JPS6235638A - ウエハ自動位置合わせ装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、集積回路などの製造過程において使用させる
各種の装置、例えば半導体ウニへ検査装置等に好適なエ
バ自動位置合わせ装置に関するものである。

（発明の背景） 集積回路などの製造工程においては、例えばマスクパタ
ーンとウェハ上のパターンとの位置合わせ、半導体ウェ
ハ上に多数形成されたチップとプローバの針との位置合
わせなど、半導体ウェハの位置合わせは重要な技術的課
題である。そしてこの位置合わせを正確かつ迅速に行っ
て、生産性を向上させることが強く要望されている。

特に最近においては、取り扱うウェハサイズが必ずしも
一致しない場合があり、このような異なるサイズの半導
体ウェハの位置合わせを自動で良好に行う装置が要望さ
れる。

（発明の目的） 本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、半導体
ウニへの位置合わせを正確かつ迅速に行うことができる
ウェハ自動位置合わせ装置を提供することを目的とする
ものである。（発明の概要）本発明は、第１撮像手段に
よって、ウェハをアライメント用ステージに搬送する際
にウェハアライメント情報を得るとともに、第１アライ
メント手段によって得られたウェハアライメント情報に
基づき、ウェハをアライメント用ステージに載置する際
にウェハのプリアライメントを行い、次に、第２撮像手
段によってアライメント用ステージ上のウェハのパター
ンアライメント情報を得、この情報に基づいて第２アラ
イメント手段によりウェハ七のパターンのファインアラ
イメントを行うことを技術的要点としている。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例につい
て説明する。

第１図及び第２図には、本発明の一実施例が示されてい
る。これらのうち、第１図は一部断面した正面図であり
、第２図は平面図である。これら第１図及び第２図にお
いて、右側の装置は、ウェハ１のプリアライメント用装
置Ａであり、左側の装置は、ウェハ１のファインアライ
メント用装置Ｂである。まず、プリアライメント用装置
Ａについて説明する。対象となるウェハ１は、図示しな
いウェハカセッＩ・等に収納されている。このウェハカ
セッ）・からウェハ１を取出すアーム２は、先端部分が
略コ字状に形成されており、ウェハ１を真空チャック２
ａによって真空吸着できるようになっている。このアー
ム２は、第２図の矢印Ｆ１で示す方向に回転可能である
とともに、第１図、第２図の矢印Ｆ２の方向に摺動可能
に構成されている。すなわち、搬送テーブル６は、駆動
モータ７によって矢印Ｆ２方向に移動可能となっており
、この搬送テーブル６上に駆動モータ８が設けられてい
る。そして、この駆動モータ８の回転軸にアーム２の一
端が接合されており、これによって矢印Ｆ１方向への回
転が行なわれろようになっている。

アーム２上の適当な位置には、ＣＯＤラインセンサ（以
下、「ラインセンサ」という）３、光学系４、光源５が
各々配置されている。光源５から出た光は、ウェハ１上
で反射され、光学系４によってラインセンサ３上に結像
するようになっており、ウェハ１上のパターンがライン
状に撮像されるようになっている。すなわち、ウェハ１
が矢印Ｆ２の方向に移動することにより、ウェハ１上の
パターンないし画像が走査されて画像信号がライセンサ
３から出力されるよう（こなっている。

次に、ファインアライメント用装置Ｂについて説明する
。第１図及び第２図において、ステージ９には、真空チ
ャック９ａが設けられており、ウェハ１を真空吸着でき
るようになっている。ステージ９は、テーブル１７上に
設けられており、このテーブル１７に設けられたステー
ジ回転モーフ１４、Ｘ軸駆動モータ１５、Ｘ軸駆動モー
タ１６によってステージ９を矢印Ｆ３．Ｆ４で示すＸ。

ｙ方向に移動できるとともに、所定軸に対して回転でき
るようになっている。

ステージ９の上方には、光電変換素子１０、光学系１１
、光源１２、ハーフミラ−１３が設けられており、光源
１２から出た光がハーフミラ−１３によってウェハ１上
に照射され、ウェハ１によって反射された光は、ハーフ
ミラ−１３及び光学系１１を介して光電変換素子１０に
入射結像するようになっている。

次に、上記実施例の全体的動作について説明する。まず
、第１ステツプとして、第１図又は第２図に示すように
、図示しないウェハカセットからウェハ１をアーム２の
先端部分に吸着して取出す。

次にとのウェハ１は、ファインアライメント用装ＭＢに
対してウェハ１を引き渡すために、矢印Ｆ５の方向に移
動する。この移動中において、ウェハ１上の画像がライ
ンセンサ３によって読み取られる。そして読み取った画
像情報により、図示しない演算手段例えばコンピュータ
等によって必要なデータ処理が行われ、ウェハ１のサイ
ズ、ウェハ１の中心あるいはオリエンテーションフラッ
ト（以下、単に「オリフラ」という）の位置が求められ
る。第３図にはウェハ１と光学読取手段とが示されてい
る。この図に示すように、ウェハ１が矢印Ｆ５方向に移
動すると、光源５の光はウェハ１に反射され、光学系４
により縮小されてラインセンサ３に入射結像する。これ
によって、第４図の縦線て示ずようにウェハ１上がスキ
ャンされ、画像データがラインセンサ３から出力される
。

第５図には、得られた画像データのうち、ウェハ１のエ
ツジ部分に対応する点が示されている。

この図のうち、Ｘはアーム移動量であり、ｙはライセン
サ３のエレメント位置である。この画像データは、ウェ
ハ１とその背景とのコントラストから求められろ。そし
て、ウェハサイズは、第５図に示す点間距離の最大値か
ら求められる。

次に、第５図に示す点を結んだ線の変化量（微分出力に
相当する）を求めると、第６図に示すようになる。この
図のうち、たて軸ｙ′は、前記ｙの変化ｉ（微分値に相
当する）である。また、Ｃ＋　　Ｃ２で示す綿が、第５
図の上側の線の変化量に対応し、Ｄ　、　−Ｄ　２で示
す線が第５図の下側の線の変化量に対応する。

ここで、第５図に示すように、ウェハ１のオリフラ１ａ
がｙ軸すなわちラインセンサ３の配列方向と平行でない
場合には、第６図のＥ−Ｆで示すようにオリフラ１ａに
相当する部分の変化量が一定となる。従って、この変化
量一定部分がない場合は、オリフラ１ａがｙ軸と平行で
あると判断され、それ以外の場合は、オリフラ１ａがｙ
軸と平行でないと判断される。更に、オリフラ１ａがＸ
軸の上側又は下側のし）ずれにあるかは、ウェハ１の中
心すなわち変化量が「０」の位置からのデータすなわち
ドツトの数の多少によ恒判断される。

次に、オリフラ１ａがｙ軸と平行でない場合の方向すな
わちオリフラ１ａのＸ軸に対する角度の求め方について
第７図を参照しながら説明する。

第７図に示すように、オリフラ１ａの端点Ｅ、　Ｆの座
標を各々（ｘＥ、ｙＥ）、（ｘＦ、ｙＦ）とすると、Ｘ
軸上の仮りの中心■１を通るオリフラ１ａに対する垂直
線とＸ軸とのなす角度θは、θ＝０，０−・　・Ｆ−・
Ｅ ■＝７「−−−（１１ となる。これによってオリフラ１ａの方向が求められろ
。

次に、ウェハ１のオリフラ１ａのない所に、ｙ軸及びＸ
軸に対して平行な線に−Ｌ、Ｍ−Ｎを想定する。Ｋ、Ｌ
、Ｍ、Ｎの各点の座標を（ｘｋ。

ｙＫ）、（ｘ　Ｌ＋　ｙ　Ｌ）　、（Ｘ　Ｍ、　ｙ　Ｍ
）、（ＸＮ、ｙＮ）　、とし、ウェハ１の中心Ｇの座標
を（ｘＧ、ｙＧ）　とすると、 ＸＧ−ｘＮＮ１３　　　・　　　　（２）ｙＧ−ＡコＬ
（３） となる。

次に、上述した仮の中心Ｈの座標を（ｘＨ，ｙＨ）（な
お、ｙＨ＝０である）とすれば、中心Ｇ−Ｈの距離は、 Ｄ　ｘ　＝　ｘ　Ｇ　−ｘ　Ｈ・−−（４］Ｄｙ＝ｙＧ
−ｙＨ−・・　（５） となる。これらのＤｘ、Ｄｙが、ウェハ１をアーム２か
らステージ９へ移送載置する前に駆動モータ１５，１６
によってステージ９を変位させる補正量となる。すなわ
ち、駆動モータ１５，１６によってあらかじめステージ
９の中心がＧの位置となるように補正してやれば、ステ
ージ９の中心にウェハ１の中心Ｇが一致する。

次に、ウェハ１の中心Ｇは、必ずオリフラ１ａの垂直２
等分線上に存在する。従って、この垂直２等分線とＸ軸
との角度は、上述したθである。

よって、角度θだけウェハ１を回転してやれば、オリク
ラ１ａがｙ軸と平行となり、プリアライメント操作が終
了する。

次に、ファインアライメントを行う第２ステツプについ
て説明する。まず、搬送テーブル６が受渡し位置ＰＡに
移送されろとともに、ウェハ１は、アーム２の駆動によ
って、この位置ＰＡでアーム２上からステージ９上に移
送載置される。なお、このウェハ１移送に必要なその他
の手段は図示されていないが、例えば、多数の針状の突
起をステージ９上から一時的に突出させることによって
ウェハ１をアーム２から浮かしてその間にアーム２を抜
き去り、この後突出部を下げウェハ１をステージ９に載
置するように構成される。このような操作を行うため、
アーム２の先端部分は、略コ字状の形状となっている。

ステージ９上に載置されたウェハ１上の画像例えばスト
リートは、光学系１１を介してラインセンサ１０により
撮像され、ラインセンサ１０から画像データが出力され
る。この画像データは、例えば図示しないコンピュータ
手段に入力され、ファインアライメントが行われる。

まず、第１図に示す光学読取手段に、ウェハ１の中心Ｇ
を合わせろ。中心Ｇは、上述したプリアライメン）・操
作時に求めらており、ウェハ１のアーム２からステージ
９に対する移送時に補正が行われているので、かかる位
置合わせは容易である。

以上のようにして、ラインセンサ１０の出力をみると、
例えば第８図のＱＡの領域が撮像されているときには、
第９図（Ａ）に示すような画像データが得られる。すな
わち、領域ＱＡ内のスドリ−ｌ−１８の部分とその他の
部分とで信号のレベルが変化する。次に、第８図ＱＢの
ように、１チツプサイズだけウェハ１を移動させると、
ストリート１８とラインセンサ１０とが必ずしも直交し
ていないため、ラインセンサ１０の出力のエツジ部分が
若干シフトすることとなる。

そこで、エツジ位置をＶＩＩＹ２とし、チップサイズを
Ｃχとすると、ラインセンサ１０に対するストリート１
８の傾き角ＱＡＩよ、 ９人−ｔａｎ−１−ＬＪ−Ｌ　　　　　　　　　　　　
　　　（６）Ｃχ となる。このθＡ　ｔＪけウェハ１を駆１１１１モータ
１４によって回転させると、ファインアライメントにお
ける粗ファインアライメントが終了する。

次に、第１０図に示すように、ラインセンサ１０に対し
てＸ方向にウェハ１を１チツプサイズずつ移動させる。

例言すれば、ウェハ１に対してラインセンサ１０を相対
的に−Ｘ方向に移動させろ。そして、ラインセンサ１０
によってス■・リート１８が検出されない位置Ｘ１が求
められ、さらには、位置ｘいから１チツプサイズ内側の
位置Ｘ２がＸ方向の端部位置として求められる。また、
ラインセンサ１０に対し、−Ｘ方向にウェハ１を１チツ
プサイズずつ移動させ、上記と同様にしてストＩＪ　−
＋−１８が検出されない点ｘ４及びこれより１チツプサ
イズ内側の点Ｘ３が端部位置として求められる。

ラインセンサ１０が位置Ｘ２にあるときのストリートに
対応する信号エツジ位置が第１１図（Ａ＞に示すように
ｙ２であり、ラインセンサ１０が位置Ｘ３にあるときの
スト＋Ｊ　−１−に対応する信号エツジ位置が同図ＣＢ
）に示すようにｙ３であるとすると、ウェハ１とライン
センサ１０との傾き補正角θＢは、 θＢ−ｔａｎ−１−Ｌ１−ｕ　　　、、、　、、、　、
、、　、、、　（７１Ｘ３−−Ｘ　　２ で与えられる。この補正角θＢだけウェハ１を回転させ
ることにより、ファインアライメントが終了する。

そして、かかるファインアライメント終了後、オリフラ
１ａの近傍に設けられたコード（例えばＳＥＭＩ規格の
もの）あるいはバーコード等を、第１２図に示すように
ラインセンサ１０により読み取る。この読み取り時の走
査は、第１２図に示すいずれかの矢印方向にステージ９
によりウェハ１を移することにより行われる。読み取ら
れた情報は、ウェハ１の管理情報として使用される。

次に第３ステツプについて説明する。このステップは、
検査又は加工を最初に行うべきファーストチップを検索
する。

まず、第１３図に示すように、ウェハ１のＸ方向の中心
部分がラインセンサ１０によって撮像去れるような位置
Ｐａにウェハ１を移動する。次に、１チツプサイズずっ
−ｙＸ方向ウェハを移動させ、２本のストリート１８が
同時に検出されない点Ｐｂを見いだす。

次に、Ｘ方向に１チツプサイズずつウェハ１を移動させ
、ストリート１８が１本も検出てきない点Ｐｃを見いだ
し、１チツプサイズ戻したＰｄにスタートチップ１９が
存在する。この点Ｐｄにラインセンサ１０があるときの
出力信号は第１４図（Ａ）のようになり、同図ＣＢ）に
示すようにラインセンサ１０上のアライメント原点ｙ０
にス）・リート１８が来るようにウニｔｚ　１を位置合
わせする。

この時のステージ９のｙ軸のアドレスｙＱがアライメン
トのｙ軸の原点となる。次に第１５図に示すようにウェ
ハ１を移動さぜ、ラインセンサ１０の位置がｅからＦと
なってストリ−１・１８にかかる位置となるようにする
。すなオ）ち、ラインセンサ１０の出力が第１６図（Ａ
）から（Ｂ）に変化するようにウェハ１を移動させろ。

この時のステージのｙ軸のアドレスＸｏがアライメント
のｙ軸の原点となる。以上の操作により、ウェハ１のア
ライメントが終了する。

重役、このステージ９上でウェハ１の検査や加工が各チ
ップ毎に行われる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によるウェハ自動位置合わ
せ装置によｔ］ば、アライメン）・用ステージに搬送ず
ろ途中に第１撮像手段がウェハ上の画像のデータを読み
取り、該ステージ」二にウェハが載置されたら直ちに該
データに基づきウェハのブリアラメイトを行うので、効
率的なウェハの位置合わせが可能となる。

また、上記実施例によればウェハ上にコード等で示され
ている情報も読み取られるので、ウェハの種類の判別等
の管理も良好に行うことができろ。

さらに上記実施例によればプリアライメントの工程にお
いて、ウェハの中心を求め、このウェハ中心をファイン
アライメント用の第２撮像手段に対して位置決めし、そ
れからストリートラインの切れ目を検出してアライメン
ト原点を求めること（ファーストチップの検索）を行う
のでサイズが異なる種々のウェハに対処できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面した側面図、
第２図は第１図の装置の平面図、第３図はプリアライメ
ント時の撮像状態を示す説明図、第４図は撮像時のスキ
ャンを示す説明図、第５図はウェハ上のエツジ部分の点
を示す説明図、第６図は第５図のデータの変化量を示す
説明図、第７図はウェハのデーク処理例を示す説明図、
第８図はウェハ上のストリートとラインセンサとの位置
関係を示す説明図、第９図（Ａ）、ＣＢ）は第８図のス
トリート上にあるラインセンサの出力信号波形を示す線
図、第１０図はウニ／）上のストリートラインセンサと
の位置関係を示す説明図、第１１図（Ａ）、（Ｂ）は第
１０図のストリート上にあるラインセン−りの出力信号
波形を示す線図、第１２図（まコード化されたデータの
読み取りを示す平面図、第１３図はファーストチップ検
索を示す説明図、第１４図（Ａ）、（Ｂ）は第１３図の
端部ス１−リ−）−上にあるラインセンサの出力信号波
形を示す線図、第１５図はｙ軸に対するアライメントの
原点出しを示す説明図。第１６図（Ａ）。 （Ｂ）は第１６図のス）・リート上にあるラインセン１
すの出力信号波形を示す線図である。 （主要部分の符号の説明） １　ウェハ、］ａ　オリエンテーションフラット、２　
アーム、２ａ、９ａ　　真空チャック、３゜１０−ライ
ンセンサ、４，１１　光学系、５゜］２　光源、６，１
７　テーブル、７，８，１４゜１５．１６　　駆動用モ
ータ、９　ステージ、１３鏡、１８　ス）・リート、１
９　ファース１、チップ。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第ｆ図 第２図 第８図　　　　第９図 第２６図　　　　　　第１／図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウェハをアライメント用ステージに搬送する際に、ウェ
   ハアライメント情報を得る第１撮像手段と、 ウェハをアライメント用ステージに載置した後に該手段
   によって得られたウエハアライメント情報に基づいて、
   ウェハのアライメントを行う第１アライメント手段と、 アライメント用ステージ上のウェハのパターンアライメ
   ント情報を得る第２撮像手段と、該手段によつて得られ
   たパターンアライメント情報に基づいてウェハ上のパタ
   ーンのファインアライメントを行う第２アライメント手
   段とを具備することを特徴とするウェハ自動位置合わせ
   装置。