JPH0684755A - アライメントマークの検出装置とその検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で確実な検出を行えるアライメン
トマークの検出装置とその検出方法を提供すること。 【構成】 ウエハ表面１０ａに所定角度で光を出射する
光源２と、反射光の光軸２ｂに対して略垂直に受光面３
ａを向けた第１受光素子３と、戻り光の光軸２ｃに対し
て略垂直に受光面４ａを向けた第２受光素子４とから成
る検出装置１で、光源２から光を出射しながらその照射
位置を移動し、第１受光素子３にて反射光の有無および
受光位置を検出し、第２受光素子４にて戻り光の受光位
置を検出して、これらの検出信号の相違からアライメン
トマーク１１の位置を検出する検出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエハ等の平面状物体
の位置や回転角度の合わせを行うために用いられるアラ
イメントマークの検出装置とその検出方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置には、搬送された平面状
物体であるウエハを搭載するためのステージが設けられ
ており、このステージを移動することでウエハの位置合
わせを行っている。ウエハには、オリエンテーションフ
ラットを基準としたアライメントマークが設けられてお
り、ウエハの位置合わせの際、このアライメントマーク
の位置を検出して平面方向および回転方向の位置合わせ
を行っている。

【０００３】このアライメントマークの位置を検出する
検出装置を図８の断面図に基づいて説明する。なお、説
明を分かりやすくうるために、平面状物体としてウエハ
を用いる。すなわち、図８（ａ）に示すように、この検
出装置１はウエハ１０の表面１０ａに所定角度で光を照
射する光源２と、ウエハ１０の上方に配置された受光素
子３０とから構成されるものである。

【０００４】この検出装置１を用いてウエハ１０に設け
られたアライメントマーク１１を検出するには、光源２
から光を照射しながら、ウエハ１０または光源２を移動
して光の照射位置を移動する。光源２からの出射光がウ
エハ１０の表面１０ａに当たっている場合には、この表
面１０ａにより光が所定角度で反射することになる。こ
の際、受光素子３０には反射光が受光されないようにな
っている。次に、図８（ｂ）に示すように、光源２が移
動して出射光がアライメントマーク１１のエッジ部分に
当たった場合には、光が乱反射することなり、その一部
を受光素子３０にて受光することになる。そして、受光
素子３０が光を受光した際の位置を算出することによ
り、アライメントマーク１１の検出を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなアライメントマークの検出装置とその検出方法に
は、次のような問題がある。すなわち、この検出装置で
は、アライメントマークのエッジ部分に光が当たった場
合の乱反射を受光素子にて受光するため、検出精度を上
げるには複数の受光素子を配置する必要がある。また、
この検出方法では、アライメントマークのエッジ部分に
よる光の乱反射と、ウエハ表面の材質や凹凸による光の
反射ノイズとの区別が困難であり、アライメントマーク
の誤検出が問題となる。よって、本発明は簡単な構造で
確実な検出を行えるアライメントマークの検出装置とそ
の検出方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたアライメントマークの検出
装置とその検出方法である。すなわち、この検出装置
は、ウエハ等から成る平面状物体の表面に対して略垂直
面を有するアライメントマークを検出するもので、平面
状物体の表面に対して所定角度で光を出射する光源を平
面状物体の上方に配置し、この平面状物体の表面による
反射光の光軸に対して略垂直に第１受光素子の受光面を
向けた状態に配置し、さらに、アライメントマークの略
垂直面による光源方向への戻り光の光軸に対して略垂直
に第２受光素子の受光面を向けた状態に配置するもので
ある。

【０００７】また、この検出方法は、平面状物体の斜め
上方から照射した光の反射光を受光することにより、平
面状物体の表面に対して略垂直な段差面を有するアライ
メントマークの検出を行うもので、先ず、光の照射位置
を移動しながら、平面状物体の表面からの反射光の有無
を第１受光素子にて検出するとともに、アライメントマ
ークの段差面からの反射光の受光位置変化を第２受光素
子にて検出する。次いで、この第１受光素子と第２受光
素子との検出信号の相違からアライメントマークの段差
面の位置を算出する。

【０００８】また、平面状物体に形成された断面視略矩
形の凹型から成るアライメントマークの検出方法におい
ては、先ず、光の照射位置を移動しながら、平面状物体
の表面からの反射光の有無と、アライメントマーク内面
を反射して、先の反射光と略同一方向に反射する光の受
光位置変化とを第１受光素子にて検出するとともに、ア
ライメントマーク内面を反射して照射する光の方向へ戻
る光の受光位置変化を第２受光素子にて検出する。次い
で、この第１受光素子と第２受光素子との検出信号の相
違から凹型の略垂直面の位置を算出するものである。

【０００９】

【作用】光源から出射した光が平面状物体の表面に当た
る場合には、入射角度に対応した反射角度で光が反射し
て、この反射光が第１受光素子の受光面に到達すること
になる。一方、光源から出射した光がアライメントマー
クの略垂直面に当たる場合には、光源の方向に光が戻
り、この戻り光が第２受光素子の受光面に到達すること
になる。このことより、光源から出射する光の照射位置
を移動して、第１受光素子および第２受光素子に到達す
る光の検出信号からアライメントマークの位置を算出す
る。

【００１０】平面状物体表面に対して略垂直面を有する
アライメントマークを検出する場合には、第１受光素子
に到達する反射光の有無、および第２受光素子に到達す
る戻り光の受光位置変化からアライメントマークの位置
を算出する。また、断面視略矩形の凹型から成るアライ
メントマークを検出する場合には、第１受光素子に到達
する反射光の有無とアライメントマーク内面を反射して
到達する光の受光位置変化、および第２受光素子に到達
する戻り光の受光位置変化から凹型の略垂直面の位置を
算出し、この算出結果からアライメントマークの位置を
求める。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明のアライメントマークの検出
装置とその検出方法を図に基づいて説明する。なお、本
実施例では説明を分かりやすくするために、平面状物体
としてウエハを用いた場合について説明する。先ず、本
発明のアライメントマークの検出装置を、図１の模式図
を用いて説明する。すなわち、この検出装置１は、ウエ
ハ１０の表面１０ａに対して略垂直面１１ａを有するア
ライメントマーク１１を検出するもので、ウエハ１０の
斜め上方から所定の角度で光を出射する光源２と、ウエ
ハ１０の表面１０ａによる反射光の光軸２ｂに対して略
垂直にその受光面３ａが向けられた第１受光素子３と、
アライメントマーク１１の略垂直面１１ａによる光源２
方向への戻り光の光軸２ｃに対して略垂直にその受光面
４ａが向けられた第２受光素子４とから構成されるもの
である。

【００１２】この光源２として半導体レーザ等が用いら
れており、光軸２ａに沿って光が出射される。この光の
反射光および戻り光を受光する第１受光素子３および第
２受光素子４としてはリニアセンサー等が用いられてお
り、反射光および戻り光の受光の有無と受光位置とを検
出することができる。

【００１３】次に、この検出装置１を用いたアライメン
トマークの検出方法について説明する。始めに、図２
（ａ）〜（ｃ）および図３の断面図を用い、ウエハ１０
の表面に対して略垂直面１１ａを有する段差状のアライ
メントマーク１１の検出方法を説明する。先ず、図２
（ａ）に示すように、光源２から出射した光がウエハ１
０の表面１０ａに当たる場合には、反射光となり第１受
光素子３の受光面３ａに到達する。ここで、第１受光素
子３にリニアセンサーを用いた場合、その受光面３ａに
よる受光位置をＰ〜Ｑとすると、受光面３ａによる反射
光の受光位置は一定となる。

【００１４】光源２から光を出射した状態で、検出装置
１またはウエハ１０を移動して照射位置を直線的に変え
ていく。通常はウエハ１０が搭載されているステージ
（図示せず）を移動することで照射位置を変える。照射
位置がウエハ１０の表面１０ａの位置Ｘに至るまでは反
射光が第１受光素子３に到達し、第２受光素子４には光
が到達しない。

【００１５】これを越えると、図２（ｂ）に示すよう
に、光源２から出射した光の反射光がアライメントマー
ク１１の略垂直面１１ａに当たり、さらに反射して光源
２の方向へ戻る戻り光となり、第２受光素子４に到達す
る。ここで、第２受光素子４にリニアセンサーを用いた
場合、その受光面４ａによる受光位置をＪ〜Ｋとする。
この戻り光は、照射位置の変化に伴いその反射の位置が
変わり、図２（ｃ）に示すように、受光面４ａのＪ側か
らＫ側に移動することになる。

【００１６】次に図３に示すように、さらに照射位置が
変化して、アライメントマーク１１のエッジ部Ｙを越え
ると、戻り光が無くなり、反射光のみとなる。これによ
り、第２受光素子４には光が到達せず、第１受光素子３
にのみ反射光が到達することになる。この反射光は、先
の反射光に比べて、アライメントマーク１１の略垂直面
１１ａの高さだけ反射位置が変わるため、受光面３ａに
よる受光位置がＰ側に移動したところで一定となる。

【００１７】このように、光の照射位置を移動すること
で、第１受光素子３と第２受光素子４との受光の有無や
受光位置が変わることになる。この照射位置の移動時間
と受光位置との関係を図４に示す。すなわち、始めは第
１受光素子３のＱ側の一定位置で受光し、次いで、第２
受光素子４のＪ側で受光して徐々にＫ側に移動する。そ
して、第１受光素子３のＰ側の一定位置で受光すること
になる。

【００１８】したがって、一定時間ｔ内で移動するステ
ージ（図示せず）または検出装置１の位置と、この第１
受光素子３と第２受光素子４の光の検出信号の相違から
アライメントマーク１１の略垂直面１１ａの位置を求め
ることができる。例えば、図４に示すような検出信号が
得られた場合には、一番大きな相違が得られた時のステ
ージ等の位置をアライメントマーク１１のエッジ部分の
位置とすることがきる。なお、このような第１受光素子
３と第２受光素子４との検出信号は、アライメントマー
ク１１の形状に起因して得られる特徴的なものであるた
め、ウエハ１０の表面１０ａからのノイズ信号と間違う
ことなく、確実にアライメントマーク１１の位置を得る
ことができる。

【００１９】次に、図５（ａ）〜（ｃ）および図６
（ａ）〜（ｂ）の断面図を用いてウエハ１０に設けられ
た断面視略矩形の凹型のアライメントマーク１１の検出
方法を説明する。先ず、図５（ａ）に示すように、ウエ
ハ１０の表面１０ａに光源２からの光が当たっている場
合には、その反射光が第１受光素子３の受光面３ａに到
達することになる。この際、第２受光素子４の受光面４
ａには光が到達しない。

【００２０】次に、図５（ｂ）に示すように、照射位置
が移動して、アライメントマーク１１の底部の位置Ｘに
光が当たっている場合には、その反射光がアライメント
マーク１１の略垂直面１１ａに当たって戻り光となり、
第２受光素子４の受光面４ａに到達する。さらに照射位
置を移動して、図５（ｃ）に示すように、アライメント
マーク１１の略垂直面１１ａの位置Ｙに光が当たった場
合には、下方に反射してアライメントマーク１１の底部
に当たり、戻り光として第２受光素子４の受光面４ａに
到達する。すなわち、図５（ｂ）に示す照射位置Ｘから
図５（ｃ）に示す照射位置Ｙまで移動した場合に、第２
受光素子４の受光面４ａによる受光位置がＪ側からＫ側
に移動することになる。

【００２１】次に、照射位置Ｙを越えたアライメントマ
ーク１１の略垂直面１１ａに光が当たる場合には、図６
（ａ）に示すように、光が反射してアライメントマーク
１１の底部に当たり、さらに反射してアライメントマー
ク１１の対向面１１ｂに当たり、反射して第１受光素子
３の受光面３ａに到達する。そして、図６（ｂ）に示す
ように、照射位置が移動して、位置Ｚを越えた場合に
は、光がウエハ１０の表面１０ａに当たることになり、
その反射光が第１受光素子３の受光面３ａに到達するこ
とになる。

【００２２】図７に、照射位置の移動時間に対する第１
受光素子３と第２受光素子４の受光位置の変化を示す。
すなわち、先に述べた光の照射位置に対応して第１受光
素子３と第２受光素子４の受光位置がそれぞれ変わるた
め、一定時間ｔ内に移動するステージ（図示せず）また
は検出装置１の位置と、その際の第１受光素子３と第２
受光素子４の検出信号の相違からアライメントマーク１
１の位置を算出することができる。例えば、図７に示す
検出信号のうち、一番差異の大きいところが図５（ｃ）
に示す場所Ｙに対応することから、この時のステージ等
の位置からアライメントマーク１１の位置を算出するこ
とができる。

【００２３】また、他の算出方法として、第１受光素子
３から第２受光素子４へ検出信号が移動した時のステー
ジ等の位置から図６（ａ）に示す対向面１１ｂの位置を
求め、さらに、第１受光素子３の受光位置がＰ側からＱ
側に変わる時のステージ等の位置から略垂直面１１ａの
位置を求めて、これらの位置の中間をアライメントマー
ク１１の中央部の位置としてもよい。

【００２４】なお、この検出信号の他の位置を使用して
アライメントマーク１１の位置を算出してもよい。ま
た、本実施例では、アライメントマーク１１のうち代表
的な形状のものについての検出方法を説明したが、例え
ば凸型のアライメントマーク１１であっても同様であ
る。この場合には、凸型のアライメントマーク１１にお
ける第１受光素子３と第２受光素子４との検出信号を求
めておき、これらの相違からアライメントマーク１１の
位置を算出すればよい。また、平面状物体としてウエハ
１０を用いた場合について説明したが、本発明はこれに
限定されず、例えばコンパクトディスクやプリント配線
板等を用いた場合であっても同様であり、アライメント
マークが形成できる平面状物体であればよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアライメ
ントマークの検出装置とその検出方法によれば、次のよ
うな効果がある。すなわち、このアライメントマークの
検出装置によれば、受光素子として第１受光素子と第２
受光素子との２つだけでよいので装置の構造が簡単とな
る。また、このような簡単な構造の検出装置であって
も、第１受光素子と第２受光素子の検出信号の相違から
アライメントマークの位置を算出する方法により、誤検
出を行うことなく確実に位置を検出することが可能とな
る。さらには、このような検出装置および検出方法を用
いることで、ウエハ等の平面状物体に形成するアライメ
ントマークを簡素化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアライメントマークの検出装置を説明
する模式図である。

【図２】アライメントマークの検出方法を（ａ）〜
（ｃ）の順に説明する断面図（その１）である。

【図３】アライメントマークの検出方法を説明する断面
図（その２）である。

【図４】検出信号を説明する図である。

【図５】他の検出方法を（ａ）〜（ｃ）の順に説明する
断面図（その１）である。

【図６】他の検出方法を（ａ）〜（ｂ）の順に説明する
断面図（その２）である。

【図７】他の検出信号を説明する図である。

【図８】従来例を（ａ）〜（ｂ）の順に説明する断面図
である。

【符号の説明】

１ 検出装置 ２ 光源 ２ａ 光軸 ２ｂ 反射光の光軸 ２ｃ 戻り光の光軸 ３ 第１受光素子 ４ 第２受光素子 １０ ウエハ １０ａ 表面 １１ アライメント
マーク １１ａ 略垂直面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面状物体の表面に対して略垂直面を有
   するアライメントマークの検出装置において、 前記平面状物体の上方に配置され、該平面状物体の表面
   に対して所定角度で光を出射する光源と、 前記平面状物体の表面による反射光の光軸に対して略垂
   直にその受光面が向けられた第１受光素子と、 前記アライメントマークの略垂直面による前記光源方向
   への戻り光の光軸に対して略垂直にその受光面が向けら
   れた第２受光素子とから成ることを特徴とするアライメ
   ントマークの検出装置。
2. 【請求項２】 平面状物体の斜め上方から照射した光の
   反射光を受光することにより、該平面状物体の表面に対
   して略垂直な段差面を有するアライメントマークの検出
   方法において、 前記光の照射位置を移動しながら、前記平面状物体の表
   面からの反射光の有無を第１受光素子にて検出するとと
   もに、 前記段差面からの反射光の受光位置変化を第２受光素子
   にて検出し、 次いで、前記第１受光素子と前記第２受光素子との検出
   信号の相違から前記段差面の位置を算出することを特徴
   とするアライメントマークの検出方法。
3. 【請求項３】 平面状物体の斜め上方から照射した光の
   反射光を受光することにより、該平面状物体に形成され
   た断面視略矩形の凹型から成るアライメントマークの検
   出方法において、 前記光の照射位置を移動しながら、前記平面状物体の表
   面からの反射光の有無と、前記アライメントマーク内面
   を反射して前記反射光と略同一方向に反射する光の受光
   位置変化とを第１受光素子にて検出するとともに、 前記アライメントマーク内面を反射して前記照射する光
   の方向へ戻る光の受光位置変化を第２受光素子にて検出
   し、 次いで、前記第１受光素子と前記第２受光素子との検出
   信号の相違から前記凹型の略垂直面の位置を算出するこ
   とを特徴とするアライメントマークの検出方法。