(57)【要約】本発明は、一あるいは二以上の曲面を有する物体の位置ずれ検出および補正のためのシステムおよび方法に関する。特に、位置ずれ検出システムの光軸と球状半導体のような物体の中心との位置ずれを検出するためのシステムおよび方法に関する。
2006510911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面を持つ物体の位置ずれを検出するシステムであって、第1の光軸と主平面とを持ち、曲面から反射した光を受けて透過させて投光するように位置付けられた第一のレンズと、少なくとも本質的に透光性の部分をもつ第1の部材であって、第1のレンズに近くに位置付けられると共にそこを通して第1の光軸が延長し、これにより、反射光の少なくとも一部が第1の部材の本質的に透光性の部分を通るように構成された第１の部材と、第1のレンズと第1の部材の本質的に透光性の部分とを通して投光された反射光を受け取るように位置付けられ、かつ受け取った反射光に基づく投影像を形成するように操作可能な画像構成デバイスと、物体を支持するように構成された可動の支持体であって、少なくとも、第１の光軸に平行な第１の軸内において、第１レンズの主平面に対して少なくとも２位置の間で物体を可動に操作可能な支持体と、をもつことを特徴とする位置ずれ検出システム。
【請求項２】
請求項１のシステムにおいて、光を供給可能な光源を有しており、第１のレンズがこの光源からの光を受光してそれを曲面上に投光するように位置付けられている位置ずれ検出システム。
【請求項３】
請求項１のシステムにおいて、反射光を受け取ってそれを投影画像の電気的データへと変換することが可能なCCD素子と、電気的データを受け取るよう連結されかつ投影画像を表示するように操作可能なディスプレイと有する位置ずれ検出システム。
【請求項４】
請求項１のシステムにおいて、曲面が曲率の中心を持ち、第一の光軸に対する曲率中心の位置ずれを代表する位置において画像構成デバイス上に形成される本質的に中心の部分を投影画像が持つことを特徴とする位置ずれ検出システム。
【請求項５】
請求項４のシステムにおいて、さらに、可動の支持体は、いかなる位置ずれをも本質的に解消するように物体を動かすことができるものである位置ずれ検出システム。
【請求項６】
請求項１のシステムにおいて、第２の光軸に沿って光を供給することができる光源と、第1の光軸および第２の光軸に対して予め決められた角度を成し、供給された光を第１の光軸に沿って第1のレンズへ向けて反射すると共に、反射光を画像構成デバイスに向けて通過可能とするハーフミラーを有する位置ずれ検出システム。
【請求項７】
請求項６のシステムにおいて、マスクは、少なくとも、第２の光軸に沿って光源とハーフミラーとの間に置かれた部分を有し、それによって曲面上に回路パターンが形成されるものである位置ずれ検出システム。
【請求項８】
請求項７のシステムにおいて、光源とマスクとの間で第２の光軸中に出し入れ可能で、光源から投光された光から所定の光周波数を除去する光フィルターを有する位置ずれ検出システム。
【請求項９】
請求項７のシステムにおいて、マスクがパターン・ジェネレータである位置ずれ検出システム。
【請求項１０】
請求項７のシステムにおいて、
第２のレンズは、第２の光軸に沿って光源とマスクとの間に置かれる位置ずれ検出システム。
【請求項１１】
請求項１のシステムにおいて、第３のレンズは、第1の光軸に沿って第1の部材と画像構成デバイスとの間に置かれる位置ずれ検出システム。
【請求項１２】
請求項１１のシステムにおいて、第1および第３のレンズは、それぞれ凹レンズである位置ずれ検出システム。
【請求項１３】
請求項１のシステムにおいて、画像構成デバイスは、第1の光軸に対して所定の角度を持つ第３の光軸に沿って配置され、さらに、ハーフミラーは、第1の光軸および第３の光軸に対する所定の角度を成し、曲面から反射される光を第３の光軸に沿って画像構成デバイスの方へ反射するものである位置ずれ検出システム。
【請求項１４】
請求項１３のシステムにおいて、光源は光を供給し、ハーフミラーは第1の光軸に沿って第一のレンズへ向けて供給された光を通過させる位置ずれ検出システム。
【請求項１５】
請求項１のシステムにおいて、第1の部材は絞り環であって、本質的に丸形に形成され所定の直径を持つ開口部を有するものである位置ずれ検出システム。
【請求項１６】
曲面を有する物体の位置ずれを検出する方法であって、少なくとも曲面を照らすこと、第１の光軸を有する第1のレンズと本質的に透光性の部分を少なくとも有する第１の部材とを通して曲面から反射される通過光があること、本質的に中心の部分を持っている画像を反射光を利用する面に形成すること、そして、第1の光軸に対して、形成された画像の本質的に中心の部分の位置に基づく位置ずれを決めること、から成る位置ずれ検出方法。
【請求項１７】
請求項１６の方法において、光源からの光によって曲面を照射することを特徴とする位置ずれ検出方法。
【請求項１８】
請求項１７の方法において、第1のレンズを通して、曲面へ光を透過することを特徴とする位置ずれ検出方法。
【請求項１９】
請求項１６の方法において、表示装置に投影画像を表示する位置ずれ検出方法。
【請求項２０】
請求項１６の方法において、曲面は曲率中心を持ち、画像は第1の光軸に対する曲率中心の位置ずれを代表する位置に形成される位置ずれ検出方法。
【請求項２１】
請求項１６の方法において、物体を動かして本質的にいかなる位置ずれをも取り除く位置ずれ検出方法。
【請求項２２】
請求項１６の方法において、第２の光軸に沿って光を供給し、第1の光軸に沿って供給されるように、そして曲面を照らすために曲面に向けるように、光を反射する位置ずれ検出方法。
【請求項２３】
請求項２２の方法において、曲面上に回路を形成するためにマスクを通して供給された光を通過することを特徴とする位置ずれ検出方法。
【請求項２４】
請求項２３の方法において、供給された光がマスクを通過する前に、選択的にフィルタをかける位置ずれ検出方法。
【請求項２５】
請求項２２の方法において、供給された光を、第２の光軸に沿って配置された第２のレンズに透過させる位置ずれ検出方法。
【請求項２６】
請求項１６の方法において、第1の光軸に沿った第３のレンズを通して反射光を透過することを特徴とする位置ずれ検出方法。 
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
多くの製品に用いられる半導体デバイスにかかるものである。
【従来の技術】
【０００２】
一般的に、半導体デバイスは初め通常は円筒形に成長させたシリコン(あるいは他の基礎の半導体材料)鋳塊によって製造される。そして、鋳塊は一般に平らな丸いウエハーへスライスされる。多様な熱的・化学的・物理的過程を通して、拡散、酸化、エピタキシアル成長、イオン移植、堆積、エッチング、スパッタリング、研磨、およびクリーニングがなされ、能動および受動デバイスがウエハーの一つあるいは両方の表面で形成される。ウエハーは、個々の長方形の半導体ダイにカットされ、配線部材に接続され、カプセル化され、そして別個の、あるいは集積回路としてパッケージされる。パッケージされた別個の、および統合される回路は、所望の電気的機能を実行するために、互いに連結されたプリント回路にマウントされる。
【０００３】
近年、表面が球形の平らでない集積回路として知られる半導体集積回路デバイスのタイプが現れた。球面形状の集積回路は、従来の平らな集積回路を越えていろいろな利点を提供する。例えば、球形の集積回路の物理的寸法は、多くの異なる製造過程に適合することを可能にする。その形のために、表面が球形の平らでない集積回路は、従来の集積回路に比べてより広い表面積を持つ。ゆえに、従来の平らな集積回路に比べて、球形の集積回路は、その表面でより多くの(またはより大きい)回路および回路要素を形づくらせる。製造される球面形状の集積回路は、多様な従来の熱的・化学的・物理的処理のステップを経る。
【０００４】
球面形状集積回路を製造するためのシステムおよび方法は、米国特許５,９５５，７７６号(ISHIKAWA)で明らかにされた。ISHIKAWAによれば、一旦球形の半導体結晶が形づくられれば、それぞれは、多様な従来の熱的・化学的・物理的過程を経る。その後、回路素子は、従来の平らな集積回路で回路要素を形成するために常用されるのと同じ基礎的な処理ステップを利用して、球面上に形成される。特に、フォトレジストが、球の表面に適用される。露光器具を使うことで、光源からの光がマスクを通して球面に投射される。マスクは回路パターンを有しており、その結果として、この回路パターンは球状半導体の表面へ投影される。マスクされた光は、球の表面に所望の回路を形づくるために、フォトレジストに化学変化を起こす。
【０００５】
パターンが十分な精度で球状半導体の表面に投影されることを確保するために、表面をマスクされた光に露光する前に、球状半導体の中心を露光器具の光軸に一致させるべきである。適切なアライメントの１つの方法は、球状半導体の表面にアライメント・マークを付けることである。これらのアライメント・マークを使い、いくらかの位置ずれを見つけて修正する。そして、支持体上で球状半導体が適切に位置付けられる。支持体は、露光器具の光軸が球状半導体の中心と一致するように、露光器具の中で適切な位置へと動かされる。
【０００６】
上述の位置決め過程は一般には十分に上手く動作するが、ときどき障害を発生する。特に、アライメント・マークの位置を、光学的検出装置を用いて検出するなら、十分に高い感度では位置ずれを検出することができないかもしれない。このことは、図面を参照すると分かる。図８によると，球状半導体８０４の表面のアライメント・マーク８０２が、例えば、露光器具といった光学のシステムの光軸８０６と一致したとき、アライメント・マーク８０２の幅は光学的検出器からはW0であるように見える。逆に、図９によると、球状半導体８０４が僅かに反時計回りに変位していれば、位置ずれ( dy )を引き起こす。もしアライメント・マークの幅がW0として見えるように球状半導体８０４を時計回りに回転移動したら、アライメント・マークの中心と光軸８０６の間にまだ位置ずれ( dy )が存在するはずである。ゆえに、球状半導体８０４は、アライメント・マークの中心が光軸８０６に一致するまで移送され、そしてアライメント・マークの幅は、W１に見える。例えば、代表的な図９で、光学のシステムの光軸８０６と球形の半導体の中心との間の増加の位置ずれ( dy )が在るとき、対物レンズの主平面（図８，９で平面P１として描かれている）から球状半導体８０４の表面までの距離は、適正な距離Z0と比べて、１箇所でZO + Dz1に、他の箇所でZO - Dz2になる。露光の間に、距離のこのような違いは、球状半導体の表面に投影された回路パターンの画像が不明瞭になることの原因となりうる。
【０００７】
上述の位置決め過程に関係があるもう一つの問題は、一旦、球状半導体が支持体でマウントされ露光器具の中に置かれると、検出された位置ずれを訂正できないということである。すなわち、球状半導体が支持体に置かれ、露光器具の中に位置付けられた後に、位置ずれが引き続き起こるかもしれない可能性がある。位置ずれの大きさの少なくとも一部は、支持体を動かす機構の構造に依存しており、この位置ずれ（this possible movement）を完全に無くすることはきわめて困難である。
【特許文献１】米国特許５,９５５，７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、露光器具のような光学のシステムの光軸と、球状半導体といった球面形状物の中心との間に、その表面に形成されたアライメント・マークに頼らないで、位置ずれを見つけるか又は修正するシステムおよび方法が求められている。物体が露光器具の中に置かれた後に、光学システムの光軸と球面形状物の中心との間に位置ずれを見つけたり修正したりするシステムおよび方法も求められている。この発明は、１以上のこれらのニーズを満たすべきものである。 
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第1の模範的な発明。曲面を有する物の位置ずれを見つけるためのシステムには、第1のレンズ、第1の部材、画像構成デバイス、および可動支持体で構成される。第1のレンズは第1の光軸および主平面を有するものであり、曲面から反射された光を受けて、そこを通して伝達するように配置されるものである。第1の部材は、少なくともその一部が光に対して本質的に透明であり、第1のレンズの近傍に配置され、そこを通して第1の光軸が延長されるように配置されるものであり、それによって第１の部材の本質的に透明な部分を反射光の少なくとも一部が通る。画像構成デバイスは、第1のレンズおよび第1の部材の本質的に透明な部分を通る反射光を受け取るよう置かれて、受け取られた反射光に基づく投影像を形づくるよう操作可能である。可動の支持体は、物体を支持するために構成されて、少なくとも第1の光軸と平行する第1の軸内で物体を動かすために操作可能で、これにより、物体は、第1のレンズの主平面に関する最低２つの位置の間で可動である。
【００１０】
もう一つの模範的な発明。曲面を持つ物体の位置ずれを決めるための方法で、少なくとも曲面を照らすこと及び、第一の光軸を持つ第1のレンズと少なくとも本質的に透明な部分を持つ第1の部材とを通して照らされた曲面から反射される光を通過させることを含む。本質的に中心の部分を持っている画像は、反射を利用してひとつの面に形成される。位置ずれは、第1の光軸に関連して、形成された画像の本質的に中心部分の位置に基づいて決められる。 
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】特定の望ましい実施例に従った模範的な位置ずれ検出システムを説明する。
【図２】追加的な検出装置および表示装置を含めた図１の位置ずれ検出システムを表す。
【図３】システムが露光のために構成される際の、図２の位置ずれ検出システムを説明する。
【図４】４Ａ及び４Ｂで、システムが位置ずれ検出システムのために構成される際の、図２の動作を各々説明する。
【図５】いかなる位置ずれもないとき、本発明の原則を説明するのに用いるために、位置ずれ検出システムを簡素化して描いたものである。
【図６】位置ずれがあるとき、本発明の原則を説明するのに用いるために、位置ずれ検出システムを簡素化して描いたものである。
【図７】他の実施例に関して、模範的な位置ずれ検出システムを説明する。
【図８】従来のアライメント・マークがある球状半導体、及び位置ずれが全くない時について説明する。
【図９】従来の位置ずれがあるとき、図８の球状半導体について説明する。
【発明の実施の形態】
【００１２】
位置ずれ検出システム１１０および露光システム１５０の両方を含む光学のシステム１００が図１で示される。描写された実施例で、位置ずれ検出システムはレンズ１１２、絞り環１１４、および画像構成デバイス１１６を含み、すべてが第1の光軸１１８に沿って置かれている。第1のレンズ１１２は、望ましくは少なくとも主面P１を持っている凸レンズである。詳細は後述するが、第1のレンズ１１２は、光源１２２から絞り環１１４を経由して観察曲面１２４へ送られる光を集めるために機能する。第1のレンズ１１２は、観察曲面１２４から絞り環１１４を経由して画像形成デバイス１１６上へ反射される光を集める。
【００１３】
絞り環１１４は第1のレンズ１１２の隣に置かれる。描写された実施例では、絞り環１１４は画像構成デバイス１１６と同様に第1のレンズ１１２の側に置かれており、絞り環１１４を貫通したオープニング１２８を形づくる本質的に円形の内周の表面１２６を含む。絞り環１１４は第1のレンズ１１２のどちら側に置かれてもよい。絞り環１１４は、最低２つの機能を持っている。絞り環１１４の第1の機能は、第1のレンズ１１２の被写界深度を調節するための絞りとしてである。絞り環１１４の第２の機能(詳細は下記で述べる)は、位置ずれ検出システム１１０の光軸１１８に対する観察曲面１２４の中心位置を表示するための「仮想的なアライメントマーク」としてである。絞り環１１４がオープニング１２８を含まないで、かわりに反射光に対して本質的に透明な部分を少なくとも持っているものであってもよい。絞り環１１４は、金属、プラスチック、樹脂、紙（これらに限らない）を含むいろいろな材料で形成されるものであってもよい。絞り環表面の部分は黒く着色されてもよく、および／または、その表面は顕微鏡的に見て粗い面にされてもよい。
【００１４】
上で述べられる構成において、光源１２２から放射された光は、絞り環１１４、および第1のレンズ１１２に向けられて、そこを通過する。第一のレンズ１１２は凸レンズなので、放射光が観察曲面１２４に近付くにつれて、主面Ｐ１から第一の像面Ｐ２に向けて放射光が収束するように作用する。観察曲面１２４がこの収束した放射光で照らされるとき、観察曲面１２４は、第1のレンズ１１２の方へ、その放射光の少なくともいくらかを反射する。この反射光が、反射された画像を第２の画像面P３に形づくるように、第1のレンズ１１２および絞り環１１４を通して戻る。画像構成デバイス１１６の位置がこの第２の画像面P３に一致するときに、反射された画像は構成デバイス１１６に投影される。描写された実施例では、画像構成デバイス１１６は、半透明なスクリーンである。画像構成デバイス１１６へ投影された画像の位置および倍率は、第1のレンズ１１２と観察曲面１２４との距離および第1のレンズ１１２の焦点距離に基づいて決められてもよい。より詳細は下記で議論するが、さらに、画像構成デバイス１１６へ投影される特定の画像は、第一のレンズの主平面Ｐ１に対する観察曲面１２４の位置と観察曲面１２４の曲率とに依存するものであってもよい。
【００１５】
図１が描写するように、光学のシステム１００は、さらに露光システム１５０を含む。描写された実施例では、露光システム１５０には光源１２２、第２のレンズ１５２、マスク１５４、およびハーフミラー１５６が含まれており、すべては、第２の光軸１５８に沿って置かれる。描写された実施例では、露光システム１５０に使われる光源１２２は、位置ずれ検出システム１１０に使われるものと同じ光源１２２である。２つのシステムが同じ光源を共有する必要は無く、２つの異なる光源を使ってもよい。しかし、効率性および装置サイズの小型化のためには、２つのシステムが同じ光源を共有する方が好ましい。
【００１６】
光源１２２は拡散光を発生させる。それで、描写された実施例では、コンデンサ・レンズである第２のレンズ１５２は、拡散光を平行光に変換する。この平行光は、予め回路パターン（図示せず）が描かれているマスク１５４を照らす。平行光は、この回路パターンに従って、投光するかまたは遮蔽される。ハーフミラー１５６は、光軸１１８に対して予め決められた角度(α)に構成される。この予め決められた角度（α）は、位置ずれ検出システム１１０および露光システム１５０の構成に応じて、いくつかのうちから選んでもよい。描写された実施例では、予め決められた角度(α)は約４５度である。ほとんどのハーフミラーと同様、露光システム１５０のハーフミラー１５４は、２つのシステムの光軸の少なくとも一部が重なっていても、位置ずれ検出システム１１０の光路および露光システム１５０の光路を互いに分離するように機能する。光学のシステム１００は、第２のレンズ１５２なしで構成されるものであってもよい。
【００１７】
ゆえに、露光システム１５０が使われているとき、第二のレンズ及びマスク１５４を通して投光された光源１２２からの光は、ハーフミラー１５６によって反射される。マスク１５４は、第1のレンズ１１２の第1の物体面P４に位置付けられる。このように、ハーフミラー１５６により反射された光は、絞り環１１５と第１レンズ１１２を通して投光され、第1の像面P２（マスク１５４の置かれた物体面に対応する）にマスク１５４の回路パターンの画像を形づくる。もし、(図１で説明されたように)観察曲面１２４の位置が第1の画像面P２に一致すれば、回路パターンは、観察曲面１２４へ投影される。
【００１８】
上で述べたように、観察曲面１２４は、第1のレンズ１１２を通して投光された光の少なくとも幾らかを反射する。この反射光が第２の像面P３に画像を形成する。この像面Ｐ３は好ましくは画像構成デバイス１１６と一致する。また、上述のように、第２の像面P３に形成される特定の画像は、第1のレンズ主平面P１に対する観察曲面１２４の位置に、少なくとも部分的には、依存する。特に、曲面１２４が第1の画像面P２に置かれるときに、この位置は、第1のレンズ１１２の第２物体面P５(図１に示す)に一致する。そして、第２の画像面P３に形成される画像は、曲面１２４になるはずである。曲面１２４が第1の画像面P２に対して動かされるときに、第２の像面P５も動く。このことは後に詳述する。そして、第２の画像面P３に形成された画像は変化する(この構成は図１で示されていない)。例えば、第２の物体面P５が絞り環１１４と一致するように観察曲面１２４が第1のレンズ１１２の方へ動かされれば、絞り環１１４の画像が第２の画像面P３に形成される。
【００１９】
光学のシステム２００の特定の実施例は、図２の方で述べる。特に、描写された光学のシステム２００は、球状半導体２０２の位置ずれを見つけて修正し、その表面に回路パターンを形成するために球状半導体２０２を露光することに使われる。なお、以下の説明の参照番号は、図1及び上記で説明した光学システムの同様の部分については、同じ番号を引用する。
【００２０】
図１で述べて描写された構成要素に加えて、図２で描写された光学のシステム２００には、サポート（支持体）２０４、動き機構２０６、第３のレンズ２０８、画像を形成するCCD素子２１２、ディスプレイ２１４、およびフィルター２１６が含まれる。サポート２０４は本質的に中空・管形の部材であり、動き機構２０６に連結する第一の端部と、球状半導体を支持する第２の端部２１８とを持つ。特定の望ましい実施例において、球状半導体２０２がサポート２０４に置かれた後に、サポート２０４の内部は、例えばポンプ(図示せず)によって、吸引される。サポート２０４の内部が真空になった状態で、球状半導体２０２はサポート２０４に載せて保持される。
【００２１】
上述のように、サポート２０４は動き機構２０６に連結されている。なお、球状半導体２０２が変位および回転できるように、動き機構２０６が構成される。すなわち、図２に示す通り、x、y、z軸方向に変位され、Ax、Ay、Az方向に回転される。なお、動き機構２０６はこのような機能を備えた技術として知られている数ある機器のひとつであり、その説明は本発明を理解するためには不要である。ゆえに、動き機構２０６の詳しい説明は、これ以上提供されない。
【００２２】
第３のレンズ２０８、画像形成CCD素子２１２、およびディスプレイ２１４は、光学システム２００のための画像構成デバイスを構成する。一般に、CCD素子２１２は、図１で描写された半透明なスクリーン１１６と同様に、光学的に機能する。CCD素子２１２の面積が比較的小さいので、第３のレンズ２０８は、球状半導体２０２から第1のレンズ１１２および絞り環１１４を通して第２の像面Ｐ３へと反射される光束を集める。なお、CCD素子２１２に形成される画像の倍率は、第１および第３レンズ１１２，２０８の焦点距離の適当な組み合わせを選ぶことによって決められることを注記しておく。CCD素子２１２に形成された画像は、電気的データに変えられ、ディスプレイ２１４に送られる。ディスプレイ２１４は電気的データを受け取って、スクリーン２１８に画像表示する。
【００２３】
フィルター２１６は第２の光軸１５８中へ出し入れするように可動であり、数ある手動または自動機器のうちのひとつ及び機構２２２によって動かされる。それゆえに、フィルター２１６を動かす特定のデバイスや機構は本発明の理解に不必要であり、これ以上は述べない。フィルター２１６は、球状半導体２０２に使われるフォトレジストが敏感に反応する特定の光周波数を取り除くために機能する。例えば、もしフォトレジストが紫外線( UV )光周波数に敏感なら、フィルタ２１６は他の光周波数を通過させると共に紫外線の光周波数を除去する。このように、位置ずれ検出システム１１０が位置ずれを見つけて修正するために使われているときに、フィルター２１６は第２の光軸１５８の中へ動かされている。結果として、球状半導体２０２は、フォトレジストに反応しない光周波数で光源１２２によって照らされる。それゆえ、位置ずれ訂正の後に、フィルター２１６は第２の光軸１５８中から外されて、露光作業が適正に行われるようになる。
【００２４】
位置ずれ検出システム１１０及び露光システム１５０の両方を含む光学システム１００の構成と、これらのシステムを作る様々な構成要素の機能とについて述べてきた。位置ずれ検出システム１１０によって位置ずれを検出するための方法を次に述べる。そこでは、まず初めにその方法を一般的に述べ、次いでさらに詳細に述べる。
【００２５】
まず、光源１２２が光線を出し、フィルター２１６が第２の光軸１５８に置かれた状態で、動き機構２０６は球状半導体２０２をz -軸内で動かす。第1の像面P２に一致するよう予め決められた第１の位置に、球状半導体２０２が達するとき、球状半導体２０２の表面は、CCD素子２１２へ投影されて、ディスプレイスクリーン２１８に表示される。その後、球状半導体は、第1のレンズ１１２に近付くよう、z -軸内で動かされる。予め決められた第２の位置において、球状半導体２０２の表面によって反射される絞り環の内周面１２６の像が、代わりにCCD素子２１２へと投影されて、ディスプレイスクリーン２１８に表示される。絞り環１１４の特定の構造によっては、絞り環１１４の像がディスプレイスクリーン２１８上で「影」のように見えるだろう。そして、内周面１２６によって形成された開口の像が「光の円」のように見えるだろう。この場合なら、もしこの投影像４０２の中心がディスプレイスクリーン２１８の中心に表示されたなら(図４A参照)、球状半導体２０２の中心は第1の光軸１１８に合わさっており、位置ずれは生じていない。逆に、投影像４０２の中心がディスプレイスクリーンの中心から外れた位置に表示されたなら(図４B )、球状半導体２０２の中心は第1の光軸１１８に合わさっておらず、位置ずれが生じている。もし位置ずれが見つかったなら、動き機構２０６は、位置ずれを修正するために、適当な軸内で球形の半導体２０２を動かすことができる。この位置ずれ修正は、動き機構２０６の手動のあるいは自動の操作によって実行されるだろう。
【００２６】
位置ずれの実際の量が、ディスプレイスクリーン２１８に表示される位置ずれの量に比例することを付記しておく。このように、位置ずれの実際の量は、表示された位置ずれを用いて自動計測可能である。そうするために、画像処理システム２５０(図２で描写される)が、光学システム１００に加えられるだろう。この画像処理システム２５０には、この技術分野で知られている数あるシステムのひとつを充てればよい。特定の望ましい実施例では、米国特許番号６,１４８、２７０に開示されたシステムが使われるかもしれない。この画像処理システム２５０では、位置ずれのない投影像４０２が記録されている。そして、位置ずれをもつ画像４０２が画像処理システム２５０に読み込まれる。画像処理システム２５０は、２枚の画像を比べることによって、位置ずれの実際の量を決める。
【００２７】
ここで図３〜６に転じて、位置ずれを検出するための上述の方法が、上述の態様においてどのように作用するかについて、さらに詳細に説明する。まず、図３は、球状半導体２０２の表面が第1の像面P２( ZO )に一致するように置かれている状態を示す。このように、球状半導体２０２の表面は、CCD素子２１２へ投影されて、ディスプレイスクリーン２１８に表示されている。図３で示される特定の球状半導体２０２は、まだ、その表面に回路パターンが形成されていないものであることを注記しておく。ゆえに、空白の画像がディスプレイスクリーン２１８で表示されている。
【００２８】
次に、図４〜６は、位置ずれ検出を実行するために、球状半導体２０２が第1のレンズ１１２により近い第２の位置( ZL )に移動した状態を示す。この位置では、第1のレンズ１１２の第２物体面P５は、もはや第1像面P２および球状半導体２０２の表面と一致していない。その代わり、第２物体面P５は絞り環１１４に一致する。より明瞭に図５，６で示されるように、球状半導体２０２の表面は、「r」の曲率の中心５０４と「ｒ /２」に位置する焦点５０２とを持つ凸面鏡のようにふるまう。明快さのために、図５および６では第３レンズ２０８を省略してある。単にCCD素子２１２上で像倍率を調節するためだけのものだからである。第1のレンズ１１２は主平面P１として描写されており、そして、CCD素子２１２は第２像面P３として描写されている。技術的に一般に知られているものとして、凸面鏡によって形づくられた画像は、しばしば「虚像」と呼ばれる。それは、鏡で反射した光線があたかも鏡の後ろの焦点（この実施例では球状半導体内部の焦点５０２）から拡散しているように見える所に像が現れるからである。従って、上述のように、球状半導体２０２の位置が、例えば、ｚ軸内で第1の位置z0から第２の位置z( dz = z0-z1)まで変わるに連れて、第２物体面P５の位置も変わる。
【００２９】
虚像の原則を説明することの容易さのために、球状半導体２０２を、光学的に凸面鏡と等価な凹レンズとして考えることが可能である。従って、図４Aおよび４Bにおいて、球状半導体２０２は凸レンズ４０４に置き換えられている。この凸レンズ４０４は（図４に示すように）凸レンズの下側に虚像を作り出す。図４Aでは、球状半導体２０２の中心が第1の光軸１１８に合わさったときに、虚像４０６(実線で描かれている)が生じる。このように、虚像４０６は、第1の光軸１１８上に形成された実像に対称的である。この構成は、図５で説明されるものに同じである。すなわち、球状半導体２０２の中心点５０４が第1の光軸１１８に合わさっている。このように、絞り環１１４と第１レンズ１１２( 例えばP１)を通り抜けた光源１２２からの光は、第1レンズ１１２および絞り環１１４を通して戻るように球状半導体２０２によって反射され、第３のレンズ２０８(図５に示されない)経由で、CCD素子２１２（例えばＰ３）上に画像を形成する。絞り環１１４の中心と球状半導体２０２の中心５０４とが第1の光軸１１８に沿って一列に並んでいるので、CCD素子２１２（Ｐ３）上に投影されデ
ィスプレイスクリーン２１８上に現れた画像は、中心に位置付けられる（図４A）。
【００３０】
図４Bの虚像４０８は、球状半導体２０２の中心と第1の光軸１１８との間に位置ずれがあるときに生じる。この場合、虚像４０８は、第1の光軸１１８に関する傾向角(β)を持つ。このやり方で、球状半導体２０２の位置ずれは、第1の光軸１１８からの虚像４０８の位置ずれとして観測される。この同じ構成は、図６で説明される。すなわち、球状半導体２０２の中心５０４は、第1の光軸１１８からの増加量(dy)に置き換えられる。再び、絞り環１１４と第１レンズ１１２( 例えばP１)を通り抜けた光源１２２からの光は、第1レンズ１１２（Ｐ１）および絞り環１１４を通して戻るように球状半導体２０２によって反射され、第３のレンズ２０８(図６に示されない)経由で、CCD素子２１２（例えばＰ３）上に画像を形成する。しかし、この場合、球状半導体２０２の中心５０４が第1の光軸１１８から変位しているので、CCD素子２１２( 例えばP３)に形成されディスプレイスクリーン２１８に表示された画像は、中心に置かれない。かわりに、図４Bと図６で示されるように、表示された画像４０２は、球状半導体２０２の実際の位置ずれに相当する量(dyr)によって中心からはずれる。
【００３１】
これまでに述べられたように、上述の位置ずれ検出方法が実行されるたびに、球状半導体２０２の位置が修正される。球状半導体２０２の位置を検出して正すことによって、球状半導体２０２は、本質的に高精度で置くことができる。図２に示されるように、球状半導体２０２が適切に置かれた後に、フィルター２１６は第２の光軸１５８から外される。まだやっていないなら、ここでマスク１５４を第２の光軸１５８中に配置する。これにより、マスク１５４を通して光源１２２から放射されたＵＶ光は、ハーフミラー１５６で反射され、絞り環１１４と第１レンズ１１２を通り、球状半導体２０２の表面にて配線パターンを投影する。第1の光軸１１８と球状半導体２０２の中心とが一致するので、球状半導体２０２の表面に投影された配線パターンは歪んでいない。
【００３２】
光学システムの他の実施例は、図７で描写される。次のような差異を持つが、図７のシステム７００は図１で説明したものに類似している。 (ａ)位置ずれ検出システム１１０の光学系がハーフミラー１５６によって曲げられている。( b )露光システム１５０において、パターン・ジェネレータ７０２がマスクとして使われる。 ( c )光源１２２の位置が異なる。パターン・ジェネレータ７０２は従来から知られたもので、複数の鏡を格子状に配列してオンオフ制御するものである。このようなパターン・ジェネレータの例は、製品名デジタル鏡デバイス(「DMD」)およびデジタル光プロセッサー(「DLP」) としてテキサス・インスツルメンツ社から販売されている。このタイプのパターン・ジェネレータを使うフォトリソグラフィ技術は、米国特許６,２５１、５５０で明らかにされている。この実施例における位置ずれ検出方法は前の実施例と同じなので、これ以上の説明は省く。
【００３３】
本発明は、図面１、２および７で説明した露光システム１５０を含む構成に限定されるものではなく、単なる位置ずれ検出システム１１０のみで構成されるものであってもよい。さらに、もしシステムが位置ずれ検出システム１１０として単独で構成されれば、光源１１０の位置は図１，２および７で示される位置から変えられるかもしれない。例えば、絞り環１１４の下面が照らされさえすれば、第１の光軸１１８から外れたところで、絞り環１１４の近くに光源１２２を置いても良い。
【００３４】
本発明は、「仮想的なマーク」を提供するための絞り環１１４に限定されない。例えば、これに限定される訳ではないが、照準、比較的細い棒、比較的薄い板などの他の部材も含まれる。さらに、本発明は、第1の光軸１１８に関する位置ずれの検出に限定されるものではない。例えば、位置ずれを第1の光軸１１８の片側で検出するものであっても良い。おまけに、第1の光軸１１８に対する「仮想的なマーク」を提供する部材の位置は変えても良い。例えば、それは、第1のレンズ１１２の物体面距離の範囲内のどこかに置かれるかもしれない。第１レンズ１１２、第２レンズ１５２、第３レンズ２１８は、それぞれ単レンズで構成しても良く、凸レンズとして機能する複数のレンズの組み合わせで構成しても良い。
【００３５】
上述したシステムの構成の変形に加えて、ここで開示した位置ずれ検出システム及び方法は、球状半導体や、球形又は球面を持つ物体や、球体の部分に限定されるものではない。むしろ、対象物の形状は、対称形か軸対称形の曲がった輪郭を持つ部分または表面を持つものでありさえすれば良い。例えば、円柱、回転している長円の表面、回転している放物線の表面などの物体の位置ずれを検出しても良い。
【００３６】
好ましい実施例を参照して本発明を説明してきたが、その上、発明の範囲から逸脱せずに構成要素に変形を加えたり等価物で代替したりすることは当業者が理解できるものであろう。さらに、特定の状況や材料に適合するために、本質から逸脱することなく本発明の教えを当てはめて、様々な変形を施しても良い。それゆえ、本発明を実施するために最良の形態として開示した特定の実施例に限定されるものではなく、添付するクレームの範囲に属する全ての実施例を含むものである。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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