JPH11264718A

JPH11264718A - ウエハの位置把握方法並びに露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JPH11264718A
Application number: JP10097367A
Authority: JP
Inventors: Takushi Ueda; 拓志上田; Shigenao Hashizume; 繁直橋爪; Shinsuke Yamashita; 伸介山下; Tetsuo Mikuriya; 徹雄御厨; Toshiyuki Baba; 敏之馬場
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-09-28
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JP3774320B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハのエッジを撮像し、画像処理で複数エ
ッジ部の所定位置の座標を求め、ウエハ基準点の座標と
姿勢を算出する方法、並びにこれをもとにパターンをウ
エハ上の所定位置に露光する方法及び装置を提供する。【解決手段】ウエハの複数のエッジにおいて、設定し
た２値化レベルからエッジ画素を求め、このエッジ画像
座標から所定エッジ形状の近似式を算出し、算出式から
のエッジがそのバラツキが所定範囲にあるかどうかを判
定し、所定範囲にない場合は、所定範囲内に入るまで２
値化レベルを修正して前記処理を繰り返し、所定範囲に
ある場合の近似式を選定し、これらの近似式をもとに予
め設定したウエハの基準点と姿勢を算出する。またカメ
ラとステージの座標の回転ずれを補正して、パターンを
ウエハに位置合わせする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク中のパター
ンをウエハに露光する時のウエハの位置把握方法並びに
これを用いた露光方法及び露光装置に関するものであ
る。なお、ここで言うウエハの位置把握とは、所定座標
系においてウエハに設定した基準点の座標及び基準線の
傾きを得ることである。

【０００２】

【従来の技術】露光装置におけるウエハの位置把握に関
しては種々の方法が提案されているが、ほとんどはウエ
ハに基準となるパターンが露光されたものに対し、該パ
ターンを検出して行なうものである。基準パターンを有
しないウエハに対する位置決め装置として、特開平７−
１３５２４５が開示されている。これは、円形でオリフ
ラ（以下ＯＦと略す）の形成されたウエハを対象とし、
画像処理でウエハのＯＦ位置と中心点を検出し、ＯＦの
傾きをテーブルの走行方向に平行となるようウエハステ
ージを回転し、この時のウエハの中心座標を補正算出す
ることによって、基準パターンの無いウエハに対しても
露光ショット位置を制御し、正しく露光しようというも
のである。ウエハのＯＦ位置の検出は、ウエハ外縁画像
からＯＦの左右端の絶対座標を画像処理で求めるととも
に、得られる直線式から傾きを算出するものである。ま
た、ウエハ中心点の検出は、ウエハ外縁部から円周上の
３点の絶対座標を画像処理で求め、中心座標を算出する
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気ヘッドの製造工程
において、磁気ヘッドの浮上特性をよくするため浮上面
に所定パターンの微少段差加工を施すＦＥＡＢ（Fully
Eched Air Bearing）工程がある。通常ＦＥＡＢ工
程は、成膜した円形ウエハから切り出したスライダーが
一列に繋がった状態の矩形棒状のウエハであるローウエ
ハを対象とし、磁気ヘッドの浮上面側に感光剤を貼り、
露光装置によって加工パターンを露光して現像し、その
後エッチング等により加工するものである。露光におい
ては、スライダー位置を直接把握することが望ましい
が、浮上面側にはスライダーの位置を示すような基準マ
ークはないため、前述した公知例と同様に、画像処理で
ローウエハ外周をもとにした基準点を検出し、これをも
とにスライダーの位置を把握する方法が考えられる。し
かし、ローウエハの露光面側には感光剤が貼ってあるた
め、画像として取り込んだ際、ノイズが多く、コントラ
ストの低い画像となり、公知例を単純に適用しようとし
てもミクロンオーダの高い精度で外周部エッジを正確に
検出することは難しい。また、実際の露光に当たって
は、ローウエハを位置決め制御するためのステージの座
標軸と、ローウエハ及び露光用のパターンを有するマス
クを検出するための撮像手段の座標軸とはズレがないよ
うに調整しておくか、予め相互位置関係を求めておかな
ければ、正確にスライダーにパターンを露光することは
難しいが、これに対する記述はない。従って本発明は、
不明瞭なローウエハの外周エッジ画像を良好に処理して
ローウエハの位置を把握する方法、並びにこれをもとに
マスクのパターンをスライダーに正確に投影する露光方
法及び露光装置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のウエハの位置把
握方法は、ウエハの複数の所定箇所のエッジを撮像し、
画像処理で画面内エッジの近似式又は近似式上の所定点
の座標を求め、各撮像対象のエッジの相互位置関係とを
もとに、ウエハ外周部を数式で表し、これをもとに予め
設定したウエハ基準部の座標と傾きを算出するウエハの
位置把握方法であって、前記近似式は、設定した２値化
レベルからエッジ画素を求め、このエッジ画素座標から
所定エッジ形状で表される数式を算出し、この算出式か
らのエッジ画素のバラツキが所定範囲にあるかどうかを
判定し、所定範囲にない場合は、所定範囲内に入るまで
２値化レベルを修正して前記処理を繰り返し、所定範囲
にある場合の算出式とすることを特徴としている。な
お、前記ウエハが、磁気ヘッド素子を成膜した後の、ス
ライダーが一列に繋がった状態の、矩形棒状で、浮上面
側に感光剤が貼ってあるローウエハと称するものの場
合、短辺と長辺の所定のエッジに対しエッジ画素を求め
て、短辺エッジ形状の近似式と長辺エッジ形状の近似式
を算出し、この交点をローウエハの基準点とし、長辺側
直線近似式からローウエハの姿勢を算出するものであ
る。

【０００５】本発明の露光方法は、マスク中のパターン
をウエハに投影する露光方法において、ウエハを載置し
直線移動するステージ上に設けたマークを移動前後で撮
像し、カメラ座標系でマークの移動方向と直角方向のず
れを計測し、ずれが許容範囲外であればカメラ姿勢を修
正し、ステージを基準とする機械座標系と、カメラ座標
系の軸の回転ずれを無視できるようにし、マスクのパタ
ーンを撮像してパターンの基準部の座標及び傾きを算出
し、前述した位置把握方法で求めたウエハの基準部の座
標及び傾きが、パターンの基準部の座標及び傾きに合致
するようにマスク又はウエハを移動制御して、マスクの
パターンをウエハに露光することを特徴としている。ま
た、前記計測したずれに対し、ずれ角度が許容範囲外で
あればその角度データを記憶し、マスクのパターンを撮
像してパターンの基準部の座標及び傾きを算出し、前記
ずれ角度で補正した機械座標系の座標及び傾きに変換
し、前述した位置把握方法で求めたウエハの基準部の座
標及び傾きが、前記変換後のパターンの基準部の座標及
び傾きに合致するようにマスク又はウエハを移動制御し
て、マスクのパターンをウエハに露光することもでき
る。また、本発明の露光装置は、マスク中のパターンを
ウエハに投影する露光装置であって、載置したウエハの
場所を把握するとともに移動制御するワーク載置部と、
ウエハにマスクパターンを投光する露光部と、ウエハ及
びマスクパターンを撮像する撮像部と、ウエハのエッジ
を検出するための２値化レベル設定手段とエッジ近似式
判定手段を有し、ウエハの位置把握をするとともに、位
置把握データをもとにウエハの所定位置にマスクパター
ンを投光するようにウエハ又はマスクを移動制御する制
御部とを備えていることを特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図３にローウエ
ハ２０の露光面２１を示した図を示す。露光面２１は、
円形のウエハから切出した時の切断面にあたり、ラップ
等で表面加工が施されている。ウエハ上に成膜された膜
２２は露光面２１に直交する面に存し、露光面側からは
膜の断面を見ることになる。その膜内に各磁気ヘッドを
構成する情報の読み書きを行う素子２３が正確な相互位
置関係をもって並んでいる。ローウエハ２０は精度よく
切り出されており、図３におけるローウエハ２０の左側
面エッジからの素子２３の位置は予め既知である。ロー
ウエハ２０は治具に固定されて露光されるが、生産性を
高めるため、図２に示すように治具１７の所定の位置に
複数個、１列に接着剤で精度よく固定され、その上から
感光剤を貼り付けるられ、露光装置にセットされる。

【０００７】図１に本発明の露光装置の概要を示す。主
な構成要素は、ワーク載置部１０１、露光部１０２、撮
像部１０３、制御部１０４である。制御部１０４は位置
制御手段１０５と画像処理手段１０６を備えている。ワ
ーク載置部１０１は、Ｘ軸方向に位置制御可能なＸス
テージ８とＹ軸方向に位置制御可能なＹステージ１０を
組合わせたＸＹ移動手段を有し、Ｙステージ１０上に
は、図２に示す前記治具１７が、ローウエハ２０の長辺
方向がＸ軸方向になるように載置される。Ｘステージ８
及びＹステージ１０は各々エンコーダ９及び１１を有
し、位置制御手段１０５と電気的に接続されており、移
動量の入出力がされる。エンコーダ９及び１１は機械的
原点付きのアブソリュートエンコーダを用いており、
Ｘ、Ｙステージの位置は機械的原点からのエンコーダ値
である絶対値で示され、移動量は移動前後のエンコーダ
値の差で算出することができる。また、Ｙステージ１０
上の治具１７が載置される近傍位置には、ミラー１８及
びマーク１９が設けられている。マーク１９は、後述す
るように、撮像手段で検出するに際し、所定量移動して
も一視野でとらえられる大きさで、かつ画像処理で図心
を信頼性高く計測できる形状がよく、円形とするとよ
い。

【０００８】露光部１０２は、ワーク載置部１０１の上
方で、垂直方向に位置調整可能なＺステージ（図示せ
ず）に取付けられている。Ｚステージはワーク載置部１
０１を設けた架台から立上がったコラム（図示せず）に
取付けられている。水銀灯１は露光用光源であり、その
下方に露光用のパターンを有するマスク１６が、ＸＹ平
面に平行に旋回位置制御可能なＲステージ１４にセット
されている。マスク１６は、前記治具１７上のローウエ
ハ２０にパターンが投影できるような所定位置にある。
Ｚステージ及びＲステージ１４は前述のＸ、Ｙステージ
と同様エンコーダ１３及び１５を有し、位置制御手段１
０５と電気的に接続されており、位置情報及び移動指令
が入出力される。Ｚステージはマスク１６の焦点合わせ
に用い、Ｒステージ１４はマスク１６の姿勢制御に用い
られる。マスク１６の下方にはフィルターホルダー２が
配設されている。フィルターホルダー２には２枚のバン
ドパスフィルタがセットされ、１枚は露光用の光の波長
を通す露光フィルタであり、もう１枚は露光用の光の波
長を遮断するとともに、マスクのパターンをミラー１８
に写し、ＣＣＤカメラで撮像する（後述）ための水銀灯
の光を減光するフィルタである。フィルターホルダー２
は左右に移動するＰ軸を有し、露光時には露光用のフィ
ルタがマスク１６下にセットされる。

【０００９】撮像部１０３は、ワーク載置部１０１上
の、ローウエハ２０、マーク１９及びマスク１６のパタ
ーンを撮像できる光学的構成としている。減光フィルタ
ーを介し水銀灯１で照射されたマスク１６のパターン像
が、ワーク載置部１０１に取付けられたミラー１８に写
るように、第１のハーフミラー３がワーク載置部１０１
と露光手段１０２の間で、かつマスク１６の鉛直方向下
方に配設されている。また、ローウエハ撮像用光源６、
第２のハーフミラー５及びミラー４が、ローウエハ撮像
用光源６からの照明光を、第１のハーフミラー３を介し
てローウエハ２０に照射するように配設されている。例
えば下方に投光するローウエハ撮像用光源６に対して、
その垂直下方に第２のハーフミラー５を配置し、第２の
ハーフミラー５の垂直下方でかつ第１のハーフミラー３
の水平方向にミラー４を配置する。

【００１０】撮像手段７は、第１のハーフミラー３、ミ
ラー４、第２のハーフミラー５を介して導かれるローウ
エハ２０の像、マスク１９の像及びミラー１８に写され
たマスク１６のパターン像を撮像できるよう第２のハー
フミラー５の水平方向に設置されている。撮像手段７は
例えばＣＣＤカメラを用いることができ、画像処理手段
１０６と電気的に接続されている。

【００１１】画像処理手段１０６は、ＣＣＤカメラ７で
撮像されるローウエハ２０、マーク１９及びマスク１６
のパターンの位置姿勢を、カメラの撮像素子に対して設
定したカメラ座標系ｘｙ軸の座標（以降、画像座標と呼
ぶ）で表すことができる。また、後述するローウエハの
エッジ検出のための２値化レベル設定手段、輪郭追跡手
段、直線算出手段及び直線性判定手段を有している。ま
た、位置制御手段１０５と電気的に接続されており、
Ｘ、Ｙステージ上の撮像対象に対しては、前記画像座標
にエンコーダ９及び１１の値を加味して、Ｘ、Ｙステー
ジに対して設定した機械座標系ＸＹ軸の座標（以降、機
械座標と呼ぶ）で表すことができる。この際、カメラ座
標系の原点位置と機械系座標の原点位置関係を決定して
おけば、容易に座標変換ができることは公知である。こ
の両座標間の位置関係付けは任意でよいが、本実施の形
態では機械座標系の原点をカメラ座標系の原点と一致さ
せるようにしている。

【００１２】位置制御手段１０５は、画像処理手段１０
６で算出されるマスク１６やローウエハ２０の位置姿勢
とＸ、Ｙ、Ｚ、Ｒ各ステージのエンコーダ値をもとに、
露光のためのＸ、Ｙ、Ｚ、Ｒステージの位置制御指令を
出力する。また、フィルタープレート２の作動指令も出
力する。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｒ各ステージは、前述し
た構成要素に限定して配設される必要はなく、適宜組み
合わせることができる。例えば、Ｘ、ＹとＲステージ
はワーク載置部１０１或いは露光部１０２のどちらかに
統合した構成としてもよい。また、位置制御手段１０５
と画像処理手段１０６の機能は、前述した機能範囲に留
まるものではなく、適宜分担することもできる。

【００１３】次に、露光操作について説明する。まず、
水銀灯１の直下に減光フィルターがくるようにフィルタ
ープレート２を作動し、次いでマーク１９の全体がＣＣ
Ｄカメラ７の視野内でＹ軸側一端部に入るようにワーク
載置部１０１のＸ、Ｙステージを作動する。このマーク
１９を第１のハーフミラー３、ミラー４及び第２のハー
フミラー５を介してＣＣＤカメラ７で撮像し、画像処理
手段１０６でその図心をカメラ系座標で表した画像座標
で算出する。次にＹステージ１０を、マーク１９全体が
視野内のＹ軸側他端部に見えるだけの所定量ｓ移動し、
再度マーク１９の図心の画像座標を算出する。この時、
カメラ座標系と機械座標系の座標軸の角度が一致してい
れば、移動前後の図心のｘ座標値は同一となる。ｘ座
標値にズレ量ｒがある場合、移動量ｓとズレ量ｒで計算
できる角度αだけカメラ系の座標軸は機械座標系の座標
軸に対して回転していることになる。この角度αをもと
に、ＣＣＤカメラ７の取付け角度を調整する（調整手段
図示せず）。この操作を所定の許容ズレ範囲に入るまで
行ない、カメラ座標系のｘｙ軸と機械座標系のＸＹ軸を
実質上一致させる。これにより、画像座標を機械座標に
変換する時、角度成分の補正をする必要が無くなる。

【００１４】次にミラー１８にマスク１６のパターンが
写るようにＸ、Ｙステージを作動する。このパターンを
第１のハーフミラー３、ミラー４及び第２のハーフミラ
ー５を介してＣＣＤカメラ７で撮像し、カメラ座標系に
おいて、パターン中の予め決めた基準点Ｑの座標と、基
準線分のｘ座標軸に対して回転している角度βを画像処
理手段１０６で算出する。マスク１６は、パターンの基
準線分が、予め決めた機械座標系における軸方向、例え
ばＸ軸方向に対して傾きがないようにセットされるが、
実際には多少のズレを生じる。このため、前記算出した
基準線分のずれ角度βのデータを位置制御手段１０５に
送り、基準線分がＸ軸と平行になるようにＲステージ１
４を作動させる。この時、機械系の座標軸と画面系の座
標軸とは一致させているので、画像座標で該制御データ
を算出すればよい。この状態のパターン基準点Ｑの画像
座標を記憶しておく。

【００１５】次にワーク載置部１０１のＹステージ上に
ローウエハ２０（２０ａ、２０ｂ、…）を貼り付けた治
具１７をセットする。Ｘ、Ｙステージを作動し、第１の
ローウエハ２０ａをＣＣＤカメラ７の視野内に移動して
撮像し、Ｘ、Ｙステージの移動量と画像座標をもとに、
後述する方法でローウエハ２０ａの位置把握を行なう。
即ち、機械座標系で、図３に示すローウエハ２０の基準
点２８の座標及び長手方向傾きを求める。続いて、ロー
ウエハ２０の基準点２８と、予め設定したローウエハ２
０の基準点２８から最初の露光基準点Ｔまでの距離ａ、
ｂを用いて最初の露光基準点Ｔの座標を算出する。露光
に当たっては、最初の露光基準点Ｔが、前記画像座標で
表されるマスク１６のパターンの基準点Ｑに一致するよ
うにＸ、Ｙ軸を位置制御するとともに、マスク１６の基
準線分をローウエハ２０の長手方向傾きに合わせるよう
にＲステージ１４を位置制御する。その後、水銀灯１の
直下に露光フィルターがくるようにフィルタープレート
２を作動し、最初の露光をする。

【００１６】その後の露光は、予め設定したスライダー
ピッチデータｃを加算して、順次ずれ角度βで算出でき
るＸ成分量とＹ成分量分をＸ、Ｙステージを移動して行
なう。またローウエハ２０の傾きが大きい場合、曲がり
方向に合わせてマスク１６の基準線分を合わせるように
適宜Ｒステージも作動する。このようにして、治具１７
上のローウエハ２０（２０ａ、２０ｂ、…）全数に対し
て、予め全数をまとめて、又は露光直前の１本毎に位置
把握をして、ローウエハ２０の１本毎にＸ、Ｙ又はＲス
テージの露光時の位置情報を算出し、これをもとに露光
を行なう。これにより、ローウエハ２０の傾きや曲がり
の影響をほとんど受けずに所定の位置に露光することが
できる。これは、長さが長いローウエハに対するとき特
に有効である。なお、能率向上のため、治具上の任意の
複数のローウエハ２０に対してまず位置把握をし、Ｘ軸
方向座標及び傾きについては平均値を算出して、これを
使用して行うようにしてもよい。この場合、ローウエハ
２０の取付け精度が悪いと露光精度が低下する。これに
対しては、位置把握時のデータが他のローウエハ２０に
対して所定範囲外のものは露光をしないようにすること
で対応できる。また、このローウエハ２０の位置把握デ
ータを前工程のローウエハ貼付け、治具取付け工程等に
フィードバックすることで、作業改善をすることもでき
る。

【００１７】以下、前述したローウエハの位置把握方法
について説明する。まず、図３に示す短辺のエッジのほ
ぼ中央部のポイント２４と、長辺の成膜されていない側
のエッジであるバックエッジの両端部及び中央部の計３
個所のポイント２５、２６、２７、合計４箇所を撮像
し、各ポイントにおいて、後述するエッジ検出処理をも
とにした画像処理でエッジの直線式を算出する。次に、
ポイント２５、２６、２７では、算出したエッジ直線式
上の所定の点、例えば画面内のｘ軸方向の中央部の一点
の座標を求める。上記の直線式及び中央部の点は、画像
処理によりカメラ座標系における数式及び画像座標で算
出されるが、Ｘ、Ｙステージが任意の所定位置にある
時の機械座標系の数式及び座標として表すことができ
る。例えば、ポイント２５において算出した中央部の点
のＸ座標値は、ローウエハ撮像前のＸステージの位置は
エンコーダ値で既知であることから、この時のエンコー
ダ値Ｘ1と、ポイント２５がカメラ視野に入った時のエ
ンコーダ値Ｘ2と、中央部の点の画像座標値x3から、x3
−（Ｘ2−Ｘ1）で表すことができる。ローウエハ２０の
位置把握データを機械座標系で得る時のＸ、Ｙステージ
の所定位置を、機械原点にある時としておくと、その時
のエンコーダ値は零であり、計算が簡単になり望まし
い。なお、上述したＸ1、Ｘ2、ｘ3は同じ単位のものと
して簡単に説明したが、実際には、エンコーダ及び画像
処理の所定の分解能をもとに、その計測値を同一長さ単
位に換算したものを用いることは言うまでもない。

【００１８】ローウエハ２０の基準点２８は、前述した
バックエッジにおける３個所のポイントにおける３点を
通る２次曲線を算出し、その２次曲線とポイント２４で
求めたエッジの直線式の交点とし、その機械座標を求め
る。ローウエハ２０の基準線は、上記３点の機械座標か
ら最小自乗法で求めた直線式とし、その傾きはＸ軸に対
する傾き角度γで表す。この場合、画像処理で求めたエ
ッジの直線式の精度が多少低く、これから求めた中央部
点の座標値にばらつきが生じても、その値はステージの
移動量に比して極小であるため、算出した傾き角度γは
信頼性が高いものとなる。なお、傾き角度γに関して
は、前記ポイント２５、２６、２７各々で算出したカメ
ラ座標系における各エッジ直線式から、ｘ軸に対する各
傾き角度を求め、この平均値を用いてもよく、エッジの
直線式の精度に応じて適宜選ぶことができる。この場合
は、カメラ座標系と機械座標系の回転ずれは影響されな
い。ローウエハ２０の傾きは、ローウエハ２０の治具１
７への貼付けや、治具１７のＹステージへのセット時の
位置ずれを表しているので、前述したように、これに合
わせてマスク１６の傾きを修正して露光することで、精
度の良い露光ができる。また、前記２次曲線は、ローウ
エハ２０の曲がり具合を表しているので、これに合わせ
てマスク１６の傾きを修正して露光することもできる。

【００１９】次に、エッジ検出処理について説明する。
前述したように本発明が主に対象とするローウエハ２０
は、感光剤が貼り付けられており、撮像画像はノイズが
多くコントラストも低く、かつ場所によりこの状況が異
なるため、２値化のための閾値を前もって決めることは
難しい。これに対する方法を、ポイント２４におけるエ
ッジ検出を例に、図４に示すフローチャートを用いて以
下説明する。図５にポイント２４において取り込んだ画
像を模式的に示す。ローウエハ２０の基板は白く、背景
のローウエハ張り付け冶具は黒く、この境界線２９が検
出したい短辺エッジを示すとする。

【００２０】まず、撮像画像を取り込み（Ｓ１００）、
２値化レベル設定手段において、予め定めた閾値決定用
エリア３０内の平均輝度を算出する。この平均輝度に定
数を乗じた値を初期閾値とする。図５では閾値決定用エ
リア３０をローウエハ基板側の白地面に設けており、こ
の場合の定数は１以下の値とする。具体的な値は、検出
するエッジの状況に合わせて、予め設定した安全サイド
値を用いる。次に輪郭追跡手段において、エッジの輪郭
追跡を開始する点を決める輪郭追跡開始地点決定処理を
行う（Ｓ１０１）。ここではまず、初期閾値を用いてエ
ッジ検出用エリア３１内をエリアの右上から左に向かっ
て走査する。規定個数以上の白画素の連続の後の黒画素
の連続があった場合、最初の白画素と黒画素の境界をエ
ッジ上の一点とする。上記条件を満たす点が存在しない
場合、規定画素例えば５画素下がって同様の走査を行い
エッジ上の１点を探す。所定画素例えばエッジ検出用ウ
ィンドの上辺と下辺の中間まで下げても条件を満たす点
が存在しなかった場合、輪郭追跡開始地点決定失敗とし
て閾値を予め定めた値分だけ加算して更新し（Ｓ１０
５）、処理を繰り返す。ここで更新する値は、初期閾値
を低い値に設定した場合には正の数、高めに設定した場
合は負の数とする。エッジ上の１点が抽出されたら、そ
の点を始点として公知の方法により輪郭追跡処理を行う
（Ｓ１０２）。輪郭追跡の終点がエッジ検出用エリア下
辺３２の辺上であれば、輪郭追跡成功とする。輪郭追跡
終点が３２の辺上でなかった場合、閾値が適当でなかっ
たとし、閾値を予め定めた値分だけ更新し、Ｓ１０１か
ら同じ処理を繰り返す。

【００２１】輪郭追跡が成功したら、直線算出手段にお
いて直線式算出・異常データ除去処理を行う（Ｓ１０
３）。第一段階として、輪郭データから最小二乗法で近
似直線式を求め、得られた近似直線から大きく外れた、
例えば３画素以上外れた輪郭座標データを除去し、残っ
た輪郭データ数を求める。この時に残った輪郭データ数
をＮ₁とする。次に第二段階として、残った輪郭データ
を用いて直線式を計算し直す。今度はさらに狭い範囲、
例えば１画素以上外れた輪郭座標データを除去し、残っ
た輪郭データ数を求める。この第二段階の処理を収束す
るまで繰り返す。ここで収束とは残ったデーター数が除
去前の全データ数と大きく減っていないことであり、例
えば（データ除去後のデータ数／データ除去前のデータ
数）＞０．９であることである。ここで一定回数以上繰
り返しても収束しなかった場合、前述したと同様にして
閾値の更新を行いＳ１０１から同じ処理を繰り返す。

【００２２】収束した場合、直線性判定手段により直線
性の判定処理を行う（Ｓ１０４）。これは最終の直線式
算出に使用した輪郭データ数Ｎ₂個と第一段階で残った
輪郭データ数Ｎ₁をもとに、最終の直線式が実際のエッ
ジに対し適切な直線式を示しているかどうかを判定する
ものである。Ｎ₂／Ｎ₁が規定値、例えば０．９５以上な
ら正確なエッジ検出成功であるとし、処理を終了する。
規定値以下であれば、閾値を予め定めた値分だけ更新し
て輪郭追跡開始点決定処理Ｓ１０１から処理を繰り返
す。閾値の更新回数が規定回に達した時、または閾値が
画像の輝度レベルを超えた時は、エッジ検出エラーとし
処理を中止する。以上、短辺エッジ側のポイント２４に
ついて説明したが、ポイント２５、２６、２７のエッジ
検出も同様にして行う。

【００２３】なお、ローウエハ２０の位置把握のために
撮像する箇所は、上述した場所及び個数に限定されな
い。バックエッジ側の代わりに基板と膜の境界部でもよ
く、３個所でなくても４個所以上としてもよい。また、
短辺エッジ側でも、２個所以上とし、バックエッジと同
様に各ポイントの所定の座標を求め近似線を引いてもよ
い。また、ローウエハ２０の形状に反りが無視できれ
ば、ローウエハ２０の基準点２８算出のための長辺側数
式を２次曲線でなく、ローウエハ傾き算出用に求めた直
線式を用いてもよいし、長辺の撮像カ所を２個所としこ
こで求められる２点を基にした直線式を用いてもよい。
また、以上は矩形のローウエハ２０に対して説明してき
たが、本発明は矩形でない例えばオリフラ付きの円形ウ
エハに対しても適用できることはいうまでもない。この
場合、前述のローウエハ２０の長辺をオリフラに、短辺
を円周部に、基準点２８を円の中心に相当するとして置
換えればよい。また、ポイント内のエッジ近似式は、オ
リフラでは直線に、円周部では円にするように設定すれ
ばよい。

【００２４】（実施の形態２）前述した実施の形態１
は、カメラ座標系と機械座標系の座標軸が角度α回転し
ていた場合、カメラの姿勢を機械的に修正して、座標軸
の回転ずれを無視できるようにしてから露光処理を行な
うものであるが、カメラの姿勢を修正せず、角度αのデ
ータを用いて、露光のための位置及び姿勢制御に補正を
かけて行なうこともできる。以下これについて簡単に説
明する。なお、装置構成は前述したものと同一であり、
同じ符号を用いる。

【００２５】図６に示すように、カメラ座標系が機械座
標系に対し角度α回転している場合、マスク１６のパタ
ーンを撮像し、カメラ座標系でその基準点Ｑの画像座標
を（ｘｑ、ｙｑ）、基準線分ＱＱ’の回転角度をβとし
て算出したとすると、これは容易に幾何計算で機械座標
系に換算できる。その時の機械座標（Ｘｑ、Ｙｑ）及び
回転角度βkは次式で表せる。（角度は時計廻りを正と
する） βk＝β＋α （Ｘｑ、Ｙｑ）＝（ｘｑ・cosα−ｙｑ・sinα、ｙｑ・cos
α＋ｘｑ・sinα）従って、Ｒステージを角度βkだけ移動すれば、マスク
１６の基準線分を機械座標系のＸ軸方向にあわせること
ができる。

【００２６】ローウエハ２０の位置把握に際しては、角
度α回転したカメラ座標系で計測した画像座標は、回転
角度が零の場合の画像座標と等しくないが、角度α、β
が数度の範囲である限り、その誤差は極めて微小で、こ
れを用いてローウエハ２０の傾き及び２次曲線を計算し
ても実質上問題はない。もちろんこの誤差は計算で求め
ることができるので、補正することは可能である。前述
と同様にして、ローウエハ２０をカメラ視野内に移動
し、この時のエンコーダ値と画像座標をもとに、Ｘ、Ｙ
ステージが原点にある時のローウエハ２０の基準点２８
及び傾きγを機械座標系で求める。その後の露光操作
は、前述したものと同様である。この方法によれば、カ
メラの取付け取外し毎に、カメラの微小な姿勢合わせが
不要であり、かつ機械的操作では対応することが難しい
極めて微小な誤差に対しても対応でき、より高精度の露
光が可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、画像で
検出できる基準パターンを有しないウエハに対して、エ
ッジと認識した画素を用いて算出した近似式を、画素の
バラツキ状態を基に良否判定しながら適宜２値化レベル
を調整して最終近似式を確定するので、エッジの撮像画
像がノイズが多く、コントラストが低いようなウエハで
も良好にエッジを数式化でき、これをもとにしてウエハ
の露光のための基準点の座標及び基準線の傾きを算出で
き、ウエハにマスクのパターンを精度よく露光すること
ができる。さらに、前記基準線の傾きは、数箇所のエッ
ジの最終近似式中における所定ポイントにおける機械座
標を用いて最小自乗法で算出した直線式から求めるの
で、画像処理で求めたエッジの最終近似式の精度が多少
低く、これから求めた所定ポイントの座標値にばらつき
が生じても、その値は所定ポイント間の距離に比して極
小であるため、算出した傾き角度は精度が高い。また、
カメラ座標系と機械座標系の軸の回転ずれを、予め計測
するので、これをもとにカメラ取付け姿勢を修正するこ
とで誤差の少ない露光ができる。さらに、回転ずれ量を
制御データとして用いてウエハの位置把握時補正する
と、一段と誤差の少ない露光ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の全体構成を示す概要図

【図２】ローウエハが治具に貼り付けられた状態を示す
図

【図３】ローウエハの露光面及び撮像箇所を示す図

【図４】エッジ検出処理を示すフローチャート

【図５】エッジ撮像時の画像を示す模式図

【図６】カメラ座標系が機械座標系に対し回転している
場合の、基準点・基準線のずれを示す図

【符号の説明】

１露光用光源２フィルターホルダー３第１のハーフミラー４ミラー５第２のハーフミラー６ローウエハ撮像用光源７撮像手段１６マスク１７治具１８ミラー２０ローウエハ２１露光面２４、２５、２６、２７エッジの撮像ポイント２８ローウエハの基準点２９ローウエハと基板の境界線３０閾値決定用エリア１０１ワーク載置部１０２露光部１０３撮像部１０４制御部１０５位置制御手段１０６画像処理手段

フロントページの続き (72)発明者御厨徹雄埼玉県熊谷市三ケ尻6010番地日立金属株式会社生産システム研究所内 (72)発明者馬場敏之埼玉県熊谷市三ケ尻6010番地日立金属株式会社生産システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハの複数の所定箇所のエッジを撮像
し、画像処理で画面内エッジの近似式又は近似式上の所
定点の座標を求め、各撮像対象のエッジの相互位置関係
とをもとに、ウエハ外周部を数式で表し、これをもとに
予め設定したウエハ基準部の座標と傾きを算出するウエ
ハの位置把握方法であって、前記近似式は、設定した２値化レベルからエッジ画素を
求め、このエッジ画素座標から所定エッジ形状で表され
る数式を算出し、この算出式からのエッジ画素のバラツ
キが所定範囲にあるかどうかを判定し、所定範囲にない
場合は、所定範囲内に入るまで２値化レベルを修正して
前記処理を繰り返し、所定範囲にある場合の算出式とす
ることを特徴とするウエハの位置把握方法。
【請求項２】マスク中のパターンをウエハに投影する
露光方法において、ウエハを載置し直線移動するステージ上に設けたマーク
を移動前後で撮像し、カメラ座標系でマークの移動方向
と直角方向のずれを計測し、ずれが許容範囲外であれば
カメラ姿勢を修正し、ステージを基準とする機械座標系
と、カメラ座標系の軸の回転ずれを無視できるように
し、マスクのパターンを撮像してパターンの基準部の座標及
び傾きを算出し、請求項１に記載の位置把握方法で求めたウエハの基準部
の座標及び傾きが、パターンの基準部の座標及び傾きに
合致するようにマスク又はウエハを移動制御して、マス
クのパターンをウエハに露光することを特徴とする露光
方法。
【請求項３】マスク中のパターンをウエハに投影する
露光方法において、ウエハを載置し直線移動するステージ上に設けたマーク
を移動前後で撮像し、カメラ座標系でマークの移動方向
と直角方向のずれを計測し、ずれ角度が許容範囲外であ
ればその角度データを記憶し、マスクのパターンを撮像してパターンの基準部の座標及
び傾きを算出し、前記ずれ角度で補正した機械座標系の
座標及び傾きに変換し、請求項１に記載の位置把握方法で求めたウエハの基準部
の座標及び傾きが、前記変換後のパターンの基準部の座
標及び傾きに合致するようにマスク又はウエハを移動制
御して、マスクのパターンをウエハに露光することを特
徴とする露光方法。
【請求項４】マスク中のパターンをウエハに投影する
露光装置であって、載置したウエハの場所を把握すると
ともに移動制御するワーク載置部と、ウエハにマスクパ
ターンを投光する露光部と、ウエハ及びマスクパターン
を撮像する撮像部と、ウエハのエッジを検出するための
２値化レベル設定手段とエッジ近似式判定手段を有し、
ウエハの位置把握をするとともに、位置把握データをも
とにウエハの所定位置にマスクパターンを投光するよう
にウエハ又はマスクを移動制御する制御部とを備えてい
ることを特徴とする露光装置。