JPS63140548A - 平板状物体のアライメント方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、平板状物体のアライメント方°法に関する。

具体例を挙げれば、半導体デバイス製造装置または半導
体デバイス検査装置において半導体ウェハを位置合わせ
する方法、特に半導体ウェハの外形またはオリエンテー
ションフラットを利用して位置合わせを行なうプリアラ
イメントに続くファインアライメント法に係るものであ
る。

［従来の技術］ 半導体デバイス製造装置または半導体デバイス検査装置
における半導体ウェハのプリアライメントは半導体ウェ
ハのオリエンテーションフラット部分を機械的に押して
行なったり各種センサを使用してウェハの外形を非接触
に測定して行なったりする。この後者の場合近年精度よ
く半導体ウニへの外形を測定できるようになったためオ
リエンテーションフラットを一定の角度に高精度で位置
合せできるようになフた。しかしこれらのプリアライメ
ントでは、半導体ウニへの外形により位置決めを行なう
ため、実際には半導体ウェハ上に生成されているパター
ンとは無関係にオペレータが指定する位置に、半導体ウ
ェハを位置決めすることになる。このため半導体ウニへ
表面上に生成されているチップのパターン配列のウェハ
の外形に対する配置は初期工程での半導体焼き付は装置
による露光時のアライメント状態により決定されてしま
い、そのアライメント装置の基準位置に少しでもずれが
あると半導体ウェハ上に生成されているチップのパター
ン配列の位置と、目的とするそのチップのパターン配列
の位置との間に、同一のロットの半導体ウェハでほとん
ど同じ位置ずれが生じてしまう。

すなわち、プリアライメントの精度が高くても、半導体
クエへの外形に対するチップのパターン配列の位置ずれ
が一様に生じ、次のレーザスキャン装置や、テレビカメ
ラを用いた画像処理装置を用いての半導体ウェハ上のチ
ップのパターン配列のアライメント、すなわちファイン
アライメントを実施するとき前記の位置ずれは、見かけ
上プリアライメントの誤差となって現われ、ブリアラ゛
イメントの高い精度を有効に利用できないことになる。

また、ファインアライメントは、超高精度のため一般的
に計測範囲が狭く、例えば光学的手法の場合顕微鏡の視
野が狭い。そこでプリアライメントで生じた比較的大き
い位置ずれを検出するため、パターンマツチングという
、あらかじめ記憶されている信号のパターンにセンサや
カメラからの入力信号のパターンが一致する場所を検知
するプロセスをファインアライメントで採用して、視野
外にある目的のパターンを見つけるための模索が行なわ
れる。特に半導体クエへの角度ずれが生じていると、半
導体ウェハの外周に近づくに従い模索の範囲が広くなり
、アライメントに費やす時間が長くなり、装置のスルー
プットが落ちたり、最悪の場合には、ファインアライメ
ントが不可能となることもあるという問題があった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明の目的は、半導体ウェハ等の平板状物体の外形に
対するパターン配列のずれ例えばプリアライメントまた
は露光時のアライメント誤差により生じる半導体クエへ
の表面のチップのパターン配列の目標位置に対するずれ
を、自動的に補正し、パターンマツチングにおける模索
を不要とした状態でパターンマツチングを行ない、位置
合わせを行なう平板状物体のアライメント方法を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に従う平板状物体のアライメント方法においては
、平板状物体の外形に対する平板状物体の表面上のパタ
ーンの配列のずれ量を微（ファイン）アライメントの前
に補正して２枚目以降の平板状物体の位置合わせを行な
う。

すなわち本発明の平板状物体のアライメント方法は、平
板状物体の外形から該物体を指定位置に合わせ、該物体
の表面のパターン配列又はスクライブラインから該パタ
ーン配列の目標位置に対するずれ量を決定して微小位置
合わせを行ない、上記平板状物体に続く平板状物体につ
いては、まず外形から指定位置に合わせ、上記ずれ量に
従って後続の平板状物体の位置の補正を自動的に行なっ
た後、微小位置合わせをする。

［実施例］ 添付図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。半
導体デバイス検査装置であるウエハプローバのアライメ
ントに本発明を適用した場合について詳細に説明する。

ウエハプローバのアライメントは第１段階としてのプリ
アライメントと第２段階としてのファインアライメント
とから構成されている。

第１段階では静電容量センサを用いて、クエへを吸着し
て回転するウェハチャックを静電容量センサの下でスキ
ャンさせてウニへの外形を測定する。角度の位置合せは
、測定結果によりウェハのオリエンテーションフラット
が指定角度となるようウェハチャックを回転させること
により行ない、モしてｘｙ座標の位置合せは、ｘｙステ
ージをクエへの中心のずれ量を打ち消すように動かすこ
とにより行なう。

第２段階のファインアライメントでは、プリアライメン
トされたウェハの表面に生成されているチップのパター
ンを顕微鏡に取り付けたテレビカメラにより検出し、画
像処理装置のパターンマツチングの方法を利用してチッ
プのパターンを２ケ所以上で測定することにより、ウェ
ハの位置合せをする。ファインアライメントの方法の一
例を、第１図を参照して以下に詳述する。半導体ウェハ
に整列しているたくさんのＩＣチップの中の１つのチッ
プのその中の一部のパターンを基本パターンとして画像
処理装置に記憶している。最初半導体ウェハの中心部（
第１図ａ）付近でパターンマツチングを行ないその点の
座標を測定する。次にＸ軸方向にウェハチャックを８勤
し、半導体クエへの外周部（第１図ｂ）でパターンマツ
チングを行なって半導体ウェハ上に整列しているＩＣチ
ップ列の主として角度についての位置ずれを測定し補正
する。最後にＸ軸方向反対側の外周部（第１図Ｃ）でパ
ターンマツチングを行ない、位置ずれの再確認と再補正
を行ないファインアライメントを終了する。このファイ
ンアライメント系は、情報処理装置により制御される。

特に第１図は、半導体ウェハの外形の基準となるオリエ
ンテーションフラットが位置合わせられ、このオリエン
テーションフラットに対してチップパターン列が理想的
に生成されている場合を示す。

第２図は、半導体ウェハのオリエンテーションフラット
が位置合せされているが、このオリエンテーションフラ
ットに対してチップパターン列が角度Δθだけずれて生
成されているため、アライメントの目的角度に対し、チ
ップパターン列が角度Δθずれている場合を示す。

あるひとつのロフト内の何枚もの半導体ウェハの表面に
は同じようにチップが生成されるので第２図に示す角度
のずれはそのロット内のウェハすべてに生じる。またｘ
ｙＸ軸方向位置ずれについても同様である。

第２図に示したウェハを何枚もアライメントして行く過
程に、本発明を採用して角度ずれを修正する場合を説明
する。

同一ロットのウェハをアライメントしていく過程におい
て、第１段階のプリアライメントによりオリエンテーシ
ョンフラットは前もって指定されている角度θ。に毎ロ
アライメントされる。このとき第２図に示すように、ク
エへの外形とパターンとの間に、Δθだけのずれ量があ
るものとする。また、第２段階のファインアライメント
では、記憶しているチップのパターンを参照してウェハ
上の異なる２点で（第２図点ａ、ｂ）パターンのマツチ
ングを行なう。

まず、最初の１枚目のクエへのアライメントでは、ａ点
の近傍が視野に入ってくる。このａ点はウェハの中心付
近であるので、角度ずれの影響は少ない。そこで、パタ
ーンマツチングを行ない、マツチング点であるａ点の座
標を得る。次にｂ点を捜すためにウェハ外周に視野を移
すが、見えてくるのはｂ′点の近傍である。この点では
ｂ点が見えないため、模索をくり返し、マツチング点で
あるｂ点の座標を得る。この２点の座標を比較、計算し
てアライメントを行なうための回転方向のずれ量Δθを
求める。ここでΔθはプリアライメントのずれ量である
ということを学習する。学習したプリアライメントのず
れ量Δθに従ってθ。

を補正し、補正されたアライメント角度θ１を得る。

２枚目のウェハのオリエンテーションフラットは、１枚
目と同様に、プリアライメントにより角度θｏにアライ
メントされる。しかし、ファインアライメントでは、オ
リエンテーションフラットは、補正量Δθを含めた補正
されたアライメント角度θ１になるように位置合わせさ
れ、パターンマツチングの測定が開始される。この結果
新たな回転方向のずれ量が求まる。このずれ量により補
正されたアライメント角度θ２を得る。この０２と前回
の０１の平均値を０２′とする。３枚目のクエへのオリ
エンテーションフラットは角度θ。にプリアライメント
され、ファインアライメントで、オリエンテーションフ
ラットは補正量を含めた角度０２′になるように補正さ
れ、パターンマツチングの測定が開始される。これによ
り、また新たなアライメント角度θ３を得る。このθ３
と前回での０２とθ、の平均をとり、θ３′とする。４
枚目以降も同様に行なう。

ここでずれ量は角度の相対値、角度θ１゜θ２．θ５．
θ２′、０３′は角度の絶対値である。

ここで述べた仔１では、２枚目以降、ｎ枚目のクエへの
オリエンテーションフラット指定角度θｎ−１′は次式
で表される。

（ｎ−２，３，４，・・・・・・） 以上が本発明の角度ずれに関する一実施例であるが、こ
れからも明らかなようにプリアライメント終了時のチッ
プのパターン配列の目標位置に対するずれ量を決定し、
次のウェハのアライメントのプリアライメント完了後か
らファインアライメントでの測定前までの間に先行ウェ
ハのプリアライメントのずれ量に従って位置決めを修正
する学習機能を有している。

ｘｙｙ軸方向ずれ量の補正に関しても、上記と同様にし
て、Ｘ座標軸、Ｘ座標軸のずれ量を修正することができ
る。

前記の実施例では、アライメントごとに得られるオリエ
ンテーションフラットの指定角度をその前のウェハの位
置データを利用し、平均化して新たな角度を得ているが
、プリアライメント精度が非常に高い場合には、最初の
１枚目で得られたオリエンテーションフラットの指定角
度θ１を２枚目以降の指定角度として共通に使用しても
よい。

また、同様な理由から、平均化を行なわず、１枚目以降
径られるθ１、θｌをもとに２枚目でのずれ量で補正さ
れたθ２、θ２をもとに３枚目でのずれ量で補正された
θ３というθ。−１のデータをｎ枚目のウェハのオリエ
ンテーションフラットの指定角度としてもよい。

以上説明したようにファインアライメント終了時のウニ
への修正回転角度を次のクエへのアライメントに活用し
ていく学習機能により、第２図に示すような、オリエン
テーションフラットに対してΔθだけウェハ上のパター
ン列がずれていても２枚目以降のウェハは、第３図に示
すように、ファインアライメントの測定前までにウェハ
上のパターン列を目的とする角度にそろえることができ
る。従来の学習補正機能のないアライメントでは、各ウ
ェハごとのファインアライメント時に、ウェハ外周部で
、画像処理装置などの視野に入ってくるのは、第２図ｂ
′点近傍であり、マツチング点の第２図す点はファイン
アライメント時の狭い視野には入ってこない。このため
、ｂ′点付近をステージを動かしながら模索をくり返し
てｂ点を見つけるという作業をしなければならなかった
が、この発明により最初の１枚目だけで模索は済み、２
枚目以降は模索の必要はなくなり、それだけ装置のスル
ーブツトを向上させることができ、又アライメントエラ
ーの発生を抑制して装置の信顆性を向上させることがで
きる。

Ｘ釉、ｙ軸方向のずれについても同様の効果を得ること
ができる。角度方向のずれはないが、Ｘ軸方向のウェハ
上のパターンの位置すれがΔｘ１ｙ軸方向のウェハ上の
パターンの位置すれがΔｙのクエへを第４図に示す。従
来法によれば、ファインアライメント時に画像処理装置
などの視野に入ってくるのは第４図ａ′の近傍及び第４
図ｂ′の近傍であり、ファインアライメント時の狭い視
野ではマツチング点であるａ点及びｂ点が見えないため
ステージを動かしながら模索しなければならなかった。

しかし、この発明によれば、ファインアライメントの測
定の直前までにウェハ上のパターン列が第５図のように
目的位置に粗（ブリ）アライメントされるので、模索は
最初の１枚目だけで済み、２枚目以降は模索の必要はな
くなり、それだけ装置のスルーブツトを向上させること
ができ、又アライメントエラーの発生を抑制して装置の
信頼性を向上させることができる。

第６図は、上述のアライメント方法を適用したウエハプ
ローバの一例を示す。同図において、１１は被処理ウェ
ハ、１２はウェハチャック、１３（１３Ｘ　、　１３ｙ
　）はＸＹステージ、１４ｘはＸステージ駆動部、１４
ｙはＹステージ駆動部、１５は静電容量センサ、１６は
情報処理装置、１７は顕微鏡、１８はテレビカメラ、１
９は画像処理装置である。

ウェハチャック１２は被処理ウェハ１１を吸着保持する
とともにウェハ１１をその面内（ＸＹ平面内）でθ方向
に８動（回転）する。ＸＹステージ１３はＸステージ１
３ｘとＹステージ１３ｙからなり、被処理ウェハ１１を
ウェハチャック１２ごと搭載してＸＹ平面内で平行移動
する。Ｘステージ駆動部１４ｘはＸＹステージ１３をに
方向に駆動し、Ｙステージ駆動部１４３１はＸＹステー
ジ１３をＹ方向に駆動する。

第６図の装置において、プリアライメントおよびファイ
ンアライメントは、ＸＹステージ１３上に載せられたウ
ェハチャック１２上で行なわれる。図中、ウェハ１１、
ウェハチャック１２およびＸＹステージ１３は点線がプ
リアライメント位置Ａにある状態、点線がファインアラ
イメント位置已にある状態を示している。

静電容量センサ１５はプリアライメントの過程でウェハ
位置検出のため使用される。このセンサ１５の下でウェ
ハチャック１２がＸＹ方向に動き、情報処理装置１６は
センサ１５の出力に基づいてウェハ１１の外形を認識し
、プリアライメントを行なう。

プリアライメントされたウェハ１１は、ＸＹステージ１
３によりファインアライメント位置Ｂに送られる。ファ
インアライメント位置Ｂの上方には顕微鏡１７が配置さ
れ、この顕微鏡１７にはテレビカメラ１８が取り付けら
れている。画像処理装置１９は、テレビカメラ１８の映
像出力に基づいてファインアライメント位置Ｂにおける
ウェハ１１上に生成されているチップおよびその配列の
目標位置（指定角度）からのずれを検出する。ここでは
、パターンマツチングの方法を利−用してウェハ１１上
に生成されているチップの位置ずれをＸＹステージ１３
を動かすことにより２箇所以上で測定し、この測定結果
に基づいて情報処理装置１６の制御のもとにファインア
ライメントを行なう。

第７図は、第６図の装置における基本的なフローチャー
トの一例を示す。先に第１〜５図を参照して述べたよう
に、ウニへの外形の位置補正は、プリアライメント終了
後のファインアライメントの過程で行なわれる。

［発明の効果］ 本発明は粗（ブリ）アライメントの結果としての総合的
な誤差をパターンマツチングを行なう前に微（ファイン
）アライメントの段階で補正し、ファインアライメント
でのパターンマツチングにおいて視野内に目標を確実に
捕えるようにすることにより、模索動作を不要とし、フ
ァインアライメントの時間を短縮し、装置のスルーブツ
トを向上させそれと同時に、アライメントエラーの発生
を抑制して装置の信頼性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半導体ウェハのオリエンテーションフラット
が位置合わせされ、オリエンテーションフラットに対し
てチップパターン列が理想的に生成されている半導体ウ
ェハを示す。 第２図は、半導体ウニへのオリエンテーションフラット
が位置合わせされ、その才リエンテーションフラットに
対してチップパターン列が角度Δθだけずれて生成され
、そのためアライメントの目的角度に対しチップパター
ン列が角度Δθだけずれている半導体ウェハを示す。 第３図は、ファインアライメントの測定の直前までにウ
ェハ上のパターン列が目的角度にアライメントされた半
導体ウェハを示す。 第４図は、半導体ウェハのオリエンテーションフラット
が位置合わせされているが、そのオリエンテーションフ
ラットに対するチップパターン列がＸ軸方向、Ｘ軸方向
にそれぞれΔＸ、Δｙずれて生成されている半導体ウェ
ハを示す。 第５図は、ファインアライメントの測定の直前までに、
ウェハ上のパターン列が目的位置にアライメントされた
半導体ウェハを示す。 第６図は、本発明が適用されたウエハブローバの一実施
例の概略構成図である。 第７図は、第６図の装置の動作を示すフローチャートで
ある。 図中二 １：オリエンテーションフラット ２：半導体ウェハ ３：チップ ４ニスクライブライン ５：理想的なスクライブライン ６；パターンずれによるスクライブライン７：補正のな
い位置合わせのウニ八位置８：補正後のウェハ位置 Δθ：パターンの角度ずれ量 Δｘ：パターンのＸ軸方向のずれ量 Δｙ：パターンのＸ軸方向のずれ量 １１：被処理ウェハ １２：ウェハチャック １３　（１３ｘ　１３ｙ　）　：　Ｘ　Ｙステージ１４
ｘ：Ｘステージ駆動部 １４／：Ｙステージ駆動部 １５：静電容量センサ １６：情報処理装置 １７：顕微鏡 １８：テレビカメラ １９；画像処理装置 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　組 節ｊ図 第２凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平板状物体の外形から該物体を指定位置に合わせ、 該物体の表面のパターン配列又はスクライブラインから
   該パターン配列の目標位置に対するずれ量を決定して微
   小位置合わせを行ない、 上記平板状物体に続く平板状物体については、まず外形
   から指定位置に合わせ、上記ずれ量に従って後続の平板
   状物体の位置の補正を自動的に行なった後、微小位置合
   わせをすることを特徴とした平板状物体のアライメント
   方法。 ２、前記補正が、第２枚目以降の平板状物体を最初の平
   板状物体で得られたずれ量に従って修正した位置に配置
   する特許請求の範囲第１項に記載の平板状物体のアライ
   メント方法。 ３、前記補正が、第２枚目の平板状物体を最初の平板状
   物体で得られたずれ量に従って修正した位置に配置し、
   この第２枚目の平板状物体のずれ量に従って修正した位
   置に第３枚目の平板状物体を配置し、以下このようにし
   て第（ｎ−１）枚目の平板状物体のずれ量に従って修正
   した位置に第ｎ枚目の平板状物体を配置する特許請求の
   範囲第１項に記載の平板状物体のアライメント方法。 ４、前記補正が、最初の平板状物体の基本指定位置とそ
   の指定位置で生じたずれ量とから決定した第１の修正指
   定位置に第２枚目の前記の基本指定位置にプリセットし
   た平板状物体を配置し、前記の第１の修正指定位置とそ
   の位置で前記の第２枚目の平板状物体に生じたずれ量と
   から決定した第２の指定位置と前記の第１の修正指定位
   置との平均から決定した第２の修正指定位置に第３枚目
   の前記の基本指定位置にプリセットした平板状物体を配
   置し、以下このようにして、第（ｎ−１）枚目の平板状
   物体で生じたずれ量と第（ｎ−２）の修正指定位置とか
   ら決定した第（ｎ−１）の指定位置と第（ｎ−２）の修
   正指定位置との平均から決定した第（ｎ−１）の修正指
   定位置に第ｎ枚目の前記の基本指定位置にプリセットし
   た平板状物体を配置する特許請求の範囲第１項に記載の
   平板状物体のアライメント方法。