JPH09189519A - パターン検出方法およびマスクとワークの位置合わせ装置 - Google Patents

パターン検出方法およびマスクとワークの位置合わせ装置

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JPH09189519A
JPH09189519A JP8002953A JP295396A JPH09189519A JP H09189519 A JPH09189519 A JP H09189519A JP 8002953 A JP8002953 A JP 8002953A JP 295396 A JP295396 A JP 295396A JP H09189519 A JPH09189519 A JP H09189519A
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JP
Japan
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work
mask
pattern
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image
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JP8002953A
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Yoneta Tanaka
米太 田中
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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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
    • GPHYSICS
    • 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
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面が荒れたワーク上のパターンの位置座標
を自動的に精度良く検出することができるパターン検出
方法および装置を提供すること。 【解決手段】 表面が荒れたワーク上に設けられた互い
に交差する直線のみで形成されたパターンをCCDカメ
ラ等で受像して明暗信号を記憶手段に記憶する。そし
て、上記パターンの各直線に平行な方向で画像信号を積
算して、積算信号ΣXn,ΣYnを求める。画像信号を
積算することにより、表面の荒れにより生ずる像は平均
化され、積算信号は(a)(d)に示すようにパターン
の境界位置を明確に表す信号となる。この積算信号ΣX
n,ΣYnを微分して(b)(e)に示す信号を得て、
そのピーク位置からパターンの位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】半導体素子やプリント基板、
液晶画面、インクジェット方式のプリンタヘッド、マル
チチップモジュール等の生産に使用される露光工程にお
いて、ワークにマスクのパターンを転写する際、前に形
成したパターンに対して、次の転写するパターンを正確
に位置合わせすることが重要である。上記位置合わせ
は、通常、マスクおよびワークに記されたアライメント
・マークを重ね合わせるように行っている。本発明は上
記した位置合わせ等の外、例えば、チップマウンタ、ボ
ンダ、プロービング・テスタ等におけるマークの検出等
に使用することができるパターン検出方法およびマスク
とワークの位置合わせ装置に関し、特に本発明は、表面
が荒れたワーク上のマークを検出するに好適なパターン
検出方法およびマスクとワークの位置合わせ装置に関す
るものである。なお、本発明は、半導体基板の外、セラ
ミック基板、金属及び金属薄板、プリント基板、鏡面研
磨されていないガラス基板等上のパターン検出に適用す
ることができる。
【0002】
【従来の技術】図7はワーク上のアライメント・マーク
を検出する装置の概略構成を示す図である。同図におい
て、AUはアライメントユニットであり、アライメント
ユニットAUはハーフミラーM、レンズL1,L2とC
CDカメラ11から構成されている。12はモニタ、1
3は演算装置、Wはアライメント・マークAMが投影も
しくは記されたワークである。
【0003】図7において、ワークW上のアライメント
・マークAMの検出(パターンサーチ)は次のように行
われる。まず、演算装置13にアライメント・マークA
Mを登録する。アライメント・マークAMとしては、例
えば、図8(a)に示す十字形のマークが使用され、演
算装置13には、図8(b)に示すように、モニタの画
素を単位としたアライメント・マークAMのパターンが
登録される。なお、同図では説明を容易にするため画素
数を5×5としている。
【0004】次に、図7に示すようにアライメントユニ
ットAUのハーフミラーMを介して照明光をワークW上
のアライメント・マークAMに照射し、CCDカメラ1
1によりアライメント・マークAMを受像する。そし
て、モニタ12に映し出されたアライメント・マークA
Mの像を演算装置13に入力し、モニタの画素を単位と
して座標データに変換する。演算装置13においては、
前記した登録パターンと、受像したアライメント・マー
クの像を比較する。
【0005】そして、受像したアライメント・マークの
像(検出パターン)が図8(c)に示す検出パターンA
の場合には、登録パターンと60%一致しているので、
スコア60として認識する。また、受像したアライメン
ト・マークの像(検出パターン)が図8(d)に示す検
出パターンBの場合には、登録パターンと80%一致し
ているので、スコア80として認識する。さらに、受像
したアライメント・マークの像(検出パターン)が図8
(e)に示す検出パターンCの場合には、登録パターン
と100%一致しているので、スコア100として認識
する。上記のようにスコアが100に近いパターンを認
識したときには、そのパターンがサーチしたパターンと
して認識する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体素子
等の製造において、ウエハ上に線幅があまり微細でない
パターンを形成するとき、コストダウン等のため、鏡面
加工されていないウエハ(エッチドウエハ)を用いるこ
とがある(表面粗さはユーザにより異なる)。図9は上
記した鏡面加工されていないウエハの画像の一例を示す
図であり、同図に示すように、鏡面加工されていないウ
エハの場合には、アライメント・マーク像に重なってあ
るいはその周辺に表面粗さによるコントラストの強い像
が現れる。
【0007】このため、このようなウエハに設けられた
アライメント・マークを認識するとき、上記したパター
ンサーチ法を採用すると、上記表面粗さによる像がコン
トラストの強い信号としてCCDカメラから送出され、
検出パターンの座標データに、表面粗さによる像の検出
パターンの画像信号が加わる。その結果、スコアが低下
して、パターンサーチができなくなってしまう。これ
は、上記した鏡面加工されていないウエハ以外のワーク
についても同様であり、前記したセラミックス基板、金
属及び金属薄板等においても、上記したパターンサーチ
法によるアライメント・マークの検出を行うことが困難
である場合が多い。
【0008】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであって、本発明の目的は、表
面が荒れたワーク上のパターンを自動的に精度よく検出
することができるパターン検出方法および装置を提供す
ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、次のように解決する。 (1)表面が荒れたワーク上のパターンの位置座標を検
出するため、交差する直線部分のみで形成されたパター
ンの画像を明暗信号として記憶する。そして、上記パタ
ーンの各直線に平行な方向で上記明暗信号を積算して、
図1に示すように、上記各直線に対応した積算信号ΣX
n,ΣYnを求める。これにより、表面の荒れにより生
ずる像は平均化され、上記積算信号は図1(a)(d)
に示すようにパターンの境界位置を明確に表す信号とな
る。次に、上記各積算値を微分して(b)(e)に示す
微分信号を得て、そのピークの位置に基づきパターンの
位置を検出する。
【0010】(2)上記(1)のパターン検出手法をマ
スクとワークの位置合わせ装置に適用し、表面が荒れた
ワークのアライメント・マークまたは表面が荒れたワー
ク上に結像したマスクのアライメント・マークの位置座
標を検出し、マスクとワークの位置合わせを行う。本発
明の請求項1、2の発明においては、上記(1)のよう
にしてパターンを検出しているので、表面が荒れたワー
ク上のパターンの位置を自動的に精度良く検出すること
が可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について説明
する。なお、以下の実施例では、本発明を投影露光装置
におけるマスクとワークの位置合わせに適用した場合に
ついて説明するが、本発明の適用対象は下記の実施例に
限定されるものではなく、コンタクト露光、プロキシミ
ティ露光、あるいは、前記したように、チップマウン
タ、ボンダ、プロービング・テスタ等におけるパターン
検出に適用することができる。
【0012】図2は本発明の1実施例である投影露光装
置の構成を示す図である。同図において、LHは露光光
/非露光光を照射する光照射装置、Fは非露光光照射用
のフィルタ、Mはマスクであり、マスクMには図示しな
いマスクパターンと、位置合わせ用のマスクアライメン
ト・マークMAM(以下、マスクマークMAMと略記す
る)が設けられている。MSはマスクステージであり、
マスクステージMSは同図に示すようにX,Y(マスク
面に対して平行な平面上の直交する2軸)、Z(X,Y
平面に直交する軸)、θ(Z軸を中心とする回転)方向
に移動可能であり、マスクステージMSには上記マスク
Mが載置され真空チャック等により固定される。
【0013】L3は投影レンズ、Wは表面が荒れたワー
クであり、ワークW上にはワークアライメント・マーク
WAM(以下ワークマークWAMと略記する)が記され
ている。WSはワークステージであり、ワークステージ
WS上には上記ワークWが載置され、真空チャック等に
より固定される。AUはアライメントユニットであり、
アライメントユニットAUは前記したように、ハーフミ
ラーM、レンズL1,L2とCCDカメラ1から構成さ
れている。ここで、投影露光装置の場合、ハーフミラー
Mにある程度の厚みがあると、該ハーフミラーMにおい
て、マスクマークMAMの投影像の光路がずれ、マスク
マークMAMのワークW上での結像位置が変化するの
で、その分、補正が必要である。通常、ハーフミラーM
は例えば厚さ数μm程度のペリクル等の樹脂膜で構成さ
れ、上記厚みの影響を使用上問題のない程度まで軽減し
ている。なお、図示しないが、マスクMおよびワークW
上には、通常アライメント・マークが少なくとも2か所
設けられており、アライメントユニットAUは上記アラ
イメント・マーク数に対応した数設けられている。
【0014】2は制御装置、3はモニタであり、上記ア
ライメントユニットAUのCCDカメラ1により受像さ
れた画像信号は上記制御装置2に送出され、制御装置2
は後述する手法によりワークW上に結像したマスクマー
クMAM、ワークW上のワークマークWAMを検出し、
マスクステージMSもしくはワークステージWSを移動
させてマスクMとワークWの自動位置合わせを行う。
【0015】図2において、マスクMとワークWの自動
位置合わせは次のように行われる。なお、上記投影露光
装置におけるマスクMとワークWの自動位置合わせ技術
は周知であり、従来から種々の方法が提案されている。
本実施例ではその内の代表的な例によりその概要を説明
する。
【0016】(1)光照射装置LHよりフィルタFを介
して非露光光をマスクM上に照射し、マスクマークMA
Mを投影レンズL3を介してワークW上に投影する。 (2)アライメントユニットAUのCCDカメラ1によ
りワークW上に結像したマスクマークMAM像を受像
し、その画像信号(明暗信号)を制御装置2に送出す
る。制御装置2は、後述する手法によりマスクマークM
AMの位置座標を検出し、その値を記憶する。なお、上
記(1)(2)において、ワークを載置せずにマスクマ
ークMAMを投影面上に結像させ、該投影面上に結像し
たマスクマークMAM像を受像してもよい。この場合に
は、光照射装置LHから露光光を照射することができ、
これにより、非露光光と露光光により生ずる投影レンズ
の収差を考慮する必要がなくなる。
【0017】(3)次に、非露光光の照射を停止して図
示しない照明光照射装置等から照明光をワークW上のワ
ークマークWAMに照射し(光照射装置から放射される
非露光光を使用してもよい)、アライメントユニットA
UのCCDカメラ1により、ワークW上のワークマーク
WAM像を受像して、その画像信号(明暗信号)を制御
装置2に送出する。制御装置2は、後述する手法により
ワークマークMAMの位置座標を検出し、その値を記憶
する。 (4)マスクマークMAMとワークマークWAMの位置
座標が検出されると、制御装置2は、マスクマークMA
Mの位置座標と、ワークマークWAMの位置座標が重な
るように、マスクステージMSもくしはワークステージ
WSを移動させてマスクMとワークWの自動位置合わせ
を行う。
【0018】上記のようにしてマスクMとワークWの位
置合わせが終了すると、必要に応じてアライメントユニ
ットAUを退避させたのち、光照射装置LHから露光光
を照射して、マスクM上のマスクパターンをワークW上
に投影し、ワークを露光する。ここで、上記(2)
(3)におけるマスクマークMAM、ワークマークWA
Mの位置座標の検出時、ワークWの表面が荒れている
と、前記したように表面粗さによるコントラストの強い
像が現れ、従来の手法ではワークW上に結像したマスク
・マークMAM、あるいはワークW上に記されたアライ
メント・マークWAMの位置座標を検出することができ
ない。
【0019】なお、前記したようにマスクマークMAM
をワークW上に投影せずに、その位置座標を検出する場
合には、ワークの表面荒れの影響を受けることがないの
で、マスクマークMAMを前記した従来方法で検出する
ことが可能であるが、ワークマークWAMはワークW上
に記されているため、その表面荒れにより位置座標を検
出することが困難となる。また、マスクマークMAMを
ワークW上に投影した場合でも、マスクマークMAMの
像は比較的コントラストが強く検出し易いが、ワークマ
ークWAMはコントラストが低いので特に検出が困難で
ある。
【0020】そこで、本実施例においては、図3に示
す、十字形、矩形等の直線で形成されてアライメント・
マークを使用し、次のようにしてワークマークWAM
(必要に応じてマスクマークMAM)を検出する。な
お、以下、上記ワークマークWAM、マスクマークMA
Mをパターンという。
【0021】図1は、前記制御装置2によるパターンの
検出方法を説明する図である。同図は図2に示すCCD
カメラ1により受像され、モニタ3上に表示された十字
形のパターン像を示しており、モニタ3上には、同図に
示すようにパターン像に重なってあるいはその周囲にワ
ークの表面の荒れによる像(同図中の黒濁、白濁像)が
現れる。なお、同図は説明を容易にするため、モニタ3
上の画像を概念的に示したものであり、実際には、前記
したようにモニタ3上にはもっと多くの黒濁、白濁像が
現れる。また、本実施例ではパターン像の方が周囲の画
像より明るいとしている。
【0022】図1に示す画像が受像されると前記した制
御装置2は、上記パターンを形成する直線に平行な直線
に沿って各画素のデータを積算する。例えば、同図に示
すようにパターンが直交する直線で形成されている場合
には、該直線に平行なX軸の各点x1,x2,x3,
…,xnにおいて、Y軸方向に各画素データを積算し、
(x1,Σym),(x2,Σym),…,(xn,Σ
ym)〔m=1〜n〕を求める。また、上記直線に平行
なY軸の各点y1,y2,y3,…,ynにおいて、X
軸方向に各画素データを積算し、(y1,Σxm),
(y2,Σxm),…,(yn,Σxm)〔m=1〜
n〕を求める。
【0023】図1(a),(d)のΣXn信号、ΣYn
信号は上記積算値を示したものであり、ワーク上の黒
濁、白濁像は積算することにより平均化される。例え
ば、同図(c)に示すように、ラインAに沿った画像信
号には、白濁A、黒濁B,C、パターンの像が現れる
が、これを積算することにより、白濁A、黒濁B,Cは
平均化され積算値に与える影響は小さくなる。また、同
図に示すように黒濁Aがパターン像と重なっていても、
xa点におけるY軸方向の積算値にはその影響が殆ど現
れず、パターン像の位置を確実に検出することができ
る。したがって、上記(a),(d)のΣXn信号、Σ
Yn信号を微分することにより、同図(b)(e)に示
すようにパターンの境界で急峻なピークを有する信号を
得ることができ、パターンのエッジ位置を精度良く検出
することが可能となる。
【0024】前記した制御装置2は上記のように、ま
ず、積算信号ΣXn信号を得て、この信号を微分し、微
分信号のピークの位置(xa,xb)を求めて記憶す
る。ついで、積算信号ΣYnを得て、この信号を微分
し、微分信号のピークの位置(ya,yb)を求めて記
憶する。次に、図4に示すように、Xc=(xa+x
b)/2,Yc=(ya+yb)/2により中心位置
(Xc,Yc)を求め、該中心位置(Xc,Yc)をも
ってパターンの位置とする。
【0025】ここで、上記積算する線分の長さx1−x
n,y1−yn(この長さを平均化長という)は、ワー
クの表面荒れにより観測される黒濁、白濁を平均化によ
りキャンセルできる程度の長さが必要であり、次のよう
に選定することができる。例えば、図1において、X軸
あるいはY軸方向のラインに沿って画像信号を観測した
とき、図5に示すデータが得られたとする。同図におい
て、Δ1は、基準レベルに対するパターンのコントラス
ト差、また、Δ2は基準レベルに対するワークの表面荒
れにより観測される黒濁、白濁のコントラスト差であ
る。
【0026】また、ワークの表面荒れにより観測される
黒濁、白濁の粒径をd、表面粗さに応じた係数をk(表
面粗さが大な程、係数kは大きくなる)とすると、前記
平均化長Lはこれらの値により定まり、Δ1が大きい
程、平均化長Lを短くすることができ、また、Δ2、粒
径dが大きい程、平均化長Lを長くする必要がある。す
なわち、平均化長Lは次式の値αに対してL>αとなる
ように選定される。 α=|Δ2/Δ1|d・k
【0027】ワークの表面荒れの程度は、ワークの種
類、ユーザ等により異なり、それに応じて上記黒濁、白
濁の粒径d、Δ1,Δ2、kの値も異なるので、上記平
均化長Lはワークの表面荒れの程度に応じて選択できる
ようにするのが望ましい。このため、例えば、前記した
アライメントユニットAUの倍率を可変できるように構
成し、ワークの荒れの程度に応じて上記倍率を調整すれ
ば、種々のワークに対して精度良くパターン位置を検出
することが可能となる。ここで、ワークマークWAMの
大きさはワークWの表面荒れの程度に応じた黒濁、白濁
の粒径dより、ある程度大きいように定められる。
【0028】なお、上記実施例ではパターンが基準レベ
ルに対して+(パターンの方が明るい)としているが、
パターンが基準レベルに対して−(パターンの方が暗
い)であってもよい。また、上記実施例では、互いに直
交する直線で形成されたパターンを使用する例を示した
が、パターンを構成する直線が直交していなくてもよ
い。例えば、図6に示すように、直交しない線分で形成
されるパターンを使用する場合には、前記した積算方向
は、パターンを構成する直線に平行にする必要がある。
【0029】なお、先に述べた通り、本発明の適用対象
は投影露光装置に限るものではない。例えば、投影レン
ズL3を使用しないコンタクト露光装置、プロキシミテ
ィ露光装置の場合は、アライメントユニットAUは光照
射装置LHとマスクMとの間に挿入され、ワークマーク
WAMはマスクMを通して検出される。ここで、マスク
マークMAMはワークW上に投影されず、直接検出する
ので、ワークWの表面荒れの影響を受けることがなく、
従来方法で検出することが可能であるが、ワークマーク
WAMはワークWの表面荒れにより、位置座標を検出す
ることが困難となるので、本発明が適用される。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、方向が互いに交差する直線部分のみで形成されたパ
ターンの画像を明暗信号として記憶し、パターンの各直
線に平行な方向で画像信号を積算して、上記直線数に対
応した積算信号を求め、各積算値を微分したピーク位置
からパターン位置を検出しているので、表面が荒れたワ
ーク上のパターン位置を自動的に精度良く検出すること
が可能となる。このため、エッチドウエハ、セラミック
基板、金属、金属薄板、プリント基板等の各種ワーク上
のパターンを人手を要することなく検出することが可能
となり、これらのパターン検出の自動化に寄与すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるパターンの検出方法を説明する
図である
【図2】本発明の実施例のマスクとワークの位置合わせ
装置の構成を示す図である。
【図3】本発明で使用されるアライメント・マークの例
を示す図である。
【図4】アライメント・マークの位置を求める手法を説
明する図である。
【図5】平均化長を求める手法を説明する図である。
【図6】直交しない線分から構成されるアライメント・
マークの例を示す図である。
【図7】アライメント・マークを検出する装置の概略構
成を示す図である。
【図8】従来のパターンサーチ方法を説明する図であ
る。
【図9】鏡面加工されていないウエハの画像の一例を示
す図である。
【符号の説明】
1 CCDカメラ 2 制御装置 3 モニタ LH 光照射装置 F フィルタ M マスク MAM マスクアライメント・マーク MS マスクステージ L3 投影レンズ W ワーク WAM ワークアライメント・マーク WS ワークステージ AU アライメントユニット M ハーフミラー L1,L2 レンズ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面が荒れたワーク上のパターンの位置
    座標を検出するパターン検出方法であって、 交差する直線部分のみで形成されたパターンの画像を明
    暗信号として記憶し、 上記パターンの各直線に平行な方向で明暗信号を積算し
    て、上記各直線に対応した積算信号を求め、 上記各積算値を微分して微分信号のピークの位置を求
    め、各積算値より求めたピーク位置に基づきパターンの
    位置を検出することを特徴とするパターン検出方法。
  2. 【請求項2】 マスクパターンと、マスクアライメント
    ・マークを有するマスクと、該マスクを載置するマスク
    ステージと、 交差する直線部分のみで形成されたワークアライメント
    ・マークを有する表面が荒れたワークと、該ワークを載
    置するワークステージと、 上記マスクを介して上記ワーク上に光を照射する光照射
    装置と、 マスクのアライメント・マーク像と、ワーク上に設けら
    れたアライメント・マーク像とを受像するアライメント
    ユニットと、 上記アライメントユニットから送出される画像信号に基
    づき、マスクとワークのアライメント・マークの位置座
    標を検出し、上記マスクステージおよび/またはワーク
    ステージを駆動して、マスクとワークの位置合わせを行
    う制御装置とを備えたマスクとワークの位置合わせ装置
    であって、 上記制御装置は、上記アライメントユニットにより受像
    した画像信号を明暗信号として記憶する手段を備え、 上記記憶手段に記憶された明暗信号を、上記アライメン
    ト・マークの各直線に平行な方向で積算し各直線に対応
    した積算値を得て、各積算値を微分して微分信号のピー
    クの位置を求め、該ピーク位置に基づき、アライメント
    ・マークの位置を検出することを特徴とするマスクとワ
    ークの位置合わせ装置。
JP8002953A 1996-01-11 1996-01-11 パターン検出方法およびマスクとワークの位置合わせ装置 Pending JPH09189519A (ja)

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