(57)【要約】【課題】本発明の課題は、半導体製造装置のプロセス装置で使用される、スパッタ粒子等から保護するためのレンズカバー開閉機構を備えたＣＣＤカメラを提供することである。【解決手段】本発明は、半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測する位置測定器を備えたアライメント調整装置であって、前記光学系レンズを覆う透過性部材を有し、着脱自在なカバー部材を備えるアライメント調整装置である。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測する位置測定器を備えたアライメント調整装置であって、前記光学系レンズを覆う透過性部材を有し、着脱自在なカバー部材を備えるアライメント調整装置。
【請求項２】
半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測する位置測定器を備えたアライメント調整装置であって、
前記光学系レンズの光路を第１の位置で閉鎖し、第２の位置で開放するように、移動自在に設けられたカバー部材と、
前記カバー部材を駆動して、該第１の位置または該第２の位置に前記カバー部材を移動させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えるアライメント調整装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、
熱変化に応じて、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動可能に変形する開閉部材である、請求項２に記載のアライメント調整装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、
前記制御手段の制御の下、前記開閉部材を加熱する加熱手段を備えた請求項３に記載のアライメント調整装置。
【請求項５】
前記加熱手段は、
前記制御手段の制御の下、前記開閉部材に対して電流を所定時間流すように構成された請求項４に記載のアライメント調整装置。
【請求項６】
半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測するアライメント調整装置の位置測定器であって、
該光学系レンズの光路を第１の位置で閉鎖し、第２の位置で開放するように揺動自在に設けられたカバー部材と、
前記カバー部材を前記第１の位置または前記第２の位置のいずれかの方向に移動させる開閉部材と、
前記開閉部材を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を制御する制御手段と、
を備えたアライメント調整装置の位置測定器。
【請求項７】
前記加熱手段は、
前記制御手段の制御の下、前記開閉部材に対して電流を所定時間流すように構成された請求項６に記載のアライメント調整装置の位置測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程においてパターン露光やイオン注入等を行う際に、被処理基板とマスクとの位置合わせを行うアライメント装置に関し、特に当該アライメント装置を構成するカメラのレンズの汚れ防止の技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体装置の製造工程においてマスクを用いた被処理基板に対するパターン露光処理をしたり、部分的なイオン注入処理をする際には、被処理基板とマスクとの位置合わせを行うことが不可欠である。このような被処理基板とマスクとの位置合わせ調整（アライメント調整）を行うために用いられるアライメント調整装置は、基本的にはＣＣＤカメラ等の光学系と画像処理系とから構成されている。すなわち、アライメント調整装置は、被処理基板上のアライメントマークとマスク上のマスクマーク（例えば、窓）とをＣＣＤカメラで観測し、得られる画像データを画像解析処理することにより、両者の位置ずれを検出する。そして、この検出結果に基づいて、被処理基板とマークのそれぞれのマークが一致するように被処理基板とマークとを相対的に移動させてアライメント調整を行う。
【０００３】
ＣＣＤカメラによる観測像に際しては、アライメントマークを被処理基板に対して垂直な方向から観測する方法と、斜め方向から観測する方法とがある。前者の方法では、撮像のためのＣＣＤカメラが作業領域に入り込むので、露光やイオン注入等の処理中はＣＣＤカメラを作業領域近傍から待避させる必要がある。一方、後者の方法では、ＣＣＤカメラは作業領域を遮ることがなく、露光中やイオン注入等の処理中であってもＣＣＤカメラを作業領域近傍から待避させる必要がない。例えば、特開平９−１３９３３３号公報（特許文献１）や特開平１１−３５４６１２号公報（特許文献２）には、このような斜め方向からＣＣＤカメラにより観測し、位置ずれを検出する方法の一例が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アライメント調整装置において、被処理基板に対して斜め方向から反射光を観測するようにＣＣＤカメラを配置した場合、イオン注入等の処理中であってもＣＣＤカメラを作業領域近傍から待避させる必要がない反面、スパッタ作用（スパッタ粒子の飛散）によりＣＣＤカメラのレンズにスパッタ粒子が付着し、その結果、長時間使用した状態では、レンズが曇り、性能を低下させてしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ＣＣＤカメラのレンズをスパッタ粒子等から保護するための開閉機構を備えたレンズカバーを提案することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測する、アライメント調整装置の位置測定器において、被処理基板側の光学系レンズ（対物レンズ）に開閉自在のレンズカバーを設けたことにある。これにより、プロセス装置内に配置される位置測定器のカメラ等の対物レンズをスパッタ粒子の飛散物等から保護することができるようになる。
【０００７】
すなわち、第１の観点にしたがう本発明は、半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測する位置測定器を備えたアライメント調整装置であって、前記光学系レンズを覆う透過性部材を有し、着脱自在なカバー部材を備えるアライメント調整装置である。
【０００８】
また、第２の観点にしたがう本発明は、半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測する位置測定器を備えたアライメント調整装置であって、前記光学系レンズの光路を第１の位置で閉鎖し、第２の位置で開放するように、移動自在に設けられたカバー部材と、前記カバー部材を駆動して、該第１の位置または該第２の位置に前記カバー部材を移動させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えるアライメント調整装置である。
【０００９】
ここで、前記駆動手段は、熱変化に応じて、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動可能に変形する開閉部材であることを特徴としている。
【００１０】
また、前記駆動手段は、前記制御手段の制御の下、前記開閉部材を加熱する加熱手段を備えることを特徴としている。
【００１１】
さらに、前記加熱手段は、前記制御手段の制御の下、前記開閉部材に対して電流を所定時間流すように構成されることを特徴としている。
【００１２】
また、第３の観点にしたがう本発明は、半導体製造装置のステージ上に載置された被処理基板と該被処理基板上のマスクとの位置関係を調整するために、被処理基板の法線方向に対して斜方から光学系レンズを介して反射光を観測するアライメント調整装置の位置測定器であって、該光学系レンズの光路を第１の位置で閉鎖し、第２の位置で開放するように揺動自在に設けられたカバー部材と、前記カバー部材を前記第１の位置または前記第２の位置のいずれかの方向に移動させる開閉部材と、前記開閉部材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えたアライメント調整装置の位置測定器である。
【００１３】
なお、本明細書において、手段とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その手段が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの手段が有する機能が２つ以上の物理的手段により実現されても、２つ以上の手段の機能が１つの物理的手段により実現されても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るアライメント調整装置が使用される半導体製造装置の一例を示している。
【００１６】
同図に示すように、半導体製造装置１は、被処理基板である複数のウェハ（図示せず）を格納するワーク室１１、複数のマスクを格納するマスク室１２、ウェハの向きを一定方向に揃えるプリアライメント室１３、イオン注入処理等を行うプロセス室１４、これら各室間のウェア搬送を行うロボットアームが配置されたローダ室１５、およびローダ室１５と各室相互間の遮蔽を行って半導体製造装置１内の真空度を維持するゲートバルブ１６等から構成されている。プロセス室１４内には、ウェハに塗布された感光膜への露光、ウェハへのイオン注入、ドライエッチング等を行うプロセス装置２０が配置されている。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るプロセス装置２０の一例を説明するための概略図である。ここでは、プロセス装置２０がイオン注入装置である場合を例にして説明している。
【００１８】
同図に示すように、イオン注入装置としてのプロセス装置２０は、制御装置２１、駆動制御部２２、駆動機構２３、ウェハステージ２４、静電チャック２５、位置測定器２６ａ，２６ｂ、イオン注入器２７等から構成される。
【００１９】
制御装置２１は、コンピュータを中心に構成されており、所定の制御プログラムにしたがって、プロセス装置２０の動作を統括的に制御する。駆動制御部２２は、制御装置２１による制御の下、駆動機構２３を駆動するための駆動信号を出力する。駆動機構２３は、典型的には、ステップモータ等の動力手段及びボールネジ等の公知のメカニカルな機構からなる機構と、アライメント調整、ギャップ調整等を行う微動機構との組み合わせからなり、駆動信号に応じてウェハステージ２４を駆動する。具体的には、駆動機構２３は、ウェハステージ２４を、図示したＸ軸およびＹ軸方向にステップ駆動し、また、各軸方向および各軸周りに微調整駆動することができるように構成されている。
【００２０】
ウェハステージ２４は、ウェハＷを着脱自在に載置するためのものであり、図示しない吸引チャック手段等によってウェハＷを仮固定できるように構成されている。ウェハＷを交換する際には、吸引チャック手段による仮固定を開放し、ロボットアームによってウェハＷを撤去させ、ロボットアームにより新たに搬送してきたウェハＷを載置し、再び仮固定する。静電チャック２５は、静電力でステンシルマスク２８を一時的に吸着して仮固定することができるようになっている。
【００２１】
位置測定器２６は、光源２６ａと、ＣＣＤカメラ２６ｂとから構成されている。光源２６ａは、ＣＣＤカメラ２６ｂによる画像撮影に適した照射光をウェハＷに向けて斜め方向から照射する。光源２６ａとして、例えば、ハロゲンランプと反射板とを組み合わせて構成したもの、レーザ装置等を適用することができる。ＣＣＤカメラ２６ｂは、光源２６ａからウェハＷに照射されたその反射光を観察できる位置に設けられており、撮像による画像信号を制御装置２１に出力する。制御装置２１は、ＣＣＤカメラ２６ｂから入力される画像信号に基づいて画像解析処理を行いながら、駆動制御部２２を制御してウェハステージ２４の位置調整を行う。このように、制御装置２１は、位置測定器２６等の他の構成要素と相まってアライメント調整装置を形成する。
【００２２】
なお、ＣＣＤカメラ２６ｂの対物レンズには、カバー機構（図示せず）が設けられている。このレンズカバー機構の詳細な説明については後述する。
【００２３】
イオン注入器２７は、イオンビームＢをウェハＷに向けて発射し、ウェハＷ上のステンシルマスク２８で部分的にマスクされた領域以外の領域（露出領域）にイオンビームＢを注入する。
【００２４】
図３は、本実施形態に係るウェハＷとステンシルマスク２８との位置関係を説明するための図である。
【００２５】
同図に示すように、ステンシルマスク２８は、周辺部３１で囲まれたメンブレム部３２にパターン領域３３が形成されて構成されている。パターン領域３３の一辺の端部にはマスクマーク（開口部）３４ａおよび３４ｂが、その辺の対辺の一端にはマスクマーク３４ｃが形成されている。また、周辺部３１にはグローバルアライメントマーク３５が形成されている。さらに、ステンシルマスク２８には、切欠部が設けられており、この切欠部を基準にして、プリアライメントが可能になっている。
【００２６】
ウェハＷは、複数のチップ領域３６が設けられており、そのチップ領域３６の一方の辺の端部にはウェハマーク３７ａおよび３７ｂ、その辺の対辺の一端にはウェハマーク３７ｃが形成されている。このウェハＷには、切欠部が設けられており、この切欠部を基準にプリアライメントが可能になっている。
【００２７】
図４は、本実施形態に係るウェハステージ２４に対する微調整駆動の一例を説明するための図である。制御装置２１は、ウェハＷのアライメントマーク３７がマスクマーク３４内に位置するように、微調整駆動に先立ち、グローバルアライメントマーク３５を検出し、静電チャック２５を駆動し、ステンシルマスク３５の位置を粗調整し、ウェハＷについても所定の基準マークを基準としてウェハステージ２４を駆動して粗調整する。次に、制御装置２１は、ＣＣＤカメラ２６ｂによりマスクマーク３４を介してアライメントマーク３７を検出し、マスクマーク３４中央にアライメントマーク３７が位置するようにウェハステージ２４を駆動して微調整する。
【００２８】
すなわち、同図に示すように、制御装置２１は、光源２６ａによってウェハＷ上に生じたマスクマーク３４のエッジの影Ｓの幅ΔＺを、ＣＣＤカメラ２６ｂによって撮像し、画像解析処理により、ウェハＷとステンシルマスク２８との距離Ｄを算出する。また、制御装置２１は、マスクマーク３４の仮想中心線とアライメントマーク３７との偏差ΔＸを算出する。これらの計算は、すべてのマスクマーク３４とアライメントマーク３７との組み合わせに対して行われる。制御装置２１は、このようにして得られた算出結果に基づいて、ウェハステージ２４を微調整駆動させながら、ウェハＷとステンシルマスク２８のパターン領域３３との位置を正確に合わせる。その後、制御装置２１は、イオン注入器２７を作動させて、ウェハＷに対してイオンビームＢを注入し始める。制御装置２１は、イオンビームＢを所定時間注入した後、次のウェハＷに対しても同様にして処理を行う。
【００２９】
ところで、本実施形態のように、ＣＣＤカメラ２６ｂをウェハＷに対して斜め方向から撮像するように配置した場合、イオンビームＢを照射すると、イオン注入時も光源やＣＣＤカメラ２６ｂを移動させずにすむという利点がある一方、スパッタ作用により、ＣＣＤカメラ２６ｂの対物レンズにスパッタ粒子が付着し、その結果、長時間使用した状態では、レンズに曇りを生じさせてしまうという問題がある。このため、本実施形態に係るＣＣＤカメラ２６ｂは、その対物レンズをこのようなスパッタ粒子等から保護するためのレンズカバー部材５０を備えている。
【００３０】
図５は、本実施形態に係るレンズカバー部材５０を説明するための図である。同図（ａ）に示すように、レンズカバー部材５０は、略円環状の枠体５１に嵌合された透過性の保護部材５２から構成されている。枠体５１は、ＣＣＤカメラ２６ｂの対物レンズを支持する筒体部分に嵌装できるように構成されている。また、枠体５１にはその半径方向にネジ穴が形成されており、そこにネジ部材５３が螺合されている。保護部材５２には、例えば石英ガラスを適用することができる。レンズカバー部材５０は、同図（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラ２６ｂの対物レンズを支持している筒体先端部分に嵌装され、ネジ部材５３のネジ先が当接されることで固定される。
【００３１】
本実施形態の変形例としては、レンズカバー部材５０を筒体部分にキャッピングするようにすることもできる。例えば、枠体５１内周面に溝部を形成し、また、筒体部分の外周面に該溝部に対応する段部を形成する。そして、レンズカバー部材５０を筒体部分に嵌装することにより、該溝部に段部が嵌合し、レンズカバー部材５０が確実に装着されることになる。
【００３２】
このようなレンズカバー部材５０は、例えば、イオン注入装置が稼働される前に、オペレータ等によりＣＣＤカメラ２６ｂに設けられる。これにより、対物レンズをこのようなスパッタ粒子等から保護することができる。
【００３３】
なお、長時間の使用により、レンズカバー部材５０にスパッタ粒子等が付着し、曇りが生じた場合には、古くなったレンズカバー部材５０ははずされ、新しいレンズカバー部材５０に交換される。
【００３４】
図６は、他の実施形態に係るレンズカバー開閉機構を説明するための図である。レンズカバー開閉機構は、概略的には、ＣＣＤカメラ２６ｂの対物レンズを支持している筒体６１に開閉自在に設けられたレンズカバー部材５０と、このレンズカバー５０の開閉動作を実現する周辺要素群とから構成されている。本実施形態におけるレンズカバー部材５０は、必ずしも透過性のガラス部材等で構成される必要はなく、例えばアルミプレートやチタンプレート、カーボン繊維等の軽量部材で作成され、耐食性に優れた部材を選択することがより好ましい。
【００３５】
すなわち、同図に示すように、ＣＣＤカメラ２６ｂの対物レンズを支持する筒体６１の一部に加熱手段としてのヒーター６２が設けられている。ヒーター６２には、通電部６３が電気的に接続されている。通電部６３は、制御装置２１の制御の下、ヒーター６２に対して所定の電流を所定時間通電する。通電部６３によって通電されたヒーター６２は、ジュール熱を発生し、その温度が上昇するようになっている。
【００３６】
ヒーター６２には、その一端がヒーター６２に固着されたアーム部材６４が設けられている。このアーム部材６４は、その他端においてレンズカバー部材５０を保持している。アーム部材６４は、典型的には、形状記憶合金製の部材であり、定常温度において例えば板状のように真っ直ぐに延伸した第１の形状を維持し、その定常温度よりも高い所定の温度においてそれが反り返った第２の形状になるように作成されている。
【００３７】
より具体的には、通電部６３から通電されていない定常温度においては、アーム部材６４は、第１の形状を維持して、レンズカバー部材５０は第１の位置で筒体６１に嵌装されている。そして、制御装置２１の制御の下、通電部６３からヒーター６２に通電され、ヒーター６２の温度が所定の温度以上に上昇することにより、アーム部材６４は、筒体６１からレンズカバー部材５０がはずれて第２の位置に移動するように、その形状が第２の形状に変化する。通電部６３からの通電が終了した後は、ヒーター６２の温度は定常状態に戻るので、アーム部材６３の形状は、再び第１の形状に戻る。このように、通電部６３からの通電のオンまたはオフによりレンズカバー部材５０を第１の位置と第２の位置との間で開閉することができるようになっている。
【００３８】
なお、形状記憶合金製のアーム部材６３には、例えば、Ｔｉ、ＮｉおよびＣｕからなる合金部材を用いることができるが、特にこれらの合金に限定されるものではなく、その配合割合等を調整することによって、レンズカバー開閉機構に適した温度特性と形状をそれぞれ規定することができる。
【００３９】
以上のように本実施形態によれば、少なくとも次のような利点のいずれかを有する。すなわち、本実施形態によれば、プロセス装置２０に配置される位置測定器を構成するＣＣＤカメラ２６ｂにレンズカバー部材５０を備えているので、イオン注入処理時におけるスパッタ粒子の飛散等から対物レンズを保護することができるようになる。
【００４０】
また、本実施形態では、形状記憶合金製のアーム部材の温度変化による形状変化を利用して開閉機構を備えたレンズカバー部材５０を構成しているので、構成部品数を限りなく少なくすることができ、また、構成サイズをきわめてコンパクトにすることができる。さらに、この形状記憶合金を用いたレンズカバー開閉機構は、通電からの応答速度がきわめて速く、半導体製造工程に対する処理遅延を招くことがない。さらに、また、レンズカバー開閉機構は、プロセス装置２０内で真空状態に晒される場合であっても、確実に安定的に動作する。
【００４１】
なお、上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。例えば、レンズカバー部材を平面内で開閉自在に動作するように構成してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、プロセス装置内に配置されるＣＣＤカメラの対物レンズをスパッタ粒子の飛散物等から保護することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアライメント調整装置が使用される半導体製造装置の一例を示している。
【図２】本発明の一実施形態に係るプロセス装置の一例を説明するための概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るウェハとステンシルマスクとの位置関係を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るウェハステージに対する微調整駆動の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るレンズカバー部材を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るレンズカバー開閉機構を説明するための図である。
【符号の説明】
１…半導製造装置
１１…ワーク室
１２…マスク室
１３…プリアライメント室
１４…プロセス室
１５…ローダ室
１６…ゲートバルブ
２０…プロセス装置２０
５０…レンズカバー部材
５１…枠体
５２…保護部材
５３…ねじ部材
６１…筒体
６２…ヒーター
６３…通電部
６４…アーム部材
【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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