JP2003179122A - Wafer inspection device - Google Patents

Wafer inspection device

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JP2003179122A
JP2003179122A JP2001376723A JP2001376723A JP2003179122A JP 2003179122 A JP2003179122 A JP 2003179122A JP 2001376723 A JP2001376723 A JP 2001376723A JP 2001376723 A JP2001376723 A JP 2001376723A JP 2003179122 A JP2003179122 A JP 2003179122A
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JP
Japan
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axis
substrate
optical system
wafer
stage
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Application number
JP2001376723A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Yamada
智明 山田
Hirokazu Ishii
裕和 石井
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute a substrate inspection device that has driving shafts in two orthogonal axial directions and inspects a substrate by moving the substrate and the observational visual field of an optical system provided for observing the substrate relatively to each other, to make it small in size. <P>SOLUTION: A drive device 1 is provided with X- and Y-shaft drive mechanism 10 and 20, which move a table 41 in orthogonal X and Y directions and a controller 5 which controls the operations of the drive mechanism 10 and 20. The controller 5 positions the chip region of a wafer W in the visual observation field of the optical system 50 for optical measurement by moving the table 41 through the control of the operations of the drive mechanism 10 and 20. The wafer W is held on the table 41, in a state with the wafer W inclined by a prescribed angle, with respect to the X and Y-shafts. The controller 5 positions the wafer W in the visual observation field of the optical system 50, by moving the table 41 by means of operating the drive mechanisms 10 and 20 within a drive range, in which the moving ranges of the shafts are smaller than the diameter of the wafer W. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、装置の基台に対し
て直交する二軸方向に対象部材や光学系を移動させ、位
置決めさせる駆動装置および駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device and a driving method for moving and positioning an object member or an optical system in two axial directions orthogonal to a base of the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の装置の例として、基板の
検査を行う重ね合わせ測定機や外観検査装置、ミクロ・
マクロ検査装置等の検査装置がある。
2. Description of the Related Art Examples of conventional devices of this type include overlay measuring machines for inspecting substrates, visual inspection devices, and micro
There are inspection devices such as macro inspection devices.

【0003】重ね合わせ測定機は、半導体ウエハの厚さ
方向に複数の回路パターン層を積み重ねて回路を形成す
る多層の半導体デバイス製造過程において、前段の露光
工程で形成された回路パターンと、次段の露光工程で形
成された回路パターンとの重ね合わせ状態を検査する測
定機である。
The overlay measuring device is a multilayer semiconductor device manufacturing process in which a plurality of circuit pattern layers are stacked in the thickness direction of a semiconductor wafer to form a circuit, and the circuit pattern formed in the previous exposure step and the next step. It is a measuring machine for inspecting the state of superposition with the circuit pattern formed in the exposure step of.

【0004】このような検査装置には、対象部材を保持
するテーブルをX−Y軸方向に移動させ、位置決めさせ
る駆動機構を備える装置のほか、対象物を保持するテー
ブルを固定して測定光学系をX−Y軸方向に移動、位置
決めさせる駆動機構を備える装置、あるいは対象物を保
持するテーブルをX軸またはY軸のいずれか一軸方向に
移動させるとともに測定光学系をテーブルの駆動軸と直
交する他の一軸方向に移動させる駆動機構を備える装置
がある。
In such an inspection apparatus, in addition to an apparatus having a drive mechanism for moving and positioning a table holding an object member in the X-Y axis direction, a table holding an object is fixed and a measurement optical system is fixed. With a drive mechanism for moving and positioning the X-axis in the X-Y axis direction, or a table holding an object is moved in either the X-axis or the Y-axis direction and the measurement optical system is orthogonal to the drive axis of the table. There is a device provided with a drive mechanism for moving in another uniaxial direction.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば重ね
合わせ測定機の場合、ウエハ面上の重ね合わせマークを
的確に測定光学系の視野内に移動、位置決めさせるため
には、ウエハ面上の位置を特定する必要がある。このた
め、半導体ウエハの検査過程では、図6に示すようなウ
エハWの中心位置W0とウエハWに形成されたノッチN
(またはオリエンテーションフラット)を基準としてウ
エハW面上にx−y軸からなる直交座標系を定義し、ウ
エハW面上の各チップ領域101〜1mnの位置や各チ
ップ領域内の重ね合わせマークの位置をこの直交座標に
おける座標P1mn(x,y)で特定している。
In the case of an overlay measuring machine, for example, in order to accurately move and position the overlay mark on the wafer surface within the visual field of the measurement optical system, the position on the wafer surface must be adjusted. Need to be identified. Therefore, in the process of inspecting the semiconductor wafer, the center position W0 of the wafer W and the notch N formed in the wafer W as shown in FIG.
(Or orientation flat) is used as a reference to define a Cartesian coordinate system consisting of xy axes on the wafer W surface, and the position of each chip area 101 to 1 mn on the wafer W surface and the position of the overlay mark in each chip area. Is specified by the coordinate P1mn (x, y) in this rectangular coordinate.

【0006】重ね合わせ測定機では、重ね合わせ測定を
開始する以前に半導体ウエハWのノッチNの方位角方向
とウエハWの中心位置とが微調整され、ウエハWのx−
y軸がX−YステージのX−Y軸と一致するようにアラ
イメントされる(図6中に付記した2つの座標軸を参
照)。そして、このようにアライメントされた半導体ウ
エハWが、X−Yステージで所定の座標位置に移動させ
られる。重ね合わせ測定機においては、すべてのチップ
領域で測定を行わず、一部のチップ領域のみで測定を行
う場合が多い。この場合、ウエハWの周辺部のチップ領
域で測定を行う場合が多い。たとえば、図6において、
チップ領域101、168、125、134で測定を行
う場合を考える。測定光学系の位置を固定して、ウエハ
Wを保持しているステージをX−Y軸方向に移動させる
場合、チップ領域125と134の両方を順に測定光学
系の観察視野位置に移動させるためには、ステージのX
軸方向の移動範囲は、ほぼウエハWの直径程度必要とな
る。このために、ステージのX軸方向の大きさは、ウエ
ハWの直径の2倍程度必要となる。これは、Y軸方向に
ついても同様である。ウエハの大きさは大型化する傾向
にあり、従来の構成では、ウエハの大型化に伴って検査
装置も大きくなってしまうという問題点があった。装置
が大型化するとクリーンルームも大きくしなければなら
なくなりコスト高を招くことになる。
In the overlay measuring machine, the azimuth angle direction of the notch N of the semiconductor wafer W and the center position of the wafer W are finely adjusted before starting the overlay measurement, and the x− of the wafer W is measured.
The y axis is aligned so as to coincide with the XY axis of the XY stage (see the two coordinate axes additionally shown in FIG. 6). Then, the semiconductor wafer W thus aligned is moved to a predetermined coordinate position on the XY stage. In the overlay measuring machine, it is often the case that the measurement is not performed in all the chip areas but only in a part of the chip areas. In this case, the measurement is often performed in the chip area around the wafer W. For example, in FIG.
Consider a case where measurement is performed in the chip areas 101, 168, 125, and 134. When the position of the measurement optical system is fixed and the stage holding the wafer W is moved in the XY axis directions, in order to move both the chip regions 125 and 134 to the observation visual field position of the measurement optical system in order. Is the X of the stage
The moving range in the axial direction needs to be about the diameter of the wafer W. Therefore, the size of the stage in the X-axis direction needs to be about twice the diameter of the wafer W. This also applies to the Y-axis direction. The size of the wafer tends to increase, and the conventional configuration has a problem that the inspection apparatus also increases in size as the size of the wafer increases. If the equipment becomes large, the clean room also has to be made large, resulting in high cost.

【0007】本発明は、装置の大型化を抑えることがで
きる基板検査装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a substrate inspection device which can prevent the size of the device from increasing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため、
請求項1に係る発明の基板検査装置は、基板を保持する
テーブルと、前記基板の一部を観察視野とする光学系
と、前記テーブルと前記光学系の観察視野との位置関係
を、直交する第1の軸と第2の軸方向に相対移動させる
駆動手段とを備えた基板検査装置において、前記基板上
の所定位置を基準とする直交する第3の軸と第4の軸か
らなる、前記基板上の位置を示すための座標軸の方向
と、前記第1の軸と前記第2の軸の方向とが、傾きを持
つ状態で前記基板が前記テーブルに保持され、かつ、前
記観察視野は、前記第3の軸および前記第4の軸と前記
基板の外周とが交わる4点を結ぶ四角形の内部のみで前
記駆動手段により移動可能であることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems,
In the substrate inspection apparatus of the invention according to claim 1, the table holding the substrate, the optical system having an observation field of view of a part of the substrate, and the positional relationship between the table and the observation field of view of the optical system are orthogonal to each other. In a substrate inspection apparatus including a first shaft and a drive unit that relatively moves in a second axial direction, the substrate inspection device includes a third axis and a fourth axis which are orthogonal to each other with a predetermined position on the substrate as a reference. The substrate is held on the table in a state where the direction of the coordinate axis for indicating the position on the substrate and the directions of the first axis and the second axis have an inclination, and the observation field of view is It is characterized in that it can be moved by the driving means only inside a quadrangle connecting four points where the third axis and the fourth axis intersect the outer circumference of the substrate.

【0009】請求項2に係る発明の基板検査装置は、基
板を保持するテーブルと、前記基板の一部を観察視野と
する光学系と、前記テーブルと前記光学系の観察視野と
の位置関係を、直交する第1の軸と第2の軸方向に相対
移動させる駆動手段とを備えた基板検査装置において、
前記基板上の所定位置を基準とする直交する第3の軸と
第4の軸からなる、前記基板上の位置を示すための座標
軸の方向と、前記第1の軸と前記第2の軸の方向とが、
傾きを持つ状態で前記基板が前記テーブルに保持され、
かつ前記第1の軸と前記第2の軸方向のそれぞれの相対
移動範囲が前記基板の直径より短いことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate inspection apparatus which has a table for holding a substrate, an optical system for observing part of the substrate as an observation visual field, and a positional relationship between the table and the observation visual field of the optical system. In a substrate inspection apparatus including a first axis and a drive means for relatively moving the first axis and the second axis that are orthogonal to each other,
The direction of the coordinate axis for indicating the position on the substrate, which is composed of the third axis and the fourth axis orthogonal to each other with respect to the predetermined position on the substrate, and the first axis and the second axis. Direction and
The substrate is held on the table in a tilted state,
Further, the relative movement range of each of the first axis and the second axis is shorter than the diameter of the substrate.

【0010】請求項3に係る発明の基板検査装置は、請
求項1または請求項2に記載の基板検査装置において、
前記光学系により形成される像を画像として取り込む画
像取込み手段を有し、前記駆動手段は、前記基板の被検
査面に設けられた複数のパターン層の重ね合わせ状態を
示すマークを前記光学系の観察視野内に位置決めし、前
記画像取込み手段は、前記マークの像を画像として取り
込み、該画像に基づいて前記重ね合わせ状態を検出する
ことを特徴とする。
A board inspection apparatus according to a third aspect of the present invention is the board inspection apparatus according to the first or second aspect, wherein:
The driving means has an image capturing means for capturing an image formed by the optical system as an image, and the driving means provides a mark indicating a superposition state of a plurality of pattern layers provided on the surface to be inspected of the substrate of the optical system. The image capturing means is positioned within an observation visual field, and the image capturing means captures the image of the mark as an image and detects the overlapping state based on the image.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照して説明する。本発明の第1の実施
形態に係る基板検査装置の一例として、図1に重ね合わ
せ測定機を示しており、この図を参照しながら重ね合わ
せ測定機について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As an example of the board inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention, an overlay measuring machine is shown in FIG. 1, and the overlay measuring machine will be described with reference to this figure.

【0012】重ね合わせ測定機は、主に、半導体ウエハ
(以下、ウエハという)Wを吸着保持するテーブル41
を有し測定機の機体に対してウエハWを移動させ位置決
めする駆動装置1と、この駆動装置1の上方の機体に取
り付けられて駆動装置1によって位置決めされたウエハ
W面上の重ね合わせマークを計測する測定光学系50
と、駆動装置1および測定光学系50の作動を制御する
制御装置5とから構成されている。制御装置5は、予め
設定された制御プログラムに基づいて駆動装置1を作動
させてテーブル41に保持されたウエハW面上の重ね合
わせマークを測定光学系50の観測視野内に移動させ、
位置決めさせ、測定光学系50に当該重ね合わせマーク
の重ね合わせ状態を測定させるように制御する。なお、
本実施形態では、重ね合わせ測定機における座標系を図
中のX、Y、Xの座標軸で示している。
The overlay measuring machine mainly has a table 41 for sucking and holding a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) W.
A drive unit 1 for moving and positioning the wafer W with respect to the body of the measuring machine, and an overlay mark on the surface of the wafer W mounted on the body above the drive unit 1 and positioned by the drive unit 1. Measuring optical system 50 for measurement
And a control device 5 for controlling the operation of the drive device 1 and the measurement optical system 50. The control device 5 operates the drive device 1 based on a preset control program to move the overlay mark on the surface of the wafer W held on the table 41 into the observation visual field of the measurement optical system 50.
The positioning is performed and the measurement optical system 50 is controlled to measure the superposition state of the superposition marks. In addition,
In the present embodiment, the coordinate system of the overlay measuring machine is indicated by X, Y, and X coordinate axes in the figure.

【0013】駆動装置1は、重ね合わせ測定機の機体に
固定配設される基台B、基台Bに対してXステージ11
をX軸方向に水平移動させるX軸駆動機構10、Xステ
ージ11に対してYステージ21をX軸と直交するY軸
方向に水平移動させるY軸駆動機構20、Yステージ2
1に対してZステージ31をX−Y軸平面と直交するZ
軸方向に昇降移動させるZ軸駆動機構30、Zステージ
31に対してテーブル41をX−Y軸平面と平行な面内
で水平旋回させるθ軸駆動機構40などから構成され
る。
The drive unit 1 includes a base B fixed to the body of the overlay measuring machine, and an X stage 11 for the base B.
X-axis drive mechanism 10 that horizontally moves the Y stage 21 in the X-axis direction, and Y-axis drive mechanism 20 that horizontally moves the Y stage 21 in the Y-axis direction that is orthogonal to the X-axis with respect to the X stage 11.
1 for the Z stage 31 which is orthogonal to the XY plane.
The Z-axis drive mechanism 30 moves up and down in the axial direction, and the θ-axis drive mechanism 40 rotates the table 41 horizontally with respect to the Z stage 31 in a plane parallel to the XY axis plane.

【0014】X軸駆動機構10は、基台Bに対してX軸
方向にのみXステージ11を摺動移動可能に支持するX
軸ガイド構造、基台Bに対してXステージ11を移動お
よび停止させるX軸駆動構造、基台Bに対するXステー
ジ11のX軸方向位置を検出するX軸位置検出器などか
ら構成される。
The X-axis drive mechanism 10 supports an X stage 11 slidably movable with respect to the base B only in the X-axis direction.
It is composed of an axis guide structure, an X-axis drive structure for moving and stopping the X stage 11 with respect to the base B, an X-axis position detector for detecting the position of the X stage 11 in the X-axis direction with respect to the base B, and the like.

【0015】Y軸駆動機構20は、Xステージ11に対
してY軸方向にのみYステージ21を摺動移動可能に支
持するY軸ガイド構造、Xステージ11に対してYステ
ージ21を移動および停止させるY軸駆動構造、Xステ
ージ11に対するYステージ21の位置を検出するY軸
位置検出器などから構成される。
The Y-axis drive mechanism 20 is a Y-axis guide structure for slidably supporting the Y stage 21 only in the Y-axis direction with respect to the X stage 11, and moves and stops the Y stage 21 with respect to the X stage 11. And a Y-axis position detector for detecting the position of the Y stage 21 with respect to the X stage 11.

【0016】Z軸駆動機構30は、Yステージ21に対
して鉛直方向にのみZステージ31を昇降移動可能に支
持するZ軸ガイド構造、Yステージ21に対してZステ
ージ31を上下に微動させるZ軸駆動構造、Yステージ
21に対するZステージ31の高さ位置を検出するZ軸
位置検出器などから構成される。
The Z-axis drive mechanism 30 is a Z-axis guide structure that supports the Z stage 31 so that it can be moved up and down only in the vertical direction with respect to the Y stage 21, and the Z stage 31 is finely moved up and down with respect to the Y stage 21. It is composed of an axis drive structure, a Z-axis position detector that detects the height position of the Z stage 31 with respect to the Y stage 21, and the like.

【0017】これら各軸の駆動機構10、20、30に
おけるガイド構造、駆動構造、位置検出器等は、略同様
に構成されるため、以下ではX軸駆動機構10について
各構造の概要を説明し、他の各軸の駆動機構について
は、同様の部材には同様の番号を付して説明を省略する
(例えば、各駆動軸のサーボモータは、X軸モータ1
5、Y軸モータ25、Z軸モータ35である)。
Since the guide structure, the drive structure, the position detector, etc. in the drive mechanisms 10, 20, 30 for each axis are configured in substantially the same manner, the outline of each structure of the X-axis drive mechanism 10 will be described below. With respect to the drive mechanism of each of the other axes, the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted (for example, the servo motor of each drive axis is the X-axis motor 1).
5, Y-axis motor 25 and Z-axis motor 35).

【0018】X軸ガイド構造は、基台Bに取り付けられ
てX軸方向に延びる左右のガイドレール12と、このガ
イドレール12に嵌合してガイドレール12の延びる方
向に摺動移動自在なベアリング(不図示)とからなり、
ベアリングにXステージ11が取り付けられて、Xステ
ージ11がX軸方向に直線移動可能に支持される。
The X-axis guide structure has left and right guide rails 12 attached to the base B and extending in the X-axis direction, and bearings that are fitted to the guide rails 12 and are slidable in the extending direction of the guide rails 12. (Not shown) and
The X stage 11 is attached to the bearing, and the X stage 11 is supported so as to be linearly movable in the X axis direction.

【0019】X軸駆動構造は、基台Bに張り渡されてX
軸方向に延びるボールねじ13と、Xステージ11に取
り付けられてボールねじ13と嵌合するベアリング(不
図示)と、ボールねじ13の一端にカップリングを介し
て接続されたサーボモータ15などからなり、サーボモ
ータ15の回転を制御することでXステージ11を所定
の移動速度でガイドレール12に沿って直線移動させ
る。
The X-axis drive structure is stretched over the base B so that the X-axis drive structure is
It comprises a ball screw 13 extending in the axial direction, a bearing (not shown) attached to the X stage 11 and fitted to the ball screw 13, and a servomotor 15 connected to one end of the ball screw 13 via a coupling. By controlling the rotation of the servo motor 15, the X stage 11 is linearly moved along the guide rail 12 at a predetermined moving speed.

【0020】X軸位置検出器は磁気的手段や光学的手段
等を用いた検出器が用いられ、例えば基台Bに取り付け
られたスケールとXステージ11に取り付けられた検出
器とによって基台Bに対するX軸ステージ11の位置を
検出する。
As the X-axis position detector, a detector using magnetic means, optical means or the like is used. For example, a scale attached to the base B and a detector attached to the X stage 11 serve as the base B. The position of the X-axis stage 11 with respect to is detected.

【0021】以上のように構成されるX軸駆動機構10
とY軸駆動機構20とは、いわゆるX−Yステージを構
成し、基台Bに対してXステージ11およびYステージ
21をそれぞれの軸方向に移動させることで、テーブル
41上に保持したウエハWをその合成方向に移動させ、
ウエハW面上の測定位置が測定光学系50の観察視野内
に来るように移動させ位置決めさせるための駆動機構で
ある。Xステージ11およびYステージ21の移動スト
ロークはウエハWの直径よりも大きく設定されており、
ウエハW全面上の任意位置を測定光学系50の測定光軸
L上に移動位置決め可能に構成される。
The X-axis drive mechanism 10 configured as described above
The Y-axis drive mechanism 20 and the Y-axis drive mechanism 20 constitute a so-called XY stage, and by moving the X stage 11 and the Y stage 21 relative to the base B in the respective axial directions, the wafer W held on the table 41. In the composition direction,
It is a drive mechanism for moving and positioning the measurement position on the surface of the wafer W so that the measurement position is within the observation visual field of the measurement optical system 50. The movement strokes of the X stage 11 and the Y stage 21 are set to be larger than the diameter of the wafer W,
An arbitrary position on the entire surface of the wafer W can be moved and positioned on the measurement optical axis L of the measurement optical system 50.

【0022】また、Z軸駆動機構30は、基台Bに対す
るテーブル41上面の高さ位置を変化させることで、測
定光学系50に対するウエハW面の高さ位置を変化さ
せ、測定対象であるウエハW面が測定光学系50の焦点
面に来るように微調整するための調整機構である。Z軸
駆動機構30は、後述するオートアライメント光学系8
0の検出信号に基づいて昇降作動が制御される。
Further, the Z-axis drive mechanism 30 changes the height position of the upper surface of the table 41 with respect to the base B to change the height position of the wafer W surface with respect to the measurement optical system 50, and the wafer to be measured. This is an adjustment mechanism for fine adjustment so that the W surface comes to the focal plane of the measurement optical system 50. The Z-axis drive mechanism 30 is an automatic alignment optical system 8 described later.
The raising / lowering operation is controlled based on the detection signal of 0.

【0023】θ軸駆動機構40は、Zステージ31に対
してテーブル41を水平旋回可能に支持するベアリング
構造、サーボモータ45とウォームギヤ機構等によりZ
ステージ31に対してテーブル41を旋回作動させるθ
軸駆動構造、Zステージ31に対するテーブル41の旋
回角度位置を検出するロータリエンコーダ等の旋回角度
検出器などから構成される。テーブル41の上面にはウ
エハWを真空吸着して保持する保持構造が設けられてお
り、テーブルに保持したウエハWを360度水平旋回さ
せ任意の旋回角度位置で位置決め停止可能に構成されて
いる。
The θ-axis drive mechanism 40 includes a bearing structure that supports the table 41 so that the table 41 can be horizontally swung with respect to the Z stage 31, a servo motor 45, a worm gear mechanism, and the like.
Rotate the table 41 with respect to the stage 31 θ
It is composed of an axis drive structure, a turning angle detector such as a rotary encoder that detects a turning angle position of the table 41 with respect to the Z stage 31, and the like. A holding structure for vacuum-sucking and holding the wafer W is provided on the upper surface of the table 41, and the wafer W held on the table is horizontally swung 360 degrees so that positioning can be stopped at an arbitrary swiveling angle position.

【0024】制御装置5には各軸駆動機構10、20、
30、40の位置検出器から、それぞれの軸方向の位置
検出信号が入力されており、制御装置5はこれらの検出
信号から基台Bに対するテーブル41の位置およびテー
ブル41の旋回角度位置を検出し、設定された制御プロ
グラムとこれらの検出信号に基づいてX軸、Y軸、Z
軸、θ軸の各サーボモータ15、25、35、45に指
令信号を出力する。各軸駆動機構10、20、30、4
0は指令信号に応じた移動方向、移動速度でテーブル4
1を移動させ指令された停止位置でテーブル41を位置
決め停止させる。
The control device 5 includes each axis drive mechanism 10, 20,
Position detection signals in the respective axial directions are input from the position detectors 30 and 40, and the control device 5 detects the position of the table 41 with respect to the base B and the turning angle position of the table 41 from these detection signals. , X-axis, Y-axis, Z based on the set control program and these detection signals
A command signal is output to each servo motor 15, 25, 35, 45 for the axis and the θ axis. Each axis drive mechanism 10, 20, 30, 4
0 indicates the moving direction and moving speed according to the command signal.
1 is moved to position and stop the table 41 at the commanded stop position.

【0025】本実施形態の重ね合わせ測定機では、駆動
装置1の上方を跨ぐように図示しない測定光学系取付フ
レームが設けられており、この測定光学系取付フレーム
に測定光学系50が取り付けられる。測定光学系50は
その測定光軸LがウエハW面に直交するように光軸のア
ライメントが行われる。なお、測定光学系取付フレーム
はその基端部が測定機の機体に固定されており、機体を
介して駆動装置1の基台Bと一体に接続される。
In the overlay measuring machine of this embodiment, a measuring optical system mounting frame (not shown) is provided so as to straddle the upper side of the driving device 1, and the measuring optical system 50 is mounted on this measuring optical system mounting frame. The optical axis of the measurement optical system 50 is aligned so that the measurement optical axis L is orthogonal to the wafer W surface. The base end of the measuring optical system mounting frame is fixed to the machine body of the measuring machine, and is integrally connected to the base B of the drive unit 1 via the machine body.

【0026】そして、駆動装置1によって測定光学系5
0の観測視野内に位置決めされた重ね合わせマークが測
定光学系50で観測される。
Then, the measuring optical system 5 is driven by the driving device 1.
The overlay mark positioned in the observation field of view 0 is observed by the measurement optical system 50.

【0027】測定光学系50は、その構成図を図2に示
すように、照明光学系と結像光学系とからなり、さら
に、ウエハWの表面が測定光学系50の焦点面に位置す
るように昇降機構15を作動させ回転テーブル10の高
さ位置を微調整させるオートフォーカス光学系80が、
一体的に設けられている。
As shown in FIG. 2, the measuring optical system 50 comprises an illumination optical system and an image forming optical system, and the surface of the wafer W is positioned at the focal plane of the measuring optical system 50. The autofocus optical system 80 that operates the elevating mechanism 15 and finely adjusts the height position of the rotary table 10,
It is provided integrally.

【0028】オートフォーカス光学系80は、測定光学
系の光源61と異なる波長の照明光を射出するAF光源
81、コレクタレンズ82、スリット83、ハーフミラ
ー84、コンデンサレンズ85、AF光源からの光と照
明光源61からの照明光とを重ね合わせおよび分離する
ダイクロイックミラー71、対物レンズ72、リレーレ
ンズ88、シリンドリカルレンズ89、一次元撮像素子
90から構成される。
The autofocus optical system 80 includes an AF light source 81 for emitting illumination light having a wavelength different from that of the light source 61 of the measurement optical system, a collector lens 82, a slit 83, a half mirror 84, a condenser lens 85, and light from the AF light source. A dichroic mirror 71 that superimposes and separates the illumination light from the illumination light source 61, an objective lens 72, a relay lens 88, a cylindrical lens 89, and a one-dimensional image sensor 90.

【0029】オートフォーカス光学系80では、測定光
学系の光源61と異なる波長の照明光を射出するAF光
源81からの光が、コレクタレンズ82、スリット8
3、ハーフミラー84、コンデンサレンズ85を介して
ダイクロイックミラー71に入射し、このミラーで反射
されて対物レンズ72を介して測定光軸Lと同軸にウエ
ハW面に入射される。ウエハW面で反射した光は、上記
光路を戻りハーフミラー84で反射されてオートフォー
カス受光系に導かれる。オートフォーカス受光系では、
ハーフミラー84で反射された光がリレーレンズ86を
介して対物レンズ72の瞳共役位置に配設された瞳分割
プリズム87に入射し、このプリズムで分岐された光が
リレーレンズ88により2本のスリット像を形成する。
シリンドリカルレンズ89はこのスリット像の長手方向
を集光して圧縮し一次元撮像素子90上に結像させる。
In the autofocus optical system 80, the light from the AF light source 81, which emits the illumination light having a wavelength different from that of the light source 61 of the measurement optical system, is collected by the collector lens 82 and the slit 8.
3, the light enters the dichroic mirror 71 through the half mirror 84 and the condenser lens 85, is reflected by this mirror, and enters the wafer W surface coaxially with the measurement optical axis L through the objective lens 72. The light reflected by the surface of the wafer W returns through the optical path and is reflected by the half mirror 84 to be guided to the autofocus light receiving system. In the autofocus light receiving system,
The light reflected by the half mirror 84 enters the pupil division prism 87 arranged at the pupil conjugate position of the objective lens 72 via the relay lens 86, and the light branched by this prism is divided by the relay lens 88 into two light beams. Form a slit image.
The cylindrical lens 89 condenses and compresses the longitudinal direction of this slit image to form an image on the one-dimensional image sensor 90.

【0030】一次元撮像素子90で光電変換されたスリ
ット像の像信号はAF処理装置95に入力され、AF処
理装置95はこの2つのスリット像の間隔から、対物レ
ンズ72の焦点位置からのウエハW面の高さ方向のずれ
量を算出する。そしてこのずれ量を補正する補正信号を
制御装置5に出力して昇降機構15を作動させ、ウエハ
W面が対物レンズの焦点位置に来るように、換言すれば
測定光学系50が合焦状態になるようにオートフォーカ
ス制御を行う。オートフォーカス制御により合焦状態に
なると測定光学系50による重ね合わせマークの測定が
行われる。
The image signal of the slit image photoelectrically converted by the one-dimensional image pickup device 90 is input to the AF processing device 95, and the AF processing device 95 determines the wafer from the focus position of the objective lens 72 based on the interval between the two slit images. The shift amount in the height direction of the W surface is calculated. Then, a correction signal for correcting this deviation amount is output to the control device 5 to operate the elevating mechanism 15 so that the wafer W surface comes to the focus position of the objective lens, in other words, the measurement optical system 50 is brought into a focused state. Auto focus control is performed so that When the in-focus state is achieved by the autofocus control, the measurement optical system 50 measures the overlay mark.

【0031】測定光学系50は、ウエハW面を照明する
光源61、コレクタレンズ62、所定波長帯域の光のみ
を透過させるバンドパスフィルタ63、リレーレンズ6
4、開口絞り65、リレーレンズ66、視野絞り67、
コンデンサレンズ68、ハーフミラー69、照明光源6
1からの照明光とAF光源81からの光とを重ね合わせ
および分離するダイクロイックミラー71、対物レンズ
72、結像レンズ73、CCD(電荷結合素子)等の二
次元の撮像素子74、および画像処理装置75などから
構成される。
The measurement optical system 50 includes a light source 61 for illuminating the wafer W surface, a collector lens 62, a bandpass filter 63 for transmitting only light in a predetermined wavelength band, and a relay lens 6.
4, aperture stop 65, relay lens 66, field stop 67,
Condenser lens 68, half mirror 69, illumination light source 6
1, a dichroic mirror 71 for superposing and separating the illumination light from the AF light source 81 and the light from the AF light source 81, an objective lens 72, an imaging lens 73, a two-dimensional image pickup device 74 such as a CCD (charge coupled device), and image processing. The device 75 and the like are included.

【0032】測定光学系50では、光源61からの照明
光をコレクタレンズ62、バンドパスフィルタ63、リ
レーレンズ64、開口絞り65、リレーレンズ66、視
野絞り67、コンデンサレンズ68を介してハーフミラ
ー69で反射させ、ダイクロイックミラー71を透過さ
せて対物レンズ72を介してウエハW面上に照射する。
この照明光学系では、対物レンズ72の瞳共役面に開口
絞り65が設けられるとともに、ウエハW面の共役面に
視野絞り67が設けられており、所定の入射角度範囲で
かつ所定の視野のみに照明光が照射されるようになって
いる。
In the measurement optical system 50, the illumination light from the light source 61 passes through the collector lens 62, the bandpass filter 63, the relay lens 64, the aperture stop 65, the relay lens 66, the field stop 67, and the condenser lens 68, and the half mirror 69. And is transmitted through the dichroic mirror 71, and is irradiated onto the surface of the wafer W through the objective lens 72.
In this illumination optical system, the aperture stop 65 is provided on the conjugate plane of the pupil of the objective lens 72, and the field stop 67 is provided on the conjugate plane of the wafer W surface, so that only a predetermined field of view and a predetermined field of view are provided. Illumination light is emitted.

【0033】ウエハW面上の重ね合わせマークで反射、
回折、散乱した反射光は測定光軸Lに沿って対物レンズ
72、ダイクロイックミラー71およびハーフミラー6
9を透過して結像光学系に導かれ、結像レンズ73で二
次元の撮像素子74の撮像面上に結像される。撮像素子
74で光電変換された重ね合わせマークの像信号は画像
処理装置75に入力され、この装置で演算処理されて重
ね合わせマークの重ね合わせ状態が求められる。例え
ば、いわゆるボックス・イン・ボックス型の重ね合わせ
マークにおいては、下側パターン層に形成された第1マ
ークの像と上側パターン層に形成された第2マークの像
から二つの像のx軸方向、y軸方向の位置ずれやθ軸方
向の角度ずれなどが求められる。
Reflected by the overlay mark on the surface of the wafer W,
The reflected light diffracted and scattered is along the measurement optical axis L, the objective lens 72, the dichroic mirror 71 and the half mirror 6.
After passing through 9, the light is guided to the imaging optical system, and is imaged on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 74 by the imaging lens 73. The image signal of the overlay mark, which is photoelectrically converted by the image pickup device 74, is input to the image processing device 75, and is arithmetically processed by this device to obtain the overlay state of the overlay mark. For example, in a so-called box-in-box type overlay mark, an image of a first mark formed on a lower pattern layer and an image of a second mark formed on an upper pattern layer are used to form two images in the x-axis direction. , Y-axis positional deviation, θ-axis angular deviation, and the like.

【0034】次に、以上のように構成される重ね合わせ
測定機において、制御装置5がどの様に駆動装置1の作
動を制御するかについて、図3および図4を併せて参照
しながら説明する。前述したように、ウエハWにはウエ
ハW面上の位置を特定するために、ウエハWの中心Wo
とノッチNの位置を基準とするx−y座標系が定義され
ており、各チップ領域101、102、・・・、1mn
の位置やチップ領域内に形成された重ね合わせマークの
位置がx−y座標上の座標値P1mn(x,y)として特
定されている。
Next, how the control device 5 controls the operation of the drive device 1 in the overlay measuring machine configured as described above will be described with reference to FIG. 3 and FIG. 4 together. . As described above, in order to specify the position on the surface of the wafer W, the center of the wafer Wo
And an xy coordinate system based on the position of the notch N are defined, and each chip area 101, 102, ..., 1 mn is defined.
And the position of the overlay mark formed in the chip area are specified as the coordinate value P1mn (x, y) on the xy coordinates.

【0035】制御装置5にはこのように特定された各チ
ップ領域内の重ね合わせマークの位置が、被検査ウエハ
のウエハデータとして設定され記憶されている。なお、
図面では説明の便宜上、各チップ領域内の重ね合わせマ
ークをチップ領域の中央に黒色のドットとして表示して
いる。
The position of the overlay mark in each chip area thus specified is set and stored as the wafer data of the wafer to be inspected in the controller 5. In addition,
In the drawings, for convenience of description, the overlay mark in each chip area is shown as a black dot in the center of the chip area.

【0036】ウエハWのローディング時に、制御装置5
は、X軸駆動機構10、Y軸駆動機構20、Z軸駆動機
構30、θ軸駆動機構40に指令信号を出力して、X軸
ステージ11、Y軸ステージ21、Z軸ステージ31を
各駆動軸のローディング時の基準位置に位置決めさせ、
テーブル41を基準の旋回角度位置θo=0°に位置決
めさせる。
At the time of loading the wafer W, the controller 5
Outputs a command signal to the X-axis drive mechanism 10, the Y-axis drive mechanism 20, the Z-axis drive mechanism 30, and the θ-axis drive mechanism 40 to drive the X-axis stage 11, the Y-axis stage 21, and the Z-axis stage 31, respectively. Position it at the reference position when loading the axis,
The table 41 is positioned at the reference turning angle position θo = 0 °.

【0037】各軸駆動機構の位置決めが完了しウエハW
のローディング準備が完了すると、図示しないプリアラ
イメント機構により、ウエハWがテーブル41にローデ
ィングされる。このとき、プリアライメント機構はウエ
ハWの中心がテーブル41の旋回中心(θ軸の中心)と
一致し、ウエハWのx−y軸が駆動機構1のX−Y軸ス
テージのX−Y軸と一致するように、ウエハWをテーブ
ル41上に載置する。制御装置5はテーブル41の保持
構造を作動させてウエハWをテーブル41に吸着保持さ
せる。
After the positioning of each axis drive mechanism is completed, the wafer W
When the preparation for loading is completed, the wafer W is loaded on the table 41 by a pre-alignment mechanism (not shown). At this time, in the pre-alignment mechanism, the center of the wafer W coincides with the center of rotation of the table 41 (center of the θ axis), and the xy axis of the wafer W becomes the XY axis of the XY axis stage of the drive mechanism 1. The wafer W is placed on the table 41 so as to match. The controller 5 operates the holding structure of the table 41 to suck and hold the wafer W on the table 41.

【0038】次いで、制御装置5はθ軸駆動機構40に
指令信号を出力し、テーブル41を45度旋回作動させ
る。これによりウエハWは中心Woを中心として45度
水平旋回され、X軸駆動機構10とY軸駆動機構20と
から構成されるX−YステージのX−Y座標に対してウ
エハWのx−y座標が45度傾いた状態でテーブル41
上に保持される(図3中に付記する座標軸を参照)。
Next, the control device 5 outputs a command signal to the θ-axis drive mechanism 40 to rotate the table 41 by 45 degrees. As a result, the wafer W is horizontally swung by 45 degrees about the center Wo, and the xy of the wafer W with respect to the XY coordinates of the XY stage including the X-axis drive mechanism 10 and the Y-axis drive mechanism 20. Table 41 with the coordinates tilted 45 degrees
It is held on top (see the coordinate axes attached in FIG. 3).

【0039】制御装置5は、予め設定され記憶されたウ
エハデータから、上記のように水平面内に45度傾けて
保持させたときの、ウエハW面の各チップ領域内の重ね
合わせマークのX−Y座標軸上における位置を演算処理
して求め、(P1mn(x,y)→P1mn(X,Y))、求
められた各重ね合わせマークの位置座標P1mn(X,
Y)に基づいて、各チップ領域の重ね合わせマークを順
に移動するように、X軸駆動機構10およびY軸駆動機
構20の作動を制御する。
Based on the wafer data set and stored in advance, the control device 5 holds X-of the overlay mark in each chip area on the wafer W surface when the wafer is held at a tilt of 45 degrees in the horizontal plane as described above. The position on the Y coordinate axis is calculated to obtain (P1mn (x, y) → P1mn (X, Y)), and the obtained position coordinate P1mn (X,
Based on Y), the operation of the X-axis drive mechanism 10 and the Y-axis drive mechanism 20 is controlled so as to move the overlay marks in each chip area in order.

【0040】図6の場合と同様に、チップ領域101か
ら順に168、125、134で測定を行う場合を考え
る。各チップ領域の重ね合わせマークが測定光学系50
の観察視野内に来るように、X軸駆動機構10およびY
軸駆動機構20を同時作動させて、テーブル41を移動
および位置決め停止させる。
Similar to the case of FIG. 6, let us consider a case where the measurement is performed in the order 168, 125, and 134 from the chip region 101. The overlay mark of each chip area is the measurement optical system 50.
X-axis drive mechanism 10 and Y
The shaft drive mechanism 20 is simultaneously operated to move and position the table 41.

【0041】このときの測定光学系50の観察視野位置
に対するテーブル41の相対的な移動状態は、例えばチ
ップ領域101から168に移動させるときに図4に示
すようになり、テーブルの移動ベクトルDpは、Xステ
ージ11の移動によるX軸方向の移動ベクトルDxとY
ステージ21の移動によるY軸方向の移動ベクトルDy
との合成ベクトルDp=Dx+Dyで表される。
The relative movement state of the table 41 with respect to the observation visual field position of the measurement optical system 50 at this time is as shown in FIG. 4 when moving from the chip area 101 to 168, for example, and the movement vector Dp of the table is , X stage movement vector Dx and Y due to movement of X stage 11
Movement vector Dy in the Y-axis direction due to movement of the stage 21
It is represented by a synthetic vector Dp = Dx + Dy.

【0042】このため、測定光学系50の観察視野位置
に対してテーブル41が相対移動する移動量は、移動ベ
クトルの大きさ|Dp|であるが、Xステージ11の移
動量|Dx|とYステージ21の移動量|Dy|とは、|
Dp|を斜辺とする直角二等辺三角形の関係になり、X
ステージ11およびYステージ21の移動量は|Dx|
=|Dy|=(|Dp|/√2)である。
Therefore, the amount of movement of the table 41 relative to the observation visual field position of the measuring optical system 50 is the magnitude of the movement vector | Dp |, but the amount of movement of the X stage 11 | Dx | and Y What is the amount of movement | Dy | of the stage 21?
The relationship is a right-angled isosceles triangle with Dp | as the hypotenuse, and X
The amount of movement of the stage 11 and the Y stage 21 is | Dx |
= | Dy | = (| Dp | / √2).

【0043】そして、上記Xステージ11のX軸方向移
動とYステージ21のY軸方向移動とは制御装置5が同
時に行わせるため、測定光学系50の観察視野位置をチ
ップ領域101から168に移動させるために必要なテ
ーブル41の移動時間は、図6のようにウエハWのx−
y軸と駆動装置1のX−Y軸を一致させてY軸方向に移
動させる場合と比べて、1/√2に短縮することができ
る。また、図6において観察視野位置をチップ領域10
1から168に移動させる場合と比べて、移動量も1/
√2となる。したがって、X軸方向、Y軸方向の装置の
寸法を短くすることが可能であり、装置を小型化するこ
とができる。
Since the controller 5 causes the X stage 11 to move in the X axis direction and the Y stage 21 to move in the Y axis direction at the same time, the observation visual field position of the measurement optical system 50 is moved from the chip area 101 to 168. As shown in FIG. 6, the time required for the table 41 to move is x− of the wafer W.
This can be shortened to 1 / √2 as compared with the case where the y-axis and the X-Y axis of the driving device 1 are aligned and moved in the Y-axis direction. In addition, in FIG.
Compared with the case of moving from 1 to 168, the moving amount is also 1 /
√2. Therefore, the dimensions of the device in the X-axis direction and the Y-axis direction can be shortened, and the device can be downsized.

【0044】この装置の小型化について、さらに詳しく
説明する。図5は、本実施形態における観察視野位置の
X軸方向、Y軸方向に移動範囲を説明するための図であ
る。図5(a)は、X軸、Y軸に対して、x軸、y軸を
それぞれ45度傾けてウエハWをステージ41に保持さ
せた状態を上から見た図である。このとき、x軸、y軸
とウエハWの外周との交点(4つある)を結んだ四角形
Cを考える。観察視野位置がこの四角形内で移動可能で
あれば、チップ領域101、168、125、134で
の重ね合わせ測定は可能である。このとき、X軸方向、
Y軸方向の移動範囲はウエハWの直径の1/√2でよ
い。
The miniaturization of this device will be described in more detail. FIG. 5 is a diagram for explaining the movement range of the observation visual field position in the X-axis direction and the Y-axis direction in the present embodiment. FIG. 5A is a top view of a state in which the wafer W is held on the stage 41 by inclining the x axis and the y axis by 45 degrees with respect to the X axis and the Y axis. At this time, consider a quadrangle C that connects the intersections (there are four) of the x-axis and the y-axis and the outer periphery of the wafer W. If the observation visual field position can be moved within this quadrangle, overlay measurement in the chip areas 101, 168, 125, and 134 is possible. At this time, in the X-axis direction,
The moving range in the Y-axis direction may be 1 / √2 of the diameter of the wafer W.

【0045】図5(b)は、X軸、Y軸に対して、x
軸、y軸をそれぞれ30度傾けてウエハWをステージ4
1に保持させた状態を上から見た図である。図5(a)
と同様に、x軸、y軸とウエハWの外周との交点(4つ
ある)を結んだ四角形Cを考えると、やはり、観察視野
位置がこの四角形内で移動可能であれば、チップ領域1
01、168、125、134での重ね合わせ測定は可
能である。このとき、X軸方向、Y軸方向の移動範囲
は、ウエハWの直径の√3/2となり、図5(a)の場
合より長くなる。図5(a)のように、X軸、Y軸に対
して、x軸、y軸をそれぞれ45度傾けた場合が、X軸
方向、Y軸方向の移動範囲は最も短くできる。
FIG. 5B shows x with respect to the X axis and the Y axis.
The wafer W is moved to the stage 4 by inclining the axis and the y axis by 30 degrees.
It is the figure which looked at the state hold | maintained at 1 from the top. Figure 5 (a)
Similarly, considering a quadrangle C connecting the intersections (there are four) of the x-axis, y-axis and the outer periphery of the wafer W, if the observation visual field position is movable within this quadrangle, the chip area 1
Overlay measurements at 01, 168, 125 and 134 are possible. At this time, the movement range in the X-axis direction and the Y-axis direction is √3 / 2 of the diameter of the wafer W, which is longer than in the case of FIG. When the x-axis and the y-axis are inclined by 45 degrees with respect to the X-axis and the Y-axis as shown in FIG. 5A, the movement range in the X-axis direction and the Y-axis direction can be minimized.

【0046】ここで、x軸、y軸とウエハWの外周とが
ノッチあるいはオリエンテーションフラット上にある場
合は、ノッチあるいはオリエンテーションフラットがな
いと仮定し他の外周部分の延長として仮定した場合の外
周との交点に基づいて、上記四角形Cを想定するのが好
ましい。
Here, when the x-axis and y-axis and the outer circumference of the wafer W are on the notch or orientation flat, it is assumed that there is no notch or orientation flat and it is assumed that the outer circumference is an extension of the other outer peripheral portion. It is preferable to assume the quadrangle C based on the intersection of

【0047】このようにして、X軸駆動機構10および
Y軸駆動機構20により、測定光学系50の観察視野内
にチップ領域内の重ね合わせマークが位置決めされる
と、制御装置5はAF処理装置95および画像処理装置
75に指令信号を出力して重ね合わせマークの測定処理
を開始させる。
In this way, when the X-axis drive mechanism 10 and the Y-axis drive mechanism 20 position the overlay mark in the chip area within the observation field of view of the measurement optical system 50, the controller 5 causes the AF processor to operate. A command signal is output to 95 and the image processing device 75 to start the overlay mark measurement process.

【0048】このとき、AF処理装置95からウエハW
面高さ位置についての補正信号が入力されたときには、
その信号値に応じてZ軸駆動機構30を作動させて重ね
合わせマークを合焦状態とさせ、合焦状態となった重ね
合わせマークの像を画像処理装置75に取り込んで重ね
合わせ状態の測定を行う。なお、測定光学系50はウエ
ハWの座標軸の傾き角と同一角度(45度)水平面内傾
けて測定光学系取付フレームに取り付けられており、画
像処理装置75には重ね合わせマークがx−y軸方向の
正立像として観測される。画像処理装置75はこの正立
像の重ね合わせマークからx−y軸方向の位置ずれや角
度ずれ等を演算処理して求め、求めた重ね合わせ状態を
制御装置5に出力する。
At this time, the wafer W is removed from the AF processing device 95.
When a correction signal for the surface height position is input,
The Z-axis drive mechanism 30 is operated according to the signal value to bring the overlay mark into the in-focus state, and the image of the in-focus overlay mark is taken into the image processing device 75 to measure the overlay state. To do. The measuring optical system 50 is mounted on the measuring optical system mounting frame with the same angle (45 degrees) as the tilt angle of the coordinate axis of the wafer W on the measuring optical system mounting frame, and the image processing device 75 has overlay marks on the xy axes. It is observed as an upright image in the direction. The image processing device 75 calculates and calculates the positional deviation and the angular deviation in the xy axis direction from the overlay mark of this erect image, and outputs the obtained overlay state to the control device 5.

【0049】制御装置5は画像処理装置75から測定デ
ータが入力されると、その測定データを当該チップ領域
の第1データとして内部メモリに記憶するとともに、駆
動装置1に指令信号を出力して、次の測定すべきチップ
領域が測定光軸L上に来るように、X軸駆動機構10と
Y軸駆動機構20とを同時に作動させる。
When the measurement data is input from the image processing device 75, the control device 5 stores the measurement data in the internal memory as the first data of the chip area and outputs a command signal to the drive device 1, The X-axis drive mechanism 10 and the Y-axis drive mechanism 20 are simultaneously operated so that the next chip area to be measured is on the measurement optical axis L.

【0050】制御装置5は、以降同様にしてテーブル4
1の移動位置決めと重ね合わせ測定とを順次繰り返して
行わせる。さらに、テーブル41を180度旋回させた
旋回角度状態で再び同一チップ領域の重ね合わせマーク
を測定して、各チップ領域の第2データとして内部メモ
リに記憶する。
The control device 5 thereafter similarly performs the table 4
The moving positioning of 1 and the overlay measurement are sequentially repeated. Further, the overlay mark of the same chip area is measured again in a state where the table 41 is turned by 180 degrees and is stored in the internal memory as the second data of each chip area.

【0051】制御装置5は、このようにして記憶された
第1データおよび第2データを演算処理により平均化
し、装置の調整時に追い込みきれない装置起因の測定値
の誤差であるTIS(Tool Induced Shift)を補正す
る。そして補正された各チップ領域の重ね合わせ状態
(x軸方向、y軸方向のずれ量やずれ角、それらの偏
り)からウエハWの下側のパターン層と上側のパターン
層との露光時の位置ずれや角度ずれ等を求める。このよ
うにして求めた重ね合わせ状態を、例えばCRT画面等
の図示しない表示装置に出力して表示させる。このと
き、本実施形態のように、すべてのチップ領域に対して
重ね合わせ状態の測定を行っていなくても、測定を行っ
たチップ領域での結果から、測定を行っていないチップ
領域の重ね合わせ状態を推定することができる。この推
定を制御装置5による演算処理によって行い、結果を出
力して表示することが可能である。
The control device 5 averages the first data and the second data stored in this way by arithmetic processing, and is a TIS (Tool Induced Shift) error which is an error in a measurement value due to the device that cannot be driven in when adjusting the device. ) Is corrected. Then, the positions of the lower pattern layer of the wafer W and the upper pattern layer at the time of exposure are determined from the corrected overlay state of each chip area (deviation amount and deviation angle in the x-axis direction and y-axis direction, deviation thereof). Find the deviation and angle deviation. The overlapping state thus obtained is output and displayed on a display device (not shown) such as a CRT screen. At this time, as in the present embodiment, even if the overlay state is not measured for all the chip areas, the result of the measured chip area is used to overlay the non-measured chip areas. The state can be estimated. This estimation can be performed by the arithmetic processing by the control device 5, and the result can be output and displayed.

【0052】重ね合わせ測定機を操作する作業者は、C
RT画面上に表示される画像情報から各チップごとのず
れ状態やその分布、ウエハW面全体のずれ状態などを検
知し適切なフィードバックを行うことができる。
The operator who operates the overlay measuring machine is C
From the image information displayed on the RT screen, it is possible to detect the misalignment state of each chip and its distribution, the misalignment state of the entire wafer W surface, and perform appropriate feedback.

【0053】なお、本実施形態では、ウエハWがテーブ
ル41にローディングされるときに、プリアライメント
機構によりウエハWのx−y軸と駆動装置のX−Y軸と
が一致するようにテーブル41に載置させ、θ軸駆動機
構40でテーブルを所定角度旋回させて保持させた。し
かしながら、ウエハWを所定角度傾けてテーブル上にロ
ーディングさせ、その所定角度でテーブル41に保持さ
せるように構成してもよい。
In the present embodiment, when the wafer W is loaded on the table 41, the pre-alignment mechanism causes the table 41 to move so that the xy axis of the wafer W and the XY axis of the drive unit coincide with each other. It was placed, and the table was rotated by a predetermined angle by the θ-axis drive mechanism 40 and held. However, the wafer W may be tilted by a predetermined angle to be loaded on the table and held on the table 41 at the predetermined angle.

【0054】以上のように、ウエハW面上に繰り返され
るチップ領域の配列方向(x−y軸方向)がX軸駆動機
構10およびY軸駆動機構20のX−Y軸に対して所定
角度傾くようにウエハWをテーブル41に保持させ、制
御装置5が当該傾斜方向にテーブルを移動させ位置決め
させる駆動装置1によれば、テーブルの移動ベクトルを
X軸方向への移動ベクトルとY軸方向への移動ベクトル
とに分解でき、このようにして分解したX−Y軸方向の
両駆動機構を同時に作動させることで移動時間を短縮さ
せることができる。
As described above, the array direction (xy axis direction) of the chip regions repeated on the wafer W surface is inclined at a predetermined angle with respect to the XY axes of the X axis drive mechanism 10 and the Y axis drive mechanism 20. As described above, according to the drive device 1 that holds the wafer W on the table 41 and the controller 5 moves and positions the table in the tilt direction, the movement vector of the table is set to the movement vector in the X-axis direction and the movement vector in the Y-axis direction. It can be decomposed into a movement vector, and the movement time can be shortened by simultaneously operating both the X-Y axis direction drive mechanisms thus decomposed.

【0055】このように移動方向をベクトル分解して同
時作動させることによる効果は、基台に対してテーブル
をX−Y座標面上に移動させる場合であっても、基台に
対して測定光学系をX−Y座標面上に移動させる場合で
あっても同様であり、さらに、X−Y軸の一軸方向にテ
ーブルを移動させ、他の一軸方向に測定光学系を移動さ
せる場合であっても同様である。
As described above, the effect of the vector decomposition of the movement directions and the simultaneous operation is that the measurement optical system is moved relative to the base even when the table is moved on the XY coordinate plane. The same applies when moving the system on the XY coordinate plane, and when moving the table in one axial direction of the XY axes and moving the measurement optical system in another axial direction. Is also the same.

【0056】従って、以上説明したように駆動装置を構
成し上記制御方法で作動させることにより、一定方向に
規則性を有した半導体ウエハ基板や液晶基板等の移動位
置決め時間を短縮させ、あるいは露光光学系や測定光学
系の移動位置決め時間を短縮させて、高スループットを
達成可能な各種の製造装置および検査装置を提供するこ
とができる。
Therefore, by constructing the driving device as described above and operating it according to the control method described above, it is possible to shorten the moving and positioning time of the semiconductor wafer substrate, the liquid crystal substrate or the like having a regularity in a certain direction, or to perform the exposure optical system. It is possible to provide various manufacturing apparatuses and inspection apparatuses capable of achieving high throughput by shortening the movement positioning time of the system and the measurement optical system.

【0057】なお、テーブルや光学系を水平面内の直交
する二方向(X−Y軸方向)に移動させる駆動機構にお
ける駆動軸の配設方向は、製造装置や検査装置の装置本
体の前後−左右方向に沿って配設されるのが一般的であ
るが、本実施形態では、この駆動軸の配設方向を装置本
体の前後および左右方向に対して30〜60度程度傾け
て配設するのが好ましい。
The arrangement direction of the drive shaft in the drive mechanism for moving the table and the optical system in two directions (XY axis directions) orthogonal to each other in the horizontal plane is the front-rear-left and right-hand sides of the apparatus main body of the manufacturing apparatus or the inspection apparatus. Although it is generally arranged along the direction, in the present embodiment, the arrangement direction of the drive shaft is arranged so as to be inclined by about 30 to 60 degrees with respect to the front-back and left-right directions of the apparatus main body. Is preferred.

【0058】例えば、ウエハWを保持するテーブルをX
−Y軸方向に移動させる駆動機構1では、Xステージ1
1を移動させるためのX軸駆動構造(ボールねじ13、
サーボモータ15等)がX軸上に配設され、Yステージ
21を移動させるためのY軸駆動構造(ボールねじ2
3、サーボモータ25等)がY軸上に配設される。そし
て、これら各軸の駆動構造の軸方向長さは、Xステージ
11およびYステージ21の移動ストロークよりも当然
大きくなる。このため、例えば駆動装置1ではX軸駆動
構造のサーボモータ15や他端側でボールねじ13を支
持するベアリングケースが基台BからX軸方向に突出
し、Y軸駆動機構のサーボモータ25や他端側でボール
ねじ23を支持するベアリングケースがXステージ11
からY軸方向に突出する。
For example, if the table holding the wafer W is X
In the drive mechanism 1 that moves in the −Y axis direction, the X stage 1
X-axis drive structure for moving 1 (ball screw 13,
Servo motor 15 and the like) are arranged on the X-axis, and a Y-axis drive structure (ball screw 2) for moving the Y stage 21 is arranged.
3, the servomotor 25, etc.) are arranged on the Y axis. The axial length of the drive structure for each of these axes is naturally larger than the movement stroke of the X stage 11 and the Y stage 21. For this reason, for example, in the drive device 1, the servo motor 15 of the X-axis drive structure and the bearing case supporting the ball screw 13 at the other end side project from the base B in the X-axis direction, and the servo motor 25 of the Y-axis drive mechanism and others. The bearing case that supports the ball screw 23 at the end side is the X stage 11
To project in the Y-axis direction.

【0059】このX軸方向およびY軸方向への突出量
は、X軸およびY軸を重ね合わせ測定機の前後・左右方
向に向かって配設した場合には、そのまま測定機の前後
・左右方向の寸法拡大に繋がる。
When the X-axis and the Y-axis are overlapped and arranged in the front-rear and left-right directions of the measuring machine, the projection amounts in the X-axis direction and the Y-axis direction are the same as those of the measuring machine. Will lead to an increase in dimensions.

【0060】しかし、X−Y軸を測定機本体に対して傾
けて配設した場合にはその傾き角に応じて前後左右方向
への突出量を減少させることができる。例えばX−Y軸
を45度傾けて配設した場合には前後および左右方向へ
の突出量を1/√2に減少させることができる。従っ
て、このようにX−Y軸を傾けて配設した製造装置や検
査装置によれば、装置の前後・左右方向寸法を低減させ
ることができ、省スペースの製造装置や検査装置を提供
することができる。
However, when the X-Y axes are arranged so as to be inclined with respect to the main body of the measuring machine, the amount of protrusion in the front, rear, left and right directions can be reduced according to the inclination angle. For example, when the X-Y axis is inclined by 45 degrees, the amount of protrusion in the front-rear direction and the left-right direction can be reduced to 1 / √2. Therefore, according to the manufacturing apparatus and the inspection apparatus in which the X-Y axes are inclined as described above, it is possible to reduce the front-rear and left-right dimension of the apparatus, and to provide the space-saving manufacturing apparatus and the inspection apparatus. You can

【0061】なお、X−Y軸を傾けて配設する際の機体
に対する傾斜角度は、基台の形状寸法や基台に対するX
軸およびY軸の配設位置、X,Y両軸のサーボモータの
突出量等に応じて適切な角度に設定することが可能であ
る。
The inclination angle with respect to the machine body when the XY axes are inclined and arranged is as follows:
It is possible to set an appropriate angle according to the arrangement positions of the axes and the Y-axis, the protrusion amounts of the servo motors for both the X and Y axes, and the like.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板を保
持するテーブルとこのテーブルに保持された基板の一部
を観察する光学系の観察視野との位置関係を、直交する
第1の軸と第2の軸方向に相対移動させる基板検査装置
において、基板上の所定位置を基準として直交する第3
の軸と第4の軸からなる基板上の位置を示すための座標
軸の方向が、上記第1の軸および第2の軸の方向に対し
て傾きを持つ状態でテーブルに保持され、この第3の軸
と第4の軸とに基づいて移動可能に基板検査装置が構成
される。このため、駆動装置の第1の軸と第2の軸との
移動量を座標軸の傾き角度に応じて減少させることがで
き、これにより装置の大型化を抑制して小型の基板検査
装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the positional relationship between the table holding the substrate and the observation field of view of the optical system for observing a part of the substrate held on the table is orthogonal to the first. In a substrate inspection device that moves relative to the axis in a second axial direction, a third unit that is orthogonal to a predetermined position on the substrate as a reference.
Of the third axis and the fourth axis are held on the table in a state in which the direction of the coordinate axis for indicating the position on the substrate is inclined with respect to the directions of the first axis and the second axis. The board inspecting device is configured to be movable based on the axis and the fourth axis. Therefore, the amount of movement between the first axis and the second axis of the drive device can be reduced according to the tilt angle of the coordinate axes, which suppresses an increase in size of the device and provides a small substrate inspection device. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る基板検査装置の一例と
しての重ね合わせ測定装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an overlay measurement apparatus as an example of a board inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に係る基板検査装置の一例と
しての重ね合わせ測定装置の光学系の構成を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical system of an overlay measuring apparatus as an example of the board inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態に係る基板検査装置の一例と
しての重ね合わせ測定装置の駆動装置における、X−Y
軸とテーブル上に傾けて保持されたウエハのx−y軸と
の関係を示す図である。
FIG. 3 is a view showing an XY in a driving device of an overlay measuring apparatus as an example of a substrate inspecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the relationship between an axis | shaft and the xy axis | shaft of the wafer hold | maintained on the table by inclining.

【図4】本発明の実施形態における、観察視野位置の移
動ベクトルと駆動装置のX−Y軸方向に分解された移動
ベクトルとの関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a movement vector of an observation visual field position and a movement vector decomposed in the X-Y axis directions of the driving device in the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態における、観察視野位置のX
軸方向、Y軸方向の移動範囲を説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an X of an observation visual field position in the embodiment of the present invention.
It is a figure for demonstrating the moving range of an axial direction and a Y-axis direction.

【図6】従来における、駆動装置のX−Y軸とウエハの
x−y軸との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional relationship between an XY axis of a driving device and an xy axis of a wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

B 基台 W 半導体ウエハ 1 駆動装置 5 制御装置 10 X軸駆動機構 20 Y軸駆動機構 30 Z軸駆動機構 40 θ軸駆動機構 41 テーブル 50 測定光学系 75 画像処理装置 B base W semiconductor wafer 1 drive 5 control device 10 X-axis drive mechanism 20 Y-axis drive mechanism 30 Z-axis drive mechanism 40 θ-axis drive mechanism 41 table 50 Measuring optical system 75 Image processing device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G014 AA32 AB59 AC12 4M106 AA01 CA39 DJ04 5F031 CA02 CA13 JA02 JA28 JA38 KA06 KA08 MA33 PA30 5F046 EB01 EB05 FA10 FA17 FC03 FC04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2G014 AA32 AB59 AC12                 4M106 AA01 CA39 DJ04                 5F031 CA02 CA13 JA02 JA28 JA38                       KA06 KA08 MA33 PA30                 5F046 EB01 EB05 FA10 FA17 FC03                       FC04

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板を保持するテーブルと、前記基板の
一部を観察視野とする光学系と、前記テーブルと前記光
学系の観察視野との位置関係を、直交する第1の軸と第
2の軸方向に相対移動させる駆動手段とを備えた基板検
査装置において、 前記基板上の所定位置を基準とする直交する第3の軸と
第4の軸からなる、前記基板上の位置を示すための座標
軸の方向と、前記第1の軸と前記第2の軸の方向とが、
傾きを持つ状態で前記基板が前記テーブルに保持され、
かつ、前記観察視野は、前記第3の軸および前記第4の
軸と前記基板の外周とが交わる4点を結ぶ四角形の内部
のみで前記駆動手段により移動可能であることを特徴と
する基板検査装置。
1. A table holding a substrate, an optical system having a part of the substrate as an observation field of view, and a positional relationship between the table and the observation field of view of the optical system are orthogonal to a first axis and a second axis. And a drive means for relatively moving in the axial direction of the substrate, for indicating a position on the substrate, which is composed of a third axis and a fourth axis orthogonal to each other with respect to a predetermined position on the substrate. The direction of the coordinate axis and the directions of the first axis and the second axis are
The substrate is held on the table in a tilted state,
Further, the inspection visual field can be moved by the drive means only within a quadrangle connecting four points where the third axis and the fourth axis intersect the outer circumference of the substrate. apparatus.
【請求項2】 基板を保持するテーブルと、前記基板の
一部を観察視野とする光学系と、前記テーブルと前記光
学系の観察視野との位置関係を、直交する第1の軸と第
2の軸方向に相対移動させる駆動手段とを備えた基板検
査装置において、 前記基板上の所定位置を基準とする直交する第3の軸と
第4の軸からなる、前記基板上の位置を示すための座標
軸の方向と、前記第1の軸と前記第2の軸の方向とが、
傾きを持つ状態で前記基板が前記テーブルに保持され、
かつ前記第1の軸と前記第2の軸方向のそれぞれの相対
移動範囲が前記基板の直径より短いことを特徴とする基
板検査装置。
2. A table for holding a substrate, an optical system for observing a part of the substrate as an observation field of view, and a positional relationship between the table and the observation field of view of the optical system are orthogonal to a first axis and a second axis. And a drive means for relatively moving in the axial direction of the substrate, for indicating a position on the substrate, which is composed of a third axis and a fourth axis orthogonal to each other with respect to a predetermined position on the substrate. The direction of the coordinate axis and the directions of the first axis and the second axis are
The substrate is held on the table in a tilted state,
Further, the substrate inspection apparatus is characterized in that the relative movement ranges of the first axis and the second axis are shorter than the diameter of the substrate.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の基板検
査装置において、 前記光学系により形成される像を画像として取り込む画
像取込み手段を有し、 前記駆動手段は、前記基板の被検査面に設けられた複数
のパターン層の重ね合わせ状態を示すマークを前記光学
系の観察視野内に位置決めし、 前記画像取込み手段は、前記マークの像を画像として取
り込み、該画像に基づいて前記重ね合わせ状態を検出す
ることを特徴とする基板検査装置。
3. The substrate inspection apparatus according to claim 1, further comprising an image capturing unit that captures an image formed by the optical system as an image, and the drive unit includes an inspected surface of the substrate. A mark indicating a superposition state of a plurality of pattern layers provided on the optical system is positioned within an observation visual field of the optical system, the image capturing means captures an image of the mark as an image, and the superposition is performed based on the image. A board inspection device characterized by detecting a state.
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