JPH09246164A - アライメントマーク検出装置とアライメントマーク検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像手段５により撮像した映像信号によ
りアライメントマークを検出するにあたり、コントラス
ト不足、エッジ不明瞭、ノイズ発生等によるアライメン
トマーク検出精度の低下を防止する。 【解決手段】 ＮＡを変化させる絞り１１を設け、映像
信号のコントラストが小さいときにはＮＡを大きくし、
映像信号のアライメントマークのエッジを示す部分が不
明瞭なときには上記絞り１１を小さくし、ノイズ発生し
たときはＮＡが大きくして、アライメントマーク検出精
度を常に最良になるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アライメントマー
クのある被写体を撮像手段により撮像し、該撮像手段か
ら出力された映像信号を映像信号処理手段により処理し
てアライメントマークの位置を検出するアライメントマ
ーク検出装置とアライメントマーク検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造過程には、露光工程が
数多くあり、半導体ウェハに対して例えばフォトマスク
（或いはレチクル）を位置合わせするということが何度
も繰り返される。そして、その位置合わせは、半導体ウ
ェハの表面に形成されたアライメントマークとフォトマ
スクに形成されたアライメントマークとを指標として為
される。

【０００３】従って、その位置合わせには当然にアライ
メントマークを認識し、そのアライメントマークの位置
を検出することが必要である。

【０００４】そして、現在実際に用いられているアライ
メントマークの位置検出技術は概ね二種類あり、一つは
アライメントマークのあるものに対してレーザ光を照射
し、その回折光の強度分布を検出し、その分布を示す波
形からアライメントマーク位置を検出するものである。
この検出技術は、マークや下地の表面荒れが小さく、ア
ライメントマークの対称性が良く、マークの段差が低い
場合に適している。

【０００５】他の位置検出技術は、撮像手段（例えばＣ
ＣＤ型固体撮像装置等）を用いて撮像することによって
アライメントマークの位置を検出するものであり、表面
荒れがあり、マークの非対称性が悪く、マークの段差の
大きいものを検出する場合に適している。

【０００６】図３は撮像手段を用いたアライメントマー
ク検出装置の従来例を示すものである。

【０００７】図面において、１は半導体ウェハ、２は該
ウェハ２の表面に形成されたアライメントマーク、３は
被写体を後述する固体撮像装置（ＣＣＤ）の撮像面に結
像するレンズ、４はアライメントマーク２の位置認識に
あたっての指標となる指標マークで、これとアライメン
トマークとの撮像面上におけるズレが無くなるように半
導体ウェハ２の位置修正が為される。

【０００８】５は撮像手段であるＣＣＤ型固体撮像装
置、６は照明用光源、７は固体撮像装置５の出力である
映像信号を処理する映像信号処理手段で、映像信号に対
して増幅、波形整形、Ａ／Ｄ変換等の処理をする処理ユ
ニット８と、該ユニット８から出力された映像データを
各種演算等の処理をするコンピュータ９からなる。１０
は撮像画像を表示するディスプレイである。

【０００９】図４（Ａ）は半導体ウェハ上に形成された
アライメントマークの一例を示す平面図、（Ｂ）はアラ
イメントマークによる理想的な映像信号を示す波形図で
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アライメン
トマークがアルミニウム層からなる場合、従来はマーク
段差が大きいケースが多く、しかも、その表面に大きな
荒れがあり、マークは非対称になるので、撮像手段で撮
像する検出方法が採られている。しかし、最近は、マー
ク段差が小さくなるケースが増えつつある。というの
は、微細化に伴ってアルミニウム配線膜などの膜厚が薄
くなるケースが増えているからである。

【００１１】そのため、エッジを精度良く検出すること
が相当に難しい。また、アライメントマークの段差がか
なり大きい場合にもエッジを高精度に検出することは容
易なことではないし、ノイズが発生した場合にはアライ
メントマークの検出精度は低下する等問題が少なくな
い。

【００１２】図５（Ａ）乃至（Ｃ）は問題の生じる各ケ
ースを示すもので、各々上がアライメントマークを、下
が映像信号の波形を示す。

【００１３】同図（Ａ）はコントラストが小さい場合を
示し、この場合は映像信号の振幅が小さくなり、正確な
位置検出が難しくなる。かかるコントラスト不足はアラ
イメントマークと、その下地との色調が近い場合に生じ
る。即ち、コントラストが小さいと解像度（解像度＝Ｋ
₁ ・λ／ＮＡ 但し、Ｋ₁ ：定数、ＮＡ：開口数アパー
チャーナンバー、λ：光線の波長）が低下し、信号は振
幅が小さく、人間が肉眼で視たのと同様に識別がしにく
くなる。

【００１４】同図（Ｂ）はアライメントマークのエッジ
がはっきりしない場合を示し、この場合はマークの端部
に相当するところがぼけた映像信号になる。

【００１５】つまり、理想的波形は、映像信号が下地か
らマークのエッジになるとき信号レベルが急激に変化
（この場合レベル低下）し、エッジを過ぎると信号レベ
ルが稍その変化と逆方向に変化（この場合レベル上昇）
し、マークのもう一方のエッジに近づくとまたこの変化
と逆方向に変化（この場合レベル低下）し、エッジにな
ると急激に元の（下地に対応する）レベルに戻る変化が
生じるような波形、つまり、マークのエッジで一旦下が
るがそこを過ぎると上がり、もう一方のエッジに近づく
とまた下がり、そのエッジに達すると急激に上がるよう
な、謂わばマーク内に対応する部分に高い山が生じるよ
うな波形であって、その山の高さが充分な波形である。

【００１６】しかし、実際にはその山の高さは充分では
ない場合が多いのである。このようなエッジがはっきり
しない場合というのはアライメントマークの段差が大き
く、そのため充分なフォーカスマージン（ＤＯＦ＝Ｋ₂
・λ／（ＮＡ）²[μｍ] 但しＫ₂ ：定数、λ：光線の
波長、ＮＡ：開口数）を得ることができないときに発生
する。

【００１７】また、同図（Ｃ）はノイズが発生した場合
を示し、この場合も映像信号に乗ったノイズによりエッ
ジの検出が困難になる。このようなノイズは、主として
高温アルミニウム形成プロセスによりアルミニウム配線
を形成した場合に下地等に激しい荒れが生じ、その荒れ
が激しい信号レベル変化をもたらし、その変化がノイズ
となって映像信号中に入ってしまうのである。

【００１８】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、撮像手段により撮像した映像信号に
よりアライメントマークを検出するアライメントマーク
検出装置とアライメントマーク検出方法において、コン
トラスト不足、エッジ不明瞭、ノイズ発生等によるアラ
イメントマーク検出精度の低下を防止乃至軽減すること
を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明アライメントマー
ク検出装置は、被写体を撮像手段に結像する光学経路に
ＮＡを、アライメントマーク検出精度が低下したときそ
の精度が高まるように変化させる絞りを設けたことを特
徴とする。

【００２０】従って、本発明アライメントマーク検出装
置によれば、アライメントマーク検出精度が低下したと
きＮＡをその精度が高くなるように調節することができ
るので、アライメントマーク検出精度の低下を抑制する
ことができる。

【００２１】本発明アライメントマーク検出方法は、映
像信号のコントラストが小さいときにはＮＡを大きく
し、映像信号のアライメントマークのエッジを示す部分
が不明瞭なときにはＮＡを小さくし、ノイズ発生したと
きはＮＡを大きくすることを特徴とする。

【００２２】従って、本発明アライメントマーク検出方
法によれば、先ず第１に、コントラストが小さいときは
ＮＡを大きくするので、光量がふえて解像度が上昇し、
コントラストが高くなる。従って、コントラスト不足が
是正され、コントラスト不足による検出精度の低下を防
止することができる。

【００２３】第２に、アライメントマークのエッジがは
っきりしないときは、ＮＡを小さくするので、フォーカ
スマージンが大きくなり（ＮＡの２乗に反比例）、その
結果、マーク端部の見え方が向上するので、検出精度が
向上する。

【００２４】第３に、ノイズが生じた場合には、ＮＡを
大きくするので、マークの上端にピンとを合わせてノイ
ズの原因となった下地側の映像情報を無視することが可
能になる。従って、ノイズの少ない映像信号を得ること
ができ得る。依って、ノイズによる検出精度の低下を防
止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。

【００２６】図１は本発明アライメントマーク検出装置
の第１の実施の形態を示す概略構成図である。同図にお
いて、１は半導体ウェハ、２は該ウェハ２の表面に形成
されたアライメントマーク、３は被写体を後述する固体
撮像装置（ＣＣＤ）の撮像面に結像するレンズ、４はア
ライメントマーク２の位置認識にあたっての指標となる
指標マークで、これとアライメントマークとの撮像面上
におけるズレが無くなるように半導体ウェハ２の位置修
正が為される。

【００２７】５は撮像手段であるＣＣＤ型固体撮像装
置、６は照明用光源、７は固体撮像装置５の出力である
映像信号を処理する映像信号処理手段で、映像信号に対
して増幅、波形整形、Ａ／Ｄ変換等の処理をする処理ユ
ニット８と、該ユニット８から出力された映像データを
各種演算等の処理をするコンピュータ９からなる。１０
は撮像画像を表示するディスプレイである。

【００２８】１１は被写体を上記固体撮像装置５の撮像
面に結像する光学系に設けられた絞りで、上記コンピュ
ータ９により制御される。そして、この絞り１１を設
け、コンピュータ９により精度良く光学系のＮＡを調整
するようにしたことが本アライメントマーク検出装置の
特徴である。

【００２９】図２（Ａ）乃至（Ｃ）はどのようにＮＡの
調整をするかについての各別のケースの説明図である。

【００３０】同図（Ａ）はコントラストが小さい場合を
示し、その中で一番上はマークを、その下はＮＡ調整を
しない場合における映像信号の波形を、一番下はＮＡ調
整をした映像信号の波形を示す。

【００３１】この場合は映像信号の振幅が小さくなり、
正確な位置検出が難しくなるので、絞りを弱くし、ＮＡ
が大きくなるようにする。

【００３２】というのは、かかるコントラスト不足はア
ライメントマークと、その下地との色調が近い場合に生
じる。即ち、コントラストが小さいと解像度（解像度＝
Ｋ₁・λ／ＮＡ 但し、Ｋ₁ ：定数、ＮＡ：開口数アパ
ーチャーナンバー、λ：光線の波長）が低下し、信号は
振幅が小さく、人間が肉眼で視たのと同様に識別がしに
くくなるからである。

【００３３】そこで、ＮＡが大きくなるように絞り１１
を調整すると、図２（Ａ）の一番下に示すように映像信
号のアライメントマークに対応する部分と下地に対応す
る部分とのコントラストが強くなり、延いてはコントラ
スト不足によるアライメントマーク検出精度の低下を防
止することができる。

【００３４】図２（Ｂ）はアライメントマークのエッジ
がはっきりしない場合を示し、その中で一番上はマーク
を、その下はＮＡ調整をしない場合における映像信号の
波形を、一番下はＮＡ調整をした映像信号の波形を示
す。

【００３５】この場合はマークのエッジに相当するとこ
ろがぼけた映像信号になるので、ＮＡを小さくする。す
ると、それによってフォーカスマージン（ＤＯＦ）が大
きくなり、アライメントマークのエッジの見え方が向上
する。

【００３６】即ち、理想的には、前にも述べたように、
下地からマークのエッジになるとき映像信号が急激にレ
ベル低下し、エッジを過ぎると信号レベルが稍レベル上
昇し、マークのもう一方のエッジに近づくとまたレベル
低下し、エッジになると急激に元のレベルに急激に戻る
ような波形変化が生じるのが好ましい。つまり、マーク
のエッジで一端下がるがそこを過ぎると上がり、もう一
方のエッジに近づくとまた下がり、そのエッジに達する
と急激に上がるような、謂わばマーク内に対応する部分
に高い山が生じるような波形であって、その山の高さが
充分に高いことが望ましいのである。

【００３７】そこで、ＮＡを小さくするとフォーカスマ
ージンが大きくなり、図２（Ｂ）中の一番下の部分に示
すように、マーク内に対応する部分に生じる山の高さが
高く、エッジのはっきりした波形が得られるのである。
従って、アライメントマークの位置検出精度が高くなる
のである。

【００３８】次に、図２（Ｃ）はノイズが発生した場合
を示し、左側の部分はＮＡ未調整、右側の部分はＮＡ調
整後を示し、その両方において、上がマークの撮像画像
を、下が映像信号を示す。この場合は、映像信号に乗っ
たノイズによりエッジの検出が困難になり、そのノイズ
の発生原因は、主として高温アルミニウム形成プロセス
によりアルミニウム配線を形成した場合に下地に激しい
荒れが生じることにより発生するので、その下地の撮像
情報を無視するために、ＮＡを大きくした上でマークの
上部、つまり上面近傍にピントを合わせる。すると、必
然的に、その撮像画像は図２（Ｃ）の右側部分にて示す
ように下地情報の無い画像になり、従って、下地の荒れ
によるノイズの無い像信号が得られる。依って、アライ
メントマーク検出精度が高くなる。

【００３９】

【発明の効果】本発明アライメントマーク検出装置によ
れば、アライメントマーク検出精度の低下の要因に応じ
てＮＡを調節することができるので、アライメントマー
ク検出精度の低下を抑制することができる。

【００４０】本発明アライメントマーク検出方法によれ
ば、先ず第１に、コントラストが小さいときはＮＡを大
きくするので、光量が増えて解像度が上昇し、コントラ
ストが高くなる。従って、コントラスト不足が是正さ
れ、コントラスト不足による検出精度の低下を防止する
ことができる。

【００４１】第２に、アライメントマークのエッジがは
っきりしないときは、ＮＡを小さくするので、フォーカ
スマージンが大きくなり、その結果、マークエッジの見
え方が向上するので、検出精度が向上する。

【００４２】第３に、ノイズが生じた場合には、ＮＡを
大きくするので、マークの上端にピンとを合わせてノイ
ズの原因となった下地側の上方を無視することが可能に
なる。従って、ノイズの少ない映像信号を得ることがで
き得る。依って、ノイズによる検出精度の低下を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明アライメントマーク検出装置の第１の実
施の形態を示す概略構成図である。

【図２】（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明アライメントマーク
検出方法の第１の実施の形態における、各別のケースを
説明する説明図である。

【図３】アライメントマーク検出装置の従来例を示す概
略構成図である。

【図４】（Ａ）は半導体ウェハ上に形成されたアライメ
ントマークの一例を示す平面図、（Ｂ）はアライメント
マークによる理想的な映像信号を示す波形図である。

【図５】（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明が解決しようとする
問題点の各別のケースを示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・被写体（ウェハ）、２・・・アライメントマー
ク、４・・・光学系、５・・・撮像手段（ＣＣＤ型固体
撮像装置）、７・・・映像信号処理手段、１１・・・絞
り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アライメントマークのある被写体を撮像
   手段により撮像し、該撮像手段から出力された映像信号
   を映像信号処理手段により処理してアライメントマーク
   の位置を検出するアライメントマーク検出装置におい
   て、 被写体を撮像手段の撮像面に結像する光学経路に、上記
   映像信号処理手段によりＮＡ（開口数）制御が可能な絞
   りを設けてなることを特徴とするアライメントマーク検
   出装置
2. 【請求項２】 アライメントマークのある被写体を撮像
   手段により撮像し、該撮像手段から出力された映像信号
   を映像信号処理手段により処理してアライメントマーク
   の位置を検出するアライメントマーク検出方法におい
   て、 被写体を撮像手段の撮像面に結像する光学経路に、上記
   映像信号処理手段によりＮＡの制御が可能な絞りを設
   け、 撮像手段から出力された映像信号のアライメントマーク
   を示す部分とそのアライメントマークの下地を示す部分
   とのコントラストが小さいときには上記絞りをＮＡが大
   きくなるように制御し、 上記映像信号のアライメントマークのエッジを示す部分
   が不明瞭なときには上記絞りをＮＡが小さくなるように
   制御し、 上記映像信号のアライメントマークの下地を示す部分に
   ノイズが発生したときは上記絞りをＮＡが大きくなるよ
   うに制御することを特徴とするアライメントマーク検出
   方法