JP2005303233A - 照明光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体製造処理に起因する飛散物のレンズ等の付着による光量不足が生じても、撮像手段から出力される電気信号を安定させる。
【解決手段】 イオン注入工程における、各ステップ（区切り）に、ＣＣＤカメラ５４へ入力される光量（ピーク光量）を監視し、ＬＥＤ５１を発光させる電圧を補正していくため、経時的にスパッタの付着量が増えて、光量が徐々に低下することを回避することができる。また、調整範囲を超えるような、累積的に大きな光量不足が生じた場合には、非常停止させるようにしたため、不良製品を生成することを未然に回避することができる。
【選択図】 図６

Description

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入射する照明光の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に関し、特に当該アライメント調整装置を構成する撮像手段のレンズの汚れ防止の技術に関する。

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カメラ等の撮像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。

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、特許文献１や特許文献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。
特開平９−１３９３３３号公報 特開平１１−３５４６１２号公報

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。

本発明は上記事実を考慮し、メンテナンスの手間を軽減させつつ半導体製造処理に起因する飛散物のレンズ等の付着による光量不足を原因とするアライメント調整精度の低下を防止することができるアライメント調整装置を得ることが目的である。

第１の発明は、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入射する照明光の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、前記照明光を発光する光源と、前記被処理基板上の反射光領域を撮像する撮像手段と、前記光源を発光駆動する発光駆動手段と、前記撮像手段で撮像した光信号に基づく電気信号をからサンプル信号を抽出するサンプル信号抽出手段と、前記サンプル信号抽出手段で抽出したサンプル信号を予め定めた基準値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記撮像手段による出力ピーク値が所定以上となるように発光駆動手段による前記光源の発光光量を補正する補正手段と、を有している。

第１の発明によれば、撮像手段における反射光の取込部には、レンズ（或いはレンズカバー）が設けられており、被処理基板の処理に起因する飛散物が付着し、取り込まれる光量が減少することがある。これが進むと、位置調整に影響を及ぼすため、サンプル信号抽出手段では、撮像手段で撮像した光信号に基づく電気信号からサンプル信号を抽出する。

抽出したサンプル信号は、比較手段によって基準値と比較され、この比較結果に基づいて、撮像手段による出力ピーク値（最も明るいところに対応する出力値)が所定値以上となるように発光手段による光源の発光光量を補正する（補正手段）。

これにより、付着物による光量不足を、照明光の光量を上げることで補うことができ、精度の高い位置調整を維持することができる。

すなわち、出力ピーク値を一定以上に維持しておけば、低出力値の分解能も確実に維持することができる。

第２の発明は、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入射する照明光の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、前記照明光を発光する光源と、前記被処理基板上の反射光領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段による撮像時の光信号の感度を設定する感度設定手段と、前記撮像手段で撮像した光信号に基づく電気信号からサンプル信号を抽出するサンプル信号抽出手段と、前記サンプル信号抽出手段で抽出したサンプル信号を予め定めた基準値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記撮像手段による出力ピーク値（最も明るいところに対応する出力値)が所定値以上となるように感度設定手段による設定感度を補正する補正手段と、を有している。

第２の発明によれば、撮像手段における反射光の取込部には、レンズ（或いはレンズカバー）が設けられており、被処理基板の処理に起因する飛散物が付着し、取り込まれる光量が減少することがある。これが進むと、位置調整に影響を及ぼすため、サンプル信号抽出手段では、撮像手段で撮像した光信号に基づく電気信号をからサンプル信号を抽出する。

抽出したサンプル信号は、比較手段によって基準値と比較され、この比較結果に基づいて、撮像手段による出力ピーク値が所定値以上となるように感度設定手段による設定感度を補正する（補正手段）。

これにより、付着物による光量不足を、撮像手段の感度を上げることで補うことができ、精度の高い位置調整を維持することができる。

また、第１の発明及び第２の発明において、前記サンプル信号抽出手段によるサンプル信号の抽出から補正手段による補正までの処理が、半導体製造処理に対して、割り込み処理されることを特徴としている。

半導体製造処理工程が進行している状態で、常に割り込みで監視が可能であるため、飛散物の付着による受光量の変動を抑制することができる。

また、第１の発明及び第２の発明において、前記サンプル信号抽出手段によるサンプル信号の抽出から補正手段による補正までの処理が、所定回数の半導体製造工程毎に実行され、当該実行時には、前記被処理基板、或いはマスクに代えて、サンプル信号抽出用基準板を装着することを特徴としている。

受光の監視を、所定回数の半導体製造工程毎に実行する。その際、被処理基板、或いはマスクに代えて、サンプル信号抽出用基準板を装着することで、被検査対象を常に同一とすることができ、精度の高い光量調整が可能となる。

以上説明した如く本発明では、半導体製造処理に起因する飛散物のレンズ等の付着による光量不足が生じても、撮像手段から出力される電気信号を安定させることができるといく優れた効果を有する。

図１は、本実施形態に係る半導体製造装置が示されている。図１に示される如く、半導体製造装置１は、被処理基板である複数の半導体ウェハ（ここでは、図示省略）を格納するワーク室１１、複数のマスク（ここでは、図示省略）を格納するマスク室１３、ウェハの向きを一定方向に揃えるプリアライメント室１５、イオン注入処理等を行うプロセス室１７、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１９、およびローダ室１９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２１等から構成されている。プロセス室１７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２１が配置されている。

図２は、本実施形態に係るプロセス装置２３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２３がイオン注入装置である場合を例にして説明している。

（イオン注入ステージ）
図２には、本実施の形態に係るイオン注入装置のプロセス装置２３の一部を構成する位置決め装置１０が示されている。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。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。位置決め装置１０の定盤１２上には、ウェハステージ部２０と、マスクステージ部２２と、が設置されている。

ウェハステージ部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ている。

なお、図示を省略するが、第１のスライダ２６をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸駆動装置がベース２４上に設けられ、第２のスライダ３０をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸駆動装置が第１のスライダ上に設けられている。

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。

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。

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、ワークステージ３４に設けられた図示しない微動機構によりチャックした半導体ウェハ１８のＺ軸周り（すなわち、θ軸方向）、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及び半導体ウェハ１８の面の傾きの微調整が可能となっている。

上記構成のウェハステージ部２０により、ウェハチャック３６は、Ｘ−Ｙ方向のステップ送り及び６軸方向の微動が可能となる。

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。

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。

このマスクステージ部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。

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とマスク４０との位置ずれを検出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２では、１組のみ示すが全部で３組のアライメントユニット５０が設けられており、それぞれ対応するウェハマーク及びマスクマークを観測する。

（半導体ウェハ４０の位置決めマークＷ１乃至Ｗ３）
図３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３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。

シリコン酸化膜は酸化の際に体積を増してウェハ面から少し隆起しており、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。

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。

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、Ｗ２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。

（マスク４０）
図４は、マスク４０を説明する説明図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ方向における断面図である。

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、中央部のマスクパターン部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。

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。

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５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。

図５は、ＣＣＤカメラ５４（図２参照）の視野領域（図５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。

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。

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、縦長スリット状の第２の貫通孔６２が設けられている。

さらに、第１の貫通孔６０の右辺側には、第１の貫通孔６０の幅寸法よりも短く、かつ第２の貫通孔６２の幅寸法よりも長い、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。

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５の一点鎖線領域Ｍ１（Ｍ２、Ｍ３）参照）。

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。

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２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２参照）と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。

（アライメントユニット５０）
図２に示される如く、アライメントユニット５０はＬＥＤ５１を光源とし、照明光学系７８を含む照明光源部５２と、対物レンズ等を含む結像光学系５３及びセンサ部５３ａからなるＣＣＤカメラ５４を備えた撮像部５６とによって構成される。照明光源部５２の光軸と、撮像部５６のＣＣＤカメラ５４の光軸とをマスク４０ウェハの面の法線に対して所定角α分傾け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マスク４０及びそのマスクマークＭ１の開口部分を通過しウェハＷの上面で反射して撮像部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（すなわち天板１６の上には３組のアライメントユニット５０が配置され、それぞれが対応するウェハマークを観測可能とされている）であるので、構成の説明は省略する。

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４参照）を観測することによって粗調整されており、更に半導体ウェハ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、半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１がマスクマークＭ１内に位置するように調整されている。ステップ送り後、アライメントユニット５０は半導体ウェハ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及び半導体ウェハ１８上に形成されるマスク４０の影とを同時に観測し、撮像データを取り込む。

図８に一つのアライメントユニット５０により得られるマスクマーク及びウェハマーク（ここではＭ１及びＷ１）の検出状態の一例を模式的に示す。マスクマークＭ２及びウェハマークＷ２並びにマスクマークＭ３及びウェハマークＷ３も同様に観測されるように他の二つのアライメントユニット５０が配されている。

図８に基づき説明すると、マスクマークＭ１の図８で横方向の中心位置に対するウェハマークＷ１の位置ずれΔＸが半導体ウェハ１８のマスク４０に対するＸ−Ｙ方向及びＺ軸回りのずれの補正のための情報として用いられる。同様にＷ２、Ｗ３についてもマスクマークに対する横方向のずれ量の情報（図３の例ではＷ３についてはＹ方向のずれ量となる。）が得られる。これら３箇所のずれ量の情報に基づき、半導体ウェハ１８のマスク４０に対するＸ―Ｙ方向及びＺ軸回りについての位置ずれ補正量が定まる。

また、前記傾き角αは設定値であり、既知であるので半導体ウェハ１８上に映るマスク４０の影Ｓの像に基づき、半導体ウェハ１８とマスク４０との隙間（ギャップ）の大きさが求められる。図８の例では、ΔＺで示す大きさに基づき求められる（後述）。３箇所のマスクマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３について得られる隙間の大きさの情報に基づき、マスク４０に対し、半導体ウェハ１８を平行に、かつ所定のギャップを介して対向するように補正すべき量が定まる。

図８の例でマスク４０の表面及び半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１以外の部分の表面は反射率が高いため、ＣＣＤカメラ５４では対応する部位は光量が大となる。一方、ウェハマークＷ１に対する部位及び半導体ウェハ１８上であってもマスク４０により影となる部分Ｓに対応する部位は暗くなる。

図８でΔＸを知るためには、影Ｓを横切る検出ラインにより、マスクマークＭ１の中心位置を、明るい部分を横切る検出ラインにより、ウェハマークＷ１の位置を求めれば良い。具体的には、ＣＣＤカメラのマトリックス状に配される画素のうち図８で、マスクマークＭ１（すなわち開口部）に対応する部位のうち影Ｓに対応する部分を横切る検出ライン上に対応する画素列についての光量のデータに基づき、マスク４０の図８における横方向の中心位置が求められる。このラインにおいては、例えば、図８で左側からマスク４０上では光量が大きく、マスクマークＭ１のエッジに差し掛かり、影Ｓに入るところで急激に光量が小さくなり、マスクマークＭ１の右側のエッジに差し掛かると再び急激に光量が大きくなるという分布を示す。光量の小さい部分の中心位置がマスクマークＭ１の横方向中心位置として求められる。

一方、マスクマークＭ１に対応する部位のうち、影Ｓで無い部分を横切る検出ラインに対応する画素列についての光量のデータに基づき、ウェハマークＷ１の図８における横方向位置が求められる。このラインではウェハマークＷ１に対応する部位の光量が小さくなり、それ以外の部位は光量が大きくなるような光量分布を示す。

これら二つの検出ラインでの撮像データに基づき図８のΔＸが求められる。なお、制御部ではＣＣＤカメラ５４からの撮像データは電圧信号として取り込まれる。電圧の大きさは光量に比例する。

図８でΔＺを知るためには、マスクマークＭ１に対応する部位を縦方向に横切る検出ラインが用いられる。これにより、影Ｓに相当する光量の小さい部分の幅を求めることによりΔＺが求められる。

ところで、本実施の形態では、既述のように得られる撮像データのうち光量のピークを示す部分（すなわち、明るい部分であり、図８の例ではウェハマークＷ１及び影Ｓを除く部分。）についての出力値の大きさに基づいて、上記のようなアライメントに必要な情報（既述の例では、ΔＸ、ΔＺ）を精度良く求めるかどうかの判断を行うようにしている（詳細を後述する。）
すなわち、イオン注入の処理を多数繰り返すと、ＣＣＤカメラ５４のレンズの表面がスパッタ粒子等により次第に曇ってくる。これに伴い、明るい部分に対応する出力ピーク値が下がってきて、検出精度も低下してくる。そこで、出力ピーク値の変化を監視し、その結果に応じて必要な処理を行うものである。

このような判定のための出力ピーク値としては、例えば、既述のような特定の検出ライン上での出力値の最大値を求め、これを用いる。或いは常に確実に明るい部分（例えば常にマスク４０の位置する部位）の出力値を「出力ピーク値」としても良い。その他、ある基準値以上の明るさの部位のデータの平均値を以って「出力ピーク値」とする、などの方法でも良い。

十分な検出精度があると判断されている場合には、既述のように得られた位置ずれ補正量、及びギャップの補正量に基づき、制御装置からの指令によりウェハステージ３４に設けられた微動機構により半導体ウェハ１８の位置の微調整が行われる。

なお、図８では、便宜上マスクマークＭ１として、単純な矩形の開口の場合で説明したが、マスクマークＭ１として例えば、図５のようなものとすることにより、より高い検出精度が得られる。まず、貫通孔６０の左右に縦方向に延びる幅狭の仕切り部を隔てて貫通孔６２及び６４を設けたことにより、マスクマークＭ１の位置検出の高精度化が達成できる。すなわち、これら３つの貫通孔を横切る検出ラインを考えた場合、左右の幅狭の仕切り部の部分に対応する光量分布は比較的急峻なピークを示し、このピーク形状はそれぞれが左右略対称となることもあり、片側のみエッジとなる図８のような場合と比べ、左右の仕切り部の位置をそれぞれ高精度に求められるので、より高精度なマスクマークＭ１の位置検出が可能となる。また、縦方向に貫通孔６４，６６，６８を並べ、これらを縦方向に横切る検出ラインを用いることにより、より高精度なマスク４０と半導体ウェハ１８とのギャップ検出が可能となる。すなわち、既述のとおり、仕切り部あるいはその影を観測することにより検出の高精度化が可能となる。また、ＣＣＤカメラ５４が傾き角を持っても設けられていることから、傾き角によっては一つのエッジとそれに対応する影とでは、ＣＣＤカメラ５４の焦点距離の位置（ベストフォーカス位置）との距離が異なるため、両方を同時にベストフォーカスの状態で観測することはできない。このような場合、複数の仕切り部を適宜配することにより、例えば、一つの仕切り部と別の仕切り部の影とを観測することにより、両方をベストフォーカス状態に近づけることができる。

（照明光源部５２の制御系）
図６には、照明光源部５２におけるＬＥＤ５１を発光するための発光制御装置１００を機能別にブロック化した機能ブロック図が示されている。

前記ＣＣＤカメラ５４からの信号は、位置決め制御装置（図示省略）に出力されると共に、発光制御装置１００のサンプル信号抽出部１０２へ送出されるようになっている。

サンプル信号抽出部１０２は、Ａ／Ｄ変換部１０４が接続され、サンプル信号（ピーク値）がデジタル化され，比較部１０６へ送出される。

この比較部１０６には、基準値メモリ１０８が接続されており、この基準値メモリ１０８から読み出された基準値と、前記Ａ／Ｄ変換されたピーク値とが比較されるようになっている。

なお、前記サンプル信号抽出部１０２及び比較部１０６には、光量検査指示部１１０が接続され、この光量検査指示部１１０からの指示に基づいて、光量検査（監視）実行される。光量検査指示部１１０は、工程進行信号入力部１１２に接続されており、工程進行信号入力部１１２には、半導体製造装置１の全体の工程を制御するメイン制御装置（図示省略）から工程進行信号が入力される。この工程進行信号の入力をトリガとして、光量検査指示部１１０では、イオン注入工程の区切り毎にＣＣＤカメラ５４の光量（ピーク値）の検出、前記比較部１０６による比較の実行を指示するようになっている。

比較部１０６の比較結果は、比較結果解析部１１４へ送出され、比較結果の解析に基づいていて、非常停止指示部１１６又は補正値演算部１１８へ所定の信号が送出される。比較結果解析部１１４では、比較の結果、光量のピーク値が基準値（しきい値）を上回っている場合には光量が良好と判断し、なんら指示を出力しない。

また、光量のピーク値が基準値（しきい値）以下の場合には、その差が調整許容範囲外の場合は、非常停止指示部１１６へエラー信号を送出し、許容範囲内の場合は、補正値演算部１１８へ差分を送出する。

補正値演算部１１８では、当該差分に基づいて、光量が基準値となるように電圧の補正値が演算され、この補正値は、電圧調整部１２０へ送出される。

電圧調整部１２０には、電源電圧供給部１２２が接続されており、デフォルトの電圧と、前記補正値とをパラメータとする所定の演算式によって電圧値が求められ、駆動ドライバ１２４へ送出する。駆動ドライバ１２４では、入力された電圧値によってＬＥＤ５１を点灯駆動する。

すなわち、本実施の形態では、イオン注入工程の区切りで常にＣＣＤカメラ５４へ入力される光量を監視し、スパッタの付着等による汚れで、ＣＣＤカメラ５４へ入力される光量の低下をほぼリアルタイムで補正することが可能となっている。

以下に、本実施の形態の作用を説明する。

図７のフローチャートに従い、メイン制御装置におけるイオン注入工程の流れを説明する。

まず、ステップ１５０では、マスク４０をセットし、次いでステップ１５２で半導体ウェハ１８をプロセス室２１へ搬送し、イオン注入位置へ半導体ウェハ１８を例えばステップ送りして位置決めする（ステップ１５４）。このようなマスク４０のセット、並びに半導体ウェハ１８の位置決めは、以下の動作によって行われる。

半導体ウェハ１８はウェハチャック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（ステップ１５４）を行う。
また、ウェハチャック３６自体がＸ、Ｙ、Ｚ軸方向、Ｚ軸周り（θ軸）及び上面の傾きの微調整が可能であるため、後述のステップ１６０にて半導体ウェハ１８は、精度よく位置決めが可能となる。

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、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。

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。

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。

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、ステップ１５０にて、所定の位置に位置決めされる。

次のステップ１５６では、マスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に対して照明光源部５２からの光を照射して、マスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）を撮像し、誤差の有無を判別し（ステップ１５８のアライメントＯＫか否か）、アライメントが不適正の場合は、ステップ１６０へ移行して半導体ウェハ１８の位置を微調整する。

すなわち、既述のようにマスクマークＭ１とその影の像に基づき、ギャップが傾き角αを用いることにより幾何学的に求められる。

また、既述のようにウェハマークＷ１とマスクマークＭ１の貫通孔６０の中央の位置との偏差ΔＸを観測する。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。

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上のイオン注入を行うべき位置とマスク４０のパターン位置を正確に合わせる。

上記半導体ウェハ１８とマスク４０との相対位置が制度よく調整されると、図７における、次のステップ１６１では、イオン注入を実行し、次いで、ステップ１６２で半導体ウェハ１８の全領域への処理が終了したか否かが判断され、否定判定されると、ステップ１５４へ移行して上記工程を繰り返す。

また、ステップ１６２で肯定判定された場合には、ステップ１６４へ移行して、次の半導体ウェハ１８の処理を実行するか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１６６へ移行して、現在位置決めされてイオン注入済みを半導体ウェハ１８を搬出し、ステップ１５２へ移行して上記工程を繰り返す。

また、ステップ１６４で否定判定された場合には、このルーチンは終了する。

上記各工程の区切りには、メイン制御装置から、工程進行信号が発光制御装置１００へ送出される。この工程進行信号に基づいて、発光制御装置１００では、ＣＣＤカメラ５４への入力光量を監視し、ＬＥＤの発光光量を補正する。

以下、図９のフローチャートに従い、発光制御装置１００におけるＬＥＤ発光光量制御について説明する。

ステップ１７０では、サンプル信号抽出部１０２に入力された電気信号からピーク値（明るい部分に対応する値）を抽出し、Ａ／Ｄ変換部１０４を介して比較部１０６へ送出する。

次のステップ１７２では、比較部１０６では、基準値メモリ１０８から基準値（しきい値）を読み出し、両者を比較する。この比較の結果、ピーク値がしきい値を上回っている場合には、特に補正の必要がないため、このルーチンは終了する。また、ピーク値がしきい値以下となると、補正が必要と判断し、ステップ１７４へ移行する。

ステップ１７４では、比較結果解析部１１４において、基準値との差分からＬＥＤ５１を発光するための電圧値の補正値を演算する。次のステップ１７６では、補正値が調整範囲内か否かを判断する。

このステップ１７６で否定判定された場合には、ステップ１７８へ移行して非常停止指示部１１６から非常停止を指示することで、処理の非常停止を実行し、このルーチンは終了する。終了後、ＣＣＤカメラ５４の汚れたレンズをクリーニングすることにより、既述のイオン注入工程を再開できる。

また、ステップ１７６で肯定判定された場合には、ステップ１８０へ移行して、電圧調整部１２０においてＬＥＤ５１へ供給する電圧値を調整し、駆動ドライバ１２４を介して、調整された電圧値でＬＥＤ５１を駆動（発光）する。

このように、イオン注入工程における、各ステップ（区切り）に、ＣＣＤカメラ５４へ入力される光量（ピーク光量）を監視し、ＬＥＤ５１を発光させる電圧を補正していくため、経時的にスパッタの付着量が増えて、光量が徐々に低下することを回避することができる。これにより、真空チャンバ中に設置されたＣＣＤカメラ５４のメンテナンスの間隔を延ばしつつ、高精度なアライメント検出が長期間維持できる。また、調整範囲を超えるような、累積的に大きな光量不足が生じた場合には、非常停止させるようにしたため、不良製品を生成することを未然に回避することができる。

なお、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ５４に入力する光量が低下したとき、その基となる光源であるＬＥＤ５１の発光光量を増加するように補正したが、ＬＥＤ５１の発光光量は固定とし、ＣＣＤカメラ５４の感度を変更（補正）するようにしてもよい。

図１０は、ＣＣＤカメラ５４の感度補正制御の流れを示す制御フローチャートである。

ステップ１８２では、ＣＣＤカメラ５４の出力（電圧）のピーク値を検出し、このピーク値と基準値（しきい値）とを比較する（ステップ１８４）。

このステップ１８４での比較の結果、ピーク値がしきい値を上回っている場合には、補正の必要がないと判断し、このルーチンは終了する。

また、ステップ１８４でピーク値がしきい値以下と判断された場合には、ステップ１８６へ移行して、ＣＣＤカメラ５４の感度調整値を演算し、次いでステップ１８８で調整値を調整可能範囲内か否かが判断される。

このステップ１８８で否定判定された場合には、ステップ１９０へ移行して非常停止処理を実行し、このルーチンは終了する。また、ステップ１８８で肯定判定された場合には、ステップ１９２へ移行して、ＣＣＤカメラ５４の感度を調整し、このルーチンは終了する。

なお、前述したＬＥＤ５１の光量調整と、このＣＣＤカメラ５４の感度調整を併用してもよい。

また、本実施の形態では、上記のようなＬＥＤ５１の光量調整及び／又はＣＣＤカメラ５４の感度調整時期をイオン注入工程の区切りに常に監視するようにしたが、例えば、ステップ１５６のマーク撮像データ取り込み工程で得られる情報に基づいてこの時に行うようにしても良い。また、精度の要求度によっては、監視インターバルを長くしてもよい。この場合の監視タイミングとしては、所定枚数の半導体ウェハ１８の処理終了時期が考えられる。あるいは、図７の工程中、ステップ１５２〜１６４にかけて、並行して常に図９又は図１０の自動調整処理の工程を行うようにしても良い。

また、監視の際、表面が常に一定かつ高い反射率が保証される基準半導体ウェハ（何もパターンが形成されていないベアウェハ）を用いて行うことで、より正確な良否判定が可能となる。

以下、図１１のフローチャートに従い、所定枚数の半導体ウェハ単位での監視、並びに、基準半導体ウェハを用いた監視を実行するための処理の流れを説明する。なお、前述した図７のイオン注入処理工程と同一ステップについては、同一の符号の末尾に”Ａ”を付して、その説明を省略する。

図１１のステップ１５０Ａからステップ１６４Ａまでの処理は、図７と同様であり、ステップ１６４Ａで肯定判定されると、ステップ２００へ移行して、監視チェックインターバルか否かが判断される。

このステップ２００で否定判定された場合には、ステップ１６６Ａへ移行して、現在位置決めされてイオン注入済みを半導体ウェハ１８を搬出し、ステップ１５２Ａへ移行して上記工程を繰り返す。

また、ステップ２００で肯定判定された場合には、マスク４０を搬出し、基準半導体ウェハを代わりにセットし（ステップ２０２）、図９のＬＥＤ５１の光量調整、或いは図１０のＣＣＤカメラ５４の感度調整の少なくとも一方の監視処理を実行する（ステップ２０４）。

この監視処理に結果がＯＫ（ステップ２０６の肯定判定）となると、ステップ２０８へ移行して基準半導体ウェハを搬出して、ステップ１５０Ａへ移行する。

また、ステップ２０６でＮＧ（否定判定）された場合には、ステップ２０４で非常停止されているため、このルーチンは終了する。

なお、本実施の形態のＣＣＤカメラ５４のレンズは、所謂剥き出し状態であったが、レンズカバー部材９０（図１２照）を取り付けるようにしてもよい。

これはスパッタ粒子の種類によってはクリーニングにより対処できない場合もあり、或いはクリーニング時にレンズの表面に傷を付ける恐れもあるので、そのような場合に対処するのに好ましいからである。

図１２は、レンズカバー部材９０を説明するための図である。図１２（ａ）に示すように、レンズカバー部材９０は、略円環状の枠体９２に嵌合された透過性の保護部材９４から構成されている。枠体８２は、ＣＣＤカメラ５４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９２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９６が螺合されている。保護部材９４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９０は、図１２（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラ５４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９６のネジ先が当接されることで固定される。

このレンズカバー部材９０の変形例としては、当該レンズカバー部材９０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９２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９０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９０が確実に装着されることになる。

このようなレンズカバー部材９０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５４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。

なお、長時間の使用により、レンズカバー部材９０にスパッタ粒子等が付着して曇りが生じ、かつＬＥＤ５１の発光光量の調整や、ＣＣＤカメラ５４の感度調整の許容範囲を超えた場合には、古くなったレンズカバー部材９０を外し、新しいレンズカバー部材９０に交換すればよい。

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平面図である。 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。 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の位置を示す平面図である。 （ａ）はマスクの平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 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。 本実施の形態に係るＬＥＤ発光制御装置の制御系を示す機能ブロック図である。 本実施の形態に係るイオン注入処理工程を示す制御フローチャートである。 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。 本実施の形態に係る、ＬＥＤ光量調整のための制御フローチャートである。 本発明の変形例に係り、ＣＣＤカメラの感度を調整するための制御フローチャートである。 イオン注入処理工程の変形例を示す制御フローチャートである。 ＣＣＤカメラに装着可能なレンズカバー部材の斜視図、（ｂ）はＣＣＤカメラのレンズに装着した状態を示す側面図である。

符号の説明

Ｗ１乃至Ｗ３ ウェハマーク
Ｍ１乃至Ｍ３ マスクマーク
１０ 半導体位置決め装置
１８ 半導体ウェハ
２０ ウェハステージ部
２２ マスクステージ部
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
４６ マスク用Ｘ−Ｙテーブル
５０ アライメントユニット
５１ ＬＥＤ（光源）
５２ 照明光源ユニット
５４ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
５４Ａ 視野領域
５６ 撮像部
６０ 第１の貫通孔
６２ 第２の貫通孔
６４ 第３の貫通孔
６６ 第４の貫通孔
６８ 第５の貫通孔
７０ 仕切り部
７２ 仕切り部
１００ 発光制御装置
１０２ サンプル信号抽出部（サンプル抽出手段）
１０４ Ａ／Ｄ変換部
１０６ 比較部（比較手段）
１０８ 基準値メモリ
１１０ 光量検査指示部
１１２ 工程進行信号入力部
１１４ 比較結果解析部（補正手段）
１１６ 非常停止指示部
１１８ 補正値演算部（補正手段）
１２０ 電圧調整部（補正手段）
１２２ 電源電圧供給部（発光駆動手段）
１２４ 駆動ドライバ（発光駆動手段）

Claims (5)

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入射する照明光の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、
   前記照明光を発光する光源と、
   前記被処理基板上の反射光領域を撮像する撮像手段と、
   前記光源を発光駆動する発光駆動手段と、
   前記撮像手段で撮像した光信号に基づく電気信号からサンプル信号を抽出するサンプル信号抽出手段と、
   前記サンプル信号抽出手段で抽出したサンプル信号を予め定めた基準値と比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較結果に基づいて、前記撮像手段による出力ピーク値が所定以上となるように発光駆動手段による前記光源の発光光量を補正する補正手段と、
   を有するアライメント調整装置。
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入射する照明光の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、
   前記照明光を発光する光源と、
   前記被処理基板上の反射光領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段による撮像時の光信号の感度を設定する感度設定手段と、
   前記撮像手段で撮像した光信号に基づく電気信号からサンプル信号を抽出するサンプル信号抽出手段と、
   前記サンプル信号抽出手段で抽出したサンプル信号を予め定めた基準値と比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較結果に基づいて、前記撮像手段による出力ピーク値が所定値以上となるように感度設定手段による設定感度を補正する補正手段と、
   を有するアライメント調整装置。
3. 前記サンプル信号抽出手段によるサンプル信号の抽出から補正手段による補正までの処理が、半導体製造処理に対して、割り込み処理されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアライメント調整装置。
4. 前記サンプル信号抽出手段によるサンプル信号の抽出から補正手段による補正までの処理が、所定回数の半導体製造工程毎に実行され、当該実行時には、前記被処理基板、或いはマスクに代えて、サンプル信号抽出用基準板を装着することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のアライメント調整装置。
5. 前記サンプル信号抽出手段によるサンプル信号の抽出から補正手段による抽出までの処理が、アライメント調整のための撮像手段による撮像結果に基づいて、行われることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のアライメント調整装置。
   
   

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