JPS61199634A - 半導体焼付装置用位置合せ機構 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体焼付装置のマスクとウェハの位置合せ
機構に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体焼付装置でマスクとウェハをアライメント
するには、先ずプリアライメントと呼ばれる予備的な位
置合せすなわちウェハの外形たとえば円板の一部を切除
した形状を利用しての機械的な位置合せを実施し、その
後マスクとウェハのそれぞれに設けたアライメントマー
クを同時に検知し、検知した信号によりマスクまたはウ
ェハを互いに直交する方向および回転方向に移動して最
終的なアライメントを行っていた。その際の機械的プリ
アライメント精度は、装置やウェハ等の機械的精度に依
存し、高々±１００μｍ程度である。

従来の位置合せ装置においては、このプリアライメント
でのずれ量が大きいと最終のアライメントでの追いこみ
に時間がかかりアライメント時間が長くなるという不都
合があった。たとえば、最終のアライメントにおいて得
られるマスクとウェハのアライメント信号は、マスクと
ウェハのずれが大きいと、両マーク間で近づいてしまい
、信号波形がウェハの信号とマスクのものに分離できな
くなりウェハおよびマスク位置の検出が不可能となる場
合があった。この場合は、マスクあるいはウェハのいず
れかを試しに移動させて、マスクとウェハの合成信号波
形が分離できる移動方向を見つけると同時に、マスクと
ウェハの位置関係を認識する。次にこの情報からマスク
あるいはウェハの一方または両方を必要量動かし、マス
クとつ工・　への位置関係を正しく追いこんでから微動
送りを行い、マスクとウェハのずれ量を規定値に追いこ
んでアライメントを終了している。従ってこの様な場合
はアライメントに時間がかかりスルーブツトが低下する
という欠点を有していた。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記従来例における問題点に鑑み、半
導体焼付装置用位置合せ機構において、アライメントの
所要時間を縮め、スルーブツトを向上させることにある
。特に、Ｘ線アライナ−等においてマスクとウェハをプ
ロキシミティギャツブを保って相対的にアライメントす
る際に、マスクとウェハのアライメントマークを独立に
検知することによりマスクとウェハのずれ量を検出し、
マスクとウェハの位置関係によらず短時間にアライメン
トを終了しスループットを向上させることを目的として
いる。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る位置合せ装置の概略
の構成を示す。同図において、ハロゲンランプ等から成
る光源１から照射される照明光に沿って、順次に照明用
レンズ２、絞り３、リレーレンズ４、プリズム５が配置
されている。プリズム５において照明光は下方に屈折さ
れ、更にその光路上には対物レンズ６、マスク１３とウ
ェハ１４が設置されている。一方、マスク１３とウェハ
１４からの反射光が対物レンズ６を経由してプリズム５
がらｌｌ像素子１０に至る光路上には、順次にリレーレ
ンズ７、折り曲げミラー８、エレクタ９が配列されてい
る。

以上の構成によりマスク１３とウェハ１４上の７ライメ
ントマークは合成像として撮像素子１０の撮像面に結像
される。また、後述するように、実質的にマスク１３の
みの像を撮像素子１０の撮像面に結像させることもでき
る。

第１図の信号処理系について説明すると、撮像素子１０
より出力された画像ビデオ信号は、画像メモリ２７に記
憶される。画像メモリ２１には、必要な画像枚数弁の記
憶領域が用意されており、マスク１３とウェハ１４の合
成画像、マスク１３のみの画像、および画像処理により
生成されたウェハ１４のみの画像がそれぞれ記憶される
。ウェハ１４のみの画像は、例えばウェハ１４とマスク
１３の合成像からマスク１３のみの画像を減算すること
により生成することができる。

記憶された各画像は信号処理部２８によってマーク位置
が検知される。

制御部２９では、信号処理部２８からのマーク位置検知
信号に基づいてマスク１３およびウェハ１４のマーク位
置をそれぞれある基準位置からのずれ量として算出し、
これらのずれ量を表わす信号を各駆動回路２１〜２６に
供給する。

マスク１３はマスク駆動ステージ１１、駆動回路２５゜
２６および駆動部１５．１６により直交するＸ、Ｙ方向
に駆動可能である。また、ウェハ１４は、ウェハ駆動ス
テージ１２、駆動回路２１〜２４および駆動部１７〜２
０により直交するＸ、Ｙ方向およびθ方向さらにマスク
１３との間のギャップの方向であるＺ方向に駆動可能で
ある。

これらのマスクおよびウェハステージ１１．１２は制御
部２９より与えられるマスク１３とウェハ１４のずれ量
分の信号に応じて、それぞれマスクステージ駆動回路２
５．２６、およびウェハステージ′駆動回路２１〜２４
がドライブされることにより駆動される。

次に信号処理系について第２図により、さらに詳しく説
明する。第２図は第１′＠での画像メモリ２１と信号処
理部２８の詳細を示したものである。撮像素子１０から
のビデオ信号は、ビデオアンプ３１によりゲイン調整等
の前処理を経た後、Ａ／Ｄ変換器３２で高速にデジタル
変換され、そのあと画像メモリ３４〜３６に書込まれる
。画像メモリは例えば−量分が５００ｘ　５００画素の
容量のものを、必要枚数例えば３枚分が用意されている
。この３枚のメモリ間の読み書きの切換えはマルチプレ
クサ３３によっていずれかを選択することにより行う。

メモリの読み書きはメモリ・リード・ライトコントロー
ル回路３８により、またアドレスの指定はメモリアドレ
ス発生回路３１により行う。３枚の画像メモリには、そ
れぞれウェハ１４とマスク１３の合成画像、マスク１３
のみの画像、およびウェハ１４のみの画像が記憶される
。

第３図の（１）、（２）、（３）にそれぞれメモリ３４
〜３６に記憶された画像の例を示す。第３図（１）はウ
ェハ１４とマスク１３の合成画像であるが、これはマス
ク１３とウェハ１４をプロキシミテイギャップ例えば１
０μｍに保っておくことで、合成像のＩＩ像が可能であ
る。次に第３図（２）はマスク１３のみの画像であり、
これは前記（１）のマスク１３とウェハ１４のギャップ
をプロキシミテイギャップ以上に拡げることでウェハ１
４面側をデフォーカスさせることにより得られる。次に
第３図（３）は、（１）の画像と（２）の画像との間で
減算することにより得られるウェハ１４のみの画像であ
る。

第２図に戻って、以上のようにして書き込まれたデータ
は、読み出しの際には、マイク、ロプロセッサ（ＣＰＬ
Ｊ）３０によりマルチプレクサ３３を経由して選択され
、加算器３９および４０で各画面のＸ方向およびＹ方向
に積算される。ＣＰ　Ｕ　３０においては、さらに得ら
れた積算データの輝度分布よりＸとＹ方向それぞれ独立
にアライメントマークの中心位置を求める。それぞれの
積算されたアライメントの輝度分布を第３図（１）、（
２）、（３）に示す。例えば（１）のマスク１３とウェ
ハ１４の合成像ではマスク側マーク、ウェハ側マークに
よりＸとＹ方向にそれぞれ３ケのピークがあられれる。

マスク１３のアライメントマーりの中心位置は（２）に
示されるように２つのピーク位置の平均値であり、ウェ
ハ１４のアライメントマークの中心位置は（３）で示さ
れるピーク位置である。

上記のＸ方向およびＹ方向の積算は、Ｘ方向については
、Ｘ方向加算器３９において１行分ずつの各画素につい
て加算が行われ、各１行分について加算が終了するごと
に、最終の加算値がＸ積算メモリ４１の１バイトに格納
される。そして、Ｘ方向の最終ラインまで加算が行われ
、メモリ４１にはＸ方向の輝度分布が記憶される。Ｙ方
向の積算についても全く同様にＹ方向加算器４０および
Ｙ積算メモリ４２により各列ごとに加算され、メモリ４
２に格納される。この場合、ＣＰ　ＬＪ　３０は、積算
メモリ・リード・ライトコントロール回路４５により積
算メモリ４１．４２のリード・ライトを書込みモードに
切換え、アドレス切換回路４６により積算メモリ４１゜
４２のアクセスデータとしてアドレス発生回路４７の出
力を選択する。一方、積算メモリ４１．４２のアドレス
が積算スタートと同時に積算メモリアドレス発生回路４
１で発生される。これにより、積算メモリ４１．４２に
おいては、自動的に、加算器３９．４０による各行およ
び各列ごとの積算結果の記憶とメモリ書込アドレスのイ
ンクリメントとが繰返される。

以上のようにして記憶されたＸ方向およびＹ方向の積算
データはバス４９に接続されたバッファ４３゜４４を経
由してＣＰ　Ｕ　３０に渡される。

アドレス切換回路４６は、積算時には、積算メモリ４１
．４２のアドレスアクセスをアドレス発生回路４７側に
切換えているが、ＣＰ　Ｕ　３０からの積算データアク
セス時には、バス４９側に切換える。従って、この場合
は、積算メモリ４１．４２の読出しアドレスがＣＰ　Ｕ
３０からバッファ４８を通してアドレス切換回路４６に
、そして、さらにメモリ４１．４２に送られる。

同時にＣＰ　Ｌｌ　３０は積算メモリ・リード・ライト
コントロール回路４５を通して積算メモリ４１．４２を
読込みモードに切換えることにより、バッファ４３゜４
４を経由して積算データを取り込むことができる。

その後ＣＰ　Ｕ　３０はピーク位置検知の処理を行う。

次に、上記位置合せ装置の動作を第４図のフローチャー
トに従って説明する。

ステップ５０でアライメントがスタートすると、すでに
ロードされているマスク１３がステップ５１において対
物レンズ６下へ移動する。レンズの視野が１ｍｍあれば
、マスクロードのメカプリアライメント精度が±　１０
０μｍ程度として、マスク１３のアライメントマークを
充分視野内に入れることは可能である。次に、ステップ
５２においてウェハ１４を対物レンズ６下へ移動する。

ウェハ１３のメカプリアライメント精度も同様に±　１
００μｍ程度とすると、ウェハ１４のアライメントマー
クも投影視野内に入ることになる。この状態でマスク１
３とウェハ１４は投影視野内に独立にプリセットされた
ことになる。次にマスク１３のみの画像を得るために、
ステップ５３においてギャップを規定団より大きくとる
。現れるマスク１３のみの画像はステップ５４において
メモリ３５へ記憶する。次のステップ５５．５６では、
メモリ画像からＸ、Ｙ方向への積算を実行し得られた積
算データによりピーク位置検知を行う。マークの中心位
置が正しく得られなかったとき、つまり入力ビデオ信号
の未検知あるいはスライスレベルによる二値化処理時の
信号立上り未検知等によりマスク１３のマーク位置信号
を検知できなかった場合には、ステップ５７によりステ
ップ５４のビデオ信号によるマスク１３のみの画像の再
取り込みへ分岐し再びステップ５４〜５７の処理を繰返
す。

マスク１３のアライメントマークの位置検知が完了する
とステップ５８へ移り、ギャップの間隔を正しくセット
して、ステップ５９でマスク１３とウェハ１４の合成画
像を取り込み、メモリ３４へ記憶する。次にウェハ１４
の画像を得るためにステップ６０において、すでに得ら
れているメモリ３４と３５の記憶データ間で減算を行い
、ステップ６１で減算の結果のウェハ１４の画像をメモ
リ３６に記憶する。こうしてウェハ１４の画像が得られ
ると後はマスク１３のマーク位置検知と同様にしてステ
ップ６２．６３によりウェハ１４のマーク位置検知を行
う。ウェハ１４のマークの中心位置が正しく検知できな
かったとき、つまりステップ５９のマスク１３とウェハ
１４の合成画像取り込みによるビデオ信号の未検知ある
いはスライスレベルによる二値化処理時の信号立上り未
検知等により、マスク１３とウェハ１４のマーク信号を
検知できなかった場合には、ステップ６４によりステッ
プ５９へ分岐し再びステップ５９〜６４の処理を繰返す
。ウェハ１４のマーク位置検知が完了すると、ステップ
６５においてマスク１３とウェハ１４の相対ずれ量ΔＸ
、ΔＹを求める。ステップ６６においては、得られたず
れ量ΔＸ、ΔＹを予め設定された規定値と比較し、ずれ
量が上記規定値の範囲内にない場合にはステップ６７に
よりウェハ１４を駆動してずれ量の補正を行う。このウ
ェハ駆動のあとはステップ５９に戻り、再びマスクとウ
ェハの合成画像を取込み、ずれ量計測を繰返す。そして
、ずれ量が規定値以内におさまるまでステップ５９〜６
７の処理を繰返し実行し、ステップ６６においてずれ闇
が規定値以内におさまるとステップ６８に移行してアラ
イメントを終了する。

［実施例の変形］ なお、上記の実施例においては、ウェハ像をデフォーカ
スすることによって、マスクのみの画像を撮像するよう
にしているが、かわりに調光操作を行って前記ウェハ像
を露出不足状態とすることにより、前記マスクのみの画
像を得ることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によると、マスクとウェハ
のアライメントマークをそれぞれ独立に位置検知するよ
うにしたため、アライメント開始時のマスクとウェハの
位置関係によらず、しかも単純な処理アルゴリズムによ
りアライメントを行うことができ、スルーブツトを短縮
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体焼付装置用位
置合せ機構の全体構成図、 第２図は、第１図における画像信号処理部分のブロック
図、 第３図は、Ｉｌｉ像されたマスクおよびウェハのアライ
メントマークおよび積算輝度パターンを示す図、 第４図は、第１図の位置合せ機構の動作説明のためのフ
ロー図である。 １：光源、６：対物レンズ、１０：ｌｉ像素子、１１：
マスク駆動ステージ、１２：ウェハ駆動ステージ、１３
：マスク、１４：ウェハ、２０ニア方向ウ工ハ駆動部、
２７．３４．３５．３６：画像メモリ、２８：信号処理
部、２９：制御部、３０：マイクロプロセッサ、３９゜
４０：加算器、４１，４２：積算メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスクとウェハのアライメントマークを検知して両
   マークの間隔よりマスクおよびウェハ間の相対的ずれ量
   を検出しマスクあるいはウェハをずれ量分移動してマス
   クとウェハの位置合せを行う位置合せ機構において、実
   質的にマスクのみの像を撮像する第１の撮像手段と、こ
   のマスクのみの像を記憶する手段と、マスクとウェハの
   合成像を撮像する第２の撮像手段と、前記マスクとウェ
   ハの合成像から前記記憶されたマスクのみの像を減じて
   ウェハのみの像を得る手段と、これらのマスクのみおよ
   びウェハのみの像によりマスクのアライメントマークと
   ウェハのアライメントマークをそれぞれ独立に位置検知
   し両マーク間のずれ量を検出する手段とを設けたことを
   特徴とする半導体焼付装置用位置合せ機構。 ２、前記第１および第２の撮像手段が、共通の撮像素子
   により、それぞれ前記マスクのみの像およびマスクとウ
   ェハの合成像を撮像する特許請求の範囲第１項記載の半
   導体焼付装置用位置合せ機構。 ３、前記第１の撮像手段が、ウェハ昇降手段を備え、ウ
   ェハを下降してデフオーカスすることにより実質的にマ
   スクのみの像を撮像する特許請求の範囲第２項記載の半
   導体焼付装置用位置合せ機構。 ４、前記第１の撮像手段が、調光手段を備え、前記マス
   クおよびウェハを照射する光量を減らしてウェハを露出
   不足にすることにより実質的にマスクのみの像を撮像す
   る特許請求の範囲第２項記載の半導体焼付装置用位置合
   せ機構。