(57)【要約】【課題】　観測光学系の配置を容易としたアライメント調整装置を提供する。【解決手段】　ウエハマーク(W1〜W3)を単位処理領域の周りに複数形成した被処理基板(50)と、被処理基板を載置するステージ(201)と、被処理基板の単位処理領域(41)に対応する位置にマスクパターンを有し、この周りに複数のウエハマークに対応して複数のマスクマーク(M1〜M3)を形成したマスク(50)と、各ウエハマークにそれぞれ対応して配置されたウエハマークとマスクマークとを照明する複数の光源(L1〜L3)と、各ウエハマークの延在方向にそれぞれ位置し、光源によって照明されたウエハマークとマスクマークとを観測する複数のカメラと、観測結果に基づいて被処理基板とマスクとの相対的な位置を調整する制御部(205)と、を備え、複数のマスクマークのいずれか２つを結ぶ仮想線上に２つのカメラが位置しないように各カメラを配置する。【選択図】　　図１２
2004111955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　位置調整のためのアライメントマークを単位処理領域の周りに複数形成した被処理基板と、
　前記被処理基板を載置するステージと、
　前記被処理基板の単位処理領域に所定のパターンを転写するためのマスクパターンを有し、この周りに前記複数のアライメントマークに対応して複数のマスクマークを形成したマスクと、
　前記マスクを前記被処理基板上に保持するマスクホルダと、
　前記各アライメントマークにそれぞれ対応して設けられる前記アライメントマークと前記マスクマークとを照明する複数の照明光源と、
　各アライメントマークにそれぞれ対応し、前記照明光源によって照明された前記アライメントマークと前記マスクマークとを観測する複数のカメラと、
　前記観測結果に基づいて前記被処理基板と前記マスクとの相対的な位置を調整する制御部と、を備え、
　前記複数のマスクマークのいずれか２つを結ぶ仮想線及びこの延長線上に２つのカメラが位置しないように各カメラが配置される、アライメント調整装置。
【請求項２】
　前記複数のアライメントマーク各々の延在方向が互いに異なる方向を向くように形成されている、請求項１記載のアライメント調整装置。
【請求項３】
　前記複数のアライメントマークのいずれか２つを結ぶ仮想線上に両アライメントマークの線分が該仮想線と同方向に延在しないように、各アライメントマークの延在方向が設定される、請求項１又は２に記載のアライメント調整装置。
【請求項４】
　前記ステージは互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向にステップ移動可能になされる、請求項１乃至３のいずれかに記載のアライメント調整装置。
【請求項５】
　前記アライメントマークは少なくとも３つ形成され、各アライメントマークの線分の方向は、各線分と前記Ｘ軸又は前記Ｙ軸とのなす角度で、それぞれ０度、４５度及び９０度である、請求項４に記載のアライメント調整装置。
【請求項６】
　前記被処理基板はウエハであり、前記アライメントマークはウエハに形成されたウエハマークである、請求項１乃至５のいずれかに記載のアライメント調整装置。
【請求項７】
　前記マスクは結晶性基板に前記マスクパターン及び複数のマスクマークをエッチングによって形成したものであり、該マスクマークのうち観測の基準として用いられるエッジの方向は前記結晶性基板の特定の結晶方向と合うように複数の面方位のうち特定の面方位を使用して形成される、請求項１乃至６のいずれかに記載のアライメント調整装置。
【請求項８】
　前記結晶性基板はシリコン基板であり、前記特定の面方位は｛１００｝である、請求項７に記載のアライメント調整装置。
【請求項９】
　請求項１乃至８のいずれかに記載のアライメント調整装置を使用した露光装置。
【請求項１０】
　請求項１乃至８のいずれかに記載のアライメント調整装置を使用したイオン注入装置。
【請求項１１】
　請求項１乃至８のいずれかに記載のアライメント調整装置を使用したスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、半導体装置の製造工程におけるパターン露光やイオン注入などを行う際に、被処理基板とマスクとの位置合せを行うアライメント調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　マスクを用いて基板にパターンを露光したり、部分的にイオン注入を行ったりする場合には、基板とマスクとの位置合せが不可欠である。このようなマスクと基板との位置合せを行う一方法として、カメラと画像処理系とを組み合わせたものがある。これは、基板に位置合せ用に形成されたアライメントマークとマスクに位置合せ用に形成されたマスクマーク（例えば、窓）とをカメラでそれぞれ観測し、読み取った画像を画像処理して位置ずれを検出し、この検出結果に基づいて基板とマスクの各マークが一致するように基板とマスクとを相対的に移動して位置合せ（アライメント調整）を行うものである。
【０００３】
　この検出に際し、基板のアライメントマークをマスクに対して垂直な方向から観測する場合と、斜め方向から観測する場合とがあるが、前者は観測のためのカメラの光学系が露光領域（あるいは被処理領域）に入り込むので、露光やイオン注入の際には光学系を待避させることが必要となる。後者はマスク面に対して光軸が斜めになるようにカメラの光学系を配置することがでるので、該光学系が露光光を遮らないように配置することが可能となる。このため、露光中に光学系（カメラ）を待避させる必要がなく、露光中もアライメントマークを観測することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、後述する図５に示すように、マスクの各マークを観測するためには各マークで反射した明るい反射光がカメラの光軸方向に生ずるように照明光源を配置することが必要となる。この場合の照明光源の光軸の反射面への入射角度αは、この反射面へのカメラの光軸の入射角度αと同じになる。すなわち、照明光源の光線の光軸とカメラの光軸とは反射面の法線に対して左右対称の関係となる。アライメント調整を正確に行うため、複数箇所、例えば、３カ所以上のアライメントマークとマスクマークを設ける。これらの各々にカメラと照明光源とを対にして配置することが必要となるが、後述の図８に示すように、狭い空間に照明光源及びカメラの観測光学系を、露光光を遮ることなく複数配置することは困難である。
【０００５】
　また、精度の良い位置調整を行うためには、解像度の高い開口数の大きいレンズを使用することが望ましいが、図７に示すように、大口径のカメラの対物レンズは露光領域と干渉するので、露光の際には、対物レンズを待避することが必要となる。これでは垂直方向からの観察の場合と同様に、スループットが低下して不具合である。
【０００６】
　よって、本発明は基板のアライメントマーク（基板マーク）とマスクのアライメントマーク（マスクマーク）とを観測する観測光学系の配置を容易としたアライメント調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　上記目的を達成するため本発明のアライメント調整装置は、位置調整のためのアライメントマーク（基板マーク）を単位処理領域の周りに複数形成した被処理基板と、上記被処理基板を載置するステージと、上記被処理基板の単位処理領域に所定のパターンを転写するためのマスクパターンを有し、この周りに上記複数のアライメントマークに対応して複数のマスクマークを形成したマスクと、上記マスクを上記被処理基板上に保持するマスクホルダと、上記各アライメントマークにそれぞれ対応して設けられる上記アライメントマークと上記マスクマークとを照明する複数の照明光源と、各アライメントマークにそれぞれ対応し、上記照明光源によって照明された上記アライメントマークと上記マスクマークとを観測する複数のカメラと、上記観測結果に基づいて上記被処理基板と上記マスクとの相対的な位置を調整する制御部と、を備え、上記複数のマスクマークのいずれか２つを結ぶ仮想線及びこの延長線上に２つのカメラが位置しないように各カメラが配置される。
【０００８】
　かかる構成とすることによって、一組のカメラ及び照明光源（観測光学系）の配置領域と他の組のカメラ及び照明光源の配置領域とが重複し、あるいは接近しすぎる状態となるとを回避可能となる。
【０００９】
　好ましくは、上記複数のアライメントマーク各々の延在方向が互いに異なる方向となるように形成される。このアライメントマークの延在方向にカメラの視点（光軸）方向を定めることによって、各カメラの向きを異なる方向に設定することが可能となり、異なる領域に観測光学系（照明光源、カメラ）を配置し易くなる。
【００１０】
　好ましくは、上記複数のアライメントマークのいずれか２つを結ぶ仮想線上に両アライメントマークの線分が該仮想線と同方向に延在しないように、各アライメントマークの延在方向が設定される。それにより、２つのカメラが互いに相対する配置となることを回避する。
【００１１】
　好ましくは、上記ステージは互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向にステップ移動可能になされる。それにより、いわゆるステッパとして装置を機能させる。
【００１２】
　好ましくは、上記アライメントマークは少なくとも３つ形成され、各アライメントマークの線分の方向は、各線分と前記Ｘ軸又は前記Ｙ軸とのなす角度で、それぞれ０度、４５度及び９０度である。
【００１３】
　好ましくは、上記被処理基板はウエハであり、上記アライメントマークはウエハに形成されたウエハマークである。
【００１４】
　好ましくは、上記マスクは結晶性基板に上記マスクパターン及び複数のマスクマークをエッチングによって形成したものであり、該マスクマークのうち観測の基準として用いられるエッジの方向は上記結晶性基板の特定の結晶方向と合うように複数の面方位のうち特定の面方位を使用して形成される。それにより、結晶性基板の結晶面方位によってエッチングレートが異なる（結晶異方性）ことによるエッチングパターンの変形（エッチング不良）が生じにくい結晶面でマスクマークのうち観測の基準となる重要な部分を形成し、マスク不良率を低減させる。
【００１５】
　好ましくは、上記結晶性基板に、シリコンなど基板を使用した場合、上記特定の面方位は、ミラーの面指数で表した場合に（１００），（０１０）及び（００１）等で表される結晶面を含む結晶面の集合｛１００｝のいずれかの結晶面を使用する。シリコンの場合には、ウェットエッチングを行った場合、面方位｛１１０｝の結晶面のエッチングレートが他の面方位よりも低いので、この面のマスクマークの重要な部分への使用をなるべく避けるようにする。結晶方位で表すと＜１１０＞を避け、＜１００＞とするのが好ましい。
【００１６】
　また、本発明の露光装置は上述したアライメント調整装置を使用する。
【００１７】
　また、本発明のイオン注入装置は上述したアライメント調整装置を使用する。
【００１８】
　また、本発明のスパッタ装置は、上述したアライメント調整装置を使用する。
【発明の効果】
【００１９】
　以上説明したように、本発明のアライメント調整装置によれば、被処理基板とマスクとの位置合せのために、被処理基板のアライメントマークとマスクマークとを観測する複数の観測光学系を狭い場所に互いに干渉せずに配置することが可能となって好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　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。
【００２１】
　図１は、本発明のアライメント調整装置が使用される半導体製造装置１の例を示している。
【００２２】
　半導体製造装置１は、概略、処理対象となる複数のウエハ（被処理基板）を格納するワーク室１１、プロセスに使用する複数のマスクを格納するマスク室１２、ウエハ及びマスクの向きをそれぞれの外周縁に設けられた切り欠きを基準として揃えるプリアライメント室１３、ウエハ露光やイオン注入を行うプロセス室１４、ロボットアームを配置して各室間のウエハの搬送を行うローダ室１５、ローダ室１５と各室相互間の遮蔽を行って製造装置１内の真空度を保つゲートバルブ１６等によって構成される。プロセス室１４内には、ウエハに塗布された感光膜への露光、ウエハへのイオン注入、ドライエッチング等を行うプロセス処理装置２０が配置されている。
【００２３】
　図２は、プロセス装置２０の例として露光装置を示している。露光装置２０は、ウエハ４０を載置するウエハステージ２０１、マスク５０を静電力で保持する静電チャック２０２、ウエハ４０のウエハマークやマスクマークを観測する複数の測定ユニット２０３、露光光線を発生する露光光発生部２０４、アライメント調整や露光の制御を行う制御部２０５を含んで構成される。
【００２４】
　ウエハステージ２０１は、図示のＸ軸及びＹ軸方向におけるステップ送りと、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への微調整と各軸周りの微調整、Ｚ軸方向での粗調整が可能なウエハの載置台であり、制御部２０５によって駆動されて、ウエハ４０とマスク５０との相対的な位置を決定する。
【００２５】
　図３は、ウエハ４０に形成されたアライメントマークの例を示している。例えば、シリコン基板であるウエハの表面には、例えば、３０ｍｍ×３０ｍｍ程度のパターン領域４１がマトリクス状に多数配置されている。各パターン領域４１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４２内の適当な場所に１つの領域につき３つのウエハマーク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、ウエハマークＷ１及びＷ２はＹ軸方向に、ウエハマークＷ３はＸ軸方向に生成されている。図では、ハッチングを施した中央のパターン領域に対応するウエハマークのみを示しているが、全てのパターンの周囲に同様にウエハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３が配されている。シリコン酸化膜は酸化の際に体積を増してウエハ面から少し隆起しており、ウエハマークＷ１〜Ｗ３は観測可能である。
【００２６】
　なお、ウエハマーク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、この代わりにウエハ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。あるいは逆にウエハマーク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。
【００２７】
　図４は、マスク５０を説明する説明図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ方向における断面図である。
【００２８】
　マスク５０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５１、この内側の領域の相対的に薄手のメンブレン部５２、中央部のマスクパターン部５３、マスクパターン部５３の周囲のウエハのウエハマーク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５１に形成されたプリアライメント用の切欠き及びプロセス室での粗調整用のグローバルアライメントマーク５７を有している。
【００２９】
　マスク５０は、例えば、シリコンであり、直径４インチ、周縁部５１の厚さ０．５ｍｍ、この中央領域のメンブレン部５２の厚さ１０μｍである。
【００３０】
　図５は、測定ユニット２０３の構成例を示している。測定ユニット２０３は、例えば、ハロゲンランプやＬＥＤによる照明光源Ｌ及びカメラＣによって構成される。照明光源Ｌの光軸とカメラＣの光軸とをウエハマーク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Ｌから出射した照明光がウエハマークＷ１で反射してカメラＣの入射光となるようにしている。
【００３１】
　カメラＣは、例えば、結像光学系とＣＣＤとによって構成されている。図示しないが、制御部２０５はグローバルアライメント用マーク５７を観測することによって図示しない位置決め機構により、マスクの位置を粗調整し、更にウエハ４０上の所定の基準を用いてステージの位置を粗調整する。これにより、ステップ送りによりウエハ４０のパターンを転写する位置にマスクパターン部５３が対向するように位置決めされた際に、ウエハ４０のウエハマークＷ１がマスクマークＭ１内に位置するように調整する。更に、ウエハ４０上の１つのパターン領域４１にマスク５０のパターン部５３が対向された状態で制御部２０５はカメラＣによってマスクの窓（マスクマーク）Ｍ１とウエハマークとを同時に観測し、マスクマークの中央にウエハ４０のウエハマークＷ１が存在するようにステージ２０１を微調整する。
【００３２】
　図６は、位置合せの微調整の例を説明する説明図である。制御部２０５は、照明光源Ｌによってウエハ４０上に生じたマスクマークＭ１のエッジの影ＳのカメラＣに正対する方向から見た場合の幅ΔＺをカメラＣによって観測し、ウエハ４０とマスク５０間の間隔ｇを計算する。間隔ｇは、ｇ＝ΔＺ／２ｓｉｎαによって求められる。また、ウエハマークＷ１とマスクマークＭ１の中央との偏差ΔＸを観測する。他のウエハマークＷ２とマスクマークＭ２、ウエハマークＷ３とマスクマークＭ３についても同様に測定を行う。各測定結果に基づいてステージ２０１を微調整し、ウエハ４０とマスク５０間の距離を均等な所定値にし、ウエハ４０とマスク５０のパターン位置を正確に合わせる。この後、露光装置２０４を作動させて（感光材料を塗布した）ウエハ４０に露光潜像を形成する。このような位置合わせ、露光をウエハ４０上の全てのパターン領域４１について行った後にウエハ４０は露光装置から搬出され、現像、エッチングなどを行ってウエハ４０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ウエハ４０とマスク５０間のアライメント調整を行うことができる。
【００３３】
　ところで、ウエハマークなどの微細なパターンを観測し、画素をボケなく読取るにはカメラの解像力が高いことが望ましい。カメラの解像度を向上させるためには、撮像光学系の対物レンズの開口数ＮＡを大きくすると良い。
【００３４】
　図７は、開口数ＮＡの大きい対物レンズを撮像光学に使用する場合を示している。同図に示すように、開口数ＮＡの大きい対物レンズはレンズ径が大きくなって露光エリアに接近する。
【００３５】
　図８は、マスクマークＭ１〜Ｍ３が形成されたマスク５０上に配置されているカメラＣ１〜Ｃ３とこれに対応して設けられている照明光源Ｌ１〜Ｌ３の状態を示している。カメラの光軸（対物レンズの光軸）と照明光源の照射光の光軸は、Ｘ−Ｚ平面、Ｙ−Ｚ平面においては、図５に示すように、ウエハマークＷ１上の反射面の法線を対称軸とする「Ｖ」字状の２点鎖線で示されるが、図８に示すＸ−Ｙ平面に投影されたカメラ及び照射光源の光軸は直線の２点鎖線で示される。各マスクマークについてカメラＣｎと露光光源Ｌｎの対が２点鎖線上に配置されるのでマスク５０上の空間が混み合っている。特に、２点鎖線の位置がＸ座標上で同じとなるマスクマークＭ１及びＭ２についてのカメラＣ１、Ｃ２と光源Ｌ１、Ｌ２の配置は困難となる。更に、図７に示したような大口径の対物レンズのカメラを配置することはより観測光学系の配置を困難にする。更に、パターンの高密度化に伴い、チップの小型化も進み、このことも観測光学系の配置をより困難にしている。
【００３６】
　図９乃至図１２は、本発明の実施例を示している。この実施例では、上述した照明光源及びカメラからなる観測光学系の複数の組を各組相互の近接を可及的に回避するために、２つのウエハマークを結ぶ線上に２つの観測光学系が存在しないように各観測光学系を配置するようにしている。このため、まず、ウエハマーク（アライメントマーク）及びマスクマークの配置を工夫している。
【００３７】
　図９は、実施例のウエハ上に形成されるウエハマークの例を示しており、同図において図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００３８】
　この例においても、図３と同様に、ウエハ４０に形成された位置合せ用のマークであるウエハマークＷ１〜Ｗ３はパターン領域４１の周囲の隔離領域４２に形成されているが、直線状のウエハマークＷ１の延在方向は図示のＹ軸方向であり、ウエハマークＷ２の延在方向はＸ軸方向であり、ウエハマークＷ３の延在方向はＸ軸から反時計回りに４５度の方向（あるいはＹ軸から時計回りに４５度の方向）である。ウエハマークＷ３はパターン領域右上の縦方向及び横方向の隔離領域が交差する部分に形成されている。このようにして、複数のウエハマーク各々の延在方向が互いに異なる方向を向くようにしている。後述のように、各ウエハマークの上を通り、各ウエハマークの延在方向を示す仮想線上に観測光学系を配置して観測を行うようにする。
【００３９】
　図１０は、実施例に使用するマスクを示しており、図４と対応する部分には同一符号を付している。
【００４０】
　マスク５０の位置合せ用の四角形のマスクマーク（開口窓）Ｍ１〜Ｍ３は、それぞれウエハマークＷ１〜Ｗ３と対応する位置に形成され、マスクパターンＭ３は領域５３の右上の角に図示のＸ軸から４５度傾斜して形成されている。
【００４１】
　図１１は、ウエハ４０にマスク５０を重ねて上方より見た例を示している。マスクマークＭ１〜Ｍ３の各窓の中にそれぞれウエハマークＷ１〜Ｗ３が見えている。前述したように、マスク５０及びウエハ４０の位置合せの粗調整を行い、マスクマークＭ１〜Ｍ３の中にウエハマークＷ１〜Ｗ３が位置するように粗調整される。
【００４２】
　図１２は、ウエハマークＷ１とマスクマークＭ１を観測する第１の観測光学系（カメラＣ１、照明光源Ｌ１）、ウエハマークＷ２とマスクマークＭ２を観測する第２の観測光学系（カメラＣ２、照明光源Ｌ２）、ウエハマークＷ３とマスクマークＭ３を観測する第３の観測光学系（カメラＣ３、照明光源Ｌ３）の配置例を示している。同図に２点鎖線で示される仮想線は、各ウエハマークの延在方向を示しており、この仮想線を含む平面上（本実施の形態では鉛直な平面上）に対応する観測光学系の光軸を配置する。Ｘ軸上において同じ位置となるウエハマークＷ１及びＷ２はマークの延在方向が互いに異なるように配置されている。従って、図８に示した場合と異なり、カメラＣ１及びＣ２が相対することとなる配置を回避することができる。この実施例では図示していないが、Ｙ軸上において同じ位置となる２つのウエハマークが存在する場合にも、各ウエハマークの延在方向が互いに異なるように配置される。各カメラによる観測結果に基づいてステージ２０１の位置が制御部２０５によって微調整され、ウエハ４０の位置とマスク５０の位置合せが終了する。この後、露光光発生部２０４が起動されてマスクの中央のパターン部に露光光が照射され、パターン露光が行われる。
【００４３】
　なお、マスク５０側を固定し、ウエハ４０側をステージ２０１で移動してマスクマークに対してウエハマークの位置を合わせる場合、観測光学系は固定されたマスクマークに対して予め配置位置を決めておくと具合がよい。そこで、平面視で複数のマスクマークのいずれか２つを結ぶ仮想線及びこの延長線上に２つの観測光学系が位置しないように各観測光学系を配置すると、観測光学系の配置位置が重複せず、あるいは近接のしすぎを可及的に回避することが可能となって都合がよい。別言すれば、Ｘ−Ｙ平面に投影された観測光学系の光軸方向である仮想線は１つのウエハマークの線分の延長線であるから、１つのウエハマークと他のウエハマークとを結ぶこととなる仮想線では他のウエハマークの線分が該仮想線と同方向に延在しないように、各ウエハマークの延在方向を設定することとしても良い。
【００４４】
　また、各観測光学系のＸ−Ｙ平面に投影された光軸方向が異なっていて、カメラ同士、照明光源同士が干渉しないようにされていればよく、各マスクマークＭ１〜Ｍ３及びウエハマークＷ１〜Ｗ３の隔離領域上の配置位置も上記実施の形態に限定されず、例えば、Ｗ１を上辺の中央に、Ｗ２を左辺の中央に配置するなども可能である。更に、マスクマークやウエハマークの形状も変更可能である。
【００４５】
　ここで、上記のようなマスクマークＭ１〜Ｍ３及びウエハマークＷ１〜Ｗ３の検出結果に基づき、ウエハ４０とマスク５０とのずれを補正する方法について例示する。
【００４６】
　ウエハステージを移動し、マスクパターン部５３がウエハ４０上の１つのパターン領域４１に対向させると、予めグローバルアライメントが行われていることにより、３つのマスクマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の開口内に対応するウエハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３が観測可能な状態となる。この時点でのウエハマークＷ１〜Ｗ３のマスクマークＭ１〜Ｍ３に対するずれ量をそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とする。
【００４７】
　この状態からウエハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３のずれｄ１及びｄ２を解消するようにウエハステージ２０１の位置調整をした場合を想定すると、ウエハマークＷ１及びＷ２のずれ量はゼロに変化すると共にウエハマークＷ３のずれ量ｄ３も変化する。この変化後のずれ量をｄ３’とすると、ｄ３’はｄ１ｄ２、ｄ３及びＸ軸を基準としたウエハマークＷ３の傾き角度（図１２の場合４５°）に基づき、幾何学的に求められる。
【００４８】
　この状態において、マスクマークＭ１の中心を通り、Ｘ軸方向に延びる直線と、マスクマークＭ２の中心を通り、Ｙ軸方向に延びる直線との交点を回転基準と定義する。この状態でこの回転基準を中心にウエハ４０を回転させることを想定すると、ウエハマークＷ１及びＷ２はずれ量の変化がなくウエハマークＷ３のみずれ量を変化する。従って、この状態でこの回転基準を中心に上記ずれ量ｄ３’を解消するようにウエハ４０を回転させれば、ウエハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３ともずれ量がゼロになる。すわなわち、マスクパターン部５３とウエハ４０の対応するパターン領域４１との位置合せがされた状態となる。
【００４９】
　以上を踏まえると、初期の状態でのずれ量ｄ１、ｄ２、ｄ３を知ることができればこれらの値と、マスクマークＭ１〜Ｍ３の位置のＸＹ座標の値とに基づき、ずれ量ｄ１、ｄ２、ｄ３を補正するために必要となるウエハステージのＸ軸方向移動量、Ｙ軸方向移動量及び回転角度を求めることが出来る。制御部２０５には検出されるずれ量ｄ１、ｄ２、ｄ３からこれ等調整すべき移動量、回転角度を計算するためのプログラムが組み込まれており、計算結果に基づいてアライメントが実行される。
【００５０】
　図１３乃至図１８は、結晶基板をマスク基板とし、量産に好適なウェットエッチングによってマスクパターン及びマスクマークを形成する場合の改良例を説明する説明図である。
【００５１】
　結晶基板のマスク５０は、例えば、シリコンウエハ基板であり、直径４インチ、周縁部５１の厚さ０．５ｍｍ、この中央領域のメンブレン部５２の厚さ１０μｍである。このウエハの例では、オリエンテーションフラット５４の端面がミラーの面指数（１００）、ウエハ面が（００１）、結晶方位［１００］に対して９０度方向（図の左右方向）が結晶方位［０１０］となっている。この場合、結晶学的に等価な結晶方位［００１］、結晶方位［０１０］、結晶方位［１００］等の集合である結晶方位〈１００〉と比べて、この方位と４５°傾いた方位〈１１０〉ではＫＯＨ、ＥＤＰ等を用いたウエットエッチングではエッチングレートが低く、結晶異方性エッチングとなる。従って、図１０及び図１２示すようにマスクマークＭ３のアライメント検出に用いるエッジの方向をＸ軸（［０１０］）又はＹ軸（［１００］）に対して斜め方向に設けた場合には、結晶の異方性による影響を受けることになる。
【００５２】
　図１４は、結晶異方性エッチングにより、ウエハのマスクマーク（貫通孔）にエッチング不良が生じた例を示している。ウエハの結晶面｛１１０｝が露出する部分に不良が生じやすくなる。なお、結晶面｛１１０｝による結晶異方性が生じないようなエッチング法もあるが、ウエットエッチングには量産容易で比較的に安価にエッチングを行えるという利点がある。
【００５３】
　図１５は、結晶方位〈１００〉に対して斜め方向に配置されるマスクマークＭ３を、結晶異方性を考慮したマスクパターンで形成した例を示している。この例では、マスクパターン中の観察に使用される基準部分となる辺ａｂ及び辺ａｆをそれぞれ結晶方位［１００］及び［０１０］に沿うように形成している。また、辺ｃｄ及び辺ｄｅもそれぞれ結晶方位［１００］及び［０１０］に沿うように形成している。それにより、辺ａｂ及び辺ａｆ、辺ｃｄ及び辺ｄｅは結晶異方性の影響を受けず正確にパターニング（エッチング）される。
【００５４】
　図１６に示すように、マスクマークＭ３の開口内に被処理対象ウエハのウエハマークＷ３が入っている場合、例えば、パターンの頂点ａと影Ｓ（マスクエッジｂａｆの被処理基板４０からの反射像）の頂点との距離が図６に示したΔＺに相当する。また、頂点ａとｄを結ぶ線分とウエハマークＷ３とのズレΔαがカメラＣ３で観察される。具体的には、辺ａｂ及び辺ａｆと図１６で水平に交わる特定の検出ライン上にて辺ａｂ、辺ａｆの位置が検出されることにより線分ａｄの水平方向位置が求められる。また、Ｗ３の水平方向位置は開口内の明るい部分に対応する特定の水平方向の検出ライン上にて求められる。なお、影の部分の明るさとＷ３の明るさの差が十分であれば上記辺ａｂ、辺ａｆの検出ラインとＷ３の検出ラインを共通化できる。従って、図６に示した場合と同様に、被処理基板４０とマスク５０間の距離調整、マスクマークＭ３及びウエハマークＷ３同士の位置合わせを行うことが出来る。また、マスクパターンの比較対象となる基準部分ｂａｆのエッチング不良は少ない。、
　図１７は、結晶方位〈１００〉に対して斜め方向に配置されるマスクマークＭ３を、結晶異方性を考慮したマスクパターンで形成した他の例（菱形）を示している。この例でも、マスクパターン中の観察に使用される基準部分となる辺ａｂ及び辺ａｄをそれぞれ結晶方位［１００］及び［０１０］に沿うように形成している。また、辺ｂｃ及び辺ｃｄもそれぞれ結晶方位［０１０］及び［１００］に沿うように形成している。それにより、辺ａｂ及び辺ａｄ、辺ｂｃ及び辺ｃｄは結晶異方性の影響を受けず正確にパターニングされる。
【００５５】
　図１８に示すように、図１７に示したマスクマークＭ３の開口内に被処理対象ウエハのウエハマークＷ３が入っている場合、例えば、パターンの頂点ａと影Ｓ（マスクエッジｂａｄの被処理基板４０からの反射像）の頂点との距離が図６に示したΔＺに相当する。また、頂点ａとｃを結ぶ線分とウエハマークＷ３とのズレΔαがカメラＣ３で観察される。従って、図６に示した場合と同様に、被処理基板４０とマスク５０間の距離調整、マスクマークＭ３及びウエハマークＷ３同士の位置合わせを行うことが出来る。また、マスクパターンの比較対象となる基準部分ｂａｃのエッチング不良は少ない。
【００５６】
　このように基板の結晶面方位の存在方向を考慮してマスク５０のアライメントマークＷ３の形状を決定することによって結晶異方性エッチングによるエッチング不良率を減少させることが可能となる。
【００５７】
　なお、上述した実施例では、露光装置に使用したアライメント装置の例について説明したが、同様に、被処理基板とマスクとの位置合わせが必要なイオン注入装置、スパッタ装置にも使用することができる。
【００５８】
　このように、本実施例によれば、各観測光学系が相対する配置とならず、また、隣接する観測光学系と可及的に離間する配置が可能となるので観測光学系の空間的配置がより容易となる。それにより、照明系と結像系の光軸を一致させ、十分に光量を確保し易くなる。
【００５９】
　また、高いアライメント精度を実現する検出分解能の高い大口径のレンズを使用することが可能となる。露光やイオン注入等の際に、干渉を防止するために大口径のレンズを都度退避させる構造や工程の必要がなく、スループットの点でも有利である。
【００６０】
　また、実施例ではマスクウエハ５０の主面の結晶方位を［００１］、オリエンテーションフラット５４の方向に結晶方位［１００］を存在させた例で説明したが、結晶方位［１００］、［０１０］、［００１］は対称性によって同じ性質を持つので同様に他の結晶方位で組み合わせたものも実質的に同じ実施例となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】半導体製造装置の概略を説明する説明図である。
【図２】プロセス装置の概略を説明する説明図である。
【図３】被処理基板（ウエハ）に形成されたアライメントマーク（ウエハマーク）の例を説明する説明図である。
【図４】マスクの例を説明する説明図である。
【図５】マスクマーク、ウエハマーク、照明光源及びカメラの相互位置関係を説明する説明図である。
【図６】マスクマーク及びウエハマークをカメラによって読取り、画像処理を行う例を説明する説明図である。
【図７】露光領域と大口径（高開口数）レンズの関係を説明する説明図である。
【図８】ウエハマーク、マスクマーク、照明光源及びカメラの配置関係を説明する説明図である。
【図９】本発明に係る被処理基板（ウエハ）に形成されたアライメントマーク（ウエハマーク）の例を説明する説明図である。
【図１０】本発明に係るマスクの例を声明する説明図である。
【図１１】マスクマーク（開口部）を介してウエハマークを見た状態を説明する説明図である。
【図１２】本発明に係るウエハマーク、マスクマーク、照明光源及びカメラの配置関係を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、結晶異方性を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、結晶異方性エッチングによる不良バーンの発生例を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、結晶異方性エッチングを考慮したマスクマークの例（矢羽根形）を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、結晶異方性エッチングを考慮したマスクマークＭ３内に被処理基板のウエハマークＷ３が見えている例を説明する説明図である。
【図１７】図１７は、結晶異方性エッチングを考慮した他のマスクマークの例（菱形）を説明する説明図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した結晶異方性エッチングを考慮した菱形状のマスクマークＭ３内に被処理基板のウエハマークＷ３が見えている例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
　５０　ステージ、４０　ウエハ（被処理基板）、５０　マスク、２０３　観測ユニット（照明光源、カメラ）、２０４　露光光発生部、２０５　制御部、Ｌ１〜Ｌ３　照明光源、Ｍ１〜Ｍ３　マスクマーク、Ｗ１〜Ｗ３　ウエハマーク
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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