JPH03764B2

JPH03764B2 -

Info

Publication number: JPH03764B2
Application number: JP56153207A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Suwa; Kazuo Kuramochi; Kiwao Nakazawa
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1991-01-08
Also published as: JPS5854648A; US4531060A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、半導体装置製造用のマスク、レテイ
クル、ウエハ等の位置合わせ装置に関し、特に、
ウエハプローバやウエハスクライバに適した装置
に関する。

従来レーザや高輝度光源を用いたウエハ位置自
動検出方法を説明する。特許公開昭55−70032号
による方法としてウエハストリートライン上に楕
円形レーザスポツトを照射しそれからの散乱光の
みを光電検出する方式がある。既方式によればウ
エハストリートラインが全反射面の場合光電信号
は零に近くなり、レーザスポツトが回路パターン
上にある場合は、散乱現象が強くなり、光電信号
は大きく検出された。前記性質を利用しレーザビ
ームを所定の振幅で振動させその光電信号がほぼ
零になる時間間隔を計測することでストリートラ
インを検出していた。

しかし、ストリートラインが多層構造でストリ
ートラインからの散乱光が複雑な強弱をもつた
り、ストリートラインが全く存在しないウエハで
は、零間隔の計測ができなく従つて位置の検出が
不可能であつた。そこで本発明は、幾何学的な明
暗パターンや凹凸パターンから成る複数のパター
ン領域を配列したウエハ等の基板の複数を、順次
再現性よく所定の位置に合わせる装置を得ること
を目的とし、特に記板上に位置合わせ用に設けら
れた特別なマークを用いなくても、複数枚の基板
を次々と正確に位置合わせする装置を提供するこ
とを目的とする。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は
位置合わせすべき対象物として半導体装置製造用
のレテイクル、フオトマスク又はウエハを主とし
て考えているが、その他、電子部品を実装するプ
リント基板の位置合わせにも応用できる。しかし
ながら、一般にレテイクル、フオトマスク、又は
ウエハ等の位置合わせの方がより高い精度を要求
される。特にウエハは、その表面の状態が製造工
程（フオトレジスト塗布、エツチング処理等）に
よつて変化するので、表面に光ビームを照射した
とき表面からの光情報も様々に変化してしまう。
そこで、以下の各実施例においては、位置合わせ
すべき対象物としてこのように表面の状態が変化
し得るウエハを考えることにする。

次に本発明の第１実施例の構成を第１図及び第
２図に基づいて説明する。ウエハ６はレーザ干渉
測長器等の位置センサ１０を備えたステージ９、
又はパルスモータ等により駆動されて駆動パルス
数の計数によって位置センタ１０と同様に位置が
モニターされるステージに載置される。このステ
ージ９は本発明の走査手段に相当し、モータ等を
含む駆動機構８によつて２次元的に移動する。一
方レーザ発振器を含む光源７からは断面形状が楕
円形のレーザのスポツト光１３が出射し、このス
ポツト光１３は反射ミラー４によつて折り曲げら
れ、ドーナツ型のレンズ５の中央部を通つて、ウ
エハ６の表面を照射する。そしてウエハ６の表面
の凹凸状のパターンで散乱されたレーザ光のみ
が、レンズ５によつて集光され、光電素子１に達
する。この光電素子１の光電信号は増幅器２によ
つて所定量増幅されて、次のＡ／Ｄ変換器（以
下、ADCとする。）３に印加される。従つてＡ／
Ｄ変換器３から出力されるデジタル信号D₂はウ
エハ６から生じる散乱光の強さ又は光量に比例し
たものとなる。なお、顕微鏡１１は単にウエハ６
上のパターンを目視観察するために設けられたも
のであり、本発明の構成とは直接関係しない。従
って、顕微鏡１１は、装置構成上の都合により、
設けても、設けなくても良い。前述の位置センサ
１０は、例えばスポツト光１３の照射位置を基準
としたステージ９の２次元的な位置に関する位置
信号D₁を発生し、Ａ／Ｄ変換器３の信号D₂と共
に、演算処理部１２に入力する。演算処理部１２
は算号D₁、D₂に基づいて位置合わせに必要な演
算を行なうと共に、その結果に大じて駆動機構８
を制御して、ウエハ６を所定の位置まで移動させ
る。

この演算処理部１２は第２図のように構成され
るが、その説明の前に、レーザ光を楕円形にする
意味について第３，４図に従つて説明する。尚、
第３図は楕円形のスポツト光１３を作るための光
学系を示し、光源７の中に設けられるシリンドリ
カルレンズ１４等によつて、レーザの円形スポツ
ト光は一方向に細長く伸びたスリツト状のスポツ
ト光１３（本発明のスリツト状のビーム）に変換
される。このスポツト光１３の長手方向の大きさ
は、位置合わせの対象物がウエハやマスクのよう
に、同一のチツプパターンが周期的に配列されて
いる場合、１チツプの一辺の大きさとほぼ等しく
する。このように定めると、第１図で示したステ
ージ９をスポツト光１３の長手方向と直交する方
向に移動したとき、光電素子１は、スポツト光１
３の照射部内に存在する細かいパターンのエツジ
（凹凸の段差部）から全方向に生じる散乱光をほ
ぼ全体に渡つて受光するから、光電信号はパター
ンの細かい変化に対してはほとんど変化しない。
このことを第４図によりさらに詳しく説明する。
この図はウエハ６上の隣接する２つのチップ５０
とスポット光１３の関係を示したものである。先
にも述べたように、スポツト光１３はウエハ６に
対して長手方向と直交する方向に移動する。この
とき図中に示すようにその移動はチップ５０の配
列の方向に沿つて行なわれる。従つてスポツト
光、１３は長手方向がチツプ５０の間に設けられ
た通常ストリートライン５３と呼ばれる50〜
100μｍ程度の帯幅部分と平行を保ちつつ移動す
る。またチップ５０の内部には実際の回路パター
ンが形成された領域５１と、その周囲に位置した
複数のボンデイング用のパツト５２とが設けられ
る。今、チップ５０寸法を５×５mm、スポツト光
１３寸法を５mm×50μｍとすると、スポツト光１
３が領域５１を照射すると、回路パターンは二次
元的には複雑な形状をしており、散乱光は全方向
に生じる。従つて光電素子１の光電信号はスポツ
ト光１３が領域５１内を移動している間は平均的
に大きな値になる。また、スポツト光１３がパツ
ト５２の近傍を照射すると、パット５２が並ぶパ
ツト列の幅は通常100μｍ程度であるので、スポ
ツト光１３の移動に伴つて光電信号の大きさは変
動する。さらにスポツト光１３がストリートライ
ン５３を照射すると、ストリートライン５３は通
常光を全反射する特性、すなわち、ほとんど散乱
しない特性を有しているので、光電信号は極めて
小さな値になる。以上述べた光電信号の変化状態
は、スポツト光１３の長手方向がチツプ５０の一
辺の長さよりも大きい限り、ウエハ６上のいかな
る位置においてもほぼ同じように再現される。こ
のようにスポツト光１３を楕円形に細長くするこ
とによつて、ウエハ６上のパターン密度（例えば
スポツト光１３で照射される範囲内に存在する微
細な線パターンの本数等）の変化を平滑化して検
出することができる。

さて、第１図で説明した演算処理部１２につい
て、第２図に基づいて詳しく説明する。Ａ／Ｄ変
換器３によつてデジタル化された信号D₂は切替
えスイツチ（以下、マルチプレクサ、MPXとす
る。）１０５によつてメモリ１０３とメモリ１０
６とのいずれか一方に入力する。メモリ１０３は
本発明の記憶手段に相当し、信号D₂を基準デー
タ群として記憶するものであり、１つのデータを
記憶する単位としてA₁，A₂…Amのｍ個のセル
が設けられる。A₁〜Amの各セルは、信号D₂の
ビツト数と同じビツト数で構成されると共に、記
憶されたデータはセルAmからセルA₁まで順次シ
フト可能である。一方、メモリ１０６は信号D₂
を被検査データ群として記憶するものであり、メ
モリ１０３と同様にM₁，M₂…Mnのｎ個のセル
を有する。尚、ここでメモリ１０３のセル数ｍは
メモリ106のセル数ｎよりも小さいものとする。
メモリ１０６も、各セル中のデータは順次Mnか
らM₁までシフト可能であり、セルM₁からシフト
されたデータは前述の基準データ群を作成するた
めに、処理回路１００に入力可能であると共に次
の切出し用のメモリ１０４に入力する。メモリ１
０４は、メモリ１０６中からｍ個のデータを順次
切り出すように、メモリ103と同様にｍ個のセル
B₁〜Bmから構成される。メモリ１０３とメモリ
１０４に記憶されたデータ群は次の比較器１０２
に入力し、各セル毎のデータは比較回路C₁，C₂，
…Cmによつて差の絶対値が演算される。そして
比較回路C₁，C₂，…Cmの各演算結果は、和算器
１０１で総和が計算され、その結果がマイクロコ
ンピュータの如き処理回路１００に入力する。処
理回路１００は、和算器１０１の計算結果に基づ
いてメモリ１０３中の基準データ群と、メモリ１
０６中の被検査データ群から順次切り出されるメ
モリ１０４中のデータ群との合致性いわゆるデジ
タル的なパターンマツチングを調べる。また処理
回路１００は、位置センサ１０の信号D₁を入力
すると共に、駆動機構８へステージ９を動かすた
めの制御信号を調べた合致性に基づいて出力す
る。また、メモリ１０６、１０４、和算器１０１
及び処理回路１００等は発振器１０７から出力さ
れるクロツク信号に同期して各種動作が進行す
る。尚、処理回路１００は前述のMPX１０５を
作動する信号Ｓを出力するが、詳しくは動作の説
明で述べる。

また、第４図に示したように、スポツト光１３
はストリートライン５３と平行を保ちつつ、チツ
プ５０の配列方向に沿つて移動するが、このとき
スポツト光１３とウエハ１６との関係は第５図の
ようになる。ウエハ１６には同一のパターンを有
する複数のチツプ５０がマトリツクス状に形成さ
れるが、その一方の列、すなわち紙面で左右方向
のチツプ５０は、一般にウエハ６の周囲の一部を
直線的に切欠いたフラツトＦと平行に並ぶ。この
フラツトＦはウエハ６の粗い位置決め（プリアラ
イメントと呼ばれる。）のための基準端となるも
のである。そして、ステージ９にはウエハ６を載
置して回転する回転補正機構が組み込まれてお
り、プリアライメント時にフラツトＦはステージ
９の一方の移動方向、例えば第５図に示すｘ方向
と平行に定められる。これにより、ステージ９の
互いに直交する２つの移動方向ｘ，ｙと、ウエハ
６上の互いに直交する２つのストリートライン５
３とがそれぞれ平行になる。このようにプリアラ
イメントされた状態で、スポツト光１３をウエハ
６に照射しつつ、ステージ９をｘ方向、又はｙ方
向に移動すれば、ウエハ６の表面はスポツト光１
３によつて走査されることになる。この際第５図
に示すように、ステージ９をｘ方向に移動すると
きは、スポツト光１３は、ｙ方向に細長く延びた
楕円形状とし、ｙ方向で移動するときは、ｘ方向
に細長く延びた楕円形状とする。

次に本発明の第１実施例の動作について、さら
に第６，７図に基づいて説明する。

第６図ａはウエハ６上に並んだチツプ５０の一
列のみを表わし、第６図ｂは、第１図で示した光
電素子１の光電信号を、第６図ｃは第２図で示し
た発振器１０７のクロツク信号を、そして第６図
ｄはメモリ１０６に記憶されるデータ群を表わ
す。

まず、位置合わせする対象物として、１枚目の
ウエハ６をステージ９に載置した後、回転微動機
講等によりプリアライメントを行なう。プリアラ
イメント達成後、ステージ９を予め決めた量だけ
送つて、ウエハ６上の所定位置にスポツト光１３
を照射する。この位置は、ウエハ６やチツプ５０
の大きさが予め決まつているから、例えば第６図
ａのように、スポツト光１３がウエハ６上の特定
のチツプ５０上を、そのほぼ全幅に渡つて照射す
る位置に定められる。そして、このとき位置セン
タ１０が出力する位置信号D₁は処理回路１００
に読み込まれ、記憶される。その後、ステージ９
を一方向、すなわちスポツト１３の長手方向と直
交する方向に等速度で動かす。これによりスポツ
ト光１３は第６図ａの如くウエハ６上を左方向に
チツプ５０を走査する。この走査に応じて光電素
子１は第６図ｂのようにチツプ５０の内で回路パ
ターンが形成された領域５１のところでは、平均
して大きな値となり、ストリートライン５３のと
ころでは極小値となるような周期的な光電信号を
発生する。このようにスポツト光１３がウエハ６
上を走査し続けると、光電信号は周期的に変化す
るが、実際にステージ９の移動量、すなわちスポ
ツト光１３の走査量は、ほぼチップ５０の一辺の
長さ程度の距離L₁に定められている。そして、
この距離L₁の走査のとき、処理回路１００は
MPX１０５を切り替えて、Ａ／Ｄ変換器３の信
号D₂をメモリ１０６に入力する。この際、メモ
リ１０６中の各セルM_1〜Mnには、発振器１０７
のクロツク信号に同期して信号D₂が取り込まれ
つつ、シフトされる。

第６図ｃはそのクロツク信号を表わし、スポツ
ト光１３の距離L₁の走査中に発生するクロツク
数は、ステージ９が等速度で移動するので、一義
的に決まる。そこで、距離L₁中のクロツク数を
メモリ１０６のセル数ｎと等しくすると、メモリ
１０６中には、第６図ｄのように、距離L₁に応
じた光電信号をクロツク信号の１クロツク毎にｎ
回サンプリングしたデータ群が記憶される。尚、
距離L₁サンプリング数ｎが予めわかつていれば、
サンプリング間隔が、ウエハ６上どれ程の長さに
相当するかは明らかである。

その後、メモリ１０６中のデータ群は、処理回
路１００に入力し、セルM₁〜Mn中のデータのう
ち、変化が大きい部分、（データ群中、特徴的な
部分）例えば第６図ｄに示すようなストリートラ
イン５３を含む区間L₂を見つける。この見つけ
方は例えばセルM₁〜M₂中のデータを順次比較し
て、最も小さなデータを記憶しているセルの位置
を見つけ出す。そしてその位置を中心として、前
後にL₂／２離れたセルの位置（１〜ｎの何番目
か）を区間L₂として求める。そして、この区間
L₂の長さは第２図に示したメモリ１０３，１０
４のセル数ｍ、すなわちクロツク信号のｍクロツ
ク分に相当するように定められる。このように区
間L₂が定まると、ステージ９は、再びスポツト
光１３の走査開始位置、すなわち先に記憶したス
テージ９の位置まで移動する。次にステージ９を
もう一度先と同様に等速度で移動し、スポツト光
１３を走査する。この際、処理回路１００は信号
D₂がメモリ１０３に入力するようにMPX１０５
を切替えておく。そしてスポツト光１３の走査と
共に発生するクロツク数が所定値になり、区間
L₂にさしかかつたことを検出すると、処理回路
１００はメモリ１０３へデータの読み込み信号を
発生する。この信号は、発振器１０７からのクロ
ツク信号のうちスポツト光１３が区間L₂を移動
中にｍクロツクだけ取り出した信号でよい。これ
により、メモリ１０３のセルA₁〜Amには、区間
L₂において光電信号をサンプリングしたデジタ
ル的な波形情報（本発明の第１の波形情報に相当
する）が基準データ群として記憶される。以後、
このメモリ１０３中の基準データ群は２枚目以降
のウエハを位置合わせするためのテンプレート
（マツチング用の基準パターン）として保持され
る。

以上の基準データ群は、第５図に示すようにウ
エハ６上のｘ、ｙ方向の両方について同様に作成
される。尚、処理回路１００はスポツト光１３が
区間L₂にさしかかつた時、位置センサ１０の位
置信号D₁を記憶する。この記憶されたステージ
９の位置は、基準データ群の作成開始位置である
ので、以後、テンプレート基準位置と呼ぶことに
する。そして次にステージ９を所望のアライメン
ト位置、例えばウエハプローバであればプロービ
ング中心位置、露光装置であればマスクの存在す
る位置まて予め定められた量だけ移動し、必要な
作業を行なう。

以上のようにして、１枚目のウエハが処理され
ると、次に２枚目のウエハをステージ９に載置し
て、アライメント位置へ位置決めする。一般に、
同一パターン配列で同一製造過程を経由した多数
枚のウエハにおいては、ウエハ同志の表面の差異
は極めて少なく、スポツト光１３がウエハ上を走
査したときに得られる光電信号は、ウエハ毎に極
めて類似している。従つて、２枚目以降のウエハ
を位置決めする際、１枚目のウエハで作成した
xy方向の基準データ群（以下、単にテンプレー
トTpとする。）と、位置決めするウエハから得ら
れる被検査データ群とのパターンマツチングを行
なうことにより、極めて再現性の良い位置合わせ
が達成できる。その動作について、さらに第７図
を使つて説明する。

まず２枚目以降のウエハはステージ９によつ
て、スポツト光１３の照射位置まで送り込まれ、
第６図ａに示すように、スポツト光１３は１枚目
のウエハとほぼ同じ位置（同一チツプ上）を照射
する。処理回路１００はMPX１０５を切替える
信号Ｓを出力して、Ａ／Ｄ変換器３からの信号
D₂をメモリ１０６に入力するように接続する。
そしてステージ９を一定速度で移動して、前述の
動作と同様、第６図ｂの如くウエハ上距離L₁に
ついてスポツト光１３を走査し、光電素子１の光
電信号を走査位置毎にデジタル的にサンプリング
した信号波形（本発明の第２の波形情報に相当す
る）を、被検査データ群としてメモリ１０６に記
憶する。ステージ９の移動が終了すると、メモリ
１０６のセルM₁〜Mnの各データはクロツク信号
に応答して順次セルM₁から切り出し用のメモリ
１０４へシフトされる。このシフト動作と共に、
メモリ１０３とメモリ１０４の各セルA₁〜Am、
B₁〜Bm中のデータは、セル毎に比較器１０２の
比較回路C₁〜Cm、及びその結果を演算する和算
器１０１で合致性が演算される。尚、メモリ１０
３，１０４中のデータとも、アナログ信号を単に
デジタル値として表わしたものであり、合致の確
認は、ここではＣ＝1A−B1の論理で行なう。こ
の論理は、セルA₁〜Amの各データからそれぞれ
対応するセルB₁〜Bmの各データをセル毎に引き
算を行ない、その差の絶対値を求めることであ
る。そして比較回路C₁〜Cmの各出力信号（1Am
−Bm1）は、和算器１０１によつて総和が演算
されて、その結果が処理回路１００に入力する．
尚、和算器１０１はクロツク信号の１クロツク毎
に_n 〓ⁱ⁼¹ Ciを計算する。

上述の関係を図示するのが第７図であり、第７
図ａは、メモリ１０６のセルM₁〜Mnの被検査デ
ータ群と、メモリ１０３のセルA₁〜Amのテンプ
レートTpとの関係を示し、第７図ｂは、和算器
１０１の計算結果を示す。ここで、メモリ１０４
のセルB₁〜Bm中のデータ群は、メモリ１０６中
の被検査データ群を順次シフトして得られるもの
であるから、メモリ１０３中のテンプレートTp
を、被検査データ群上でシフトしてマツチングを
検査していることになる。そして、メモリ１０６
のセルM₁のデータがメモリ１０４のセルB₁まで
シフトして、セルA₁とセルM₁のデータを比較回
路C₁で演算するときを時刻t₀とすれば、そこから
セルAmとセルMnのデータとが比較される時刻
t_eまで和算器１０１によつてクロツク毎に_n 〓ⁱ⁼¹ Ciが
計算される。この計算結果は第７図ｂのようにな
り、この図の縦軸は_n 〓ⁱ⁼¹ Ciの結果を示す。時刻t₀か
らメモリ１０６のシフトが開始し、時刻t_cにおい
て、計算結果は極小値になる。処理回路１００
は、毎刻t₀からt_cまで順次クロツク信号に同期し
て、和算器１０１の計算結果を読み込み、時刻t_c
における極小値、すなわち合致度が最も高くなつ
た所を検出する。尚、第７図中、時刻t_xにおける
計算結果は第７図ａの斜線分の面積に相当する。
この操作は、時刻t₀からt_cpまでのクロツク数を計
数するだけで、メモリ１０６の被検査データ群か
ら、テンプレートTpとマツチングする位置を見
つけることができる。このクロツク数によつて処
理回路１００は２枚目のウエハをスポツト光１３
により走査開始した位置と、１枚目のウエハで求
めたテンプレート基準位置とのずれ量を求める。
すなわち、時刻t₀からt_cまでのクロツク数分、ス
テージを送れば、２枚目のウエハは、１枚目のウ
エハのテンプレート基準位置に位置決めされる。

このように１枚目のウエハ上のパターンから得
られた光電情報をテンプレートとし、２枚目以降
のウエハを位置合せするから、位置合せすべき複
数のウエハは、単に同一のパターンを有している
だけでよく、特別の位置合せ用マークを必要とし
ない。またスポツト光１３は周期的なパターンの
ほぼ一周期分の長さになるように細長く引き延ば
された断面を有するから、光電情報としてパター
ンからの散乱光を光電検出する場合、ウエハ上の
ストリートライン近傍のみで光電信号が大きく変
化し、特に、チツプとチツプとの間を検出する、
いわゆるストリートライン検出として用いること
ができる。

次に本発明の第２の実施例として、光電情報の
処理方法を変えたものについて、第８〜第１０図
に基づいて説明する。

第８図は、第２の実施例による構成を示す回路
ブロツク図である。尚、同図中、第１の実施例と
同じ構成のものについては同一の符号を用いる。

ウエハからの散乱光を受光する光電素子１の光
電信号は、増幅器２を介して比較器２３に入力す
る。比較器２３は、レベル設定器２４が出力する
基準電圧V_pと光電信号とを比較して、その差に
対して光電信号を２値化する。２値化された信号
は、所定のインターフエイス２５により電気的な
整合を計つて、MPX１０５に入力する。MPX１
０５で選択された信号は、メモリ２０６かメモリ
２０３に入力する。メモリ２０３は、第１の実施
例と同様、テンプレートを記憶するものであり、
メモリ２０６は被検査データ群を記憶するもので
ある。またメモリ２０４は、メモリ２０６のデー
タ群を切り出すためのものであり、各メモリ２０
３，２０４，２０６のセル数は、第１の実施例と
同様に定められている。しかしながら、インター
フエイス２５から出力される信号は、時系列の２
値信号であるから、各メモリのセルは１ビツトで
よく、メモリ２０３，２０４はｍビツトの直列シ
フトレジスタ、メモリ２０６はｎヒツトの直列シ
フトレジスタにより構成される。そこで、各メモ
リのセル（Am、Bm、Mn）を以下ビツトと呼ぶ
ことにする。

一方、メモリ２０３，２０４の各データ群を比
較する比較器２０２は、各ビツトB₁とA₁，B₂と
A₂……BmとAmとを各々比較する比較回路C₁〜
Cmを有する。この比較回路C₁〜Cmは、第１の
実施例とは異なり、論理演算、Ｃ＝Ａ∩Ｂ、又は
Ｃ＝Ａ・Ｂを行なう。尚、演算Ｃ＝Ａ∩Ｂはデジ
タル的な相関を計算することに相当し、具体的に
はエクスクルーシブオア、インクルーシブオアゲ
ートにより演算できる。そして、比較器２０２の
演算結果は、和算器２０１に入力し、和算器２０
１は各比較回路C₁〜Cmの演算出力のうち、論理
値「１」、又は論理値「０」の総数を計算し、そ
の結果の第１の実施例に示した処理回路１００に
入力する。また、その他、クロツク信号等につい
ては、第１の実施例と同様に入力するものとす
る。

次に、第２の実施例の動作について、さらに第
９図、第１０図を用いて説明する。

第９図は、第１の実施例と同様にスポツト光１
３を走査したときに得られる光電信号２１０と、
それを２値化した信号との関係を示す。

スポツト光１３がウエハ上を走査して、光電信
号２１０が同図のように発生したとき、比較器２
３は基準電圧Voが光電信号２１０よりも高いと
き論理値「１」を出力するものとする。もちろ
ん、ステージの移動、メモリ２０６，２０４のシ
フト動作等は前述のように全てクロツク信号に同
期している。そして、１枚目のウエハにおいて、
ウエハ上の距離L₂に相当する光電信号２１０の
２値化信号をメモリ２０３にテンプレートとして
作成する。その操作は第１の実施例と同様であ
る。すなわち、２値化された信号を一度メモリ２
０６に順次記憶しておき、処理回路１００で、メ
モリ２０６中のビツトパターンが大きく変化する
部分を見つけ、テンプレートとする。

次に２枚目以降のウエハについては、スポツト
光１３をほぼ１チツプ分、すなわち、ウエハ上で
距離L₁だけ走査して、そのときの２値化された
信号をクロツク信号に，応答して順次メモリ２０
６の各ビツトに記憶する。そして、比較器２０
２、和算器２０１により、メモリ２０３のテンプ
レートと、メモリ２０４によつて切り出されたデ
ータ群との合致度を求める。尚、基準電圧Voは、
光電信号２１０の最大値V_nax，最小値X_nioから、
例えばその半分の大きさに定められる。次に、こ
の合致度の様子を第１０図の一例により、説明す
る。第１０図ａでＳはメモリ２０６中の被検査デ
ータ群としてのビツトパターンを表わし、Ｒはテ
ンプレートとしてのビツトパターンを表わす。ま
たADは和算器２０１によつて演算された総数、
すなわち合致度を表わす。メモリ２０６はクロツ
ク信号により順次シフトされるから、テンプレー
トが、被検査データ群上を１ビツトずつシフトし
ていくと考えられる。今、テンプレートのビツト
パターンＲを６ビツトとすれば、ビツトパターン
Ｓの始めの所で一致するビツトは６ビツト中１つ
である。次に、ビツトパターンＲを１つ右へシフ
トすると、６ビツト中、一致するビツトは１つで
ある。この操作をくり返すと、７回シフトしたと
き、すなわち、ビツトパターンＳの左から８ビツ
ト目と、ビツトパターンＲの左端ビツトとが一致
したとき、６ビツト全てが一致する。この様子
を、第１０図ｂに示すが、ビツトパターンＳの初
めから８ビツト目に最も合致度が高くなる。そこ
で、処理回路１００は、この最大の合致度の位
置、すなわち、メモリ２０６中、何番目のビツト
かを調べる。この位置が求まれば、後の動作は第
１の実施例と同様に行なわれる。

このように、光電情報として、光電信号を所定
のスライスレベルで２値化することによつて、実
時間に高速のデータ処理が可能となるばかりか、
記憶容量の大きなメモリを必要とせず、回路構成
が簡単になるという利点がある。

次に本発明の第３の実施例を第１１図により説
明する。この実施例は第１、第２の実施例と異な
り、スポツト光１３を振動させて光電情報を得る
ものである。第１１図において第１図と同一の働
きをするものについては、詳細な説明を省略す
る。

第１図に示したミラー４は、ここではレーザ光
を振動するための可動ミラーとする。ミラー４
は、発振器３０の周波数f_pの信号を入力する駆動
装置３１を介して、周波数f_pで振動する。一方、
前の実施例と同様光電情報を所定時間毎にサンプ
リングするための基準時間を発生する発振器３２
が設けられる。この発振器３２の発信周波数f_c
は、周波数f_pよりも大きく定められたクロツク信
号となる。ゲート回路３３は、発振器３０の発振
信号に応答してクロツク信号を所定の周期間隔で
制御回路３４へ出力する。この制御回路３４は前
述の演算処理部１２とほぼ同じ働きをするが、情
報の処理方法が少し異なるので、詳しくは後述す
る。

一方、ウエハからの散乱光を受光する光電素子
１の光電信号は、前の各実施例と同様に増幅器２
を介して、光電情報の形成回路３５に入力する。
この形成回路３５は第１の実施例、のようにＡ／
Ｄ変換器、又は第２の実施例のように２値化の回
路でよい。尚、ゲート回路３３は、発振器３０の
信号e_pの振動の位相又は周波数f_pと、クロツク信
号e_cとの同期を計るように構成されており、例え
ば信号e_pの振動中心でクロツク信号の１クロツク
が制御回路３４へ入力する。また、制御回路３４
には、第１、第２の実施例と同様にテンプレート
を保持するメモリと、被検査データ群を記憶する
メモリとが設けられている。

次に第１２図、第１３図に基づいて動作を説明
する。第１２図は、信号e_cによつて、一定振幅で
スポツト光１３を振動し、振動の一周期にクロツ
ク信号e_cを同期させるものであり、第１２図ａは
信号e_pを表わし、第１２図ｂは、振動の中心で一
周期毎にサンプリングされた光電情報（便宜上、
光電信号の大きさと考える。）を表わす。この場
合、制御回路３４はスポツト光１３の振動の所定
のタイミングで形成回路３５の信号を読み込み、
被検査データ群（又はテンプレート作成用とし
て）を記憶するメモリの各セルに順次記憶され
る。しかしながら、ウエハからの散乱光のサンプ
リングはスポツト光１３の振動の一ケ所で行なう
ことになるので、第１、第２の実施例と同様に、
ステージ９を移動させる必要がある。そこで、例
えばステージ９を等速度で移動させれば、第１２
図ｂのような光電情報がサンプリングされる。も
ちろん、制御回路３４はゲート回路３３から得ら
れる振動周期に応じたクロツク信号と同期させ
て、ステージ９を移動させてもよい。このとき、
サンプリング間隔、すなわち第１２図に示した
ΔSは、時間的には信号e_pに周波数で決まり、ま
たウエハ上の間隔は、信号e_pの周波数と、ステー
ジ９の移動速度とにより一義的に決まる。こうし
て、制御回路３５はサンプリングした光電情報を
被検査データ群（又はテンプレート）として、記
憶する。そして、以後の処理については、前述の
如く行なわれる。

第１３図は、第１２図の場合とは異なり、ステ
ージ９を全く動かさずに、データ群を得る様子を
示す。第１３図ａは、スポツト光１３の振動の様
子を示し、ウエハ上、第１１図に示した可動ミラ
ー４（本発明の走査手段に相当する）によるスポ
ツト光１３の振動振幅S_Dは例えば１チツプ分の大
きさに定められている。この場合、信号e_pと、ス
ポツト光１３の振動軌跡との波形が相似だとすれ
ば、信号e_pの波形のうち、近似的に直線性の高い
部分、すなわち、振動の中心付近で光電情報のサ
ンプリングを行なう。このようにすると、たとえ
スポツト光１３が時間に対して正弦振動（単振
動）であつても、サンプリング間隔はウエハ上に
おいて、ほぼ等間隔になり、みかけ上、直線走査
となる。この際ゲート回路３３は、信号e₀の振動
中心付近のみでゲートを開いて、クロツク信号e_c
を通過させるように構成する。このためゲート回
路３３は、信号e_pの振動中心から所定の正負振幅
にスライスレベルを有するウインドコンパレータ
の如き回路構成でよい。また、クロツク信号e_cと
信号e_pとの同期は特に必要ではないが、ゲート回
路３３のゲートが開いている間に通過するクロツ
ク数を被検査データ群を記憶するメモリのセル数
と等しいか、又はそれより大きくするように定め
る。このように、信号e_pの直線性の高い部分でサ
ンプリングした光電情報は、例えば第１３図ｂの
ようになる。もちろん各サンプリング時におい
て、光電情報は、メモリ中の各セルに順次記憶さ
れる。このように、スポツト光１３を大きな振幅
で振動させて、その振動中心付近の直線性が高い
部分のみを使うことによって、ステージを何らか
の理由で動かせない場合、ステージによる直線走
査の替りとして極めて再現性の高いデータ収集が
できる。からにステージを移動させることがない
から、データの収集は、スポツト光１３の振動速
度（ウエハ上での速さ）に依存し、これは極めて
高速にデータ入力できることを意味する。また第
１２図に示した方法によれば、ウエハの粗い位置
決めを必要とする場合、データを収集しつつ、粗
い位置決めのためにステージを動かすこともでき
る。もちろん、このとき収集したデータに基づい
て、ストリートラインの位置を求めることもでき
る。

以上述べた各実施例において、処理回路とし
て、さらに以下のような変形をすることもでき
る。

微分回路の付加、光電信号を増幅する増幅器２と、Ａ／Ｄ変換
器等の形成回路３５との間に微分回路を接続す
る。このとき、光電信号の安定した平担部のと
ころで微分出力は零であり、光電信号の変化す
る部分では微分出力として強弱が生ずる。そし
て、この微分出力に基づいて、その強弱が大き
いところを特徴的な部分としてテンプレート作
成等に用いる。これにより、部分的に変化の激
しいパターンを有するウエハからデータを収集
する場合、光電信号をわずかなゆらぎ等の影響
を防止して、雑音特性が向上する。

間引きによる合致度演算これは、合致度の演算を高速化するためのも
のである。これを第４の実施例として第１４図
に基づいて説明する。第１４図は被検査データ
群を記憶するメモリ３００とそのデータ群を切
り出すメモリ３０１と、テンプレートを記憶す
るメモリ３０２、そしてメモリ３０１中のデー
タとテンプレートを比較する比較器３０３のみ
を表わし、その他の回路構成は、第２図と同様
である。前の実施例と異なる点はメモリ３０３
のセル数を２倍にすることである。すなわち、
メモリ３０３を少なくとも2m−１個のセルで
構成する。そして、テンプレートを記憶するメ
モリ３０２のセル数はｍ個とする。また、比較
器３０３はメモリ３０１のセルB₁〜B₂mを１
つおきに間引きしてメモリ３０２のセルA₁〜
Amと比較する。このとき、セルA₁〜Amに
は、全長がセルB₁〜B₂mに等しいデータ群が
ｍ個に分割されて記憶されている。すなわち、
メモリ３００の各セルM₁〜Mnに記憶される各
データのサンプリング間隔に対して、メモリ３
０２の各セルA₁〜Amに記憶された各データの
サンプリング間隔が、等価的に２倍になつたこ
とを意味する。換言すれば、前の実施例で作成
したテンプレートに対して、ウエハ上でほぼ２
倍の長さに渡る光電情報を1/2に圧縮したテン
プレートが作成されることになる。このような
構成において、メモリ３００，３０１は１セル
ずつシフトしつつ、比較器３０３によつてテン
プレートとの合致度が演算される。このよう
に、圧縮されたテンプレートを用いて間引きに
よつて合致度を求めることにより、分解能を低
下することなく高速の処理ができる。

以上、本発明の実施例を述べたが、上記各実施
例において、スポツト光は細長く延びた断面形状
で、その長さは、ほぼウエハやマスクの１チツプ
分の長さ、すなわち周期的に形成されたパターン
の１周期分の長さとした。しかしながら、スポツ
ト光を走査する位置がほとんど特定のチツプ上に
限られるなら、スポツト光の長さは上記説明より
も短かくてよい。

尚、本発明とは直接関係しないが、本発明と同
様の趣旨で位置合わせを行なう場合として、スポ
ツト光の断面を微小な円形として実施することも
できる。このときは、円形スポツト光をウエハや
マスク上の特定の部分を走査し、その光電情報を
テンプレートとして用いる。そして位置合わせの
際、ウエハやマスク上の特定部分を含む領域から
得られる光電情報を記憶し、上述の各実施例の通
り、テンプレートとの合致度を求めればよい。

また、各実施例における合致度の演算機能は、
すべて計算機のソフトウエアにて処理させること
もできるし、本願出願人によつて出願された特開
昭56−1108号に開示されたバイナリイーアナロ
グ・コリエータ（相関器）を用いて処理させるこ
ともできる。

以上の各実施例において、ウエハやマスク等の
対象物に設けられたパターンは、光電情報として
検出されているが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、単にパターンの形状や凹凸等の特徴が
検出されればよい。このため、パターンの情報を
得るのに、光を使う以外に、超音波やＸ線等のエ
ネルギー線を用いることができる。

基板上の少なくとも１つのパターン領域の大き
さ分だけ、基板とスリツト状のビーム（スポツト
光）とを相対走査する手段を設け、先行して処理
された基板から得られた第１の波形情報をテンプ
レートとして記憶し、後続して処理される基板か
ら得られる第２の波形情報とテンプレートの合致
度を求めて、後続の基板の位置合わせを行なうの
で、処理すべき複数の基板の表面がいかなる形
状、凹凸パターンを持っていたとしても、そのパ
ターンのそのものをテンプレート化するため、正
確な位置合わせができる。また、複数の基板を位
置決め用のマークを使って次々に位置合わせする
場合であっても、各基板に設けられたマークが共
通に破損している限り、何ら問題なく位置合わせ
できる。これは本発明においては、その破損その
ものもマーク（パターン）の特徴としてテンプレ
ート化するからである。

さらに、本発明では、スリツト状のスポツト光
を基板に照射するので、基板上のパターンからの
光情報はスポツト光の長手方向に関しては平滑化
され、単にその光量を光電検出するのみでよく、
光学系等の構成がいたつて簡単になるといつた利
点もある。

またテンプレートを作る際に、後続の基板の位
置合わせに使うスリツト状ビームと光電検出手段
を用いるので、ビームの光量むらや光電検出手段
の感度等による影響を含めたテンプレートが作成
され、位置合わせ精度を何ら低下させないといっ
た効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による位置合わ
せ装置の構成図、第２図は、第１の実施例におけ
る演算処理部の回路構成図、第３図は、レーザ光
を楕円形状にするための光学系を示す図、第４図
は、ウエハ上のチツプとスポツト光の関係を示す
図、第５図は、ウエハ上におけるスポツト光の位
置を示す図、第６図は、ウエハ上をスポツト光が
走査したときに得られる各部の信号を示す図、第
７図は、第１の実施例における合致度を求める様
子を示す図、第８図は、本発明の第２の実施例に
よる回路接続を示す図、第９図は、第２の実施例
におけるスポツト光の走査と信号の関係を説明す
る図、第１０図は、第２の実施例において、合致
度を求める様子を示す図、第１１図は、本発明の
第３の実施例による回路接続図、第１２図、第１
３図は第３の実施例において、スポツト光の振動
とデータ収集との関係を説明する図、第１４図
は、本発明の第４、の実施例による回路接続を示
す図である。〔主要部分の符号の説明〕、１……光電素子
（光電検出手段）、３……Ａ／Ｄ変換器、６……ウ
エハ、７……レーザ光源、９……ステージ、１３
……スリツト状のスポツト光、１４……シリンド
リカルレンズ、５０……チツプ、５３……ストリ
ートライン、１００……処理回路、１０３，２０
３，３０２……基準データ群（テンプレート）用
のメモリ。

Claims

【特許請求の範囲】１ほぼ同一の大きさのパターン領域の複数を２
次元的に配列した表面を有する複数の基板の夫々
を順次ステージ上に載置し、該載置された基板を
所定位置に合わせる装置において、前記パターン領域の配列方向と交差する方向に
延びたスリツト状断面のビームを前記基板の表面
に、照射する照射手段と；前記ビームと前記基板とを前記パターン領域の
配列方向に、少なくとも前記パターン領域の大き
さ分だけ相対走査可能な走査手段と；該相対走査によって前記基板表面から生ずる反
射光を受光して、走査位置に応じて大きさが変化
し得る光電信号を出力する光電検出手段と；前記複数枚の基板のうち先行して処理される基
板を前記走査手段により前記ビームと相対走査し
たとき、前記光電検出手段から得られた光電信号
に対応した第１の波形情報を前記相対走査の位置
に対応させて記憶する記憶手段と；前記複数枚の基板のうち後続して処理される基
板を前記走査手段により前記ビームと相対走査し
たとき、前記光電検出手段から得られる光電信号
に対応した第２の波形情報と、前記記憶手段に記
憶された前記第１の波形情報とを前記相対走査の
方向に順次比較して前記２つの波形情報の合致度
を演算する演算手段と；該演算の結果に基づいて、前記後続して処理さ
れる基板の前記先行して処理された基板に対する
位置ずれを検出し、該後続して処理される基板の
位置を決定する位置決定手段とを備えたことを特
徴とする位置合わせ装置。２前記照射手段は、コヒーレントな光を前記ビ
ームとして発生するレーザ光源７と、前記ビーム
の前記基板表面での断面形状を前記相対走査の方
向と交差する一方向にスリツト状に形成するため
のシリンドリカレンズ１４とを含むことを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の装置。３前記演算手段は、前記第１の波形情報と前記
第２の波形情報との相関を演算し、両波形情報が
最も合致したときの前記相対走査の方向に関する
位置を求める相関演算器１００，１０１：２０
１：３０３を備え、前記第１及び第２の波形情報の夫々は、前記光
電信号の大きさを前記相対走査の所定間隔毎にデ
ジタル化した波形、もしくは前記光電信号を微分
した波形の大きさをデジタル化した波形の少なく
とも一方であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項に記載の装置。４前記記憶手段は、少なくとも前記パターン領
域の大きさ分L₁に対応して得られた前記第１の
波形情報M₁〜M_oを一時的に記憶する第１のデジ
タルメモリ１０６：２０６：３００と；該第１の
波形情報の中で特徴的な変化を示す部分波形情報
A₁〜A_oを前記パターン領域の大きさ分L₁よりも
狭い範囲L₂で記憶する第２のデジタルメモリ１
０３；２０３：３０２とを含み、前記演算手段は
該第２のデジタルメモリに記憶された部分波形情
報と前記第２の波形情報との合致度を演算するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第３項
に記載の装置。