JPH0468766B2 - - Google Patents

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JPH0468766B2
JPH0468766B2 JP57227086A JP22708682A JPH0468766B2 JP H0468766 B2 JPH0468766 B2 JP H0468766B2 JP 57227086 A JP57227086 A JP 57227086A JP 22708682 A JP22708682 A JP 22708682A JP H0468766 B2 JPH0468766 B2 JP H0468766B2
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JP
Japan
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mask
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linear
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alignment mark
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JP57227086A
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English (en)
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Inventor
Tetsuzo Tanimoto
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH0468766B2 publication Critical patent/JPH0468766B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路用のウエハ等の基板
と、これに対応するマスクとの相対的位置関係の
整合するマスクアライメント方法において、マス
ク、ウエハに設けられた両位置合せマークが重な
り、または接近しても、その画像信号から両者の
相対位置を識別して両者を相対的に位置合わせで
きるようにしたアライメント方法に関するもので
ある。
〔従来技術〕
一般的なマスクアライメント装置の光学系構成
図は第1図に示すようになつており、マスク1、
ウエハ2に設けられた位置合せマーク3,4に検
出光5をハーフミラー6を介して照射し、その反
射光を対物レンズ7で拡大して当該光学像9を得
て、これをイメージセンサ等の光電検出器10で
走査・検出して画像信号に変換する。
ここで、例えば、マスク1の2本の位置合せマ
ーク像3A,3Bの中央にウエハ2の位置合せマ
ーク像4Aが来るようにテーブル8を移動し、マ
スク1、ウエハ2間の相対位置の整合を行うよう
にする。
この場合、マスク1の位置合せマーク3(同像
3A,3B)とウエハ2の位置合せマーク4(同
像4A)との重なり状態または接近状態に対して
は、従来、次のような処理方法がとられていた。
まず、マスク1、ウエハ2の位置合せマーク
3,4の像9を光電検出器10によつて走査する
と、通常第2図に示すような位置合せマークの画
像信号波形が検出される。この画像信号PSに対
して所定の閾値Vtを設定し、それによつて2値
化信号BPを得て、その各エツジの位置情報e1
e6により、各位置合せマークの中心位置情報p1
p2,p3を次の各式から求める。
p1=(e1+e2)/2、p2=(e3+e4)/2、 p3=(e5+e6)/2 ……(1) 続いて、これらの中心位置情報のうちマスク1
に関する2個の位置合せマークの判別は、従来方
式においては、その間隔lが既知であることか
ら、それらの間隔が上記間隔lに相当する中心位
置情報p1,p3を選び出すことによつて行つてい
た。なお、ウエハ2の位置合せマークは、残りの
中心位置情報p2(中間のもの)であると判別して
いた。
これにより、マスク1、ウエハ2の相対位置偏
差量Eは次式から求めていた。
E=(p1+p3)/2−p2 ……(2) しかしながら、マスク1の位置合せマーク3と
ウエハ2の位置合せマーク4とが少しでも重なつ
た場合、第3図に示すような画像信号PSが検出
され、この画像信号PSを所定の閾値Vtで2値化
することにより2値化信号BPが得られる。該2
値化信号BPは、2個の検出信号(中心位置情報
p1およびp2,p3に対応するもの)のみとなる。
従来、このような場合は、マスク1、ウエハ2
の位置合せマークが重なり状態となつているもの
と判断して、両位置合せマーク画像信号波形パタ
ーンを分離・検出するために、ウエハ2を強制的
に一定量だけ移動するステツプ送り処理を行つて
いた。以後、上記に示した方法によりマスク1、
ウエハ2の位置合せマークを認識していた。
また、ウエハ2の位置合せマーク(中心位置情
報p3)がマスク1の位置合せマーク(中心位置情
報p1,p2)のいずれか一方に接近している場合、
第4図に示す画像信号PSが検出される。この画
像信号PSに対して閾値Vtを低めに設定すると、
検出信号の先端付近では分離しているものの、2
値化信号BPは、上記した重なり状態の場合と同
様の結果となる。すなわち、マスク1、ウエハ2
の位置合せマークを認識するには、ここでも上記
と同様にステツプ送り処理を施さざるを得なかつ
た。
このような位置合せマーク画像信号微細パター
ンの重なり状態、接近状態は、プリアライメント
の精度上、発生頻度が高く、その都度ステツプ送
り処理を行なわなければならないため、装置のス
ループツトに悪影響を与えていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、基板上に形成された1本の直線状基板位置
合せマークとマスク上に形成された2本の直線状
マスク位置合せマークとが重なりまたは接近して
少なくとも1次元の画像信号として重なり状態で
検出される場合においても、ステツプ送り処理を
行うことなく、ずれの方向も含めて基板とマスク
との相対的位置を算出することによつてアライメ
ント時間を短縮してスループプツトの向上をはか
るようにしたアライメント方法を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、基板上
に形成された1本の直線状基板位置合せマークと
該基板に対応するマスク上に形成された2本の直
線状マスク位置合せマークであつて夫々が上記直
線状基板位置合せマークより細いマークとの光像
を走査して検出される少なくとも1次元の画像信
号について所望の閾値で2値化して少なくとも1
次元の2値画像信号に変換し、該変換された少な
くとも1次元の2値画像信号に基づいて上記2本
の直線状マスク位置合せマークと上記1本の直線
状基板位置合せマークとの距離の関係から基板と
マスクとの相対的位置ずれ量を算出し、該位置ず
れ量に基づいて基板とマスクとを相対的に位置合
せするアライメント方法において、上記少なくと
も1次元の2値画像信号から直線状位置合せマー
クの本数を調べて2本しか得られないとき上記直
線状基板位置合せマークが直線状マスク位置合せ
マークの一方に重なつていると認識し、該認識し
た際、上記少なくとも1次元の2値画像信号から
各々のマーク幅を算出して大きい側に上記直線状
基板位置合せマークが上記直線状マスク位置合せ
マークに重なつていると判別すると共に上記少な
くとも1次元の2値画像信号の2つの信号の間の
距離を算出して上記直線状基板位置合せマークと
直線状マスク位置合せマークとの位置偏差量を算
出し、上記判別された側と該算出された位置偏差
量とに基づいて上記基板とマスクとを相対的に位
置合せすることを特徴とするアライメント方法で
ある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。
第5図は本発明に係るアライメント方法を実施
するためのアライメント装置におけるマーク判定
部の一実施例を示すブロツク図、第6図はマスク
の位置合せマークとウエハの位置合せマークとが
重なり状態または接近状態において検出される位
置合せマークの画像信号における重なり検出につ
いて説明するための図である。なお、第1図、第
2図についても必要に応じて引用・説明する。
ここで、10はイメージセンサ、11はクロツ
ク発生器、12はA/D変換器、13は記憶回
路、14は2値化回路、15は演算回路である。
まず、イメージセンサ10は、クロツク発生器
11からのクロツクを受け、マスク1、ウエハ2
の位置合せマークの像9を走査し、画素ごとの画
像情報を直列に送出する。
A/D変換器12は、クロツク発生器11から
のクロツクに同期し、画素ごとの画像信号をデジ
タル値V(t)に変換する。
このデジタル値V(t)は、次に記憶回路13に入
力され、A/D変換器12からの変換終了信号の
タイミングで記憶される。
1走査ライン分の画素の画像情報V(t)(1ライ
ン当りの画素数をNとするとi=1,2……N)
の記憶回路13への書込みが終了すると、2値化
回路14は、記憶回路13からデジタル値V(t)を
順次に読み出し、閾値Vtとの交点d1,u1,d2
u2,d3,u3(第2図においてエツジ位置情報e1
e6に対応する画素番号)を次のようにして求め
る。つまり、走査方向にV(t)から順次に閾値Vt
との大小関係を判別してゆき、大小関係が逆とな
る時点の画素iを交点とする。
このような処理を進めて行くことにより、第2
図に示す画像信号波形パターンのエツジ位置情報
e1〜e6に対応する上記画素が検出される。このよ
うにして得られた交点の情報d1〜d3、u1〜u3は、
後段の演算回路15に送られる。
演算回路15は、これらのパターンの交点d1
u1・d2,u2・d3.u3からマスク1の位置合せマーク
画像信号波形パターンの位置を認識するため、閾
値Vtを上昇して横切る画素u1〜u3を基準として、
次式を満たすマスク1の位置合せマーク画像信号
波形パターンの2個のエツジ情報uj、ukを探索す
る。
|(uj〜uk)×C−ln|≦ε ……(3) (j≠kでj、kは1,2,3のいずれか) ここで、(uj〜uk)は、上記パターンの間隔を画
素数で示すものであり、検出光学系の倍率と画素
のピツチで決定される定数Cを乗ずることによ
り、上記パターンの間隔を実際の距離に換算する
ことができる。また、定数lnはマスク1の2本の
位置合せマークの既知の間隔であり、εは倍率誤
差等を考慮した判定の許容誤差である。
第2図においてエツジ情報u1,u3およびd1,d3
は、明らかにマスク1の位置合せマークに関する
ものを示し、残りのエツジ情報u2およびd2がウエ
ハ2の位置合せマークに関するものを示すことに
なる。
しかし、先に述べたように、マスク1、ウエハ
2の位置合せマークが重なり状態または接近状態
となつた場合は、上記(3)式による判定のみではウ
エハ位置の認識が不可能である。
したがつて、従来は上記パターンの分離検出を
するため、テーブル8を強制的に動かして、再
度、画像信号を検出して上記の方法で位置判別を
行なう必要があつた。
このような場合、本実施例において、演算回路
15は、前記したとおり、第3図および第4図に
示すように2値化信号BPの信号の個数が2ケで
あることにより、ウエハ2の位置合せマーク4が
マスク1の位置合せマーク3に重なり状態または
近接状態として認識し、その後マスク1の2本の
位置合せマーク3が同じ線幅で形成されているこ
とに基づいてウエハ2の位置合せマーク4やマス
ク1の2本の位置合せマーク3のいずれの側に重
なり状態または近接状態であるかを判別すると共
にウエハ2の概略的な位置偏差量△lを算出す
る。
すなわち、第6図に示すように、上記(3)式から
求められているマスク1の位置合せマーク画像信
号波形パターンのエツジ情報d1,d2と、これとペ
アをなすエツジ情報u1,u2とにより、それぞれの
パターン幅D1=|u1−d1|、D2=|u2−d2|を
求め、上記パターン幅D1,D2のうち大きい方に
ウエハ2の位置合せマークが接近し、または重な
つているものと認識する。
例えば、D1>D2ならばウエハ2の位置合せマ
ーク画像信号波形パターンは第6図のようにマス
ク1の左側の同パターンに重なつていることにな
る。この結果ウエハ2の位置合せマーク4がマス
ク1の2本の位置合せマーク3のいずれの側と重
なつているかを判別することができ、その結果た
とえばウエハ2を載置したテーブル8をいずれの
方向に移動すればよいか決定することができる。
次に、マスク1に対するウエハ2の概略的な位
置偏差量△l、即ち位置ずれ量を算出する必要が
ある。この位置偏差量△lは、マスク1の2本の
パターンの中心からウエハのパターンまでの距離
(画像信号上の画素数)となり、次式で求めるこ
とができる。
Δl=(c1−c2)/2={(u1+d1)/2 −(u2+d2)/2}/2 ……(4) ところで第6図に示すように、必ず画像信号
PSのエツジ情報u1,d1,u2,d2を検出すること
ができるので、上記(4)式に基づいてウエハの概略
的な位置偏差量△lを算出することができる。こ
のようにしてウエハの位置ずれ方向とウエハの概
略的な位置偏差量△lとが算出される。
したがつて、ウエハ、マスクのパターンが重な
り、または接近している場合でも、1回目の検出
信号で概略的な整合位置(マスクパターンの中心
位置)にウエハを送り込むことができる。以後、
設定誤差に達するまで上記認識を繰り返せば、正
確な位置整合をすることができる。
このように、ウエハ、マスクのパターンの重な
り状態または接近状態の場合でも、ステツプ送り
処理を行なうことなく、ウエハ、マスクの概略位
置を認識することができるので、アライメント時
間の短縮となり、装置のスループツトも向上され
る。
なお、完全な重なり状態の場合に、上述のパタ
ーン幅D1,D2が等しくならないようにするには、
ウエハ2の1本の位置合せマークをマスク1のも
のよりも幅を広くしておけばよい。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、アライメント方法において、マスク、ウエハ
の位置合せマークの重なり状態または接近状態の
場合においても、ステツプ送り処理を必要とせず
にマスク、ウエハの概略位置を認識し、アライン
メント時間を短縮してスループツトを向上させる
ことができるので、半導体集積回路等の露光工程
における効率向上、信頼性向上、原価低減化に顕
著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、一般的なマスクアラインメント装置
の光学系構成図、第2図は、一般的な位置合せマ
ーク画像信号波形図、第3図は、位置合せマーク
重なり状態画像信号波形図、第4図は、位置合せ
マーク接近状態画像信号波形図、第5図は、本発
明に係る位置合せマーク検出方式によるマスクア
ラインメント装置のマーク判定部の一実施例のブ
ロツク図、第6図は、その位置合せマーク画像信
号重なり検出の説明図である。 10……イメージセンサ、11……クロツク発
生器、12……A/D変換器、13……記憶回
路、14……2値化回路、15……演算回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基板上に形成された1本の直線状基板位置合
    せマークと該基板に対応するマスク上に形成され
    た2本の直線状マスク位置合せマークであつて
    夫々が上記直線状基板位置合せマークより細いマ
    ークとの光像を走査して検出される少なくとも1
    次元の画像信号について所望の閾値で2値化して
    少なくとも1次元の2値画像信号に変換し、該変
    換された少なくとも1次元の2値画像信号に基づ
    いて上記2本の直線状マスク位置合せマークと上
    記1本の直線状基板位置合せマークとの距離の関
    係から基板とマスクとの相対的位置ずれ量を算出
    し、該位置ずれ量に基づいて基板とマスクとを相
    対的に位置合せするアライメント方法において、
    上記少なくとも1次元の2値画像信号から直線状
    位置合せマークの本数を調べて2本しか得られな
    いとき上記直線状基板位置合せマークが直線状マ
    スク位置合せマークの一方に重なつていると認識
    し、該認識した際、上記少なくとも1次元の2値
    画像信号から各々のマーク幅を算出して大きい側
    に上記直線状基板位置合せマークが上記直線状マ
    スク位置合せマークに重なつていると判別すると
    共に上記少なくとも1次元の2値画像信号の2つ
    の信号の間の距離を算出して上記直線状基板位置
    合せマークと直線状マスク位置合せマークとの位
    置偏差量を算出し、上記判別された側と該算出さ
    れた位置偏差量とに基づいて上記基板とマスクと
    を相対的に位置合せすることを特徴とするアライ
    メント方法。
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