存在していない場合に適用されるものであり、ウ
エハ１２上に目標物が設けられている場合はフォトマス
ク上の特定のパターンとその目標物とを位置合わせする
ことにより、従来通り露光・パターン形成される。

【００１２】まず、Ｘ線源１３とＸ線検出器１４とを使
用してウエハ１２の結晶方位を検出する。この検出はス
テージ１１にウエハ１２を搭載し、Ｘ線源１３によりウ
エハ１２に対してＸ線を照射したまま、図２に示したよ
うにステージ１１を回転させ、また同時にステージ１１
をＺ方向に変位させながら、回折光の強度をＸ線検出器
１４によって検出することによって行われ、回折光の強
度が最も大きくなる位置（角度）を求めることによって
結晶方位が検出される。図２中、１７はＸ線の入射光を
示し、１８は回折光を示す。

【００１３】検出した結晶方位に基づき、ウエハ１２を
位置決めする。位置決めはＸ線光路がなす平面と結晶方
位とが平行となるようにウエハ１２を位置合わせするこ
とによって行われる。次に、フォトマスク１５の位置合
わせを行う。この位置合わせはウエハ１２の結晶方位を
検出した後、図３に示したようにＸ線光路にフォトマス
ク１５を挿入することによって行われる。

【００１４】フォトマスク１５には例えば図４に示した
ように、ウエハ１２の結晶方位と合致させるべき軸１９
に沿って一対のスリット２１を設けておく。なお、図４
中、２２は露光用のパターンが形成されている領域を示
す。Ｘ線入射光１７が一方のスリット２１を通過してウ
エハ１２に照射され、かつ回折光１８が他方のスリット
２１を通過してＸ線検出器１４に入射するようにし、こ
のようにスリット２１を通過してきたＸ線の回折光強度
が最大となるようにフォトマスク１５の位置を調整す
る。

【００１５】この調整によりウエハ１２の結晶方位と、
その結晶方位に合致させるべきパターンとが一致し、つ
まり結晶方位に厳密に沿ったパターンの形成が可能とな
る。なお、露光の際には必要に応じ、例えばウエハ１２
をＸ，Ｙ，Ｚ方向へ動かして露光する。このように、上
述したフォトマスクの位置合わせ方法によれば、Ｘ線の
光路に対して、ウエハ１２の位置とフォトマスク１５の
位置をθ方向において厳密に決定できるものとなってお
り、ウエハ１２上に結晶方位に沿って正確にパターンを
設けることが可能となる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による露
光装置によれば、ウエハの結晶方位を検出することがで
きるため、その検出した結晶方位に基づいてウエハを位
置決めすることができ、よってウエハの結晶方位とパタ
ーンとの角度ずれはオリフラの作製精度には全く依存し
ないものとなり、かつ角度ずれを非常に小さくすること
ができるため、従来行っていたようなウエハの選別は不
要となり、結晶方位に沿ったパターンの形成を高精度か
つ簡単に実現できるものとなる。

【００１７】また、この発明によるフォトマスクの位置
合わせ方法によれば、Ｘ線の光路に対してウエハの位置
（角度）とフォトマスクの位置（角度）を厳密に決定で
きるので、何の目標物も設けられていないウエハへのパ
ターン形成においてもウエハの結晶方位とパターンとの
角度ずれを最小限に抑えることができ、よって例えば半
導体結晶ウエハへの光導波路の作成において、導波損失
の小さい良好な光導波路を作成することができ、また結
晶方位に依存する加工（エッチングや結晶成長など）で
は加工精度のばらつきをこれまでになく小さく抑えるこ
とができる。

【００１８】なお、ウエハの結晶方位の検出及びフォト
マスクの位置合わせはＸ線の回折光の強度を検出するこ
とによって行うものであるため、自動化に適し、容易に
自動化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による露光装置の実施例を説明するた
めの概略図。

【図２】ウエハの結晶方位の検出方法を説明するための
図。

【図３】フォトマスクの位置合わせ方法を説明するため
の図。

【図４】図３におけるフォトマスクの構成概略を示す平
面図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能とされたステージと、 そのステージに搭載されたウエハにＸ線を照射するＸ線
   源と、 そのＸ線の回折光強度を検出するＸ線検出器とを具備す
   ることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 回転可能とされたステージと、そのステ
   ージに搭載されたウエハにＸ線を照射するＸ線源と、そ
   のＸ線の回折光強度を検出するＸ線検出器とを具備した
   露光装置におけるフォトマスクの位置合わせ方法であっ
   て、 上記ステージに搭載された半導体結晶ウエハに、上記ス
   テージを回転させながら上記Ｘ線源とＸ線検出器とを用
   いてＸ線を照射し、その回折光強度を検出することによ
   って、上記半導体結晶ウエハの結晶方位を検出し、 その結晶方位と上記Ｘ線光路がなす平面とが平行となる
   ように上記半導体結晶ウエハを位置決めし、 上記結晶方位と合致させるべき軸上に一対のスリットを
   具備したフォトマスクを上記Ｘ線光路に挿入し、 上記スリットの一方を通過して上記半導体結晶ウエハに
   照射され、他方を通過して上記Ｘ線検出器に入射する上
   記Ｘ線の回折光強度が最大となるように上記フォトマス
   クの位置を調整することにより、上記半導体結晶ウエハ
   の結晶方位に対する上記フォトマスクの位置合わせを行
   うことを特徴とするフォトマスクの位置合わせ方法。