JPH0537476Y2

JPH0537476Y2 -

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Publication number: JPH0537476Y2
Application number: JP1990124134U
Authority: JP
Priority date: 1984-02-22
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1993-09-22
Anticipated expiration: 2003-09-22
Also published as: JPH0373451U; JPS60194537A

Description

【考案の詳細な説明】〔技術分野〕本考案は物体を自動的に整列（アライン）する
ための装置に関し、特に、可動ステージ上に載置
されたパターン化されたシリコン・ウエハを自動
的に整列する光学・機械装置に関する。

〔従来技術〕

集積回路チツプ（ダイス）は、半導体材料でで
きた単一の大きなほぼ円形の基板ウエハ上の複数
の回路をエツチすることにより製造される。

後でチツプとなる複数の回路は、隣接する回路
間に「通り」を設けてそのウエハ上に升目状に配
列される。チツプ製造のいくつかの時点で、カツ
トされていない一部仕上げのウエハはプローブ検
査、試験などのために正確，精密に整列（アライ
ン）されなければならない。この整列工程が自動
化されるなら、より多くのウエハが所定の時間内
に試験でき、この整列が定常的により正確である
から、使用可能なチツプの收率を改善することが
できる。

パターン認識の技術は産業において応用分野が
広い。光学的に検知された物体に応答して電気信
号を発生することができる光電素子の発展につれ
て、物体を検知，認識する産業用の自動装置を製
造することが可能になつた。

パターン認識の応用例の１つとして、フオトマ
スクやパターン化されたシリコン・ウエハの製
造，品質管理において特定の回路要素またはきず
を光学的に検出する装置がある。このような装置
の２つの例が、米国特許第4347001号および米国
特許第4247203号に開示されている。それらは、
自動フオトマスク検査システムに関する。シリコ
ン・ウエハとそれをつくるのに用いられるフオト
マスクは、一般的に升目状アレイに何度も繰り返
された同一のパターンを有している。自動フオト
マスク検査システムは、１枚のフオトマスク上に
ある２つの異なつたダイスの対応部分を、２つの
同時走査によつて比較する。このような装置に付
随する１つの問題は、２つの光学検査路によつ
て、２個の異なつたダイスの等価部分が実際に検
査されるように、フオトマスクやパターンを形成
したシリコン・ウエハを精密に整列させることに
ある。同様の問題はウエハ上で電気的な試験を行
なうウエハプローバにもある。ウエハプローバ
は、ダイ上の特定の点との接触をなす細い導電性
のプローブを用いる。この作業には、ウエハの極
めて正確な整列が要求される。

米国特許第4200861号およびその分割出願たる
米国特許第4385322号には、パターン認識の方法
およびシステムが示されている。整列ないし整合
のためのＸ，Ｙ軸の位置座標は高い相関数の位置
に決定される。リアルタイムで以前に記憶された
情報と現に検査されている場面からの情報とを比
較することによつて、粗決定の位置付近について
精密検査がなされる。しかし、これらの米国特許
では、何ら特定の光学装置は設けられておらず、
遠くに離隔した位置での走査を集める２つの別々
の低解像度データについては何らの示唆もない。

米国特許第4300164号は、パターン認識装置を
示している。高コントラストビデオ信号が発生さ
れ、パターンは黒と白の組合せとして認識され
る。この特許は、比較技術やソフトウエアを教示
しているけれども所望の光学装置については特別
な教示が何らない。

〔概要〕

本考案の目的は、欠陥検査されるウエハをマウ
ントし整列するに要する時間の減少を図つた、シ
リコン・ウエハまたはフオトマスクの自動的な整
列を行う装置を提供することである。

本考案の他の目的は、シリコン・ウエハの複数
の像を生成し、それによつて整列工程での動きを
最小化する光学装置を提供することである。

本考案の他の目的は、できるだけ遠くに離隔し
た２つの像を生成し、整列の精度を最大にするこ
とである。

本考案の他の目的は、像倍率を変化させて検査
中のウエハの解像度を増大させて、ウエハの整列
状態を改善することができる光学装置を提供する
ことである。

本考案は、Ｘ，ＹおよびＺの方向に平行移動で
き、Ｘ−Ｙ面内でθ軸での回転できるステージを
有する、パターンの形成されたシリコン・ウエハ
等の整列を行なう光学・機械装置を提供する。そ
の装置は、光源および低解像度の集束手段を有す
る第１の光路と、光源および高解像度の集束手段
を有する第２の光路を備えている。第１の光路ま
たは第２の光路によつて形成される像を選択する
装置が備えられる。集束された像は、光像を第１
のデータ・セツトのデイジタル画素に変換するこ
とのできる光検出器によつて処理される。一実施
例においては、整列させられるべき物体の所望の
整列を表わす第２のデータ・セツトを記憶するデ
ータベース装置が備えられる。第１および第２の
データ・セツトを比較するための比較手段が設け
られて、ウエハを低解像度で整列させるためにス
テージを駆動するに用いる修正制御信号を発生
し、それから高解像度のイメージを用いて動作が
繰返される。

〔実施例〕

第１図について説明する。整列されていないウ
エハ１０が図示しないウエハの処理装置の可動ス
テージ１２にマウントされる。ステージは３つの
方向、Ｘ，Ｙ，Ｚのいずれの方向にも平行移動で
き、Ｘ−Ｙ面内でθ軸での回転もできる。図示し
ないマガジン内にランダムに収容された一連のウ
エハが正しく向き揃えをするために上記ステージ
１２に一度に一枚送られるのが望ましい。ウエハ
は、ランダムな向きでステージ上に載置される。
次に、そのウエハの整列がなされ、続いて、試
験・フオトマスク合せなど一連の操作が行われ
る。

処理装置に対してのウエハの整列のために、ウ
エハの像が光学装置１４によつて形成される。そ
の光学装置１４によりウエハ１０の表面上の遠く
に離隔した点それぞれについての対の像を発生す
るのが望ましい。本考案の光学装置は、後述する
ように、精密な整列（アラインメント）を達成す
るために、低解像度マクロレンズおよび高解像度
マイクロレンズの両方を備えている。他の実施例
では、双方のレンズはそれぞれ少なくとも２組づ
つ用いられて、実質的に異なつた表面の領域から
の２つの像が得られる。２組のレンズを用いれ
ば、ステージを動かさなくとも、精密な整列に必
要な複数の像を得ることができる。

像は、ビデオカメラ１６等によつて撮像され
る。ビデオカメラは現在では好適な手段だが、ア
ナログ信号でも、デイジタル信号でも、像の電気
信号を発生できる装置ならどんなものでも用いる
ことができる。従来のビデオカメラを用いる場合
は、発生したアナログ信号は通常のＡ−Ｄ変換器
１８によつてデイジタル化される。

16個の灰色レベルに対応する４ビツト画素を有
する像は、シリコン・ウエハの精密な整列をなす
のに十分満足できるものであることが判つた。４
ビツト画素をより効果的に記憶するためには、２
個または４個の画素をスタツクしてから（ブロツ
ク22参照）、RAM２６のアドレス指定可能なす
べての場所（ブロツク24から指定される）それぞ
れに記憶させることが望ましい。

カメラ同期回路２０は、ビデオカメラをシステ
ムに同期させる。画素は１つづつ受けとられると
き、アドレスを割当てられる。本考案の一実施例
では、これらの２つの機能が組合され、それによ
つてシステム全体で必要なカウンタの数が減少す
る。

一実施例では、最初のウエハは整列されていな
いウエハのデータだけでなく、後続のウエハに対
して（手段３０により）比較される比較ないし基
準のデータ（これは手段２８に格納される）も与
える。比較データをシステムの外部で得て、検査
されるウエハの種類ごとにシステムにロードする
ことも可能である。

別の方法は、大規模な計算によつて最初のウエ
ハをシステムに整列させ、正しい整列用のデータ
をランダムアクセスメモリ（RAM）２８に置く
方法である。このデータは、比較データとして働
く。比較データおよび画素の記憶は、物理的には
同一のRAMになされるのが望ましい。

データ比較手段３０と、画素データ格納手段２
６と、比較データ格納手段２８とは、リード・オ
ンリー・メモリ（ROM）内にプログラムをもつ
CPU装置により実現されることが望ましい。そ
のCPU装置は、ステージ制御器３２を起動し、
光学系を低解像度から高解像度へ切換える信号を
発生する。ステージ制御器３２は、複数のステー
ジモータ３４を制御し、ステージモータ３４の精
密な駆動によつてステージ載置の未整列のウエハ
を動かすための別個のマイクロプロセツサであ
る。

ウエハの最初の整列における不正確さの程度
と、および所望の整列の精密度に応じて、整列プ
ロセスは、そのウエハをどのように整列させるか
を決定し、それからウエハを動かすことを繰返え
す。要求された目的に対して十分精密な整列がな
されると、ステージは、試験などのために作業ス
テーシヨンへと横に動く。ステージは、試験され
たウエハがステージから降される場所まで移動
し、次のウエハがステージに未整列で置かれる。

オペレータインタフエース３６はシステムの動
作の制御を可能にし、他の同様のインタフエース
（図示せず）によつて試験などのために必要な他
のシステムに関連して動作できるようにする。

本考案では異なつた解像度の２つの選択可能な
光路により、ウエハが一連の工程で整列させるこ
とを可能にする。まず、ウエハは、その外辺部に
通常あるフラツト部が方向づけられることによつ
て、粗な整列を与えられる。産業界では、通常、
ウエハ上のパターンの約5°内でそのフラツト部は
整列されている。低解像度光路である第１の光路
は、ウエハを回転させながらウエハのフラツト部
を見つけ粗な整列を行うための、ウエハの縁の最
初の走査に用いられる。その後、本発明に従つ
て、ウエハ上のパターンは、２回走査される。１
回は低解像度光路を用いて、１回はパターンの精
密な整列のため高解像度光路を用いて走査され
る。低解像度の像と高解像度の像の双方を対象面
の中心を同じくする部分から得ても整列可能が、
それら２つの像が物理的に分離した部分からのも
のであれば整列の精度が最大になる。

すなわち、本考案の自動整列装置は、最も困難
なθ軸についての整列において有利である。本考
案によれば、低解像度光路がウエハに交差する点
と、高解像度光路がウエハに交差する点とは離れ
ており、従つて、低解像度光路を中心としてウエ
ハの回動をさせることにより、粗な整列における
θ軸についての整列を行うものとすると、その回
動は、ウエハ上の高解像度光路交差点の接線方向
での移動に相当する。そうすると、精密な整列
は、ウエハを接線方向で単に並進運動させれば達
成でき、より高い整列精度が得られる。

低解像度による整列の完了後に、ビームセレク
タは、高解像度を有する第２の光路４２を選択す
る。この第２の光路４２は、個々のダイ上に集束
できる。そのダイの微細なパターンの構造は、
個々のダイの特徴についてウエハの精密な整列を
なすのに用いられている。

ウエハは、通常、３工程で整列させられる。第
１工程は、低解像度光路を用いて機械的ないし光
学的にウエハがそのフラツト部によつて方向づけ
される工程である。第２工程は、低解像度光路を
用いてウエハ上のダイパターンが基準パターンに
対して整列される工程である。第３の工程は、高
解像度の第２の光路を用いて個々のダイの微細パ
ターン構造が基準に対して整列される工程であ
る。

第２図に示される第１の実施例では、第１の光
路４０と第２の光路４２とを含み選択可能な２つ
の解像度をもつ光学系が示されている。光源５０
は整列させるべきウエハ５２の第１の部分を照射
する。その第１の部分は第１の光路４０の光軸に
沿つて配置された光学系の視野に応じるものであ
る。低解像度の光学系の視野は十分に広くウエハ
５２の周辺を含みウエハのフラツト部を用いた整
列を可能とするようなものである。

低解像度光路を用いて整列動作中、照射されて
いる部分５３からの光は光路４０に沿つて導かれ
る。光路４０には、一連の鏡５６，５８、低解像
度の第１の集束手段６０，６２が含まれる。光路
は、そしてシヤツタ６５の透孔６３を通る。その
シヤツタ６５は、入力信号に応動する駆動手段６
４により、２つの光路のうちの１つを選択するた
めに、動かされ得る（シヤツタ６５は、第２の光
路４２を選択するために今１つの透孔６７を含
む。）。集束ビームは一連の鏡６６，６８，７０を
介して（第１図のカメラ１６内の）ビジコン管７
２に導かれる。発生したビデオ信号はデイジタル
化され、その解像画素は比較手段にデータを与え
るのに用いられる。

第２の光源７４は、集束手段７６によつて集束
され、小さな鏡７７によつてウエハ上の第２の部
分に反射される光のビームを与える。ウエハの部
分７９から反射された光はレンズ手段８０によつ
て集束され、鏡８２，８４によつて反射され、高
解像の集束手段８６，８７によつて集束される。
これらにより第２の光路４２が形成される。像形
成面における像はウエハの部分７９の高解度の像
である。図では第１の光路４０が選択されている
状態が示されているが、駆動手段６４へ適切な信
号を与えてシヤツタ６５を移動させ、その透孔６
７を第２の光路４２に一致させることにより、第
２の光路４２を選択できる。光路４２は、選択さ
れると、ビームセレクタ７０を通る。そのビーム
セレクタ鏡７０は長辺で接合された２つの直角プ
リズム９２，９４からなり、長辺の少なくとも１
つは銀蒸着されてハーフミラーとなつている。選
択された像は鏡６８で反射されたビジコン管７２
によつて処理される。

この装置を用いることによつて、１つの低解像
度光路と、１つの高解像度光路とが与えられる。
ウエハの異つた部分からの像が得られるから、ス
テージとこの上にマウントされたウエハを、２つ
の分離した部分の像を精密な整列のために得る目
的で移動させる必要はない。

第３図に示される本考案の他の実施例は、第１
の光路１００，第２の光路１０２，第３の光路１
０４および第４の光路１０６を有する。これらの
光路は、第１と第４の光路が低解像度像を形成
し、第２と第３の光路が高解像度像を形成するこ
とを除けば第２図におけると同様のものである。

ウエハ１１１上の照射スポツト１０７，１０
８，１０９，１１０からの反射は、集束手段１１
２，１１４，１１５，１１３それぞれに導かれ
る。集束手段１１２と１１３は同一のもので低解
像度像を形成し、他の２つの集束手段１１４と１
１５は同一のもので高解像度を形成する。３つの
鏡１１６，１１８，１２０の何れか１つからの像
が光路の選択によつて第４の鏡１２２に写され、
第４の鏡１２２はその像を、比較手段２１（第１
図参照）に接続されたビジコン管１２４に反射す
る。第２の低解像度光路１０６が分析のために用
いられる場合には、第４の鏡１２２はその光路か
らはずされる。ウエハは、低解像度像によつてま
ず粗な整列をさせられ、次に高解像度像によつて
精密な整列をさせられる。この実施例では、２組
の２つの像を得るために、４つの光路が用いら
れ、同じ解像度をもつた別の光路が相互比較のた
めに用いられている。２つの低解像度光路と２つ
の高解像度光路は、整列の精度を得るために遠く
に分離される。第１の実施例におけると同一の画
素情報が発生される。比較手段は、発生した第１
のデータ・セツトを、記憶されている第２のデー
タ・セツトと比較することができる。この実施例
ではステージは、ウエハを整列させるためにだけ
移動する。

当業者にとつては明らかなように、実用新案登
録請求の範囲はその真の意図，範囲に合理的に入
る種々の変形，修正を含むものとして解釈される
べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の全体概略図、第２図は本考案
の一実施例の光学装置の概略図、第３図は本考案
の他の実施例の光学装置の概略図である。５２……ウエハ、４０，１００……第１の光
路、５０，７４……光源、４２，１０２……第２
の光路、７２……ビジコン管、６５……シヤツ
タ、５４……フラツト部、１０４……第３光路、
１０６……第４光路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 同様なパターンのアレイが表面に設けられて
いる目的物を整列させる自動整列装置であつ
て：整列させるべき目的物を支持する可動のステ
ージ手段にして、入力信号に応じてＸ，Ｙおよ
びＺの方向ならびにθ軸の回りでの位置調節が
可能なステージ手段と；前記目的物の表面を照射する照射手段と；第１の予定の倍率を有し、照射された前記表
面の第１部分の像を第１の光軸に沿つて結像面
へと結像し得る第１の光学手段と；前記第１の予定の倍率よりも相当に大きい第
２の予定の倍率を有するとともに、前記第１の
光軸が前記表面に交差する点から離れた点にて
前記表面に交差する第２の光軸を有し、照射さ
れた前記表面の第２の部分の像を第２の光軸に
沿つて結像面へと結像し得る第２の光学手段
と；前記第１部分の像をまず選択して前記結像面
へ結像させ、次ぎに前記第２部分の像を選択し
て前記結像面へ結像させる像選択手段と：前記結像面に配置された光検出手段にして、
前記第１部分の像を、先ずその各画素の像に関
する内容を表す第１の目的物データへ変換し、
次ぎに前記第２部分の像を、その各画素の像に
関する内容を表す第２の目的物データへ変換す
る光検出手段と；前記第１部分の像に対応する基準目的物第１
部分を表す第１の基準像の各画素の内容に対応
する第１の基準像データのセツトを発生し、前
記第２部分の像に対応する基準目的物第２部分
を表す第２の基準像の各画素の内容に対応する
第２の基準像データのセツトを発生する手段
と；前記第１の目的物データを前記第１の基準像
データと比較してそれら相互間の差に比例した
第１の整列修正信号を先ず発生し、次ぎに前記
第２の目的物データを前記第２の基準像データ
と比較してそれら相互間の差に比例した第２の
整列修正信号を発生する比較手段と；整列修正手段にして、前記第１の整列修正信
号に応じて、Ｘ，ＹおよびＺの方向ならびにθ
軸の回りで要求される前記ステージ手段の位置
調節を最小限の移動で先ず行つて、前記１の目
的物データと前記第１の基準像データとの一致
が前記比較手段により示されるようにして、次
ぎ前記第２の整列修正信号に応じて、Ｘ，Ｙお
よびＺの方向ならびにθ軸の回りで要求される
前記ステージ手段の位置調節を最小限の移動で
行つて、前記第２の目的物データと前記第２の
基準像データとの一致が前記比較手段により示
されるようにするための整列手段とを備えることを特徴とする自動整列装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
において、前記像選択手段は、前記第１および
第２の光学手段と前記結像面との間に配置され
た可動のシヤツタを含み、そのシヤツタは、一
方の位置にある時に前記第１の光軸に一致する
第１の透孔と、他方の位置にある時に前記第２
の光軸に一致する第２の透孔とを有しているこ
とを特徴とする自動整列装置。 (3) 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
において、前記照射手段は、前記目的物の第１
部分を照射する第１の照射源と、前記目的物の
第２部分を照射する第２の照射源とを含むこと
を特徴とする自動整列装置。 (4) 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
において、第１の予定の倍率を有し、照射され
た前記表面の第１部分から離間した第３部分の
像を第３の光軸に沿つて前記結像面へと結像し
得る第３の光学手段と、前記第２の予定の倍率
を有し、照射された前記表面の第４の部分の像
を第４の光軸に沿つて結像面へと結像し得る第
４の光学手段を含んでいることを特徴とする自
動整列装置。 (5) 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
において、前記光検出手段は、前記結像面へ結
像される像の各画素の内容に対応するアナログ
信号を発生するビデオカメラ手段と、各画素の
内容を示すそのアナログ信号を、各画素の内容
を示すデイジタル信号へ変換するアナログ・デ
イジタル変換手段とを含むことを特徴とする自
動整列装置。