JP6530825B2 - ウエハのプリアライメント装置及び方法 - Google Patents
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Description
従来技術では、エッジ及びノッチマークを取得し、粗プリアライメントを実現できるに過ぎなかった。一方、本発明は、粗プリアライメントの後に、更に両マークを取得することによって、より高精度なウエハの中心位置設定、方向設定機能を実現し、ウエハマウントの高度な精度要求をより良く満足させることができる。
第一に、プリアライメントステージにセットされたウエハ上のアライメントマークをより正確にアライメント視野内に位置できるようにすることで、異なるウエハ間のアライメントマークがウエハの幾何学的外形に対応するサイズ位置の相違によって引き起こされる過大なウエハマウントの精度の誤差を減少させる。
第二に、マーク検出システムが測定ツールとなり得ることで、ウエハ上のアライメントマークのウエハの幾何学的外形の座標位置に対する誤差を測定する。
第三に、マーク検出システムがアライメントマークのマーク検出システム座標系中のターゲット位置と測定位置を比較することによって、アライメントマークのウエハ座標系における位置とマーク検出システム座標系に対応する回転偏差を算出することができる。
図1に示すエッジビジュアル取得システムは主にウエハのエッジを取得し、その後、画像処理及び計算によりウエハの偏心と偏向を算出し、これによりプリアライメントステージシステムの中心位置設定機構と方向設定機構に偏移量の補償をする。
図1に示す通り、エッジビジュアル取得システム1は主にラインCCDカメラ10と、台座11と、光源12と、レンズ13と、支持台14と、調整部材15から構成され、調整部材15によってレンズ13の中心から支持台14の内表面までの間の距離Lが8インチと12インチのウエハのスイッチスペースの要件を満たすように調整される。
図2は本発明が提供するエッジビジュアル取得システムの取り付け位置の概要を示す図である。図2に示す通り、エッジビジュアル取得システム1はプリアライメントの径方向(即ち、ウエハの径方向)に沿ってウエハプレートの一側の位置3の部分に取り付けられる。ウエハプレート上には、8インチのウエハエッジを取得するための溝2の開口が設けられる。
図3に示す通り、マーク検出システムは三つの機能を実現する必要がある。
まず、ウエハ表面上のアライメントマークをサーチする機能を有する。
次にカメラ(又はレンズ)からウエハ表面までの距離を調節する機能を有し、異なる厚みのウエハ表面のアライメントマークを読み取るという要求を満たす。
最後に、ウエハ上のアライメントマークとウエハの幾何学的中心の位置の誤差を検出し得る機能を更に有する。
これら三つの機能及び入力制約に基づき、マーク検出システムの機械的構造を設計する。
移動機構48は視覚的マーク取得機構46のウエハ径方向に沿った移動をさせるものであり、ウエハ表面上のマークのサーチのために使用されるものである。
フォーカス機構47は視覚的マーク取得機構46の垂直Z方向上の移動をさせるものであり、マーク検出の焦点面の調整を行い、アライメントマーク画像の明瞭な取得を実現するために使用される。
視覚的マーク取得機構46はウエハ上のアライメントマークの検出、画像取得、画像伝送及び処理の実現のために使用される。
移動機構48とフォーカス機構47には高精度な移動モジュールが採用され、視覚的マーク取得機構46はフォーカス機構47上に取り付けられ、フォーカス機構47は移動機構48上に取り付けられる。
200mmと300mmのウエハの互換性処理という要件を満たすため、移動機構の総ストロークを80mmとし、必要な有効ストロークを75mmとする。またフォーカス機構の総ストロークを8mmとし、必要な有効ストロークを5mmとする。
図4に示す通り、マーク検出システム4はプリアライメント径方向に沿ってウエハプレートの他側の位置部分(エッジビジュアル取得システム1と向かい合う)に取り付けられる。プリアライメントステージはR方向(即ち、垂直Z方向を囲む回転軸)移動機構5及び偏心補償機構6を有する。
R方向移動機構5のZ軸の周りの回転移動とエッジビジュアル取得システムの組み合わせにより、マーク検出システムの移動機構の径方向への移動とフォーカス機構の連動の下、並びにラインCCDとエリアCCDの併用の下において、8インチと12インチウエハ上のアライメントマーク画像の明瞭な取得を実現し、更に画像処理によってプリアライメントのより高精度の中心位置設定、方向設定機能を実現する。
図7は本発明に関わるウエハのプリアライメント方法のフローチャートである。
図7に示す通り、前記方法は以下の手順を含む。
手順701:まずエッジビジュアル取得システムを利用してウエハエッジの取得と粗プリアライメントを完了する。
手順702:ノッチの方向を計算し、かつノッチ、第一、第二アライメントマーク(W1,W2(図6))、アライメントマーク視野座標の間の位置関係に基づき、ウエハの回転角度を計算する。
手順703:R軸(即ち、垂直Z方向の回転軸に沿った)の回転により、ノッチをアライメント検出視野下に至るまで回転させる。
手順704:移動機構がプリアライメントによって決定されたマーク位置に基づき第一アライメントマークをサーチし、ウエハの中心に向かって径方向に沿って移動する。この時の最大有効ストロークは75mmとする。
手順705:CCDカメラが画像を取得し、オートフォーカスを行う。
手順706:最適なフォーカス面に達しているかどうかを判断し、達している場合は手順708に進み、視覚的マーク取得機構46が第一アライメントマーク画像を取得する。最適なフォーカス面に達していない場合は手順707に進み、フォーカス機構を垂直方向に移動させ、更に手順705に進む。
手順709:手順708で取得した画像中にアライメントマーク(この場合は第一アライメントマークとする)が存在するかどうかを確認し、存在が確認できた場合は手順714に進む。
手順714:二つのアライメントマークが全て取得できたかどうかを判断するものであり、手順709においてアライメントマークが取得できなかった場合は、手順710に進む。
手順710:R軸が時計回り又は半時計回りに回転し、毎回の最大回転角度を1.5度とし、視覚的マーク取得機構がアライメントマーク(この場合は第一アライメントマークとする)の画像を再び取得する。
手順711:アライメントマークが取得できたかどうかを再び判断し、取得できた場合は、手順714に進み、手順711においてアライメントマークが取得できなかった場合は、手順712に進む。
手順712:移動機構をプラスマイナス1mmの制限において移動させた後、再び手順709に進む。第一マークは取得できたものの第二マークが取得できなかった場合は手順713に進む。
手順713:ウエハがR軸において180度回転し、視覚的マーク取得機構が第二アライメントマークの画像を取得した後、手順709に戻る。
手順714:二つのアライメントマークが全て取得できた場合は、手順715に進む。
手順715:第一及び第二アライメントマークの座標に基づき前記ウエハのプリアライメントステージに対応する相対位置を計算し、Rの角度をプリアライメントシステムに返送し、ウエハ座標系(GWCS)における第一及び第二アライメントマークの座標値をプリアライメントステージに返送する。
なおRの角度はウエハ座標系における座標原点から二つのアライメントマークまでの結線の夾角であり、GWCS座標系(ウエハ座標系)は、座標原点がウエハの中心に位置し、Y軸はトリミング/グルーミングの中心とウエハの中心を通過し、X軸はY軸に垂直にウエハの中心を通過すると定義される。
手順716:ウエハに対してより高精度なプリアライメントを実施する。
図6は本発明が提供するウエハのプリアライメント装置の使用状況の概要を示す図であり、W1とW2はそれぞれウエハ上に対称に分布するMARK1とMARK2の二つのマークである。
Nはアライメントマーク座標系(WCS座標系)における座標の原点である。ここで、WCS座標系はアライメントマークによって定義されるものであり、二つのマークの結線の中点が座標の原点であり、Y座標軸は座標の原点を通過し、かつ結線に垂直であり、ウエハのトリミング/グルーミング端が−Y方向であり、二つのマークの結線がX座標軸(水平方向)であると定義される。
二つのマークMARK1とMARK2の半径は同一、即ち、W1N=W2Nである。
OはMSCS座標系における座標の中心である。
MSCS座標系はマーク検出システムの座標系である。
U軸(MSCS U)はプリアライメントステージの中心(O)とアライメントマーク検出視野範囲の中心(P)の結線であると定義される。
V軸(MSCS V)はU軸に垂直であり、かつプリアライメントステージの中心(O)を通過する直線と定義される。
W2’はMARK2をO点を基準に180度回転させた位置である。
MはW1W2’の中心である。MO=W1N=W2Nということは容易に理解できる。
α(alfa)角はWCS座標系とMSCS座標系の間の回転角度である。
Pはアライメントマーク検出視野範囲の中心(P)である。
NOの距離はW1M又はMW2’と同一である。
当実施例において、ウエハ上の二つのアライメントマークW1とW2は対称に配置されていない時には、二つのアライメントマークW1とW2の結線がウエハの中心を通過し、二つのアライメントマークW1とW2がウエハの中心の結線に至るまでの長さが異なる。実施例二との相違点は、第一のアライメントマークW1を取得した後、マーク検出システムがR軸方向に沿って回転し第二のアライメントマークW2をサーチする必要があるという点である。
実施例四は実施例三をベースに、条件を追加したものである。即ち、ウエハ上の二つのアライメントマークW1とW2が対称に配置されないことに加えて、回転台におけるウエハの偏心が大きい、即ち、ウエハの中心が回転台の中心になく、かつ偏心が大きい。実施例三との比較において、第一のアライメントマークW1を取得した後、マーク検出システムが常にR軸方向に沿って回転移動することで第二のアライメントマークW2をサーチする。その後は、実施例二と類似するが、唯一の相違点はGWCS座標系におけるアライメントマークW2の測定位置とWCS座標系におけるアライメントマークW2の所期の位置を用いてアライメントマークW2の実際の位置を位置決めする点である。
当実施例は、ウエハ上の二つのアライメントマークW1とW2の位置に異なる角度が存在し、かつ二つのアライメントマークW1とW2の結線がウエハの中心を通過せず、また二つのアライメントマークW1とW2がウエハの中心の結線に至るまでの長さが異なる。この状況は実施例四と本質的に何ら相違がないことから、ここでは繰り返し説明しない。
Claims (7)
- ウエハをマウントする前にウエハのアライメントを実施するためのプリアライメント装置であって、
ウエハの円中心と概ね対称に分布する第一アライメントマークと第二アライメントマークを有するウエハを支持するために使用されるプリアライメントステージと、
前記ウエハ上のエッジ又はノッチに基づき、前記ウエハとプリアライメントステージとの位置偏差と回転偏差についての第一の位置補償を実現するためのエッジビジュアル取得システムと、
第一及び第二アライメントマークの像を個別に取得するために使用されるマーク検出システムと、を有し、
前記マーク検出システムは、前記第一及び第二アライメントマークのマーク検出システム座標系(MSCS座標系)における位置に基づき、アライメントマーク座標系(WCS座標系)とマーク検出システム座標系(MSCS座標系)の間の回転角度及び偏差を計算し、
更に前記回転角度、偏差、アライメントマーク座標系(WCS座標系)の原点(N)とウエハの円中心の間の相対位置関係に基づき、前記ウエハの円中心と事前に定義されるプリアライメントステージの中心(O)の間の相対位置関係を確定し、これにより前記ウエハとプリアライメントステージとの間での位置偏差と回転偏差についての第二の位置補償を実現するものであり、マーク検出システム座標系(MSCS座標系)において、
横軸(MSCS U)は、プリアライメントステージの中心(O)とマーク検出システムのアライメントマーク検出視野範囲の中心(P)との結線であると定義され、
縦軸(MSCS V)は、横軸に垂直であって、かつプリアライメントステージの中心(O)を通過する直線であると定義され、
前記アライメントマーク座標系は、
横軸(WCS X)は、前記第一と第二アライメントマークの結線であると定義され、
原点(N)は、前記第一及び第二アライメントマークの結線の中点であると定義され、
縦軸(WCS Y)は、原点(N)を通過し、かつ前記結線に垂直であり、
前記プリアライメントステージは、前記プリアライメントステージにおいて前記第一、及び、第二の位置補償を行うためのR方向移動機構及び偏心補償機構を有する、
ウエハのプリアライメント装置。 - 前記エッジビジュアル取得システムがラインCCD検出器を有し、
前記マーク検出システムがエリアCCDを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のウエハのプリアライメント装置。 - 前記マーク検出システムが移動機構と、フォーカス機構と、視覚的マーク取得機構とを有し、
前記移動機構が前記視覚的マーク取得機構を駆動させて前記第一又は第二アライメントマークをサーチし、
前記フォーカス機構が視覚的マーク取得機構の第一又は第二アライメントマークに対する焦点距離の調整に使用され、
前記視覚的マーク取得機構が前記第一又は第二アライメントマークの像の取得のために使用される、
ことを特徴とする請求項1に記載のウエハのプリアライメント装置。 - 前記フォーカス機構と前記移動機構が相互に接続され、
前記視覚的マーク取得機構と前記フォーカス機構が相互に接続され、
前記移動機構が前記フォーカス機構を駆動させウエハの径方向に沿って移動させるために使用され、
前記フォーカス機構が前記視覚的マーク取得機構を駆動させ垂直方向に沿って移動させるために使用される、
ことを特徴とする請求項3に記載のウエハのプリアライメント装置。 - 前記視覚的マーク取得機構は、点光源と、レンズと、エリアCCDカメラとを有する、
ことを特徴とする請求項3に記載のウエハのプリアライメント装置。 - 前記エッジビジュアル取得システムと前記マーク検出システムが、
それぞれ前記ウエハの径方向に沿って前記ウエハの両側に位置する、
ことを特徴とする請求項1に記載のウエハのプリアライメント装置。 - ウエハをマウントする前のプリアライメント方法であって、
手順一:
ウエハ上にウエハの円中心について概ね対称に分布する第一アライメントマークと第二アライメントマークを提供するステップ、
手順二:
エッジビジュアル取得システムが前記ウエハ上のエッジ又はノッチに基づき前記ウエハとプリアライメントステージとの位置偏差と回転偏差についての第一の位置補償を実現するステップ、
手順三:
マーク検出システムがそれぞれ前記ウエハ上に位置する第一、第二アライメントマークの像をサーチして取得するステップ、
手順四:
前記第一及び第二アライメントマークのマーク検出システム座標系(MSCS座標系)における位置に基づき、前記ウエハの円中心とプリアライメントステージの中心(O)の間の相対位置関係を確定するステップ、
手順五:
確定された前記ウエハの円中心とプリアライメントステージの中心(O)の間の相対位置関係に基づき、前記ウエハとプリアライメントステージとの間での位置偏差と回転偏差についての第二の位置補償を実現するステップ、
を含み、
更に、マーク検出システム座標系(MSCS座標系)において、
横軸(MSCS U)はプリアライメントステージの中心(O)とマーク検出システムのアライメントマーク検出視野範囲の中心(P)の結線であると定義され、
縦軸(MSCS V)は横軸に垂直であって、かつプリアライメントステージの中心(O)を通過する直線であると定義され、
前記手順四は、
前記第一及び第二アライメントマークのマーク検出システム座標系(MSCS座標系)中の座標に基づき、アライメントマーク座標系(WCS座標系)とマーク検出システム座標系(MSCS座標系)の間の回転角度及び偏差を計算し、
前記回転角度、偏差、アライメントマーク座標系(WCS座標系)の原点とウエハの円中心の間の相対位置関係に基づき、前記ウエハの円中心と事前にプリアライメントステージの中心(O)の間の相対位置関係が確定される手順を含み、
更に、前記アライメントマーク座標系(WCS座標系)において、
横軸は、前記第一及び第二アライメントマークの結線であると定義され、
原点は、前記第一及び第二アライメントマークの結線の中点であると定義され、
縦軸は、原点を通過し、かつ前記結線に垂直であり、
前記第一、及び、第二の位置補償は、前記プリアライメントステージに設けられるR方向移動機構及び偏心補償機構にて実施される、
ことを特徴とするウエハのプリアライメント方法。
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