JPH0574211B2 - - Google Patents
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- JPH0574211B2 JPH0574211B2 JP59052129A JP5212984A JPH0574211B2 JP H0574211 B2 JPH0574211 B2 JP H0574211B2 JP 59052129 A JP59052129 A JP 59052129A JP 5212984 A JP5212984 A JP 5212984A JP H0574211 B2 JPH0574211 B2 JP H0574211B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- alignment
- circuit
- alignment mark
- mask
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体ウエハとマスクとの相対的位
置関係を整合するマスクアライメント装置に係
り、特に縮少投影型アライナに見られるような微
小位置合せマークの検出法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a mask alignment device that aligns the relative positional relationship between a semiconductor wafer and a mask, and particularly relates to a mask alignment device that aligns the relative positional relationship between a semiconductor wafer and a mask, and particularly relates to a mask alignment device that aligns the relative positions of a semiconductor wafer and a mask. This relates to a mark detection method.
まず代表的な縮小投影型アライナであるステツ
パーを第1図で説明する。ステツパーは通常10倍
のマスタレチクル1を使用し、縮小レンズ2でウ
エハ3に微細パターンを投影し、1チツプごとに
間欠露光する。ウエハ3には第2図に示すように
チツプ4の周辺部すなわちスクライブエリア内1
0に位置合せマーク5が形成されており、マスタ
レチクル上の位置合せマーク6を通して、検出光
学系7と信号処理回路8でウエハ3の位置を計測
する。ウエハ3のマスタレチクル1に対する相対
位置が演算されるとサーボ機構9によりウエハ3
をチツプごとに所定の位置に移して露光を行な
う。
First, a stepper, which is a typical reduction projection aligner, will be explained with reference to FIG. The stepper normally uses a master reticle 1 with a magnification of 10 times, projects a fine pattern onto a wafer 3 with a reduction lens 2, and performs intermittent exposure for each chip. As shown in FIG. 2, the wafer 3 has a 1.
An alignment mark 5 is formed on the master reticle, and the position of the wafer 3 is measured by a detection optical system 7 and a signal processing circuit 8 through the alignment mark 6 on the master reticle. When the relative position of the wafer 3 with respect to the master reticle 1 is calculated, the servo mechanism 9 moves the wafer 3
Each chip is moved to a predetermined position and exposed.
第2図において、スクライブライン10の幅は
一般的に100〜200μmで、ICパターン(実素子)
13が隣接しているのおで、位置合せマーク5を
検出する上で、ICパターン13との判別が不可
欠となる。1:1投影型アライナにおいてもステ
ツパーとのハイブリツド使用を図るためには、上
記技術が必要である。又、コンタクト型アライナ
でも位置合せマークの微小化が進んでいる。 In Fig. 2, the width of the scribe line 10 is generally 100 to 200 μm, and the width of the scribe line 10 is generally 100 to 200 μm.
13 are adjacent to each other, and in order to detect the alignment mark 5, it is essential to distinguish it from the IC pattern 13. The above technology is also necessary for 1:1 projection type aligners in order to achieve hybrid use with steppers. In addition, the alignment marks of contact type aligners are also becoming increasingly miniaturized.
位置合せマークの形状はメーカにより異なる
が、X方向とY方向の位置を検知するために、一
般的にスクライブラインに対し45゜の一対のパタ
ーンを第2図に示すごとく、走査S1,S2の方向に
走査検出する。位置合せマーク5の走査を45゜の
方向とするのは、光学的に45゜方向のパターンを
強調し、ICパターン13に大部分を占める90゜,
180゜のパターン像を減衰させるためである。ここ
で、ICパターン13を走査範囲に含めないため
には、Aで示す程度に走査範囲を設定すればよい
訳であるが、プリアライメント(位置合せマーク
検出の前にウエハのオリエンテーシヨンフラツト
を利用し概略位置決めする動作)の精度上、最初
にこの走査範囲内に位置合せマーク(ウエハ)を
位置づけるのは困難である。つまり、プリアライ
メント精度を考慮するとBに示すような走査範囲
が必要となり、ICパターン13も走査範囲に含
まれることになる。このような状態で走査検出を
行なうと、45゜以外のパターンの減衰は可能であ
るが、排除は不可能なので、第3図aのような信
号波形が得られる。一次元検出においては、闘値
による二値化方法が一般的である。ここで、第3
図aにおいて、位置合せマークの検出信号11を
検知すべく、闘値bを設定するとcに示すごと
く、ICパターン12をも二値化する結果となり、
判別が困難となる。 The shape of the alignment mark differs depending on the manufacturer, but in order to detect the position in the Scan and detect in two directions. The scanning of the alignment mark 5 in the 45° direction optically emphasizes the pattern in the 45° direction, and the 90°, which occupies most of the IC pattern 13.
This is to attenuate the 180° pattern image. Here, in order to avoid including the IC pattern 13 in the scanning range, it is sufficient to set the scanning range to the extent shown by A, but pre-alignment (wafer orientation flat before alignment mark detection) It is difficult to initially position the alignment mark (wafer) within this scanning range due to the accuracy of the rough positioning operation (using the wafer). That is, in consideration of pre-alignment accuracy, a scanning range as shown in B is required, and the IC pattern 13 is also included in the scanning range. If scanning detection is performed in such a state, it is possible to attenuate patterns other than 45°, but it is impossible to eliminate them, so a signal waveform as shown in FIG. 3a is obtained. In one-dimensional detection, a binarization method using a threshold value is common. Here, the third
In Figure a, when threshold value b is set to detect the alignment mark detection signal 11, the IC pattern 12 is also binarized as shown in Figure c.
It becomes difficult to distinguish.
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、ウエハ上の位置合せマークを精度よく認識
し、アライメント時間を短縮してスループツトの
向上をはかることのできる位置合せマーク検出方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an alignment mark detection method that eliminates the drawbacks of the above-mentioned conventional techniques, accurately recognizes alignment marks on a wafer, shortens alignment time, and improves throughput. It is in.
本発明に係る位置合せマーク検出方法は、予め
ウエハの位置合せマークの検出波形を記憶してお
き、これを検知しようとする波形に順次重ね合せ
てゆき、最も記憶波形と類似性の高い信号の位置
を検知することにより、ウエハの位置合せマーク
を認識しようというものである。
The alignment mark detection method according to the present invention stores the detection waveform of the alignment mark on the wafer in advance, and sequentially superimposes the detected waveform on the waveform to be detected. The idea is to recognize the alignment mark on the wafer by detecting its position.
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。第4図は、一実施例のブロツク図、第5図は
動作を示す補足説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 4 is a block diagram of one embodiment, and FIG. 5 is a supplementary explanatory diagram showing the operation.
第4図において、14はウエハ、15は対物レ
ンズを含めた光学系、16はハーフミラー、17
は照明光、18は投影像、19はシリンドリカル
レンズ,20はリニアイメージセンサ、21は
A/D変換器、22,24,28は記憶回路、2
3は抽出回路、25は演算回路、26は絶対値回
路、27は加算器、29は比較回路、30はデコ
ーダ回路、31はタイミンク回路である。 In FIG. 4, 14 is a wafer, 15 is an optical system including an objective lens, 16 is a half mirror, and 17 is a wafer.
18 is an illumination light, 18 is a projected image, 19 is a cylindrical lens, 20 is a linear image sensor, 21 is an A/D converter, 22, 24, 28 are storage circuits, 2
3 is an extraction circuit, 25 is an arithmetic circuit, 26 is an absolute value circuit, 27 is an adder, 29 is a comparison circuit, 30 is a decoder circuit, and 31 is a timing circuit.
照明光17、ハーフミラー16、対物レンズを
含む光学系15は、パターンの検出光学系の一般
的な原理的構成を示すもので、照明光17をハー
フミラー16で検出範囲に射照し、反射光を光学
系15により拡大(あるいは縮小)し光学素子で
検出する。ここでは、ウエハ14におけるスクラ
イブラインに対し45゜の微小ターゲツトの像18
を強張するために、像18と直角の方向にシリン
ドリカルレンズ19を設け、シリンドリカルレン
ズ19の結像位置に、光電素子としてリニアイメ
ージセンサ20を配置している。 An optical system 15 including illumination light 17, a half mirror 16, and an objective lens shows a general principle configuration of a pattern detection optical system. The light is enlarged (or reduced) by an optical system 15 and detected by an optical element. Here, an image 18 of a minute target at 45° with respect to the scribe line on the wafer 14 is shown.
In order to strengthen the image 18, a cylindrical lens 19 is provided in a direction perpendicular to the image 18, and a linear image sensor 20 is placed as a photoelectric element at the imaging position of the cylindrical lens 19.
まず、人手により位置合せマーク18がリニア
イメージセンサ20の所定の位置にくるようウエ
ハ14を位置づける。これは、光学系15とシリ
ンドリカルレンズ19、イメージセンサ20の相
対的位置関係を固定とし、位置合せマークを観察
する顕微鏡内に上記所定位置を示す基準マークを
設置し、基準マークとイメージセンサ20の画素
の位置との対応をとれば可能である。このような
状態でリニアイメージセンサ20から得られる走
査検出信号A/D変換器21で画素毎にデジタル
化し、記憶回路22に記憶する。ここで、位置合
せマークの像18の位置はイメージセンサ20の
画素上で明らかであるから、抽出回路23は記憶
回路22に記憶されている全画素の情報から、位
置合せマーク18の検出信号分のみを取り出しこ
れを位置合せマーク18の基準データとして、記
憶回路24に新たに記憶する。第5図aの35
は、基準データを示すもので、位置合せマーク1
8の中心isから左右にm画素の範囲を基準データ
の記憶の範囲とする。ここでmは位置合せマーク
18のパターン幅と光学系15の倍率から決ま
り、パターンのベースを形成する最初の画素を目
途とすればよい。画素をi、基準データ記憶時の
走査信号(つまり記憶回路22に記憶されている
全画素のデータ)をVs(i)とすると基準データ
35はVs(i)(i=is−m,…,is,…is+m)
で表わせる。以上の基準データの記憶動作は、ウ
エハの工程別に行ない、基準データ14を工程毎
に記憶回路24に記憶する。 First, the wafer 14 is manually positioned so that the alignment mark 18 is at a predetermined position on the linear image sensor 20 . This fixes the relative positional relationship between the optical system 15, the cylindrical lens 19, and the image sensor 20, and installs a reference mark indicating the predetermined position in a microscope for observing the alignment mark. This is possible if it corresponds to the position of the pixel. In this state, the scanning detection signal obtained from the linear image sensor 20 is digitized for each pixel by the A/D converter 21 and stored in the storage circuit 22. Here, since the position of the image 18 of the alignment mark is clear on the pixels of the image sensor 20, the extraction circuit 23 extracts the detection signal of the alignment mark 18 from the information of all the pixels stored in the storage circuit 22. This is taken out and newly stored in the storage circuit 24 as reference data for the alignment mark 18. Figure 5 a, 35
indicates reference data, and alignment mark 1
The range of m pixels left and right from the center is of 8 is defined as the storage range of the reference data. Here, m is determined from the pattern width of the alignment mark 18 and the magnification of the optical system 15, and may be set at the first pixel forming the base of the pattern. If the pixel is i and the scanning signal when storing the reference data (that is, data of all pixels stored in the storage circuit 22) is Vs(i), the reference data 35 is Vs(i) (i=is-m,..., is,...is+m)
It can be expressed as The above reference data storage operation is performed for each wafer process, and the reference data 14 is stored in the storage circuit 24 for each process.
アライメントのときの位置合せマーク検出も同
様にA/D変換器21でリニアイメージセンサ2
0の出力を全画素にわたつてデジタル化し、記憶
回路22に記憶する。第5図aに示す36はこの
リニアイメージセンサ20の出力(V(i))を示
し、一走査分の画素数をg、一画素当りのデジタ
ルビツト数をbとすると、記憶回路22にはg×
bビツトのデータが記憶されることになる。この
ように一走査分のデータV(i)が記憶されると、
タイミング回路31は、記憶回路24と記憶回路
22からそれぞれ基準データVs(i)と、第5図
aに示す37に示すごとく同個数(2m+1)個
の連続する被検出データV(i)を読み出し、以
後の回路で次の計算を行なう。 Similarly, the A/D converter 21 detects alignment marks during alignment using the linear image sensor 2.
The output of 0 is digitized across all pixels and stored in the storage circuit 22. 5a shows the output (V(i)) of this linear image sensor 20. If the number of pixels for one scan is g and the number of digital bits per pixel is b, then g×
b bits of data will be stored. When data V(i) for one scan is stored in this way,
The timing circuit 31 reads the reference data Vs(i) from the memory circuit 24 and the memory circuit 22, and the same number (2m+1) of consecutive detected data V(i) as shown in 37 shown in FIG. 5a. , the following calculations are performed in the subsequent circuits.
M(i)=n
Σ
Σk=-m
|Vs(is+k)−{V(i+k)+C(i)}|…
…(1)
C(i)=Vs(is−m)−V(i−m)
M(i)はまさしく、被検出パターンV(i)の
先頭画素V(i−m)が基準データVs(i)の先
頭画素V(is−m)を合致するよう被検出パター
ンV(i)全体をC(i)分上下にシフトさせ、第
5図bに示す38のように基準データVs(i)と
被検出パターンV(i)を重ねたときの不一致の
部分の面積を表わすものである。演算回路25
は、(1)式におけるV(s)(is+k)−{V(i+k
)
+C(i)}の計算を実行し、絶対値回路26は上
式を絶対値に変換し、加算回路27は上記絶対値
を加え合わせてゆき面積M(i)を得るものであ
る。タイミング回路31は(1)式においてiを更新
する機能も合せ持ち、第5図aに示す39に示す
ような方向に、被検出パターン40の移動を進め
てゆき、被検出パターン40の各位置iで、演算
回路25と絶対値回路26と加算回路27から得
られる面積M(i)を記憶回路28に記憶する。
ここで区間40の移動の間隔は必ずしも1画素と
する必要はなく、位置合せマークの概略位置を知
るので十分であれば、数画素おきとしてもよい。
このようにして走査信号36における各位置iで
の基準データ35との間の面積M(i)が記憶回
路28に求まると、次に比較回路29は、面積
Miの大小比較を実行し、面積M(i)の中から最
小値MIN〔M(i)〕を検出する。ここで、記憶回
路28において面積M(i)を記憶するアドレス
と被検出パターン37の位置iを対応づけておけ
ば、上記最小値MIN〔M(i)〕を与える被検出パ
ターンの位置it(MIN〔M(i)〕=M(it))は、比
較回路29がMIN〔M(i)〕を検出したときに、
そのデータが記憶されている記憶回路28におけ
るアドレスをデコーダ回路30で解釈すれば検知
できる。このように、第5図cに示す41に示す
ごとく面積M(i)の最小値を求めることは、基
準データ35に最も類似するパターン42を求め
ることであり、最小値を与える位置(画素)itを
デコーダ回路30に得ることにより、目的とする
位置合せマーク18の中心位置を知ることができ
る。 M(i)= n Σ Σ k=-m |Vs(is+k)−{V(i+k)+C(i)}|...
...(1) C(i)=Vs(is-m)-V(i-m) M(i) is exactly the first pixel V(i-m) of the detected pattern V(i) is the reference data Vs( The entire detected pattern V(i) is shifted up and down by C(i) so that the first pixel V(is-m) of i) matches the reference data Vs(i) as shown in 38 in FIG. 5b. This represents the area of the mismatched portion when the detected pattern V(i) and V(i) are overlapped. Arithmetic circuit 25
is V(s)(is+k)−{V(i+k) in equation (1)
)
+C(i)}, the absolute value circuit 26 converts the above equation into an absolute value, and the adder circuit 27 adds the above absolute values to obtain the area M(i). The timing circuit 31 also has the function of updating i in equation (1), and advances the movement of the detected pattern 40 in the direction shown by 39 shown in FIG. At i, the area M(i) obtained from the arithmetic circuit 25, absolute value circuit 26, and addition circuit 27 is stored in the storage circuit 28.
Here, the movement interval of the section 40 does not necessarily have to be one pixel, but may be every several pixels as long as it is sufficient to know the approximate position of the alignment mark.
When the area M(i) between each position i in the scanning signal 36 and the reference data 35 is determined in the storage circuit 28 in this way, the comparison circuit 29 calculates the area
Compare the size of Mi and detect the minimum value MIN [M(i)] from the area M(i). Here, if the address for storing the area M(i) in the storage circuit 28 is associated with the position i of the detected pattern 37, then the position it( MIN[M(i)]=M(it)) is calculated as follows when the comparator circuit 29 detects MIN[M(i)].
This can be detected by interpreting the address in the storage circuit 28 where the data is stored using the decoder circuit 30. In this way, finding the minimum value of the area M(i) as shown at 41 in FIG. By obtaining it to the decoder circuit 30, the desired center position of the alignment mark 18 can be known.
第4図において、A/D変換器36以後の回路
をコンピユータにおきかえ、上記動作に相当する
ソフトウエア処理を施しても実施は可能である。 In FIG. 4, the circuit after the A/D converter 36 may be replaced with a computer, and software processing corresponding to the above operation may be performed.
以上説明したように、本発明によれば、マスク
アライメント装置において、ウエハ上の微小位置
合せマーク位置を周辺の回路パターンに煩わされ
ることなく、精度よく認識できるので、アライメ
ント時間の短縮となり、装置のスループツト向上
が可能となる。
As explained above, according to the present invention, a mask alignment apparatus can accurately recognize the position of a minute alignment mark on a wafer without being bothered by surrounding circuit patterns, thereby shortening alignment time and improving the efficiency of the apparatus. Throughput can be improved.
第1図は、従来技術を説明するためのステツパ
ーの概略構成図、第2図は微小位置合せマークの
走査検出法を示す説明図、第3図は従来の検出方
法を示す説明図、第4図は本発明の一実施例のブ
ロツク図、第5図は第4図に係る動作の補足説明
図である。
19……シリンドリカルレンズ、20……リニ
アイメージセンサ、21……A/D変換器、2
2,24,28……記憶回路、26……絶対値回
路、27……加算器、29……比較回路、30…
…デコーダ回路、31……タイミンク回路。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stepper to explain the conventional technique, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a scanning detection method for minute alignment marks, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a conventional detection method, and FIG. The figure is a block diagram of one embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a supplementary explanatory diagram of the operation related to FIG. 4. 19... Cylindrical lens, 20... Linear image sensor, 21... A/D converter, 2
2, 24, 28...Storage circuit, 26...Absolute value circuit, 27...Adder, 29...Comparison circuit, 30...
...Decoder circuit, 31...Timing circuit.
Claims (1)
合せマークをイメージセンサで走査検出してウエ
ハとマスク間の相対的位置関係を整合する機能を
有するマスクアライメント装置において、イメー
ジセンサの特定の画素の位置にウエハの位置合せ
マークを人手で位置づけて位置合せマークの検出
波形のみを記憶しておき、これをアライメント時
の走査波形全域にわたつて順次重ね合せてゆき、
重ね合せで生ずる上記2個の波形の不一致の部分
の面積を、相対する画素の波高値の差の絶対値の
和として求め、かつこの面積に最小値を与える上
記走査波形上の位置を求めることにより、ウエハ
上の微小位置合せマークの位置を検知することを
特徴とする位置合せマーク検出方法。1 In a mask alignment device that has the function of aligning the relative positional relationship between the wafer and the mask by scanning and detecting minute alignment marks provided on the semiconductor wafer and the mask using an image sensor, The alignment marks on the wafer are manually positioned, only the detected waveforms of the alignment marks are memorized, and these are sequentially superimposed over the entire scanning waveform during alignment.
Find the area of the mismatched portion of the two waveforms caused by superimposition as the sum of the absolute values of the differences in the peak values of opposing pixels, and find the position on the scanning waveform that gives this area a minimum value. An alignment mark detection method characterized by detecting the position of a minute alignment mark on a wafer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59052129A JPS60196943A (en) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | Method for detecting positioning mark |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59052129A JPS60196943A (en) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | Method for detecting positioning mark |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60196943A JPS60196943A (en) | 1985-10-05 |
| JPH0574211B2 true JPH0574211B2 (en) | 1993-10-18 |
Family
ID=12906258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59052129A Granted JPS60196943A (en) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | Method for detecting positioning mark |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60196943A (en) |
-
1984
- 1984-03-21 JP JP59052129A patent/JPS60196943A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60196943A (en) | 1985-10-05 |
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