JP2007305696A - 位置決め装置の精度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハに形成されたアライメントマークを利用して、半導体ウェハを移動させるための移動テーブルを高精度に位置決めすること。
【解決手段】グローバルアライメント調整用マークＤ、Ｅを使用してグローバルアライメントされた調整用ウェハ１８Ａがウェハチャック３６に保持された状態で第１のスライダ２６をＸ軸方向へ移動したとき、及び、第２のスライダ３０をＹ軸方向へ移動したときのラインＬ１、Ｌ２の位置の変化をアライメントユニット５０により、検出した結果に基づき、グローバルアライメント誤差及びステップ送り誤差の情報を得て、必要に応じて補正を施すことによりワークステージ３４を高精度に位置決めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ上に形成されたアライメントマークに光を照射してその反射光を入射してアライメントマークを撮像し、当該撮像による撮像データを画像処理して、アライメントマークを算出し、この算出結果を基に半導体ウェハ搬送用移動テーブルの位置を制御するための位置決め装置に関するものである。

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。

このような場合、従来、半導体ウェハを搬送するために真空チャンバ内に配置されたウェハテーブルにミラーをセットし、真空チャンバ外にはレーザー干渉計などを配置し、レーザー干渉計でウェハテーブルの直角度や位置決め精度を測定したり、直角定規とダイヤルゲージを用いてウェハテーブルの直角度を測定したりする方法が採用されていた。

ウェハテーブルの直角度や位置決め精度を測定するのに、レーザー干渉計などを用いる方法では、装置によっては、ミラーや直角定規を真空チャンバ内に設置できないことがある。また、カメラテーブルをウェハテーブルの移動に合わせることが困難な場合もある。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、調整用ウェハに形成された調整用マークを利用して、半導体ウェハを移動させるための移動テーブルを高精度に位置決めすることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、半導体ウェハを搭載して二次元方向に移動する移動テーブルと、前記半導体ウェハのファインアライメントマークに向けて光を照射する照明手段と、前記照明手段から前記半導体ウェハのファインアライメントマークに照射された光の反射光を入射して、前記半導体ウェハ上に形成された前記ファインアライメントマークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像による撮像データを画像処理して前記アライメントマークの二次元座標系における位置を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を基に前記移動テーブルの位置を制御する位置制御手段と、を備えてなる位置決め装置の精度測定方法において、前記半導体ウェハと同サイズで、表面に直線状のパターンが所定間隔毎に設けられた調整用ウェハを前記移動テーブルにより移動させ前記撮像手段により、前記調整用ウェハの各直線状パターンを撮像しその結果に基づき、前記位置決め装置の精度を測定することを特徴とする。

上記構成によれば、調整用ウェハの各直線状パターンを基準として前記撮像手段を用いて位置決め装置の精度測定が行えるようにしたため、半導体ウェハを収納する容器（真空チャンバ）内に測定器具を配置することなく、移動テーブルの位置決め精度を求めその結果に基づき位置決め装置の調整を行うことにより、位置決め精度を高めることができる。また、装置を組み付けた後でも、移動テーブルの位置決め精度を測定することもできる。

また、本発明においては、記アライメントマークは、グローバルアライメント調整用マークと、前記グローバルアライメント調整用マークよりも位置決め精度の高いファインアライメントマークと、フォーカス調整用マークを含んで構成することができる。さらに、前記ファインアライメントマークは、形状の相異なる複数のマークで構成され、前記複数のファインアライメントマークは、前記半導体ウェハのうち前記撮像手段の撮像領域の周囲に分散して配置されてなる構成とすることができる。

本発明によれば、半導体ウェハを収納する容器（真空チャンバ）内に測定器具を配置することなく、移動テーブルの位置決め精度を高めることができる。また、装置を組み付けた後でも、移動テーブルの位置決め精度を測定することもできる。

図１には、本実施の形態に係る半導***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。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。また、本実施の形態の半導体ウェハは、およそ３０ｍｍ×３０ｍｍのパターンの領域がマトリクス状に配されてなるものとする。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。

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２６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。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、半導体ウェハ１８を保持するウェハチャック３６が取付けられている。

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軸方向及び各軸周りの回動）の微調整が可能な機構（位置制御手段）を有している。
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自由度の微小な位置及び姿勢の調整が可能となる。

すなわち、ワーク位置決めステージ部２０は、ワークステージ３４を二次元方向（Ｘ、Ｙ方向）にステップ送り移動させる手段として、第１のスライダ２６、Ｘ軸方向摺動装置２８、Ｘ軸方向駆動装置２９、第２のスライダ３０、Ｙ軸方向摺動装置３２およびＹ軸方向駆動装置を備えるとともに、ウェハチャック３６の６自由度での微調整を行う位置制御手段を備えて構成されている。

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、ウェハチャック３６と対向面にマスク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（ＸＹ平面内の回転方向）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、ワーク位置決めステージ部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（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に設けたファインアライメントマーク（図５参照）などを検出するためのアライメントユニット５０が取付けられている。図１では１組のみ示しているが、それぞれのファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃに対応し、１組ずつ、計３組のアライメントユニット５０が配されている。また、本実施の形態では、アライメントユニット５０は位置決め装置１０の位置決め精度の測定の際にも利用される。

また、天板１６上の開口部１６Ａとは離間した位置にはグローバルアライメントを行うための図示しないグローバルアライメントカメラが２台設けられている。これらを用いて、それぞれ検出用マークを備えてなる半導体ウェハ１８及びマスク４０のマーク検出が別々に行われる。検出結果に基づき、半導体ウェハ１８の場合は前記位置決め制御手段により、マスク４０の場合はＸ−Ｙテーブル４６及びマスクθ軸ベース４２のθ軸方向調整機構により、グローバルアライメントが行われる。本実施の形態では、位置決め装置１０の精度測定等を行うために専用の調整用ウェハを使用する。図２にはこの調整用ウェハ１８Ａを示す。なお、調整用ウェハ１８Ａの材質や寸法は被処理ウェハである半導体ウェハ１８と同じである。但し、調整用ウェハ１８Ａの表面には位置決め装置１０の精度測定等のための基準として使用するパターンが形成されている。これらのパターンは図示しない高精度描画機により作成されたもので、後述のような、各種測定を行うのに十分な精度で描かれたものである。以下、具体的に調整用ウェハ１８Ａのパターンについて説明する。

調整用ウェハ１８Ａの表面には、例えば、６０ｍｍ×６０ｍｍ程度の単位となる同一のパターン領域１８ａ〜１８ｅが形成されている。各パターン領域１８ａ〜１８ｅには、ラインＬ１がＸ軸方向（水平方向）に１５ｍｍピッチで形成され、ラインＬ２がＹ軸方向（鉛直方向）に１５ｍｍピッチで形成され、各ラインＬ１、Ｌ２の交点を結ぶ斜め方向のラインＬ３が等ピッチで形成されているとともに、３個のファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃ、２個のグローバルアライメント調整マークＤ、Ｅと８組のフォーカス調整用マークＦ、Ｇ、Ｈがシリコン酸化膜によって形成されている。各ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３のうち、それぞれ、１本ずつは調整用ウェハ１８Ａの中心(パターン１８ｃの中心Ｏ)を通るように設定されている。調整用ウェハ１８Ａの中心を通るラインＬ１を挟む最寄の２本のラインＬ１、及び、調整用ウェハ１８Ａの中心を通るラインＬ２を挟む最寄の２本のラインＬ２は、向きを合わせて重ねたときに、それぞれ半導体ウェハ１８上の各パターン領域の境界線と一致するように設定されており、したがって、これらを基準に１本置き(３０ｍｍピッチ)のラインＬ１、Ｌ２も同様となる。

２個のグローバルアライメント調整マークＤ、Ｅは、図３に示すように、２ｍｍ×２ｍｍ程度の領域に形成されて複数の四角形のマークなどで構成され、Ｙ軸方向に沿って４０ｍｍピッチで形成されている。ファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃは、図４に示すように、各パターン領域１８ａ〜１８ｅの中心（注入中心）Ｏから一定の距離の部位であって、ファインアライメントマークＡは、中心Ｏを通るラインＬ２と重なり、かつ、中心Ｏに対して１５ｍｍ離間したラインＬ１と交差し、ファインアライメントマークＢは、中心Ｏを通るラインＬ１と重なり、かつ、中心Ｏに対して１５ｍｍ離間したラインＬ２と交差し、ファインアライメントマークＣは中心Ｏを通るラインＬ３と重なり、かつ中心Ｏに対して１５ｍｍ離間したラインＬ１、Ｌ２、が互いに交差する点でこれらと交差するように形成されている。

これらファインアライメントマークＡ，Ｂ，Ｃは、半導体ウェハ18のファインアライメントマークＡ'、Ｂ‘、Ｃ'と対応するように設けられている。すなわち、ファインアライメントマークＡと交差するラインＬ１、ファインアライメントマークＢと交差するラインＬ２、及びファインアライメントマークＬ３と交差するラインＬ１、Ｌ２で囲まれる正方形の領域の中心に半導体ウェハ１８のひとつのパターン領域の中心が一致し、かっ、向きが合うように重ねた場合に、ファインアライメントマークＡとＡ'、ＢとＢ’、ＣとＣ'がそれぞれちょうど重なるように設定されている。図５(a)〜(c)に半導体ウェハ１８のファインアライメントマークＡ'、Ｂ‘、Ｃ'を示す。

ファインアライメントマークＡ'は、図５（ａ）に示すように、基準点Ｏ１を基準に、Ｙ軸方向（鉛直方向）に沿って上下に６０μｍずつ直線状に形成されている。ファインアライメントマークＢ'は、図５（ｂ）に示すように、基準点Ｏ２を基準に、Ｘ軸方向（水平方向）に沿って左右に６０μｍずつ直線状に形成されている。ファインアライメントマークＣ'は、図５（ｃ）に示すように、基準点Ｏ３を基準に、Ｘ軸に対して４５度傾斜した方向に沿って、６０μｍずつ直線状に形成されている。

さらに、調整用ウェハ１８ＡのファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃには、図６に示すように、ＣＣＤカメラ５４をＸＹ方向に移動させるためのカメラ用Ｘ−Ｙテーブル７４の位置決め精度を規定するための補助ファインアライメントマークＡ１（Ｂ１、Ｃ１）が０．１μｍピッチで形成されている。

一方、フォーカス用アライメントマークＦ、Ｇ、Ｈは、各パターン領域１８ａ〜１８ｅのうちラインＬ１とラインＬ２で囲まれた格子状の領域（１５ｍｍ×１５ｍｍ）内に形成されている。フォーカス用アライメントマークＦは、図７に示すように、格子状の領域（１５ｍｍ×１５ｍｍ）のうち５ｍｍ×５ｍｍ程度の領域に５μｍ幅の長方形パターンが５個Ｙ軸方向に沿って形成されたマークとして構成され、フォーカス用アライメントマークＧは、格子状の領域（１５ｍｍ×１５ｍｍ）のうち５ｍｍ×５ｍｍ程度の領域に５μｍ幅の長方形パターンが５個Ｘ軸方向に沿って形成されたマークとして構成され、フォーカス用アライメントマークＨは、格子状の領域（１５ｍｍ×１５ｍｍ）のうち５ｍｍ×５ｍｍ程度の領域に５μｍ幅の台形パターンが６個、Ｙ軸またはＸ軸に対して４５度傾斜した方向に沿って形成されたマークとして構成されている。シリコン酸化膜の部分は、周囲のシリコンの部分と比べて反射率が低く、暗いため、各アライメントマークＡ〜Ｈは観測可能である。

なお、各アライメントマークＡ〜Ｈは、シリコン酸化膜を周囲の部分と面一あるいは僅かに***した状態とすることで得ることができるが、この代わりに、半導体ウェハ１８上にシリコン酸化膜のパターンを突出させるパターンとしてもよい。あるいは逆に各アライメントマークＡ〜Ｈ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よい。

アライメントユニット５０では、後述のように調整用ウェハ１８ＡのラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３や各アライメントマークＡ〜Ｈの検出結果に基づき位置決め補正を実行するデータを生成したりグローバルアライメントで調整の基準位置の調整やＣＣＤカメラ５４の位置調整等を行ったりする。

なお、図１に示される如く、天板１６上の撮像部５６は、カメラ用Ｘ−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、前述した位置決めステージ部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。

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。３台のアライメントユニット５０は、それぞれの照明光源部５２の光軸及びＣＣＤカメラ５４の光軸を含む平面が、対応するファインアライメントマークの延伸する方向と平行になるような向きに設置されている。すなわち、ファインアライメントマークＡに対応するアライメントユニット５０は照明光源部５２の光軸及びＣＣＤカメラ５４の光軸を含む平面がＹ軸方向と平行になる向きに、ファインアライメントマークＢに対応するアライメントユニット５０は照明光源部５２の光軸及びＣＣＤカメラ５４の光軸を含む平面がＸ軸方向と平行になる向きに、ファインアライメントマークＣに対応するアライメントユニット５０は照明光源部５２の光軸及びＣＣＤカメラ５４の光軸を含む平面がＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度傾いた向きに、設置されている。

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の光軸とを半導体ウェハ１８のファインアライメントマークＡ、グローバルアライメント調整用マークＤ、Ｅやフォーカス用アライメントマークＦ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ファインアライメントマークＡ、グローバルアライメント調整用マークＤ、Ｅやフォーカス用アライメントマークＦ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、ファインアライメントマークＢ、Ｃ、フォーカス用アライメントマークＨ、Ｇ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がファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃに対応して、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。

図１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、照射光として、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系７８を経由し、各パターン領域１８ａ〜１８ｅを含む領域をほぼ均一に照明する。

以下に、本実施の形態の作用を説明する。調整用ウェハ１８Ａによる位置決め装置１０の評価について説明する。仮にグローバルアライメントが正しく行われ、かつ、ワークステージ３４をステップ送りする手段の位置決め精度が理想的(誤差なし)であるとする。この場合、調整用ウェハ１８Ａを被処理半導体ウェハ１８の場合と同じ要領でウェハチャック３６に保持させてグローバルアライメントを行い、ワークステージ３４を開口部１６Ａと対向する位置に移動させたとき、調整用ウェハ１８ＡのラインＬ１はＸ軸方向に平行となり、ラインＬ２はＹ軸方向と平行になるはずである。さらに、例えば、ファインアライメントマークＡを撮像するＣＣＤカメラ５４の視野内にラインＬ１が位置する状態で、ワークステージ３４をＸ軸方向に移動させた場合、移動中、ラインＬ１の上下方向位置は視野内で変化しないはずである。同様に、ファインアライメントマークＢを撮像するＣＣＤカメラ５４の視野内にラインＬ２が位置する状態で、ワークステージ３４をＹ軸方向に移動さ:せた場合、移動中、ラインＬ２の上下方向位置は視野内で変化しないはずである。一方、グローバルアライメントが完全でない場合、または、ワークステージ３４の移動に真直度等の誤差が含まれる場合では、これらのラインの上下方向位置が変動する。

また、例えば、ファインアライメントマークＡを撮像するＣＣＤカメラ５４の視野内にＬ２が視野の水平方向中央に位置する状態（図８参照）から、ワークステージ３４をＸ軸方向に１５ｍｍステップ送りした場合、隣接するラインＬ２が視野の水平方向中央に位置する状態となるはずである。水平方向中央に来ない場合は、ステップ送り方向のＸ軸方向送り量が誤差を含んでいることになる。同じ要領で、ラインＬ１を用いて、Ｙ軸方向のステップ送り量の誤差も知ることができる。以上を踏まえ、グローバルアライメントの誤差及びステップ送り誤差の評価を行い、必要に応じて修正を施す。具体的には、例えば、ワークステージ３４をＸ軸方向に移動させてラインＬ１の上下方向位置の変動のデータを得て、その結果から例えば最小二乗法等の利用によりグローバルアライメント誤差(ＸＹ平面内の傾き誤差)、ワークステージ３４のＸ軸方向駆動装置２９による移動時の真直度等の誤差及び１５ｍｍ毎のステップ送り量の誤差を得る。

図示しないグローバルアライメントカメラはY軸方向に４０ｍｍ離間して２台設けられており、それぞれのグローバルアライメントの基準位置(例えば、各々のグローバルアライメントカメラの視野の中心位置)同士を結ぶ直線はＹ軸方向と平行でなければならない。グローバルアライメントに誤差があるということは、実際は、Ｙ軸方向に対して、２箇所あるグローバルアライメントの基準位置同士を結ぶ直線の方向が傾いていることを意味する。そこで、得られた結果に基づき、グローバルアライメントカメラの位置調整を行うことにより、グローバルアライメント誤差の解消を図る。ワークステージ３４の移動時の真直度等の誤差やステップ送り誤差は、半導体ウェハ１８のファインアライメントが不可能になるような極端な場合等、必要に応じ、ワークステージ３４のＸ軸方向駆動装置、Ｙ軸方向駆動装置による補正動作、または、ウェハチャック３６の６軸微動機構による補正動作を行うことにより対応する。ファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃはアライメント動作の確認のために利用できる。すなわち、半導体ウェハ１８の場合と同様に、アライメント調整を行い正常に行えるかどうかを調べる。

ファインアライメントマ一クＡ、Ｂ、Ｃと対応するマスク４０の図示しないマスクマークとの相対的な位置ずれ(視野内の水平方向のずれ)をアライメントユニット５０により検出し、その結果に基づきＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ平面内の回動方向のアライメント補正量を算出し、ウェハチャック３６を６自由度微動機構によりアライメント補正を実行する。補正後、再度アライメントユニット５０によりファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃと対応するマスク４０の図示しないマスクマークとの相対的な位置ずれ量を測定することによりファインアライメントが正常に行われているかどうかをチェックする。

補正動作後でも位置ずれが十分に解消されない場合は、アライメントユニット５０による検出誤差、あるいは６自由度微動機構の位置決め精度等に問題がある可能性があるので確認する。また、補助ファインアライメントマークＡ１(Ｂ１、Ｃ１)は、ＣＣＤカメラ５４の画素分解能の算出や画面上の寸法の校正等に利用することができる。フォーカス用アライメントマークＦ、Ｇ、Ｈは、例えば、ＣＣＤカメラ５４の合焦位置調整や回転方向位置合わせ、レンズの歪みチェック等に利用できる。これを使用したチェック時は、マスク４０は邪魔になるのでマスク４０をはずした状態とするか、あるいはマスクステージ部２２を開口部１６Ａと対向しない位置に退避した状態で行う。

ファインアライメントマークＡ用のＣＣＤカメラ５４のチェックはフォーカス用アライメントマークＦを使用し、ファインアライメントマークＢ用のＣＣＤカメラ５４のチェックはフォーカス用アライメントマークＧを使用し、ファインアライメントマークＣ用のＣＣＤカメラ５４のチェックはフォーカス用アライメントマークＨを使用する。回転方向位置合わせについては、パターンの方向とＣＣＤカメラ５４の視野の上下方向ができるだけ平行になるようにＣＣＤカメラ５４の向きをパターンの検出結果に基づき調整する。

その他、例えば、調整用ウェハ１８Ａの中心(パターン１８ｃの中心Ｏ)を通るラインＬ１、Ｌ２、又はＬ３を利用して、ウェハチャック３６に図示しない搬送ロボットにより搬送・保持された状態での半導体ウェハ１８の中心位置と６自由度微動機構によるＸＹ平面内の回動の中心位置とのずれ量を調べることができる。まず、Ｘ軸方向駆動装置２９又はＹ軸方向駆動装置によりワークステージ３４を移動し、いずれかのＣＣＤカメラ５４の視野内に調整用ウェハ１８Ａの中心が位置するように位置決めする。次いで６自由度微動機構によりＸＹ平面内でウェハチャック３６を所定角度回動させた場合の調整用ウェハ18Aの中心位置(ラインL１、Ｌ２、及びＬ３の交点)の位置の変化を調べる。

このとき６自由度微動機構による回動中心と調整用ウェハ１８Aの中心位置とが完全に一致している場合は、ウェハチャック３６の回動により調整用ウェハ１８Aの中心位置は動くことはない。調整用ウェハ１８Ａの中心位置が変化する場合は、その量に応じ、調整用ウェハ１８Ａの中心位置と６自由度微動機構による回動中心とのずれ量を知ることができる。ウェハチャック３６に半導体ウェハが保持された状態での半導体ウェハ１８の中心位置と６自由度微動機構によるＸＹ平面内の回動中心位置とはできるだけ一致させるのが好ましい。したがって、ずれ量の測定結果に基づき、必要に応じ、搬送ロボットによるウェハの搬入位置の微調整を行う。

以下に、位置決め装置１０による半導体ウェハ１８の位置決めについて説明する。予め調整用ウェハ１８を、ウェハ１８Ａを用いて上記のような各種誤差の測定及び必要に応じＣＣＤカメラ５４の位置調整や各種補正値取得をしておく。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。

まず、図示しない搬送ロボットにより搬送された位置決め用の半導体ウェハ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。次に図示しないグローバルアライメントカメラにより半導体ウェハ１８のグローバルアライメントを行う。

次に、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、例えばイオン注入処理を施すパターン領域の中心が注入中心に対向するように位置決めする。この場合、予め調整用ウェハ１８Ａのグローバルアライメント調整用マークＤ，ＥやラインＬ１、Ｌ２を用いてグローバルアライメント精度向上及びワークステージ３４の位置決めの補正のためのデータが得られてい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。

次に、３台のアライメントユニット５０により、ファインアライメントマークＡ'、Ｂ'、Ｃ'及びそれぞれに対応するマスク４０のファインアラメントマークをそれぞれ撮像して撮像データを生成するとともに、各撮像データの画像を処理して、ファインアライメントマークＡ'、Ｂ'、Ｃ'を認識し、この認識結果からファインアライメントマークＡ'、Ｂ'、Ｃ'の位置と基準値とのずれ量を算出する。この後、各ずれ量をゼロに補正するために、６自由度微動機構により半導体ウェハ１８とマスク４０とを高精度にファインアラメントする。この場合、予め調整用ウェハ１８ＡのファインアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃやフォーカス用アライメントマークＦ，Ｇ，Ｈ等による３台のアライメントユニット５０の回転方向位置の微調整や、位置ずれ量等の検出値の校正が行われていることにより、高精度な位置合わせが可能で、ファインアラメントのリトライ回数も削減することができる。

ワークステージ３４および半導体ウェハ１８を高精度に位置決めした後は、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とワークステージ３４に関する位置決めを実行することができる。

本実施例によれば、半導体ウェハ１８を移動させるためのワークステージ３４の位置を制御するに際して、予め調整用ウェハ１８ＡアライメントマークＤ，ＥやラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いた上記のような測定結果の利用によりグローバルアライメントやワークステージ３４のステップ送りの高精度化を図った上でワークステージ３４を順次移動して、ワークステージを位置決めするようにしたため、半導体ウェハ１８を収納する容器である真空チャンバ内に測定器具を配置することなく、半導体ウェハ１８とワークステージ３４の位置決め精度を高めることができる。また、装置を組み付けた後でも、半導体ウェハ１８とワークステージ３４の位置決め精度を測定することもできる。

また、予め、調整用ウェハ１８ＡのファイアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃ、補助ファインアライメントマークＡ１、Ｂ１、Ｃ１及びフォーカス用アライメントマーク、Ｆ、Ｇ、Ｈを用いた測定やその結果に基づくＣＣＤカメラ５４の調整やファインアライメントの校正により、マスク４０と半導体ウェハ１８とのファインアライメントのリトライ回数の削減が可能となる。

本発明の実施の形態に係る位置決め装置を示す正面図である。 調整用ウェハの平面図である。 グローバルアライメント調整用マークの平面図である。 調整用ウェハのファインアライメントマークと注入中心との関係を説明するための平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、被処理半導体ウェハの３種類のファインアライメントマークの構成を説明するための平面図である。 調整用ウェハのファインアライメントマークの要部を拡大した状態を示す要部拡大平面図である。 フォーカス用アライメントマークの平面図である。 ＣＣＤカメラの視野領域の平面図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ、Ｃ 調整用ウェハのファインアライメントマーク
Ｄ、Ｅ グローバルアライメント調整用マーク
Ｆ、Ｇ、Ｈ フォーカス用アライメントマーク
ＬＤ 発光ダイオード
１０ 半導***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 マスクステージ部
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
５０ アライメントユニット
５２ 照明光源部
５４ ＣＣＤカメラ
５４Ａ 視野領域
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

Claims (3)

1. 半導体ウェハを搭載して二次元方向に移動する移動テーブルと、前記半導体ウェハのファインアライメントマークに向けて光を照射する照明手段と、前記照明手段から前記半導体ウェハのファインアライメントマークに照射された光の反射光を入射して、前記半導体ウェハ上に形成された前記ファインアライメントマークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像による撮像データを画像処理して前記アライメントマークの二次元座標系における位置を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を基に前記移動テーブルの位置を制御する位置制御手段と、を備えてなる位置決め装置の精度測定方法において、前記半導体ウェハと同サイズで、表面に直線状のパターンが所定間隔毎に設けられた調整用ウェハを前記移動テーブルにより移動させ前記撮像手段により、前記調整用ウェハの各直線状パターンを撮像しその結果に基づき、前記位置決め装置の精度を測定することを特徴とする位置決め装置の精度測定方法。
2. 前記調整用ウェハは、グローバルアライメント調整用マークと、前記グローバルアライメント調整用マークよりも位置決め精度の高いファインアライメント調整用マークと、フォーカス調整用マークを含んで構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置の精度測定方法。
3. 前記ファインアライメント調整用マークは、形状の相異なる複数のマークで構成され、前記複数のファインアライメントマークは、前記半導体ウェハのうち前記撮像手段の撮像領域の周囲に分散して配置されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置の精度測定方法。

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