JP2014175330A - Alignment method for substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2枚の平坦な基板、例えばウエハとマスク、または、2枚のウエハの平面方向の位置決めのための調整(アライメント方法)に関する。 The present invention relates to an adjustment (alignment method) for positioning two flat substrates, for example, a wafer and a mask, or two wafers in a planar direction.
半導体素子の製造において、マスクとウエハ(2枚の基板)は、マスクを介してウエハに露光される前に、平面方向の位置決めをしなければならない。マスクおよびウエハには、双方にアライメントマークが形成されており、双方のアライメントマークが基板の平面方向と直交する一直線上に正しく位置するように、基板の平面方向の位置を定める作業がアライメントである。本発明は、2枚の基板の平面方向の位置を定めるアライメント方法を対象とする。 In the manufacture of semiconductor devices, the mask and wafer (two substrates) must be positioned in the planar direction before being exposed to the wafer through the mask. Alignment marks are formed on both the mask and the wafer, and alignment is the operation of determining the position in the plane direction of the substrate so that both alignment marks are correctly positioned on a straight line perpendicular to the plane direction of the substrate. . The present invention is directed to an alignment method for determining the position of two substrates in the planar direction.
このようなアライメントは従来、所定位置に運ばれたマスクとウエハのアライメントマークを単一のアライメントスコープの同一画面内に入れて同時に撮影し、両アライメントマークの位置が合致するようにマスクと基板の少なくとも一方を移動させて行っていた(特許文献1)。 Conventionally, such alignment is performed by placing the mask and the wafer alignment mark, which have been moved to a predetermined position, on the same screen of a single alignment scope and photographing them at the same time. At least one of them was moved (Patent Document 1).
この従来方法は、2つのアライメントマークを同時に撮影できるという前提で成立するアライメント方法である。しかし、2つのアライメントマークが同時に撮影できない場合もある。例えば、ウエハのアライメントマークがマスク対向面とは反対側の面に付されている場合や、2つの基板が不透明の場合等である。この場合従来は、それぞれに対応するアライメントスコープを別々に光軸に沿って移動し、対応するアライメントマークに合焦させて、アライメントマークの画像を取り込んでいた。しかしこの場合は、アライメントスコープを光軸に沿って移動させるため、アライメントマークの位置の読み込みに誤差が生じていた。 This conventional method is an alignment method established on the premise that two alignment marks can be photographed simultaneously. However, there are cases where two alignment marks cannot be photographed simultaneously. For example, the alignment mark of the wafer is attached to the surface opposite to the mask facing surface, or the two substrates are opaque. In this case, conventionally, the alignment scope corresponding to each of the alignment scopes is separately moved along the optical axis and focused on the corresponding alignment mark to capture the image of the alignment mark. However, in this case, since the alignment scope is moved along the optical axis, an error has occurred in reading the position of the alignment mark.
そこで、本発明は、2枚の平坦な基板のアライメントマークを、同一のアライメントスコープで同一画面内に同時に撮影できない場合であっても、2枚の平坦な基板の平面方向の位置を正しく揃える(アライメントする)ことのできるアライメント方法を得ることを目的とする。また、本発明は、アライメント工程中にアライメントスコープを移動させることなく高精度でアライメントを行うことができる方法を得ることを目的とする。 Therefore, the present invention correctly aligns the positions of the two flat substrates in the planar direction even when the alignment marks on the two flat substrates cannot be photographed simultaneously on the same screen with the same alignment scope ( An object is to obtain an alignment method capable of aligning). Another object of the present invention is to obtain a method capable of performing alignment with high accuracy without moving the alignment scope during the alignment step.
本発明は、表裏に、2枚の基板の正しい位置関係の対をなすアライメントマークを描いた較正基板を準備し、その較正基板の表裏の対をなすアライメントマークをアライメントスコープで撮影して基準座標系を作ることによって、対をなすアライメントマークの基準座標系上での位置を定め、次いで2枚の基板の対をなすアライメントマークを同じアライメントスコープで撮影して基準座標系上の対をなすアライメントマークに合致させれば、2枚の基板のアライメントマークを同時に撮影できなくても正しくアライメントができるとの着眼に基づいて完成されたものである。 The present invention prepares a calibration board on which an alignment mark that forms a pair of correct positional relations between two boards is prepared on the front and back, and images the alignment mark that forms the pair of the calibration board on the front and back with an alignment scope to obtain reference coordinates. By creating a system, the position of a pair of alignment marks on the reference coordinate system is determined, and then the alignment marks forming a pair of two substrates are photographed with the same alignment scope to form a pair on the reference coordinate system If it matches the mark, it has been completed based on the viewpoint that alignment can be performed correctly even if the alignment marks on the two substrates cannot be photographed simultaneously.
すなわち本発明は、相互アライメントのための少なくとも1つのアライメントマークをそれぞれ有し、互いに平行に配置される2枚の平坦な基板の平面方向の位置を定める基板のアライメント方法であって、表裏に、上記2枚の基板の正しい位置関係の対をなす基準アライメントマークを描いた較正基板を準備するステップと;上記較正基板の表裏の対をなす基準アライメントマークをアライメントスコープで撮影して基準座標系を作り、対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定めるステップと;上記較正基板を除去するステップと;上記2枚の基板の対をなす実アライメントマークを同じアライメントスコープで撮影し、該対をなす実アライメントマークの位置が基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置に合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるステップと;を有することを特徴としている。 That is, the present invention is a substrate alignment method for determining the position in the planar direction of two flat substrates each having at least one alignment mark for mutual alignment and arranged in parallel to each other. Preparing a calibration substrate having a reference alignment mark that forms a pair of correct positional relationship between the two substrates; photographing a reference alignment mark that forms a pair of front and back surfaces of the calibration substrate with an alignment scope to obtain a reference coordinate system; Making a pair of reference alignment marks on the reference coordinate system; removing the calibration substrate; photographing the actual alignment mark forming the pair of the two substrates with the same alignment scope; The position of the paired actual alignment mark is the position of the paired reference alignment mark on the reference coordinate system. It is characterized by having; a step determining the position of the plane direction of the two substrates to match.
本発明の好ましい一態様では、上記較正基板は透明基板であり、上記アライメントスコープは上記較正基板の表裏の一方の側に位置して上記表裏の基準アライメントマークに同時に焦点が合致する2焦点アライメントスコープから構成する。 In a preferred aspect of the present invention, the calibration substrate is a transparent substrate, and the alignment scope is located on one side of the front and back of the calibration substrate and simultaneously focuses on the front and back reference alignment marks. Consists of.
本発明の基板のアライメント方法は、上記2焦点アライメントスコープにより上記表裏の基準アライメントマークを同時に撮影し、2つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を記憶手段に記憶するステップと、上記2枚の基板の対をなす実アライメントマークを順次上記2焦点アライメントスコープにより撮影し、実アライメントマークの基準座標系上での位置を上記記憶手段に記憶するステップと、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含むことが実際的である。 In the substrate alignment method of the present invention, the front and back reference alignment marks are simultaneously photographed by the bifocal alignment scope, and the positions of the two pairs of reference alignment marks on the reference coordinate system are stored in a storage means; Photographing the actual alignment marks forming a pair of the two substrates sequentially with the bifocal alignment scope and storing the positions of the actual alignment marks on the reference coordinate system in the storage means; Determining the position in the planar direction of the two substrates so that the positions of the alignment marks on the reference coordinate system respectively match the positions of the paired reference alignment marks stored in the storage means on the reference coordinate system; It is practical to include.
本発明の別の態様では、上記アライメントスコープは上記較正基板の表裏の双方の側に位置して上記表裏の基準アライメントマークをそれぞれ撮影する一対の固定アライメントスコープから構成することができる。この態様では、上記較正基板は透明でも不透明でもよい。 In another aspect of the present invention, the alignment scope may be composed of a pair of fixed alignment scopes that are located on both sides of the calibration board and that respectively photograph the front and back reference alignment marks. In this embodiment, the calibration substrate may be transparent or opaque.
さらに本発明の別の態様では、上記一対の固定アライメントスコープにより上記表裏の基準アライメントマークをそれぞれ撮影し、上記2つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を記憶手段に記憶するステップと、上記2枚の基板の対をなす実アライメントマークを上記一対の固定アライメントスコープによりそれぞれ撮影し、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含む。 Further, in another aspect of the present invention, the reference alignment marks on the front and back sides are respectively photographed by the pair of fixed alignment scopes, and the positions of the two pairs of reference alignment marks on the reference coordinate system are stored in the storage means. The actual alignment mark forming the pair of the two substrates is photographed by the pair of fixed alignment scopes, and the position of the actual alignment mark forming the pair on the reference coordinate system is stored in the storage means. Determining a position in the plane direction of the two substrates so as to respectively match the positions of the paired reference alignment marks on the reference coordinate system.
本発明は、半導体素子の製造において、表裏に2枚の基板の正しい位置関係の基準アライメントマークを描いた較正基板を準備し、この較正基板の表裏の基準アライメントマークを固定のアライメントスコープで撮影し、基準座標系を設定して2つの基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定め、その上で、2枚の基板に形成されている実アライメントマークを同じ固定のアライメントスコープで撮影して、該2つの実アライメントマークの位置が上記基準座標系上の2つの基準アライメントマークの位置に合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるので、2枚の基板のアライメントマークを同時に撮影できなくても2枚の基板をその平面方向に正しく位置決めすることができる。 According to the present invention, in manufacturing a semiconductor device, a calibration substrate is prepared by drawing a reference alignment mark having a correct positional relationship between two substrates on the front and back, and the reference alignment mark on the front and back of the calibration substrate is photographed with a fixed alignment scope. Then, set the reference coordinate system to determine the position of the two reference alignment marks on the reference coordinate system, and then photograph the actual alignment marks formed on the two substrates with the same fixed alignment scope. The positions of the two substrates in the plane direction are determined so that the positions of the two actual alignment marks coincide with the positions of the two reference alignment marks on the reference coordinate system. Even if the image cannot be taken, the two substrates can be correctly positioned in the plane direction.
また本発明方法によると、較正基板をアライメントスコープの視野内に入れて対をなすアライメントマークを撮影した後に除去し、次いで、2枚の基板をアライメントスコープの視野内に入れてアライメントし相互位置を固定するまで、アライメントスコープを移動させる必要がなく、アライメントスコープの移動に起因するアライメント誤差も発生しない。 In addition, according to the method of the present invention, the calibration substrate is placed in the field of alignment scope, and the paired alignment marks are photographed and removed. Then, the two substrates are placed in the field of alignment scope and aligned to align each other. There is no need to move the alignment scope until it is fixed, and alignment errors due to the movement of the alignment scope do not occur.
図1は、本発明方法に用いる較正基板10の一実施形態の模式図である。この較正基板10は、アライメントされる2枚の基板が基板平面と直交する方向に所定長離して露光されるギャップ露光用である。較正基板10は、精密な平行平面からなる透明板(平行平面ガラス基板)であり、その表裏に対をなす基準アライメントマーク11、12が例えば蒸着によって描かれている。この実施形態では、基準アライメントマーク11は円(中空円)からなり、基準アライメントマーク12は、較正基板10をその表裏面と平行な平面に垂直投影したとき、基準アライメントマーク11の内径より小径でその正しい中心に中心が位置するスポット(中実円)からなっている。基準アライメントマーク11、12は蒸着により描いているので、その厚さは無視できる(アライメントスコープの被写界深度内に位置する)。基準アライメントマーク11、12は、同一画面上に表示したときに明確に区別できる形状、大きさのものであって、中心など、基準となる点が高精度に正確に特定できればよく、+、X形状など、円、中実円、小径のスポットに限定されない。
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a
一方、図2に示すように、アライメントされる2枚の基板、例えばマスク20とウエハ30には、表裏の一方(同じ側)、図示実施形態では裏面に、基準アライメントマーク11、12と同一形状の実アライメントマーク11X、12Xが描かれている。マスク20とウエハ30は、露光されるときには、実アライメントマーク11Xと12Xの距離(基板と直交する方向の距離)が予め定めた値となるように配置される。較正基板10の厚さt(すなわち基準アライメントマーク11と12の基板と直交する方向の距離)は、露光されるときのマスク20の実アライメントマーク11Xとウエハ30の実アライメントマーク12Xの距離(基板と直交する方向の距離d)に等しく設定されている。較正基板10は、ガラス、シリコン素材で形成してもよい。ウエハ30の厚さは、425μm〜750μm程度が一般的である。
On the other hand, as shown in FIG. 2, two substrates to be aligned, for example, the
実アライメントマーク11X、12Xはそれぞれ、一枚のマスク20とウエハ30に少なくとも2組設けられているので、基準アライメントマーク11、12は、較正基板10に、少なくとも各実アライメントマーク11X、12Xに対応させて2組設けられている。基準アライメントマーク11、12は、実アライメントマーク11X、12Xと同一形状(合同)であることが好ましいが、基板と直交する方向の位置関係が正確に一致すれば、異なってもよい。
Since at least two sets of
図3は、本発明によるアライメント方法の第一の実施形態を示している。アライメントスコープ40は、透明な較正基板10の表裏の一方の側に位置して、基準アライメントマーク11と12を同時に撮影することができる2焦点(二重焦点)光学系40Aからなっている。2焦点アライメントスコープ40Aは通常、2台用意され、較正基板10の表裏の同一側に、アライメント対象のマスク20、ウエハ30の各実アライメントマーク11X、12Xを撮影できる位置に配置されている。
FIG. 3 shows a first embodiment of the alignment method according to the present invention. The
図4は、2焦点アライメントスコープ40Aの具体的な構成例を示しており、図5は2焦点アライメントスコープ40Aの焦点の異なる2つの撮影光学系のレンズ構成を示している。2焦点アライメントスコープ40Aは、鏡筒41内に、物体側焦点位置(合焦位置)が異なる2つの撮影光学系を備えている。すなわち、測定対象(マスク20、ウエハ30)側から順に、第1撮影光学系として、対物レンズ群L1、第1ビームスプリッタBS1、第2ビームスプリッタBS2、第2レンズ群L2、焦点調節レンズ群L3、第3ビームスプリッタBS3及び撮像素子42を備え、第2撮影光学系として、対物レンズ群L1、第1ビームスプリッタBS1、第1ミラーM1、第2レンズ群L4、第2ミラーM2、第3ビームスプリッタBS3及び撮像素子42を備えており、第1、第2撮影光学系により、較正基板10上の基準アライメントマーク11と12の像を同時に撮像素子42の撮像面42A上に結像させることができる。第1及び第2撮影光学系は、対物レンズ群L1、第1ビームスプリッタBS1、第3ビームスプリッタBS3及び撮像素子42を共用している。図5(A)は第1撮影光学系のレンズ構成であり、図5(B)は、第2撮影光学系の第1、第2ミラーM1、M2を省略したレンズ構成である。第1撮影光学系は焦点調節レンズ群L3を光軸方向に移動させて測定対象物に合焦させる焦点調節機構を備えたインナーフォーカスレンズであり、第2撮影光学系は、2焦点アライメントスコープ40A全体を対物レンズ群L1の光軸方向に移動させて焦点調節する固定焦点レンズである。第2ビームスプリッタBS2には、第1撮影光学系外から照明光が入れられる。照明光は、第2ビームスプリッタBS2で第1ビームスプリッタBS1方向に反射され、第1ビームスプリッタBS1で対物レンズ群L1方向に反射され、対物レンズ群L1によって収束されて、較正基板10、マスク20、ウエハ30などの測定対象物を照明する。
FIG. 4 shows a specific configuration example of the
2焦点アライメントスコープ40Aは、パーソナルコンピュータなどの画像処理装置43に接続されている(図4)。画像処理装置43は、2焦点アライメントスコープ40Aの撮像素子42が撮像し、出力した画像信号に所定の画像信号処理を施し、所定の信号に変換する画像信号処理回路44と、画像信号処理回路44により映像信号化された映像信号により映像を表示するモニタ45と、画像信号処理回路44により画像データ化された画像データを記憶するメモリ(記憶手段)46と、画像データを基準座標系のデータに変換し、画像データ中の特定画像のずれ、相対位置関係、アライメント調整量などを演算する演算回路47を備えている。2焦点アライメントスコープ40Aは、動画撮影と静止画撮影が可能である。画像処理装置43は、2焦点アライメントスコープ40Aが撮影した動画をモニタ45に表示し、図示しないスイッチ手段が操作されたときに、静止画を撮影(画像データをメモリ46に記憶)することができる。
The
図6(A)は、較正基板10上に描かれた基準アライメントマーク11と12の形状例を示し、同(B)は、2焦点アライメントスコープ40Aによって撮影された基準アライメントマーク11の像11Pと基準アライメントマーク12の像12Pの撮像面42A上の形状(相対位置)例を示している。較正基板10上に描かれた基準アライメントマーク11は、基準アライメントマーク12の中心を中心とする正しい円である。2焦点アライメントスコープ40Aが理想的な光学系であれば、像11Pは、像12Pの中心を中心とする正しい円像となる(図6(B))。これに対し、実際の2焦点アライメントスコープ40Aによって撮影された基準アライメントマーク11の像11Pの中心と基準アライメントマーク12の像12Pの中心は一致しているとは限らない。むしろ、2焦点アライメントスコープ40Aの誤差により、像11Pの中心位置と像12Pの中心位置には、必ず基板の平面方向の誤差Eが存在する(図6(C))。従来方法は、この誤差を考慮せずにマスク20の実アライメントマーク11Xとウエハ30の実アライメントマーク12Xの位置を合わせていたためにアライメント誤差が生じていた。
6A shows an example of the shape of the reference alignment marks 11 and 12 drawn on the
これに対し、本実施形態は、マスク20上の実アライメントマーク11Xとウエハ30上の実アライメントマーク12Xの位置合わせを行うに際し、上記誤差Eを考慮する。すなわち、2焦点アライメントスコープ40Aにより、マスク20上の実アライメントマーク11Xを撮影したときの像11XPの中心位置と、ウエハ30上の実アライメントマーク12Xを撮影したときの像12XPの中心位置とが、上記誤差Eを含む(相殺する)ように、マスク20に対するウエハ30の位置を定めるのである。
In contrast, in the present embodiment, the error E is taken into account when the
本実施形態では、撮像面42Aの短辺と長辺の交点を原点とし、長辺をX軸、短辺をY軸とする仮想のX-Y直交座標系を基準座標系として設定し、誤差Eを、像11Pの中心位置(理想中心)と像12Pの中心位置(実中心)のずれ量Eとして、基準座標系上の座標差を求める。この実施形態では、X軸方向にΔx、y軸方向にΔyずれているものとする(図6(C))。このΔx、Δyは較正データを構成する。
In the present embodiment, a virtual XY orthogonal coordinate system having the intersection of the short side and the long side of the
次に、2焦点アライメントスコープ40Aによって実アライメントマーク11X、12Xを撮影する。実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPの撮像面42A上の位置を図6(D)に示した。像12XPの中心位置は、像11XPの見かけ上の中心位置から、Δx1、Δy1ずれている。ここで、2焦点アライメントスコープ40Aの誤差を考慮すると、像11XPの真の中心位置は、見かけ上の中心位置から較正データΔx、Δyだけずれている。そこで、像11XPの見かけ上の中心位置から、較正データΔx、Δyだけずれた位置に像12XPの中心位置が合致するように、ウエハ30の位置を調整(アライメント)する((図6E))。
Next, the real alignment marks 11X and 12X are photographed by the
基準座標系の設定はこの実施形態に限定されず、例えば像11Pの中心位置を原点とし、撮像面42Aの長手方向と平行にX′軸、短手方向と平行にY′軸を設定してもよく、極座標系でもよく、任意の座標系を用いることができる。
The setting of the reference coordinate system is not limited to this embodiment. For example, the center position of the
この実施形態のアライメント方法について、さらに図3を参照して説明する。以下の撮像素子42が撮像した画像信号の処理及び制御は、画像処理装置43(主に演算回路47)が実行する。この実施形態を適用する図示しない露光装置(アライメント装置)は、較正基板10、マスク20、ウエハ30を所定位置に出し入れ自在に保持する保持機構と、少なくともウエハ30を基板平面と平行な方向に精密に平行移動できる精密ステージを備えた公知の装置である。
The alignment method of this embodiment will be further described with reference to FIG. The image processing device 43 (mainly the arithmetic circuit 47) executes processing and control of the image signal captured by the
[ステップ1]
まず、較正基板10を露光装置内に挿入し、2焦点アライメントスコープ40Aにより、較正基板10上の基準アライメントマーク11と12に合焦させて、基準アライメントマーク11と12の像11Pと12Pを同時に撮像素子42上に結像させ、撮影して像11Pと12Pをモニタ45に表示するとともに、基準座標系上の画像データ(座標データ)に変換してメモリ46に記憶する(図3(A))。
[Step 1]
First, the
[ステップ2]
次に、2焦点アライメントスコープ40Aを動かすことなく、較正基板10を除去し、その後にマスク20を搬入し、モニタ45で確認しながら実アライメントマーク11Xを2焦点アライメントスコープ40Aの視野(撮影画面内)に入れる。そして、実アライメントマーク11Xを2焦点アライメントスコープ40Aで撮影し、実アライメントマーク11Xの像11XPの画像データをメモリ46に記憶し、演算回路47が基準座標系上における像11XPの中心位置を演算してメモリ46に記憶する(図3(B))。
[Step 2]
Next, the
[ステップ3]
次に、2焦点アライメントスコープ40Aとマスク20を移動させることなくウエハ30を搬入し、モニタ45で確認しながら実アライメントマーク12Xを2焦点アライメントスコープ40Aの視野(撮影画面内)に入れる。そして、2焦点アライメントスコープ40Aで実アライメントマーク12Xを撮影し、実アライメントマーク12Xの像12XPの画像データをメモリ46に記憶し、演算回路47が基準座標系上における像12XPの中心位置を演算してメモリ46に記憶する(図3(C))。
[Step 3]
Next, the
そして、先に記憶した実アライメントマーク11Xの像11XPの中心位置をメモリ46から読み込んで、基準座標系上における、像11XPの中心位置に対する実アライメントマーク12Xの像12XPの中心位置のずれ量を演算し、このずれ量をステップ1で求めた較正データで補正して、マスク20の実アライメントマーク11Xの像11XPの中心位置を基準にウエハ30の実アライメントマーク12Xの像12XPの中心位置の基板平面方向のアライメント調整量を演算する。
Then, the center position of the image 11XP of the
2焦点アライメントスコープ40Aで撮影した実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPと、ステップ2で撮影し、メモリ46に記憶した基準アライメントマーク11、12の像11P、12Pを同一基準座標系上の画像として重ねた状態でモニタ45に表示してもよい。この表示により、マスク20とウエハ30のずれ状態を使用者が視認できる。その際、像11XP、12XPと像11P、12Pは、区別できるように色または明度を異ならせて表示してもよい。
Images 11XP and 12XP of actual alignment marks 11X and 12X taken with the
[ステップ4]
そして、演算したアライメント調整量に基づき、精密ステージを駆動してウエハ30のアライメント調整を実行する(図3(D))。
[Step 4]
Then, based on the calculated alignment adjustment amount, the precision stage is driven to perform alignment adjustment of the wafer 30 (FIG. 3D).
ステップ4のアライメント調整が終了したら、再びステップ3により、2焦点アライメントスコープ40Aにより実アライメントマーク12Xを撮影し、基準座標系上における、像11XPの中心位置に対する像12XPの中心位置のずれ量を演算し、これを較正データで較正して、アライメント調整量を演算する。そしてアライメント調整量が、0または許容誤差範囲内になればアライメント調整を終了し、0または許容誤差範囲内にならなければ、上記ステップ3及びステップ4の処理を、所定回数以内で繰り返す。
When the alignment adjustment in step 4 is completed, the
以上のステップ1乃至4が全て終了したら、2焦点アライメントスコープ40Aを除去して、図示しない公知の露光装置によりウエハ30を露光する。2焦点アライメントスコープ40Aは、露光の妨げにならなければ除去しなくてもよい。
When all of the
第一の実施形態によれば、表裏に、アライメントするマスク20とウエハ30(二枚の基板)の実アライメントマーク11X、12Xの正しい位置関係に対応する対をなす基準アライメントマーク11、12を描いた較正基板10を準備するステップと、較正基板10の表裏の基準アライメントマーク11、12を、2焦点アライメントスコープ40A(アライメントスコープ)で撮影し、仮想の基準座標系を設定して、2つの対をなす基準アライメントマーク11、12の像11P、12Pの基準座標系上での誤差を較正データとして求めるステップと、較正基板10を除去するステップと、マスク20とウエハ30(2枚の基板)対をなす実アライメントマーク11X、12Xを同じ2焦点アライメントスコープ40A(アライメントスコープ)で撮影し、最初に撮影した実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPの中心位置をメモリ46(記憶手段)に記憶し、該記憶した像11XP、12XPの基準座標系上の中心位置と、次に撮影した実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPの中心位置が上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマーク11、12の像11P、12Pのそれぞれの位置関係と合致するように2枚の基板の少なくとも一方を平面方向に移動させて平面方向の位置を定めるステップとを有するので、2枚の基板の実アライメントマーク11X、12Xを同時に同一のアライメントスコープで撮影できない場合であっても、正確なアライメントが可能になる。しかも、第一の実施形態は、較正基板10の基準アライメントマーク11、12を撮影した第2焦点アライメントスコープ40Aで、その後焦点調節も移動もさせないで、マスク20とウエハ30の実アライメントマーク11X、12Xを撮影するので、アライメントスコープの焦点調節、移動による誤差が発生しない。
According to the first embodiment, the reference alignment marks 11 and 12 forming a pair corresponding to the correct positional relationship between the
以上は1台の2焦点アライメントスコープ40Aによるアライメント順であるが、実際は、2台の2焦点アライメントスコープ40Aによって、互いに離反した2組の基準アライメントマーク11、12と実アライメントマーク11X、12Xを撮影し、2組の較正データを演算して、ウエハ30のX軸、Y軸方向に平行なずれ量だけでなく、ウエハ30の基板平面に対して垂直な軸周りの回転方向ずれも求めて、ウエハ30をアライメントする。
The above is the order of alignment by one two-
図7は、本発明によるアライメント方法の第二の実施形態を示している。この実施形態は、特に、較正基板10を不透明材料から構成する場合に好適である。この実施形態のアライメントスコープ40は、較正基板10の表裏の双方に位置して、基準アライメントマーク11と12を上下から同時に撮影する一対の固定アライメントスコープ40B、40Cからなっている。一方の固定アライメントスコープ40Bは、屈曲光学系(プリズム)を有さない公知のストレート光学系を有するアライメントスコープであり、他方の固定アライメントスコープ40Cは屈曲光学系(プリズム)を有する公知の屈曲光学系を有する、例えば第一の実施形態の第1撮影光学系を備えたアライメントスコープであり、いずれのアライメントスコープも公知である。固定アライメントスコープ40Bと40Cは、同一の画像処理装置43に接続されている。固定アライメントスコープ40Bと40Cは、第一の実施例同様に、少なくとも二組設置されていて、それぞれが同一の画像処理装置43に接続されている。第二の実施形態のアライメント方法の工程について、図7を参照して説明する。実際には2組の固定アライメントスコープ40Bと40Cを使用してアライメントするが、説明を簡単にするために1組の固定アライメントスコープ40Bと40Cについて説明する。
FIG. 7 shows a second embodiment of the alignment method according to the present invention. This embodiment is particularly suitable when the
[ステップ2-1]
第二の実施形態では、まず、較正基板10を露光装置内に挿入し、固定アライメントスコープ40B、40Cにより、較正基板10上の基準アライメントマーク11と12の像11Pと像12Pをそれぞれ撮像素子42上に結像させ、撮影して像11Pと像12Pを画像データに変換してメモリ46に記憶する(図7(A))。基準座標系は、第一の実施形態と同様に、撮像素子42の撮像面上の特定の点(画素)を原点とし、撮像面の直交2辺と平行な直交軸をXY軸とする直交座標系とする。そして演算回路47は、像11Pと12Pの画像データから、基準座標系上における像12Pの中心位置に対する像11Pの中心位置のずれ量を演算し、基準座標系上の較正データとしてメモリ46に記憶する。
[Step 2-1]
In the second embodiment, first, the
[ステップ2-2]
次に、固定アライメントスコープ40B、40Cを動かすことなく、較正基板10を除去し、マスク20及びウエハ30を搬入し、モニタ45で確認しながら、実アライメントマーク11Xを固定アライメントスコープ40Bの視野に、実アライメントマーク12Xを固定アライメントスコープ40Cの視野に入れる。そして、固定アライメントスコープ40B、40Cで実アライメントマーク11Xと12Xを撮影し(図7(B))、演算回路47が、実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPの画像データから、基準座標系上における像11XP、12XPの中心位置を演算する。さらに演算回路47は、像11XPの中心位置に対する像12XPの中心位置のずれ量を演算し、このずれ量を、メモリ46から読み込んだ較正データで較正し、較正したずれ量に基づいてウエハ30の基板平面方向のアライメント調整量を演算する。
[Step 2-2]
Next, without moving the fixed
固定アライメントスコープ40B、40Cで撮影した実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPと、ステップ2-1で撮影し、記憶した基準アライメントマーク11、12の像11P、12Pを、同一の基準座標系上の画像として重ねた状態で、モニタ45に表示することができる。この表示により、マスク20とウエハ30のアライメント状態を視認できる。その際、像11XP、12XPと像11P、12Pは、区別できるように色または明度を異ならせて表示してもよい。
Images 11XP and 12XP of the actual alignment marks 11X and 12X photographed by the fixed
[ステップ2-3]
そしてメモリ46は、演算したアライメント調整量に基づき、精密ステージを駆動制御してウエハ30のアライメント調整を実行する(図7(C))。
[Step 2-3]
Based on the calculated alignment adjustment amount, the
ステップ2-3のアライメント調整が終了したら、再びステップ2-2の処理により、固定アライメントスコープ40B、40Cで実アライメントマーク11X、12Xを撮影し、像11XP、12XPの基準座標系上の中心位置を演算し、像11XP、12XPの中心位置が像11P、像12Pの中心位置からずれているずれ量を演算し、このずれ量に基づいて、ウエハ30の基板平面と平行な方向のアライメント調整量を演算する。以上のステップ2-2、2-3の処理を、アライメント調整量が、0または許容誤差範囲内になるまで、所定回数以内で繰り返す。
When the alignment adjustment in step 2-3 is completed, the real alignment marks 11X and 12X are photographed with the fixed
以上のアライメント調整が終了したら、固定アライメントスコープ40B及び必要な場合は固定アライメントスコープ40Cを退避させて、露光装置により露光する。
When the above alignment adjustment is completed, the fixed
第二の実施形態によれば、表裏に、アライメントするマスク20とウエハ30(二枚の基板)の実アライメントマーク11X、12Xの正しい位置関係に対応する対をなす基準アライメントマーク11、12を描いた較正基板10を準備するステップと、較正基板10の表裏の基準アライメントマーク11、12を固定アライメントスコープ40B、40C(アライメントスコープ)で撮影し、仮想の基準座標系を設定して、2つの対をなす基準アライメントマーク11、12の像11P、像12Pの中心位置の基準座標系上での位置を定めるステップと、較正基板10を除去するステップと、マスク20とウエハ30(二枚の基板)の対をなす実アライメントマーク11X、12Xを同じ固定アライメントスコープ40B、40C(アライメントスコープ)で撮影し、該対をなす実アライメントマーク11X、12Xの像11XP、12XPの中心位置の位置関係が上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマーク11、12の像11P、12Pの中心位置の位置関係に合致するようにマスク20とウエハ30(2枚の基板)の少なくとも一方を平面方向に移動させて平面方向の位置を定めるステップとを有するので、マスク20、ウエハ30(2枚の基板)の実アライメントマーク11X、12Xを同時に同一のアライメントスコープで撮影できない場合であっても、正確なアライメントが可能になる。
According to the second embodiment, the reference alignment marks 11 and 12 forming a pair corresponding to the correct positional relationship between the
以上の実施形態はアライメント調整を自動調整としたが、手動で調整することもできる。手動で調整する場合は、演算したアライメント調整量をモニタ45に表示し、作業者がそのアライメント調整量を見て手動で精密ステージを操作する方法がある。さらに別の手動調整方法として、メモリ46に記憶した像11Pと12Pの画像をモニタ45に表示し、撮影した像11XPと12XPの画像を、像11XPが像11Pと一致するように、像11XPと12XPを移動させてモニタ45に表示し、使用者が、このモニタ45の表示を見ながら、像12XPの映像が像12Pの映像と一致するように精密ステージを操作する方法がある。モニタ45に表示する像11Pと12Pの画像と像11XPと12XPの画像とは、モニタ45の画面上で識別できるように色または輝度を異ならせて表示することが好ましい。
In the above embodiment, the alignment adjustment is automatic adjustment, but it can be manually adjusted. In the case of manual adjustment, there is a method in which the calculated alignment adjustment amount is displayed on the
以上の実施形態は、半導体素子の製造に使用する露光装置に適用したが、本発明は、ウエハ、液晶パネル、タッチパネル、平面を有する電子部品の製造、組み立て、検査などにおいて面と面の位置合わせが必要な装置に適用できる。位置合わせする2枚の部材の組み合わせとしては、基板とマスク、ガラスとガラス、ウエハとウエハ、ウエハとガラス、ウエハとマスク、ガラスとマスクなどがある。 The above embodiment is applied to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element. However, the present invention relates to alignment of a surface in manufacturing, assembly, inspection, etc. of a wafer, a liquid crystal panel, a touch panel, and a flat electronic component. Can be applied to devices that require As a combination of two members to be aligned, there are a substrate and a mask, glass and glass, a wafer and wafer, a wafer and glass, a wafer and mask, a glass and mask, and the like.
以上、本発明のアライメント方法によれば、アライメントする2枚の基板が不透明であっても、アライメントスコープの光学的誤差を較正基板により補正できるので、正確なアライメントが可能になる。本発明のアライメント方法は、アライメントスコープにより較正基板を撮影した後、アライメントスコープを移動しないので、移動に伴う誤差が発生せず、再焦点調整が不要なので、アライメント工程時間の短縮を図ることができる。 As described above, according to the alignment method of the present invention, even if the two substrates to be aligned are opaque, the optical error of the alignment scope can be corrected by the calibration substrate, so that accurate alignment is possible. In the alignment method of the present invention, since the alignment scope is not moved after the calibration substrate is photographed by the alignment scope, an error accompanying the movement does not occur, and refocus adjustment is unnecessary, so that the alignment process time can be shortened. .
10 較正基板
11 12 基準アライメントマーク
11P 12P 像
11X 12X 実アライメントマーク
11XP 12XP 像
20 マスク(基板)
30 ウエハ(基板)
40 アライメントスコープ
40A 2焦点アライメントスコープ(アライメントスコープ)
40B 40C 固定アライメントスコープ(アライメントスコープ)
42 撮像素子
42A 撮像面
43 画像処理装置
44 画像信号処理回路
45 モニタ
46 メモリ(記憶手段)
47 演算回路
10
30 Wafer (substrate)
40
42
47 Arithmetic circuit
Claims (5)
表裏に、上記2枚の基板の正しい位置関係の対をなす基準アライメントマークを描いた較正基板を準備するステップと、
上記較正基板の表裏の基準アライメントマークをアライメントスコープで撮影し、仮想の基準座標系を設定して、2つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定めるステップと、
上記較正基板を除去するステップと、
上記2枚の基板の対をなす実アライメントマークを同じアライメントスコープで撮影し、該対をなす実アライメントマークの位置が上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるステップと、
を有することを特徴とする基板のアライメント方法。 A substrate alignment method for determining a planar position of two flat substrates each having at least one alignment mark for mutual alignment and arranged parallel to each other,
Preparing a calibration board on which a reference alignment mark that forms a pair of a correct positional relationship between the two boards is drawn on both sides,
Photographing the reference alignment marks on the front and back of the calibration board with an alignment scope, setting a virtual reference coordinate system, and determining the positions of the two pairs of reference alignment marks on the reference coordinate system;
Removing the calibration substrate;
The actual alignment marks forming the pair of the two substrates are photographed with the same alignment scope so that the positions of the actual alignment marks forming the pair coincide with the positions of the paired reference alignment marks on the reference coordinate system. Determining the planar position of the two substrates;
A substrate alignment method characterized by comprising:
上記2枚の基板の対をなす実アライメントマークを順次上記2焦点アライメントスコープにより撮影し、実アライメントマークの基準座標系上での位置を上記記憶手段に記憶するステップと、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含むアライメント方法。 The alignment method according to claim 2, wherein the front and back reference alignment marks are simultaneously photographed by the bifocal alignment scope, and the positions of the two pairs of reference alignment marks on the reference coordinate system are stored in a storage means; ,
The actual alignment marks forming the pair of the two substrates are sequentially photographed by the bifocal alignment scope, the position of the actual alignment mark on the reference coordinate system is stored in the storage means, and the actual alignment forming the pair Determining the position of the two substrates in the plane direction so that the position of the mark on the reference coordinate system matches the position of the pair of reference alignment marks on the reference coordinate system stored in the storage means. Alignment method.
上記2枚の基板の対をなす実アライメントマークを上記一対の固定アライメントスコープによりそれぞれ撮影し、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように2枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含むアライメント方法。 According to a fourth aspect of the present invention, the front and back reference alignment marks are respectively photographed by the pair of fixed alignment scopes, and the positions of the two pairs of reference alignment marks on the reference coordinate system are stored in the storage means. Steps,
The reference coordinate system in which the actual alignment marks forming the pair of the two substrates are photographed by the pair of fixed alignment scopes, and the positions of the actual alignment marks forming the pair on the reference coordinate system are stored in the storage means An alignment method including a step of determining a position in a plane direction of two substrates so as to respectively coincide with the positions of the upper pair of reference alignment marks.
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