JPH09139342A

JPH09139342A - プリアライメント方法及び装置

Info

Publication number: JPH09139342A
Application number: JP32109395A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井; Nobutaka Umagome; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-27
Also published as: KR970030238A

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の位置合わせ作業のスループットを向上さ
せること。【解決手段】基板（１０）が露光装置（１２）に搬入さ
れる前に、基板（１０）の表裏両面（１０ａ，１０ｂ）
を撮像し、撮像された基板（１０）の表裏両面（１０
ａ，１０ｂ）の像に基づいて、基板（１０）の表面（１
０ａ）のショット配列と裏面（１０ｂ）のマーク（５４
ａ，５４ｂ）との相対的な位置ずれを検出する。そし
て、検出された情報に基づいて、基板（１０）のプリア
ライメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板のプリアライ
メント方法及び装置に関し、特に、基板表面の複数のシ
ョット領域の露光に先立ち、基板の裏面に設けられたマ
ークに基づいて基板の位置決めを行うプリアライメント
方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】所定のパターンを基板
上に露光する半導体露光装置等においては、一般に、ス
ループットを向上させる等の目的から、基板を露光装置
に搬入する前にある程度の位置合わせ（以下、「プリア
ライメント」という。）を行う。従来は、基板の方向を
示すノッチやオリフラ（オリエンテーション・フラッ
ト）と呼ばれる切欠きを基板の一部に形成し、これを検
出することによってプリアライメントを行っていた。し
かし、ノッチやオリフラ等の切欠きは、基板の非対称性
を生み出し、プロセス歪みを引き起こすため、現在で
は、切欠きのない基板の使用が増加傾向にある。

【０００３】切欠きの無い基板のプリアライメント方法
としては、基板の裏面に所定のマークを形成し、これを
用いてアライメントを行う方法が既に提案されている。
この方法においては、プリアライメントされた基板は、
露光装置のステージに載置され、基板表面に形成された
パターンを観察して、再び基板の回転方向のずれ等の計
測を行う。

【０００４】上記のような従来の方法においては、基板
裏面のマークを利用してプリアライメントを行った後、
露光ステージ上で基板表面のパターンを観察して基板の
回転方向のずれ等を補正する構成であるため、基板の回
転方向のずれ等を補正するのに、２段階のアライメント
動作が必要である。また、基板裏面のマークの位置がず
れていると、プリアライメントの精度が低下し、その結
果、露光ステージ上での基板の回転方向のずれ等の補正
に時間がかかってしまう。

【０００５】一般に露光装置は、搬送装置を介して現像
装置（以下、「コーター・デベロッパー」という）と連
結されている。コーター・デベロッパーは、文字通り基
板にフォトレジストを塗布するコーターと、露光後の基
板上のパターンを現像するデベロッパーとを備えてい
る。搬送装置は、露光装置とコーター・デベロッパーの
間で基板の搬送（受け渡し）を行う。ところで、基板へ
の露光工程において、パターンの微細化に伴い、露光波
長も短波長化し、基板上のレジストも化学的に敏感で外
部環境の影響を受け易くなってきている。ところが、従
来の搬送装置は、外部環境に対して露出されているた
め、基板へ異物が付着する等の問題があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明の第１の目的は、基板の位置合わ
せ作業のスループットを向上させることにある。

【０００７】また、本発明の第２の目的は、搬送途中の
基板を外部環境より保護することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本出願の第１の発明においては、基板の表裏両面を
撮像し、撮像された基板の表裏両面の像に基づいて、基
板の表面のショット配列と裏面のマークとの相対的な位
置ずれを検出し、検出された情報に基づいて、基板の位
置合わせを行う。この時、好ましくは、基板の表面と裏
面の像は略同一面内において同時に撮像する。また、上
記のようなプリアライメント動作は、基板が所定の処理
位置に搬送される間に行うことが好ましい。

【０００９】また、本出願の第２の発明においては、露
光装置と処理装置との間で基板の搬送を行う搬送装置を
外部環境に対して遮閉している。

【作用】上記のような構成の本発明によれば、基板の表
裏両面を撮像して、基板の表面のショット配列と裏面の
マークとの相対的な位置ずれに基づいて、基板の回転方
向のずれの補正等の位置合わせを行っているため、従来
のように、露光装置内の露光ステージ上で基板の回転方
向のずれ等をあらためて補正する必要が無くなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を以下
に示す実施例に基づいて説明する。なお、本実施例は、
ウエハ上に所定のパターンを露光する半導体デバイス製
造用の投影露光システムに本発明を適用したものであ
る。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例の露光システム
を示す。この露光システムは、ウエハ１０をレチクル
（図示せず）のパターン像で露光する露光装置１２と、
露光されるべきウエハ表面にフォトレジストを塗布する
と共に、露光後のウエハの現像を行うコーター・デベロ
ッパー１４と、露光装置１２とコーター・デベロッパー
１４間のウエハの搬送を行うウエハ搬送装置１６とを備
えている。露光装置１２とウエハ搬送装置１６との間、
及びコーター・デベロッパー１４とウエハ搬送装置１６
との間のウエハ１０の受け渡しは、それぞれウエハ搬送
系１８と２０によって行われる。コーター・デベロッパ
ー１４は、フォトレジストの塗布装置及び現像装置の他
に、例えば複数のウエハを収納するウエハカセット（図
示せず）を備えている。

【００１２】ウエハ搬送装置１６は、ウエハの搬送機構
の他に、ウエハのプリアライメント機構を備え、各機構
は外部環境から遮蔽されている。すなわち、ウエハ搬送
装置１６内のクリーン度は、他の装置１２、１４のクリ
ーン度と同等又はそれ以上に設定され、ウエハ１０に塗
布されたレジストが搬送途中で化学的変化を起こさず、
更に異物が付着しないようになっている。このように、
搬送装置１６の内部環境の清浄化を図るには、例えば、
外部空気と取り入れ口に異物除去用のフィルターやケミ
カルフィルターを設置すると共に、各装置の接続部分が
外部環境に触れない構成とする。

【００１３】図２、図３及び図４は、それぞれウエハ搬
送装置１６を正面から、及び上方から見た様子、及びウ
エハ搬送装置１６内に配置されたプリアライメント機構
を示す。ウエハ搬送装置１６は、露光装置１２に連結さ
れたウエハ搬送系１８との間でウエハ１０の受け渡しを
行うウエハ受け渡しアーム２４と、コーター・デベロッ
パー１４に連結されたウエハ搬送系２０との間でウエハ
１０の受け渡しを行うウエハ受け渡しアーム２６とを備
えている。ウエハ受け渡しアーム２４と２６との受け渡
し部分の高さの違いは、上下に移動可能な搬送系２８に
よって調整される。ウエハ１０を保持するウエハチャッ
ク３０は、ステージ駆動系２９によってＸＹ２次元方向
に移動可能なステージ３１上に設置されている。ウエハ
１０の上空部分には、ウエハ表面１０ａを照明する照明
系３２と、ウエハ１０の表裏両面の像を撮像するＣＣＤ
カメラ３４とが備えられている。ＣＣＤカメラ３４は、
ウエハ搬送装置１６内に設けられた画像処理装置３６に
接続されている。

【００１４】ウエハチャック３０と搬送系２８との間に
は、ウエハ１０の裏面１０ｂの像をウエハ１０の表面１
０ａと同一平面に形成するウエハ裏面照明装置３８が設
けられている。ウエハ裏面照明装置３８は、所定波長の
光を出力する光源４０と、光源４０の出力光をガイドす
る光ファイバ４２と、光ファイバ４２の出力端から射出
した光をハーフミラー４６を介しウエハ１０の裏面１０
ｂに照射する照明光学系４４と、ウエハ１０の裏面１０
ｂ（マーク）の像をハーフミラー４６を介してウエハ１
０の表面１０ａと同一面内に結像させる結像光学系４８
とを備えている。光源４０から出力される光は、ウエハ
１０の表面１０ａに塗布されたフォトレジストを感光さ
せない波長の光であり、回折光等がウエハ１１０の表面
１０ａ側に回り込んでも露光パターンに影響を及ぼさな
いようになっている。

【００１５】図５は、ウエハ１０の裏面１０ｂを示す。
ウエハ裏面１０ｂの一部には、露光条件等が記録された
ウエハＩＤ５２と、その両側に配置された位置合わせマ
ーク５４ａ、５４ｂがそれぞれ形成されている。図にお
いて、破線で示されたマトリックス状に配列された領域
は、ウエハ表面１０ａに形成されたショット領域（露光
領域）である。本実施例においては、このショット配列
と位置合わせマーク５４ａ，５４ｂとを相対的に位置合
わせする。

【００１６】次に、図６を参照して、本実施例の動作に
ついて、ウエハ１０のプリアライメント方法を中心に説
明する。コーター・デベロッパー１４で表面１０ａにフ
ォトレジストが塗布されたウエハ１０は、ウエハ搬送系
２０及び受け渡しアーム２６によって、搬送装置１６内
のウエハチャック３０上に搬送される。この時、ウエハ
チャック３０は搬送系２８によって、受け渡しアーム２
６及びウエハ搬送系２０と同一高さ（以下、「上部受渡
し位置」という）に待機している。次に、ウエハチャッ
ク３０に保持されたウエハ１０を搬送系２８によって、
受け渡しアーム２４及びウエハ搬送系１８と同一高さ
（以下、「下部受渡し位置」という）まで降下する。本
実施例においては、ウエハ１０が上部受渡し位置から下
部受渡し位置に移動する搬送途中（以下、「プリアライ
メント期間」という）に、ウエハ１０のプリアライメン
トを行う。

【００１７】プリアライメント期間中に、ウエハ１０の
表面１０ａのショット配列をＣＣＤカメラ３４で撮像
し、撮像された画像を画像処理装置３６で処理し、ショ
ット配列の向きを検出する。例えば、ウエハ表面１０ａ
上のスクライブラインの形状を観察することにより、ウ
エハ裏面１０ｂの位置合わせマーク５４ａ，５４ｂ、及
びウエハＩＤ５２の存在する方向を合わせる。ここで、
ウエハ表面１０ａの各ショット領域が正方形の場合に
は、位置合わせマーク５４ａ，５４ｂは４方向（Ｄ１，
Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）に存在する可能性があるため、最大
で４回の計測が必要になる。また、各ショット領域が長
方形の場合には、位置合わせマーク５４ａ，５４ｂは２
方向に存在し得ることになる。また、ウエハ表面１０ａ
のショット領域内のパターンまでＣＣＤカメラ３４で撮
像する場合には、ウエハ裏面１０ｂのアライメントマー
ク５４ａ，５４ｂの位置を１方向に追い込むことができ
る。ＣＣＤカメラ３４においては、ウエハ搬送系２８の
上下方向の移動速度に追従するようにズームを調整し、
常に焦点がウエハ表面１０ａに合うようになっている。

【００１８】ウエハ裏面１０ｂの位置合わせマーク５４
ａ，５４ｂ及びウエハＩＤ５２の位置（方向）が検出さ
れたら、ウエハ表面１０ａと同一面内に結像しているウ
エハ裏面１０ｂの像（位置合わせマーク５４ａ，５４ｂ
及びウエハＩＤ５２）を、ＣＣＤカメラ３４によってウ
エハ表面１０ａのショット配列と同時に撮像する。画像
処理装置では、ＣＣＤカメラ３４によって撮像されたウ
エハ表裏両面１０ａ、１０ｂの像から、位置合わせマー
ク５４ａ，５４ｂの位置に対するウエハ表面１０ａのシ
ョット配列の回転ずれ等を算出する。なお、ウエハ表面
１０ａと裏面１０ｂとは必ずしも同時に画像処理する必
要はない。また、ウエハの外周にオリエンテーション・
フラットやノッチ等の切欠きが形成されている場合に
は、ウエハ表面の画像を取り込み、ウエハの外形からウ
エハ裏面のウエハＩＤ等のマークの位置を検出すること
ができる。

【００１９】次に、画像処理装置３６で検出されたウエ
ハ表面１０ａ上のショット配列の回転ずれ等の誤差デー
タに基づき、ステージ駆動系２９によってステージ３１
をＸＹ２次元方向に駆動して位置合わせ（プリアライメ
ント）を行う。上述したように、このようなプリアライ
メントは、ウエハ１０を上部受渡し位置から下部受けけ
渡し位置に搬送する間に行われる。下部受渡し位置に到
達したウエハ１０は、ウエハ受け渡しアーム２４及びウ
エハ搬送系１８によって、露光装置１２内に搬送され、
露光ステージ（図示せず）に載置される。露光ステージ
に載置されたウエハ１０は、既に精密なプリアライメン
トが行われているため、露光ステージ上ではウエハ１０
を容易にアライメントすることができる。露光装置１２
において、ウエハ１０の最終的な位置合わせが完了する
と、マスク（図示せず）に形成されたパターンの像でウ
エハ１０の表面１０ａを露光する。露光が終了したウエ
ハ１０は、ウエハ搬送装置１８及びウエハ受け渡しアー
ム２４によって搬送装置１６に搬送され、更に、ウエハ
受け渡しアーム２６及びウエハ搬送系２０によってコー
ター・デベロッパー１４内に搬入される。コーター・デ
ベロッパー１４内に搬入されたウエハ１０は、現像装置
（図示せず）によって現像処理が施される。

【００２０】次に、上述した第１実施例の変形例である
他の実施例について、図７〜図１３を参照して説明す
る。図７は、図４に示すプリアライメント装置３８の光
源の変形例である第２実施例を示す。図７に示す光源６
０は、空調機構６２によって取り囲まれ、光源６０の周
辺の空調を行いつつ光を射出するようになっている。本
実施例は、光ファイバー４２を配置するスペース的な余
裕がない場合に有効である。

【００２１】図８は、図４に示すウエハ表面１０ａを照
明する光源３２の変形例である第３実施例を示し、搬送
される（プリアライメントされる）ウエハの大きさが異
なる場合にも柔軟に対応できるようになっている。本実
施例におけるウエハ表面用照明系６６は、射出側に４枚
の羽根６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ（図９参照）か
らなる絞り６８を配置し、ウエハ１０の大きさに応じて
絞り１２の開口面積を調整するようになっている。絞り
１２の開口面積の調節は、４枚の羽根６８ａ，６８ｂ，
６８ｃ，６８ｄを図９の矢印の方向にスライドさせるこ
とによって行われる。なお、絞りとしては、ウエハ表面
１０ａが観測できる範囲に照明光が照射されれば良く、
絞りの形状及び羽根の枚数等は図示絞り６８に特に限定
されない。本実施例においては、照明系６６によって照
射範囲を制御すると共に、ＣＣＤ３４の撮像倍率をウエ
ハ１０の大きさ（外径）に応じて変更する。

【００２２】図１０及び図１１は本発明の第４実施例を
示す。本実施例は、ウエハ１０の裏面１０ｂに形成され
た位置合わせマーク５４ａ，５４ｂ及びウエハＩＤ５２
の照明系及び、撮像系をウエハ１０の大きさに応じて移
動可能にしたものである。ウエハ裏面照明装置（架台）
３８をガイド機構７２に沿って、ウエハ１０の放射方向
（図１１の矢印の方向）にスライド可能に構成してい
る。このような構成により、ウエハ１０の大きさが変わ
った場合、又は位置合わせマーク５４ａ、５４ｂ及びウ
エハＩＤ５２のウエハ裏面１０ｂ上での位置が変わった
場合にも、これらのマークを良好に撮像できる。ウエハ
１０の大きさの変化に対応する他の方法としては、ウエ
ハ裏面照明装置３８内の光学系の位置を固定し、ウエハ
ステージ３１を移動することによって、ウエハ裏面１０
ｂに形成された位置合わせマーク５４ａ、５４ｂ及びウ
エハＩＤ５２が照明光学系４４の真上に位置するように
する。

【００２３】図１２は、ウエハ１０の表面１０ａに形成
されたパターン７４と光源３２から射出される照明光７
６との関係を示す。図のように、一般的には、照明光７
６はウエハ表面１０ａに対してほぼ垂直に照射される。
本発明の第５実施例においては、図１３（Ａ）に示すよ
うに、照明光７６をウエハ表面１０ａに対して垂直から
若干傾斜した角度でパターン７４を照射するようにして
いる。これにより、同図（Ｂ）に示すように、パターン
７４の段差により影ができ、コントラストのあるパター
ンがＣＣＤ３４で撮像される。

【００２４】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の第１の発
明においては、基板の表裏両面を撮像して、基板の表面
のショット配列と裏面のマークとの相対的な位置ずれに
基づいて、基板の回転方向のずれの補正等の位置合わせ
を行っているため、基板の位置合わせ作業のスループッ
トが向上するという効果がある。

【００２６】また、本出願の第２の発明においては、露
光装置と処理装置との間で基板の搬送を行う搬送装置
を、外部環境と遮閉されたクリーンルーム内に設置して
いるため、搬送途中の基板を外部環境より保護できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例にかかる露光シス
テムの概略を示す概念図（正面図）である。

【図２】図２は、第１実施例の要部を示す正面図であ
る。

【図３】図３は、第１実施例の要部を示す平面図であ
る。

【図４】図４は、第１実施例の要部を示す構成図（正面
図）である。

【図５】図５は、第１実施例に用いられる基板の裏面を
示す平面図である。

【図６】図６は、第１実施例の主要な動作を示すフロー
チャートである。

【図７】図７は、本発明の第２実施例にかかる照明系を
示す概念図である。

【図８】図８は、本発明の第３実施例にかかる照明系を
示す概念図である。

【図９】図９は、第３実施例の要部を示す平面図であ
る。

【図１０】図１０は、本発明の第４実施例にかかる基板
裏面用の光学系を示す概念図（正面図）である。

【図１１】図１１は、第４実施例にかかる基板裏面用の
光学系を示す概念図（平面図）である。

【図１２】図１２は、基板に照射される照明光とパター
ンとの一般的な位置関係を示す説明図である。

【図１３】図１３（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の
第５実施例にかかる基板と照明光との位置関係を示す説
明図（正面図及び平面図）である。

【符号の説明】

１０・・・ウエハ１０ａ・・・ウエハ表面１０ｂ・・・ウエハ裏面１２・・・露光装置１４・・・コーター・デベロッパー１６・・・搬送装置１８，２０・・・ウエハ搬送系２４，２６・・・ウエハ受け渡しアーム２８・・・搬送系２９・・・ステージ駆動系３１・・・ステージ３２・・・光源３４・・・ＣＣＤカメラ３６・・・画像処理装置３８・・・ウエハ裏面照明装置５２・・・ウエハＩＤ５４ａ，５４ｂ・・・位置合わせマーク６８・・・絞り７２・・・ガイド機構７４・・・パターン７６・・・照明光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面上の複数のショット領域の露
光に先立ち、前記基板の裏面に設けられたマークに基づ
いて前記基板の位置決めを行うプリアライメント方法に
おいて、前記基板の表裏両面を撮像する撮像工程と；撮像された
前記基板の表裏両面の像に基づいて、前記基板の表面の
ショット配列と前記裏面のマークとの相対的な位置ずれ
を検出する位置検出工程と；前記検出された情報に基づ
いて、前記基板の位置合わせを行う位置合わせ工程とを
含むことを特徴とするプリアライメント方法。
【請求項２】前記撮像工程において、前記基板の表面
と裏面の像は略同一面内において同時に撮像されること
を特徴とする請求項１に記載のプリアライメント方法。
【請求項３】前記マークは、前記基板の所定の情報が
記録されたＩＤマークであることを特徴とする請求項１
に記載のプリアライメント方法。
【請求項４】前記撮像工程と、前記位置検出工程及び
前記位置合わせ工程とは、前記基板が所定の処理位置に
搬送される間に実行されることを特徴とする前記請求項
１に記載のプリアライメント方法。
【請求項５】基板の表面上の複数のショット領域の露
光に先立ち、前記基板の裏面に設けられたマークに基づ
いて前記基板の位置決めを行うプリアライメント装置に
おいて、前記基板の表裏両面を撮像する撮像手段と；撮像された
前記基板の表裏両面の像に基づいて、前記基板の表面の
ショット配列と前記裏面のマークとの相対的な位置ずれ
を検出する位置検出手段と；前記検出された情報に基づ
いて、前記基板の位置合わせを行う位置合わせ手段とを
含むことを特徴とするプリアライメント装置。
【請求項６】前記撮像手段は、前記基板の表面と裏面
の像は略同一面内において同時に撮像することを特徴と
する請求項５に記載のプリアライメント装置。
【請求項７】前記撮像手段は、略前記基板の表面に焦
点が合った単一の撮像素子と、前記基板の表面に対して
光を照射する第１の照明手段と、前記基板の裏面に光を
照射する第２の照明手段と、前記基板の裏面の像を前記
基板の表面と同一面内に結像させる手段とを含むことを
特徴とする請求項６に記載のプリアライメント装置。
【請求項８】前記マークは、前記基板の所定の情報が
記録されたＩＤマークであることを特徴とする請求項６
に記載のプリアライメント装置。
【請求項９】前記第１の照明手段は、前記基板の大き
さに応じて照明範囲を調節する手段を備えたことを特徴
とする請求項７に記載のプリアライメント装置。
【請求項１０】前記第２の照明手段は、前記マークの
位置に応じて照明位置を調節する手段を備えたことを特
徴とする請求項７に記載のプリアライメント装置。
【請求項１１】前記第１の照明手段は、前記基板の表
面に対して垂直より傾いた方向から光を照射するように
構成されていることを特徴とする請求項７に記載のプリ
アライメント装置。
【請求項１２】マスクに形成された所定のパターンを
基板の表面の複数のショット領域に露光する露光装置
と、露光後の基板の現像及び露光前の基板表面に感光材
を塗布する処理装置との間に配置され、当該露光装置と
処理装置間の基板の搬送を行う基板搬送装置において、前記基板の表面及び所定のマークが形成された該基板の
裏面を撮像する撮像手段と；前記撮像された像に基づい
て、前記基板表面の座標と前記マークとの相対的な位置
ずれを検出する位置検出手段と；前記検出された位置情
報に基づいて、前記基板の位置合わせを行う位置合わせ
手段と；前記基板の位置合わせを当該基板の搬送と同時
に進行させる制御手段とを含むことを特徴とする基板搬
送装置。
【請求項１３】前記撮像手段は、略前記基板表面に焦
点を合わせた単一の撮像素子と、前記基板表面に対して
光を照射する第１の照明手段と、前記基板の裏面に光を
照射する第２の照明手段と、前記基板裏面の像を前記基
板表面と略同一面内に結像させる手段とを含むことを特
徴とする請求項１２に記載の基板搬送装置。
【請求項１４】前記基板搬送装置の内部は外部環境と
遮閉されていることを特徴とする請求項１２に記載の装
置。