(57)【要約】【課題】  マスクマークに対して相対位置関係を常に一定に保持できるよう、撮像素子を移動可能とすることで、特に、複数のマスクマーク毎の撓みにも対応することができ、マスクマークを微調整後の再調整等の負担を軽減する。【解決手段】    マスクマークＭ１乃至Ｍ３をそれぞれ複数の貫通孔によって構成し、第１の貫通孔６０と第２の貫通孔６２、並びこれらの間に形成される仕切り部７０とにより、濃度の明確な明暗を形成することで、Ｘ方向のマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）の位置を寸法Ａによって特定する。第３の貫通孔６４と第４の貫通孔６６と、これらの間の仕切り部７２とにより、Ｙ方向の寸法Ｂを特定する。この寸法Ａ、Ｂにより視野領域５４ＡとマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）との相対位置を補正することができる。【選択図】        図４
2006120777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に設けた位置決め用のウェハマークを、前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクに形成したマスクマークに対応させた状態で、撮像素子により撮像し、当該撮像データを処理することで、前記ウェハマークの前記マスクマークに対する相対位置を認識する半導体ウェハ撮像装置であって、
前記撮像素子を支持すると共に、前記マスクマークに対して常に同一の相対位置関係を維持するように移動可能な撮像素子用テーブルを設けたことを特徴とする半導体ウェハ撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子の視野領域と、マスクマークとの相対位置のずれを検出し、該検出結果に基づいて前記ずれを補正するように前記撮像素子用テーブルの位置決めを行う制御部を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ撮像装置。
【請求項３】
前記マスクマークが、前記ウェハマークと対応させて露出させる主貫通孔と、前記主貫通孔に対して所定幅の仕切り部を介して形成される副貫通孔と、で構成され、第１の方向に対して垂直な第２の方向に延びる筋状で前記第１の方向の誤差検出用の第１の仕切り部と、前記第１の方向に延びる筋状で前記第２の方向の誤差検出用の第２の仕切り部とを備え前記第１の方向における前記撮像素子の視野領域の周端から第１の仕切り部までの寸法Ａと、前記第２の方向における前記撮像素子の視野領域の周端から第２の仕切り部までの寸法Ｂとに基づいて、撮像素子とマスクマークとの相対位置誤差を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体ウェハ撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハを移動可能なワークステージ上に保持し、半導体ウェハ上に設けた位置決め用のウェハマークを、前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクに形成したマスクマークに対応させた状態で、撮像素子により撮像し、当該撮像データを処理することで、前記ウェハマークの位置を認識する半導体ウェハ撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体露光装置、イオン注入装置、組立・検査装置、精密工作機械等に用いられる位置決め装置としては、高精度に位置決め可能なテーブルに位置決め対象物を載置（保持）し、位置決めが行われる。半導体露光装置、イオン注入装置等では、位置決め対象物である半導体ウェハを１区画（１チップ）毎に所定のパターンのマスクを施し、作業するようになっている。
【０００３】
このような場合、通常、半導体ウェハに各区画毎に設けられた位置決めマーク（ウェハマーク）をＣＣＤカメラ等の撮像素子によって撮像し、その検出位置と基準位置との誤差に基づいて、位置決めがなされる。
【０００４】
ところで、マスクには、前記ウェハマークを露出させるための貫通孔（マスクマーク）が形成されており、粗調整時において、このマスクマーク内にウェハマークが位置するように仮位置決めし、その後マスクマークの位置に対するウェハマークの位置ずれ量を検出し、その検出結果に基づいてこのずれをなくすように半導体ウェハの位置の微調整が実行されるようになっており、これにより、半導体ウェハは高精度に位置決めを行うことができる。
【０００５】
しかしながら、マスクに設けたマスクマークは、カメラの視野の中央に位置し、撮像素子と相対位置関係が常に一定であることが好ましいが、例えばマスクを交換した場合などで、マスクの搬送精度や粗調整の精度によっては、マスクの微調整量が多く、撮像素子の視野領域（撮像可能領域）を逸脱してしまう可能性がある。
【０００６】
また、露光中、あるいはイオン注入等の処理中に熱やスパッタ等に起因してメンブレンに撓みが生じ、これにより、マスクマークの位置が次第にずれてくることがある。
【０００７】
これを解消するためには、カメラの視野領域を拡大して、マスクマークの微調整量の許容範囲を拡大することが考えられる。本願発明者は、特開2004-95906でマスクマークの位置ずれを観測し、そのずれ量が許容範囲を逸脱していないかどうかを判定することを特徴とする位置合わせ装置等について提案している。
【特許文献１】特開2004-95906公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、たとえマスクマークの位置ずれ量が許容範囲内であっても、視野領域を拡大すると、撮像位置によって誤差が生じ易くなる。または、視野領域を拡大した分、処理時間が長くなるという問題点が生じる。
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、マスクマークに対して相対位置関係を常に一定に保持できるよう、撮像素子を移動可能とすることで、特に、マスクマークの撓みによる撮像素子の視野内でのマスクマークの位置ずれにも対応することができる半導体ウェハ撮像装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、半導体ウェハ上に設けた位置決め用のウェハマークを、前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクに形成したマスクマークに対応させた状態で、撮像素子により撮像し、当該撮像データを処理することで、前記ウェハマークの前記マスクマークに対する相対位置を認識する半導体ウェハ撮像装置であって、前記撮像素子を支持すると共に、前記マスクマークに対して常に同一の相対位置関係を維持するように移動可能な撮像素子用テーブルを設けたことを特徴としている。
【００１１】
撮像素子を単体で移動可能とすることで、マスクマークとの相対位置関係がずれても、常にこのずれ分を調整することができる。
【００１２】
また、本発明において、前記撮像素子の視野領域と、マスクマークとの相対位置のずれを検出し、該検出結果に基づいて前記ずれを補正するように前記撮像素子用テーブルの位置決めを行う制御部を備えることようにすると、撮像素子とマスクマークと相対位置関係を検出するのに、従来からの、マスクと半導体ウェハとの位置合わせのために用いている撮像装置をそのまま用いることができる。
【００１３】
さらに、本発明において、前記マスクマークが、前記ウェハマークと対応させて露出させる主貫通孔と、前記主貫通孔に対して所定幅の仕切り部を介して形成される副貫通孔と、で構成され、第１の方向に対して垂直な第２の方向に延びる筋状で前記第１の方向の誤差検出用の第１の仕切り部と、前記第１の方向に延びる筋状で前記第２の方向の誤差検出用の第２の仕切り部とを備え前記第２の方向における前記撮像素子の視野領域の周端から第１の仕切り部までの寸法Ａと、前記第２の方向における前記撮像素子の視野領域の周端から第２の仕切り部までの寸法Ｂとに基づいて、撮像素子とマスクマークとの相対位置誤差を検出するようにすると好ましい。
【００１４】
この場合前記主貫通孔、副貫通孔、並びに第１の仕切り部、第２の仕切り部を用いた相対位置を検出する手順として、第１の方向における前記撮像素子の視野領域の周端から第１の仕切り部までの寸法Ａと、第２の方向における前記撮像素子の視野領域の周端から第２の仕切り部までの寸法Ｂとに基づいて、撮像素子とマスクマークとの相対位置を検出する。寸法Ａ、Ｂを求めるために筋状の第１の仕切り部及び第２の仕切り部を使用することにより、寸法Ａ、Ｂを高精度に検出可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明した如く本発明では、マスクマークに対して相対位置関係を常に一定に保持できるよう、撮像素子を移動可能とすることで、特に、複数のマスクマーク毎の撓みにも対応することができ、マスクマークを微調整後の再調整等の負担を軽減することができるという優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（メインステージ）
図１には、本実施の形態に係る半導体位置決め装置（以下、単に位置決め装置という）１０が示されている。
【００１７】
位置決め装置１０は、定盤１２に対して支柱１４が立設され、支柱１４の上端には、天板１６が取り付けられ、位置決め装置１０の筐体を構成している。
【００１８】
位置決め装置１０は、半導体ウェハ１８を対象として、当該半導体ウェハ１８を位置決めする役目を有している。
【００１９】
位置決め装置１０の定盤１２上には、ワーク位置決めステージ部２０と、マスクステージ部２２と、が設置されている。
【００２０】
ワーク位置決めステージ部２０は、ベース２４と、ベース２４上に設けられて第１のスライダ２６をＸ軸方向に摺動可能に支持するＸ軸方向摺動装置２８及び第１のスライダをＸ軸方向に駆動するＸ軸方向駆動装置２９とを備えている。また、第１のスライダ２６上には第２のスライダ３０が設けられ、この第２のスライダ３０は、Ｙ軸方向摺動装置３２により、Ｙ軸方向に摺動可能に支持され、図示しないＹ軸方向駆動装置によりＹ軸方向に駆動される。
【００２１】
また、第２のスライダ３０には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に位置決めされる前記半導体ウェハ１８等の試料ベースとしてのワークステージ３４が支持されている。
【００２２】
ワークステージ３４には、前記半導体ウェハ１８を保持するウェハチャック３６が取り付けられている。
【００２３】
半導体ウェハ１８は、このウェハチャック３６に支持された状態で固定されるようになっている。なお、ウェハチャック３６は、チャックした半導体ウェハ１８の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向及び各軸まわりの回動）の微調整が可能な機構を有している。
【００２４】
上記構成のワーク位置決めステージ部２０により、ウェハチャック３６は、ＸＹ平面内のステップ送り及び６自由度の微少な位置及び姿勢の調整が可能となる。
【００２５】
ワークステージ３４よりも上方には、マスクステージ部２２の一部を構成するマスクチャック３８が、第２のステージ３０に対向配置されている。マスクチャック３８は、前記ウェハチャック３６との対向面にマスク４０を保持している。また、マスクチャック３８は、マスクθ軸ベース４２に支持されており、θ軸方向の調整が可能となっている。
【００２６】
また、マスクθ軸ベース４２は、マスクＺ軸方向移動機構４４に支持されている。さらに、マスクＺ軸方向移動機構４４は、マスク用Ｘ−Ｙテーブル４６に支持されている。なお、マスク用Ｘ−Ｙテーブル４６は、移動テーブル部２０と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。
【００２７】
この作業ステージ部２２により、マスク４０は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θの各軸方向への調整が可能となっている。
【００２８】
位置決め装置１０の筐体を構成する天板１６は、その中央部（前記半導体ウェハ１８が位置決めされる基準となる軸周り）に開口部１６Ａが設けられている。天板１６には、半導体ウェハ１８に設けられた位置決め用のウェハマークＷ１乃至Ｗ３（図２参照）を検出し、半導体ウェハ１８のワークステージ３４上の位置を調整するためのアライメントユニット５０が取り付けられている。図１では１組のみ示しているが、それぞれのウェハマークに対応し、１組ずつ、計３組アライメントユニット５０が配されている。
【００２９】
（半導体ウェハ４０の位置決めマークＷ１乃至Ｗ３）
図２に示される如く、シリコン基板である半導体ウェハ１８の表面には、例えば、３０ｍｍ×３０ｍｍ程度のパターン領域１８Ａがマトリクス状に多数配置されている。各パターン領域１８Ａ間には後のチップ切り出しのための、例えば、数十ミクロン幅の隔離領域４２が格子状に形成されている。この隔離領域１８Ｂ内の適当な場所に１つの領域につき３つのウェハマークＷ１〜Ｗ３がシリコン酸化膜によって予め線状に形成されている。図示の例では、ウェハマークＷ１、Ｗ２がY軸方向、ウェハマークＷ３がＸ軸方向に生成されている。なお、図２では、ハッチングを施した中央のパターン領域１８Ａに対応するウェハマークＷ１〜Ｗ３のみを示しているが、全てのパターンの周囲に同様にウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３が配されている。
【００３０】
シリコン酸化膜の部分は、周囲のシリコンの部分と比べ反射率が低く、暗いため、ウェハマークＷ１〜Ｗ３は観測可能である。また、ウェハマークＷ１〜Ｗ３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に限らず、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°の方向のマークを設けてもよい。
【００３１】
なお、ウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３は線状のシリコン酸化膜を周囲の部分と面一あるいは僅かに隆起した状態とすることで得ることが出来るが、この代わりに半導体ウェハ１８上にシリコン酸化膜の線状のパターンを突出させるパターンとしても良い。あるいは逆にウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３をシリコンとしてその周囲をシリコン酸化膜で囲むようにしても良い。
【００３２】
前記アライメントユニット５０では、このウェハマークW１、Ｗ２、Ｗ３を検出することで、半導体ウェハ１８の位置を認識し、位置決め補正を実行するデータを生成することになる。
【００３３】
（マスク４０）
図３は、マスク４０を説明する説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ方向における断面図である。
【００３４】
マスク４０はステンシルマスクであり、外形が円形状で相対的に厚手の周縁部４０Ａ、この内側の領域の相対的に薄手のメンブレン部４０Ｂ、メンブレン部４０Ｂの中央部の形成すべきパターンに対応したパターンを有するマスクパターン部４０Ｃ、マスクパターン部４０Ｃの周囲の半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１乃至Ｗ３に対応する位置にそれぞれ形成されたマスクマーク（貫通孔）Ｍ１乃至Ｍ３、周縁部４０Ａに形成されたプリアライメント用の切欠部４０Ｄ、並びに粗調整用のグローバルアライメントマーク４０Ｅを有している。
【００３５】
マスク４０は、例えば、シリコンであり、直径４インチ、周縁部４０Ａの厚さ０．５ｍｍ、この中央領域のメンブレン部４０Ｂの厚さ１０μｍである。
【００３６】
また、本実施の形態のマスク４０のマスクマークＭ１乃至Ｍ３は、図４に示される如く、複数の貫通孔の集合体で構成されている。
【００３７】
図４は、ＣＣＤカメラ５４（図１参照）の視野領域（図４の一点鎖線で囲まれた領域）５４Ａに対する１つのマスクマーク（ここでは、マスクマークＭ１とする）の拡大図が示されている。
【００３８】
なお、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａは、照明光源ユニット５２からの照明により、均一な光が照射されている。
【００３９】
第１の貫通孔６０は、前記ウェハマークＷ１が粗調整によって位置決めされる領域であり、この第１の貫通孔６０の左辺に沿って、かつ当該左辺の寸法（縦寸法）と同一の長手方向寸法を持つ、縦長の第２の貫通孔６２が設けられている。
【００４０】
さらに、第１の貫通孔６０の右辺側には、第３乃至第５の貫通孔６４、６６、６８が設けられ、これらは縦列配置されている。この第３乃至第５の貫通孔６４、６６、６８の縦方向寸法及びこれらの隙間の寸法を足した寸法が、前記第１の右辺の寸法（縦寸法）と同一の寸法となっている。
【００４１】
これにより、第１乃至第５の貫通孔６０、６２、６４、６６、６８を囲む領域は矩形状となる（図４の一点鎖線領域Ｍ１（Ｍ２、Ｍ３）参照）。
【００４２】
ここで、第２乃至第５の貫通孔６０、６２、６４、６６、６８は、それぞれ隣接する貫通孔との間に細幅の仕切り部が形成されることになる。
【００４３】
貫通孔６４と６６との間の仕切り部７２は、図４に示すとおり、ＣＣＤカメラからみて半導体ウエハ１８の露出部分のうち、マスク４０による影Ｓの部分と重なるように設定される。
【００４４】
また、貫通孔６６と６８との仕切り部７３は、半導体ウエハ１８上に形成される仕切り部７３の影が貫通孔６８内に位置するように、かつ、ＣＣＤカメラからみて仕切り部７３の影と仕切り部７２とが、同時にできるだけピントが合った状態となるように設定されている。マスク４０のメンブレン部４０Ｂの厚み、及び、アライメントユニット５０の取り付け角度α(後述の図5参照)が既知なので、マスク４０と半導体ウエハ１８とのギャップｇが設定値と一致する場合に、これらの条件に基づき、仕切り部７２と仕切り部７３との距離を、幾何学的に定まる所定値とすることにより、「ＣＣＤカメラからみて仕切り部７３の影と切り部７２とが同時にできるだけピントが合う状態」が求められる。
【００４５】
上記第１の貫通孔６０と第２の貫通孔６２との間の仕切り部７０及び第１の貫通孔６０と第３の貫通孔６４との間の仕切り部７１はマスクマークＭ１に対するウェハマークＷ１の図４で横方向のずれ量を求めるのに用いられる。また、本実施の形態においては、仕切り部７０は、マスクマークＭ１全体の平面方向の一方（ここでは、Ｘ軸方向）の位置ずれ量（シフト量）を検出するためにも用いられるようになっており、ＣＣＤカメラ５４で撮像すると、この仕切り部７０は、第１の貫通孔６０及び第２の貫通孔６２の濃度（マスク４０によって生じる影Ｓのため暗い）に対して、大きな差で低濃度（明るい）の画像となる。さらに、細い仕切り部７０の両側をはさんで暗くなるようにしており、このことも相俟って仕切り部７０の位置を高精度に検知できる。従って、前記ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａの周縁（図４の左端）から仕切り部７０の中心線までの寸法Ａを精度よく読み取ることができるようになっている。
【００４６】
一方、上記第３の貫通孔６４と第４の貫通孔６６との間の仕切り部７２は、ギャップｇを求めるのに使用されるのに加え、本実施の形態においては、マスクマークＭ１全体の平面方向の他方（ここでは、Ｙ軸方向）の位置ずれ量（シフト量）を検出するためにも用いられるようになっており、ＣＣＤカメラ５４で撮像すると、この仕切り部７２は、第３の貫通孔６４及び第４の貫通孔６６の濃度（マスク５４によって生じる影Ｓのため暗い）に対して、大きな差で低濃度（明るい）の画像となる。さらに、細い仕切り部７２の両側をはさんで暗くなるようにしており、このことも相俟って仕切り部７２の位置を高精度に検知できる。従って、前記ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａの周縁（図４の上端）から仕切り部７２の中心線までの寸法Ｂを精度よく読み取ることができるようになっている。
【００４７】
上記、寸法Ａ及び寸法Ｂを検出することで、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａと、マスクマークＭ１との相対位置関係を認識することができ、予め定めた基準寸法との差分に応じて、微調整を行うことで、相対位置関係を常に一定に維持することが可能となっている。
【００４８】
なお、位置調整は、ＣＣＤカメラ５４を移動することで実行される。このため、図１に示される如く、天板１６上の撮像部５６は、カメラ用ＸーＹテーブル７４に支持されている。なお、カメラ用Ｘ−Ｙテーブル７４は、前述した移動テーブル部２０（図１参照）と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。
【００４９】
図１に示される如く、アライメントユニット５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ＬＤを光源とする照明光源部５２と、複数のレンズからなる結像光学系５３、ＣＣＤカメラ５４を備えた撮像部５６とによって構成される。なお、センサとしてはＣＣＤに限らず、公知の画像処理を行える撮像データの得られるセンサを備えたカメラであれば、これに代えてもよい。照明光源部５２の光軸と、撮像部５６のＣＣＤカメラ５４の光軸とをウェハマークＷ１の面の法線に対して左右対称となるように配置し、照明光源部５２から出射した照明光がウェハマークＷ１で反射して撮像部５６のＣＣＤカメラ５４の入射光となるようにしている。なお、ウェハマークＷ２及びＷ３については、上記と同様の構成（すなわち、計３組のアライメントユニット５０が天板１６上に配置されている。）であるので、構成の説明は省略する。
【００５０】
前記マスク４０の位置は、予めグローバルアライメント用マーク４０Ｅ（図３参照）を観測することによって粗調整されており、更に半導体１８上の所定の基準を用いてワークステージ３６の位置を粗調整する。これにより、ステップ送りにより半導体ウェハ４０のパターンを転写する位置にマスクパターン部４０Ｃが対向するように位置決めされた際に、半導体１８のウェハマークＷ１がマスクマークＭ１の貫通孔６０内に位置するように調整する。更に、半導体１８上の１つのパターン領域１８Ａにマスク４０のパターン部４０Ｃが対向された状態で、ＣＣＤカメラ５４によってマスク４０のマスクマークＭ１とウェハマークＷ１とを同時に観測し、マスクマークの中央に半導体１８のウェハマークＷ１が存在するようにワークステージ３６を微調整する。
【００５１】
図１に示される如く、アライメントユニット５０の一部を構成する照明光源部５２は、筐体７６に収容されて、天板１６上に固定配置されている。  筐体７６には、発光ダイオードＬＤを保持する図示しない保持体が設けられており、前述したように、マスク４０への光軸を一定に維持している。
【００５２】
図１及び図５に示される如く、発光ダイオードＬＤから照射される光（通常は拡散光）は、当該照射方向に配設された複数のレンズや、均一な明るさでより広い範囲を照明するためのガラス製のロッドなどからなる照明光学素７８を経由し、マスクマークＭ１を含む領域（図４の照明エリア）をほぼ均一に照明する。
【００５３】
以下に、本実施の形態の作用を説明する。
（半導体ウェハ１８の位置決め）
試料としての半導体ウェハ１８に露光やイオン注入などの処理を施す際は、塵埃を嫌うなどのため、真空中での作業が多い。このため、本実施の形態の位置決め装置１０も真空中での作業を前提としている。
【００５４】
まず、半導体ウェハ１８をウェハチャック３６により保持した状態でワークステージ３４に載置される。ワークステージ３４は、第１のスライダ２６をＸ軸方向へ移動し、第２のスライダ３０をＹ軸方向へ移動することで、半導体ウェハ１８の平面的な位置決めを行う。
【００５５】
次に、ウェハチャック３６自体が６自由度で微調整が可能であるため、半導体ウェハ１８は、精度よく位置決めが可能となる。
【００５６】
半導体ウェハ１８への処理を施す場合、マスク４０を必要とする。このため、ワークステージ３４よりも上方には、マスクチャック３８が、当該ワークステージ３４に対向配置されている。
【００５７】
このマスクチャック３８にマスク４０を保持することで、半導体ウェハ１８に対してマスク４０を施すことができる。
【００５８】
マスクチャック３８は、マスクθ軸ベース４２に支持されており、θ軸方向の調整が可能であり、マスクＺ軸方向移動機構４４に支持されているため、Ｚ軸方向へマスク４０を移動させることができる。
【００５９】
さらに、マスクＺ軸方向移動機構４４は、マスク用Ｘ−Ｙテーブル４６に支持されているため、マスク４０は、Ｘ−Ｙ軸方向への調整が可能である。
【００６０】
すなわち、マスク４０は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θの各軸方向へ調整が可能であり、これらを用いて予め前記のグローバルアライメントが行われた状態となっている。
【００６１】
（半導体ウェハ１８とマスク４０との微調整）
図６に示される如く、'アライメントユニット５０によってマスクマークＭ1及びウェハマークＷ1の撮像データを得て、そのデータに基づきウェハマークＷ１とマスクマークＭ１(正確には貫通孔６０の図６で水平方向の)中央との偏差△Ｘ及びマスク４０と半導体ウエハ１８とのギャップ(間隔)gを算出する。
【００６２】
具体的には、例えば、以下のように前記偏差△Ｘ及びマスク４０とギャップgを求める。貫通孔６２、貫通孔６０、及び貫通孔６４を、図６で水平に横断するラインＬ１上の、仕切り部７０をまたぐ部分を含む所定領域の撮像データから仕切り部７０の水平方向位置が求められる。同様にライン:Ｌ１上の仕切り部７１をまたぐ所定領域の撮像データから仕切り部７１の水平方向位置が求められる。これらの平均を取ることにより貫通孔６０の、図６で水平方向の中央の位置が求められる。また、貫通孔６・０内の影Ｓから外れる部分の図６で水平に横断するラインＬ２上のウェハマークｗｉをまたぐ所定領域の撮像データからウェハマークＷ１の、図６で水平方向の位置が求められる。これらの結果から前記偏差△Ｘが算出される。
【００６３】
貫通孔６４、貫通孔６６、及び貫通孔６８を、図６で垂直に横断するラインＬ３上の仕切り部７２をまたぐ所定領域の撮像データから仕切り部７２の垂直方向位置が求められる。
【００６４】
同様にラインＬ３上の仕切り部７３の影をまたぐ所定領域の撮像データから仕切り部７３の影７３´の垂直方向位置が求められる。これらの結果から図６のΔＺ（図５の角度αの方向から見た場合の距離）が求められる。仕切り部７２の中心と仕切り部７３の中心との距離（マスクマーク上での距離）ｍ及び図５の角度αは設定値なので既知であり、これらと、得られたΔＺ及びやはり既知のマスクのメンブレンの厚さｔからマスク４０と半導体ウエハ１８とのギャップｇは幾何学的に算出できる。具体的にはｇ＝（ΔＺ−ｍ・ｃｏｓα）／（２・ｓｉｎα）−ｔで求められる。
【００６５】
これらの演算は、撮像データが入力される図示しない制御部の図示しない演算部にて行われる。
【００６６】
なお、マスクマークＭ１が単一の貫通孔６０のみである場合であっても、上記偏差ΔＸ及びギャップｇを求めることはできる。ラインＬ１がまたぐ貫通孔６０の左右のエッジの位置からマスクマークの水平方向中央位置は求められる。ウエハマークＷ１については上記と同様なので、したがって、ΔＸが求められる。ギャップｇは、貫通孔６０を垂直に横断するライン（但し、ウエハマークＷ１と干渉しない位置が好ましい）の撮像データから影Ｓの図５で角度αの方向から見た長さ（図６のΔＺ´）をもとに求めることができる。具体的にはｇ＝ΔＺ´／（２・ｓｉｎα）−ｔにより求められる。したがって、本実施形態の変形例として貫通孔６０のみからなるマスクマークを用いるようにしてもよい。
【００６７】
しかし、本実施形態のような主貫通孔６０と４の副貫通孔６２、６４、６６、６８を用い、前記のように偏差ΔＸおよびギャップｇを求めるようにしたことにより、より、精度よくこれらの値を知ることが可能となり好ましい。
【００６８】
仕切り部７０、７１を細い筋状とし、仕切り部の両側がエッジとなるようにしたことにより、ラインＬ１上でこれらを横断する部分のＣＣＤの出力電圧の変化は仕切り部に相当する部分が鋭いピーク状となる変化を示す。そして、そのピークの中央の位置もこれら仕切り部を構成する２つのエッジの位置の検出結果の平均を取ることにより、貫通孔６０のみの場合のように片エッジとなる場合にそのエッジの位置を求める場合と比べて、より高精度に求めることができる。
【００６９】
また、ギャップｇを求めるのに図６のΔＺを用いる方がΔＺ´を用いるより高精度に求められるのは、前記のように、片エッジと両エッジとの違い、及びエッジ部をピントよく同時に見られるか否かの差による。
【００７０】
他のウェハマークＷ２とマスクマークＭ２、ウェハマークＷ３とマスクマークＭ３についても同様に測定を行う。
【００７１】
各測定結果に基づいてワークステージ３４を微調整し、半導体ウェハ１８とマスク４０間の距離を均等な所定値にし、半導体ウェハ１８とマスク４０のパターン位置を正確に合わせる。
【００７２】
この後、露光装置を作動させて（感光材料を塗布した）半導体ウェハ１８に露光潜像を形成する。ステップ送り、上記のこのような位置合わせ、及び露光を半導体ウェハ１８上の全てのパターン領域１８Ａについて行った後に半導体ウェハ１８は露光装置から搬出され、現像、エッチングなどを行って半導体ウェハ１８に所望のパターンを形成する。イオン注入の場合にも、同様のプロセスによって半導体ウェハ１８とマスク４０間のアライメント調整を行うことができる。
【００７３】
（ＣＣＤカメラ５４とマスクマークＭ１乃至Ｍ３との相対位置維持）
ＣＣＤカメラ５４によるウェハマークＷ１乃至Ｗ２の撮像による位置決めを実行する場合、必要最小限の位置決めとして、ＣＣＤカメラ５４の視野領域内で、マスクマークＭ１乃至Ｍ３が所定の位置にあることが必要となる。
【００７４】
ところが、搬送精度やグローバルアライメント精度により、マスクマークＭ１乃至Ｍ３の位置は微妙にずれることがある。
【００７５】
このため、１つの対策として、マスクマークＭ１乃至Ｍ３のサイズに対して、ＣＣＤカメラ５４の視野領域を拡げなければならず、解像度が粗くなり、誤差要因となる。また、画素数を多いＣＣＤカメラに変更した場合は、画像処理時間が冗長する。
【００７６】
そこで、本実施の形態では、マスクマークＭ１乃至Ｍ３を５個の貫通孔６０、６２、６４、６６、６８の集合体で構成し、この貫通孔間の隙間に存在する、仕切り部を撮像することで、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａと、マスクマークＭ１乃至Ｍ３との相対位置関係を補正（調整）するようにした。
【００７７】
すなわち、図４に示される如く、第１の貫通孔６０はウェハマークＷ１を捉える貫通孔であり、この第１の貫通孔６０に隣接して縦スリット状の第２の貫通孔６２を設ける。これにより、第１の貫通孔６０と第２の貫通孔６２との間に仕切り部７０が形成される。
【００７８】
マスクマークＭ１の照明光源部５２側の端部は、マスク４０の厚みによって生じる影Ｓにより暗くなっており、この位置をＣＣＤカメラ５４によって撮像すると、第１の貫通孔６０、仕切り部７０、第２の貫通孔６２とで、「暗」、「明」、「暗」の大きな濃度差を得ることができる。
【００７９】
ここで、図示しない制御部はＣＣＤカメラ５４の図４の左端から，「明」の部分（仕切り部７０）の中心線までの寸法Ａを、撮像した画像データから演算する。この寸法Ａは、予め定められた基準となる寸法と比較されることで、図４で水平方向（この場合Ｘ軸方向）の誤差（ずれ）を認識することができる。
【００８０】
一方、第１の貫通孔６０の右辺に沿って設けられた、第３の貫通孔６４と第４の貫通孔６６との間にも仕切り部７２が形成される。
【００８１】
第３の貫通孔６４の全部と、第４の貫通孔６６の一部（上端部）とは、マスク４０の厚みによって生じる影Ｓにより暗くなっており、この位置をＣＣＤカメラ５４によって撮像すると、第３の貫通孔６４、仕切り部７２、第４の貫通孔６６とで、「暗」、「明」、「暗」の大きな濃度差を得ることができる。
【００８２】
ここで、図示しない制御部はＣＣＤカメラ５４の図４の上端から，「明」の部分（仕切り部７２）の中心線までの寸法Ｂを、撮像した画像データから演算する。この寸法Ｂは、予め定められた基準となる寸法と比較されることで、図４で垂直方向（この場合Ｙ軸方向）の誤差（ずれ）を認識することができる。
【００８３】
上記Ｘ軸方向の誤差と、Ｙ軸方向の誤差と、が認識されると、当該誤差に基づく補正量が演算される。
【００８４】
演算された補正量に基づいて、制御部は、カメラ用Ｘ−Ｙテーブル７４を駆動し、前記誤差を解消させる。すなわち、マスクマークＭ１がＣＣＤカメラ５４の視野内の予め定められた位置へくるように、ＣＣＤカメラ５４を備えた撮像部５６が、カメラ用Ｘ−Ｙテーブル７４によって移動される。これにより、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａと、マスクマークＭ１乃至Ｍ３との相対位置関係を常に一定に維持することができる。
【００８５】
以上説明したように、本実施の形態では、マスク４０に設けられるマスクマークＭ１乃至Ｍ３と、それぞれ対応する、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａとの相対位置がずれると、そのずれを検出し、そのずれを解消するようにカメラ用Ｘ−Ｙテーブルを移動させる。これにより、必要な時(アライメントやギャップの検出の時)に、CCDカメラの視野領域５４ＡとマスクマークＭ1(Ｍ２、Ｍ３)との相対位置を常に一定に保てる。
【００８６】
このため、マスクマークＭ１(Ｍ２、Ｍ３)の位置ずれを考慮して視野領域５４Ａを広めに設定する必要がなくなり、視野領域５４Ａに対するマスクマークＭ１(Ｍ２、Ｍ３)の占める割合を大きく設定できる。したがって、レンズの倍率を大きく設定し、高分解能な撮像データ取得を行える。あるいは、レンズの倍率を上げる代わりに、ＣＣＤカメラの小型化を図ることができる。
【００８７】
また、画像処理時間短縮のため、視野領域のうち、アライメント検出等に必要な最小限の領域のみについての撮像データを処理するようにする場合、メンブレンの撓み等によりマスクマークの位置がずれることを想定して余分な領域を考慮する必要もなくなる。したがって、しょりする領域の極小化、ひいては処理時間の極小化可能となるので、処理を行う領域を絞るというメリットを最大限に生かせる。
【００８８】
さらに、撮像光学系を構成するレンズが有する収差等に起因する誤差も防げる。例えば、歪曲収差によって、像に歪みが生じたり、像面湾曲によって、視野の中心部と周縁部とでピントの合い方が異なるなどの問題を完全に無くすのは困難である。視野内でマスクマークの位置がずれた場合に、これらの原因により、マスクマーク上の同じ位置のデータにもかかわらず、画像処理結果が異なる場合もありうる。しかし、視野領域５４ＡとマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）との相対位置が一定に保てるので、このような問題が防げる。
【００８９】
同様に、視野内でマスクマークの位置がずれた場合、視野領域５４Ａの照明の不均一に起因し、マスクマーク上の同じ位置のデータにもかかわらず、画像処理結果が異なる場合もありうるが、このような問題も防げることになる。
【００９０】
また、本実施の形態では、マスクマークＭ１乃至Ｍ３をそれぞれ複数の貫通孔によって構成し、第１の貫通孔６０と第２の貫通孔６２、並びこれらの間に形成される仕切り部７０とにより、濃度の明確な明暗を形成することで、図４で水平方向のマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）の位置を寸法Ａによって特定する。同様に第３の貫通孔６４と第４の貫通孔６６と、これらの間の仕切り部７２とにより、図４で垂直方向の寸法Ｂを特定する。この寸法Ａ、Ｂにより視野領域５４ＡとマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）との相対位置を高精度に補正することができる。
【００９１】
但し、前記のとおり、マスクマークの形状は図４のものに限られず、マスクマークの視野領域に対する位置ずれの求め方も適宜変更可能である。例えば、マスクマークを単一の貫通孔６０とした場合、Ａの代わりに図４に示すＡ´を、Ｂの代わりに図４のＢ´を用いてマスクマークの位置ずれ量求めるようにしてもよい。
【００９２】
上記のような、マスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）のＣＣＤカメラ５４の視野内での位置ずれ量の測定は、例えば、マスク４０と半導体ウェハ１８との位置合わせのための撮像データ取得時に行える。この場合、得られたＡ、Ｂの値から、マスクマークがＣＣＤカメラの視野内でずれがない（あるいはずれていても許容範囲内である）と判断される場合には、そのまま撮像データを処理し、通常のマスクと半導体ウェハとの位置合わせ工程（両者間の位置ずれ量の検出及び半導体ウェハの位置調整）に入る。一方、マスクマークのＣＣＤカメラの視野内でのずれが大きい場合は、カメラ用Ｘ−Ｙテーブルの移動により前記ずれ量を補正した上で、通常のマスクと半導体ウェハとの位置合わせ工程に入る。
【００９３】
また、本実施の形態のアライメントユニット５０は、照明光源部５２及び撮像部５６を、露光やイオン注入と干渉しないように、光軸がマスク及び半導体ウェハに対し、斜め方向になるように設置している。このため、マスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）のＣＣＤカメラ５４の視野内での位置ずれ量の測定を、ステップ送り後、露光（あるいはイオン注入）の終了までの任意のタイミングで行うようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置決め装置を示す照明図である。
【図２】半導体ウェハの平面図であり、１チップ毎の区画、並びに１チップ毎のウェハマークをの位置を示す平面図である。
【図３】（ａ）はマスクの平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】照明エリア及びＣＣＤカメラの視野領域との相対関係を示すマスクマークの拡大平面図である。
【図５】アライメントユニットの正面図である。
【図６】アライメントユニットによるウェハマークの検出状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ｗ１乃至Ｗ３    ウェハマーク
Ｍ１乃至Ｍ３    マスクマーク
ＬＤ    半導体レーザー
１０    半導体位置決め装置
１２    定盤
１４    支柱
１６    天板
１６Ａ    開口部
１８    半導体ウェハ
２０    移動ステージ部
２２    作業ステージ部
２４    ベース
２６    第１のスライダ
２８    Ｘ軸方向摺動装置
３０    第２のスライダ
３２    Ｙ軸方向摺動装置
３４    ワークステージ
３６    ウェハチャック
３８    マスクチャック
４０    マスク
４０Ａ    周縁部
４０Ｂ    メンブレン部
４０Ｃ    マスクパターン部
４０Ｄ    切欠部
４０Ｅ    グローバルアライメントマーク
４２    マスクθ軸ベース
４４    マスクＺ軸方向移動機構
４６    マスク用Ｘ−Ｙテーブル
５０    アライメントユニット
５２    照明光源ユニット
５４    ＣＣＤカメラ
５４Ａ    視野領域
６０    第１の貫通孔（主貫通孔）
６２    第２の貫通孔（副貫通孔）
６４    第３の貫通孔（副貫通孔）
６６    第４の貫通孔（副貫通孔）
６８    第５の貫通孔（副貫通孔）
７０    仕切り部（第１の仕切り部）
７２    仕切り部（第２の仕切り部）
７４    カメラ用ＸーＹテーブル（撮像素子用テーブル）
７６    筐体
７８    照明光学系
８０    集光レンズ
【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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