JPS60194537A - 整列装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は物体を自動的に整列（アライン）するための装
置に関し、特に、可動ステージ上に載置されたパターン
化されたシリコンウェーハを自動的に整列する光学機械
装置に関する。

〔従来技術〕

集積回路チップ（ダイス）は、半導体材料でできた単一
の大きなほぼ円形の基板ウェーハ上の複数の回路をエッ
チすることによシ製造される。後でチップとなる複数の
回路は、隣接する回路間に「通υ」を設けてそのウェー
ハ上に升目状に配列される。チップ製造のいくつかの時
点で、カットされていない一部仕上げのウェーハはプロ
ーブ検査、試験などのために正確、精密に整列（アライ
ン）されなければならない。この整列工程が自動化され
るなら、よシ多くのウェーハが所定の時間内に試験でき
、この整列が定常的によシ正確であるなら、使用可能な
チップの収率を改善することができる。

パターン認識の技術は産業において応用分野が広い。光
学的に検知された物体に応答して電気信号を発生すると
とができる光電素子の発展につれて、物体を検知、認識
する産業用の自動装置を製造することが可能に力った。

パターン認識の応用例の１つとして、フォトマスクやパ
ターン化されたシリコンウェーハの製造。

品質管理において特定の回路要素またはきすを光学的に
検出する装置がある。フォトマスクは、フォトリングラ
フィ技術を通してパターンをシリコンウェーハ上に形成
するのに用いられる。このような装置の２つの例が、米
国特許第４　、３４７．００１号および米国特許第４．
２４７　、２０３号に開示されている。

これらの装置は、自動フォトマスク検査システム−１屯
　７　、す１１−１ノ＾イー　１、しニジ吠、−へ７７
＾１／Ｐ田いられるフォトマスクは、一般的に升目状ア
レイに何度も繰シ返された同一のパターンを有している
。自動フォトマスク検査システムは、１枚のフォトマス
ク上にある２つの異なったダイスの対応部分を、２つの
同時走査によって比較する。このような装置に付随する
１つの問題は、２つの光学検査路によって、２個の異な
ったダイスの等側部分が実際に検査されるように、フォ
トマスクやパターンを形成したクリコンウェーッ・を精
密に整列させることにおる。同様の問題はウェーハ上で
電気的な試験を行なうウエーハプローバにもある。

ウエーハプローバは、ダイ上の特定の点との接触をなす
細い導電性のプローブを用いる。この作業には、ウェー
ハの極めて正確な整列が要求される。

米国特許第４，２００，８６１号およびその分割出願た
る米国特許第４．３８５．３２２号は、パターン認識の
方法およびシステムを教示している。整列ないし整合の
だめのＸ、Ｙ軸の位置座標社高い相関数の位置に決定さ
れる。リアルタイムで以前に記憶された情報と現に検査
されている場面からの情報とを比較することによって、
粗決定の位置付近について精密検査がなされる。しかし
、これらの米国特許では、何ら特定の光学装置は設けら
れておらず、遠くに離隔した位置での走査を集める２つ
の別々の低解像度データについては何らの示唆もない。

米国特許第４，３００，１６４号は、パターン認識装置
を教示している。高コントラストビデオ信号が発生され
、パターンは黒と白の組合せとして認識される。この特
許は、比較技術やソフトウェアを教示しているけれども
所望の光学装置については特別な教示が何らない。

〔概要〕

本発明の目的は、欠陥験査されるウェーハをマウントし
整列するのに通常必要な時間を減少するような態様で、
シリコンウェーハまたはフォトマスクの自動的な整列を
行う装置を提供することである。

本発明の他の目的は、シリコンウェーハの複数の像を生
成し、それによって整列工程での動きを最小化する光学
装置を提供することである。

本発明の他の目的は、できるだけ遠くに離隔した２つの
像を生成し、整列の精度を最大にすることである。

本発明の他の目的は、像倍率を変化させて検査中のウェ
ーハの解像度を増大させて、ウェーッ・の整列状態を改
善することができる光学装置を提供することである。

本発明は、Ｘ、Ｙおよび２方向に平行移動でき、Ｘ−Ｙ
面において自動的に回転できるステージを有する、パタ
ーン形成シリコンウェーハ等の整列を行なう光学機械装
置を提供する。

その装置は、光源および低解像度の集束手段を有する第
１の光路と、光源および高解像度の集束手段を有する第
２の光路を備えている。第１の光路または第２の光路に
よって形成される像を選択する装置が備えられる。集束
された像は、光像を第１のデータ・セットのディジタル
画素に変換することのできる光検出器によって処理され
る。整列させられるべき物体の所望の整列を表わす第２
のデータ・セットを記憶するデータベース装置が備えら
れる。第１および第２のデータ・セットを比較するため
の比較手段が備えられる。その比較手段と整列状態の修
正装置が電気的に接続されステージを自動的に動かして
シリコンウェーハの整列を行う。

〔実施例〕

第１図について説明する。整列されていないウェーハ１
１が可動ステージ１２にマウントされる。

ステージは３つの方向、ｘ−ｙおよび２のいずれの方向
にも平行移動でき、Ｘ−Ｙ面において回転（θで表わさ
れている）することができる。一連のウェーハは、マガ
ジン内にランダムに収容され、正しく方向づけをするた
め上記ステージに送られるのが望ましい。１枚のウェー
ハが、ランダムな方向でステージ上に載置される。次に
、そのウェーハの整列がなされ、試験、フォトマスク合
せなど一連の操作が行われる。

ウェーハの整列のために、ウェーハの像が光学装置１３
によって形成される。その光学装置は、ウェーハ表面上
の遠くに離隔した点からの対の像を発生するのが望まし
い。本発明の光学装置は、精密な整列（アラインメント
）を達成するために、低解像度マイクロレンズおよび高
解像度マイクロレンズの両方を備えている。よシ好適な
実施例では、双方のレンズはそれぞれ少なくとも２組づ
つ用いられて、ウェーハの実質的に異なった領域からの
２つの像が得られる。２組のレンズを用いれば、ステー
ジを動かさなくとも、整列に必要な複数の像を得ること
ができる。

像は、ビデオカメラ１４等によって撮像される。

ビデオカメラは現在では好適な手段だが、アナログ信号
でも、ディジタル信号でも、像の電気信号を発生できる
装置ならどんなものでも用いることができる。従来のビ
デオカメラを用いる場合は、発止したアナログ信号は通
常のＡ−Ｄ変換器１５によってディジタル化される。

１６個の灰色レベルに対応する４ビット画素を有する像
は、シリコンウェーハの精密な整列をなすのに、十分満
足できるものであることが判った。

４ビット画素をより効果的に記憶するためには、２個ま
たは４個の画素をスタックしてから（１６）、ＲＡＭ２
０の全アドレス指定可能場所それぞれに記憶させること
が望ましい。

カメラ同期回路１７は、ビデオカメラをシステムに同期
させる。画素は１つづつ受けとられるとき、アドレスを
割当てられる（１８）。本発明の好適実施例では、これ
らの２つの機能が組合され、それによってシステム全体
で必要なカウンタの数が減少する。

好適実施例では、最初のウェーハは整列されていないウ
ェーハの第１のデータだけでなく、後続のウェーハに対
して比較される比較データも与える。概念的には、比較
データをシステムの外部で得て、検査されるウェーハの
種類ごとにシステムにロードすることも可能である。し
かし、このシステムによって検査される異なったウェー
ハの数があマシ多くなると、この方法は実用的でなくな
る。

別の方法は、システムに、大規模な計算によって最初の
ウェーハを整列させ、正しい方向づけのデータをランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）　１９に置く方法である。

このデータは、比較データとして働く。比較データおよ
び画素の記憶は、物理的には同一のＲＡＭになされるの
が望ましい。

データ比較手段２１は、記憶された画素データと、記憶
された比較データとを比較する。データ比較手段は、リ
ード・オンリー・メモリ（ＲＡＭ）内にプログラムをも
つＣＰＵ装置であることが望ましい。そのＣＰＵ装置は
、ステージ制御器２２を起動する信号を発生する。複数
のステージモータ２３を制御する別個のマイクロプロセ
ッサであるステージ制御器は、それらのステージモータ
を作動させることによって、マウントされた未整列のウ
ェーハをよシ正確な整列状態に導びく。

ウェーハが最初どの程度不正確に整列していたか、およ
び所望の整列の精密度に応じて、整列プロセスは、その
ウェーハをどのように整列させるかを決定し、それから
ウェーハを動かすことを繰返えす。要求された目的に対
して十分精密な整列がなされると、ステージは、試験な
どのために動作ステーションへと横に動く。ステージは
、試験されたウェーハがステージから降される場所まで
移動し、次のウェーハがステージ上に未整列で置かれる
。

オペレータインタフェース２４はシステムの制御を可能
にし、他の同様のインタフェース（図示せず）によって
試験などのために必要な他のシステムに関連して動作で
きるようにする。

２種の光路は異なった解像度を与え、ウェーハが連続工
程で整列させられることを可能にする。

まず、ウェーハは、外辺部にある平坦縁部が方向づけら
れることによって、大ざっばに整列される。

産業界では、通常、ウェーハ上のパターンの約５゜内で
その平坦縁の整列を行う。低解像度光路である第１の光
路は、ウェーハを回転させながらウェーハの縁を走査し
、平坦縁部をみつける。ウェーハ上のパターンは、動作
ステーションに対してパターンの整列がなされるように
、２回走査される（第２図参照）。生成される２個の低
解像度像が遠く離れていると、整列の精度が高くなる。

次に、ビームセレクタは、高解像度を有する第２の光路
を選択する。この第２の光路は、個々のダイ上に集束で
きる。そのダイの微細なパターンの構造は、個々のダイ
の形状に関してウェーハの微細な整列をなすのに用いら
れている。ステージが移動できるか、または光学装置が
２つの高解像度光路を与えるととができるようにするこ
とによって、第２の光路は、ウェーハの直径よシやや小
さい長さ分離れた２つのダイに集束できるようになる。

従がって、ウェーハは、３つの工程で整列させられる。

第１工程は、ウェーッ・が低解像度光路によってウェー
ハの平坦縁部によって方向づけされる工程である。第２
工程は、ウェーハ上のダイパターンが第１の低解像度光
路によって整列される工程である。第３の工程は、個々
のダイの微細パターン構造が第２の高解像度光路によっ
て整列される工程である。

第２図について説明する。光源５０は整列させるべきウ
ェーハ５２を照射する。

ウェーハは、平坦縁部５４が既知の方位にちるように整
列されている。ウェーハは、正確な方向の５°の範囲内
に整列されている。照射スポットは、一連の鏡５６，５
８を介して第１の集束手段６０に反射される。第１の光
路６２の像は、低解像度像である。その光路は、２つの
光路のうちの１つを選択できるシャッタ機構６４を通過
する。最後に、集束ビームは一連の鏡６６．６８．７０
を介してビジコン管１２に反射される。発生したビデオ
信号はディジタル化され、その解像画素は比較手段にデ
ータを与えるのに用いられる。

第２の光源７４は、ウェーハ表面に微細に集束された光
スポットを与え、第２の集束手段１６によって更に集束
される。集束された光源は小さな鏡７１によってウェー
ハ上に反射され、ウェーハ上の１つのダイア８に集束さ
せることができる。

ウェーハから反射された光は第３の集束手段８０によっ
て集束され、鏡８２．８４によって反射され、第４の集
束手段８６によって集束される。生成像はウェーハの一
部の高解度像である。図面では第１の光路６２が選択さ
れている状態が示されているが、第２の光路８Ｂもシャ
ッタ機構６４によって選択できる。選択によっては、光
路はセレクタ鏡９０を通過する。そのセレクタ鐘９０は
長辺で接合された２つの直角プリズム９２．９４からな
シ、長辺の少なくとも１つは銀蒸着されて半透鏡（ハー
フ・シルバー鏡）となっている。選択された像はビジコ
ン管７２によって処理される。

この装置を用いることによって、１つの低解像度光路と
、１つの高解像度光路とが与えられる。

ステージとこの上にマウントされたウェーハは、精密な
整列のために２つの分離した像を得るために、移動され
なければならない。

第３図に示された本発明の他の実施例は、第１の光路１
００．第２の光路１０２．第３の光路１０４および第４
の光路１０６を有する。これらの光路は、第１と第４の
光路が低解像度像を形成し、第２と第３の光路が高解像
度像を形成することを除けば同様のものである。ウェー
ハは、低解像度光路および高解像度光路がそれぞれ２つ
あるから、分離像を与えるためにウェーハの移動の必要
はない。

ウェーハ１１０上の照射スポット１０８は、集束手段１
１２　、１１３　、１１４　、１１５によって集束され
る。

集束手段１１２と１１３は同一のもので低解像度像を形
成し、他の２つの集束手段１１４と１１５は同一のもの
で高解像度を形成する。３つの鏡１１６　、１１８゜１
２０は選択された光路によって形成された像を第４の鏡
１２２に反射し、第４の鏡はその像を、比較手段２１（
第１図参照）に接続されたビジコン管１２４に反射する
。第２の低解像度光路１０６が分析のために用いられた
とすれば、第４の鏡１２２はその光路からはずされる。

ウェーハは、低解像度像によってまず粗い整列をさせら
れ、次に高解像度像によって微細な整列をさせられる。

本実施例では、ステージを正確な距離だけ横に移動させ
てそれによって２つの像を得るのではなく、同じ解像度
をもった別の光路が用いられている。２つの低解像度光
路と２つの高解像度光路は、整列の精度を得るために遠
くに分離される。第１の実施例におけると同一の画素情
報が発生される。比較手段ている第２のデータ・セット
と比較することができる。本実施例ではステージは、ウ
ェーッーを整列させるためにだけ移動する。

ウェーハの整列のだめの他の手段は、周辺アラインメン
ト鏡と円錐鏡とを有する光学装置である。

第４図をみると、整列させるべきパターン形成ウェーハ
１３０がステージ１３２上に載っている。周辺アライン
メント鏡１３４がステージの上に載っている。その鏡１
３４は、円形で検査されるべきウェーハよシ若干大きな
底部径を有している。外側の鏡の側面１３６はウェーハ
の周辺上へ傾いている。その内面は、ウェーハの周辺像
を内部円錐鏡１３８へ反射する反射研摩面である。円錐
鏡１３８は反射研摩外表面を有し、ウェーハの周辺像を
平面鏡１４２に反射し、光学系１４４（詳細は示されて
いない、第２図、第３図参照）を介してビジコン管１４
６へと反射する。周辺像は歪んではいるけれども（第６
図参照）、周辺平坦縁部の領域は、容易に決定すること
ができる。比較手段は、よシ細かい整列工程のため、所
定の最良位置に、ランダムにウエ−ハが載せられたステ
ージを自動的にかつすばやく回転させることができる。

第５図にみられるように、外側の鏡１３４は、その鏡面
が検査されるべきパターン形成りエーノ・の周辺１３７
の上にあるようにして内側へ傾いている外側の鏡の傾斜
面に＃丘ホ平行な傾斜面を有する内部円錐鏡１３８は細
いワイヤ１５０でリング部材（外側の鏡）と同軸にマウ
ントされる。

第６図をみると、パターン形成ウェーハ１５２が外側の
鏡１５４の下に置かれる。外側の鏡の内側縁１５６は、
ウェーハの周辺１５８の上に十分かぶさる。

円錐１６０は、ウェーハの周辺の反射像を示す。その像
の半円部１６２は、ウェーハの平坦縁部に対応する。ウ
ェーハの平坦縁部の最初の最も粗い整列は同軸状にマウ
ントされた円錐の像だけによって行うことができる。ウ
ェーハは、整列作業の始めにはステージ上にマウントす
る必要はない。

当業者にとっては明らか々ように、本発明の発明概念か
ら離れることなしに、変形や修正を開示の実施例に対し
て行うことができる。それ故上記記載は例示であシ、有
益なものであることを意図しているが、発明の範囲を限
定する趣旨ではない。

従って、特許請求の範囲は本発明の真の意図、範囲に合
理的に入るこれら変形、修正の全てを含むものとして解
釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体概略図である。 第２図は本発明の一実施例の光学装置の概略図である。 第３図は本発明の他の実施例の光学装置の概略図である
。 第４図は本発明の周辺リフレクタの断面図である。 第５図は本発明の周辺リフレクタの斜視図である。 第６図は本発明の周辺リフレクタの軸に沿った上面図で
ある。 ５２−・・・ウェーハ、６２　、１００・・・・第１の
光路、５０．７４−−−−光源、６０．７６・・・・集
束手段、８８　、１０２・・・・第２の光路、７２＃・
争・ビデオカメラ、６４−・・・シャッタ、７８・―・
・ダイス、５４φψ・・平坦縁部、１０４・・・・第３
光路、１０６・参−・第４光路、１３４・・・・外側の
鏡、１３８・・・・内部円錐鏡。 特許出願人　ケイエＪレエイ・イ／ストラメンツ・コー
ポμ号クン代理人山川政樹（ほか２名） ″。　ＦＩＧ、３ １３２７　ＦＩＧ−４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）整列させるべき目的物をマウントするためのステ
   ージにして、Ｘ、Ｙおよび２方向に自動的に平行移動で
   き、かっｘ−ｙ面において自動的に回転可能なステージ
   と、 光源および集束手段を有し、第１の光像を形成する低解
   像度の第１の光路と、 光源および集束手段を有し、第２の光像を形成する高％
   １像度の第２の光路と、 第１および第２の光路のうち１つを選択する選択手段と
   、 選択された光像をディジタル画素からなる第１のデータ
   に変換することのできる光検出器と、前記ステージにマ
   ウントされ整列されるべき目的物の所望の整列状態を示
   す第２のデータを記憶するデータベース装置と、 第１のデータと第２のデータとを比較する比較装置と、 この比較装置によって起動され前記ステージを移動させ
   てそれによって目的物の整列を行う整列修正装置と を備えてなることを特徴とする整列装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載のものであって、前記
   目的物はパターン形成されたシリコンウェーハであるこ
   とを特徴とする装置。 （３）特許請求の範囲第２項記載のものであって、前記
   パターン形成されたウェーハはその表面上にエッチされ
   た複数個のダイスおよびそれの周辺部に平坦縁部を有す
   ることを特徴とする装置。 （４）特許請求の範囲第３項記載のものであって、前記
   ステージは精密な所定距離だけ移動でき、それによって
   、走査される少なくとも２つの異なった領域、並びに第
   １および第２の光路に対し少なくとも２組の第１のデー
   タが得られることを特徴とする装置。 （５）特許請求の範囲第１項記載のものであって、前記
   選択手段は、前記第１の光路を選択して目的物の粗整列
   をなし、次に第２の光路を選択して目的物の微細整列を
   なすことを特徴とする装置。 （６）特許請求の範囲第４項記載のものであって、光源
   および集束手段を有し第３の光像を形成する低解像度の
   第３の光路と、光源および集束手段を有し第４の光像を
   形成する高解度の第４の光路とを備え、第１集束手段と
   第３集束手段は実質的に同等のもので、第２集束手段と
   第４集束手段は実質的に同等のものであることを特徴と
   する装置。 （７）特許請求の範囲第６項記載のものであって、前記
   選択手段は第１の光路についで第３の光路を選択して目
   的物の粗整列をなし、次に、前記選択手段は第２の光路
   についで第３の光路を選択して目的物の微細整列をなす
   ことを特徴とする装置。 （８）特許請求の範囲第３項または第６項記載のもので
   あって、前記ステージは、前記ウェーハの緑の上に内側
   へ傾斜した反射研摩された面を有する外側の環状リング
   部材と、外表面を有する前記リング部材の前記傾斜面と
   略平行な傾斜面を有する同軸の内部円錐部材とを有する
   ウェーハ用マウンテイ／グを備え、前記外側す／グ部材
   と前記内部円錐は、前記ウェーハの周辺縁が前記円錐か
   ら反射され、前記ウェーハ平坦縁部の位置が前記円錐の
   光像で決定できるようになっていることを特徴とする装
   置。