JPH0685410B2

JPH0685410B2 - ウエハの位置合せ方法

Info

Publication number: JPH0685410B2
Application number: JP58109069A
Authority: JP
Inventors: 準一井上; 豊小野; 政隆八田; 趣明赤坂
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS60750A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ウエハの位置合せ方法に関する。

（従来の技術及びその問題点）ウエハ位置合わせを行なうのに、白熱光やレーザ・ビー
ムを使用してウエハ位置を認識し、ウエハを位置合わせ
する装置については従来知られているところである。こ
のようなウエハ位置合わせ装置においては、従来一般に
ウエハ表面に白熱光やレーザ・ビームを照射し、その散
乱光を利用して強弱値の閾値を２値化するか、または相
対的な反射量を比較することにより位置を認識してい
る。

しかし、半導体ウエハは半導体素子の形成過程において
高温状態に晒したり、各種の化学薬品等による処理を行
なうために、半導体素子が形成されたウエハの表面は均
一な表面状態ではなくなっている。この均一性は同種の
ウエハ間、または一枚のウエハ内の各チップ間において
もまったく同じチップ構造が製造されるにも拘らず、チ
ップの表面が若干ながら異なっている場合がある。

これらの理由で、位置合わせなどの目的でウエハ表面に
白熱光やレーザ・ビームを照射した場合、上記理由によ
り反射によって生ずる散乱光が安定していないのが実情
である。例えば、第１図に示すようにウエハ内にある１
個のチップ１と他の１個のチップ２の表面状態が若干異
なるとすると、当該チップに白熱光やレーザ・ビームを
照射した場合、照射したこれらの光はチップ1,2の表面
で散乱し、各散乱光の強弱値はチップの表面状態で当然
異なってくる。これをより均一にするため白熱光やレー
ザ・ビームの照射面積を拡大したり、また当該情報量を
多くする必要から撮像管（I.T.V）あるいは撮像素子等
を使用し、またデータ処理時に多値閾値を設定する手段
がとられている。しかし認識時間の増大、周辺回路が複
雑になる欠点があり、且つ装置の信頼性の低下等を招く
ものであった。いずれにしても表面状態の均一性がない
ものを、そこから得られる散乱光による単なる強弱値で
判別するものとしても、完全な認識は非常に困難であ
る。３はＸ軸基準面、４はカーフ線である。

さらに、ウエハ表面の反射で生じる回折像から位置合わ
せすることは特開昭51-6478,特開昭53-111280,特開昭57
-138134に記載されている。

本発明は、ウエハの位置合せ方法を提供するものであ
る。

（実施例）以下第３図に基づいて、本発明の実施例を説明する。所
定の強さのレーザ・ビーム６を発信するレーザ発生管５
と、凸レンズ７を介してこのレーザ発生管５から発信し
たレーザ・ビーム６を受光し、これを直線状レーザ・ビ
ーム11に変換する１以上の円柱レンズ８ないし９と、得
た直線状レーザ・ビーム11を互いに直交するパターンを
チップ配列方向のＸ軸又はＹ軸方向に持つウエハ上に照
射し、かつ反射光を透過するビームスプリッタ10と、こ
れに対し所定間隔に保持されたセンサ群15と、センサ群
15に回折像を生起させるフーリエ変換レンズ18とよりな
るものである。

次に本発明の作用について説明する。予め互いに直交す
るパターンをチップ配列方向のＸ軸又はＹ軸方向に持つ
当該ウエハ表面に直線状レーザ・ビーム11を照射し、当
該反射によって生じる回折像を基本パターンとして、セ
ンサ群15で抽出し、格納する。この反射光17よりなる回
折像基本パターンは第４図に示すように、ウエハ表面状
態の情報である。その情報を抽出する手段として、セン
サ群15を使用する。このセンサ群15を通してウエハ表面
の状態を格納手段に格納する。この格納手段としては周
知の半導体集積回路の記憶回路等が使用できる。なお、
第４図（ａ），（ｂ）において22は回折像の検出面、23
はセンサ群の配置された面、24はウエハの表面である。

次に上記の回折像基本パターンと、位置合わせすべきウ
エハの表面状態から得た回折像パターンとを比較し、そ
の一致具合を比較信号として出力する。この比較手段と
しては周知の半導体集積回路の演算回路等が使用でき
る。この比較信号に基づいて前記ウエハを移動させて位
置合わせを行なう。

より詳細に説明すると、互いに直交するパターンをチッ
プ配列方向のＸ軸又はＹ軸方向に持つウエハ16の表面に
照射されるレーザ・ビーム12は、ウエハ16の表面で反射
された光量のみ、ビームスプリッタ10及びフーリエ変換
レンズ18を通してセンサ群15に到達し、センサ群15の位
置で回折像25を第７図のように得る。そのためにはウエ
ハ16の表面に照射される照射領域においてレーザ・ビー
ム12を平行光線に近づける必要がある。すなわち第３図
に示すようにレーザ発生管５からレーザ・ビーム６を発
信し、凸レンズ７でこのレーザ・ビーム６を拡散した
後、円柱レンズ8,9で拡散した光を一方向のみ収光し
て、平行光線に変換する。なお得られた平行光線による
直線状レーザ・ビーム12の長さに関しては、ウエハ16内
に存在するチップ21の少なくとも数チップにわたる長さ
にする。

回折像を抽出するためのセンサ群15は第４図に示す例に
おいては９個１組になっており、直線状レーザ・ビーム
12で生じた回折像を効果的に利用できるように配置され
ている。勿論その数は必要に応じて増減すれば良い。こ
のセンサ群15は、ウエハ16内のチップに直線状レーザ・
ビーム12が照射されると、照射されたウエハパターンの
形状に対応する回折像を捕捉する。第７図に示すよう
に、この回折像は直線状レーザ・ビーム面積に対応する
回折像25として現れる。上述のように直線状レーザ・ビ
ーム12を広面積に照射することは、各チップ内のパター
ンや、カーフ線近辺の表面状態が多少不均一であって
も、狭いビームに比べてその回折像25を巨視的に鮮明に
得ることができる。しかも外部に特別な回路を設けるこ
となく、簡単で高速な認識を可能とするものである。

次に本発明を一実施例に基づいて説明する。初め最初の
基本ウエハ認識を説明し、この基本ウエハと同種のチッ
プ配列を有する次ウエハに対しての認識と位置合わせを
説明する。

まず最初の基本ウエハはプリアライメントと呼ばれる、
オリエンテーションフラット、即ちオリフラ部を利用し
た機構を使い、基本ウエハの平行度が粗調整される。次
にこの基本ウエハ（チップのX,Y方向のサイズは周知で
ある。）上へ、レーザ発生管５より発信されて第３図に
示した上記レンズ系を通り、直線状レーザ・ビーム12が
照射される。この直線状レーザ・ビーム12は、チップの
形状に応じて適宜反射される。当該反射によって生ずる
回折像はセンサ群15の各々に第７図に示すような回折像
25として現れる。すなわち、直線状レーザ・ビーム12が
その長さ方向成分と平行な、チップのパターン構造が連
続しているカーフ線19、もしくは20の位置に照射される
と、反射により第７図に示すような回折像25が得られ
る。

次に直線状レーザ・ビーム12が基本ウエハ上を少なくと
も１チップ以上同一軸線上左右に移動することにより、
各センサS₁〜S₉へ第10図に示す回折像による出力が得ら
れる。次に、基本ウエハ上に形成されたチップ配列方向
のＸ軸又はＹ軸方向に、２チップ以上の長さを有する直
線状レーザービームを照射し、この照射の直線方向に直
交する方向に前記直線状レーザービーム又は前記基本ウ
エハを相対的に１チップ以上移動する際の前記基本ウエ
ハからの回折像を検出する。従って直線状レーザ・ビー
ム12が、第９図に示すように破線から実線まで１チップ
以上移動する際に、第10図に示すように特徴的なピーク
点が現出した点Ａを仮のＸ軸の基準線とすることができ
る。以上のことから判明したように、必ずしもカーフ線
が存在する必要はなく、第11図に示すように１チップ内
の最も長い平行な成分26,27が存在すれば、その位置を
基準線とすることができる。

勿論カーフ線が最も長く連結する平行成分である場合に
は、自動的にカーフ線を基準線として認識する。

その際直線状レーザ・ビーム12を90°回転させれば、Ｘ
軸も同様に認識できる。直線状レーザ・ビーム12の回転
は、第２図および第３図に示すようにモータ14の回転に
よりレンズ系を回転することにより行なう。Ｙ軸上の基
準線は基本ウエハの上下位置において角度の補正をする
ように基本ウエハを回転し、微調整を行なうことによ
り、直線状レーザ・ビーム12に関する一連の作業を完了
する。その後Ｘ軸、Ｙ軸の基準線上で各々の回折像を抽
出し、回折像基本パターンとして格納する。

続いて同種のチップ配列を有する次ウエハに対する認識
と位置合わせについて説明する。プリアライメント完了
後、オリフラ部を利用して平行度を粗調整された次ウエ
ハは、最初の基本ウエハと同様に直線状レーザ・ビーム
12により照射される。直線状レーザ・ビーム12により生
じた回折像と、既に格納されている回折像基本パターン
とを比較し、最も似た場所を第９図に示すように１チッ
プ移動中に認識し、これを基準線として角度調整を行
う。次に基準線の近辺にて回折像基本パターンの回折像
を比較し、最も合致する位置をもってＸ軸の認識点とす
る。直線状レーザ・ビーム12を90°回転し、同様にＹ軸
の認識点とするものである。以上により位置合わせを完
了する。

上記したウエハ位置合わせは以上のように構成したの
で、次のような利点を有している。

１）センサ群15が反射によって生ずる回折像を捕捉して
回折像として認識するため、従来に比してより安定度の
高い認識ができる。

２）従来のようにカーフ線を目安として認識するのに比
べ、カーフ線が必ずしも存在する必要はなく、１チップ
内にＸ軸、Ｙ軸共に直線状レーザ・ビーム12と平行する
パターン成分が存在していれば認識できるので、すべて
のウエハの位置合わせができる。

３）最も長い成分の位置をＸ軸、Ｙ軸の位置合わせのた
めの場所として使用できるので、カーフ線内にテスト・
エレメントグループ（TEST ELEMENTGROUP）と呼称され
るモニタチップが存在していても、安定した認識が可能
である。

（発明の効果）以上説明したように本発明方法によれば、２チップ以上
の長さを有する直線状レーザ・ビームの照射される直線
方向に直交する方向に前記直線状レーザービーム又はウ
エハを１チップ以上移動する際の、前記ウエハからの反
射回折像を比較することで、前記ウエハの位置合わせを
行なうので、高精度な位置合わせを高速に実行できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーフ線、チップおよびウエハの形状を示す平
面図、第２図は本発明で使用するレンズ系を示す斜視
図、第３図は第２図における直線状レーザ・ビーム12を
モータ14の回転により90°回転した斜視図、第４図
（ａ）はセンサ群15によりウエハの情報を抽出すること
を示す斜視図、同図（ｂ）はその立面図、第５図は第４
図（ｂ）のＲ面からウエハを見た、直線状レーザ・ビー
ム12の断面図、第６図は第４図（ｂ）のＱ面からセンサ
群15を見た断面図、第７図は第４図のＳ面からウエハを
見た断面図、第８図は第10図のセンサ出力と対応させる
ためにセンサ群15に符号を付した断面図、第９図はチッ
プを移動してウエハの情報を格納するための拡大図、第
10図はセンサ群15の出力を示すグラフ、第11図はカーフ
線がなくともチップ内のＸ軸、Ｙ軸成分で位置合わせで
きることを示す平面図である。 1,2……チップ、３……Ｘ軸基準面４……カーフ線、５……レーザ発生管６……レーザ・ビーム、７……凸レンズ 8,9……円柱レンズ、10……ビームスプリッタ 11,12……直線状レーザ・ビーム 13……レンズ系、14……モータ 15……センサ群、16……ウエハ 17……反射光 18……フーリエ変換レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭51−6478（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−138134（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−111280（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直交するパターンをチップ配列方向
のＸ軸又はＹ軸方向に持つ基本ウエハのオリフラ部を利
用して、前記基本ウエハの平行度を粗調整する粗い位置
合わせを行なう第一の工程と、前記基本ウエハ上に形成されたチップ配列方向のＸ軸又
はＹ軸方向に、２チップ以上の長さを有する直線状レー
ザービームを照射し、この照射の直線方向に直交する方
向に前記直線状レーザービーム又は前記基本ウエハを１
チップ以上移動する際の前記基本ウエハからの反射回折
像を検出し、記憶する第二の工程と、前記基本ウエハと同種のチップ配列を有する次ウエハと
を移し変え、この次ウエハの平行度を粗調整する粗い位
置合わせを行なう第三の工程と、前記次ウエハ上に形成されたチップ配列方向のＸ軸又は
Ｙ軸方向に２チップ以上の長さを有する直線状レーザー
ビームを照射し、この照射の直線方向に直交する方向
に、前記直線状レーザービーム又は前記次ウエハが１チ
ップ以上移動する際の前記次ウエハからの反射回折像と
前記記憶された基本ウエハの反射回折像とを比較し、そ
の一致具合を信号として出力する第四の工程と、この工程により得られた前記信号に基づいて、前記次ウ
エハを移動させて位置合わせする第五の工程とを具備し
たことを特徴とするウエハの位置合わせ方法。