JP2010287816A - 基板の位置合わせ装置、及び基板の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２重構造の基板において、切り欠き部に接着剤のはみ出しや、貼り合わせ誤差があっても、好適に位置合わせを可能とする。
【解決手段】第１層と第２層とを貼り合わせた２重構造の基板の位置合わせ装置であって、基板の周縁部に向けて光を発する発光手段を備え、該発光手段からの光を受光することで、第１層及び第２層の周縁部の同位置に形成された切り欠き部の位置を計測する位置計測手段と、基板を載置、及び移動可能とするステージ装置と、位置計測手段とステージ装置とを制御する制御手段とを有し、制御手段は、位置計測手段からの外形データに基づいて、切り欠き部の貼り合わせ状態を判定し、更に、貼り合わせ状態に基づいて、切り欠き部の中心位置を決定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板の位置合わせ装置、及び基板の位置合わせ方法に関するものである。

露光装置等の半導体製造装置は、被処理基板に対して処理を開始する際に、基板の位置合わせ（プリアライメント）を実施する。一般に、基板の位置合わせ装置は、基板の周縁部を挟むように配置された光透過型センサの発光部と受光部とを有し、基板を回転させながら基板の周縁部に照射した光の透過光を受光する。次に、位置合わせ装置は、透過光量の変化に基づいて基板の外周形状データを取得し、この外周形状データにより基板中心の所定位置からのずれ方向、及びずれ量を検出する。ここで、通常、基板の周縁部には、ノッチと呼ばれる切り欠き部が形成されている。上記のように、位置合わせ装置が基板を回転させながら基板の周縁部を照射すると、ノッチ部では光量が大きく変化する。そこで、位置合わせ装置は、検出したノッチ位置を回転方向に調整することで、基板の位置合わせを行うことが可能となる。

また、半導体デバイス用の被処理基板として採用される基板としては、単結晶シリコンで形成されたウエハ（シリコンウエハ）が一般的であるが、それ以外にも、石英ガラス等で構成されたウエハ（ガラスウエハ）がある。このようなガラスウエハの場合、予め基板の外周部に面取り加工を施していれば、上記のような光透過型センサで外周部を検出できる。例えば、特許文献１は、透明基板の位置合わせを行う方法であって、発光部と受光部の間に載置された基板を回転させながらノッチ形状データを取得し、そのデータからノッチ中央位置を算出することでノッチ位置の回転方向を調整する方法を開示している。

更に、近年、ガラス層（透明層）とシリコン層とを貼り合わせて２重構造とした複合基板も製造されている。このような複合基板に対応するように、例えば、特許文献２は、２重構造の複合基板を位置合わせするための装置及び方法を開示している。加えて、ノッチ付きの基板のみではなく、オリエンテーションフラット（フラット）付きの基板のプリアライメントにも対応するように、例えば、特許文献３は、フラット付き、及びノッチ付きのいずれの基板にも対応可能な位置合わせ装置を開示している。

特開２００５−１０９３７６号公報 特開２００８−１９２６４６号公報 特開平８−３０６７６７号公報

しかしながら、特許文献２に示す位置合わせ装置は、シリコン層にノッチが形成され、ガラス層にはノッチが形成されていない２重構造の基板に対応するものであり、シリコン層及びガラス層の両層にノッチが形成された基板には対応していない。この場合、例えば、両層の貼り合わせにより、ノッチ部において接着剤のはみ出しや、ゴミが付着する等の不具合が発生すると、正確なノッチ形状が検出できず、基板の位置合わせに影響が出る。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、２重構造の基板において、ノッチ部に接着剤のはみ出しや、貼り合わせ誤差があっても、好適に位置合わせを可能とする基板の位置合わせ装置、及び基板の位置合わせ方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、第１層と第２層とを貼り合わせた２重構造の基板の位置合わせ装置であって、基板の周縁部に向けて光を発する発光手段を備え、該発光手段からの光を受光することで、第１層及び第２層の周縁部の同位置に形成された切り欠き部の位置を計測する位置計測手段と、基板を載置、及び移動可能とするステージ装置と、位置計測手段とステージ装置とを制御する制御手段とを有し、制御手段は、位置計測手段からの外形データに基づいて、切り欠き部の貼り合わせ状態を判定し、更に、貼り合わせ状態に基づいて、切り欠き部の中心位置を決定することを特徴とする。

本発明によれば、位置計測手段からの外形データに基づいて、切り欠き部（ノッチ部）の貼り合わせ状態を判定し、その状態によりノッチ部の中心位置を決定するので、ノッチ部が、貼り合わせ誤差や付着物に起因して不鮮明であっても、位置合わせが可能である。

本発明の実施形態に適用されるウエハの構造を示す概略図である。 本発明のウエハの位置合わせ装置の構成を示す概略図である。 位置計測手段の出力信号、及び取得される外形データを示す図である。 ノッチ形状、及びノッチのサンプリングデータを示す図である。 ウエハの貼り合わせ状態の判定工程を示すフローチャートである。 ノッチの各状態における１次微分データを示す図である。 不具合が発生している場合のノッチの各状態を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

まず、本発明の基板の位置合わせ装置に適用される２重構造の基板（ウエハ）について説明する。図１は、ウエハの構造を示す概略図である。ウエハＷは、被処理面となる第１層１と、該第１層１の下層に位置する第２層２とから構成され、第１層１と第２層２とを接着剤により貼り合わせた複合基板である。第１層１は、単結晶シリコンで形成されたシリコン層である。一方、第２層２は、光透過性や電気絶縁性に優れたサファイヤガラス、石英ガラス等の透明材質で形成されたガラス層（透明層）である。図１に示すように、第１層１の直径は、第２層の直径よりも小さく、第２層２の周縁部は、第１層１の周縁部よりも若干張り出している。また、第１層１と第２層２の周縁部の同位置には、シリコン層の結晶方向を表すＶ字型の切り欠き部Ｎ（以下、「ノッチＮ」と表記する）が一箇所形成されている。

次に、本発明の実施形態に係るウエハＷの位置合わせ装置（プリアライメント装置）について説明する。図２は、プリアライメント装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は、上方から見た平面図であり、（ｂ）は、側面図である。プリアライメント装置３は、３箇所に設置された位置計測装置４（４ａ〜４ｃ）と、ウエハＷを載置、及び保持するプリアライメントステージ５と、位置計測装置４、及びプリアライメントステージ５とを制御する制御部６とを備える。

位置計測装置４は、ウエハＷの外周位置を計測するための位置計測手段であって、ウエハＷの周縁部に向けて光を発する発光手段８を有し、該発光手段８からの光を受光する。このうち、位置計測装置４ａは、ウエハＷの位置合わせ（プリアライメント）の終了位置７、即ち、ノッチＮを計測する計測手段である。一方、位置計測装置４ｂ、４ｃは、ウエハＷの円周部を計測する計測手段である。なお、位置計測装置４としては、ＣＣＤ等のリニアイメージセンサが好適であるが、光半導体によるセンサ等でも良い。

プリアライメントステージ５は、ウエハＷを吸着保持し、並進方向、及び回転方向に移動可能なステージ装置である。プリアライメントステージ５は、ウエハＷを吸着保持するための基板保持手段５ａと、ウエハＷを回転させるための基板回転手段５ｂと、ウエハＷを平面方向に移動させるための基板移動手段５ｃとを備える。なお、プリアライメントステージ５は、更に、基板移動手段５ｃと直交方向にウエハＷを移動可能な不図示の基板移動手段を備えており、ウエハＷは、２次元方向に移動可能である。

制御部６は、プリアライメント装置３の各構成要素を制御するための制御手段である。制御部６は、コンピュータ、若しくはシーケンサ等で構成され、プリアライメント装置３において単体で設置されても良いし、プリアライメント装置３が設置される半導体製造装置の制御装置と一体で設置されても良い。

次に、プリアライメント装置３の動作について説明する。まず、ウエハＷは、不図示の基板搬入手段により、プリアライメントステージ５上へ搬入される。搬入されたウエハＷは、基板保持手段５ａにて吸着保持される。その後、プリアライメント装置３は、ウエハＷの位置計測を実施する。ここで、制御部６は、ウエハＷを基板保持手段５ａに吸着保持した状態で、基板回転手段５ｂにより回転させる。そして、制御部６は、ウエハＷが所定の角度で回転するごとに、位置計測手段４ａ〜４ｃの出力信号を処理し、「ウエハ角度位置」に対する「回転中心からウエハまでの距離」の情報を取得する。

以下、位置計測手段４ｂを例に説明する。位置計測手段４ｂでは、計測光発光手段９と位置計測手段４ｂとの間にウエハＷが配置される系が構築される。図３は、あるウエハ角度位置での位置計測手段４ｂの出力信号、及び取得される外形データを示す図である。（ａ）は、位置計測手段４ｂの画素位置に対する各画素のセンサ出力値を表す。また、（ｂ）は、ウエハＷの回転角度に対する、回転中心からウエハ端までの距離（位置計測手段４ｂの出力低下画素の位置）を表す。

ここで、センサ（位置計測手段４ｂの画素）への計測光の受光量が多いほど、センサ出力値は高くなる。したがって、上記の計測系においてウエハＷを計測した場合、図３（ａ）に示すような計測結果が得られる。制御部６は、このセンサ出力低下部を検出することにより、ウエハＷの外周位置を検出することができる。更に、制御部６は、ウエハＷの全周にわたり、ウエハＷが所定の角度回転するごとに上記の計測を実施することにより、図３（ｂ）に示すようなデータを取得する。なお、図３（ｂ）において、曲線上の急峻な変化点１００Ｂは、ウエハＷ上のノッチＮを表している。同様に、制御部６は、変化点１００Ｂから、ノッチＮの角度位置（Δθ）を検出することができる。更に、制御部６は、曲線１００Ａ、あるいは曲線１００Ｃの振幅から、プリアライメントステージ５がウエハＷの中心に対して、どの方向にどれだけ偏心した位置で吸着しているか（偏心量（ΔＸＹ））を算出することができる。そして、制御部６は、算出したノッチＮの位置に基づいて、ウエハＷをある決められた量の位置（以下、ある決められた量を「α、β」として説明する）から−α度へ移動する。その後、制御部６は、−α度の位置から＋β度位置まで、α＋β度分ノッチＮを回転する。

図４は、ノッチＮの状態を示す概略図であって、（ａ）は、ノッチＮの形状を示す図であり、（ｂ）は、ノッチＮをα＋β度分回転させたとき、詳細にサンプリングして得られるノッチデータである。この場合、ノッチデータ４０の最大値４０Ａは、ノッチＮの中心位置を表す。プリアライメント装置３は、プリアライメントの終了位置７にノッチＮを移動させるために、終了位置７と位置計測手段４ｂとが所定の角度となるように設置している。したがって、制御部６は、その所定の角度分に、−α度分とノッチＮの中心位置分を加算することにより、終了位置２０に正確にノッチＮの中心位置を移動させることができる。

次に、本発明のプリアライメント装置によるウエハの貼り合わせ状態の判定を行う判定工程についてフローチャートを用いて説明する。図５は、プリアライメント装置３による判定工程の流れを示すフローチャートである。まず、制御部６は、上記の方法により、ノッチＮの外形データの最大値を取得し（ステップＳ１）、同様に、サンプリングされたノッチ外周データ（切り欠き部データ）を取得する（ステップＳ２）。

次に、貼り合わせの状態を認定するために、制御部６は、取得したノッチ外周データを１次微分する（微分工程：ステップＳ３）。図６は、ノッチＮの各状態における１次微分データを示す図である。このうち、図６（ａ）は、ノッチＮが正常位置、即ち、図４（ａ）に示すように、第１層１と第２層２との各ノッチ部がずれることなく貼り合わされた正常状態における１次微分データを示す図である。次に、制御部６は、取得した１次微分データから、最大値、及び最小値を取得し、その各値の半値程度を閾値として認定する（認定工程：ステップＳ４）。更に、制御部６は、１次微分データから、最初に閾値を超えた変化点Ａ（例えば、図６（ａ）における変化点６０Ａ）と、最後の変化点Ｂ（例えば、図６（ａ）における変化点６０Ｂ）とを算出する（ステップＳ５）。

次に、制御部６は、変化点Ａの直後から、変化点Ｂの直前までのデータと、図６（ａ）に示す予め取得した正常状態のデータとの差分を、データ数分算出する（ステップＳ６）。ここで、制御部６は、変化点Ａの直後のデータが、正常状態のデータと比較して２個以上同じデータであるかを判断する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、制御部６が２個以上同じデータはないと判断した場合、制御部６は、ノッチＮの最大値付近で、差分データの変化が大きいかを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、制御部６が差分データの変化が少ないと判断した場合、制御部６は、ノッチＮ部では、貼り合わせ誤差や、接着剤のはみ出し、若しくは不純物等の付着物がないと判定する（ステップＳ９）。この場合、１次微分データは、ほぼ図６（ａ）に示すような形状となり、制御部６は、ノッチＮの先端位置、即ち、最大値４０Ａの位置をノッチＮの中心位置として通常の位置合わせ処理を実施する。

一方、ステップＳ８において、制御部６が差分データの変化が大きいと判定した場合、制御部６は、ノッチＮ部では、接着剤のはみ出し等の付着物が存在していると判定する（ステップＳ１０）。この場合、１次微分データは、図６（ｂ）に示すような形状となり、付着物の存在に起因し、変化点６０Ｃが見られる。図７は、ノッチＮ部において不具合が発生している場合のノッチＮの状態を示す概略図であって、（ａ）は、ノッチＮの各模式図であり、（ｂ）は、ノッチＮをα＋β度分回転させたとき、詳細にサンプリングして得られる各ノッチデータである。図７（Ａ）の（ａ）に示すように、ノッチＮ部には、接着剤７０のはみ出し（若しくは、ゴミの付着）が発生しているため、通常の位置合わせ処理では誤差が生じる可能性がある。即ち、この場合のノッチデータ４１は、図７（Ａ）の（ｂ）に示すようなデータとなり、最大値４１ＡがノッチＮの中央位置ではない。したがって、制御部６は、図６（ｂ）の最大値６０ａと最小値６０ｂと間の中間位置、即ち、図７（Ａ）の（ｂ）におけるノッチＮの幅の半分の位置を、ノッチＮの中心位置と決定し、位置合わせ処理を実施する。

次に、ステップＳ７において、制御部６が２個以上同じデータが存在すると判断した場合、制御部６は、ノッチＮの最大値付近で、差分データの変化が大きいかを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、制御部６が、差分データの変化がほとんどない、若しくは、少ないと判断した場合、制御部６は、ノッチＮ部では、貼り合わせ誤差が発生していると判定する（ステップＳ１２）。この場合、１次微分データは、図６（ｃ）に示すような形状となり、貼り合わせ誤差の影響により、第１層１と第２層２との誤差量６０Ｂが見られる。この誤差量６０Ｂは、一定値としてデータに現れることから、制御部６は、ウエハＷには、貼り合わせ誤差が存在すると判定し、図７（Ｂ）の（ｂ）に示すノッチデータ４２の先端位置４２Ａを、ノッチＮの中央位置と決定し、位置合わせ処理を実施する。

一方、ステップＳ１１において、制御部６が、差分データの変化が大きいと判定した場合、制御部６は、ノッチＮ部では、貼り合わせ誤差が発生し、かつ、付着物が存在していると判定する（ステップＳ１３）。この場合、１次微分データは、図６（ｄ）に示すような形状となり、貼り合わせ誤差による誤差量６０Ｅ、及び、接着剤のはみ出しの影響による変化点６０Ｆが見られる。即ち、図７（Ｃ）の（ａ）に示すように、接着剤のはみ出しによる影響で、最大値は、ノッチＮの中央位置ではなく、更に、貼り合わせ誤差による影響で、最大値６０Ａと最小値６０Ｂと間の中心位置もノッチＮの中心位置ではない。したがって、制御部６は、上記の方法では、正確なノッチＮの中央位置を検出することができない。そこで、制御部６は、ノッチＮの中央位置を確定させるために、ノッチ幅が規格値であることを利用する。即ち、制御部６は、図６（ｄ）の第１層のノッチＮの始まり位置６０Ｇからノッチ幅規格の半分の位置、即ち、図７（Ｃ）の（ｂ）における点４３Ｂからノッチ端までの距離の半分の位置をノッチＮの中央位置４３Ａと決定し、位置合わせ処理を実施する。

以上のように、本発明によれば、プリアライメント装置３は、シリコン層とガラス層との両層にノッチが形成された２重構造のウエハＷを位置合わせする際に、位置計測手段４からの外形データに基づいて、ノッチＮ部の貼り合わせ状態を判定する。更に、プリアライメント装置３は、その状態に合わせて、ノッチＮ部の中心位置を決定するので、ノッチ部が、貼り合わせ誤差や付着物に起因して不鮮明であっても、好適にウエハＷの位置合わせをすることが可能となる。本発明のプリアライメント装置３は、半導体製造装置で使用される場合、例えば、被処理基板が通常のシリコンウエハである１枚目の処理を実施し、その後、２重構造の複合基板である２枚目の処理を実施する場合等に、特に有効となる。

なお、本発明は、その精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実現する事ができる。したがって、上記の実施形態は、あらゆる点において単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。

１ 第１層
２ 第２層
３ プリアライメント装置
４ 位置計測装置
５ プリアライメントステージ
６ 制御装置
８ 発光手段
Ｎ ノッチ
Ｗ ウエハ

Claims (9)

1. 第１層と第２層とを貼り合わせた２重構造の基板の位置合わせ装置であって、
   前記基板の周縁部に向けて光を発する発光手段を備え、該発光手段からの光を受光することで、前記第１層及び前記第２層の周縁部の同位置に形成された切り欠き部の位置を計測する位置計測手段と、
   前記基板を載置、及び移動可能とするステージ装置と、
   前記位置計測手段と前記ステージ装置とを制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記位置計測手段からの外形データに基づいて、前記切り欠き部の貼り合わせ状態を判定し、更に、前記貼り合わせ状態に基づいて、前記切り欠き部の中心位置を決定することを特徴とする基板の位置合わせ装置。
2. 前記制御手段は、前記外形データを１次微分し、１次微分データから最大値及び最小値を取得して閾値を認定し、前記閾値を最初に超えた変化点の直後から、最後の変化点の直前までのデータと、予め取得した正常状態のデータとの差分に基づいて、前記切り欠き部の貼り合わせ状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の基板の位置合わせ装置。
3. 前記制御手段は、最初の変化点の直後のデータが、前記正常状態のデータと比較して２個以上同じデータがなく、かつ、前記切り欠き部の最大値付近において、前記差分データの変化が少ない場合、前記切り欠き部の貼り合わせ状態が正常であると判定し、前記切り欠き部の中心位置を、先端位置と決定することを特徴とする請求項１及び２に記載の基板の位置合わせ装置。
4. 前記制御手段は、最初の変化点の直後のデータが、前記正常状態のデータと比較して２個以上同じデータがなく、かつ、前記切り欠き部の最大値付近において、前記差分データの変化が大きい場合、前記切り欠き部において、付着物が存在していると判定し、前記切り欠き部の中心位置を、切り欠き幅の半分の中間位置と決定すること請求項１及び２に記載の基板の位置合わせ装置。
5. 前記制御手段は、最初の変化点の直後のデータが、前記正常状態のデータと比較して２個以上同じデータを有し、かつ、前記切り欠き部の最大値付近において、前記差分データの変化が小さい場合、前記切り欠き部において、貼り合わせ誤差が発生していると判定し、前記切り欠き部の中心位置を、前記外形データの最大値を示す位置と決定すること請求項１及び２に記載の基板の位置合わせ装置。
6. 前記制御手段は、最初の変化点の直後のデータが、前記正常状態のデータと比較して２個以上同じデータを有し、かつ、前記切り欠き部の最大値付近において、前記差分データの変化が大きい場合、前記切り欠き部において、貼り合わせ誤差が発生し、更に、付着物が存在していると判定し、前記切り欠き部の中心位置を、前記第１層の切り欠きの始まり位置から前記切り欠き部の幅規格の半分の位置と決定すること請求項１及び２に記載の基板の位置合わせ装置。
7. 前記第１層は、単結晶シリコンからなるシリコン層であり、前記第２層は、透明材質からなる透明層であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板の位置合わせ装置。
8. 第１層と第２層とを貼り合わせた２重構造の基板の位置合わせ方法であって、
   前記基板の周縁部に向けて光を発する発光手段を備え、該発光手段からの光を受光することで、前記第１層及び前記第２層の周縁部の同位置に形成された切り欠き部の位置を計測する位置計測手段と、
   前記基板を載置、及び移動可能とするステージ装置と、
   前記位置計測手段と前記ステージ装置とを制御する制御手段と、を有し、
   前記位置計測手段からの外形データに基づいて、前記制御手段が前記切り欠き部の貼り合わせ状態を判定する判定工程を有することを特徴とする基板の位置合わせ方法。
9. 前記判定工程は、前記外形データを１次微分する微分工程と、前記１次微分データから最大値及び最小値を取得して閾値を認定する認定工程と、を有し、
   前記閾値を最初に超えた変化点の直後から、最後の変化点の直前までのデータと、予め取得した正常状態のデータとの差分に基づいて、前記切り欠き部の貼り合わせ状態を判定することを特徴とする請求項８に記載の基板の位置合わせ方法。

Images