ウェーハアライメントの概要 |
半導体ウェーハ(以降ウェーハ)を装置のX軸(またはY軸)に平行になるように角度を補正し、ウェーハ上のあるチップの特定の位置を装置座標系で位置決めすることを目的とします。 上に記述した目的は、ウェーハがXYθテーブル上でコントロールされる場合を想定しています。装置によっては、ウェーハの角度補正を行わなくてもコントロール可能な場合もあります。この場合でも、テーブル上に載せられたウェーハ中心の変位量と傾き角度を計測する必要がありますので、内容としては同等と考えます。 図1に典型的な場合のウェーハアライメントを実行するためのパターンサーチ位置と順番を示します。まず低倍率でラフアライメントを実行します。ラフアライメントは、ウェーハの傾き角度を補正して、ファインアライメントのサーチが出来る条件を整えます。ファインアライメントは高倍率で実施し、装置が必要とする精度を達成するようにウェーハの傾き角度の補正とウェーハの位置決めを行います。さらにアライメントの精度確認のためファインアライメント位置と異なる位置でチェックを行うことがあります。工夫されたウェーハの傾き角度の補正法をとれば精度確認は省略することも出来ます。 |
ウェーハアライメントのプロセス |
通常のウェーハアライメントは、以下の3つのプロセスからなります。 1).プリアライメント メカ機構によるアライメント2).ラフアライメント 低倍率の光学系を使用して3〜5点をパターンマッチングにより計測し、ウェーハの左右で角度誤差が±100μm以内となる精度を確保します。誤差をどの程度とするかは、高倍率光学系の視野の大きさに依存します。10倍の光学系では、視野が640μm×480μmありますので100μm程度の誤差で問題ありません。 3).ファインアライメント 高倍率の光学系を使用して目標精度となるようにウェーハを位置決めします。光学系の倍率は、目標とする精度から決める必要があります(画像データ1画素のサイズ等)。ファインアライメントは、ウェーハ外周付近の左右のターゲット位置(パターンサーチ位置)を計測するプロセス、計測結果を補正するプロセス(追い込みプロセス)、精度確認するプロセスの3つのプロセスが必要です。装置自身でX軸、Y軸、θ軸をクローズ制御している場合には、追い込みプロセスは簡単になりますが、一般的にはクローズ制御されているものは限られています。 |
ウェーハアライメントプロセスで考えておくべき点 |
ウェーハアライメントのプロセスを3に記述しましたが、アライメントのアルゴリズムで考慮すべき点を以下に記述します。 1).光学系の倍率 高倍率光学系の倍率は、目標とする精度を考慮して決めます。10倍の光学系では、視野が640μm×480μmで1画素が1μmです。2).ラフアライメント1点目のサーチ位置を決めるルール 光学系の1視野がアライメントするチップより大きいか小さいかにより、ラフアライメント1点目をサーチする時に何視野チェックする必要があるか決まります。チップが1視野よりも小さい場合には、サーチウィンドウを制限する必要があります。正確には(チップXサイズ+モデルXサイズ)×(チップYサイズ+モデルYサイズ)がサーチウィンドウサイズです。 3).ラフアライメント2点目のサーチ位置を決めるルール ラフアライメント2点目は、1点目から数チップ離れた位置を設定しますが、この距離はチップの大きさ、チップの縦横比、およびプリアライメントの精度を考慮しなければなりません。4).ラフアライメント3点目以降の点のサーチ位置を決めるルール ラフアライメントプロセスの1点目と2点目が見つけられるとウェーハの傾き角度が求められます。3点目以降の点の位置は、ラフアライメントの角度精度を1画素程度と評価して決めます。設定された位置がウェーハ外周位置としてよいか、さらに見つけられない時にどの位置に移動するかをルールとします。ウェーハ外周位置としてよい場合は、サーチOKのときラフアライメント終了とします。ウェーハ外周位置と出来ない場合は、さらに4点目の位置を設定します。5).プリアライメント機構のない場合 プリアライメント機構のない場合は、ラフアライメントプロセスの1点目と2点目のサーチ位置を設定するアルゴリズムにおいて工夫が必要となります。まずラフアライメントのモデルパターンが傾きに強いことが必要です。1点目の位置設定は大きな違いはありませんが、2点目のサーチ位置を設定する時にさらに大きい角度範囲から位置を決めるというルールをつくる必要があります。一般的には、1点目と2点目の距離を短くしなければなりません。またチップの大きさによっては、X方向だけでなくY方向にもサーチ位置をずらすように設定する必要があります。このような点を考慮するとプリアライメント機構のない場合には、アライメントの処理時間が長くなります。6).ファインアライメントの追い込み ファインアライメントの計測プロセスで左右のターゲットパターンの位置を計測します。その座標値を左側(Xl、Yl)、右側(Xr、Yr)とすると、アライメントされた後の座標値は下記のように表されます。Y座標値は左側と右側では等しくなります。(Xc、Yc)は、テーブルの回転中心位置を表します。 |