JPS60195933A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （Ｒ明・の分野） 本発明は、被検物体上の位置検出用マークを検出するた
めの装置に関し、特に半導体集積回路のパターン焼付は
工程でウェハあるいはマスク（またはレチクル）を位置
合せする場合、Ｉｉ像管あるいはＣＯＤ等の撮像手段で
１録して得た画像信号かうウェハあるいはマスク上の位
置検出用マークすなわちパターン位置を正確に検知する
ための装置に関するものである。

従来の半導体焼付は装置においては、ウェハのオリエン
テーション・フラット（以下、オリ°フラという）を利
用して機械的に位置合せくプリアライメント）を行ない
、続いてウェハおよびマスクにそれぞれ形成されている
アライメントマークを利用してより高精度の位置合せく
ファイン・アライメント）を行なっていた。このような
ファイン・アライメントに際しては、調整範囲すなわち
視野範囲が狭い程高速または高精度の位置合せ（アライ
メント）が可能となる。そこで、機械的なプリアライメ
ントに続いて、さらに、撮像管あるいはＣＯＤ等の撮像
手段を用いてウェハ上の位置検出用パターンを検出する
テレビ・プリアライメントを行ない、プリアライメント
の精度をより高くしてファイン・アライメントの範囲を
狭くし、これにより、ファイン・アライメントの時間を
短縮し、延いてはアライメント全体の所要時間を短縮す
るようにした装置が提案されている。

ところで、この種の装置では、従来、１ＩｉｌＩ管ある
いはＣＯＤ等の撮像手段が持つ幾何学的図形ひずみの影
響を無視していたため、被検物体の検出用パターンが画
面周辺部にある場合は、前記パターン位置の検出精度が
不十分であるという欠点があった。

（発明の目的および概要） 本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、撮像手
段により物体上の位置検出マークを検出する位置検出装
置において、撮像手段の持つ幾何学的図形ひずみの影響
がほとんど現われない領域に位置検出用マークを撮像し
てその位置を検出するという構想に基づき、マーク位置
をより高精度に検出することを目的とする。

（実施例の説明） 以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明が適用されるパターン焼付は装置の外
観を示す。同図において、１は集積回路パターンを具え
たマスクで、他のマスクセツティングマークやファイン
・アライメントマークを具えるものとする。２はマスク
・チャックで、マスク１を保持してマスク１を平面内並
びに回転方向に移動させる。３は縮小投影レンズ、４は
感光層を具えるウェハで、ファイン・アライメントマー
クとブリ・アライメントマークを具えるものとする。５
はウェハ・ステージである。ウェハ・ステージ５はウェ
ハ４を保持してそれを平面内並びに回転方向に移動させ
るものであり、またウェハ焼付は位置（投影野内）とテ
レビ・プリアライメント位胃間を移動する。６は、テレ
ビ・アリアライメント用検知装置の対物レンズ、７は撮
像管（または固体ｍ機素子）、８は影像観察用のテレビ
受像器である。９は双眼ユニットで、投影レンズ３を介
してウェハ４の表面を観察するために役立つ。

１０は、光源１０ａを発したマスク照明光を収束させる
ための照明光学系並びにファイン・アライメント用の検
知装置を収容する上部ユニットである。

ウェハ・ステージ５は図示しないウェハ搬送手段により
搬送されたウェハを所定の位置で保持し、まず、テレビ
・プリアライメント用対物レンズ６の視野内にウェハ上
のアライメント・マークが入る位置まで移動する。この
時の位置精度は機械的なプリアライメント精度によるも
のであり、対物レンズ６の視野はおよそ直径１〜２１１
程度である。

この視野内のアライメント・マークはｌ像管７で検知さ
れ、テレビ・プリアライメント視野内での７ライメント
・マークの座標位置が検出される。

ここで、投影光学系のファイン・アライメント用検知位
置と前述のテレビ・プリアライメントにおける座標の原
点はあらかじめ設定されているのでこの２点の位置と、
テレビ・プリアライメントマークの座標位置からファイ
ン・アライメント位置へのウェハ・ステージ５の送り込
み量が決められる。

テレビ・プリアライメントの位置検出精度は±５μ以下
であり、テレビ・プリアライメント位置からファイン・
アライメント位置までのウェハ・ステージ５の移動で発
生する誤差を考慮に入れても、±１０μ程度である。従
ってファイン・アライメントは約±１０μの範囲で行な
えばよく、これはテレビ・プリアライメントを行なわな
い場合のファイン・アライメントの視野範囲の１／１０
０以下の範囲であり、ファイン・アライメントがより高
速で行なえることになる。、しかし、機械的にプリアラ
イメントされたウェハのマーク位置をそのまま検出する
従来のテレビ・プリアライメントにおいては、第６図に
示すように、テレビ・プリアライメントマークＰＭが撮
像管７の画面の周辺部に撮像された場合、前述のように
、撮像手段７の持つ幾何学的図形歪あるいは観察光学系
の光学的な歪曲による誤差が生じ、このため、ファイン
・アライメント位置へのウェハ・ステージ５の送り込み
量が不正確となって、ファイン・アライメントの視野が
拡大し、ファイン・アライメントの高速化が妨げられて
いた。

本実庫例においては、先ず、従来と同様にしてテレビ・
プリアライメントマークＰＭの座標位置検出を行ない、
次にこの位置座標値に基づきこの、マークＰＭがｌｌｌ
１管７の画面における上記各歪曲の少ない部分例えば画
面中央部で撮像されるようにウェハ・ステージ５を駆動
した後、再度、マークＰＭのＪ！揮位置検出を行ない、
ウェハ・ステー２ジ５のファイン、・アライメント位置
へ１の送り込みはこの再検出値に従って行なう。

第２図はテレビ・アリアライメント用検知装置の実施例
°を示してお？、図中の縮小投影レンズ３、ウェハ４、
対物レンズ６、ＷａＩｌｔ！　７は第１図と同一である
。

他方、１１体照明川用源で、例えばハロゲンランプを使
用する。１２はコンデンサーレンズ、１３は絞りで、レ
ンズ１２は光源１１を絞り１３上に結像する。

１４は照明用リレーレンズ、１５は接合プリズムで、接
合プリズム１５は照明系の光軸と受光系の光軸を共軸に
する機能を持ち、内側反射面１５ａと半透過反射面１５
ｂを備える。こζで光源１１、コンデンサーレンズ１２
、絞り１３、照明リレーレンズ１４、接合プリズム１５
および対物レンズ６は照明系を構成し、対物レンズ６を
射出した光束はウェハ４上を落射照明する。

次に、１６はリレーレンズ、１７は光路を折曲げる鏡、
１９は撮像レンズで、上に述べた対物レンズ６、接合プ
リズム１５、リレーレンズ１６．１１１７および撮像レ
ンズ１９は、撮像管７と共に受光系を構成する。

この受光系において、対物レンズ６を通る光束は□接合
プリズム１５の内側反射面１５ａで反射して半透過面１
５ｂで反射し、さらに内側反射面１５ａで再度反射して
リレーレンズ１６へ向う。これによ□す、ウェハ４上の
プリアライメントマーク像は撮像管７の撮像面に結像す
る。

他方、第３図（Ａ）に・例示したテレビ・プリアライメ
ントマークはウェハのスクライブライン中に設けるのが
望ま′しいが、ウェハ上の特定のチップパターンの位置
に設けてもよい。図示のマークはスクライプライン内に
設けた。十字形状のマ、−りで、十字パターンの方向が
ＩＩ像管の走査方向とほぼ平行および垂直・になるよう
に配列する。またもし、十字バター、ンを例えば図示し
たように走査方・向に４５°の傾きを持つ・微小なバー
状突起の集合で構成し、この突起に直角な方向から照明
光が当るように暗視野照明すれば極めて明瞭なパターン
形状を撮像できる。この場合は、明視野絞り１３の代り
に暗視野絞り１３Ｂを装着して使用する。

、第２図へ戻ってプリアライメントマークの検知作用を
述べるが、検知したビデオ信号の電気処理については後
述する。照明用光源１１からの光束はコンデンサーレン
ズ１２で収斂されて絞り１３（または暗視野絞り１３Ｂ
）の同口を通過し、さらに照明リレーレンズ１４および
接合プリズム１５の半透過面１５ｂを透過して反射面１
５ａで反射し、対物レンズ６を通ってウェハ４を照明す
る。

、ウェハ４の表面で反射した光束は対物レンズ６で結像
作用を受け、接合プリズム１５へ入射して反射面１５ａ
で反射し、次いで半透過面１５ｂ１反射面１５ａで反射
してこれを射出し、リレーレンズ１６でリレーされて鏡
１１で反射し、撮像レンズ１９により撮像管７上に結像
する。撮像管７から出力される画像信号は、後述のテレ
ビ・プリアライメント検；知回路に送出される。ウェハ
・ステージ５は、この検知四路における電気的処理によ
り検出されたプリアライメントマークＰＭの位置に応じ
てウエハ４が投影レンズ３の投影野牛の規定位１１４′
を占めるように移動して停止する。なお、ウェハ４を一
旦標準位置にアライメントし、その俊、投影野牛へ移動
させるように変形してもよい。

第４図はテレビ・プリアライメント検知回路の一実施例
を示すブロック図である。

第３図Ａに示したテレビ・プリアライメントマークを検
知する方法はいろいろあるが、第４図に示した実施例は
テレビの画像を画素に分解し、この画素の濃度をＸ方向
（水平方向）およびＹ方向（垂直方向）にそれぞれ加算
するものである。

加算づることによる利点は、■加算によりランダム・ノ
イズが平均化されＳ／Ｎ比がよくなる。

■Ｘ方向とＹ方向の位置検知を独立に行なうことができ
検知が簡単になる。０画像データを格納するメモリの容
量が少なくなる等があげられる。

第４図のブロック図において破線で囲まれたブロックＸ
は、Ｘ方向の画素の濃度を加算するブロック、ブロック
ＹはＹ方向の画素の濃度を加算するブロックである。

第４図において、３１はビデオ・アンプ、３２はアナロ
グ・デジタル変換器、３３はラッチであり、図示しない
テレビカメラコントロール部から送られるビデオ信号（
Ｉｌｉ像管７からの画像信号に同期信号を付加する等の
電気的処理を施したもの）はビデオアンプ３１で増幅さ
れ、アナログ・デジタル変換器３２でデジタル化された
後ラッチ３３に格納される。ラッチ３３の出力データは
Ｘ方向の加算ブロックＸとＹ方向の加ｎブロックＹへ出
力される。ブロックＹにおいて、３４はＹ方向にデータ
を加算する加算器、３５は加算器３４の出力データをラ
ッチする加算出力ラッチ、３６は加算出力ラッチ３５の
データを格納するＹ方向積算メモリ、３７はメモリ３６
の出力データをラッチする加算入力ラッチである。

ブロックＸにおいて、３８はＸ方向にデータを加算する
加算器、３９は加算器３８の出力をラッチづるラッチ、
４０はラッチ３９の出力データを格納するＸ方向積算メ
モリである。

これらの回路におけるデジタル・データのビット数に特
に限定はないが、例えばアナログ・デジタル変換器３２
が８ビツト、加算器３４．３８およびメモリ３６．４０
が１６ビツト構成である。

一方、４１はテレビ・プリアライメント検知回路のタイ
ミングやシーケンスを制御し、またメモリ３６のリード
・ライトおよびチップセレクトをコントロールするシー
ケンス／メモリコントロール回路、４２はブロックＸ中
のメモリ４０を制御するメモリコントロール回路である
。４３はシーケンス／メモリコントロール回路４１をマ
イクロプロセッサ（不図示）が制御するためのコントロ
ールレジスタで、レジスタ４３の入力はマイクロプロセ
ッサのデータバス４４に接続されている。また、マイク
ロプロセッサは、このデータバス４４を介して、メモリ
３６．４０にアクセスすることが可能である。４５゜４
６、４７．４８はそのためのバッフ１であり、バッファ
４５．４７はマイクロプロセッサがメモリにデータをラ
イトする時、またバッファ４６．４８はデータをリード
する時動作する。４９はクロック回路、５０゜５１はＹ
方向積算メモリ３６のライト・アドレスおよびリード・
アドレスを発生する、メモリ・ライト・アドレス回路お
よびメモリ・リード・アドレス回路である。５２はメモ
リのリード・アドレスとライト・アドレスを切換えるア
ドレスセレクタ、５３はマイクロプロセッサがメモリ３
６をアクセスする時のアドレスバッフ１であり、マイク
ロプロセッサがアクセスする時以外は、アドレスセレク
タ５２の出力が選択されており、バッファ５３の出力は
禁止されている。５４はＸ方向積算メモリ４０のアドレ
スを発生するメモリ・アドレス回路、５５はメモリアド
レス回路５４のアドレスとマイクロプロセッサがメモリ
４０をアクセスする時発生するアドレスの切換えをする
アドレスセレクタである。５６はクロック回路４９のク
ロックを基準にＴＶの水平同期信号、垂直同期信号、ブ
ランキング信号等を発生するＴＶ同期信号発生回路であ
る。５７．５８はマイクロプロセッサのデータバス４４
に接続されたそれぞれＸ位置表示レジスタ、Ｙ位置表示
レジスタ、５９はマーカ表示回路であり、マーカ表示回
路５９は、テレビ・アリアライメントにおいて検出した
アライメントマークの位置をマイクロプロセッサがＸ位
置表示レジスタ５１およびＹ位置表示レジスタ５８に出
力することにより、ミックス信号を作成してＴＶカメラ
コントロール部のビデオ入力端子へ送出する。

続いて第４図のテレビ・プレアライメント検知回路の機
能および動作について説明する。

テレビ・プリアライメント検知回路の機能は、■Ｘ方向
のデータの積算、■Ｙ方向のデータの積算、■プリアラ
イメントマーク検知位置のＴＶモニタ上への表示である
。

このうち、Ｘ方向のデータの積算およびＹ方向のデータ
の積算は、テレビ・プリアライメント検知回路のハード
ウェアが加算を実行し、その加算データをメモリに格納
する。データの加算はテレビ信号の１フレ一ム単位で行
なわれ、後述するように必要に応じて、１フレームの加
算で終了してもよいし、あるいは複数のフレームの加算
を行なってもよい。いずれの場合でも、加算中は、メモ
リ３６．４０のデータ舎バスおよびアドレス・バスはマ
イクロプロセッサのデータ・バス４４およびアドレス・
バスから電気的に切り離されており、メモリ３６のアド
レスはアドレスセレクタ５２、メモリ４０のアドレスは
アドレス回路５４から供給され、シーケンス／メモリコ
ントロール回路４１、およびメモリコントロール回路４
２からハード的に発生するリードライト信号およびチッ
プセレクト信号の制御のもとに加算が実行される。

所定のフレーム数の加算が終了すると、シーケンス／メ
モリコントロール回路４１からインタラブド信号線ＩＮ
Ｔ上に加算終了信号が発生する。この加算終了信号の発
生後、マイクロプロセッサは、メモリ３６およびメモリ
４０にアクセスを行ない、加算データからテレビ・プリ
アライメントマーク位置を検知する。マイクロプロセッ
サがメモリ３６゜４０をアクセスする時は、当然ながら
メモリのアドレス、リードライト切換、チップセレクト
等はマイクロプロセッサの制御信号によって行なわれる
。

またメモリ３６のデータはバッファ４６、メモリ４０の
データはバッファ４８を経由してデータバス４４に送ら
れ、マイクロプロセッサに読み取られる。

ところで、第４図中、ブロックＸにおけるＸ方向の加算
、ブロックＹにおけやＹ方向の加算を説明する前に第５
図を参照して画素の分割方法について述べる。第５図は
テレビ画面をＸ方向にＮ分割、Ｙ方向にＭ分割した画素
を表わしている。画素ＰＪｉは、行１番目、列１番目の
画素を示す。

Ｙ方向の分割数Ｍは通常、水平走査ライン数と一致して
おり、したがって画素に分割するためには、−水平同期
信号区間内に、アナログ・デジタル変換＠３２（第４図
）にてＮ回すンプリングを行なえばよい。

したがってＸ方向の加算は Ｓｘ　＋　＝ＤＡＴＡ　（Ｐ＋　＋　）＋ＤＡＴＡ　（
Ｐ＋　２　）十　・・・・・・　＋　ＤＡＴＡ　（Ｐ＋
　Ｎ　）　、ＳＸ２−ＤＡＴＡ　（Ｐ２　＋　）＋ＤＡ
ＴＡ　（Ｐ２２　）＋　・・・・・・　＋ＤＡＴＡ　（
Ｐ２　Ｎ　）、ＳＸＭ−ＤＡＴＡ　（ＰＭＩ　）＋ＤＡ
ＴＡ　（ＰＮ２　）＋　・・・・・・　＋ＤＡＴＡ（Ｐ
ＭＮ）、Ｙ方向の加算は ＳＹＩ　−ＤＡＴＡ　（Ｐ＋　＋　）＋ＤＡＴＡ　（Ｐ
ｚ　＋　）＋　・・・・・・　＋ＤＡＴＡ　（ＰＭ　＋
　）、ＳＹｚ　−ＤＡＴＡ　（Ｐ＋　２　）　十ＤＡＴ
Ａ　（Ｐ２２　）＋　・・・・・・　＋ＤＡＴＡ　（Ｐ
Ｍ２　）　、・・帝ｅ・・ｆ ＳＹ　Ｎ　＝ＤＡＴＡ　（Ｐ＋　Ｎ　）＋ＤＡＴＡ　（
Ｐ２　Ｎ　）＋　・・・・・・　＋ＤＡＴＡ　（ＰＭＮ
　）　、で表わされる。

加算が終了した時点で、Ｘ方向８に算メモリ４０内には
５ＸｌｌＳＸ２・・・・・・ＳＸＭのデータが、Ｙ方向
積算メモリ３６内にはＳＹＩ、ＳＹ２・・・・・・ＳＹ
Ｎのデータが格納される。

前述したように、テレビ・プリアライメント位置へのウ
ェハ送り込みはまずウェハのオリフラを検知することに
よってウェハを所定の位置で保持しそれからウェハ・ス
テージを駆動してウェハをテレビ・プリアライメント位
置まで送り込んでいる。そのため、オリフラ検知精度と
ウェハ・ステージのプリアライメントマーク位置へのウ
ェハ送り込み精度によっては第６図に示したように、テ
レビ・プリアライメントマークＰＭが画面の周辺部に撮
像される場合も多々ある。そのような場合にはマーク開
側を行なった結果求まる位置座標値（ＸＰＭ、ＹＰＭ）
には撮像手段のもつ幾何学的図形ひずみ、あるいは観察
光学系の光学的な歪曲による誤差が乗っており、前述し
たファイン・アライメント位置へのウェハ・ステージの
送り込み量が正確には決定できないことになる。

一方、前記要因に起因する誤差はテレビ・プリ７ライメ
ントマークＰＭが画面中心にあるときにｍ像されたので
あれば前記送り込みｌの許容誤差に対して充分無視でき
るものである。よって、テレビ・アリアライメントマー
クＰＭが画面周辺部にある場合はマークＰＭが画面中心
でＷｉｌｌされるようウェハ・ステージ５を駆動し、そ
こで再びマーク位置計測を行なえば前記送り込み優が正
確に決定できる。

第７図のフローチャートを用いて本実施例の焼付は装置
におけるテレビ・プリアライメントマーク検知動作をさ
らに詳しく述べる。

測定が開始されると（ステップ７００）、まず位置検知
用のテレビ・プリアライメントマークＰＭのマーク位置
計測が行なわれる（ステップ７０１）。

この計測は１フレームまたは複数のフレームの画像信号
をＸ方向、Ｙ方向に加算し、加算終了後加算メモリ内の
データからメモリ・アドレスとしてマーク位置をめるも
のである。

次にステップ７０２において、マーク位置座標計算が行
なわれる。ここでいう座標とは搬像画面中心を原点とす
る座標のことである。加算メモリ・アドレスと撮像画面
中心との対応関係は既に判っているので、マーク位置の
座標値をめることができる。さらにステップ７０３で撮
像中心からのズレ量を計算する訳であるが、いまステッ
プ１０２で撮像画面中心を座標系の原点としたのぐ、マ
ーク位置座標値がそのままｍ像中心からのズレ量を表わ
していることになる。

次のステップ７０４においては、ステップ７０３でめた
マークＰＭの撮像中心からのズレｍからマークＰＭを中
心へ移動するためのウェハ・ステージ駆動量を知り、ウ
ェハ・ステージを駆動する。

なお、ステップ７０３でめたプリアライメントマークＰ
Ｍの撮像中心からのズレｍは前述したような誤差を持っ
ている訳であるが、マークＰＭを線像中心近辺すなわち
撮像手段の持つ幾何学的歪あるいは観察光学系の光学的
な歪曲による誤差の影響がほとんど及ばない範囲内に移
動することができることは明らかである。

ステップ７０４でウェハ・ステージを駆動することによ
りプリアライメントマークＰＭの撮像手段の中心への移
動が完了すると、ステップ７０５でマークＰＭの位置を
再計測し、ステップ１０６でマーク位置の座標を計算し
てステップ７０１で測定を終了する。この場合、ウェハ
がテレビ・プリアライメント位置へ送り込まれたときア
ライメントマークＰＭが画面内のいかなる所にあっても
、はとんど撮像中心で再訂１ｌＩＴＪることになり、フ
ァイン・アライメント位置への送り込み精度を向上させ
ることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によると、ウェハがテレビ・プリア
ライメント位置へ送り込まれたときアライメントマーク
ＰＭが画面内のいかなる所にあっても、このマークをほ
ぼＴｓｍ像中心移動させてから再計測した値により座標
位置を検出するようにしているため、光学系のディスト
ーションおよび撮像管の偏向歪等の影響の少ない高精度
の位置検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係る焼付は装置の外観を
示す斜視図、 第２図は、テレビ・プリアライメント検知系の光学系斜
視図、 第３図は、テレビ・プリアライメントマークの平面図（
画面中心にて撮像された場合）、第４図はテレビ・プリ
アライメント検知回路のブロック図、 第５図はテレビ画面の画素分割法を示す説明図、第６図
はテレビ・プリアライメントマークの平面図（画面周辺
部にて撮像された場合）、そして第７図は、テレビ・プ
リアライメントマーク位置検出フロー図である。 図中、１はマスク、２はマスク・チャック、３は縮小投
影レンズ、４はウェハ、５はウェハ・ステージ、６は対
物レンズ、７はｍａｉｌ管、８はテレビ受像機、９は双
眼ユニット、１０は光源、１１は照明用光源、１２はコ
ンデンサレンズである。 特許出願人　キャノン株式会社 代理人　弁理士　伊東辰雄 代理人　弁理士　伊東哲也 第１図 １゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可動支持体上に載■された物体上の位置検出用マー
   クの位置を撮像手段にとり検出する位置検出装置におい
   て、　゛ 前記１ＩＩＩ１手段から出力され企画−信号により前記
   位置検出用マークの位＊牽計揮する・１手段、前記計測
   値に基づいて前記位置検出マーク置を前記撮像手段の視
   野の所定範囲内でｍ−すべく前記可動支持体を駆動する
   手段、弗よび、・前記可動支持体を駆動した後前記位置
   検出用マークの位！を再計測１Ｆ＋ する手段を具備し、再計測による座標計量＊を前記位置
   検出用マークの現在位置として検出することを特徴とす
   る位置検出装−０ ２、前記計測手段が前記再計測手段を兼ねている特許請
   求の範囲第１項記載１の装置検出装置。 ３、＃記駆動手段は、前記座−計測値の前記所定範囲内
   に予め設定された基準点からのずれ最に応じて前記位置
   検出用マークを移動させる特許請求の範囲第１≠たは２
   項記載の位置検出装置。 ４、前記撮像手段の視野の中央部に前記所定範囲を設定
   し、前記視野の中心を前記Ｊ１＊点および前記座標の原
   点に設定した特許請求の範囲第３項記載の位置検出装置
   。　 ５、前記駆動手段は、前記現在位置検出優、さらに、所
   定の目標位置と前記現在位置との位置関係に応じ前記位
   置検出マークを前記目標位ａへ移動させるべく前記可動
   支持体を駆動する特許請求の範囲第１．２．３または４
   項記載の位置検出装置。　。