(57)【要約】【課題】マスクの撓み・変形を正確に検出する。【解決手段】ウェハ（Ｗ）と当該ウェハ（Ｗ）に対して所定の処理を実行するためのマスク（１１０）との位置合わせを行うための位置合わせ装置であって、ウェハ（Ｗ）とマスク（１１０）との相対位置を変化させる移動装置（１０２，１０３，１０４）、マスク（１１０）上に設けられたアライメント用開口部を通してウェハ上に設けられたアライメントマークを読み取る読取装置（１０８）、読取装置によって読み取られたアライメント用開口部とアライメントマークとの相対位置に基づいてウェハ（Ｗ）とマスク（１１０）との相対位置を変化させる制御装置（１０１）と、を備える。そして、制御装置（１０１）は、所定のタイミングにおけるアライメント用開口のエッジの位置を記憶し、読取装置から新たに読み取られるエッジの位置と記憶されているエッジの位置とを比較し、新た読み取られたエッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する。【選択図】　図９
2004095906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせ対象物上に設けられたマークを読み取る読取装置と、
所定のタイミングにおいて前記読取装置によって読み取られた前記マークの位置を記憶する記憶部と、
前記読取装置によって読み取られた前記マークの位置と前記記憶部に記憶されている前記マークの位置とを比較し、前記読取装置によって読み取られた前記マークの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する判定する比較判定部と、を備えることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記記憶部は、動作の初期のタイミングで前記マークの位置を記憶する、請求項１に記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記許容範囲から逸脱していると判断した場合に、所定の非常時処理を行う、請求項１に記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
ウェハと当該ウェハに対して所定の処理を実行するためのマスクとの位置合わせを行うための位置合わせ装置であって、
前記ウェハと前記マスクとの相対位置を変化させる移動装置と、
前記マスク上に設けられたアライメント用開口部を通して前記ウェハ上に設けられたアライメントマークを読み取る読取装置と、
前記読取装置によって読み取られたアライメント用開口部と前記アライメントマークとの相対位置に基づいて前記ウェハと前記マスクとの相対位置を変化させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、所定のタイミングにおける前記アライメント用開口部のエッジの位置を記憶し、前記読取装置から新たに読み取られる前記エッジの位置と記憶されている前記エッジの位置とを比較し、新た読み取られた前記エッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定することを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
所定のタイミングにおいて前記読取装置によって読み取られた前記エッジの位置を記憶する記憶部と、
前記読取装置によって読み取られた前記エッジの位置と前記記憶部に記憶されている前記エッジの位置とを比較し、読み取られた前記エッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する比較判定部と、を備える、請求項４に記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記ウェハに対する処理の初期のタイミングで前記エッジの位置を記憶する、請求項４に記載の位置合わせ装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記許容範囲から逸脱していると判断した場合に、所定の非常時処理を行う、請求項４に記載の位置合わせ装置。
【請求項８】
前記位置合わせ装置は、露光装置またはイオン注入装置に用いられる、請求項１乃至７のいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項９】
所定のタイミングにおいて位置合わせ対象物上に設けられたマークを読み取るステップと、
読み取られた前記マークの位置を記憶するステップと、
新たに読み取られた前記マークの位置と記憶されている前記マークの位置とを比較するステップと、
新たに読み取られた前記マークの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する判定するステップと、を備えることを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項１０】
ウェハと当該ウェハに対して所定の処理を実行するためのマスクとの位置合わせを行うための位置合わせ方法であって、
所定のタイミングにおいて、前記マスク上に設けられたアライメント用開口部を通して前記ウェハ上に設けられたアライメントマークを読み取るステップと、前記所定のタイミングにおける前記アライメント用開口部のエッジの位置を記憶するステップと、を備え、
さらに前記処理の実行時に、新たに前記エッジの位置を読み取るステップと、前記新たに読み取られた前記エッジの位置と記憶されている前記エッジの位置とを比較するステップと、
前記新た読み取られた前記エッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定するステップと、
前記新たに読み取られた前記エッジの位置が前記許容範囲内にある場合に、前記新たに読み取られた前記アライメント用開口部と前記アライメントマークとの相対位置に基づいて前記ウェハと前記マスクとの相対位置を変化させるステップと、を備えたことを特徴とする位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体製造等に用いられる露光装置またはイオン注入装置に係り、特に、ウェハと露光・イオン注入用マスクとの位置合わせ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造過程においては、シリコンウェハに複数のチップ領域が設定され、露光やイオン注入などの製造プロセスが各チップ領域に対して順次実行される。
【０００３】
ウェハ上の各チップ領域に対してパターン形成するために、露光のためのマスクパターンが形成されたマスクをウェハに近接させて露光するプロキシミティ露光または近接露光という方法が用いられている。
【０００４】
この近接露光では、ウェハとマスクとの位置が正しく整合していなければならないため露光工程の前に位置合わせを正確に行う必要がある。位置合わせ方法としては、ウェハ上に設けられたウェハマークとマスク上に設けられたマスクマークの双方を撮像手段によって撮像し、双方の位置関係からウェハとマスクとの相対位置を検出する。このような位置合わせ技術として、例えば、特開平９―１３９３３３号には斜方検出法を適用した位置合わせ方法が開示されている（特許文献１）。斜方検出法によれば、露光のための露光光の光軸上に位置合わせのための手段を配置しなくて済むため、露光中に位置合わせ手段を待避する必要が無くなり、露光中でもアライメントが可能となり、スループットを向上させることができるという特長があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１３９３３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マスクは通常１０μｍ程度と極めて薄いものであるのため、露光やイオン注入の際にマスクが撓み、マスクパターンが正しくウェハのチップ領域と整合しなくなる場合があった。
【０００７】
すなわち、露光等の最初に正しくウェハとマスクとの位置合わせをしても、露光プロセスやイオン注入プロセスでは、露光光の放射熱やマスクにイオンが衝突することよりマスクの温度が高温になる。この温度によりマスクが変形し撓みを生ずる。斜方検出法による位置合わせではマスク上に設けられたマスクマークとウェハ上のウェハマークとの位置を斜めから観察することになるため、僅かなマスクの撓みでも正確な位置合わせができなくなる可能性があった。また、マスクとウェハとの間隙は通常数μｍ〜５０μｍと極めて狭いものであるため、マスクの変形が大きいとマスクがウェハに接触してしまうおそれもあった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、マスク等の位置合わせ対象物の撓みを検出可能な位置合わせ装置及び位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の位置合わせ装置は、位置合わせ対象物上に設けられたマークを読み取る読取装置と、所定のタイミングにおいて読取装置によって読み取られたマークの位置を記憶する記憶部と、読取装置によって読み取られたマークの位置と記憶部に記憶されているマークの位置とを比較し、読取装置によって読み取られたマークの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する判定する比較判定部と、を備える。
【００１０】
上記構成によれば、読取装置によって読み取られた対象物上のマークの位置が記憶部において記憶され、新たに読み取られたマークの位置と記憶されたマークの位置が比較され、読み取られたマークの位置が記憶されたマークの位置から見て所定の許容範囲に入っているか否かが比較判定される。対象物が変形し読取装置との距離が変化すれば対象物上のマークの位置も変化するため当該構成によって確実に対象物の撓み・変形を検出可能である。
【００１１】
なお、対象物の撓み・変形によるマーク位置の変化は、対象物の撓み・変形の方向が読取装置からマーク位置への方向と異なっている場合に、より大きく観察されるため、当該位置合わせはいわゆる斜方検出法に適するが、対象物の撓み・変形の方向と読取装置からマーク位置への方向とが略平行である垂直検出法であってもマークの形状が変化するため、そのマーク形状の変化を検出することで当該位置合わせ技術を適用可能である。
【００１２】
なお、本発明において、「位置合わせ対象物」とは、例えば露光装置やイオン注入装置におけるマスク等が考えられるが、変形を検出したい対象であれば特にその名称や用途に限定されることはない。
【００１３】
また、本発明において、「読取装置」は、マークの位置の変化を識別可能な形態で電気信号に変換可能であれば充分であり、二次元的に画像を読み取るカメラのような手段であっても一次元的に走査しながら画像を読み取るラインセンサのようなものであってもよい。
【００１４】
また、本発明において、「マーク」は、その形状や大きさに特に限定はないが、ウェハとマスクとの位置合わせを要する装置であれば対象物であるマスク上に設けられる開口部が相当する。
【００１５】
また、本発明において、「所定のタイミング」に限定はなく、作業の開始時、または作業の中間において定期的に読み取ることが考えられる。当該タイミングからの対象物の撓み・変化を検出することが目的だからである。
【００１６】
また、本発明において、「許容範囲」は位置合わせの目的を達成するために必要とされる精度に対応して種々に設定可能である。例えば露光装置やイオン注入装置であれば、パターンやイオンの注入位置のずれが性能に影響を与えない程度の対象物における位置ずれの範囲をいう。このような範囲は例えば予め行われる実験で設定される。
【００１７】
ここで、記憶部は、動作の初期のタイミングでマークの位置を記憶する。この記憶部は外部の取り外し可能な記憶装置でも内部のＲＡＭやキャッシュメモリなどの一時的な記憶装置であってもよい。マークの位置はマーク自体の画像として記憶されるものでも、検出した位置に対応する数値として記憶されるものでもよい。読取装置の仕様によって適宜記憶すべき内容を変更可能である。
【００１８】
判定部は、許容範囲から逸脱していると判断した場合に、所定の非常時処理を行う。ここで、所定の非常時処理としては、例えば、警告信号を出力したり、例えば、位置合わせ装置が露光装置あるいはイオン注入装置に使用されている場合では露光処理、あるいはイオン注入処理の中断などが挙げられる。許容範囲からはずれているということは対象物の撓み・変形が相対的に大きくなっていることを示すので、警告信号を出すことによりユーザに知らせることが可能になる。例えば警告信号に基づいてランプを点灯（点滅）させたり警告音を発生させたりディスプレイ上に警告表示をしたり等、ユーザに知覚可能な手段で警告することになる。
【００１９】
また、本発明は、ウェハと当該ウェハに対して所定の処理を実行するためのマスクとの位置合わせを行うための位置合わせ装置であって、ウェハとマスクとの相対位置を変化させる移動装置と、マスク上に設けられたアライメント用開口部を通してウェハ上に設けられたアライメントマークを読み取る読取装置と、読取装置によって読み取られたアライメント用開口部とアライメントマークとの相対位置に基づいてウェハとマスクとの相対位置を変化させる制御装置と、を備える。そして、制御装置は、所定のタイミングにおけるアライメント用開口のエッジの位置を記憶し、読取装置から新たに読み取られるエッジの位置と記憶されているエッジの位置とを比較し、読取装置によって新た読み取られたエッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する。
【００２０】
上記構成によれば、制御装置は、所定のタイミングで読取装置によって読み取られたマスク上のアライメント用開口部のエッジ位置を記憶し、新たに読み取られた開口部のエッジ位置とこの記憶された開口部のエッジ位置とを比較する。そして新たに読み取られた開口部のエッジ位置が記憶された開口部のエッジ位置から見て所定の許容範囲に入っているか否かを比較判定する。マスクが撓み・変形し読取装置との距離が変化すればマスク上の開口部のエッジ位置も変化するため当該構成によって確実にマスクの撓み・変形を検出可能となる。
【００２１】
なお、マスクの撓み・変形による開口部のエッジ位置の変化は、マスクの撓み・変形の方向が読取装置から開口部の位置への方向と異なっている場合に、より大きく観察されるため、当該位置合わせはいわゆる斜方検出法に適するが、マスクの撓み・変形の方向と読取装置から開口部のエッジ位置への方向とが略平行である垂直検出法であっても開口部の形状が変化するため、その開口部形状の変化を検出することで当該位置合わせ技術を適用可能である。
【００２２】
ここで、例えば、制御装置は、所定のタイミングにおいて読取装置によって読み取られたエッジの位置を記憶する記憶部と、読取装置によって読み取られたエッジの位置と記憶部に記憶されているエッジの位置とを比較し、読み取られたエッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する比較判定部と、を備えていてもよい。
【００２３】
また、制御装置は、ウェハに対するプロセス処理の初期のタイミングでエッジの位置を記憶するようにしてもよい。但し、処理中途の任意のタイミングで記憶してもよい。ある基準とされるタイミングからのマスクの撓み・変形を検出することが目的だからである。
【００２４】
また、制御装置は、許容範囲から逸脱していると判断した場合に、所定の非常時処理を行うようにしても良い。所定の非常時処理については、例えば、以下がある。まず、警告信号を出力するようにしてもよい。許容範囲からはずれているということはマスクの撓み・変形が相対的に大きくなっていることを示すので、警告信号を出すことによりユーザに知らせることが可能になる。例えば、警告信号に基づいてランプを点灯（点滅）させたり警告音を発生させたりディスプレイ上に警告表示をしたり等、ユーザに知覚可能な手段で警告することになる。これにより、ユーザは、マスクを交換すべきことを認識することができる。
【００２５】
また、制御装置は、許容範囲から逸脱していると判断した場合に、以降のウェハに対する処理を中断するように構成してもよい。許容範囲からはずれたということはマスクの撓み・変形が相対的に大きく、そのまま製造を継続すると精度の悪いパターニングやイオン注入しかできないことを意味するため、それ以降のプロセスを続けることは不適当だからである。
【００２６】
この場合、中断される処理は、露光処理またはイオン注入処理が考えられるが、他の処理であってもよい。露光装置やイオン注入装置に本発明を適用した場合である。露光装置としては、等倍または縮小投影を行う紫外線露光装置、電子線描画装置、電子線露光装置あるいはＸ線露光装置等であってもよい。
【００２７】
本発明の位置合わせ方法は、所定のタイミングにおいて位置合わせ対象物上に設けられたマークの位置を読み取るステップと、読み取られたマークの位置を記憶するステップと、新たに読み取られたマークの位置と記憶されているマークの位置とを比較するステップと、新たに読み取られたマークの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定する判定するステップと、を備える。
【００２８】
また、本発明の位置合わせ方法は、ウェハと当該ウェハに対して所定の処理を実行するためのマスクとの位置合わせを行うための位置合わせ方法であって、所定のタイミングにおいて、マスク上に設けられたアライメント用開口部を通してウェハ上に設けられたアライメントマークを読み取るステップと、所定のタイミングにおけるアライメント用開口のエッジの位置を記憶するステップと、を備える。そして、さらにプロセスの実行時に、新たにエッジの位置を読み取るステップと、新たに読み取られたエッジの位置と記憶されているエッジの位置とを比較するステップと、新た読み取られたエッジの位置が所定の許容範囲より逸脱しているか否かを判定するステップと、新たに読み取られたエッジの位置が許容範囲内にある場合に、新たに読み取られたアライメント用開口部とアライメントマークとの相対位置に基づいてウェハとマスクとの相対位置を変化させるステップと、を備えている。
【００２９】
本発明の位置合わせ装置及び位置合わせ方法は、例えば、半導体製造等に用いられる製造装置の露光装置やイオン注入装置の一部に組み込んで利用する事が可能である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、本発明の位置合わせ装置及び方法を半導体製造における露光装置に適用したものである。
【００３１】
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る製造装置の概略図を示す。図１に示すように、当該製造装置１は、プロセス室１０、ワーク室１２、マスク室１３、及びプリアライメント室１４とローダ室１１とを、ゲートバルブ１５、１６、１７、及び１８でそれぞれ連結して構成されている。なお、ローダ室１１と共に殆ど常に真空状態に保たれるプリアライメント室１４及びプロセス室１０との間のゲートバルブ１５、１８は省略しても良い。
【００３２】
図示しない吸引手段により、プロセス室１０、ローダ室１１、ワーク室１２、マスク室１３、及びプリアライメント室１４を各々半導体製造工程に適する真空度にまで低圧化することが可能になっている。ローダ室１１には、アーム部２１及びハンド２２からなるローダ２０が備えられている。
【００３３】
ワーク室１２には、図示しないカセットに装着された複数のシリコンウェハが格納されている。マスク室１３には、このウェハを露光するための露光パターンが記録されているステンシルマスク（図示しない）が露光パターンに対応して格納されている。プリアライメント室１４は、ワーク室１２から運ばれたウエハ及びマスク室１３内から運ばれたステンシルマスクの向きをほぼ一定方向に向けるための向き調整機構を備えている。このプリアライメントにはウエハ及びステンシルマスクに設けられる切り欠き（図４参照）を利用して行うようになっている。なお、切り欠きとしては、Ｖ字状等のものでもよい。プロセス室１０は、本発明に係る位置合わせ装置が設けられる場所であり、ウェハの露光やイオン注入を行うためのプロセス部１０ａが設けられている。
【００３４】
図２に、プロセス部１０ａに設けられる露光装置１００の構成図を示す。図２に示すように、本露光装置１００は、制御装置１０１、駆動回路１０２、駆動機構１０３、ステージ１０４、静電チャック１０５、読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃ、及び露光照明装置１０９を備えている。各読取装置１０６Ａ／Ｂ／Ｃは、検出照明装置１０７及びカメラ１０８をそれぞれ備えている。
【００３５】
制御装置１０１は、コンピュータ装置であって、所定のソフトウェアプログラムに従って本発明における位置合わせ方法を実施可能に構成されている（図１０参照）。すなわち、読取装置１０６による読取結果が示す位置ズレに対応させた駆動信号（デジタル信号）やステップ送りのための駆動信号（デジタル信号）を出力可能に構成されている。具体的には、制御装置１０１は、図３に示すような機能ブロックとして機能するようになっており、記憶部１０１１、比較判定部１０１３、及び制御部１０１４を備えている。記憶部１０１１はＲＡＭ等の内部メモリであるが、外部メモリ１０１２に情報を格納するように構成してもよい。外部メモリ１０１２には、固定ディスク、メモリカード等、着脱自在の如何を問わず種々の記憶媒体を適用可能である。
【００３６】
駆動回路１０２は、駆動信号を入力しステージ１０４を動かすための駆動パルスに変換可能に構成されている。すなわち駆動回路１０２は、駆動機構１０３の仕様に対応させて駆動信号の示す移動量だけステージ１０４を動かすための駆動パルスを出力するようになっている。
【００３７】
駆動機構１０３は、ステップ送り等の比較的大きな移動量の移動のための機構と、位置ずれ補正のための微動機構とを含む。前者はそれぞれステップモータ等の動力手段とギア・ベルト・スクリューバーなどの機構手段とを含む図面左右方向のＸ軸方向の駆動機構、図面奥行き方向のＹ軸方向の駆動機構、及び図面上下方向のＺ軸方向の駆動機構を備え、それぞれの方向に駆動パルスに対応する移動量だけステージ１０４を移動することが可能に構成されている。後者は、例えば圧電素子等を含み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸周りにステージ１０４を微動可能に構成されている。すなわち、ステージ１０４と静電チャック１０５で取り付けられるステンシルマスク１１０との相対位置を変更可能に構成されている。
【００３８】
ステージ１０４は、ウェハＷを着脱自在に載置するために、図示しない吸引チャック等（例えば、静電チャック、大気中であれば真空チャック、あるいは機械的な把持機構）の手段によってウェハＷを仮固定することができるようになっている。ウェハＷを交換する場合には仮固定を開放し、ローダ２０にウェハＷを撤去させ、新たにローダ２０が搬送してきたウェハＷが正しく載置してから、再び仮固定することができるようになっている。
【００３９】
静電チャック１０５は、静電力でステンシルマスク１１０を一時的に吸着して仮固定することが可能になっている。なお、静電チャック１０５の代わりに露光装置の種類に応じ、各種吸引チャック（例えば、マグネットチャックや大気中の場合であれば真空チャック）や把持機構、その他公知の仮固定手段を利用してもよい。
【００４０】
各読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃにおいて、検出照明装置１０７は、画像撮影に適するスペクトラムを有する検出光を画像撮影に適する光量で射出可能に構成されている。例えば、検出照明装置１０７として、ハロゲンランプと反射板を重ねたもの、ＬＥＤ、レーザ装置等の構成が適用される。カメラ１０８は、二次元画像を撮影可能な構成であり、例えば対物レンズによりアライメントマーク等の微少領域を拡大して撮影可能なＣＣＤカメラ等の構成である。これらの構成により、各読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃは、それぞれ一時にマスク１１０上の異なる位置においてアライメントマークを同時に読み取ることが可能に構成されている。
【００４１】
なお、各読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃの読取位置を変更可能なように、図示しない読取装置の搬送装置を備えていてもよい。もちろん、マスク１１０におけるパターン領域とアライメントマークとの相対的な位置関係がどのマスクでも同一であるように設定するならば、これら読取装置１０６Ａ，Ｂ，Ｃの各位置を静電チャック１０５に対して固定してもよい。このように読取装置の位置を固定すれば、搬送装置が不要になり、マスクマークの読取の度に読取装置を搬送する必要が無くなるためスループットも向上する。
【００４２】
照明装置１０９は、紫外線、Ｘ線または電子線をマスク１１０上のパターン領域に射出可能に構成されている。この照明装置１０９から射出されたこれら紫外線、Ｘ線または電子線は、マスク１１０のパターン領域により領域制限されウェハに照射され、ウェハ上に塗布されたレジスト材料を露光することが可能になっている。
【００４３】
図４に、ステンシルマスク１１０とウェハＷとの相対位置を説明する斜視図を示す。図５にステンシルマスク１１０の平面図、図６にウェハＷの所定のチップ領域を中心とする平面図を示す。
【００４４】
本実施の形態で使用するステンシルマスク１１０は、周辺部１１４で囲まれたメンブレム部１１３にパターン領域１１１が形成されて構成されている。パターン領域１１１は当該実施の形態では方形に形成されている。そしてパターン領域１１１の一辺の端部にはマスクマーク（開口部）１１２Ａ及び１１２Ｂが、その辺に対向する辺の一端には他のマスクマーク１１２Ｃが形成されている。さらに周辺部１１４には２つのグローバルアライメントマーク１１５が形成されている。また、ステンシルマスク１１０には、切り欠きが設けられており、プリアライメントが可能になっている。
【００４５】
当該ステンシルマスク１１０は、例えばシリコンを主体とするもので、直径４インチ、厚さ０．５ｍｍの周辺部１１４と厚さ１０μｍ程度のメンブレム部１１３とからなる。さらに露光パターンに応じたパターン領域１１１及びマスクマーク１１２を形成したものである。
【００４６】
他に、例えば紫外線、Ｘ線等を用いる露光装置の場合、ステンシルマスクとして磁性体を使用することも可能で、例えば、周辺部を鋼で形成し、メンブレン部はそれぞれに適した材質、表面処理などを用いて形成するようにしてもよく、材質等、本実施の形態に限定されない。磁性体を使用の場合、チャックとしてマグネットチャックを使用しても良い。
【００４７】
シリコンウェハＷは、複数のチップ領域ＣＡが設けられており、そのチップ領域の一方の辺の端部にウェハマークＷＭＡ及びＷＭＢ、その対向する辺の一端に他のウェハマークＷＭＣが形成されている。露光する際にはチップ領域ＣＡにはレジストが塗布された状態となっている。図４及び図６では、露光対象となっているチップ領域ＣＡのみをハッチングで示してあるが、露光装置がウェハとマスクとの相対位置を変更することで、異なるチップ領域が露光対象となるようになっている。ウェハＷには、切り欠きが設けられており、この切り欠きによってプリアライメントが可能になっている。
（動作）
次に、図１０に示すフローチャートを参照して、上記製造装置の構成における動作を説明する。
【００４８】
まず、ステンシルマスク１１０を搬送する（Ｓ１）。まずゲートバルブ１７が開放されローダ２０が位置２０ｂまで移動する。ローダ２０は、アーム２１を作動させて露光に係るステンシルマスク１１０を選択的にハンド２２に載置する。次いでゲートバルブ１８が開放され、ステンシルマスク１１０を載置しているローダ２０が位置２０ｃまで動き、ステンシルマスク１１０のプリアライメントが行われる。すなわち、ステンシルマスク１１０の周辺部１１４に設けられている切り欠き（図４、図５参照）を利用してマスクが一定の方向に揃えられる。次いでゲートバルブ１５が開放され、プリアライメントされたステンシルマスク１１０を再度載置したローダ２０のハンド２２が位置２０ｄまで動き、プロセス部１０ａ内に入る。プロセス部１０ａ内部において、ローダ２０はステンシルマスク１１０を露光装置１００の静電チャック１０５下に位置させる。この位置で静電チャック１０５を動作させステンシルマスク１１０を吸着させる。次いでグローバルアライメントマーク１１５（図４、図５参照）を利用してステンシルマスク１１０の位置決めを図示しない機構により行う。この動作によりステンシルマスク１１０が後の本願発明に係る位置合わせ装置によるウエハとの位置合せが可能な位置において仮固定される。
【００４９】
次に、本発明に係る位置合わせ方法を実施するためのマークの初期値を取得しておく（Ｓ２）。つまりマスク１１０が仮固定された後にマスクマーク１１２の位置を記憶する。マスク１１０には、図４及び図５に示すように、開口部であるマスクマーク１１２Ａ，Ｂ，Ｃが配置されている。このそれぞれの位置、具体的には開口部のエッジの位置を記憶する。
【００５０】
図７において、一つのマスクマーク１１２について当該マークの真上から見た図を上段に、真横から見た断面図を中断に、カメラ１０８において撮像される映像を下段に示す。図７下段に示すように、マスクマーク１１２のエッジを含めた映像がカメラ１０８によって撮像され記憶部１０１１に記憶される。このように、マスクマーク１１２の初期の映像をそのまま記憶して位置を記憶する。さらにエッジ部分を輪郭強調等の公知の画像処理技術で取り出し、そのエッジの輪郭を映像としてまたは基準点からの座標値として記憶してもよい。
【００５１】
次に、ウェハＷをステージ１０４上に搬送する（Ｓ３）。ゲートバルブ１６が開放されてからローダ２０が作動しアーム２１が延びて位置２０ａにまで移動する。次いでローダ２０は、ワーク室１２内に格納されているウェハのうちいずれか一枚をハンド２２に載置する。次にゲートバルブ１８が開放され、ウェハＷを載置しているローダ２０が位置２０ｃまで動き、ウェハＷのプリアライメントが行われる。すなわち、ウェハＷの一端に設けられている切り欠きによりウェハＷが一定の方向に揃えられる。次いでゲートバルブ１５が開放され、プリアライメントされたウェハＷを再度載置したローダ２０のハンド２２が位置２０ｄまで動き、プロセス部１０ａ内に入る。プロセス部１０ａ内部において、ローダ２０はウェハＷを露光装置１００のステージ１０４上に載置する。図示しない吸引チャックが作動しウェハＷを固定した状態でウェハＷ上の所定のマークを利用してウェハＷの位置決めを行う。これにより、後のステンシルマスク１１０との位置合せが可能な状態となる。
【００５２】
以上の工程によってマスク１１０及びウェハＷ共にプリアライメントされた状態で仮固定されるので、露光動作に移行する（Ｓ４〜）。
【００５３】
まず、制御装置１０１が露光すべきチップ領域ＣＡの位置までステージ１０４をステップ送りさせる（Ｓ４）。それにより、マスク１１０とウェハＷとはチップ領域同士がほぼ重なった状態になる。
【００５４】
この状態において、位置合わせのために各読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃはそれぞれに対応するマスクマーク１１２及びウェハマークＷＭを含む画像データを読み取る（Ｓ５）。
【００５５】
図７は、このときのマスク１１０上のマスクマーク１１２とウェハＷ上のウェハマークＷＭが重なる様子を示している。検出照明装置１０７からの検出光は、各マスクマーク１１２に照射されると共にその開口部を抜けてウェハＷ上にも届く。検出光はマスク面に対し斜めに入射しているためマスクマーク１１２のエッジによりウェハＷ上に影ＳＡが生ずる。この影ＳＡによりマスクマーク１１２のエッジがよりはっきりする。また、上述のようなステップＳ１及びステップＳ３での位置決めによりマスクマーク１１２とウェハマークＷＭはほぼ位置が合っているためマスクマーク１１２の開口部からはウェハマークＷＭが望める。
【００５６】
制御装置１０１は、ステップＳ５で得られたマスクマーク１１２、ウェハマークＷＭ及び影ＳＡを含む画像データからマスク１１０とウェハＷとの相対位置のズレ及びステンシルマスク１１０とウェハＷとのギャップを計算し、それを補正する方向にステージ１０４を駆動する（Ｓ６）。すなわち、マスクマーク１１２の中心軸（一点鎖線で表示）とウェハマークＷＭの線方向とのずれΔ及び影ＳＡの長さＤを演算して求める。図６に示すように、ウェハマークＷＭはチップ領域ＣＡの周囲に３つ設けられており、そのうち少なくとも一つ（ＷＭＣ）は線方向が他のマークと異なる方向を向いているため、この３つのウェハマークＷＭについてマスクマーク１１２との位置ズレを測定すれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、および回転角をどれだけ補正すれば正しく総てのウェハマークＷＭが各マスクマーク１１２の中心軸と一致するかを計算できる。この計算には、公知の技術を適用可能である。同様に、影ＳＡの長さＤに基づき、それぞれの箇所でのステンシルマスク１１０とウェハＷとのギャップｄの設定値に対するずれも求められる。計算されたＸ軸方向、Ｙ軸方向、及び回転角θのズレ及びＺ軸方向のずれを補償するように、制御装置１０１は駆動信号を出力しそれに対応してステージ１０４が搬送され、マスク１１０とウェハＷとの相対位置が補正される。
【００５７】
次に、マスク１１０とウェハＷとの相対位置の補正によりずれが許容範囲内となったかを調べるため、マスクマーク１１０及びウェハマークＷＭの再読みとりを行い（Ｓ７）、許容範囲内かを制御装置１０１にてチェックし（Ｓ８）、許容範囲外の場合はＳ６に戻る。
【００５８】
Ｓ８の工程で許容範囲内ということになったら当該チップ領域ＣＡについての位置合わせ処理が終了するので、露光処理に移行する（Ｓ１０）。すなわち、露光照明装置１０９から露光光が照射され、パターン領域１１１を通して領域制限された露光光がウェハＷ上のチップ領域ＣＡに塗布されているレジスト材料等を感光する。
【００５９】
露光処理が終了したら、制御装置１０１は次に露光すべきチップ領域ＣＡが当該ウェハＷに存在するか否かを判断する（Ｓ１１）。次に露光すべきチップ領域ＣＡが残っていたら（Ｓ１１：Ｙ）、制御装置１０１はステップ送りさせる駆動信号を出力し次のチップ領域ＣＡがマスク１１０のパターン領域１１１とほぼ重なる位置までステージ１０４を搬送させる（Ｓ１２）。
【００６０】
なお、図示省略するが、１枚のウェハＷの全てのチップ領域の露光が終了した場合は、ウェハＷのチャックを解除し、ローダ２０により露光済みのウェハＷをワーク室１３に戻し、カセットに未露光のウェハＷが残っている場合は、次のウェハＷの露光を行う。具体的には、後述のステップＳ１３（但し、この場合、マスクのみの画像データとなる。）、Ｓ１４を行い、Ｓ１４でＹの場合、Ｓ３に戻る。
【００６１】
さて、露光装置では、露光光の放射熱や輻射熱、電導熱により、マスク１１０の温度が上昇する。ここでメンブレン部１１３は約１０μｍと大変薄いものであるため、このような高温によって徐々に撓み・変形を生ずるようになる。
【００６２】
図８はこのように撓み・変形を生じた場合のメンブレン部１１３の断面図を示している。図８において、本来のメンブレン部１１３の面を一点鎖線で示してありその面とウェハＷ面との距離はｄ０である。しかしマスクに撓み・変形が生じた結果、ウェハＷ面との距離が大きくなったり（ｄ１）、小さくなったり（ｄ２）している。メンブレン部１１３の撓み・変形が大きくなると、露光により形成されるパターンの歪みが発生したり、メンブレン部１１３の一部がウェハＷと接触してしまう可能性もある。そこで本実施の形態に係る位置合わせ装置では、以下の方法によってこれを防止する。
【００６３】
すなわち、図９に示すように、マスク１１０が熱で撓んだり変形したりするとマスク上のマスクマークを撮像して得られた画像におけるマスクパターンの見かけの輪郭の位置（または形）が変動する。例えば、基準となる初期位置１１３―０にメンブレン部１１３が位置している場合、マスクマーク１１２を撮像して得られる画像におけるエッジＸａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂの位置がそれぞれＸａ０、Ｘｂ０、Ｙａ０、Ｙｂ０で囲まれる方形であったとする。ここで熱により、１１３―０の位置から１１３―１の位置へメンブレン部１１３が変形しウェハＷとの距離が大きくなったとすれば、それを撮像して得られるマスクマーク１１２のエッジＸａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂは、Ｘａ１、Ｘｂ１、Ｙａ０、Ｙｂ０で囲まれる位置に移動する。一方、１１３―０の位置から１１３―２の位置へメンブレン部１１３が変形しウェハＷに接近したとすれば、それを撮像して得られるマスクマーク１１２のエッジＸａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂは、Ｘａ２、Ｘｂ２、Ｙａ０、Ｙｂ０で囲まれる位置に移動する。ここで、１１３―１及び１１３―２の変動量が正しくパターニングできる限度値であったとすれば、画像上、図９の斜線で囲まれる領域ＴＲにマスクマークのエッジＸａ及びＸｂが入っている場合に露光が正しく行えるということになる。
【００６４】
そこで本実施の形態では、新たに取り込まれたマスクマークのエッジがこの許容範囲ＴＲに入っているか否かを以下のようにして判定する。まず新たなチップ領域ＣＡがマスク１１０のパターン領域１１１と対向するようにステージ１０４を駆動したら、制御装置１０１はまず読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃを動作させてマスクマーク１１２及びウェハマークＷＭを含む画像データを読み取る（Ｓ１３）。なお、この工程は前記Ｓ５と同様の工程で、同時に次の露光のためのマスクとウェハとの位置合せに必要な両者間の位置ズレのデータも取得される。比較判断部１０１３は、この読み取られたマスクマーク１１２のエッジＸａの位置と、ステップＳ２において記憶部１０１１に記憶されているマスクマーク１１２のエッジの位置Ｘａ０とを比較し、図９の斜線で示されるような許容範囲ＴＲに入っているか否かを判断する（Ｓ１４）。
【００６５】
なお、ステンシルマスク１１０のメンブレン部１１３の変形により、厳密にはマスクマーク１１２（開口部）の形状も変形するが、マスクマーク１１２の大きさは、０．１ｍｍに満たず、ステンシルマスク１１０のメンブレン部１１３全体に比べ十分に小さいため、その変形は無視でき、メンブレン部１１３の変形によるカメラ視野内でのマスクマーク１１２の変化は図９で示したような左右方向の位置の変化と考えればよい。従って、本実施の形態では影ＳＡの生じる側のエッジＸａの位置の変化を見ることによりステップＳ１４を行っている。
【００６６】
また、万が一、メンブレン部１１３の変形以外の原因でステンシルマスク１１０が視野内でずれてしまう場合（例えば、ステンシルマスク１１０が静電チャック１０５に対して動いてしまった場合等）は、本来続行可能である。このようなメンブレン部１１３の変形以外によるずれの場合は、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの３カ所のエッジの初期位置に対するずれの相互関係から幾何学的に求めることができる。このような影響の分を差し引いて判断するような工程を加えるようにしても良い。
【００６７】
エッジの位置の比較には種々の方法を適用可能である。例えば、本実施の形態では二次元画像データを取り込んでいるので、記憶部１０１１に記憶されている露光前の画像データと新たに取り込まれた画像データとを減算演算する。もしも両者の位置が変わっていないのであれば、減算された画像データ出力中のマスクマークのエッジに対応する部分や影ＳＡに対する部分にはゼロレベルのままである。予め記録された画像データにおけるマスクマークのエッジの位置から新たに取り込まれたマスクマークのエッジの位置が変化していたら、画素のレベルに差が生じている画素にある輝度レベルが出現する。なんらかのレベルが出現した画素成分を抽出することによって、元のマスクマークの位置からのズレが検出できる。
【００６８】
マスクマークのエッジの位置が許容範囲ＴＲに入っている場合（Ｓ１４：Ｙ）、マスク１１０の撓み・変形の程度は許容できるため、通常の位置合わせ処理及び露光処理に移行する（Ｓ６〜Ｓ１３）。一方マスクマークのエッジの位置が許容範囲を逸脱していた場合（Ｓ１４：Ｎ）、当該マスク１１０が熱により限度を超えて変形していると判断できるので、以降の露光処理を中断する。
【００６９】
ここで、制御装置１０１は、マスクの変形が限度を超えていると判断した場合に、警告信号を出力する。この警告信号は、所定のランプの点灯や点滅、警告音の発生、またはディスプレイへの警告メッセージの表示としてユーザに伝達される。ユーザはこれら警告が出されたら当該マスク１１０を新しいマスクに変えるように、当該製造装置１を操作すればよい。
【００７０】
マスクの変形が許容範囲ＴＲを超えた場合、制御装置１０１はそのチップ領域ＣＡの位置を記憶しておき、新たにロードされたマスクによる位置合わせ及び露光を当該位置のチップ領域ＣＡから開始させることが好ましい。
【００７１】
なお、警告信号が出た場合に、自動的に当該マスクを破棄し、同じパターンに係るマスクをマスク室１３から取りだして露光装置１００に再セットするように処理させても良い。
【００７２】
また、本実施の形態では斜方検出法を採用しており、露光中においてもマスクマーク１１２の読み込みが可能なので、露光中もエッジ位置Ｘａの取り込み及び初期のエッジ位置Ｘａ０との比較を所定時間間隔毎に繰り返し、ステップＳ１０中にエッジ位置が許容範囲かどうかの判断を行っても良い。あるいは、露光終了後にステップＳ１１の前に前記エッジ位置が許容範囲内かどうかの判断を行うようにしても良い。
【００７３】
以上、本第１の実施の形態によれば、制御装置が露光処理の度にマスクマークを読み取り当初のマスクマークとのエッジ位置の変化を検出してマスクの変形の程度を判定するので、露光処理における熱によってマスクに撓み・変形が生じたことを的確に判定できる。そのため、マスクの変形が許容範囲を超えた状態で露光されることが防止され、半導体製造における歩留まりを向上させることができる。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態は、本発明に係る位置合わせ装置及び方法をイオン注入装置に適用したものである。
【００７４】
本第２の実施の形態におけるイオン注入装置２００は、前記第１の実施の形態における露光装置１００と同様に、製造装置１内のプロセス室１０内に設けられるものである。前記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付すこととしその説明を省略する。
【００７５】
製造装置１については、前記第１の実施の形態と同様である。但し、マスク室１３に格納されているマスク１１０は、パターン形成のための露光用マスクではなく、イオン注入の際にイオンを注入する位置を制限するためのマスクである。例えば、薄膜トランジスタにおいて半導体領域におけるソース領域とドレイン領域との不純物を導入する際に、これら領域以外の領域をマスクするようなパターンが形成されているものである。
【００７６】
図１１に、本第２の実施の形態に係る製造装置の概略図を示す。図１１に示すように、本イオン注入装置２００は、制御装置１０１、駆動回路１０２、駆動機構１０３、ステージ１０４、静電チャック１０５、読取装置１０６Ａ・Ｂ・Ｃ、イオン発生源１２０、質量分離器１２１、及び加速コイル１２２を備えている。イオン発生源１２０、質量分離器１２１、及び加速コイル１２２以外の構成については前記第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
イオン発生源１２０は、打ち込みに使うイオンを生成し、ビームとして引き出す部分であり、シリコンへの打ち込み用のＢ＋、Ｐ＋、ＡＳ＋イオン等を発生するものである。質量分離器１２１は、複数種類のイオンの中から所望のイオンのみを原子の質量で分離して選択的に射出させるものである。加速コイル１２２は、選択されたイオンを所定の速度にまで加速するものである。
【００７８】
ステンシルマスク１１０とウェハＷとについては、マスク１１０がイオン注入用のマスクパターンを備えている点を除き前記第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
次に、図１２に示すフローチャートを参照して、第２の実施の形態における動作を説明する。基本的には前記第１の実施の形態と同様である。但し、露光処理の代わりにイオン注入処理をする点で本実施の形態は前記第１の実施の形態と異なる。
【００８０】
すなわち、ステンシルマスク１１０の搬送する（Ｓ２１）、初期のマスクマーク位置の記憶（Ｓ２２）、ウェハの搬送（Ｓ２３）、最初のチップ送り（Ｓ２４）、３つのウェハマークの読み取り（Ｓ２５）、位置ズレの補正（Ｓ２６）までは前記第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
チップ領域ＣＡとマスク２１０の位置合わせが終了したら、イオン注入処理を実行する（Ｓ３０）。すなわち、イオン発生源１２０を駆動してイオンを射出させ、質量分離器１２１でイオンを選択し、加速コイル１２２でイオンを加速し、マスク１１０に向けてイオンを射出させる。当該イオンはマスクパターンにより領域制限され、チップ領域ＣＡ上の所望の領域（例えばソース領域やドレイン領域）にのみイオンが注入される。
【００８２】
一つのチップ領域ＣＡについてイオン注入が終了したら、以降の工程、すなわち次チップの有無の判定（Ｓ３１）、ステップ送り（Ｓ３２）、マスクマークのエッジ位置の新たな読み取り（Ｓ３３）及び許容範囲にエッジが入っているか否かの判定（Ｓ３４）は、前記第１の実施の形態に準じて実施される。
【００８３】
すなわち、マスクマークのエッジの位置が許容範囲ＴＲに入っている場合（Ｓ３４：Ｙ）、マスク１１０の撓み・変形の程度は許容できるため、通常の位置合わせ処理及びイオン注入処理に移行する（Ｓ２５〜Ｓ３３）。一方マスクマークのエッジの位置が許容範囲ＴＲを逸脱していた場合（Ｓ３４：Ｎ）、当該マスク２１０が熱により限度を超えて変形していると判断できるので、以降のイオン注入処理を中断する。
【００８４】
前記第１の実施の形態と同様に、制御装置１０１は、マスクの変形が限度を超えていると判断した場合に、警告信号を出力したりマスクを取り替えたりする。
【００８５】
以上、本第２の実施の形態によれば、制御装置がイオン注入処理の度にマスクマークを読み取り当初のマスクマークとのエッジ位置の変化を検出してマスクの変形の程度を判定するので、イオン注入処理における熱によってマスクに撓み・変形が生じたことを的確に判定できる。そのため、マスクの変形が許容範囲を超えた状態でイオン注入されることが防止され、半導体製造における歩留まりを向上させることができる。
【００８６】
特に、イオン注入処理ではマスク面に衝突するイオンによってマスク表面の温度上昇が著しい。このようなイオン注入装置に本発明に係る位置合わせ装置及び方法を適用することによって、マスクの変形を正確に検出することが可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定のタイミングにおけるマークまたは開口部の位置を記憶しこれと新たに読み取られたマークまたは開口部の位置とを比較し、許容範囲か否かを判定するので、マスク等の位置合わせ対象物の撓みを確実に検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る製造装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクとウェハとの関係を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクの平面図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係るシリコンウェハの一部平面図である。
【図７】図７は、本発明に係る位置合わせ装置における基本動作を説明する説明図である。
【図８】図８は、熱によるマスクの撓み・変形を説明する図である。
【図９】図９は、熱によるマスクの変形が生じた場合におけるマスクマークの形状の変化を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る露光装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態に係るイオン注入装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
ＣＡ…チップ領域
ＴＲ…許容範囲
ＷＭＡ，ＷＭＢ，ＷＭＣ…ウェハマーク
１０１…制御装置
１０２…駆動回路
１０３…駆動機構
１０４…ステージ
１０５…静電チャック
１０６Ａ，Ｂ，Ｃ…読取装置
１０７…検出照明装置
１０８…カメラ
１１０、２１０…ステンシルマスク
１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ…マスクマーク
【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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【図１０】
2004095906.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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