JPH1022201A - アライメントマーク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントマークを確実かつ短時間に検出
することができるアライメントマーク検出装置を提供す
る。 【解決手段】 試料上の一定領域ごとに順次アライメン
トマークの検索を行い、アライメントマークが存在する
領域を認識するための撮像装置１と、認識されたアライ
メントマークの存在領域を記憶する記憶装置２とを備
え、記憶されたアライメントマークの存在領域のデータ
に基づいて検索領域を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
のアライメントマークを検出するアライメントマーク検
出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置等では基板に加工を施す
前に、基板上のアライメントマークを検出し、検出され
たアライメントマークに基づいて基板のアライメントを
行う必要がある。アライメントマークの検出は、一定の
領域を写し出す撮像装置を備えたアライメント検出装置
を用いて行うが、撮像装置で写し出せる範囲はアライメ
ントマークを検出する分解能との関係で制限される。こ
のため撮像装置での観察範囲にアライメントマークが現
れるまで、逐次基板が載置されたステージをずらすこと
によりアライメントマークの検出を行う。

【０００３】図９は従来のアライメント検出装置の観察
範囲を示したものであり、ステージの移動によって９つ
の領域の映像を予め定められた所定の順序（〜）で
撮像装置に逐次取込み、それぞれの領域でアライメント
マークの有無を検出する。一旦アライメントマークが検
出されると、取込まれた映像に基づいてアライメント動
作を行うので、９つの領域のすべてを撮像する前にアラ
イメントマークが検出されれば、残りの領域についてア
ライメントマークの検索をする必要はない。例えば、図
９に示すの領域でアライメントマークが検出できれ
ば、残りの８つの領域の検索を行うことなくアライメン
ト作業に入ることができる。一方、９つの領域のいずれ
についてもアライメントマークが検出できなかった場合
には、検出エラーとして処理される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば半導体
基板のロット間のばらつきに起因して、アライメントマ
ークがの領域から離れた位置に集中すると、アライメ
ントマークも検出まで長時間かかる。また、さらにずれ
量が大きくなると、アライメントマークが９つの領域内
で検出される割合が減少してしまう。このように、予め
設定された観察領域の中心から実際のアライメントマー
クの位置がずると、従来の装置ではアライメントマーク
の検出に時間がかかったり、あるいは検出範囲を変更す
るのに煩雑な作業を必要とした。したがって、アライメ
ントやアライメント検出装置の調整に時間がかかり、半
導体製造コストを押上げる結果を招く。

【０００５】本発明の目的は、アライメントマークを確
実かつ短時間に検出することができるアライメントマー
ク検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明は、試
料上の一定領域ごとに順次アライメントマークの検索を
行い、アライメントマークが存在する領域を認識する検
索手段１，３，４と、検索手段１，３，４により認識さ
れたアライメントマークの存在領域を記憶する記憶手段
２と、記憶されたアライメントマークの存在領域のデー
タに基づいて検索手段１，３，４による検索領域を変更
する制御手段４とを備えることにより上述の目的が達成
される。請求項２に記載の発明は、試料上の一定領域ご
とに順次アライメントマークの検索を行い、アライメン
トマークが存在する領域を認識する検索手段１，３，４
と、検索手段１，３，４により認識されたアライメント
マークの存在領域を記憶する記憶手段２と、記憶された
アライメントマークの存在領域のデータに基づいて検索
手段１，３，４による各領域の検索順序を変更する制御
手段４とを備えることにより上述の目的が達成される。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図８を用いて、本発
明によるアライメントマーク検出装置の一実施の形態に
ついて説明する。

【０００９】図１に示すように、本実施の形態のアライ
メントマーク検出装置は半導体基板を撮影する撮像装置
１と、アライメントが検出された領域等を記憶する記憶
装置２と、半導体基板が載置された半導体製造装置の移
動ステージ（不図示）を駆動する移動ステージモータ３
と、撮像装置１、記憶装置２および移動ステージ駆動モ
ータ３を制御するＣＰＵ４とを備える。

【００１０】次に、図２を用いて本実施の形態の装置の
動作について説明する。ステップＳ１では不図示の基板
搬送装置により移動ステージに基板を搬入する。ステッ
プＳ２では記憶装置２からアライメントマークの検索領
域および検索順序を読み込む。ここで、記憶装置２には
基板のうちアライメントマークの検索を行う領域につい
ての情報が記憶されている。また、撮像装置１により観
察する範囲が限定されているため、上述の領域を撮像装
置１により撮影する順序が記憶されている。

【００１１】ステップＳ２では、ステップＳ２において
読み込まれた情報に従って撮像装置１による映像の取込
みを行う。続くステップＳ３では、ＣＰＵ４において取
込まれた映像に基づいて撮像範囲にアライメントマーク
が存在するか否かを判定する。アライメントマークが検
出されないと判定されればステップＳ５へ進み、ステッ
プＳ２で設定された検索領域をすべて検索し終わったか
否か判断する。ステップＳ５において検索領域をすべて
検索したと判断された場合には、検索領域にアライメン
トマークが存在しなかったことを意味するので、検出エ
ラーであると判定してステップＳ１２へ進み、検出エラ
ーである旨を記憶装置２に記憶してステップＳ８へ進
む。ステップＳ５において、まだ検索領域が残っている
と判定されればステップＳ３へ戻り、ステップＳ３で
は、ステップＳ２で設定された検索順序に従って移動ス
テージを移動し、次の撮像範囲についての撮像を行う。
ステップＳ４においてアライメントマークを検出したと
判定されればステップＳ６へ進み、検出したアライメン
トマークの座標を記憶装置２に記憶する。

【００１２】このようにステップＳ３〜ステップＳ５で
は、ステップＳ２で設定された検索領域および検索順序
に従ってアライメントマークの検索を行い、前回の撮像
範囲においてアライメントマークが検出できなかったと
きには、アライメントマークが検出されるまでステップ
Ｓ２で設定された順序に従って検索領域内の検索を続行
する。また、アライメントマークが検索された場合には
アライメントマークの座標を記憶し（ステップＳ６）、
検出エラーと判定された場合には、検出エラーを記憶す
る（ステップＳ５、１２）。

【００１３】ステップＳ６において検出されたアライメ
ントマークの座標を記憶した後、ステップＳ７ではアラ
イメントマークの座標に基づいて移動ステージ駆動モー
タ３を制御して基板のアライメントを行う。また、アラ
イメントされた基板に対して所定の加工を施す。加工終
了後、ステップＳ８において加工された基板を搬出す
る。なお、ステップＳ５において検出エラーと判定され
た場合にはステップＳ１２からステップＳ８へ進むの
で、この場合にはアライメントも加工も行われることな
く、ステップＳ８において基板が搬出される。

【００１４】ステップＳ８における基板搬出の後、ステ
ップＳ９ではアライメント検出データの読み込みが行わ
れる。例えば、今回の基板が１０枚目の基板であった場
合には、図２に示すシーケンス動作がすでに１０回繰返
されており、ステップＳ６またはステップＳ１２におい
て、１０枚の基板についてのアライメントマークの座標
あるいは検出エラーであった旨が記憶装置２に記憶され
ている。ステップＳ９では、前回までに蓄積されたアラ
イメントマークに関するこれらの情報を読み込む。

【００１５】ステップＳ１０では、ＣＰＵ４において、
ステップＳ９で読み込まれた情報に従い次に加工する基
板についての最適なアライメントマークの検索領域およ
び検索順序を演算する。そして、演算された検索領域お
よび検索順序がステップＳ２において読み込まれた検索
領域および検索順序と異なっていると判定されればステ
ップＳ１１へ進み、記憶装置２の検索領域および検索順
序を書き換える。また、ステップＳ１０において演算さ
れた検索領域および検索順序がステップＳ２で読み込ま
れたものと同一であると判定されれば、リターンする。

【００１６】例えば今回の基板が１０枚目の基板である
とした場合に、ステップＳ６あるいはステップＳ１２で
記憶された１０枚分の情報に基づいて、次の基板（１１
枚目の基板）について最適な検索条件（検索領域および
検索順序）をステップＳ１０で演算する。そして、演算
された１１枚目の検索条件とすでに検索を終了した１０
枚目の基盤の検索条件とが異なっている場合にのみ、検
索条件の書き換えを行う。１１枚目および１０枚目の検
索条件が同一の場合には書き換えを行う必要がないの
で、記憶装置２の情報を書き換えることなく、１１枚目
のアライメントマーク検出を行う。このように１１枚目
の基板のアライメントマークの検出は、蓄積された１０
枚分の情報に基づいて演算された検出条件に従って行わ
れることとなるので、アライメントマークが短時間で検
出されることが期待される。

【００１７】次に、ステップＳ１０において行われる演
算の内容について説明する。上述の検索条件のうち、検
索領域については、例えば前回までのアライメントマー
ク検索において検出エラーの頻度が高かった場合、すな
わち検索領域外にアライメントマークが存在する頻度が
高い場合に、検索領域を拡大あるいは移動させることに
より検出確率を高めることができる。また、アライメン
トマークの検出時間を短縮するために、撮像装置による
検出順序を変更することができる。

【００１８】−検索領域の拡大、縮小および移動− 上述のシーケンスでは、新たな基板のアライメントマー
クの検索が終了する度ごとに、次の基板の検索条件につ
いてそれまで蓄積された情報に基づいて演算を行うよう
にしている（ステップＳ１０）が、例えば最初の１０枚
については予め設定された検索条件のままアライメント
マークの検索を行うようにしてもよい。この場合、最初
の１０枚のうちアライメントマークの検出のできなかっ
た数、すなわち検出エラーが多かった（例えば３枚以上
であった）場合には、１１枚目から例えば２０枚目まで
の間、検索領域を拡大することができる。そして検出領
域を拡大することによりアライメントマークの検出頻度
を高めてアライメントマークの位置の情報を蓄積した
後、アライメントマークの頻度が高い部分に検索領域を
絞り込むことにより効率的にアライメントマークの検出
を行うことができる。

【００１９】以下、図３を用いてさらに具体的に説明す
る。図３（ａ）は検出領域を９つの撮像範囲から２５の
撮像範囲に拡大する場合を示している。例えば最初の１
０枚の基板について、９つの撮像範囲からなる領域１０
１で〜で示す矢印の順にアライメントマークの検出
をした結果、検出エラーが多かった場合には、１１枚目
からは検索領域を２５の撮像範囲からなる領域１０２に
切替える。領域１０２の検索を例えば１０枚分（１１枚
目〜２０枚目）行ったときの情報からアライメントマー
クの各撮像範囲での検出頻度が判明するので、図３
（ｂ）に示すように、３０枚目以降についてはその情報
に応じて検索領域を領域１０３に絞り込む（移動させ
る）ことができる。このように、検出領域を領域１０１
から領域１０３へ切替えることにより、アライメントマ
ークの検出確率を高めることができるので、全体として
製造時間を短縮することができる。

【００２０】図４では、領域１０１における検出時のア
ライメントマークの分布情報に基づいて、拡大された領
域１０４を領域１０１に対して予めずらして設定してい
る。これは、領域１０１で検出されたアライメントマー
クの分布が図４の×印で示されるようなものだった場合
に、検索領域を領域１０４に切替えれば、図３で示す領
域１０２に切替える場合よりもアライメントマークがよ
り確実に検出されるであろうとの予測に基づくものであ
る。次に、領域１０４におけるアライメント検索の結
果、領域１０５を検索領域として設定することが適切で
あることが演算される。

【００２１】図５では、検索範囲を移動する場合を示し
ている。図５では領域１０１において所定回アライメン
トマークの検索を行った結果に従い、検索領域を領域１
０６に移動し、次に領域１０１および領域１０６におけ
る検索結果に基づいて検索領域を領域１０７へ移動して
いる。さらに、領域１０１、領域１０６および領域１０
７における検索結果に基づいて検索領域を移動したのが
領域１０８である。このように、前回までの検索結果を
蓄積してアライメントマークがより確実に検出できると
予測される領域に検索領域を移動させることにより、ア
ライメントマークの検出に必要な時間を短縮することが
できる。検索領域を移動させるタイミングとしては、１
回の検索ごとに演算を行って検索領域を移動させてもよ
いし、複数回（例えば１０回）の検索ごとに検索領域を
移動させてもよい。

【００２２】なお、検索領域をどの程度の大きさとすべ
きか、すなわち、どの範囲まで検索した場合に検出エラ
ーとしてアライメントマークの検出をあきらめるのか
は、製造工程を流れる基板等の数や検出エラーとされた
基板の取り扱い方（例えば再利用するか、あるいは廃棄
するか等）により変動する。したがって、製造コストを
全体として最も低減する条件を選択するのが望ましい。

【００２３】−検索順序の制御− 図６は、検索領域を領域１０１に固定したまま、領域１
０１内での検索順序のみを入れ替えた場合を示してい
る。図６（ａ）に示すように、〜の順序で撮像範囲
を移動する検索を例えば１０回行った結果に基づいて、
アライメントマークの検出頻度の順に各区画に順位を付
け、この順位に従った順序で検索を行うようにしたもの
が図６（ｂ）である。図６（ｂ）の〜は検索順序を
示している。この場合、アライメントマークが検出され
る頻度の高い区画を優先して検索するので、アライメン
トマークが実際に検出されるまでの時間の期待値（平均
値）を短縮することができる。なお、アライメントマー
クの検出の順序の変更は毎回の検索ごとに行ってもよい
し、所定回（例えば１０回）の検索ごとに行ってもよ
い。

【００２４】次に、図７は検索領域内の検索順序の制御
と検索領域自体の移動とを同時に行う場合を示したもの
である。図７（ａ）では検索領域を領域１０１から領域
１０６へ移動している（図５、図７（ｂ）参照）。図５
において説明したように、領域１０６への移動は領域１
０１での検索時の検索結果に基づいて行われたものであ
る。この場合、領域１０６の中心部が最も検出頻度が高
くなるであろうと予測されるので、検索順序は領域１０
１におけるのと同様に、中央部から周辺部への順序に設
定されている。

【００２５】これに対して図８では、領域１０１におけ
る検索（図８（ａ））結果に基づく領域１０６への検索
領域の移動（図８（ｂ））の後、さらに領域１０６内で
の検出頻度に応じて検索順位を変更した場合（図８
（ｃ））を示している。このように、検索領域の移動の
みならず、移動した領域１０６における検索順位を適切
化することにより、アライメントマークの検出時間をさ
らに短縮することができる。

【００２６】−変形例− 検索条件（検索領域あるいは検索順位）を決めるための
情報としては、検出されたアライメントマークの座標を
用いる他、撮像装置により区画された領域を特定する情
報のみを用いてもよい。もちろん、撮像装置による区画
が特定されるのみの場合には、アライメントマークの座
標を使用する場合に比べて最適な検索領域あるいは検索
順序を決定する演算精度が低下するが、この場合には記
憶装置２の記憶容量が少なくて済むという利点がある。

【００２７】検索条件を演算するのに使用する情報とし
て、基板のロットごとに情報を区別し、例えば同一ロッ
トの基板の検索情報のみに基づいて検索条件を演算する
ようにしておけば、ロット間のばらつきに対応すること
ができる。また同一ロットではあっても多数の基板を連
続して加工する場合に、例えば、なんらかの事情で時間
の経過とともにアライメントマークが一方向にずれてく
るような傾向が見られる場合には、蓄積された情報を一
律に扱うのではなく、直前の検索情報の比重を大きくし
て検索条件を演算するようにしてもよい。これにより時
間経過に伴う変動に対処することができるようになる。

【００２８】なお、アライメントマークの検出にあたっ
ては、まず撮像装置による低倍率での観察によってアラ
イメントマークを発見した後、本実施の形態で示したよ
うな高倍率での観察を行ってアライメントマークを検出
するとともに、その座標を測定するという方法が採用さ
れる場合がある。この場合には、撮像装置での低倍率の
観察によりアライメントを視野内に導いた後、低倍率視
野内のアライメントマークの位置に基づきアライメント
マークの部分を含むように撮像装置の倍率を高倍率に切
替える。ところが、低倍率時におけるアライメントマー
クの発見を容易にしたいという要求とともに、高倍率時
にはアライメントマークの座標を正確に測定したいとい
う要求をも満たす必要があるので、撮像装置の低倍率と
高倍率との間の倍率差が極めて大きくなる。したがっ
て、低倍率から高倍率への切替え時にアライメントマー
クを確実に視野内に確保することは困難であり、アライ
メントマークが視野から外れやすくなる。このような現
象は撮像装置の倍率切替え時の一種の癖ともいうべきも
のであり、個々の装置により、またアライメントマーク
の位置等に応じて高倍率時の視野からの外れ方には一定
の傾向がある。したがって本発明によるアライメントマ
ーク検出装置によればこのような撮像装置の一定の傾向
をキャンセルすることができるので、低倍率による観察
と高倍率での観察を組合せてアライメントマークの検出
を行う場合において、高倍率の視野にアライメントマー
クを短時間で取込むことが可能となり、アライメントマ
ークの検出時間を短縮することができる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、記憶さ
れたアライメントマークの存在領域のデータに基づいて
検索手段による検索領域を変更するので、アライメント
マークを確実に検出できるとともに、検出時間を短縮す
ることができる。請求項２に記載の発明によれば、記憶
されたアライメントマークの存在領域のデータに基づい
て検索手段による各領域の検索順序を変更するので、ア
ライメントマークの検出時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメントマーク検出装置の一
実施の形態を示すブロック図。

【図２】一実施の形態のアライメントマーク検出装置の
動作を示すフローチャート。

【図３】検索領域の拡大および移動を示す図であり、
（ａ）は検索領域の拡大を示す図、（ｂ）は検索領域の
拡大および移動を示す図。

【図４】検索領域の拡大と移動を同時に行う場合を説明
する図。

【図５】検索領域を順次移動する場合を示す図。

【図６】検索順序の変更を示す図であり、（ａ）は変更
前を示す図、（ｂ）は変更後を示す図。

【図７】検索領域の変更と検索順序の制御を示す図であ
り、（ａ）は検索領域のみを変更する場合を示す図、
（ｂ）は変更される検索領域の相互関係を示す図。

【図８】検索領域の変更と検索順序の変更をともに行う
場合を示す図であり、（ａ）は最初の検索条件を示す
図、（ｂ）は検索領域のみを変更した状態を示す図、
（ｃ）はさらに検索順序を変更した後の状態を示す図。

【図９】従来のアライメントマーク検出装置の検索条件
を示す図。

【符号の説明】

１ 撮像装置 ２ 記憶装置 ３ 移動ステージ駆動モータ ４ ＣＰＵ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料上の一定領域ごとに順次アライメン
   トマークの検索を行い、アライメントマークが存在する
   領域を認識する検索手段と、 前記検索手段により認識されたアライメントマークの存
   在領域を記憶する記憶手段と、 記憶された前記アライメントマークの存在領域のデータ
   に基づいて前記検索手段による検索領域を変更する制御
   手段とを備えることを特徴とするアライメントマーク検
   出装置。
2. 【請求項２】 試料上の一定領域ごとに順次アライメン
   トマークの検索を行い、アライメントマークが存在する
   領域を認識する検索手段と、 前記検索手段により認識されたアライメントマークの存
   在領域を記憶する記憶手段と、 記憶された前記アライメントマークの存在領域のデータ
   に基づいて前記検索手段による各領域の検索順序を変更
   する制御手段とを備えることを特徴とするアライメント
   マーク検出装置。