JP2675307B2 - Preliner equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプリアライナー装置に係り、特に半導体回路
の製造に使用されるマスク露光装置の小形化と多種類の
ウエハーサイズに対応できるようにするのに好適なプリ
アライナー装置に関するものである。 〔従来の技術〕 第６図に従来のマスク露光装置及びプリアライナー装
置の概略図を示す。ウエハー１は搬送アーム２の先端に
設けられている真空ピンセットで吸着され、旋回モータ
３が回転してXYステージ４に乗せられる。XYステージ４
は、露光マトリックスにしたがって移動する。 マスク５のパターンは、縮小レンズ６により縮小さ
れ、ウエハー１上に投影露光される。ウエハー１には、
第７図に示す如く、円周部の一部を切り欠いたオリエン
テーシヨンフラツト（本発明ではオリフラと称する）７
が設けられている。 オリフラ７は露光の際の基準となるものである。従来
のオリフラ合わせ法は、オリフラ検出光源８とCCD（チ
ヤージ・カップルド・デバイスの略）ホトアレーセンサ
（以下CCDセンサと称する）９により検出して行う。ま
ず、ウエハー１はウエハーカセット10よりベルト11によ
り搬送され、ウエハーチヤック12により裏面を真空チヤ
ックされる。次に、エンコーダ付モータ13が回転し、ウ
エハー１を回転させる。CCDセンサ９の出力は、オリフ
ラ７の部分で正弦波形となり、波形の中心（最大振幅の
ところ）よりオリフラ７の中心が求められる。 一方、ウエハー１には複数回の露光工程を経て集積回
路が形成されるが、２層目以後の露光においては、一般
にウエハー１には、第７図に示す如く十字マーク等のプ
リアライメントマーク14が予めつけられる。 プリアライメントマーク14は、ウエハー１上のチップ
とマスク５の投影像を重ね合わせて露光する場合に、チ
ップ上に設けられている精アライメントマーク位置をパ
ターン検出器15の視野内に入れるための前合わせ用のマ
ークである。ウエハー１はXYステージ４上に乗せたと
き、その位置精度は10μｍ以下にする必要がある。 そのためにウエハー１は前もって別の場所でプリアラ
イメントしておく必要がある。その手段がプリアライナ
ー装置である。このプリアライメントは、第６図におい
ては、マスクパターンを露光する位置（XYステージ）に
ウエハー１をセットする際に予めプリアライメントステ
ージ21にウエハー１を載置して、プリアライメントマー
クを２視野顕微鏡16により拡大像としてとらえテレビカ
メラ17を介してテレビモニター18に表示し、テレビモニ
ター18上のカーソル19と拡大像20を一致させるようプリ
アライメントステージ21を移動させることによって行っ
ていた。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、プリアライメントマークを検出する
２視野顕微鏡と、オリフラを検出する光学系とが別々の
構成になっており、装置が複雑で、かつ、原価高となっ
ていた。一方、ウエハーの外径が２インチといった小口
径ウエハーにおいては、オリフラを検出するCCDセンサ
をウエハーの下方に設置することがスペースの関係で困
難である。したがって、大口径のウエハーにしか適用で
きないという不都合さがあった。また、この機構は装置
内部に設置されるため、外部よりオリフラ位置が正しく
アライメントされているかどうかを確認することができ
なかった。 本発明の目的は、ウエハーのプリアライメントマーク
検出とオリフラ検出の手法が異なる方式であっても同一
光学系を利用することができ、構造が簡単で、各種のウ
エハーサイズにも対応可能で、かつ、オリフラの位置合
わせ状態を装置外部から監視できるプリアライナー装置
を提供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、次のように構成
する。 マスクパターンを露光する位置に半導体ウエハーをセ
ットする際に予め前記ウエハーを載置するプリアライメ
ントステージを備え、該ステージ上のウエハーに設けら
れたオリフラ及びプリアライメントマークのそれぞれを
検出して、前記ウエハーをプリアライメントするプリア
ライナー装置において、 前記プリアライメントステージの上方に前記プリアラ
イメントマークに対応させた２視野光学顕微鏡が配置さ
れ、 この２視野光学顕微鏡がプリアライメントマーク検出
系の要素となるテレビカメラに光学的に接続されると共
に、該２視野光学顕微鏡のうち一方の視野を取り込む光
学系の光路がハーフミラーを介して前記テレビカメラの
ほかにオリフラ検出系の要素となるCCDセンサにも光学
的に接続され、 前記プリアライメントステージの移動機構は、XY方向
移動機構と、回転移動機構とを有し、 前記オリフラの検出系は、少なくとも、前記２視野光
学顕微鏡のうち前記一方の視野取り込み側の光学系と、
前記XY方向移動機構を駆動させて前記２視野光学顕微鏡
の前記一方の視野取り込み側光学系の直下に前記ウエハ
ーの端面を位置させる手段と、前記回転移動機構を駆動
させて前記プリアライメントステージ上のウエハーを回
転させる手段と、回転する前記ウエハーのオリフラが前
記２視野光学顕微鏡の前記一方の視野を通過するときに
正弦波形を出力する前記CCDセンサとで構成され、この
正弦波形出力を基に前記オリフラの位置合わせのための
位置情報が求まるよう設定してあり、 前記プリアライメントマークの検出系は、少なくと
も、前記２視野光学顕微鏡と、前記テレビカメラと、前
記オリフラ検出後に前記XY方向移動機構を駆動させて前
記ウエハーのプリアライメントマークを前記２視野光学
顕微鏡の視野に入れる手段と、前記プリアライメントマ
ークの像とプリアライメントマーク位置合わせ指標とを
画面表示するテレビモニターとで構成され、且つこのテ
レビモニターには、前記オリフラ検出時に前記オリフラ
の位置合わせ状態が局部的な部分像として表示されるよ
うに設定してあることを特徴とする。 〔作用〕 上記構成によれば、次のような作用がなされる。 オリフラの検出は、まず、プリアライメントステージ
をXY方向移動機構により移動させて、ウエハーの端面が
２視野光学顕微鏡の一方の視野を取り込む光学系（CCD
センサにハーフミラーを介して接続されている方の光学
系）の対物レンズ直下に位置するようにウエハーをセッ
トする。その後、回転移動機構（例えばエンコーダ付き
モータ）によりウエハを回転させる。これにより、２視
野光学顕微鏡の一方側の光学系がウエハー外周を走査
し、ウエハー外周辺傍からの反射光がハーフミラーを介
してCCDセンサに導かれる。CCDセンサは、回転するウエ
ハーのオリフラが２視野光学顕微鏡の前記一方の視野を
通過するときに正弦波形を出力する。この正弦波形出力
を基にオリフラの位置合わせのための位置情報が求めら
れ、この位置情報を基にオリフラが所定位置にくるよう
に位置合わせされる。 なお、このオリフラ検出には、そのオリフラの位置合
わせ状態がテレビカメラにも導かれ、テレビモニターに
局部的に拡大表示されるので、このテレビモニターを通
して前記オリフラが所定位置に正確にアライメントされ
ているかどうか確認することが可能になる。 オリフラ検出及びその位置合わせ後に、XY方向移動機
構によりプリアライメントステージを所定距離だけ移動
させれば、ウエハー上に設けたプリアライメントマーク
が前記光学顕微鏡の対物レンズの直下に位置する。これ
により、プリアライメントマークは光学顕微鏡を介して
テレビカメラにより撮像され、テレビモニター上に拡大
像として映し出される。このテレビモニター上でプリア
ライメントマークと位置合わせ指標（例えばカーソル）
とが一致するように、XY方向移動調整機構を介してウエ
ハーがプリアライメントされる。 ウエハーの直径が変った場合は、プリアライメントス
テージをその半径の差分だけ移動して、上記オリフラ検
出，プリアライメントマークのそれぞれの検出を行う。 〔実施例〕 以下本発明を第１図，第３図〜第５図に示した実施例
及び第２図を用いて説明する。 第１図は本発明のプリアライナー装置の一実施例を示
す概略図である。 第１図において、プリアライメントステージ21の上方
にプリアライメントマークに対応させた２視野光学顕微
鏡16が配置される。２視野光学顕微鏡16は、ウエハー１
に形成された２つのプリアライメントマークに対応し
て、これらのマークをそれぞれ別々の視野で取り込むよ
う配置した２つ（一対）の対物レンズ31,31′と、２つ
の照明用のハーフミラー（第１のハーフミラー）33,3
3′と、２つのベンダーミラー36,36′等で構成され、こ
の２視野光学顕微鏡16がプリアライメントマーク検出系
の要素となるテレビカメラ17に光学的に接続される。 また、この２視野光学顕微鏡16のうち一方の視野を取
り込む光学系の光路の途中にハーフミラー（第２のハー
フミラー）34が挿入され、このハーフミラー34を介して
前記一方の視野を取り込む側の光学系がテレビカメラ17
のほかにオリフラ検出系の要素となるCCDセンサ35にも
光学的に分岐接続されている。 プリアライメントステージ21の移動機構は、Ｘ軸駆動
モータ39,Y時駆動モータ40及びＸ軸送りねじ41,Y軸送り
ねじ42により構成されるXY方向移動機構と、ウエハーチ
ャック12及びエンコーダ付モータ13により構成される回
転移動機構とを有する。 オリフラの検出系は、２視野光学顕微鏡16のうち前記
一方の視野取り込み側の光学系（31,33,34）と、前記XY
方向移動機構（40〜42）を駆動させて２視野光学顕微鏡
の前記一方の視野取り込み側光学系の対物レンズ31の直
下にウエハー１の端面を位置させる手段（モータ39,40
の駆動回路で図示せず）と、回転移動機構（12,13）を
駆動させてプリアライメントステージ21上のウエハー１
を回転させる手段（モータ13の駆動回路で図示せず）
と、CCDセンサ35とで構成される。 プリアライメントマーク20の検出系は、２視野光学顕
微鏡16と、テレビカメラ17と、オリフラ検出後に前記XY
方向移動機構を駆動させてウエハー１のプリアライメン
トマーク20を２視野光学顕微鏡16の視野に入れる手段
（モータ39,40の駆動回路）と、プリアライメントマー
ク20の像とプリアライメントマーク位置合わせ指標（カ
ーソル）19とを画面表示するテレビモニター18とで構成
される。 なお、テレビモニター18には、オリフラ検出時にオリ
フラの位置合わせ状態が局部的な部分像として表示され
るように設定してある。 上記構成において、プリアライメント動作は次のよう
になされる。 ウエハーカセット30に収納されたウエハー１は、ベル
ト11によりウエハーチャック12に移送され、ウエハーチ
ャック12に設けられている真空吸着溝によりウエハー１
の裏面が真空吸着され、ウエハーチャック12上に固定さ
れる。 ウエハーチャック12に移送されたウエハー１のオリフ
ラ位置は、一定しておらず任意の場所にある。２視野顕
微鏡16の対物レンズ31の光軸中心は、プリアライメント
ステージ21のXY方向移動機構により予めウエハー１の端
面上方に位置するよう設定されている。この状態で、２
視野用の各照明光はオプテイカルフアイバ32,32′によ
り第１ハーフミラー33,33′に導かれ、ハーフミラー33,
33′を介してウエハー１の端面を照明する。 ウエハー１からの反射光のうち、第１ハーフミラー33
を透過したものは、光学顕微鏡16の上方に導かれ、第２
ハーフミラー34により光の一部は反射し、CCDセンサ35
に入射する。一方、第２ハーフミラー34を透過した光
は、第１ベンダミラー36によりテレビカメラ17に入射す
る。 ウエハーチャック12は、エンコーダ付モータ13により
回転する。いま、ウエハーチャック12の回転によりウエ
ハー１を回転させると、CCDセンサ35の出力は、ウエハ
ー１のオリフラ７の部分が光学顕微鏡16の一方側の視野
（対物レンズ31直下の視野）を通過するときに第２図に
示すように正弦波形37のように変化し、その中心38がオ
リフラ７の中心となる。原点からオリフラ中心38までの
回転角は、モータ13に取り付けられたエンコーダにより
計測されているから、エンコーダの位置情報として容易
に求めることができ、この位置情報を基にオリフラ７が
所定位置にくるように位置合わせされる。 このオリフラ７の位置合わせ状態（アライメント状
態）は、ハーフミラー34,第１ベンダーミラー36,テレビ
カメラ17を通して、第３図に示すようにテレビモニター
18に表示される。すなわち、オリフラ７が適正状態にア
ライメントされたとき、オリフラ７が２個の対物レンズ
31,31′を結ぶ軸線に対して垂直になっていて、この状
態をテレビカメラ17によりテレビモニター18上に写し出
すことができる。 なお、CCDセンサ35により求めたオリフラ位置精度
は、CCDセンサ35の分解能とウエハー回転用モータ13に
取り付けたエンコーダの分解能によって左右され、数十
μｍである。より高い精度を得る場合には、テレビモニ
ター18の画面で画像処理によりオリフラの位置合わせを
行ってもよい。テレビモニター18上での像の倍率は一般
に数百倍となっており、オリフラ７の位置を数μｍの精
度で求めることができる。 オリフラ検出及びその位置合わせ後に、XY方向移動機
構によりプリアライメントステージ21をウエハーサイズ
に合わせて所定距離だけ移動させ、ウエハー１上に設け
たプリアライメントマーク20を２視野光学顕微鏡16の対
物レンズ31,31′の直下にもってゆく。これにより、プ
リアライメントマーク20は光学顕微鏡16を介してテレビ
カメラ17により撮像され、テレビモニター18上に拡大像
として映し出される。 第４図はウエハー１のプリアライメントマークのテレ
ビモニター図である。ウエハー１上に付けられているプ
リアライメントマーク20をテレビカメラ17を介してテレ
ビモニター18上に表示し、テレビモニター18のカーソル
19に合わせる動作をプリアライメントというが、これに
は、第１図に示すプリアライメントステージ21をＸ軸駆
動モータ39,Y軸駆動モータ40によりそれぞれＸ軸送りね
じ41,Y軸送りねじ42を回転させ、第４図に示す如く、テ
レビモニター18上でプリアライメントマーク20の拡大像
51をカーソル19に合わせるようにする。 第５図は大口径ウエハーをアライメントする一実施例
を示す概略図である。大口径ウエハー60をアライメント
する場合は、第５図におけるＹテーブル61を矢印62の方
向に移動させることにより行うことができる。アライメ
ント方法は、前述と同じくエンコーダ付モータ13を回転
させて行う。また、プリアライメントは、Ｙテーブル61
を移動させ、プリアライメントマーク63を対物レンズ3
1,31′の下にもってゆくことにより行う。 〔発明の効果〕 本発明によれば、オリフラ検出をCCDセンサの正弦波
出力から行い、一方、プリアライメントマークの検出を
テレビモニターの画像表示を通して行うように、オリフ
ラ検出とプリアライメントマーク検出を異なる方式で行
う場合であっても、これらの異なる検出手法に共通の光
学系（一つの２視野光学顕微鏡）を用いることができ、
光学系要素の共通化を図ることで構造の単純化，部品の
簡素化を実現でき、コスト低減を図り得る。 また、上記した構造の単純化，部品の簡素化を図るこ
とと、CCDセンサがウエハーと干渉されない位置に配置
可能になるので、従来のように部品の一部（CCDセン
サ）がウエハーに干渉することを防ぎ、各種のウエハー
サイズにも対応可能である（例えば２〜６インチの広範
囲にわたって容易に対応できる）。 かつ、オリフラの位置合わせ状態を装置外部から監視
でき、オリフラが正しくアライメントされているかどう
かをテレビモニター上で監視できるので、精度が向上
し、信頼性が向上するという効果がある。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pre-aligner apparatus, and more particularly to a mask aligner used for manufacturing a semiconductor circuit, which can be miniaturized and can accommodate various wafer sizes. The present invention relates to a pre-aligner device suitable for [Prior Art] FIG. 6 shows a schematic view of a conventional mask exposure apparatus and pre-aligner apparatus. The wafer 1 is attracted by vacuum tweezers provided at the tip of the transfer arm 2, and the turning motor 3 rotates to be placed on the XY stage 4. XY stage 4
Moves according to the exposure matrix. The pattern of the mask 5 is reduced by the reduction lens 6 and projected and exposed on the wafer 1. Wafer 1
As shown in FIG. 7, an orientation flat (referred to as an orientation flat in the present invention) 7 in which a part of the circumference is cut out
Is provided. The orientation flat 7 serves as a reference during exposure. The conventional orientation flat alignment method is performed by detecting with an orientation flat detection light source 8 and a CCD (abbreviation of Charge Coupled Device) photo array sensor (hereinafter referred to as CCD sensor) 9. First, the wafer 1 is transferred from the wafer cassette 10 by the belt 11, and the back surface of the wafer 1 is vacuum-checked by the wafer chuck 12. Next, the motor with encoder 13 is rotated to rotate the wafer 1. The output of the CCD sensor 9 has a sine waveform at the orientation flat 7, and the center of the orientation flat 7 can be obtained from the center of the waveform (at the maximum amplitude). On the other hand, an integrated circuit is formed on the wafer 1 through a plurality of exposure steps, but in the exposure of the second and subsequent layers, the wafer 1 generally has a pre-alignment mark 14 such as a cross mark 14 as shown in FIG. Is attached in advance. The pre-alignment mark 14 is provided before the fine alignment mark position provided on the chip is placed within the field of view of the pattern detector 15 when the projection image of the chip on the wafer 1 and the projected image of the mask 5 are overlapped and exposed. It is a mark for alignment. When the wafer 1 is placed on the XY stage 4, its positional accuracy needs to be 10 μm or less. Therefore, the wafer 1 needs to be pre-aligned in another place in advance. The means is a pre-aligner device. In this pre-alignment, as shown in FIG. 6, when the wafer 1 is set at the position (XY stage) where the mask pattern is exposed, the wafer 1 is placed on the pre-alignment stage 21 in advance and the pre-alignment mark is displayed in the two-field microscope. This is performed by capturing an enlarged image by 16 and displaying it on the TV monitor 18 through the TV camera 17, and moving the pre-alignment stage 21 so that the cursor 19 on the TV monitor 18 and the enlarged image 20 coincide with each other. [Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned conventional technology, the two-field microscope for detecting the pre-alignment mark and the optical system for detecting the orientation flat are separately configured, and the apparatus is complicated and the cost is high. It was. On the other hand, in the case of a small-diameter wafer having an outer diameter of 2 inches, it is difficult to install a CCD sensor for detecting the orientation flat below the wafer due to space limitations. Therefore, there is an inconvenience that it can be applied only to a large-diameter wafer. In addition, since this mechanism is installed inside the device, it was not possible to confirm from outside that the orientation flat position was properly aligned. The object of the present invention is to use the same optical system even if the methods of wafer pre-alignment mark detection and orientation flat detection are different, the structure is simple, and various wafer sizes can be accommodated. The purpose of the present invention is to provide a pre-aligner device capable of monitoring the alignment state of the orientation flat from outside the device. [Means for Solving the Problem] In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. The semiconductor wafer is provided with a pre-alignment stage for setting the semiconductor wafer at a position where the mask pattern is exposed in advance, and the orientation flat and the pre-alignment mark provided on the wafer on the stage are respectively detected to detect the wafer. In the pre-aligner device for pre-aligning the pre-alignment device, a two-view optical microscope corresponding to the pre-alignment mark is arranged above the pre-alignment stage, and the two-view optical microscope is used in a television camera as an element of a pre-alignment mark detection system. In addition to being optically connected, the optical path of the optical system that takes in one field of view of the two-field optical microscope is optically connected to the CCD camera, which is an element of the orientation flat detection system, in addition to the television camera through a half mirror. Connected to the pre-alignment stage Mechanism, the XY direction movement mechanism, and a rotational movement mechanism, the detection system of the orientation flat is at least, the optical system of the one-field capture side of the 2-field optical microscope,
A means for driving the XY-direction moving mechanism to position the end face of the wafer immediately below the one field-viewing-side optical system of the two-field optical microscope, and a means for driving the rotation moving mechanism to drive the pre-alignment stage. It comprises a means for rotating the wafer and the CCD sensor for outputting a sine waveform when the orientation flat of the rotating wafer passes through the one field of view of the two-field optical microscope. Based on this sine waveform output, The position information for aligning the orientation flat is set so that the pre-alignment mark detection system includes at least the two-field optical microscope, the television camera, and the XY direction moving mechanism after the orientation flat is detected. Means for driving the pre-alignment mark of the wafer into the visual field of the two-view optical microscope; Image display of the alignment mark and the pre-alignment mark alignment index on the screen, and the alignment state of the orientation flat is displayed as a local partial image on the television monitor when the orientation flat is detected. It is characterized in that it is set as follows. [Operation] According to the above configuration, the following operation is performed. To detect the orientation flat, first move the pre-alignment stage using the XY movement mechanism so that the wafer end surface captures one field of view of the two-field optical microscope (CCD).
The wafer is set so as to be located directly below the objective lens of the optical system (the one connected to the sensor via the half mirror). After that, the wafer is rotated by a rotation moving mechanism (for example, a motor with an encoder). As a result, the optical system on one side of the two-view optical microscope scans the outer circumference of the wafer, and the reflected light from the vicinity of the outer circumference of the wafer is guided to the CCD sensor via the half mirror. The CCD sensor outputs a sine waveform when the orientation flat of the rotating wafer passes through the one field of view of the two-field optical microscope. Position information for aligning the orientation flat is obtained based on the output of the sine waveform, and the orientation flat is aligned based on the position information so that the orientation flat comes to a predetermined position. In this orientation flat detection, the orientation state of the orientation flat is also guided to the television camera and locally enlarged and displayed on the television monitor. Therefore, whether the orientation flat is accurately aligned at a predetermined position through the television monitor. It will be possible to confirm. After the orientation flat detection and its alignment, the pre-alignment stage is moved by a predetermined distance by the XY-direction moving mechanism so that the pre-alignment mark provided on the wafer is located directly below the objective lens of the optical microscope. As a result, the pre-alignment mark is imaged by the television camera through the optical microscope and displayed as a magnified image on the television monitor. Pre-alignment marks and alignment indicators (eg cursor) on this TV monitor
The wafer is pre-aligned via the XY direction movement adjusting mechanism so that and match. When the diameter of the wafer changes, the pre-alignment stage is moved by the difference in radius thereof to detect the orientation flat and the pre-alignment mark. [Embodiment] The present invention will be described below with reference to the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 3 to FIG. 5 and FIG. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the pre-aligner device of the present invention. In FIG. 1, a two-field optical microscope 16 corresponding to a pre-alignment mark is arranged above the pre-alignment stage 21. The two-field optical microscope 16 uses the wafer 1
Corresponding to the two pre-alignment marks formed on, two (a pair) objective lenses 31, 31 'arranged to capture these marks in separate fields of view, and two half mirrors for illumination (first Half mirror of 1) 33,3
3'and two bender mirrors 36, 36 ', etc., and this two-field optical microscope 16 is optically connected to a television camera 17 which is an element of the pre-alignment mark detection system. Further, a half mirror (second half mirror) 34 is inserted in the optical path of an optical system for taking one of the two visual fields of the two-field optical microscope 16, and the side for taking the one visual field through the half mirror 34. The optical system of TV camera 17
In addition to the above, the CCD sensor 35, which is an element of the orientation flat detection system, is also optically branched and connected. The movement mechanism of the pre-alignment stage 21 is composed of an X-axis drive motor 39, a Y-time drive motor 40, an X-axis feed screw 41, and a Y-axis feed screw 42, an XY direction movement mechanism, a wafer chuck 12, and an encoder motor 13. And a rotation moving mechanism configured by. The detection system of the orientation flat is composed of the optical system (31, 33, 34) on the one visual field taking-in side of the two-field optical microscope 16 and the XY
Means (motors 39, 40) for driving the direction moving mechanism (40 to 42) to position the end surface of the wafer 1 just below the objective lens 31 of the one field-viewing side optical system of the two-field optical microscope.
Drive circuit (not shown) and the rotational movement mechanism (12, 13) to drive the wafer 1 on the pre-alignment stage 21.
Means for rotating the motor (not shown in the drive circuit of the motor 13)
And a CCD sensor 35. The detection system of the pre-alignment mark 20 is a two-field optical microscope 16, a television camera 17, and the XY after the orientation flat detection.
A means for driving the directional movement mechanism to bring the pre-alignment mark 20 of the wafer 1 into the visual field of the two-field optical microscope 16 (driving circuit of the motors 39 and 40), the image of the pre-alignment mark 20 and the pre-alignment mark alignment index ( (Cursor) 19 and a television monitor 18 that displays a screen. The television monitor 18 is set so that the orientation of the orientation flat is displayed as a local partial image when the orientation flat is detected. In the above structure, the pre-alignment operation is performed as follows. The wafer 1 stored in the wafer cassette 30 is transferred to the wafer chuck 12 by the belt 11, and the wafer 1 is moved by the vacuum suction groove provided in the wafer chuck 12.
The back surface of is chucked by vacuum and fixed on the wafer chuck 12. The orientation flat position of the wafer 1 transferred to the wafer chuck 12 is not fixed and is located at an arbitrary position. The optical axis center of the objective lens 31 of the two-field microscope 16 is set in advance above the end surface of the wafer 1 by the XY direction moving mechanism of the pre-alignment stage 21. In this state, 2
Each illumination light for the visual field is guided to the first half mirror 33, 33 'by the optical fiber 32, 32', and the half mirror 33, 33 '
The end face of the wafer 1 is illuminated through 33 '. Of the reflected light from the wafer 1, the first half mirror 33
The light that has passed through is guided to above the optical microscope 16 and
Part of the light is reflected by the half mirror 34, and the CCD sensor 35
Incident on. On the other hand, the light transmitted through the second half mirror 34 enters the television camera 17 by the first bender mirror 36. The wafer chuck 12 is rotated by a motor 13 with an encoder. Now, when the wafer 1 is rotated by the rotation of the wafer chuck 12, the output of the CCD sensor 35 is obtained when the orientation flat 7 portion of the wafer 1 passes through the visual field on one side of the optical microscope 16 (the visual field immediately below the objective lens 31). As shown in FIG. 2, it changes like a sine wave 37, and its center 38 becomes the center of the orientation flat 7. Since the rotation angle from the origin to the center 38 of the orientation flat is measured by the encoder attached to the motor 13, it can be easily obtained as position information of the encoder, and the orientation flat 7 comes to a predetermined position based on this position information. Are aligned as. The alignment state of the orientation flat 7 is adjusted through the half mirror 34, the first bender mirror 36, and the television camera 17 as shown in FIG.
Displayed on 18. That is, when the orientation flat 7 is properly aligned, the orientation flat 7 has two objective lenses.
It is perpendicular to the axis connecting 31,31 ', and this state can be displayed on the television monitor 18 by the television camera 17. The orientation flat position accuracy obtained by the CCD sensor 35 is several tens of μm depending on the resolution of the CCD sensor 35 and the resolution of the encoder attached to the wafer rotation motor 13. To obtain higher accuracy, the orientation flat may be aligned on the screen of the TV monitor 18 by image processing. The magnification of the image on the TV monitor 18 is generally several hundred times, and the position of the orientation flat 7 can be obtained with an accuracy of several μm. After the orientation flat detection and its alignment, the pre-alignment stage 21 is moved by a predetermined distance according to the wafer size by the XY direction moving mechanism, and the pre-alignment mark 20 provided on the wafer 1 is moved to the objective lens 31 of the two-field optical microscope 16. Take it directly under 31 '. As a result, the pre-alignment mark 20 is picked up by the television camera 17 via the optical microscope 16 and displayed as an enlarged image on the television monitor 18. FIG. 4 is a television monitor diagram of the pre-alignment mark on the wafer 1. The pre-alignment mark 20 attached on the wafer 1 is displayed on the TV monitor 18 via the TV camera 17, and the cursor on the TV monitor 18 is displayed.
The operation of aligning with 19 is called pre-alignment. In this, the pre-alignment stage 21 shown in FIG. 1 is rotated by the X-axis drive motor 39 and the Y-axis drive motor 40, respectively. Then, as shown in FIG. 4, an enlarged image of the pre-alignment mark 20 is displayed on the TV monitor 18.
Align 51 with cursor 19. FIG. 5 is a schematic view showing an embodiment for aligning a large diameter wafer. The large diameter wafer 60 can be aligned by moving the Y table 61 in the direction of arrow 62 in FIG. The alignment method is performed by rotating the motor 13 with an encoder as described above. Also, the pre-alignment is performed on the Y table 61.
To move the pre-alignment mark 63 to the objective lens 3
Do this by taking it under 1,31 '. EFFECT OF THE INVENTION According to the present invention, orientation flat detection and pre-alignment mark detection are different so that orientation flat detection is performed from the sine wave output of a CCD sensor, while pre-alignment mark detection is performed through image display on a television monitor. Even if the method is used, it is possible to use a common optical system (one two-field optical microscope) for these different detection methods.
By making the optical system elements common, simplification of the structure and simplification of parts can be realized, and cost can be reduced. Further, since the above-described structure and parts can be simplified and the CCD sensor can be arranged at a position where it does not interfere with the wafer, part of the component (CCD sensor) interferes with the wafer as in the conventional case. It is possible to cope with various wafer sizes (for example, it is possible to easily cope with a wide range of 2 to 6 inches). In addition, since the alignment state of the orientation flat can be monitored from outside the device and whether the orientation flat is properly aligned can be monitored on the television monitor, there is an effect that accuracy is improved and reliability is improved.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のプリアライナー装置の一実施例を示す
概略図、第２図は第１図のCCDセンサの出力波形図、第
３図は第１図のオリフラのアライメント状態を示すテレ
ビモニター図、第４図は第１図のウエハーのプリアライ
メントマークのテレビモニター図、第５図は大口径ウエ
ハーをアライメントする一実施例を示す概略図、第６図
は従来のマスク露光装置の概略図、第７図はウエハーの
説明図である。 １……ウエハー、７……オリフラ、12……ウエハーチャ
ック、13……エンコーダ付モータ、17……テレビカメ
ラ、18……テレビモニター、19……カーソル、20……プ
リアライメントマーク、21……プリアライメントステー
ジ、31,31′……対物レンズ、32……オプテイカルフア
イバ、33……第１ハーフミラー、34……第２ハーフミラ
ー、35……CCDセンサ、36……第１ベンダミラー、51…
…拡大像、61……Ｙテーブル。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the pre-aligner device of the present invention, FIG. 2 is an output waveform diagram of the CCD sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is an orientation flat of FIG. FIG. 4 is a TV monitor view showing the alignment state of the wafer, FIG. 4 is a TV monitor view of the pre-alignment mark of the wafer of FIG. 1, FIG. 5 is a schematic view showing an embodiment for aligning a large diameter wafer, and FIG. FIG. 7 is a schematic view of the mask exposure apparatus of FIG. 1 ... Wafer, 7 ... Orifla, 12 ... Wafer chuck, 13 ... Encoder motor, 17 ... TV camera, 18 ... TV monitor, 19 ... Cursor, 20 ... Pre-alignment mark, 21 ... Pre-alignment stage, 31,31 '…… Objective lens, 32 …… Optical fiber, 33 …… First half mirror, 34 …… Second half mirror, 35 …… CCD sensor, 36 …… First bender mirror, 51 ...
… Enlarged image, 61 …… Y table.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．マスクパターンを露光する位置に半導体ウエハーを
セットする際に予め前記ウエハーを載置するプリアライ
メントステージを備え、該ステージ上のウエハーに設け
られたオリフラ及びプリアライメントマークのそれぞれ
を検出して、前記ウエハーをプリアライメントするプリ
アライナー装置において、 前記プリアライメントステージの上方に前記プリアライ
メントマークに対応させた２視野光学顕微鏡が配置さ
れ、 この２視野光学顕微鏡がプリアライメントマーク検出系
の要素となるテレビカメラに光学的に接続されると共
に、該２視野光学顕微鏡のうち一方の視野を取り込む光
学系の光路がハーフミラーを介して前記テレビカメラの
ほかにオリフラ検出系の要素となるCCDセンサにも光学
的に接続され、 前記プリアライメントステージの移動機構は、XY方向移
動機構と、回転移動機構とを有し、 前記オリフラの検出系は、少なくとも、前記２視野光学
顕微鏡のうち前記一方の視野取り込み側の光学系と、前
記XY方向移動機構を駆動させて前記２視野光学顕微鏡の
前記一方の視野取り込み側光学系の直下に前記ウエハー
の端面を位置させる手段と、前記回転移動機構を駆動さ
せて前記プリアライメントステージ上のウエハーを回転
させる手段と、回転する前記ウエハーのオリフラが前記
２視野光学顕微鏡の前記一方の視野を通過するときに正
弦波形を出力する前記CCDセンサとで構成され、この正
弦波形出力を基に前記オリフラの位置合わせのための位
置情報が求まるよう設定してあり、 前記プリアライメントマークの検出系は、少なくとも、
前記２視野光学顕微鏡と、前記テレビカメラと、前記オ
リフラ検出後に前記XY方向移動機構を駆動させて前記ウ
エハーのプリアライメントマークを前記２視野光学顕微
鏡の視野に入れる手段と、前記プリアライメントマーク
の像とプリアライメントマーク位置合わせ指標とを画面
表示するテレビモニターとで構成され、且つこのテレビ
モニターには、前記オリフラ検出時に前記オリフラの位
置合わせ状態が局部的な部分像として表示されるように
設定してあることを特徴とするプリアライナー装置。(57) [Claims] The semiconductor wafer is provided with a pre-alignment stage for setting the semiconductor wafer at a position where the mask pattern is exposed in advance, and the orientation flat and the pre-alignment mark provided on the wafer on the stage are respectively detected to detect the wafer. In the pre-aligner device for pre-aligning the pre-alignment device, a two-view optical microscope corresponding to the pre-alignment mark is arranged above the pre-alignment stage, and the two-view optical microscope is used in a television camera as an element of a pre-alignment mark detection system. In addition to being optically connected, the optical path of the optical system that takes in one field of view of the two-field optical microscope is optically connected to the CCD camera, which is an element of the orientation flat detection system, in addition to the television camera through a half mirror. Connected to the pre-alignment stage The mechanism has an XY direction moving mechanism and a rotation moving mechanism, and the orientation flat detection system includes at least the optical system on the one visual field taking-in side of the two-field optical microscope and the XY direction moving mechanism. Means for driving to position the end face of the wafer directly below the one visual field taking side optical system of the two-field optical microscope; means for driving the rotation moving mechanism to rotate the wafer on the pre-alignment stage. And a CCD sensor that outputs a sine waveform when the orientation flat of the rotating wafer passes through the one field of view of the two-field optical microscope. Based on the sine waveform output, for aligning the orientation flat. Is set so that position information of the pre-alignment mark is obtained,
An image of the two-view optical microscope, the television camera, a means for driving the XY direction moving mechanism after the orientation flat detection to bring the pre-alignment mark of the wafer into the field of view of the two-view optical microscope, And a pre-alignment mark alignment index are displayed on the screen of the TV monitor, and the TV monitor is set so that the alignment state of the orientation flat is displayed as a local partial image when the orientation flat is detected. A pre-aligner device characterized by being provided.