JPH03142853A - ウエハ整合装置およびその整合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造装置におけるウェハの位置合せに
係り、特にウェハの外周位置を非接触で検出してオリエ
ンテーションフラット（オリフラ）の向きおよびウェハ
の中心位置を所定の方向９位置に整合させるウェハ整合
装置およびその整合方法に関する。

〔従来の技術〕

研磨工程が終了したウェハはレジストが塗布され次の露
光工程により回路パターンの形成が行なわれる。

第１０図は縮小投影露光装置の概略を示すもので、ウェ
ハ１は搬送アーム２によりＸおよびＹステージ３および
４の上にセットされ、ついでレティクル５の回路パター
ンが縮小レンズ６により縮小されてウェハｌの上に順次
投影露光される。この時読にウェハ１の上に形成された
回路パターンとレティクル５の回路パターンとを重ね合
せて露光するのでこれらの回路パターンの位置合せを正
確かつ高速に行う必要がある０回路パターンの位置合せ
を高速に行うためには前もって露光とは別の場所でウェ
ハの位置合せを正確かつ高速に行う必要がある。

ウェハ整合装置はウェハ位置合せを正確かつ高速に行う
装置で構成を第１１図に示す。

位置合せを行なう場合は同図において結晶方向を示すウ
ェハ１の円周部の一部を切り欠いたオリフラ７の向きと
、中心位置とを所定の方向１位置に合せることにより行
なわれる。まず、オリフラ７の向きを合せる場合につい
て説明する０回転テーブル８によりウェハ１を回転させ
ながら全周にわたって検出したウェハｌの外周距ｍｆ（
θ）（０：ウェハ回転角）の微分をとりｆ’（θ）とす
る、ここでｆ’（θ）の最小値をとる回転角をＯｘ。

ｆ’（θ）の最大値をとる回転角を０２とすると、オリ
フラ中心方向θＯは。

によって近似される。

次に（１）式に０より求められた００方向が顕１ｉＵｔ
９の視野方向へ向くように回転テーブル８を駆動ンプル
数）である０次にオリフラを精密に方向合せする場合は
、オリフラエツジ像を顕微鏡９の視野内に入れこの倣を
反射ミラー１１．テレビカメラ１２を経てモニタテレビ
１３に現わし、画像処理してオリフラエツジ上の点の座
標を複数点求め。

これを直線近似してオリフラ７の傾き角を求め、回転テ
ーブルを駆動することにより行う、また。

ウニへの偏心量は下記（２）弐〜（７）式により求めら
れる。

ｒ（０）＝　　Ｒｏｚ−（ΔＸｃｏｓθ−ΔＹＳｉｎＯ
）”＋（ΔＸ　ｓｉｎθ＋ΔＹ　ｓｉｎ　Ｏ）　　　　
・・・（２）ε１＝ｒ（０亀） ｉ ｈ＝Σε、２ ・・・（３） ・・・（４） δＲ ａΔＸ ａΔＹ ここに ０：回転角 ｒ（０）：（＋角でのウェハ円周距離理論値Ｒｏ　　：
真のウェハ半径 ΔＸ　　：真の偏心量Ｘ ΔＹ　　：真の偏心量Ｙ Ｒ１：回転角θ、のときの検出値 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術はウェハ外周位置、オリフラエツジ上のデ
ータの信頼性を検証することなく、オリフラの方向、偏
心量を検出していたため、ウェハに欠け、レジスト剥離
および副オリエンテーションフラット（サブオリフラ）
が存在すると著しく整合精度が損われる嫌いがあった。

本発明の目的は、ウェハに欠けやレジスト剥離。

サブオリフラ等が存在しても正確にウェハ位置合せがで
きるウェハ整合装置およびその整合方法を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ウェハをセットして回転する回転テーブルと
回転テーブルをＸ軸およびＹ軸方向に微調整するＸおよ
びＹステージとを具え、Ｘ、Ｙステージおよび回転テー
ブルを踵動してウェハの輪郭を光学顕微鏡およびテレビ
カメラで検出し、ウェハのオリエンテーションフラット
を所定の方向に整合させるウェハ整合装置において、検
出データを入力して統計処理を施し、ウェハに存在する
欠け、レジスト剥離および副オリエンテーションフラッ
トに無関係にオリエンテーションフラットの方向を設定
された基準位置に位置決めする整合演算器を有すること
を第１の特徴とし、また、ウェハをセットして回転する
回転テーブルと回転テーブルをＸ軸およびＹ軸方向に微
調整するＸ、　Ｙステージとを具え、光学顕微鏡および
テレビカメラによりウェハの輪郭を検出してオリエンテ
ーションフラットを所定の方向に整合させるウェハ整合
方法において、Ｘステージによりウェハを水平方向に移
動して基準方向に向けられているオリエンテーションフ
ラットのエツジ部を光学顕微鏡およびテレビカメラによ
り検出し、ついでＹステージを前後方向に一定距離移動
させた後再びＸステージを水平方向に移動してオリエン
テーションフラットエツジを検出し、この動作を繰返し
てオリエンテーションフラットエツジを四点以上につい
て検出し得られた検出データを統計処理してオリエンテ
ーションフラットの傾きを求めることを第２の特徴とし
、さらに上記のウェハ整合方法において、検出された前
記ウェハの輪郭部のデータを統計処理してウェハの偏心
量を求めることを第３の特徴としており、ウェハに欠け
やレジスト剥離。

サブオリフラ等が存在しても正確にウェハの位置合せが
できるよう番こして目的の達成を計っている。

〔作用〕

本発明のウェハ整合装置およびその整合方法では、 （Ａ）オリフラを粗に方向合せする場合オリフラ部を検
出した場合、検出したウェハ外周位置の微分データの絶
対値が大きいこと、オリフラ部の微分値の極性が負から
正へと変化すること、オリフラ内部でのウェハ径は、ウ
ェハ円周部のウェハ径に対して連続して小さいこと、オ
リフラの長さの範囲が限定されること、ウェハ中心から
オリフラまでの距離が限定されること、などの特徴を利
用してオリフラの両端部を検出することにより達成する
ことができる。

（Ｂ）オリフラを精密に方向合せする場合顕微鏡視野内
にある複数点の検出データ全てを使って直線近似するの
ではなく、ステージを前後方向に移動して顕微鏡視野を
拡大し、複数点のデータを検出して検出データの任意の
３点の直線性を判定し、さらにその直線上にもう一点以
上の検出データがあるかどうかチエツクして４点以上の
データで最小２乗法を用いて直線近似する。すなわち顕
微鏡視野内での位置デー？を複数点求めて直線近似する
のではなく、オリ・、フ、ラエツジ上の３点の位置デー
タを用いて直線性を判定し、直線性のあるデータのみで
、最小２乗法を用いて直線近似し、さらに、直線近似±
α（α：任意定数）内に４点以上のデータがあるか否か
をチエツクし、あれば４点以上のデータで最小２乗法を
用いて直線近似する方法を用いているので正確なオリフ
ラの精密方向合せを行なうことができる。

（Ｃ）ウェハの偏心量を検出する場合 ウェハの外周位置からウェハ直径の度数分布をとりその
最頻値を求める０次にウェハ直径最頻値をもとにウェハ
の欠け、レジストのはく離、サブオリフラ等の誤検出要
因を除外し、除外された４点のデータで偏心量を求める
。この動作を１／４周にわたり行ない、偏心量Ｘ、Ｙの
度数分布をとり、その最頻値を検出する。すなわち、外
周位置データのある点１０での距Ｘ１ｄｔ　と１８００
離れた点ｉ’＋１８０°での距離ｄ　ｔ＋ｔａｏを加算
すれば、点１０でのウェハ直径４鷹が近似できる。これ
をウェハ半周にわたり行い、ウェハ直径の度数分布をと
り１度数分布内の最頻値を検出することにより真のウェ
ハ径に近い近似直径Ｒを検出できる０次に、ある点ｊ°
から９０”ずつ離れた４点Ｆ”　ｙ　ＪＩＩＯｅ　、１
ｌａｏ　　ｔ　Ｊｚ７ｏ”　）のデータｆ　（ｏ）−ｆ
　（ｉ）＝　ｆ　（ｚ）、　ｆ　（７１）を検出する。

この４点のどれかがオリフラ内に入っていれば、オリフ
ラ内のデータｄｌ、は１８０°ｍれたデータｄ　１１４
１１１０と近似直径Ｒによりｄ　ｎ＝　Ｒ−ｄ　ｎ”１
ｌｌｏと近似できる（例；ｆ　（ｏ）がオリフラ内なら
ば、ｆ（ｏ）＝Ｒｆｈ））−次に、上記４点のデータに
対しく８）式を満足するか否かをチエツクし満足したな
らば演算により基準となる座標に変換した偏心量を求め
る。

これをウェハの１／４周にわたり行い、偏心量Ｘ、Ｙの
度数分布をとり１度数分布内の最頻値を検出する。この
ことにより、正確な偏心量検出が達成される。

（実施例〕 以下、本発明の一実施例について図を用いながら説明す
る。第１図は本発明のウェハ整合装置の一実施例を示す
説明図で、第１１図と同一部分には同一符号を用いてい
る。同図において、１はウェハ、３および４はＸステー
ジおよびＹステージ、３Ｍおよび４Ｍはそれぞれのステ
ージを駆動するモータ、７はウェハ１のオリフラ、８は
ウェハ１を真空吸着して回転させる回転テーブル、９は
オリフラ７などウェハ１の輪郭部を検出する光学顕微鏡
、１０はウェハ１の輪郭部を照射する光源、１１は光学
顕微鏡９の出力像を反射する反射ミラー　　１２は反射
ミラー１０より生ずる反射像を撮影するテレビカメラ、
１３はテレビカメラ１２のモニタ用テレビ、１４はテレ
ビカメラ１２．モニタテレビ１３の出力信号を入力して
画像処理を行ない、光学顕微＠９より得られたウェハ１
の検出データを演算処理してモータ３Ｍおよび４Ｍを制
御し、ウェハ１を基準位置に位置決めする整合演算器で
ある。

第２図は第１図においてウェハの整合動作を行なう場合
のフローチャートを示す。

両図よりウェハ１の輪郭部が光学顕１［９により検出さ
れるとこの検出像はテレビカメラ１２で光電変換され、
その出力信号がモニタテレビ１３および整合演算器１４
に入力される。整合演算器１４はモニタテレビ１３に表
わされる像を画像処理し、ウェハ１の外周がモニタテレ
ビ１３の視野内に入るようＹ軸方向に移動可能なＹステ
ージ４の駆動モータ４Ｍに指令を与える。さらに、整合
演算器１４内にモニタテレビ１３におけるウェハ外周の
位置とＹステージ４の基準位置からの移動量を取り込み
、基準位置からウェハ外周までの距離ｒを算出する。

次に１回転テーブル８を一定角度回転し、前記動作をウ
ェハ全周にわたり行なう。

第３図はこのようにして得られるウェハの図形を示すも
ので、同図（ａ）はウェハ１の平面図を示し、７がオリ
フラ、７Ｓがサブオリフラ、Ｗがつ・エバ１の中心、Ｏ
が回転テーブル８の中心、ｒＱ、　ｒｌ、　ｆ’ｊｔ・
・・ｒｎは中心Ｏよりウェハ１の外周部までの距離を示
す。

同図（ｂ）は回転テーブル８によりウェハ１を矢印方向
に回転させた場合１回転角０とウェハの外周までの距１
１ｒ＝ｆ（０）との関係を示すものである。

第４図は第３図（ｂ）に示すウェハｌの外周までの距離
ｒ＝ｆ（θ）を微分した場合の特性を示すもので、横軸
が回転角０．縦軸がｆ（０）の微分値ｆ’（θ）を表わ
し、同図中のＰ　Ｄ　ｘｇ　Ｐ　Ｄ　！＋ＰＤａ・・・
ＰＤｉは正の微分値、ＭＤ１１ＭＤ２゜Ｍ　Ｄ　ａ・・
・Ｍ　Ｄ　ａは負の微分値、Ｐ　Ｒｉ、　Ｐ　ＲｚｅＰ
Ｒａ・・・Ｐ　Ｒｔ　　は正の微分値ＰＤの値に対応す
る回転角、Ｍ　Ｒｉ　、　Ｍ　Ｒｚ　、　Ｍ　Ｒａ・・
・Ｍ　ＲＪは負の微分値ＭＤの多値に対応する回転角を
示す、同図より明らかなように微分値ｆ’（θ）はオリ
フラ７およびサブオリフラ７Ｓの部分で負より正へと大
きく変化していることが認められる。

第５図は回転テーブル８の中心Ｏより測定したウェハ１
のオリフラ７側の外周までの距ｍｒａとサブオリフラ７
Ｓ側の外周までの距Ｍｒｂとの関係を示すもので、同図
（ａ）はｒａを１’ｆＬｅ　’ｉ−１ｔ２　　　　２ ｒ　Ｌ　−、”’として表わし＋　ｒｂをｒ　Ｏｔ　ｒ
、−１ｅｒｌＩ−２ｅ・・・とじて表わした場合である
。同図（ｂ）は横軸にウェハの回転角０をとり縦軸に距
離ｒａ＋ｒｂを表わしたもので、Ｒはｒａ十ｒｂが最大
となる値を表わす、同図（Ｑ）は横軸にｒ＠＋ｒｂをと
り縦軸にこれらの度数を示したものでＲの度数が最も大
きいことを示している。

第６図は第４図および第５図に示す結果を基にオリフラ
の方向を合せる場合のフローチャートを示すものである
。

第４図に示すウェハ外周位置の微分データの中から、微
分データの絶対値ＤＡがＤＡ≧８１　（Ｓｔ：オリフラ
部の微分データと偏心による微分データとを区別できる
任意定数）となる正の微分データＰＤ＋とその回転角Ｐ
　Ｒｔ、負の微分データＭＤＪとその回転角Ｍ　Ｒａを
検出し、検出された微分データをもとに正の微分データ
なら降順に、負の微分データなら昇順にソートする。こ
の結果を第７図に示す。

次にソートされたデータからオリフラの長さを下記（９
）式により判定する（第６図ブローチヤード参照）。

０Ｒ＝ＰＲ五−ＭＲＪ ＯＲ＞Ｏならば、０ＲＤ＝ＯＲ ＯＲ＜Ｏならば、０ＲＤ＝ＯＲ＋３６０”α≦ＯＲＤ≦
β　　　　　　　　　　　・・・（９）上記（９）式を
満足する負の微分データの回転角Ｍ　Ｒｊから正の微分
データの回転角ＰＲｚ内のウェハ直径のチエツクを下記
（１０）式により行ない。

条件を満足した数がｍ（オリフラ内での（１０）式を満
足する数）以上であるか否かをチエツク（第６図フロー
チャート参照）し、条件を満足するものを記憶する（第
６図フローチャート参照）。

次に、記憶されたＭ　Ｒａ　、　Ｐ　Ｒｔ　Ｌこよりオ
リフラの組方向を下記（１１）式により求め、００方向
が光学顕微１１９の視野方向へ向くよう、回転テーブル
８を駆動し、ウェハ１を回転させる（第２図フローチャ
ート）。

Ｍ　ＲＪ　＋　Ｐ　Ｒｔ θ０＝　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１１
）次にオリフラの精密な方向検出について第８図により
説明する。同図（ａ）はウェハ形状、同図（ｂ　）、（
０）はオリフラの説明図、同図（ｄ）はフローチャート
を示す。

光学顕微ｆｉＱ側へ向けられたオリフラ７を水平方向に
Ｙステージ４を移動して光学顕微鏡９の視野内に入れ、
画像処理により光学顕微鏡９の視野内でのオリフラエツ
ジ位置及びＹステージ４の位置を検出し、さらに前後方
向に一定距離Ｘステージ３を移動して再び水平方向にＹ
ステージ４を移動し。

光学顕微鏡９の視野内にオリフラエツジを入れる。

この動作を４点上繰り返して検出しく第８図（ａ）およ
び（ｂ））、この４点以上のデータのうち３点の位置デ
ータを用いて直線性を判定（第８図（ｄ）フローチャー
ト３０）し、直線性のあるデータのみで最小２乗法（第
８図（ｄ）フローチャート３１）を用いて、直線近似し
、直線近似±α（α：任意オフセット定数）内に４点以
上のデータがあるかどうかをチエツクしく第８図（ｄ）
フローチャート３２）、あれば、４点以上のデータで最
小２乗法を用いて直線近似する１次に、その傾き量を回
転角量に変換（第８図（ｄ）フローチャート３４）し、
Δθを検出する１次に、Δ０を回転テーブル８により補
正しオリフラの精密方向合わせが完了する。

次にウェハの偏心の検出について説明する。

第９図（ａ）はウェハの形状を示し、Ｗがウェハの中心
、０が回転テーブルの中心で、ΔＸ。

ΔＹがそれぞれＸ方向およびＹ方向の偏心量を示す。

同図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれＸ方向およびＹ方向にお
ける偏心量の度数を表わす。

第９図おいて、ある回転角ｊ°から９０°ずつ離れた４
点の回転角（ｊｏ、ｊ″＠Ｏｐ　Ｊ　’　１ａＯ會Ｊ２
７ｏ）のウェハ外周位置データをｆ　（ｏ）、　ｆ　（
１）、　ｆ（ｚ）、　ｆ　（ａ））とし、この４点のど
れかがオリフラ内に入っていれば、オリフラ内のウェハ
外周位置データｄｌｌは１８０１離れたウェハ外周位置
データｄａ”ｔａｏと第５図（Ｃ）により求められたウ
ェハ外周までの距離最頻値Ｒとによりｄ　ｎ　＝　Ｒ−
ｄ　ｎ＋１ＭＯと近似できる（例えば、ｆ（ｏ）がオリ
フラ内ならばｆ　（ｏ）　＝　Ｒ−ｆ　（ｚ）　）。

次に、上記４点のデータに対し、下記（１２）式を満足
するか否かをチエツクし、 満足したならば、　（１３）式を用い基準となる座標に
変換した偏心量を求める。

これをウェハの１／４周にわたり行い、偏心量（ΔＸ、
ΔＹ）の度数分布（第９図（ｂ）、（Ｃ）をとり、度数
分布内の最頻値を検出し、その最頻値±ρｌ（ρ１は任
意の値）内に入る偏心量のデータを選択し、（１４）式
により偏心量ΔＸ′、ΔＹ′を求める。

） さらに、第２図フロー０チヤートによりオリフラ精力向
合わせが完了した後のオリフラエツジ位置圧ｆｉＯＡＤ
と、第２図フローチャートにより求められた偏心量Ｙ（
ΔＹ’）とにより、ウェハ位置合わせが完了したオリフ
ラエツジ位置圧ｆｉＯＤを（１５）式により求める。

０Ｄ＝ＯＡＤ−ΔＹ′　　　　　　　　・・・（１５）
このオリフラエツジ位置圧ｍＯＤをオリフラ精力向合わ
せの最終判定（第２図フローチャート）とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ウェハの外周に欠け、レジスト剥離お
よびサブオリフラ等が存在しても、オリフラ方向及びウ
ェハ中心の位置を所定の方向１位置に整合することがで
きるので、自動検出動作の信頼性を向上させ、半導体製
造装置における歩留まりを大幅に向上することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウェハ整合装置の一実施例を示す説明
図、第２図は第１図によりウェハの整合動作を行なう場
合のフローチャート、第３図はウェハ平面図および回転
テーブル中心よりウェハ外周までの距離の測定図、第４
図は第３図の外周までの距離の変化の微分特性図、第５
図は回転テーブルの中心より測定したウェハ外周までの
距離の和の変化的綿および度数曲線図、第６図は第４図
および第５図よりオリフラ方向を合せる場合のフローチ
ャート、第７図はウェハ外周までの距離の微分データ分
布図、第８図（ａ）〜（ｃ）はウェハのオリフラ検出の
説明図、第８図（ｄ）はフローチャート、第９図はウェ
ハ偏心量検出の説明図、第１０図は縮少投影露光装置説
明図、第１１図は従来のウェハ整合装置の説明図である
。 １・・・ウェハ、３・・・Ｘステージ、４・・・Ｙステ
ージ、８・・・回転テーブル、９・・・光学顕微鏡、１
２・・・テレビカメラ、 １３・・・モニタテレビ、 １４・・・整合演算 器。 第 図 １・・・ウェハ １０・・・光源 ９・・・光学顕微鏡 ３・・・Ｘステージ １３・・・モニタテレビ １４・・・整合演算器 ８・・・回転テーブル ４・・・Ｙステージ 第 図 第 図 第 ４ 図 ７Ｓの範囲 ７の範囲 第 図 第 図 第 図 第 ８ 図 第 図 正常 第 図 第 ０ Ｉ・・・ウェハ ３・・・Ｘステージ ４・・・Ｙステージ ５・・・レティクル ６・・・縮小レンズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハをセットして回転する回転テーブルと該回転
   テーブルをＸ軸およびＹ軸方向に微調整するＸおよびＹ
   ステージとを具え、該Ｘ、Ｙステージおよび前記回転テ
   ーブルを駆動して前記ウェハの輪郭を光学顕微鏡を通し
   てテレビカメラで検出し、前記ウェハのオリエンテーシ
   ヨンフラツトを所定の方向に整合させるウェハ整合装置
   において、前記検出データを入力して統計処理を施し、
   前記ウェハに存在する欠け、レジスト剥離および副オリ
   エンテーシヨンフラツトに無関係に前記オリエンテーシ
   ヨンフラツトの方向を設定された基準位置に位置決めす
   る整合演算器を有することを特徴とするウェハ整合装置
   。 ２、ウェハをセットして回転する回転テーブルと該回転
   テーブルをＸ軸およびＹ軸方向に微調整するＸ、Ｙステ
   ージとを具え、光学顕微鏡およびテレビカメラにより前
   記ウェハの輪郭を検出してオリエンテーシヨンフラツト
   を所定の方向に整合させるウェハ整合方法において、前
   記Ｘステージにより前記ウェハを水平方向に移動して基
   準方向に向けられている前記オリエンテーシヨンフラツ
   トのエッジ部を前記光学顕微鏡および前記テレビカメラ
   により検出し、ついで前記Ｙステージを前後方向に一定
   距離移動させた後再び前記Ｘステージを水平方向に移動
   して前記オリエンテーシヨンフラツトエツジを検出し、
   この動作を繰返して前記オリエンテーシヨンフラツトエ
   ツジを四点以上について検出し得られた検出データを統
   計処理して前記オリエンテーシヨンフラツトの傾きを求
   めることを特徴とするウェハ整合方法。 ３、ウェハをセットして回転する回転テーブルと該回転
   テーブルをＸ軸およびＹ軸方向に微調整するＸ、Ｙステ
   ージとを具え、光学顕微鏡およびテレビカメラにより前
   記ウェハの輪郭を検出してオリエンテーシヨンフラツト
   を所定の方向に整合させるウェハ整合方法において、検
   出された前記ウェハの輪郭部のデータを統計処理して前
   記ウェハの偏心量を求めることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のウェハ整合方法。