JPS60225429A - 位置検出装置 - 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】 本発明は被検物体の位置を検出するための装置に関し、
殊に半導体焼付工程でウェハを位置合せする場合、テレ
ビカメラあるいはＣＯＤ等の撮像手段でウェハの位置検
出用アライメントマークを撮像して得た画像信号からウ
ェハ位置を正確に検知するための装置に関するものであ
る０ 従来アライメントマークの周辺に実素子のパターンが配
置されている場合マークと実素子のパターンの区別がつ
かず、しばし、ば誤検知するという欠点があった。

更にアライメントマークのエツジ部を検出することによ
ってウェハの位置を測定していたためにウェハの位置検
出精度があがらなかった。

本発明は、上記欠点を改良するため罠なされたものであ
ル、加算方向に濃度差を有する位置検出用のアライメン
トマークを使用し、加算結果のマークの信号全体から近
似した２直線を計算し、直線の交点からマークの中心を
精度よく検知することによってウェハの位置を検出する
装置を提供することを目的とする。

以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。まず外観
を描いた第１図で全体の構成を概説する。

１は集積回路パターンを具えたマスクで、他のマスクセ
ツテングマークやファイン・アライメントマークを具え
るものとする。２はマスク・チャックで、マスク１を保
持してマスク１を平面内並びに回転方向に移動させる。

３は縮小投影レンズ、４は感光層を具えるウェハーで、
ファイン・アライメントマークとブリ・アライメントマ
ークを具えるものとする。５はウニノ飄−・ステージで
ある。ウェハー・ステージ５はウェハー４を保持してそ
れを平面内並びに回転。

方向に移動させるものであり１．またウニノ・−焼付位
置（投影針内）とテレビ・プリアライメント位置間を移
動する。６は、テレビ・プリアライメント用検知装置の
対物レンズ、７は撮像管又は固体撮像素子、８は映倫観
察用のテレビ受像器である。９は双眼ユニットで、投影
レンズ３を介してウェハー４の表面を観察するために役
立つ。１０＃：ｉ、光源１０ａを発したマスク照明光を
収束させるための照明光学系並びにファイン・・アライ
メント用の検知装置を収容する上部ユニットである。

ウェハー・ステージ５は、図示しないウェハー搬送手段
によシ搬送されたウェハーを所定の位置で保持し、まず
、テレビ・プリアライメント用対物レンズ６の視野内に
ウェハー上のアライメントマークが入る位置まで移、動
する。この時の位置精度は機械的なプリアライメント精
度によるものであり、対物レンズ６の視野はおよそ直径
１＋ｗｍ〜２ＩＩＩｌ程度である。この視野内のアライ
メント・マークは撮像管７で検知され、テレビ・プリア
ライメント用の光学系内に設けられたテレビ・プリアラ
イメント用基準マーク（後述）を基準として、そこから
のアライメント・マークの座標位置が検出される。一方
、投影光学系のオートアライメント用検知位置と前述の
テレビ・プリアライメント用基準マークの位置はあらか
じめ設定されているのでこの２点の位置と、テレビ・プ
リアライメントマークの座標位置からオートアライメン
ト位置へのウニノ１−・ステージ５の送シ込み量が決め
られる。

テレビ・プリアライメントの位置検出精度は±５μ以下
であり、テレビ・プリアライメント位置からファイン・
アライメント位置までのウェハーステージの移動で発生
する誤差を考慮に入れても、±１０μ程度である。従っ
てファインアライメントは約±１０μの範囲で行えばよ
く、これは従来のファインアライメントの視野範囲の１
／１００以下の範囲であり、ファインアライメントが従
来より高速で行えることになる。

第２図はテレビ・プリアライメント用検籾装置の実施例
を示しておシ１図中の縮小投影レンズ３．ウニノ・−４
，対物レンズ６、撮像管７は第１図と同一である。

他方、１１は照明用光源で、例えばノ・ロゲンランプを
使用中る。１２はコンデンサーレンズ。

１３Ａと１３Ｂは交換的に着脱される明視野絞りと暗視
野絞りで、図では明視野絞り１３Ａを光路中に装着して
いる。コンデンサーレンズ１２は光源１１を明視野絞り
上に結像する。１４は照明・用リレーレンズｏ１５は接
合プリズムで、接合プリズム１５は照明系の光軸と受光
系の光軸を共軸にする機能を持ち、内側反射面１５ａと
半透過反射面１５ｂを具える０ここで光源１１、コンデ
ンサーレンズ１２、明又は暗視野絞シ１３Ａと１３Ｂ、
照明リレーレンズ１４、接合プリズム１５、対やレンズ
６は照、量系を構成し、対物レンズ６を射出した光束は
ウニ／％−６上を落射照明する。

次に１６はリレーレンズ、１７は光路を折曲げる鏡、１
８はテレビ・プリアライメント用基準マークを有するガ
ラス板で、基準マークはいわば座標の原点を与える機能
を持つ、従ってプリアライメントマークはＸ座標の値と
Ｘ座標の値として検出されることになる。１９は撮像レ
ンズで、上に述べた接合レンズ１５、リレーレンズ１６
、鏡１７、ガラス板１８、撮像レンズ１９そして撮像管
７と共に受光系を構成し、対物レンズ６を通る光路は接
合プリズムの内側反射面１５ａで反射して半透過面１５
ｂで反射し、再度内側反射面１５ａで反射してリレーレ
ンズ１６へ向う。ウェハー４上のプリアライメントマー
ク像は基準マークを有するガラス板１８上に形成された
後、基準マーク像と共に撮像管７の撮像面に結像する。

プリアライメントマークの検知作用を述べるが、検知し
たビデオ信号の電気処理については後述する。照明用光
源１１からの光束はコンデンサーレンズ１２で収斂され
て明視野絞、９１３Ａ又は暗視野絞り１３Ｂの開口を照
明し、更に照明リレーレンズ１４を通過し、接合プリズ
ム、の半透過面１５ｂを透過して反射面１５ａで反射し
、対物レンズ６を通ってウェハー４を照明する０ ウェハー４の表面で反射した光束は対物レンズ６で結像
作用を受け、接合プリズム１５へ入射して反射面１５ａ
で反射し、次いで半透過間１５ｂ１反射面１５ａで反射
してこれを射出し、リレーレンズ１６でリレーされて鏡
１７で反射し、ガラス板１８上に結像した後、撮像レン
ズ１９゛によシ撮像管７上に結像する。プリアライメン
トマーク像が明、瞭に見得る様にし、これを撮像してプ
リアライメントマーク像の位置を検出する。後述する電
気的処理により検出された、プリアライメントマークの
位置に応じてウェハー・ステージ５はウェハー４が投影
レンズ３の投影野中の規程位置４′を占める様に移動し
て停止する。なお、ウェハー４を一旦標準位置にアライ
メントし、その投影野中へ移動させる様に変形しても良
い。

第６図はテレビ・プリアライメント検知回路の一実施例
を示すブロック図である。第３図Ａに示したテレビ・プ
リアライメントマークを検知する方法は色々あるが、第
６図に示した実施例はテレビの画像を画素に分解し、こ
の画素の濃度をＸ方向（水平方向）及びＹ方向（垂直方
向）に夫々、加算するものである。加算することによる
利点は、■加算によシランダム・ノイズが平均化されＳ
／Ｎ比がよくなる。■Ｘ方向とＹ方向の位置検知が独立
に行うことができ検知が簡単になる。０画像データを格
納するメモリの容量が少なくなる等があげられる。

第６図のブロック図において破線で囲まれたブロックＸ
は、Ｘ方向の画素の濃度を加算するブロック、ブロック
ＹはＹ方向の画素の濃度を加算するブロックである。

第６図において、３１はビデオ・アンプ、３２はアナロ
グデジタル変換器、３３はラッチであり、テレビカメラ
コントロール部から送られるビデオ信号はビデオアンプ
３１で増巾され、アナログデジタル変換器３２でデジタ
ル化され、た後ラッチ３３に格納される。ラッチ３３の
出力データはＸ方向の加算ブロックＸとＹ方向の加算ブ
ロックＹへ出力される。ブロックＹにおいて３４はＹ方
向にデータを加算する加算器、３５は加算器３４の出力
データをラッチする加算出力ラッチ、３６は加算出力ラ
ッチ３５のデータを格納するＹ方向積算メモリ、３７は
メモリ３６の出力データをラッチする加算入力ラッチで
ある０ ブロックＸにおいて、３８はＸ方向にデータを加算する
加算器、３９は加算器３８の出力をラッチするラッチ、
４０はラッチ３９の出力データを格納するＸ方向積算メ
モリである。

これらの回路におけるデジタル・データのビット数に特
に限定はないが、例えばアナログ・デジタル変換器３２
が８ビツト、加算器３４゜３８及びメモリ３６．４０が
１６ビツト構成である。

一方、４１はテレビ・プリアライメント検知回路のタイ
ミングやシーケンスを制御し、またメモリ３６のリード
・ライト及びチップセレクトをコントロールするシーケ
ンス及びメモリコントロール回路、４２はブロックＸ中
のメモリ４０を制御するメモリコントロール回路である
。

４３はシーケンス及ヒメモリコントロール回路４１をマ
イクロプロセッサ（不図示）が制御するためのコントロ
ールレジスタで、レジスタの入力はマイクロプロセッサ
のデータバス４４に接続されている。また、マイクロプ
ロセッサは、このデータバス４４を介して、メモリ３６
．４０をアクセスする事が可能である０４５，４６゜４
７．４８はそのだめのバッファでアシ、バッファ４５．
４７はマイクロプロセッサがメモリにデータをライトす
る時、又バッファ４６．４８はデータをリードする時動
作する。４９はクロック回路、５０．５１はＸ方向積算
メモリ３６のライト・アドレス及びリード・アドレスを
発生する、メモリ・ライト・アドレス回路及びメモリ・
リード・アドレス回路である。５２はメモリのリード・
アドレスとライト・アドレス、を切換えるアドレスセレ
クタ、５３はマイクロプロセッサがメモリ３６をアクセ
スする時のアドレスバッファであシ、マイクロプロセッ
サがアクセスする時以外は、アドレスセレクタ５２の出
力が選択されており、バッファ５３の出力は禁止されて
いる。５４はＸ方向積算メモリ４０のアドレスを発生す
るメモリ・アドレス回路、５５はメモリアドレス回路５
４のアドレスとマイクロ・コンピュータがメモリ４０を
アクセスする時発生するアドレスの切換をするアドレス
セレクタである。５６はクロック回路４９のクロックを
基準にＴＶの水平同期信号、垂直同期信号、ブランキン
グ信号等を発生するＴＶ同期信号発生回路である。５７
．５８はマイクロコンピュータのデータバス４４に接続
された夫々、Ｘ位置表示レジスタ、Ｘ位置表示レジスタ
、５９はマーカー表示回路であり、テレビ・プリアライ
メントにおいて検出したアライメントマークの位置をマ
イクロプロセッサがＸ位置表示レジスタ５７及びＸ位置
表示レジスタ５８に出力することによシ、マーカ表示回
路５９によりミックス信号として、ＴＶカメラコントロ
ール部のビデオ入力端子へ送られる。

続いて第６図のテレビ・プリアライメント検知回路の機
能及び動作について説明する。

テレビ・プリアライメント検知回路の機能は。

■Ｘ方向のデータの積算、■Ｙ方向のデータの積算、■
プリアライメントマーク検知位置のＴＶモニタ上への表
示である。

このうち、Ｘ方向のデータの積算及びＹ方向のデータの
積算は、テレビ・プリアライメント検知回路のハードウ
ェアが加算を実行し、その加算データをメモリに格納す
る。データの加算はテレビ信号の１フレ一ム単位で行わ
れ、後述する様に必要に応じて、１フレームの加算で終
了してもよいし、或は複数のフレームの加算を行っても
よい。いずれの場合でも、加算中は、メモリ３６．４０
のデータ・バス及びアドレス・バスハ、マイクロプロセ
ッサのデータ・バス４４及びアドレス・バスから電気的
に切シ離されており、メモリ３６のアドレスはアドレス
セレクタ５２、メモリ４０のアドレスはアドレス回路５
４のアドレスに接続され、シーケンス及びメモリコント
ロール回路４１、及びメモリコントロール回路４２から
ハード的に発生するり−ドライト信号及びチップセレク
ト信号の制御のもとに加算が実行される。

所定のフレーム数の加算が終了すると、シーケンス及び
メモリコントロール回路４１からインタラブド信号線Ｉ
ＮＴ上に加算終了信号が発生する。この加算終了信号の
発生後、マイクロプロセッサは、メモリ３６及びメモリ
４０にアクセスを行い、加算データからテレビ・プリア
ライメントマーク位置を検知する。マイクロプロセッサ
がメモリ３６．４０をアクセスする時は、当然ながらメ
モリのアドレら・リードライト信号、チップセレクト信
号等はマ・ｒクロコンピユータの制御信号によって行わ
れる。またメモリ３６のデー４はバッファ４６、メモリ
４０のデータはバッファ４８を経由してデータバス４４
に送られ、マ、イクロプロセッサに読み取られる。

ところで、第６図中プロツクＸにおけるＸ方向の加算、
ブロックＹにおけるＹ方向の加算を説明する前に第７図
を参照して画素の分割方法について述べる。第７図はテ
レビ画面をＸ方向にＮ分割、Ｙ方向にＭ分割した画素を
表わしている。画素Ｐｔｉは、行を番目、列ｉ番目の画
素を示す。Ｙ方向の分割数Ｍは通常、水平走査ライン数
と一致しておシ、従って画素に分割するためには、−水
平同期信号区間内に、アナログ−デジタル変換器（第６
図３２）にてＮ回サンプリングを行えばよい。

従ってＸ方向の加算は Ｓｘ、　−ＤＡＴＡ　（’ｐＨ）　＋　ＤＡＴＡ　（Ｐ
ｕ　）　＋−・・＋　ＤＡＴＡ　（Ｐｔ　Ｎ　）、Ｓｘ
ｔ　＝　ＤＡＴＡ　（Ｐｔ１　）　＋　ＤＡＴＡ　（Ｐ
２！　）　＋　−−＋　ＤＡＴＡ（Ｐｔ　Ｎ　）、８Ｘ
Ｍ＝ＤＡＴＡ（ＰＭＩ）＋ＤＡＴＡ（ＰＭり＋・・・・
・・＋ＤＡＴＡ（ＰＭＮ）、Ｙ方向の加算は Ｓｙｔ　＝　ＤＡＴＡ　（Ｐｕ　）　＋　ＤＡＴＡ　（
Ｐ２＋　）＋・・・・・・ＤＡＴＡ（ＰＭＩ）、ＳＹｔ
　＝ＤＡＴＡ（ＰＩＦ）　十ＤＡＴＡ（Ｐｕ）＋・・・
・・・ＤＡＴＡ　（Ｐ　Ｍｔ　）、ＳＹＮ　＝　ＤＡＴ
Ａ（Ｐ＋　Ｎ）　＋　ＤＡＴＡ（ＰｔＮ）＋・・・・・
・ＤＡＴＡ　（ＰＭＮ　）、であられされる。

加算が終了した時点で、Ｘ方向積算メモリ４０内にはＳ
Ｘｔ　＋　ＳＸｔ・・・・・・ＳＸＭのデータが、Ｙ方
向積算メモリ３６内にはＳＹ＋　ｙ　Ｓｙｔ・・・・・
・８ＹＮのデータが格納される。

本発明は、加算方向に濃度差を有するアライメン・トマ
ークに対して面積形法を積極的に利用し、マークを検知
するものである。本発明に使用するアライメントマーク
の一例は、第３回置に示すパターンで座標方向に加算し
た加算データが直線に近似できるパターンである。

第３図（４）に示したアライメントマークをＸ方向及び
Ｙ方向に加算したときの濃５度の分布は、各々第３図（
Ｂ）及び（Ｃ）である。第３図０においてまず適当なス
ライスレベルを設けて背景の部分のデータを無視する。

このときデータ列の差分値をとり、その差分値の一定個
数の平均の値が一定スライスレベルを超えたかどうかに
より、背景とマークとのデータの区別をすることも可能
である。このようにしてマークの存在する部分だけのデ
ータ列を作成する。

次に、このデータ列の中のピーク値を検出し、そのピー
ク値を中心にデータ列を２分割する。

２分割されたデータ列は一本の直線に近似できる。２分
割した後のデータ列を次の様に定義し、最小２乗法を用
いる。

データの座標（ｘｓｙｔ） データ列　（ｘ＋　ｙｔ　）　ｔ＝ｌ−Ｎ近似式　）ｒ
＝ａｘ＋ｂ ２乗平均誤差を最小にするための条件 する。

条件（ａ）よシ ２分割した１つのデータ列からめた近似式をｙ＝ａ、ｘ
＋ｂ、とし残りのデータ列からめた近似式をｙ＝ａｌｘ
＋ｂｔとするとめるマークの中心位第３図（Ｑにおいて
も同様にマークの中心位置がまる。そして、この２つの
値がアライメントマークの中心座標となる。

この演算手順を示したものが第４図フローチャートであ
る。

工程４０１でスタートし、工程４０２において所定フレ
ーム数の加算が行なわれる。

工程４０３において背景部をカットする。

工程４０４においてピーク値を検出し、工程４０５にお
いて２分割する。この工程４０５において精度向上のた
めピーク位置付近のデータを無視してもよい。工程４０
６にて直線に近似し、工程４０７でマークの中心の座標
を計算する０ 第５図は、本発明に使用するアライメントマークの他の
例を列挙したものである。

第５装置に示すパターンを使用するときは、暗視野照明
とし直接反射光はカットする。ハツチングパターンから
の散乱（回折）光だけを堆シだすと、そのときの強度分
布の加算データは第３図（６）及びＣ）に一致する。

第５図の）に示すパターンを使用するときには暗視野照
明とする。このとき、ディテクタに方向性を持たせるこ
とによシ第３図（Ｂ）及び（Ｃ）に一致する信号を取シ
出すことが可能である。

本発明ではデータ列に含まれるデータを多数使用できる
ため精度のよいマーク位置検出ができる。

以上説明したように本発明によれば、アライメントマー
クの高精度位置検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る位置合わせ装置の斜視
図、 第２図はテレビ・プリアライメント検知装置の光学系斜
視図である。 第３図は本発明の実施例に係るテレビアライメントマー
クの平面図と座標方向に関しての積算画像データ分布で
ある。 第４図は、本発明の実施例に係る位置検出装置の動作を
説明するためのフローチャート図である。 第５図は本発明に使用されるアライメントマークの他の
例である。 第６図は本発明の実施例に係るテレビプリアライメント
検知回路である。 第７図はテレビ画面の画素分割例を示す。 ３１・・・ビデオアンプ ３２・・・ＡＤコンバータ ３３．３５，３７．３９・・・ラッチ ３４．３８・・・アダー ３６．４０・・・メモリ ４１・・・シーケンス／メモリコントロール回路４２・
・・メモリコントロール回路 ４３・・・コントロールレジスタ ４４・・・データバス ４５〜４８．５−３・・・バッファ ４９・・・クロック回路 ５０・・・メモリライトアドレス回路 ５１・・・メモリリードアドレス回路 ５２．５５・・・アドレスセレクタ ５４・・・メモリアドレス回路 ５６・・・ＴＶ同期信号発生回路 ５７・・・Ｘ位置表示レジスタ ５８・・・Ｙ位置表示レジスタ ５９・・・マーカ表示回路。 （Ｌｔ−山 （Ａ）　（Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　所定形状の位置検出用マークを備えた物体を撮
   像する撮像手段と。 前記撮像手段によシ得られ良画像濃度データを所定の座
   標方向に関して加算する加算手段と。 前記加算手段によって加算されたデータを直線に近似し
   、直線の交点からマークの中心位置をめる手段と から構成される装置検出装置。
2. （２）　前記位置検出用マークの形状は、対向する三角
   形の対を形成するように四角形を対角線で区切った形状
   であシ対向する三角形の対は他の三角形の対に対して濃
   度の点において相違することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の位置検出装置。