JPH085319A - アライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の良いアライメント計測を短時間で行う
ことができようにする。 【構成】 チョッパ円盤３０は、モータ３１によって一
定速度で回転する回転体であり、その周方向に沿って交
互に配置された遮光部２９と開口部２８とを有し、遮光
部２９がＸ及びＹ方向ビームのうち一方のビームを遮断
している間、開口部２８が他方のビームを通過させる。
アライメント計測では、まず、状態検出用センサ３４の
検出結果に応じて、ウェハ１２とＸ及びＹ方向ビームＢ
ｘ、Ｂｙとを相対移動させ、ウェハ１２内のＸ及びＹ方
向マークを少なくとも１往復スキャンする。そのスキャ
ンするタイミングは、チョッパ円盤３０の回転動作に同
期させる。そのとき、Ｘ又はＹ方向計測用ディテクタ１
９、２０から、Ｘ．はＹ方向ディテクタ信号Ｄｘ、Ｄｙ
が出力され、そのときのステージ２の移動位置に基づい
て、ウェハ１２のＸ及びＹ方向位置が絶対座標で認識さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアライメント装置に関
し、特に半導体ウェハのアライメント計測を短時間に行
えるようにしたアライメント装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置におけるウェハホルダ上
に搭載されたウェハの位置座標を正確に求めるため、ア
ライメント計測が行われる。そのアライメント計測に用
いられる従来のアライメント装置について、図５を用い
て説明する。

【０００３】レーザ光源（例えばＨｅ−Ｎｅレーザ）１
から出射された直線偏光のレーザビームは、λ／２板２
を通過後、偏光ビームスプリッタ３（光路分岐手段）で
Ｐ偏光成分のレーザビーム４と、Ｈ偏光成分のレーザビ
ーム５とに分岐される。これらの分岐されたレーザビー
ム４及び５のうち、レーザビーム４はビームスリット６
ａ及びシリンドリカルレンズ７ａを通過することによ
り、またレーザビーム５はビームスリット６ｂ及びシリ
ンドリカルレンズ７ｂを通過することにより、それぞれ
細長い矩形ビームに整形される。このとき、Ｐ偏光成分
のレーザビーム４とＨ偏光成分のレーザビーム５とで
は、互いに長軸向きが９０°相違するように、シリンド
リカルレンズ７ａ及び７ｂの向きを設定する。

【０００４】レーザビーム４，５は、ビーム整形された
後、ビームスプリッタ８によって同一光路に合流し、ハ
ーフミラー１７、リレーレンズ９及び対物レンズ１０を
通って、ウェハホルダ１１に搭載された加工対象のウェ
ハ１２上に照射される。ビームスプリッタ８によって合
流したレーザビーム４及び５は、最終的には、図６に示
すようなビーム形状、すなわちそれぞれ長軸の方向でｙ
方向に細長いＸ方向計測用アライメントビーム（以下
「Ｘ方向ビーム」という）Ｂｘとｘ方向に細長いＹ方向
計測用アライメントビーム（以下「Ｙ方向ビーム」とい
う）Ｂｙとなってウェハ１２に照射される。

【０００５】ウェハ１２は、図示しない公知の手段によ
りプリアライメントされることで、許容位置誤差内に位
置決めされ、ウェハホルダ１１に吸着保持されている。
このプリアライメントの精度は、±５０μｍ以内であ
る。

【０００６】ウェハ１２上には、図７に示すような、そ
の設計上の位置にＸ方向に配設された格子状のＸ方向計
測用アライメントマーク（以下「Ｘ方向マーク」とい
う）１５と、Ｙ方向に配設された格子状のＹ方向計測用
アライメントマーク（以下「Ｙ方向マーク」という）１
６とが予め設けられている。そして、これらのマーク１
５，１６に同一方向のアライメントビームを照射する
と、すなわちＸ方向マーク１５にはＸ方向ビームＢｘ
を、またＹ方向マーク１６にはＹ方向ビームＢｙをそれ
ぞれ照射すると、回折光が発生する。この回折光の回折
角は、これらのマーク１５，１６の格子ピッチと照射し
たビームの波長とその入射角とによって決定される。

【０００７】発生した回折光は、対物レンズ１０及びリ
レーレンズ９を経て、ハーフミラー１７で反射した後、
ビームスプリッタ１８によって、Ｘ方向計測用ディテク
タ１９とＹ方向計測用ディテクタ２０に導かれる。これ
らのディテクタ１９，２０の前方には、ディテクタ出力
のＳＮ比を向上させるため、適当な次数の回折光のみを
透過させる次数カットフィルタ２１ａ，２１ｂが配置さ
れている。

【０００８】ウェハ１２を搭載するウェハホルダ１１
は、ＸＹステージ（以下「ステージ」という）２２上に
設置されている。ステージ２２を計測方向であるＸ又は
Ｙ方向に移動させながら、その計測方向に対応するＸ方
向ビームＢｘ又はＹ方向ビームＢｙを照射させると、そ
のビームＢｘ又はＢｙが計測方向に対応するＸ方向マー
ク１５又はＹ方向マーク１６に当たるときに回折光が発
生し、その回折光を上記ディテクタ１９，２０が検出す
ることにより、Ｘ方向ディテクタ信号Ｄｘ又はＹ方向デ
ィテクタ信号Ｄｙが現れる。ステージ２２には図示しな
い磁気スケール又は干渉計からなる位置検出装置（移動
位置検出手段）が設けられ、ステージ２２の移動位置を
検出する事ができる。この移動位置検出手段と図示しな
い制御手段により、前記ディテクタ信号Ｄｘ又はＤｙが
出力された場所の座標を認識することができる。この動
作はアライメント計測と呼ばれるものである。

【０００９】このアライメント計測において、計測方向
のビームのみを計測し、非計測方向のビームは遮断する
ことで、ディテクタ出力の外乱を防止し、計測精度を向
上させている。具体的には、図５の分岐光学系の中で、
アライメントシャッタ２３を動作させている。このアラ
イメントシャッタ２３は、ビーム通過、ビーム遮断の２
方向動作を行わせるためのものであり、図８に示すよう
にシャッタ部材２４をアクチュエータ２５で駆動させ、
シャッタ２４の一端に形成された当接部材２６を当接部
材２６の移動方向上の所定位置に固定されたストッパ２
７ａ、２７ｂに当接させて、所望の動作を行なわせてい
る。

【００１０】このアライメントシャッタ２３によって、
計測時には、非計測方向のビームを遮断し、アライメン
ト計測のＳＮ比を向上させている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のシ
ャッタ機構を採用したアライメント装置では、当接部材
２６を制限部材２７ａ，２７ｂに当接させたとき、機械
振動が発生し、その振動がアライメント計測のＳＮ比を
悪化させるため、振動停止までアライメント計測を待た
ねばならなかった。この振動減衰時間は数秒レベルにも
なる。

【００１２】また、この振動を減少させるためにシャッ
タ機構２３の動作速度を減少させると、その速度の減少
による動作時間の増加は、数秒レベルになり、結局振動
減衰時間の減少分と打ち消し合い、アライメント動作時
間が大幅に短縮されることはない。

【００１３】特に、チップ毎にアライメントを行うダイ
バイダイアライメント方式を採用した場合には、この待
ち時間は全体として膨大なものになり、アライメント計
測に長時間を要してしまうという問題があった。

【００１４】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は精度の良いアライメント計測を短
時間で行うことができるアライメント装置を提供するこ
とである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めこの発明のアライメント装置は、Ｘ方向計測用マーク
とこのマークに対して直交するＹ方向計測用マークとを
有する加工対象物が載置され、前記加工対象物をＸ及び
Ｙ方向に移動させる移動手段と、前記移動手段の移動位
置を検出する移動位置検出手段と、光源からのビームの
光路を分岐する光路分岐手段と、前記光路分岐手段で分
岐された一方の光路のビームをＸ方向計測用ビームに、
他方の光路のビームをＹ方向計測用ビームにそれぞれ整
形し、前記両ビームのそれぞれを前記Ｘ及びＹ方向計測
用マークへ照射させる光学部材と、前記加工対象物から
の反射光を受光することによって前記Ｘ及びＹ方向計測
用マークの位置を検出するマーク位置検出手段と、周方
向に沿って交互に配置された遮光部と開口部とを有し、
前記遮光部が前記Ｘ及びＹ方向計測用ビームの一方を遮
断している間、前記開口部が前記Ｘ及びＹ方向計測用ビ
ームの他方を通過させ、前記加工対象物に対して前記Ｘ
及びＹ方向計測用ビームを交互に照射させる回転体と、
前記回転体が前記Ｘ及びＹ方向計測用ビームのいずれを
遮断しているかを検出する検出手段と、前記検出手段の
検出結果により、前記加工対象物と前記Ｘ及びＹ方向計
測用ビームとを相対移動させて前記Ｘ及びＹ方向計測用
マークを少なくとも１往復スキャンするタイミングを前
記回転体の回転動作に同期させ、前記マーク位置検出手
段からの検出信号が出力されたとき前記移動位置検出手
段によって検出された前記移動手段の移動位置に基づい
て前記加工対象物のＸ又はＹ方向位置を計測する制御手
段とを備えている。

【００１６】

【作用】前述のように遮光部と開口部とを有する回転体
を回転させて、加工対象物に対してＸ及びＹ方向計測用
ビームを交互に照射するようにしたので、Ｘ及びＹ方向
計測用ビームの切替にともなう振動の発生がなくなり、
高精度のアライメント計測を短時間で行うことができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１８】図１はこの発明の一実施例に係るアライメ
ント装置の全体構成図である。前述した図５のアライメ
ント装置と共通する部分には、同一の符号を付して説明
を省略する。

【００１９】この実施例では、分岐光学系におけるレー
ザビーム４及びレーザビーム５の通過、遮光を行うため
に、チョッパ円盤３０が設けられている。チョッパ円盤
３０は、図２に示すように、モータ３１によって常時一
定速度で回転する回転体であり、その周方向に沿って交
互に配置された遮光部（非開口部）２９と開口部２８と
を有し、遮光部２９がレーザビーム４，５のいずれか一
方のビームを遮断している間、開口部２８が他方のビー
ムを通過させるようになっている。遮光部２９は、チョ
ッパ円盤３０の周方向に一定間隔で４個形成されてい
る。

【００２０】また、チョッパ円盤３０の近傍には状態検
出用センサ（検出手段）３４が配置されている。この状
態検出用センサ３４は、チョッパ円盤３０がレーザビー
ム４，５のいずれを遮断しているかを検出し、検出信号
としてセンサ信号Ｓを出力する。状態検出用センサ３４
は、断面「Ｕ」字状の光センサであり、チョッパ円盤３
０の開口部２８が検出空間３４ａを通過しているときは
オン信号を出力し、遮光部２９が検出空間３４ａを通過
しているときはオフ信号を出力する。

【００２１】アライメント計測は、次のようにして行わ
れる。まず、状態検出用センサ３４の検出結果に応じ
て、ウェハ１２とＸ及びＹ方向ビームＢｘ，Ｂｙとを相
対移動させ、Ｘ及びＹ方向マーク１５，１６を少なくと
も１往復スキャンする。そのスキャンするタイミング
は、チョッパ円盤３０の回転動作に同期させる。そのと
き、Ｘ又はＹ方向計測用ディテクタ（マーク位置検出手
段）１９，２０から、Ｘ方向ディテクタ信号Ｄｘ又はＹ
方向ディテクタ信号Ｄｙが出力される。このＸ方向又は
Ｙ方向ディテクタ信号Ｄｘ，Ｄｙが出力されたときのス
テージ２２の移動位置に基づいて、ステージ（移動手
段）２２上のウェハ１２のＸ及びＹ方向位置が絶対座標
で認識される。

【００２２】アライメント計測を行う場合、ウェハ１２
内のＸ及びＹ方向マーク１５，１６を対物レンズ１０の
直下に移動させる必要がある。Ｘ及びＹ方向マーク１
５，１６をサーチするサーチエリアは次の通りである。
すなわち、ウェハ１２は図示しないプリアライメント装
置により、ウェハホルダ１１上に所定のプリアライメン
ト精度内で位置決め、吸着されている。このプリアライ
メント精度は±５０μｍ以内の程度なので、結局サーチ
エリアはアライメントマークの設計上の位置を中心に±
１００μｍで十分である。

【００２３】このチョッパ円盤３０を用いて行うアライ
メント計測について、図３及び図４を用いて説明する。
ここでは、Ｘ方向マーク１５をアライメント計測する場
合を想定して説明する。

【００２４】図３はＸ方向ビームＢｘのスキャン動作の
説明図である。Ｘ方向ビームＢｘを用いてＸ方向マーク
１５をアライメント計測する場合、Ｘ方向ビームＢｘ
は、Ｘ方向マーク１５上を図３の矢印で示す方向にスキ
ャンする。この場合、実線の矢印で示した方向にスキャ
ンするときは計測が実行され、点線の矢印で示した方向
にスキャンするときは計測が実行されない。それは、一
方向のときだけ測定することにより、計測再現性を向上
させ、計測精度を上げるためである。

【００２５】図４はアライメント計測時のタイムチャー
トである。同図は、上から順に状態検出用センサ３４の
センサ信号Ｓ、ウェハ１２上に照射されるＸ方向ビーム
Ｂｘの動き、ウェハ１２上に照射されるＹ方向ビームＢ
ｙの動き、ステージ２の動作信号ＳＴ及びＸ方向ディテ
クタ信号Ｄｘを示している。

【００２６】センサ信号Ｓはチョッパ円盤３０の回転に
応じてオン（Ｈ）かオフ（Ｌ）のいずれかを示し、Ｈ側
にあるときには、Ｘ方向ビームＢｘがウェハ１２上に照
射され、Ｌ側にあるときには、Ｙ方向ビームＢｙがウェ
ハ１２上に照射される。ここで、センサ信号ＳがＨ側の
とき、ステージ２２は、その計測方向に移動（往動）す
る。この移動中にＸ方向ビームＢｘはＸ方向マーク１５
上をスキャンし、Ｘ方向ディテクタ信号Ｄｘが現れる。
このＸ方向ディテクタ信号Ｄｘが出力された時点におけ
るステージ２２の位置からＸ方向マーク１５の位置が求
まる。センサ信号ＳがＬ側になったときはステージ２２
は、逆方向に移動（復動）する。このときは、Ｙ方向ビ
ームＢｙがウェハ１２上に照射されるが、これは計測に
は寄与しない。

【００２７】このアライメント計測は、計測精度を向上
させるため、複数回、同じマークにおいて行われること
もある。この場合は、Ｘ又はＹ方向マーク１５，１６を
中心として、ステージ２２を往復動させて実施する。な
お、上述したように、計測は往復動のうち、一方向移動
時のみ、例えば往動時だけ行い、復動時は計測しないこ
とにより、計測再現性を向上させることができる。

【００２８】ところで、アライメントビーム（Ｘ方向ビ
ームＢｘ，Ｙ方向ビームＢｙ）は交互に照射されるた
め、計測方向のビームが照射中にステージ２２が一往復
してアライメント計測を完了する必要があるが、この時
間はせいぜい数十ミリ秒である。なぜならば、上述した
ようにアライメントマークのサーチエリアは、マークの
設計上の位置を中心に±１００μｍで十分であり、この
程度の距離であれば、ステージ２２は普通の駆動装置を
用いても数ミリ秒で十分往復移動可能である。チョッパ
円盤３０においても、この時間に多少のマージンを加え
た時間だけ開口部２８を光路に位置させる程度の回転速
度でよいので、これも通常のモータの使用で実現可能で
ある。

【００２９】仮に、アライメントビームの照射の間隔を
５０ミリ秒として、チョッパ円盤３０を図２に示すよう
に１回転に４度、開口、非開口が現れる形状にしたなら
ば、その回転速度は、１／（４×０．０５）＝５回転／
秒となる。ステージ２２の移動速度は２００μｍ／５０
ミリ秒＝４ミリ秒である。つまりアライメント計測を５
０ミリ秒で完了することができ、仮に計測方向のビーム
照射のタイミングをとるため、待ち時間が発生したとし
ても、数百ミリ秒で完了することができる。

【００３０】この実施例では、チョッパ円盤３０の回転
によってアライメントビームの切替を行うので、ＳＮ比
を悪化させる振動が発生せず、精度の高いアライメント
計測を短時間で行うことができる。

【００３１】なお、上記実施例の変形例として、Ｘ及び
Ｙ方向マークのそれぞれに対して斜めにスキャンするこ
とにより、ステージの往動時、加工対象物のＸ方向位置
を計測し、ステージの復動時、加工対象物のＹ方向位置
を計測するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明のアライメ
ント装置によれば、ビーム切換による振動の発生がない
ので、精度の高いアライメント計測を短時間で行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例に係るアライメント
装置の全体構成図である。

【図２】図２は図１のアライメント装置のチョッパ円盤
の詳細図である。

【図３】図３はＸ方向ビームＢｘのスキャン動作の説明
図である。

【図４】図４はアライメント計測時のタイムチャートで
ある。

【図５】図５は従来のアライメント装置の全体構成図で
ある。

【図６】図６はウェハ上に照射されるアライメントビー
ムの説明図である。

【図７】図７はウェハ上に設置されているアライメント
マークの正面図である。

【図８】図８はアライメントシャッタの正面図である。

【符号の説明】 １ レーザ光源 ３，８ ビームスプリッタ ６ａ，６ｂ ビームスリット ７ａ，７ｂ シリンドリカルレンズ １０ 対物レンズ １１ ウェハホルダ １２ ウェハ １５ Ｘ方向マーク（Ｘ方向計測用アライメントマー
ク） １６ Ｙ方向マーク（Ｙ方向計測用アライメントマー
ク） １９ Ｘ方向計測ディテクタ ２０ Ｙ方向計測ディテクタ ２２ ステージ ２８ 開口部 ２９ 遮光部 ３０ チョッパ円盤 ３１ モータ ３４ 状態検出用センサ Ｂｘ Ｘ方向ビーム（Ｘ方向計測用アライメントビー
ム） Ｂｙ Ｙ方向ビーム（Ｙ方向計測用アライメントビー
ム）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ方向計測用マークとこのマークに対し
   て直交するＹ方向計測用マークとを有する加工対象物が
   載置され、前記加工対象物をＸ及びＹ方向に移動させる
   移動手段と、 前記移動手段の移動位置を検出する移動位置検出手段
   と、 光源からのビームの光路を分岐する光路分岐手段と、 前記光路分岐手段で分岐された一方の光路のビームをＸ
   方向計測用ビームに、他方の光路のビームをＹ方向計測
   用ビームにそれぞれ整形し、前記両ビームのそれぞれを
   前記Ｘ及びＹ方向計測用マークへ照射させる光学部材
   と、 前記加工対象物からの反射光を受光することによって前
   記Ｘ及びＹ方向計測用マークの位置を検出するマーク位
   置検出手段と、 周方向に沿って交互に配置された遮光部と開口部とを有
   し、前記遮光部が前記Ｘ及びＹ方向計測用ビームの一方
   を遮断している間、前記開口部が前記Ｘ及びＹ方向計測
   用ビームの他方を通過させ、前記加工対象物に対して前
   記Ｘ及びＹ方向計測用ビームを交互に照射させる回転体
   と、 前記回転体が前記Ｘ及びＹ方向計測用ビームのいずれを
   遮断しているかを検出する検出手段と、 前記検出手段の検出結果により、前記加工対象物と前記
   Ｘ及びＹ方向計測用ビームとを相対移動させて前記Ｘ及
   びＹ方向計測用マークを少なくとも１往復スキャンする
   タイミングを前記回転体の回転動作に同期させ、前記マ
   ーク位置検出手段からの検出信号が出力されたとき前記
   移動位置検出手段によって検出された前記移動手段の移
   動位置に基づいて前記加工対象物のＸ又はＹ方向位置を
   計測する制御手段と、 を備えていることを特徴とするアライメント装置。