JPS6062118A - 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】 〔技術分野〕 本発明は被検物体のパターンの位置を検出するための装
置に関し、殊に半導体焼付工程でウェハー或はマスク（
又はレチクル）を位置合せする場合、テレビカメラ或は
Ｃ，ＣＤ等の撮像手段で撮像して得た画像信号からパタ
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。

〔従来技術〕

アライメント・マークが撮像手段の撮像視野内にない場
合、アライメント・マークを有する物体あるいは撮像手
段を移動させマークを模索する過程が必要であるが、従
来この様な場合Ｘ座標及びＹ座標同時に検知できるまで
模索動作をくり返し行ってきた。しかしながら、上述の
様な模索動作はマークの存在方向とは独立に行われてい
るためマークを検知するのに時間がかかると言う欠点が
あった。

〔目的〕

本発明は上記欠点に鑑み提案されたものであり、アライ
メントマークの中心が撮像手段の視野内になくアライメ
ントマークの位置が検出できないときでも、物体または
撮像手段の移動すべき方向を確実に検知することにより
、短時間内のマーク位置の検出を可能とする位置検出装
置の提供を目的とする。

〔実施例〕

以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

まず外観を描いた第１図で全体の構成を概説する。

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ーで、
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はウェハー・ステージであ
る。

ウェハー・ステージ５はウェハー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
ハー焼付位置（投影府内）とテレビ・プリアライメント
位置間を移動する。６は、テレビ・プリアライメント用
検知装置の対物レンズ、７は撮像管又は固体撮像素子、
８は映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を介してウェハー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。

ウェハー令ステージ５は、図示しないウェハ一般送手段
により搬送されたウエノ・−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
にウェハー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
１ｔｒｂｘ〜２關程度である。この視野内のアライメン
ト・マークは撮像管７で検知され、テレビ・プリアライ
メント用の光学系内に設けられたテレビ・プリアライメ
ント用基準マーク（後述）を基準として、そこからのア
ライメント・マークの座標位置が検出される。一方、投
影光学系のオートアライメント用検知位置と前述のテレ
ビ・プリアライメント用基準マークの位置はあらかじめ
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オートアライメント位
置へのウェハー・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エノ・−ステージの移動で発
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の範囲で行えば
よく、これは従来のファインアライメントの視野範囲の
１／１００以下の範囲であり、ファインアライメントが
従来より高速で行えることになる。

第２図はテレビ・プリアライメント用検知装置の実施例
を示しており、図中の縮／］・投影レンズ３゜ウェハー
４．対物レンズ６、撮像管７は第１図と同一である。

他方、１１は照明用光源で、例えばノ・ロゲンラ１３Ａ
と１３Ｂは交換的に着脱きれる明視野絞りと暗視野絞り
で、図では明視野絞り　１３Ａを光路中に装着している
。コンデンサーレンズ１２は光源１１を明視野絞り上に
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
軸な共軸にする機能を持ち、内側反射面１５ａと半透過
反射面１５ｂを具える。ここで光源１１、コンデンサー
レンズ１２、明又は暗視野絞り１３Ａと１３８１照明リ
レーレンズ１４、接合プリズム１５、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ー
６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、１
８はテレビ・プリアライメント用基準マークを有するガ
ラス板で、基準マークはいわば座標の原点を与える機能
を持つ、従ってプリアライメントマークはＸ座標の値と
Ｘ座標の値として検出されることになる。１９は撮像レ
ンズで、上に述べた接合レンズ１５．ｌ）Ｌ／−レンズ
１６、鏡１７、−Ｈシブ′１ｇＩ　Ｑ　但７色１ノ・ノ
イ１０ム１イ拳旦苺航り１−共に受光系を構成し、対物
レンズ６を通る光路は接合プリズムの内側反射面１５ａ
　で反射して半透過面１５ｂで反射し、再度内側反射面
１５ａで反射してリレーレンズ１６へ向う。ウェハー４
上のプリアライメントマーク像は基準マークを有するガ
ラス板１８上に形成された後、基準マーク像と共に撮像
管７の撮像面に結像する。

他方、第３図（５）に例示したテレビ・プリアライメン
トマーク（従来例）はウェハーのスクライプライン中に
設けるのが望ましいが、ウェハー上の特定のチップパタ
ーンの位置に設り−ても良い。マークの包絡形状は長方
形であり、その辺は撮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。図示するように長方形状の
パターンを走査方向に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
が当る様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。

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で収斂されて明視野絞り１３Ａ又は暗視野絞り１３
Ｂの開口を照明し、更に照明リレーレンズ１４を通過し
、接合プリズムの半透過面１５ｂを透過して反射面１５
ａで反射し、対物レンズ６を通ってウェハー４を照明す
る。

ウェハー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Ｊ５へ入射して反射面１５ａ
で反射し、次いで半透過面１５．ｂ、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１７で反射し、ガラス板１８上に結像した後、撮像
レンズ１９により撮像管７上に結像する。次に暗視野状
態に切換えてプリアライメントマーク像が明瞭に見得る
様にし、これを撮像してプリアライメントマーク像の位
置を検出する。後述す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の位置に応じてウェハ−９ステ
ージ５はウェハー４が投影レンズ３０投影野中の規程位
置４′を占める様に移動して停止する。なお、ウェハ−
４を一旦標準位置忙アライメントし、その投影府中へ移
動させる様に変形しても良い。

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（ト）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色々あるが
、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）及びＹ方向（垂
直方向）に夫々、加算するものである。加算することに
よる利点は、■加算によりランダム・ノイズが平均化さ
れＳハ比がよくなる。■Ｘ方向とＹ方向の位置検知が独
立に行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、テレビカメラ
コントロール部から送られるビデオ信号はビデオアンプ
３１で増巾され、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方向の加算ブロ
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・５算入カラツチ
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の出力をラッチするラッチ、
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及びメモリ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
・ライト及びチップセレクトをコントロールするシーケ
ンス及び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はシーケンス及びメモリコントロール回路４１を
４イクロプロセツサ（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３
６．４０をアクセスする事が可能である。４５．４６．
４７．４８はそのためのバッファであり、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、又バッファ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Ｘ方向積
算メモリ３６のライト・アドレス及びリード・アドレス
を発生する、メモリ・ライト・アドレス回路及びメモリ
・リード・アドレス回路である。

５２はメモリのり−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３６をアクセスする時のアドレスバッファであ
り、マイクロプロセツｖカーｙ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
４ｏ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眞・コン
ピュータがメモリ４ｏをアクセスする時発生するアドレ
スの切換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ＫＴＶ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
コンピュータのデータバス４４に接続された夫々、Ｘ位
置表示レジスタ、Ｘ位置表示レジスタ、５９はマーカー
表示回路であり、テレビ・プ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５７及びＸ位置表示レジスタ５
８に出力することにより、マーカ表示回路５９にょリミ
ックス信号として、ＴＶカメラコントロール部のビデオ
入力端子へ送られる。

、　続いて第４図のテレビ・プリアライメント検知回路
の機能及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及び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フレ一ム単位で行わ
れ、後述する様に必要に応じて、１フレームの加算で終
了してもよいし、或は複数のフレームの加算を行・つて
もよい。

いずれの場合でも、加算中は、メモｌ７３６．４０のデ
ータ・バス及びアドレス・バスは、マイクロプロセッサ
のデータ・バス４４及びアドレス・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の
アドレスに接続さし、シーケンス及びメモリコントロー
ル回路４１、及びメモリコントロール回路４２からハー
ド的に発生するリードライト信号及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、シーケンス及び
メモリコントロール回路４１からインタラブド信号線Ｉ
ＮＴ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及びメモリ４０°に゛アクセスを行い、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
信号、チップセレクト信号等はマイクロコンピュータの
制御信号によって行われる。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における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
レビ画面なＸ方向にＮ分割、Ｙ方向にＮ分割した画素を
表わしている。画素Ｐｌｉ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、従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−デジタル変換器（第４
図３２）にてＮ回すンプリングを行えばよい。

従ってＸ方向の加算は ５ｘｚ＝　ＤＡＴＡ（Ｐｌｌ）＋ＤＡＴＡ（ＰＩ３）−
１−−−−−−１−ＤＡＴＡＣＰＩＮ）　、５Ｘ２＝　
ＤＡＴＡ（Ｐ２１）＋ＤＡＴＡ（Ｐ２２）＋　−−＋Ｄ
ＡＴＡ（ｒ’２Ｎ）、ＳＸＭ＝　ＤＡＴＡ（ＰＭｌ）＋
ＤＡＴＡ（Ｐ＋Ａ２）＋・・・・剖）Ａ’ｌ’Ａ（ＰＭ
Ｎ　）、Ｙ方向の加算は ＳＹ］＝　ＤＡＴＡ（Ｐｌｌ）＋　ＤＡＴＡ（Ｐ２］）
＋　−−−１−］）ＡＴＡ（ＰＭＩ　）　、５ｙ２＝　
ＤＡＴＡ　（Ｐ　１２）＋　ＤＡＴＡ（Ｐ２２）＋　−
−１−１，）ＡＴＡ　（ＰＭ２　）、溺＝　ＤＡＴＡ（
ＰＩＮ）＋Ｉ）ＡＴＡ、（Ｐ２Ｂ）十　・−・・・・＋
ＤＡ’Ｉ’Ａ（ｌ勧４）、であられされる。

加算が終了した時点で、Ｘ方向積算メモ１Ｊ４０内には
ＳＸＩ　＋　ＳＸ２・・・・・・　ＳＸＮのデータが、
Ｙ方向積算メモリ３６内にはＳＹＩ　、　ＳＹ２・・・
・・・ＳＹＮのデータが格納される。

以上はテレビプリアライメントマークＰＭの中心が撮像
管の視野Ｆ内に見出される場合である。

マークＪＭの一部しか撮像されない場合、Ｘ方向および
Ｙ方向に濃度加算した分布は第６図（ハ）、　（Ｃ）に
示すようになる。尚、マーク全体の形状はＸ軸とＹ軸に
夫々対称な十字形で、前述した様に斜めのバー状突起を
包括しているが、輪郭だけで十字形を形成しても良い。

第６図（Ｉ３）はＸ方向に加算した時の濃度のＹ方向に
対する分布、第６図（ＱはＹ方向に加算した時の濃度の
Ｘ方向に対する分布を示すものである。この場合アライ
メントマークの中心は視野Ｆの左方向ヘズしているため
、第６図０に示す様にＸ方向はマークとバックグラウン
ドの濃度差が十分とれず位置検知ができない。

一方、Ｙ方向はマーク座標位置が検知されているからマ
ークの模索はＸ方向のみでよく、従ってウェハーを保持
しているウェハー［相］ステージはＸ方向にのみ移動す
る。移動方向は図中矢印Ｓで示した方向、或いはその反
対の２方向の２通りがある。勿論任意の方向へ移動して
模索してもよいが、検出時間に時間がかかる。本発明の
実施によれば、次のようにしてマークの存在する方向が
正確に決定される。即ち、第６図０に示した様にＸ方向
の左側（ＸＬ）の加算濃度データと右（＋１１１　（Ｘ
　Ｒ）の加算濃度データの大小比較を行う。この場合、
ＸＬ、ＸＩ’（とも何点かの加算平均をとって大小比較
を行うことが好ましい。比較の結果、もしＸＬ左方向太
きければマークの中心は視野の左方にあるとみなせるか
ら、ウェハーステージを第６図矢印Ｓ方向へ移動して再
び計測を行えばよい。

第７図のフローチャートを用いてマーク検知過程を更に
詳しく述べる。測定が開始されるとまずステップ４０１
にてマーク計測が行われる。このマーク計測は１フレー
ム又は複数フレームの画像信号な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マーク位置を
見つけるものである。もし、マーク座標がＸ、Ｙとも見
つかれば、ステップ４０２経出でステップ４１０へ進み
、マーク検知は終了する。Ｘ方向およびＹ方向の両方向
を検知できない場合にはステップ４０３へ進み、ここで
Ｘ方向、Ｙ方向のいずれか一方向の検知が行われたか否
かチェックする。もし一方向のみでも検知できた場合に
は、ステップ４０４にてその方向がＸ方向かＹ方向かを
調べる。Ｙ方向のみが検知された場合にはＸ方向検知の
ためステップ４０５へ進み、Ｘ方向のみが検知された場
合にはステップ４０７へ進む。ステップ４０５にて左右
ＸＬ、ＸＲの、ステップ４．０７にて上下Ｙ［Ｊ、ＹＤ
の加算濃度の大小比較を行い、前述した様にその比較結
果の大きい方にマークがあるとみなし、ステップ４０６
．４０８にてウェハーステージを移動させる。一方ステ
ップ４０３がらステップ４０９へ分岐したとき、即ちＸ
方向、Ｙ方向いずれもマークが検知できなかったときは
模索駆動になる。模索駆動の方法は例えばウェハーステ
ージを規定量規定方向へ往復させる等積々あるが、本発
明に直接、関係しないので説明は省略する。

〔効果〕

以上述べたように、本発明によればアライメントマーク
の中心が撮像手段の視野内になくアライメントマークの
位置が検出できないとき、この不完全なアライメントマ
ークの撮像データをもとにマークの位置ズレ方向を確実
に知ることができるので、確実で、かつ短時間のマーク
位置の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る位置合わせ装置の斜視図
、第２図はテレビ・プリアライメント検知装置の光学系
斜視図である。第３図は従来例に係るテレビ・アライメ
ントマークの平面図と座標方向に関しての積算画像濃度
データ分布、第４図は本発明の実施例に係るテレビ・プ
リアライメント検知回路、第５図はテレビ画面の画素分
割例を示す図、第６図は撮像視野からずれた本発明の実
施例に係るテレビ・アライメントマークの平面図と座標
方向に関しての積算画像濃度データ分布。 第７図は本発明の実施例に係る位置検出装置の動作を説
明するためのフローチャート図である。 ３１・・・ビデオアンプ ３２・・・ＡＤコンバータ ３３．３５，３７．３９・・・ラッチ ３４．３８・・・アダー ３６．４０・・・メモリ ４１・・・シーケンス／メモリコントロール回路４２・
・・メモリコントロール回路 ４３・・・コントロールレジスタ ４４・・・データバス ４５〜４８．５３・・・バッファ ４９・・・クロック回路 ５０・・・メモリライトアドレス回路 ５１・・・メモリリードアドレス回路 ５２．５５・・・アドレスセレクタ ５４・・・メモリアドレス回路 ５６・・、、、、Ｔ　Ｖ同期信号発生回路５７・・・Ｘ
位置表示レジスタ ５８・・・Ｘ位置表示レジスタ ５９・・・マーカ表示回路 （Ａ） ｍｌ （Ｃ） 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定形状の位置検出用パターンを備えた物体を撮像する
   撮像手段と、 前記撮像手段により得られた画像濃度データを所定の座
   標方向に関して加算する加算子゛段と、前記物体と前記
   撮像手段を相対的に移動する移動手段と、 前記加算手段による前記座標方向に直角な方向に関して
   の複数箇所の積算画像濃度データを基に前記位置検出用
   パターンと前記撮像手段との相対的位置のズレ方向を検
   知する手段とによって構成さ−れ、 前記移動手段により前記検知した方向に移動させ、前記
   撮像手段による位置検出用パターンの検出を可能とする
   位置検出装置。