JP2003203840A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントミスを防止してスループットを
向上させることができる検査装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウエハ５が載置されるＸＹステー
ジ１０と、このＸＹステージ１０に設けられ、半導体ウ
エハ５を保持した状態で回転させるセンタアップ機構３
０とを備えている検査装置において、センタアップ機構
３０によって所定角度回転した半導体ウエハ５のエッジ
を、半導体ウエハ５にオートフォーカス機構４０を用い
て検出し、検出信号とＸＹステージ１０の座標情報とに
基いて半導体ウエハ５の中心座標あるいは方向を演算処
理部５０で演算するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は検査装置に関し、
特に半導体の露光層の重ね合わせ測定に使用される検査
装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】重ね合わせ測定機は搬送ロボットとプリ
アライメント部とステージとローダ部とを備えている。 【０００３】半導体ウエハの重ね合わせ測定は以下のよ
うに行われる。 【０００４】まず、搬送ロボットによってローダ部から
取り出されたウエハは、プリアライメント部で、ウエハ
のノッチやオリエンテーションフラット（いわゆるオリ
フラ）に基いてラフアライメントを検出した後、測定の
ためステージに送られる。 【０００５】ウエハは、ステージでグローバルアライメ
ントによって精密アライメントを行い、ウエハの位置決
めした状態でステージに設けられたセンタアップ機構に
よって保持される。 【０００６】グローバルアライメントではウエハをステ
ージ上のウエハホルダに渡した後、ステージの移動方向
に対するチップの配列方向を合わせてアライメントを行
う。 【０００７】更に、センタアップ機構の回転機構によっ
てウエハを１８０°回転させてＴＩＳ（Ｔｏｏｌ Ｉｎ
ｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ）測定を行う。 【０００８】ＴＩＳは、ウエハの重ね合わせマークのず
れを検出するとき、測定機自体に起因する調整しきれな
い測定値のずれ量である。 【０００９】ＴＩＳは、ローディング機構からウエハホ
ルダに渡されたときに測定された重ね合わせずれ量と、
この状態からセンタアップ機構によってウエハを１８０
°回転させたときに測定された重ね合わせずれ量の差の
１／２として計算される。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】ところで、ＴＩＳ測定
では、まず、プリアライメント部でラフアライメントさ
れてステージに送られたウエハをグローバルアライメン
トして精密位置決めして最初のずれ量の測定が行われ
る。 【００１１】その後、ウエハを１８０°回転させた位置
で再度ずれ量の測定が行われる。 【００１２】その際、ウエハを１８０°回転させた位置
ではラフアライメントは改めて行われていないため、ウ
エハが検出範囲から外れ、グローバルアライメントによ
る精密位置決めができず、ずれ量の測定ができなくなる
場合がある。 【００１３】この場合、以後の処理は中止される。その
ため、ウエハ検査のスループットが悪化する。 【００１４】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はアライメントミスを防止してスル
ープットを向上させることができる検査装置を提供する
ことである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載に発明は、基板が載置されるステージと、
このステージに設けられ、前記基板を保持した状態で回
転させる回転手段とを備えている検査装置において、前
記回転手段によって所定角度回転した前記基板のエッジ
を、前記基板に光学系の焦点を合わせるためのオートフ
ォーカス手段を用いて検出する検出手段と、この検出手
段の検出信号と前記ステージの座標情報とに基いて前記
基板の中心座標あるいは方向を演算する演算手段とを備
えている。 【００１６】オートフォーカス手段を用いて検出された
所定角度回転した基板のエッジ位置情報とステージの座
標情報とに基いて基板の中心座標が演算され、基板のア
ライメントが行われるため、基板は検出範囲に収まり、
ずれ量を検出することができる。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。 【００１８】図１はこの発明の一実施形態に係る検査装
置を示す斜視図である。 【００１９】この検査装置は、半導体ウエハ（基板）の
製造工程において、２つの露光層の重ね合わせ精度を測
定するためのものである。 【００２０】この検査装置は、ＸＹステージ１０と、ウ
エハ保持部２０と、センタアップ機構（回転手段）３０
と、オートフォーカス機構（オートフォーカス手段）４
０とを備えている。 【００２１】ＸＹステージ１０は支持台１５上にＸＹ方
向へ移動可能に支持されている。 【００２２】ウエハ保持部２０はＸＹステージ１０上に
載置され、半導体ウエハ５を保持している。 【００２３】センタアップ機構３０はＸＹステージ１０
の中央に設けられ、半導体ウエハ５を上下方向へ移動さ
せることができるとともに、半導体ウエハ５を保持した
状態で回転させることができる。 【００２４】オートフォーカス機構４０は半導体ウエハ
５に光学系の焦点を合わせるためのものであり、ステー
ジ１０の上方に配置されている。 【００２５】オートフォーカス機構４０は図示しない光
源と対物レンズ４１と受光部を一次元に配置した、例え
ばＣＣＤからなる検知部４２とを備えている。 【００２６】検知部４２は対物レンズ４１を透過したＸ
Ｙステージ１０上の半導体ウエハ５又はウエハ保持部２
０からの反射光を検出し、後述する出力部４５へ出力す
る。 【００２７】図２はこの発明の一実施形態に係る検査装
置の制御系の概略構成を示すブロック図である。 【００２８】この検査装置は、ＸＹステージ１０を駆動
するためのＸＹステージ駆動回路１５と、センタアップ
機構３０を駆動するためのセンタアップ駆動回路３５
と、検知部４２で検出された反射光の受光レベルに応じ
た信号を出力する出力部４５と、演算処理部（演算手
段）５０と、制御部（検出手段）６０とを備えている。 【００２９】出力部４５は検知部４２で検出した反射光
の受光レベルが予め設定した値に達したときには反射光
があることを示す例えばＨレベルの信号を出力し、受光
レベルが予め設定した値に達しないときには反射光がな
いことを示す例えばＬレベルの検知信号を出力する。 【００３０】半導体ウエハ５の反射率は高いため、半導
体ウエハ５があるときにはＨレベルの検知信号が出力さ
れる。 【００３１】制御部６０はＸＹステージ駆動回路１５を
介してＸＹステージ１０のＸＹ方向の動作を制御し、セ
ンタアップ駆動回路３５を介してセンタアップ機構３０
の上下動及び回転動作を制御する。 【００３２】この制御部６０には出力部４５から反射光
の有無を知らせる検知信号が入力される。制御部６０は
反射光の有無によって半導体ウエハ５のエッジを検出
し、検出信号を出力する。 【００３３】演算処理部（演算手段）５０は検出信号と
ＸＹステージ１０の座標情報とに基いて半導体ウエハ５
の中心座標を演算する。 【００３４】なお、座標情報は、例えばＸＹステージ１
０をＸ方向へ駆動するＸ方向駆動モータとＸＹステージ
１０をＹ方向へ駆動するＹ方向駆動モータとのそれぞれ
の回転位置を検出することによって求められる。 【００３５】次に、ＴＩＳ測定のアライメントを図３及
び図４を用いて説明する。 【００３６】図３及び図４はＴＩＳ測定のアライメント
を説明する図である。 【００３７】なお、制御部６０には予め半導体ウエハ５
の直径情報が入力されており、半導体ウエハ５のおおよ
その位置は判明している。 【００３８】まず、図示しないプリアライメント部でラ
フアライメントされた状態でＸＹステージ１０（図１参
照）に送られた半導体ウエハ５をグローバルアライメン
トによって精密位置決めを行う。 【００３９】次に、図３（ａ）に示すように、半導体ウ
エハ５のノッチ部５ａが上向きになった状態で本装置の
主機能である重ね合わせ測定が行われる。測定が終了し
た後、センタアップ機構３０によって図３（ａ）の矢印
Ａで示される方向に半導体ウエハ５が１８０度回転され
る。その結果、図３（ｂ）に示すように、半導体ウエハ
５のノッチ部５ａが下向きの状態となる。 【００４０】図３（ｂ）の状態になった後、ＸＹステー
ジ１０をＹ軸方向に駆動し、オートフォーカス機構４０
の検知部４２によって、点線Ｂで示すようにＹ軸に沿っ
た方向に走査し、半導体ウエハ５のエッジｈ１及びｈ２
を検出する。そして、エッジｈ１及びｈ２の座標情報に
基いて、エッジｈ１とエッジｈ２との間の距離ｈを演算
処理部５０により算出する。半導体ウエハ５の半径ｒは
予め得られているので、２つのエッジｈ１，ｈ２からそ
れぞれ半径ｒの位置を算出することによって、図３
（ｂ）のように１８０度回転した状態の半導体ウエハ５
の中心座標が得られる。 【００４１】次に、図３（ｂ）の状態にある半導体ウエ
ハ５のノッチ部５ａ付近のエッジ検出を行う。図４
（ａ）に示すように、ＸＹステージ１０をＸ軸方向に移
動し、オートフォーカス機構４０の検知部４２によっ
て、ノッチ部５ａを点線Ｃで示すようにＸ軸に沿った方
向に走査し、半導体ウエハ５のエッジＪ１，Ｊ２，Ｊ３
及びＪ４を検出する。これらのエッジＪ１，Ｊ２，Ｊ３
及びＪ４の座標情報に基いて、エッジＪ１とエッジＪ２
との間の距離ｍ１及びエッジＪ３とエッジＪ４との間の
距離ｍ２を演算処理部５０で算出する。距離ｍ１と距離
ｍ２とが等しければ、半導体ウエハ５の向いている方向
はＸ軸及びＹ軸に対して傾いていない。ここで、半導体
ウエハ５の向いている方向とは、半導体ウエハ５の中心
座標とノッチ部５ａとを結ぶ直線（中心線５ｂ）の方向
である。図４（ａ）は、ｍ１＝ｍ２の場合、すなわち半
導体ウエハ５の中心線５ｂがＸＹステージ１０のＸ軸方
向及びＹ軸方向に対して傾いていない場合である。 【００４２】これに対して、図４（ｂ）は半導体ウエハ
５の中心線５ｂがＸＹステージ１０のＸ軸（又はＹ軸）
に対して傾いている場合である。この場合には、図４
（ｂ）に示すように、距離ｍ１と距離ｍ２とが異なる。
図４（ｂ）では半導体ウエハ５の中心線５ｂが右方向に
傾いており、ｍ１＞ｍ２の関係となっている。 【００４３】距離ｍ１と距離ｍ２との比から半導体ウエ
ハ５の向いている方向（中心線５ｂのＸ軸（又はＹ軸）
に対する傾き）を算出し、算出された方向に基いて半導
体ウエハ５の角度補正を行うことができる。この角度補
正は、センタアップ機構３０で半導体ウエハ５を回転さ
せることによって行ってもよいし、座標を補正すること
によって行ってもよい。 【００４４】最後に、本来ＸＹステージ１０上で半導体
ウエハ５に対して行われる精密アライメント（グローバ
ルアライメント、ＴＩＳ測定）が行われる。 【００４５】この実施形態によれば、半導体ウエハ５の
アライメントミスがなくなるため、測定処理の途中にお
ける検査装置の停止を防止でき、半導体ウエハ５の検査
のスループットを向上させることができる。 【００４６】また、検査装置が従来から有する機構を用
いるため、新たにアライメント機構を設ける必要がな
く、検査装置を安価に提供することができる。 【００４７】なお、上記実施形態では、ＸＹステージ１
０を移動させて半導体ウエハ５のエッジを検出したが、
この構成に限るものではなく、オートフォーカス機構部
４０を移動させる構成としてもよい。 【００４８】 【発明の効果】以上に説明したように請求項１に記載の
発明の検査装置によれば、基板のアライメントミスがな
くなるため、処理の途中で検査装置が停止することを防
止でき、基板検査のスループットを向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る検査装置を
示す斜視図である。 【図２】図２は検査装置のブロック構成図である。 【図３】図３はＴＩＳ測定の工程を用いたアライメント
を説明する図である。 【図４】図４はＴＩＳ測定の工程を用いたアライメント
を説明する図である。 【符号の説明】 ５ 半導体ウエハ（基板） １０ ステージ ３０ センタアップ機構（回転手段） ４０ オートフォーカス機構（オートフォーカス手段） ５０ 演算処理部（演算手段） ６０ 制御部（検出手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板が載置されるステージと、このステ
   ージに設けられ、前記基板を保持した状態で回転させる
   回転手段とを備えている検査装置において、 前記回転手段によって所定角度回転した前記基板のエッ
   ジを、前記基板に光学系の焦点を合わせるためのオート
   フォーカス手段を用いて検出する検出手段と、 この検出手段の検出信号と前記ステージの座標情報とに
   基いて前記基板の中心座標あるいは方向を演算する演算
   手段とを備えていることを特徴とする検査装置。