JPH05249699A - 露光装置における位置決め装置 - Google Patents

露光装置における位置決め装置

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JPH05249699A
JPH05249699A JP4046502A JP4650292A JPH05249699A JP H05249699 A JPH05249699 A JP H05249699A JP 4046502 A JP4046502 A JP 4046502A JP 4650292 A JP4650292 A JP 4650292A JP H05249699 A JPH05249699 A JP H05249699A
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Abstract

(57)【要約】 【目的】マークの形状及び寸法が変ってもマークの位置
を精度よく求める。 【構成】マーク6a,6bの段差部から放射する散乱光
の全部を通過させる大きさの窓16を有し、正反射光を
遮断する空間フィルタ8aと、通過した散乱光を入光し
この散乱光を光強度分布の画像出力に変換して出力する
画像センサ12と、画像出力を複数のピーク値をもつ光
強度分布波形に成形するとともに複数のピーク波形が互
いに対称であるか否かを判定し、かつこのピーク波形の
間の中間点をマーク位置とする画像処理部13を設け、
段差部の散乱光の光強度がマークの形状や寸法によって
小さくなっても検知させ、正確にマーク位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板及び液晶基
板等の被露光基板にパターンを転写する露光装置のパタ
ーンの寸法測定における露光装置におけるマーク位置決
め装置(以下端に位置決め装置と呼ぶ)に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の露光装置は、パターン転
写する前の準備操作として、まず、集光レンズを通して
ウェーハ上の合せマークに検出照明光(レーザ光)を照
射し、その反射光を再び集光レンズを通し検出光学系に
導き、入光された光電流による波形を一定のスライスレ
ベルで切ることにより合せマークの位置を決めるもので
ある。この場合、検出光学系に入光される光の取り込み
の方法によって明視野法と暗視野法とがある。ここでは
最も一般的な暗視野法における位置決め装置についての
み述べる。
【0003】図5(a)及び(b)は従来の一例を示す
位置決め装置のブロック図である。この位置決め装置
は、図5に示すように、検出照明光であるレーザ光2を
発生するレーザ発振器1と、被露光基板5より反射する
散乱光7,7aを集光する集光レンズ4と、集光レンズ
4からの散乱光を90°曲げて反射するハーフミラー3
と反射散乱光を透過する窓16を有する空間フィルタ8
と、空間フィルタ8を透過した光を収束する検出レンズ
11と収束された散乱光を捕捉する受光器20と、受光
器20より得られる光電流の波形を処理する波形処理部
21と波形処理部21の波形によりマークの位置を認識
して被露光基板5の移動を制御する制御部14とを有し
ていた。
【0004】次に、この位置決め装置の動作を説明す
る。図6は図5の位置決め装置の動作を説明するための
フローチャート、図7(a)及び(b)は受光される光
信号を処理した例を示す図である。最初に図5(a)と
図6を参照して説明する。まず、ステップAで被露光基
板5をステージに搭載する。次に、ステップBでレーザ
光2を被露光基板5に照射するとともに被露光基板5と
レーザ光2を相対的に動かし、操作を行なう。このこと
により位置決めマーク6aの形状,サイズに応じてレー
ザ光2は、マーク6aの段差部と平坦部に応じて散乱又
は反射される。そして、マーク6aの段差部における散
乱光7及び7aは、再び集光レンズ4を通った後、ハー
フミラー3で右方向へ曲げられて、空間フィルタ8に到
る。また、マーク6aの平坦部における正反射光9は暗
視野信号検出の妨げとなるため、空間フィルタ8により
遮断される。一方、散乱光10及び10aは、空間フィ
ルタ8の窓16を通過し、検出レンズ11を通って受光
器20に厚められる。
【0005】次にステップCで受光器20により、光信
号から電気信号に変換された信号は、波形処理部21に
て段差部での信号波形に成形される。図7はこの信号波
形の処理例を示す。受光器20により、光信号から電気
信号に変換された信号の強度は、操作によって図7
(a)のように変化する。そしてこの信号強度のそれぞ
れ一番高いポイントP1,P2を求める。次に操作開始
からP1迄の時間t1とP1からP2迄の時間t2を求
め、それにより図7(bのような位置決め信号を発生さ
せる。最後に位置決め信号がHiレベルにある部分の中
心を、T1=T2を満足するという条件から、位置決め
に必要な、操作開始点からマークの中心P3迄の時間差
xとして求める。この時操作は等速度で行なわれる為、
xの時間に速度をかけ算してやることにより、最終的な
位置情報が得られる。
【0006】ステップDではこの位置情報に基づき、制
御部14が位置を認識する。制御部14は、ステップE
で、認識した位置迄ステージに指令して被露光基板5を
移動させ、位置決めを完了する。次に、ステップFで露
光パターンを被露光基板5に転写し、ステップGで露光
された被露光基板5を装置より外し、露光動作が完了す
る。 ここでは、説明簡単化のために、一方向のみの位
置決めについて説明したが、実際はX,Y2方向同時に
前述の動作が行われた後、露光が行われる。同じよう
に、説明の簡単化のため、散乱光を検出する場合のみ説
明したがマークの回折光や反射光を利用する場合も同様
である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の位置決
め装置では、マークの形状が変わると、散乱光7,7a
の散乱方向が替わり、散乱光7,7aが図4(b)のよ
うに空間フィルタ8により遮断されて全く受光器12に
届かなかったり、届いても十分な光強度が得られず以下
の問題が発生していた。(1)十分な散乱光が得られず
位置決めができない。(2)得られた散乱光の光強度分
布が判然とせず、位置決め信号のS/Nが劣化し、側面
精度が悪化したり、位置決めに時間がかかる。(3)位
置決め精度悪化により、作業の失敗ややり直しが多い。
【0008】本発明の目的は、かかる問題を解消すべ
く、マーク形状が変っても位置を認識し、精度良く位置
決めできる露光装置における位置決め装置を提供するこ
とである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の位置決め装置
は、被露光基板に形成される位置決め用マークに集光さ
れる光を投光する投光手段と、前記マークの平坦部から
の正反射光を遮断するとともに前記マークの段差部から
の全散乱光を通過させる大きさの窓を有する空間フィル
タと、空間フィルタ通過後の散乱光を入光して画像信号
を出力する画像センサと、この画像センサの画像信号出
力である光強度分布における複数のピーク値が互いに対
象であるか否かを判定し、この判定により前記複数のピ
ークの中間点を前記マーク位置とする画像処理部を備え
ている。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して露光装置
の例で説明する。
【0011】図1(a)及び(b)ならびに図2は本発
明における位置決め装置の一実施例を示すブロック図、
図3は図1の位置決め機構の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。この位置決め装置は、図1及び図2
に示すように、マーク6a,6b及び寸法6cというよ
うにその形状及び寸法が多少変化しても正反射光のみ遮
断し、マークの段差部からの散乱項を全て通過させるの
に十分な大きさの窓を持つ空間フィルタ8aと、この空
間フィルタ8aを通過散乱光を入光して画像信号を出力
する画像センサ12と、この画像信号である光強度分布
の複数のピーク値が互いに対象であるか否かを判定し、
判定が良であれば前記複数のピーク値の中間を前記マー
クの位置とする画像処理部13とを備えている。
【0012】次に、この位置決め装置の動作を図1
(a)及び図3を参照して説明する。まず、図3のステ
ップAで図1(a)の被露光基板5をステージに搭載す
る。次に、ステップBで、図1(a)のレーザ発振器1
から発生されたレーザ光2は矢印の方向へ進みハーフミ
ラー3と集光レンズ4を通って被露光記番5にきざまれ
た位置決めのためのマーク6aに到る。この状態でレー
ザ光2または被露光基板5を図の左右方向へ移動(操
作)させると、マーク6aの形状,サイズに大じて、レ
ーザ光12は散乱される。散乱光7及び7aは再び集光
レンズ4を通った後、ハーフミラー3で右方向へ曲げら
れた後、空間フィルタ8aに到る。ここで正反射光9は
暗視野信号検出の妨げとなるため空間フィルタ8aによ
り斜光される。一方、散乱光10および10aは空間フ
ィルタ8aの窓16を通過し、検出レンズ11を通って
画像センサ12に集められる。画像センサ12により散
乱光から面における画像信号に変換される。次に、ステ
ップCで画像処理部13にて画像信号における段差部以
外からの光の信号が除去され、複数のピーク値をもつ波
形に成形される。次に、ステップH及びIで段差部にお
けるピーク値が基準ピーク値と比較されるとともにここ
で示すピーク波形が互いに対象であるか否かを判定す
る。もし、信号強度及び波形の対象性のいずれかがあら
かじめ定められている基準を満足しなければ、ステップ
Cで画像信号のフィルタリング条件を変換する処理を行
い、再びHからIのステップをくりかえす。H,Iのス
テップの条件が満足されるとステップD以外は従来と同
様に位置を認識し、被露光基板5を所定の位置迄移動さ
せ露光を行なった後、被露光基板5を取外すという作業
が行われる。
【0013】図1(b)及び図2はマークの段差部角度
が急傾斜となったり、左右で非対称になった場合の例を
示す。いずれの場合も位置決めに必要な散乱光10,1
0aが十分広い窓16を通って画像センサ12に届くた
め、前述のC〜JのステップをH,Iの条件が満足され
る迄くりかえせば、図1(a)の場合と同じ動作をし、
位置を求めることができる。
【0014】図4(a)〜(c)は画像処理例を説明す
るための画像検出エリアを示す図である。次に、以上の
ところ迄の説明を簡単にするために省略していた画像処
理の方法について改めて図4(a),(b),(c)の
例を使って説明する。図4(a)は図1(a)のマーク
の場合で、画像センサ12の出力信号強度の分布を表わ
している。この図4(a)からわかるようにマーク6a
からの散乱光10,10aは、画像センサ12の上下2
ケ所に図4(a)のように結像する。従って、前述のス
テップCで説明したように通常は18,18aに示すエ
リア以外の信号を除去することにより、位置決めに必要
な信号を成形する。また、図1(a),(b)及び図2
からわかるように本装置においてはマーク6a,6b,
6cの形状や寸法等が多少変化しても散乱光10,10
aを取り込めるように、空間フィルタ8aの窓は従来の
方式に比べ十分に大きくなっている。そのため、本来位
置決めに必要な信号以外の迷光も画像センサ12に到達
してしまう。しかし、いずれにしても画像信号として図
4(a)〜(c)の画像検出エリア19内に入るので上
述したステップCで不必要な信号は除去処理してしまう
ので問題ないが、全くピーク値か検出されない場合は、
これは、マークがあらかじめ粗位置に置かれていないこ
とになる。このような場合は、被露光基板の粗位置設定
を行ってから、再びこの位置決め装置でマーク位置を求
める。
【0015】
【発明の効果】以上に説明したように本発明は、位置決
め用のマークからの正反射光を除外して全散乱光を通過
できる窓を有する空間フィルタ8aと、通過する散乱光
を入光し、光強度分布の画像出力をする画像センサと、
その画像信号の強度分布よりピーク値を抽出して、その
ピーク値の中間点をマーク位置とする画像処理部とを設
けることによって、位置決めマークの形状や寸法が変っ
ても、十分な光強度を吸収しマーク位置を精度よく位置
決めできる位置決め装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す位置決め装置のブロッ
ク図である。
【図2】本発明の一実施例を示す位置決め装置のブロッ
ク図である。
【図3】図1及び図2の位置決め装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。
【図4】画像処理例を説明するための画像検出エリアを
示す図である。
【図5】従来の一例を示す位置決め装置のブロック図で
ある。
【図6】図5の位置決め装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
【図7】受光される光信号を処理した例を示す図であ
る。
【符号の説明】 1 レーザ発振器 2 レーザ光 3 ハーフミラー 4 集光レンズ 5 被露光基板 6a,6b,6c マーク 7,7a,10,10a 散乱光 8,8a 空間フィルタ 9 正反射光 11 検出レンズ 12 画像センサ 13 画像処理部 14 制御部 15 ドライバ 16 窓 17,17a 散乱光があたっているエリア 18,18a フィルタリングエリア 19 画像検出エリア

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被露光基板に形成される位置決め用マー
    クに集光される光を投光する投光手段と、前記マークの
    平坦部からの正反射光を遮断するとともに前記マークの
    段差部からの全散乱光を通過させる大きさの窓を有する
    空間フィルタと、空間フィルタ通過後の散乱光を入光し
    て画像信号を出力する画像センサと、この画像センサの
    画像信号出力である光強度分布における複数のピーク値
    が互いに対象であるか否かを判定し、この判定により前
    記複数のピークの中間点を前記マーク位置とする画像処
    理部を備えることを特徴とする露光装置における位置決
    め装置。
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