JPS59208402A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

Info

Publication number
JPS59208402A
JPS59208402A JP58082789A JP8278983A JPS59208402A JP S59208402 A JPS59208402 A JP S59208402A JP 58082789 A JP58082789 A JP 58082789A JP 8278983 A JP8278983 A JP 8278983A JP S59208402 A JPS59208402 A JP S59208402A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
mask
image
wafer
image sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58082789A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Ayada
綾田 直樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP58082789A priority Critical patent/JPS59208402A/ja
Priority to US06/606,537 priority patent/US4634876A/en
Priority to DE3417580A priority patent/DE3417580C2/de
Priority to GB08412310A priority patent/GB2141538B/en
Publication of JPS59208402A publication Critical patent/JPS59208402A/ja
Priority to HK717/91A priority patent/HK71791A/xx
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • G03F9/7069Alignment mark illumination, e.g. darkfield, dual focus

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】 本発明は、位置検出装置、特に半導体焼付は装置におい
て、マスク又はレチクルの半導体集積回路パターンをウ
ニ・・上に焼付ける前の工程としてマスクとウェハを正
確に位置合わせするために、マスクとウェハ上にそれぞ
れ予め形成された位置合わせ用マーク(以下、それぞれ
マスクアライメントマーク、ウェハアライメントマーク
という。)、の位置を高精度で検出する位置検出装置に
関する。
従来、半導体焼付は装置等において、マスクとウェハの
位置合わせを行なうために、マスクアラインメントマー
ク及びウェハアライメントマークをレーザ光により光走
査し、両者の位置全検出する方法が広く行なわれている
。これらの方法の1つは予め粗位置合わせされたマスク
及びウェハ」二を光走査1〜、両者のアライメントマー
クから得られる散乱光を光検知器で時系列的に取り出し
、該マークの位置情報が光検出器の時間情報に変換され
る。しかしながらこの方法では、レーザ光を等速度でマ
スク面及びウェハ面(すなわちマスクアライメントマー
ク及びウェハアライメントマーク)上を光走査すること
が必要であるが、光学系例えば回転多面鏡の各面の面精
度や該多面鏡の回転ムラ等により等速度で光走査を行う
ことは難しく、計測誤差を生じる原因となっている。
本発明は、上記従来例の欠点に鑑み、高精度の位置検出
装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために、例えばウェハ及
びマスクの像面にイメージ・センサを配置し、ウェハ及
びマスクの位置を直接該センサの位置情報として取り出
すので、レーザ光の時間的走査誤差の影響を受けない。
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第1
図は、本発明の一実施例であるグロキシミテイ方式の半
導体焼付は装置の位置検出用光学系の構成図である。
レーザー光源10から出射されたレーザービームLの進
路に沿って、順次にガルバノミラ−11゜コンデンサレ
ンズ12.回転多面鏡’l 3が配置されている。更に
、この回転多面鏡13により偏向されたレーザービーム
Lの光軸に沿って、リレーレンズ14.フィールドレン
ズ15.復路の反射光を後記する光電検出の光学系(P
D)に分割するためのビームスプリッタ16.リレーレ
ンズ17゜往路の反射光を光検出器34に分割するため
のビームスプリッタ33.絞り1B、対物レンズ19が
順次に設けられレーザービームLの走査位置にはマスク
l、ウェハー2が配置されている。光検出器34は、フ
ォトトランジスタ等の光電変換素子が使用できる。尚、
ここでビームスプリッタ33及び光検出器34の代りに
、例えば回転多面鏡13の近傍に発光部と受光部より成
る光検知器を配置して、回転する多面鏡の各回毎にすな
わち一回の走査毎に信号を検出することにより、同期信
号を得ることが可能である。一方、復路においてはビー
ムスプリッタ16により分離される反射光の光軸上に、
エレクタレンズ30.非散乱光を遮光し、散乱光を透過
する暗視野絞り32.リニアイメージセンサ31が配列
され、これらは光電検出光学系(PD)を構成している
。リニアイメージセンサ31は、−次元方向に多数(本
実施例では3648個) 3− の受光素子を配列した固体撮像素子であり、例えばCO
Dイメージセンサ、MOSイメージセンサ等が使用可能
である。これらのイメージセンサは、個々の受光素子が
半導体フォトリソグラフィのプロセスにより形成される
ため、それぞれの位置精度が非常に高く、高精度な位置
合わせが要求される半導体焼付装置の位置検出用センサ
として最適である。なお実際にはこの他に、目視による
観察光学系1回転多面鐘13の走査開始信号を得るため
のビームディテクタ等が設けられているが、図示を省略
しである。また、本発明のリニア・イメージセンサとし
ては特にCCD等の固体撮像素子に限定されるものでな
く、ビジコン等の一次元ラスター走査撮像管、或は−次
元イメージ・ディテクタ等を用いてもよい。
上記の構成を有する光学系において、レーザー光源】0
から出射されたレーザービームLは、ガル、バノミラ−
11で偏向されコンデンサレンズ12により点aで集光
された後に、回転多面鏡13に入射し、破線で示すよう
にここでほぼ直角方向に 4− 偏向されると共に、回転多面鏡13の回転方向に走査さ
れる。そして更に、リレーレンズ14.フィールドレン
ズ15を通過した後に再び点bI+において集光され、
順次にビームスプリッタ16.リレーレンズ17を通過
し、次いでビームスプリッタ33で反射されたレーザー
ビームLは、光検出器34に検出され、光検出器34の
出力は、第2図に示す同期信号の検出回路42により増
幅、波形整形され、検出回路42は、第3図(a)に示
す如くレーサービームLがマスクlとウェハー2を走査
する間(第3図で時間T、)、ノ・イレベルの同期信号
φ5YNCを発生する。
レーザービームLは、ビームスプリッタ33を通過し、
特にレーザービームLの主光線は絞り13の中央に位置
する対物レンズ19の焦点0.lを通り対物レンズ】9
に入射する。レーザービームLの主光線は対物レンズ1
9の焦点σ、を通っているために、対物レンズ19を通
過後は光軸と平行になり、主光線はマスク1及びウニノ
・−2に垂直に入射することになる。マスク1及びウニ
ノー72に入射するこのレーザービームLは、対物レン
ズ19により微小スポットあるいはバー状光として結像
し、回転多面鏡13の回転に従ってマスク1及びウェハ
ー2の面上を第4図(a)の走査線入方向に走査する。
ここで、Mlとに及びM、とM4はそれぞれ平行であり
、更にM、とM、、M2とM、はそれぞれ直角に交わる
ように、マスク1上に形成されたアライメントマークで
あり、W、とW2も同様に直角に交わるようにウェハー
2上に形成されたアライメントマークである。尚、マス
ク1.ウェハー2は、第4図の位置に不図示の手段によ
り予め粗位置合わせ(プリアライメント)されている。
いま、マスク1.ウェハー2の走査された個所がアライ
メントマークM、、 M、 、 W、 、 W2以外の
平滑面であれば、その反射光は散乱されることなく対物
レンズ19の焦点o5□の位置の入射瞳及びその近辺を
通り、往路と同じ直線を経てリレーレンズ17を介して
ビームスプリッタ16に至る。一方、走査された個所が
平滑面でない場合、即ち第4図(a)に示されるアライ
メントマークM、〜M4. W、 、 W、をレーザー
ビームLが照射した場合には、レーザービームLはこれ
らのエツジで散乱する。そして、この散乱反射光は第1
図の点線で示す往路をそのまま戻らず、対物レンズ19
を通過後にその入射瞳の中心、つまり焦点C1を必ずし
も通らないで入射瞳の端部を通過する。このことは反射
光が入射瞳上で散乱光と非散乱光とに空間的に分離され
ていることを示している。
マスク】及びウェハー2の平滑面で反射された非散乱光
は、入射瞳位置を通過後に点b1で結像するようにリレ
ーレンズ17を介してビームスプリッタ16に導かれ、
ここで直角に偏向されて光電検出光学系(PD)方向に
進む光と、直進して回転多面境13方向に戻る光との2
方向に分離される。
光電検出光学系(PD)の方向に偏向された非散乱光は
、対物レンズ19の焦点C1に結像され、更に対物レン
ズ19の焦点C1と共役な位置o−2に配置された暗視
野絞り32により遮光される。
しかし、実線で示す散乱光は非散乱光とほぼ同様な復路
を通過しても、リレーレンズ17の焦点 7− blと共役な面b2に結像した後、絞り32を透過し、
エレクタレンズ30によりリニアイメージセンサ31上
に再び結像される。すなわち走査レーザービームLがア
ライメントマークM、〜M、、 W、 、 W2に至っ
たときにのみ、その像がセンサ31上に一次元方向に結
像される。尚アライメントマークの形状により、絞り3
2として、非散乱光を透過し、散乱光を遮光する所謂、
明視野絞シを用いてもよい。
リニアイメージセンサ31は、−次元方向に3648個
(ビット)の受光素子が配列されており、アライメント
マークM、〜M、 、 Wl、 W2の位置に対応す、
る受光素子がそれぞれ該マークを検知する。尚より多く
の受光素子布するセンサを用いればセンサの位置検出精
度が高くなることはいうまでもない。
次に、光検出器34にタイミングの取られたリニアイメ
ージセンサ31によシ検知された情報を演算する方法を
第2図乃至第4図を参照して説明する。第2図は、本発
明の一実施例の電気系のプ 8− ロック図である。
まず、レーザービームLがマスク1及びウェハー2上を
走査する走査長(第4図において入方向に走査するビー
ムLがマスクアライメントマークM、を横切り、順次マ
ークW、、 M2. M3. W2を構切り、最終的に
M4を通過するまでの間)が例えば180ミクロンであ
ったとすると、センサ31の1つの受光素子(1ビツト
)が検出する位置情報は0.05ミクロン(≠180μ
/3648bit)となる。すなわちリニアイメージセ
ンサ31のビデオ出力信号は、マスク1及びウェハー2
上のアライメントマークM、 、 Wl、 M2. M
8. W2. M、にょるレーザービームLの光散乱情
報、すなわち当該マークの直接の位置情報であり、その
1ビツトは、マスク1及びウェハー2上の0.05ミク
ロンに相当する。対物レンズ19とリレーレンズ■7の
倍率及びエレクタレンズ30の倍率の積である総合倍率
は、リニアイメージセンサ31の各受光素子の寸法によ
り決まり、例えば各受光素子(1ビツト)の幅が10ミ
クロンであれば、総合倍率は200倍(=JOμ10.
05μ)になる。
光検出器34は、レーザービームLがマスクl。
ウェハー2を1回走査(へ方向)する間、出力信号を同
期信号検出回路42に印加し、検出回路42は、この出
力信号を増巾、波形整形してノ・イレベル状態を示す同
期信号φ5YNC(第3図(a)において区間T1)を
発生し、第2図の如く、これをクロック回路43に印加
する。クロック回路43は、同期信号φ5YNCと、ク
ロック回路内部の水晶振動子等の基準信号とから、第3
図(’b) 、 (c)にそれぞれ示すごとく、イメー
ジセンサ31の駆動信号である。シフト信号φsH,)
ランス゛ファ信号φTRを発生する。
シフト信号φSHI IφSH2は、それぞれ同期信号
φ5YNCの立上り時、立下がり時に発生する信号であ
り、リニアイメージセンサ31の受光部に蓄積された電
荷を転送部のアナログシフトレジスタへ移送(シフト)
する。ことでレーザービームLによる走査周期(第3図
の区間T、 +T2)及び走査時間(同T、)は、回転
多面@13の面数及び回転速度により決定されるが、T
、 +T2= 2.5ミリ秒、T。
=0.5ミリ秒とすれば、信号φSHIとφSH2*φ
S H2と次のφS旧の間の時間は、それぞれ0.5ミ
IJ秒、0.2ミリ秒となる。
トランスファ信号φTRは、シフト信号φsHIとφS
H2との間に、例えば3700パルス(センサ31のビ
ット数3648個より多くなければならない。)発生さ
れる信号であり、シフト信号φSHにより受光部から転
送部のアナログシフトレジスタに移送された電荷を、隣
接するシフトレジスタへ転送(トランスファ)する。ト
ランスファ信号φTRは、パルス間隔0.135マイク
ロ秒(# 0.5ミリ秒/3700パルス)、周波数は
7.4. MHzの信号である。第3図(c)の信号φ
THの下に示した数字は、リニアイメージセンサ31の
出力ビデオ信号のビット番号であり、シフト信号φSH
後の第0ビット目、第1ビツト目・・・第3647ビツ
ト目の信号を示す。また時間1. 、12は、それぞれ
信号φSH2+次の信号φSHIにおける第0ビツト目
から第3647ビツト目までの時間である。
ll− すなわち、レーザービームLがマスク1及びウニ・・−
2上を光走査している間(時間T、)、その光情報は、
時間T1間にアライメントマークM1〜M4 。
W、 、 W2の位置に対応するリニアイメージセンサ
31の受光部に電荷として蓄積され、シフト信号φSH
2により転送部のアナログシフトレジスタに移送され、
次いでトランスファ信号φTRにより、時間り。
(第3図)間に順次読み出される。
尚、レーザービームLがマスク1及びウェハー2を走査
していない時間T2の時は、センサ31の受光部には光
は入射しないが、センサ31の暗電流によるSlN比の
劣化があるため、時間T2の情報も時間t2間でダミー
として読み出す必要がある。
上舵の如くリニアイメージセンサ31から読み出された
出力ビデオ信号は、第2図に示す如くA/D変換器45
によりデジタル化される。 A/D変換器45は、8ピ
ツトのフラッシュ型高速AD変換器であシ、変化タイミ
ングは、センサ3工のトランスファ信号φTRと周期が
等しく位相の異なる変換コマンドパルスCPがクロック
回路43か12− ら印加される。
画像メモリ回路46は、8ピツ) X 4096から成
るR、 A M (ランダム・アクセス・メモリ)であ
り、A/D変換器45からのデータを格納するためのも
のである。メモリ・コントロール回路47は、マイクロ
・プロセッサ48の制御下に動作するものであり、マイ
クロプロセッサ48は、データを画像メモリ回路46に
書込む場合と、データをマイクロプロセッサ48が読み
出す場合に、メモリ・コントロール回路47に切換え信
号SWを印加する。
データ書込み時には、メモリ・コントロール回路47は
、クロック回路43からクロック信号CLを基準にして
、直接、画像メモリ回路46にアドレス及ヒコントロー
ル信号AD D−C(+)−ド/ライト信号、チップ・
セレクト信号)を印加する。
従ってこの場合、画像メモリ回路46は、マイクロ・プ
ロセッサ48の制御から切り離され、DMA(ダイレク
ト・メモリ・アクセス)制御下に動作する。このように
、リニアイメージセンサ31のビデオ信号は、A/D変
換器45によりデジタル化され、8ビツトのデータとし
て画像メモリ回路46に格納される。
一方、データ読出し時には、マイクロ・プロセッサ48
は、メモリコントロール回路47に切換え信号swf:
印加し、アドレス及びコントロール信号ADD−Cをメ
モリコントロール回路47を経由して画像メモリ回路4
6に印加し、上述の如く格納さ汎たデータを直接読出し
、処理を行う。
上記の如く、第4図(a)に示すアライメンマークM、
、 W、、、 M、、 M3. W2. M4にそれぞ
れ対応したリニアイメージセンサ31の出力信号のピー
クP。
〜Pa(第4図(b))は、当該マークの位置情報に直
接に対応しており、画像メモリ回路46のアドレスは、
マスク1及びウェハー2上の座標に対応する。即ち、画
像メモリ回路46の1アドレスは、マスク1及びウェハ
ー2上の0.05ミクロンに対応する。このようにして
得られたデータは、既知の方法で演算でき、例えば、第
4図(b)においてP。
とP2の距離をり、、P2とP3の距離をD2.P3と
P4の距離を1)3. I)4とP5の距離をD4.P
、とP6の距離をD5とした場合、マスク1とウェハー
2のX方向のズレ量ΔX、Y方向のズレ量ΔYは、 ΔX= (D、十D2−D、−D、) /4ΔY= (
−D1+D2−D、+D、) /4で得られる。尚、第
4図(b)のピークIP、、p6を求める方法は、デー
タを二値化してそのパルスの中心を求める方法、波形の
極大値を求めてピークとする方法、波形の近似曲線を求
めその曲線から中心を求める方法等、種々の方法がある
上記の実施例では、マスク1をウェハー2を近接させて
焼付けを行う所謂グロキシミティ方式の半導体焼付装置
について説明したが、本発明は、密着(コンタクト)方
式、あるいはマスクとウェハーの間に投影系を具える7
反射投影(ミラーグロジエクション)方式、縮少投影(
ステップ・アンド・リピート)方式の半導体焼付は装置
あるいは精密な位置合わせを必要する半導体製造機器に
おいても適用することができる。更に、本発明は、第4
図(a)のアライメントマークに限らず、いか=15− なるマークにも適用可能である。
以上説明したように、被検物体を高エネルギーで走査す
ると共に被検物体の位置情報を直接に検知手段の位置情
報として検知することにより、高精度な位置検出が可能
になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例の光学系の構成図、輌2図
は、本発明の一実施例の電気系のブロック図、第3図は
、第2図のタイミングを示すチャート、第4図(a)は
、第1図のマスク及びウニノー−に形成されたアライメ
ントマークを示す上面図、第4図(b)は、第4図(a
>のマークにより得られる出力波形図である。 1・・・マスク     2・・・ウェハー10・・・
レーザ光源  13・・・回転多面鏡19・・・対物レ
ンズ 31・・・リニアイメージセンサ 34・・・光検出器 M、 、 M2. M3. M4・・・マスクアライメ
ントマークW、、W2・・・ウェハアライメントマーク
16−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1の識別マークが形成された第1と物体と、第2の識
    別マークが形成退れた第2の物体との相対的な位置を検
    出する位置検出装置において、レーザ光を発生する手段
    と、・ 前記レーザ光を一次元方向に走査する光走査手段と、 前・記−次元方向に走査されたレーザ光を前記第1及び
    第2の物体上に結像させる結像手段と、前記の第1と第
    2の物体と共役な像面に配置され、前記第1及び第2の
    物体からの・レーザ光の反射光を検知するイメージ−セ
    ンサを有する光検知手段と、 前記イメージセンサの走査タイミングを検知する検知手
    段を有することを特徴とする位置検出装置。
JP58082789A 1983-05-13 1983-05-13 位置検出装置 Pending JPS59208402A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58082789A JPS59208402A (ja) 1983-05-13 1983-05-13 位置検出装置
US06/606,537 US4634876A (en) 1983-05-13 1984-05-03 Object position detecting apparatus using accumulation type sensor
DE3417580A DE3417580C2 (de) 1983-05-13 1984-05-11 Einrichtung zum Ermitteln der Position eines Objekts
GB08412310A GB2141538B (en) 1983-05-13 1984-05-14 Detecting position/alignment
HK717/91A HK71791A (en) 1983-05-13 1991-09-05 An object position detecting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58082789A JPS59208402A (ja) 1983-05-13 1983-05-13 位置検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS59208402A true JPS59208402A (ja) 1984-11-26

Family

ID=13784170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58082789A Pending JPS59208402A (ja) 1983-05-13 1983-05-13 位置検出装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59208402A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6262519A (ja) * 1985-09-13 1987-03-19 Canon Inc 位置検出装置
CN104416285A (zh) * 2013-08-19 2015-03-18 昆山国显光电有限公司 一种定量修补装置及其定量修补方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6262519A (ja) * 1985-09-13 1987-03-19 Canon Inc 位置検出装置
CN104416285A (zh) * 2013-08-19 2015-03-18 昆山国显光电有限公司 一种定量修补装置及其定量修补方法
CN104416285B (zh) * 2013-08-19 2016-03-30 昆山国显光电有限公司 一种定量修补装置及其定量修补方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4599000A (en) Position detection signal processing apparatus
EP0397672B1 (en) Method and system for high-speed, high-resolution, 3-d imaging of an object at a vision station
US4794648A (en) Mask aligner with a wafer position detecting device
US5048968A (en) Alignment mark detecting optical system
JPH0574764B2 (ja)
JPS5999304A (ja) 顕微鏡系のレーザ光による比較測長装置
US4634876A (en) Object position detecting apparatus using accumulation type sensor
US4406546A (en) Photoelectric detecting device
JP2510786B2 (ja) 物体の形状検出方法及びその装置
JPH0117522B2 (ja)
JPH04319615A (ja) 光学式高さ測定装置
US4575250A (en) Aligning apparatus and method for mitigating instability caused by interference in alignment signal
JPS59208402A (ja) 位置検出装置
JPS5852825A (ja) 位置合わせ信号処理装置
US4545684A (en) Alignment mark detecting apparatus and method
JPH02188713A (ja) 画像形成装置
US4477727A (en) Beam position detection system for use in an optical scanning system
JPS60166952A (ja) 位置検出装置
JPH0943456A (ja) 光モジュール光軸調整装置及び方法
JP4266286B2 (ja) 距離情報取得装置、および距離情報取得方法
JPH0511586B2 (ja)
JPS6114654B2 (ja)
JPH07142300A (ja) 位置検出装置
JPS63229817A (ja) マ−クの検出装置
JPH04328439A (ja) 光走査測定装置並びに測定方法