JPS608724B2 - detection device - Google Patents

detection device

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JPS608724B2
JPS608724B2 JP56182283A JP18228381A JPS608724B2 JP S608724 B2 JPS608724 B2 JP S608724B2 JP 56182283 A JP56182283 A JP 56182283A JP 18228381 A JP18228381 A JP 18228381A JP S608724 B2 JPS608724 B2 JP S608724B2
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JP
Japan
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pattern
photodiode
mask
target
light
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JP56182283A
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Japanese (ja)
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JPS57118105A (en
Inventor
光義 小泉
靖彦 原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS57118105A publication Critical patent/JPS57118105A/en
Publication of JPS608724B2 publication Critical patent/JPS608724B2/en
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直線状または点列状のパターンの位置または寸
法等を検出する検出装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a detection device that detects the position, size, etc. of a linear or dotted pattern.

従来、直線状パターンを検出する装置として、スリット
の振動や、または鏡の回動を利用して上言己直線状パタ
ーンの光像を走査し、受光素子で映像信号に変換し、上
記直線状パターンの位置を検出する光走査方式のものが
知られている。
Conventionally, devices for detecting linear patterns scan the optical image of the linear pattern using vibration of a slit or rotation of a mirror, convert it into a video signal with a light receiving element, and detect the linear pattern. An optical scanning method that detects the position of a pattern is known.

しかしながらスリットの振動及び鏡の回動を機械駆動に
よらなければならず、高価になってしまうと共に振動等
の発生が生じ、高精度に検出することが困難となり、し
かも機械駆動部を有することから信頼性が悪い欠点を有
した。
However, the vibration of the slit and the rotation of the mirror must be mechanically driven, making it expensive, generating vibrations, etc., making it difficult to detect with high precision, and furthermore, since it has a mechanical drive part. It had the drawback of poor reliability.

本発明の目的は、上記従来の欠点をなくし、光電変換素
子を配列した−次元固体撮像素子を用いて、光感度にパ
ターンの位置または寸法等を検出することが出来るよう
にした検出装置を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a detection device that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks and is capable of detecting the position or size of a pattern based on photosensitivity using a -dimensional solid-state image sensor in which photoelectric conversion elements are arranged. There is something to do.

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、光電変換
素子を配列した一次元固体撮像素子を設け、該一次元固
体撮像素子の配列方向に直角な方向からの光を上記一次
元固体撮像素子に集光する集光光学系を備え、直線状ま
たは点列状パターンを高感度で検出するようにしたこと
を特徴とする検出装置である。また本発明は上記検出装
置の集光光学系をシリンドリカルレンズによって構成し
たことを特徴とするものである。以下本発明を図に示す
実施例にもとづいて具体的に説明する。
That is, in order to achieve the above object, the present invention provides a one-dimensional solid-state image sensor in which photoelectric conversion elements are arranged, and converts light from a direction perpendicular to the arrangement direction of the one-dimensional solid-state image sensor into the one-dimensional solid-state image sensor. This detection device is characterized in that it is equipped with a condensing optical system that condenses light onto an element, and is configured to detect a linear or dot array pattern with high sensitivity. Further, the present invention is characterized in that the condensing optical system of the detection device is constituted by a cylindrical lens. The present invention will be specifically described below based on embodiments shown in the drawings.

第1図は被検出物体の一例であるマスクを示したもので
あり、第2図は被検出物体の他の一例である半導体ゥェ
ハを示したものである。同図に示すマスクーには、半導
体ウェハ6の所定の位置4に露光焼付けする回路パター
ン2と半導体ゥェハ6と位置整合するために両端に2個
の第1の識別パターンであり、且直線状パターンでもつ
て位置整合用ターゲットパターン3a,3bを形成して
いる。一方半導体ウヱハ6には、上記位置整合用のター
ゲットパターン3a,3bに対応した位置に、2個第2
の識別パターンであり、且直線状パターンでもつて位置
整合用ターゲットパターン5a,5bを形成している。
上記マスクの位置整合用のターゲットパターン3a,3
bとしては直線状パターンでもつて形成され、例えば第
1図に示す如く透明な領域にL形の不透明な線を十字状
に配列し、十字状で一定の中を有する透明な帯を形成し
たものがある。この透明な帯は識別領域であり、各々の
帯の一端を始端、他端を終端とする。また半導体ゥヱハ
の位置整合用ターゲットパターン5a,5bとしては、
直線状パターンでもつて形成され、例えば第2図に示す
如く周囲と反射率の異なる十字の細線にて形成したもの
がある。次に本発明のマスク位置整合装置について第3
図乃至第6図にもとづいて説明する。7は回転テーブル
で、半導体ゥェハ6を戦遣している。
FIG. 1 shows a mask as an example of an object to be detected, and FIG. 2 shows a semiconductor wafer as another example of an object to be detected. The mask shown in the figure includes two first identification patterns at both ends for alignment with the circuit pattern 2 to be exposed and printed at a predetermined position 4 of the semiconductor wafer 6 and the semiconductor wafer 6, and a linear pattern. With this, target patterns 3a and 3b for position alignment are formed. On the other hand, on the semiconductor wafer 6, two second
The identification pattern is a linear pattern, and also forms the target patterns 5a and 5b for position matching.
Target patterns 3a, 3 for positional alignment of the mask
b is formed in a linear pattern, for example, as shown in Fig. 1, L-shaped opaque lines are arranged in a cross shape in a transparent area to form a transparent band having a constant center in the shape of a cross. There is. This transparent band is an identification area, and one end of each band is the starting end and the other end is the ending end. Further, as the target patterns 5a and 5b for position alignment of the semiconductor wafer,
It is also formed as a linear pattern, for example, as shown in FIG. 2, there is a pattern formed of cross-shaped thin lines having a different reflectance from the surrounding area. Next, we will discuss the third aspect of the mask position alignment device of the present invention.
This will be explained based on FIGS. 6 to 6. 7 is a rotating table, and a semiconductor wafer 6 is sent to it.

8はX軸移動テーブルにして、回転テーブル7を回転自
在に支持し、回転テーブル7を回転させるモ−夕9を取
付けている。1川まY麹移動テーブルにして、×軸移動
テーブル8を×軸万向に摺動自在に載直し、×軸移動テ
ーブル8を×鞠方向に移動させるX軸モーター1を取付
けている。
Reference numeral 8 denotes an X-axis moving table, rotatably supporting the rotary table 7, and a motor 9 for rotating the rotary table 7 is attached. A Y-koji moving table is used, and the x-axis moving table 8 is slidably mounted on the x-axis in all directions, and an X-axis motor 1 is attached to move the x-axis moving table 8 in the x-ball direction.

更に上記Y軸駆動テーブル10は基台(図示せず)にY
軸方向に摺動自在に載直され、Y軸方向に移動させるY
軸モータ12に連結している。一方マスクーは上記半導
体ウヱハ9に対し、微小な間隔を設けて配置し、基台(
図示せず)に取付けられた保持部材(図示せず)に取付
けられている。13a及び13bは各々位置整合用ター
ゲット3a及び3bに相対して設けられた光学系にして
第4図に示す如く構成されている。
Furthermore, the Y-axis drive table 10 is mounted on a base (not shown).
The Y is remounted so that it can slide freely in the axial direction and is moved in the Y-axis direction.
It is connected to the shaft motor 12. On the other hand, the mask is placed at a very small distance from the semiconductor wafer 9, and is placed on the base (
(not shown) attached to a retaining member (not shown). Optical systems 13a and 13b are provided facing the position matching targets 3a and 3b, respectively, and are constructed as shown in FIG.

即ち光学系13a及び13bは、重畳された位置整合用
ターゲットパターンの光像を拡大する対物レンズ14、
半透明鏡15、コンデンサレンズ16、光源17、半透
明鏡18、鞠心方向を上下方向に配置し、上記半透明鏡
18によって反射された光像のX軸方向の中を縮小する
シリンドリカルレンズ20、及び軸心方向をX軸方向に
配置し、半透明鏡18を通過してきた光像のY藤方向の
中を縮4・するシリンドリカルレンズ21から構成され
ている。即ち半透明鏡18及びシリンドリカルレンズ2
0は、対物レンズ14によって拡大された光像のY成分
をそのままホトダイオードアレイ22a,22bの上下
方向に投射し、×成分を縮小してホトダイオードアレイ
22a,22bの中内に投射するよう配置されている。
更に半透明鏡18及びシリンドリカルレンズ21は上記
拡大された光像のX成分をそのままホトダィオードアレ
ィ23a,23bの×方向に投影し、Y成分を縮小して
ホトダイオードアレイ23a,23bの中内に投影する
よう配置されている。22a,22bは多数個のホトダ
ィオード素子を一列に配列したY軸用ホトダイオードア
レィにして、長手方向をシリンドリカルレンズ20の鞠
方向に配置し、シリンドリカルレンズ20を通過した光
隊を受光し、スキャン信号に応じてホトダィオード素子
の各々から電気信号をシリーズに出力するものである。
That is, the optical systems 13a and 13b include an objective lens 14 that magnifies the optical image of the superimposed target pattern for positional alignment;
A semi-transparent mirror 15, a condenser lens 16, a light source 17, a semi-transparent mirror 18, and a cylindrical lens 20, which is arranged with its center in the vertical direction and reduces the light image reflected by the semi-transparent mirror 18 in the X-axis direction. , and a cylindrical lens 21 whose axial center direction is arranged in the X-axis direction and which constricts the optical image passing through the semi-transparent mirror 18 in the Y-axis direction. That is, the semi-transparent mirror 18 and the cylindrical lens 2
0 is arranged so that the Y component of the optical image magnified by the objective lens 14 is directly projected in the vertical direction of the photodiode arrays 22a, 22b, and the X component is reduced and projected into the photodiode arrays 22a, 22b. There is.
Furthermore, the semi-transparent mirror 18 and the cylindrical lens 21 project the X component of the enlarged optical image as it is in the It is arranged so that it is projected inside. 22a and 22b are Y-axis photodiode arrays in which a large number of photodiode elements are arranged in a line, and the longitudinal direction is arranged in the direction of the cylindrical lens 20, and the photodiode arrays 22a and 22b receive the light beams that have passed through the cylindrical lens 20 and generate scan signals. Electrical signals are output in series from each photodiode element in response to the current.

23a,23bは多数個のホトダィオ−ド素子を−列に
配列した×鞠用ホトダィオードアレィにして、長手方向
をシリンドリカルレンズ21の軸方向に配置し、シリン
ドリカルレンズ21を通過した光像を受光し、スキャン
信号に応じてホトダィオード素子の各々から電気信号を
シリーズに出力するものである。
23a and 23b are photodiode arrays in which a large number of photodiode elements are arranged in rows, the longitudinal direction of which is arranged in the axial direction of the cylindrical lens 21, and the light image passing through the cylindrical lens 21 is The device receives light and outputs an electrical signal in series from each photodiode element in response to a scan signal.

24はスキャン信号発生回路にして、出力信号であるス
キャン信号25a,25bをホトダイオードアレイ22
a,22b及びホトダィオードアレィ23a,23bに
接続している。
Reference numeral 24 designates a scan signal generation circuit, and outputs scan signals 25a and 25b from the photodiode array 22.
a, 22b and photodiode arrays 23a, 23b.

28aは処理回路にして、ホトダイオードアレィ22a
から出力される信号26aにて第5図に示す如く、マス
ク1上の位置整合用ターゲット3aと半導体ウェハ6上
の位置整合用ターゲット5aとのY軸方向の基準距離△
2 に対する偏差△y,を求める回路である。
28a is a processing circuit, and a photodiode array 22a
As shown in FIG. 5, the reference distance Δ in the Y-axis direction between the position alignment target 3a on the mask 1 and the position alignment target 5a on the semiconductor wafer 6 is determined by the signal 26a output from the
This is a circuit to find the deviation Δy with respect to 2.

28bは処理回路にしてホトダィオードアレイ22bか
ら出力される信号26bにて、第5図に示す如く位置整
合用ターゲット3bと位置整合用ターゲット5bとのY
軸方向の基準距離△2 に対する偏差△y2を求める回
路である。
28b is a processing circuit which uses a signal 26b outputted from the photodiode array 22b to detect the Y of the position matching target 3b and the position matching target 5b as shown in FIG.
This circuit calculates the deviation Δy2 with respect to the reference distance Δ2 in the axial direction.

29aは処理回路にしてホトダィオードァレィ23aか
ら出力される信号27aにて第5図に示す如く位置整合
用ターゲット3aと位置整合用ターゲット5aとのX軸
方向の基準距離△,に対する偏差△×,を求める回路で
ある。
29a is a processing circuit, and a signal 27a output from the photodiode array 23a is used to detect the deviation from the reference distance Δ in the X-axis direction between the position matching target 3a and the position matching target 5a, as shown in FIG. This is a circuit to find △×.

29bは処理回路にしてホトダイオードアレイ23bか
ら出力される信号27bにて第5図に示す如く位置整合
用ターゲット3bと位置整合用ターゲット5bとのX軸
方向の基準距離△.に対する偏差△×2を求める回路で
ある。
29b is a processing circuit which uses a signal 27b outputted from the photodiode array 23b to determine the reference distance Δ in the X-axis direction between the position matching target 3b and the position matching target 5b as shown in FIG. This circuit calculates the deviation Δ×2 for

3川ま演算回路にして、処理回路28aから出力される
△y,の信号と、処理回路28bから出力される△y2
の信号と、処理回路29aから出力される△×,の信号
と、処理回路29bから出力される△均の信号とにもと
づいて演算処理を施し、マスク1と半導体ウェハ6の×
麹方向の対相的変位量△×、マスク1と半導体ウェハ6
のY軸方向の相対的変位量△y、回転テーブル7の回転
軸心を中心にしてマスク1と半導体ゥェハ6の回転方向
の相対的変位量A■を求める回路である。
In the three-way calculation circuit, the signal △y outputted from the processing circuit 28a and the signal △y2 outputted from the processing circuit 28b.
Arithmetic processing is performed based on the signal , the signal △x, output from the processing circuit 29a, and the signal Δx output from the processing circuit 29b, and the
Relative displacement amount △× in the koji direction, mask 1 and semiconductor wafer 6
This circuit calculates the relative displacement amount Δy in the Y-axis direction, and the relative displacement amount A■ in the rotational direction of the mask 1 and the semiconductor wafer 6 about the rotation axis of the rotary table 7.

31は駆動回路にして、演算回路30から出力される△
×の信号が零になるまでX軸モータ11を駆動し、演算
回路30から出力される△yの信号が零になるまでY軸
モータ12を駆動し、演算回路30から出力される△■
の信号が零になるまでモータ9を駆動するものである。
31 is a drive circuit, and △ is output from the arithmetic circuit 30.
The X-axis motor 11 is driven until the × signal becomes zero, the Y-axis motor 12 is driven until the △y signal output from the arithmetic circuit 30 becomes zero, and the △■ signal output from the arithmetic circuit 30 is
The motor 9 is driven until the signal becomes zero.

上記構成によりまず半導体ゥェハ6を回転テーブル6に
戦遣し、マスク1を保持部材(図示せず)に戦畳すると
半導体ウェハ6の位置整合用ターゲットパターン5a,
5bとマスク1の位置整合用ターゲットパターン3a,
3bは第5図a,bに示す如く重畳されて配置される。
次に光源17を点灯すると、光源17から照射された光
は、コンデンサレンズ16により平行光線に変換され、
半透明鏡15で反射し、対物レンズ14を通して重畳さ
れた位置整合用ターゲットパターン3a,5a及び3b
,5bを照射する。位置整合用ターゲットパターン5a
から反射された光は位置整合用ターゲットパターン3a
の透明領域を通過して光陵として形成される。この光像
は、対物レンズ14によって拡大され、半透明鏡15を
通過して半透明鏡18に達する。この光像の内半透明鏡
18で反射した光像は、シリンドリカルレンズ20にて
第6図に示す如く×軸方向にWXからホトダィオードア
レィ22aの中寸法LXに縞少されてホトダイオードア
レイ22aの受光面に結像され、半透明鏡を通過した光
像は、シリンドリカルレンズ21にて第6図に示す如く
Y軸方向にWYからホトダィオードアレィ23aの中寸
法LYに縦少されてホトダィオードアレィ23aの受光
面に結像される。一方位置整合用ターゲットパターン5
bから反射された光は位置整合用ターゲットパターン3
bから透明領域を通過して光像として形成される。この
光像は前記と同様に半透明鏡18に達し、半透明鏡18
で反射した光像はホトダィオードアレィ22bの受光面
に結像され、半透明鏡18を通過した光像はホトダィオ
ードアレィ23bの受光面に結像される。即ちホトダイ
オードアレイ22a,23a及び22b,23bのホト
ダィオード素子は、第6図に示すように各々重畳された
位置整合用パターン5a,3a及び5b,3bを対物レ
ンズ14にて拡大された光像をX軸方向にホトダィオー
ド素子の一定間隔に分割した絵素艮0ち検知領域を受像
し、更にY軸方向にホトダィオード素子の一定間隔に分
割した絵秦貝0ち検知領域を受像する。次にホトダィオ
ードアレィ22a,22bは各々スキャン信号発生回路
24から出力されるスキャン信号にて第6図に示すスキ
ャン方向にスキャンされ、第6図に示す如くホトダィオ
ード素子から出力される信号が蓬らなった形の信号26
a,26bが出力される。処理回路28a,28bは各
々上記信号26a,26Dをビット処理して第1番目の
ピーク値と第2番目のピーク値の間の距離ya,,匁2
、即ち時間tね,,tya2及び第2番目のピーク値と
第3番目のピーク値の間の距離yb,yb2、即ち時間
凶q,tyb2を求め、次に示す【1’式及び■式から
偏差△y,,△均を求める。△y,=△h.(txb,
一tya,)=K.(tyb,−tya,)……………
【1’k・△t△y2=△h.(tyb2−tya2)
=K.(tyb2−tya2)……………‘21k・△
t但し △h:ダイオード素子(ビット)の間隔 △t:隣り合ったダイオード素子をスキャンするのに要
する時間k:対物レンズ14による像の拡大率 K:K=三生7から求まる時間と変位の換算定数同様に
ホトダィオードアレィ23a,23bもスキャンされ、
第6図に示す如くホトダィオード素子から出力される信
号が逸るなった形の信号27a,27bが出力される。
With the above configuration, first the semiconductor wafer 6 is placed on the rotary table 6, and when the mask 1 is placed on a holding member (not shown), the target pattern 5a for position alignment of the semiconductor wafer 6,
5b and the target pattern 3a for positional alignment of the mask 1,
3b are arranged in an overlapping manner as shown in FIGS. 5a and 5b.
Next, when the light source 17 is turned on, the light emitted from the light source 17 is converted into parallel light by the condenser lens 16,
Position alignment target patterns 3a, 5a and 3b reflected by the semi-transparent mirror 15 and superimposed through the objective lens 14
, 5b. Position matching target pattern 5a
The light reflected from the position matching target pattern 3a
It passes through the transparent area and is formed as a light ridge. This optical image is magnified by the objective lens 14, passes through the semi-transparent mirror 15, and reaches the semi-transparent mirror 18. The light image reflected by the inner semi-transparent mirror 18 is formed into stripes by the cylindrical lens 20 in the x-axis direction from WX to the middle dimension LX of the photodiode array 22a as shown in FIG. The light image formed on the light-receiving surface of the array 22a and passed through the semi-transparent mirror is transmitted by the cylindrical lens 21 in the Y-axis direction from WY to the middle dimension LY of the photodiode array 23a, as shown in FIG. The light is focused on the light receiving surface of the photodiode array 23a. Target pattern 5 for position alignment on the other hand
The light reflected from b is the target pattern 3 for position alignment.
From b, the light passes through the transparent area and is formed as an optical image. This light image reaches the semi-transparent mirror 18 in the same way as before, and the semi-transparent mirror 18
The light image reflected by the photodiode array 22b is formed on the light receiving surface of the photodiode array 22b, and the light image that has passed through the semi-transparent mirror 18 is formed on the light receiving surface of the photodiode array 23b. That is, the photodiode elements of the photodiode arrays 22a, 23a and 22b, 23b convert the superimposed alignment patterns 5a, 3a and 5b, 3b into X-ray images magnified by the objective lens 14, as shown in FIG. An image is received of a picture element detection region divided at regular intervals of the photodiode element in the axial direction, and an image is further received of a picture element detection region divided at regular intervals of the photodiode element in the Y-axis direction. Next, the photodiode arrays 22a and 22b are each scanned in the scan direction shown in FIG. 6 by the scan signal output from the scan signal generation circuit 24, and the photodiode arrays 22a and 22b receive the signals output from the photodiode elements as shown in FIG. Signal 26 in the shape of a bowed
a, 26b are output. The processing circuits 28a and 28b perform bit processing on the signals 26a and 26D, respectively, to determine the distance ya,, momme 2 between the first peak value and the second peak value.
, that is, the time t,,tya2 and the distances yb, yb2 between the second peak value and the third peak value, that is, the time difference q, tyb2, are calculated from the following equations [1' and 2]. Find the deviation △y,, △average. △y,=△h. (txb,
Ittya,)=K. (tyb, -tya,)……………
[1'k・△t△y2=△h. (tyb2-tya2)
=K. (tyb2-tya2)………'21k・△
t However, △h: Distance between diode elements (bits) △t: Time required to scan adjacent diode elements k: Image magnification rate by objective lens 14 K: K = time and displacement determined from Sansei 7 Similarly to the conversion constant, the photodiode arrays 23a and 23b are also scanned,
As shown in FIG. 6, signals 27a and 27b are output which are different from the signals output from the photodiode element.

処理回路29a,29bは各々上記信号26a,26b
をビット処理して、第1番目のピーク値と第2番目のピ
ーク値の間の距離滋,,xa2則ち時間txa,,t細
2及び第2番目のピーク値と第3番目のピーク値の間の
距離刈,,刈2即ち時間ばち,txQを求め、次に示す
【3’式及び■式から偏差△×.,△均を求める。△X
,=△h.(t幼,‐txa,)=K.(t刈,一tx
a,)……………【3}k・△tA均=△h.(t刈2
‐txa2)=K.(t刈2一txも)……………【4
)k・△tなお、第6図に示す如く位置整合用ターゲッ
トパターン5a,5bが位置整合用ターゲットパターン
3a,3bに対して大きく煩いている場合には、信号2
6a,26b、及び27a,27bの山の中心の番地、
もしくはピーク値を示す番地を位置整合用ターゲットパ
ターン5a,5bの中心位鷹とすればよい。
The processing circuits 29a and 29b receive the signals 26a and 26b, respectively.
By bit processing, we obtain the distance between the first peak value and the second peak value, , xa2, that is, the time txa,, t, and the second peak value and the third peak value. Find the distance cutting, , cutting 2, that is, the time cutting, txQ, and calculate the deviation △×. , △average. △X
,=△h. (tyo, -txa,)=K. (t-kari, one-tx
a,)…………[3}k・△tA average=△h. (t mowing 2
-txa2)=K. (t-kari 2-tx also)……………[4
) k・△t Note that, as shown in FIG.
Addresses in the center of mountains 6a, 26b, and 27a, 27b,
Alternatively, the address indicating the peak value may be set as the center position of the position matching target patterns 5a, 5b.

更に演習回路30は、上記処理回路によって求められた
△×,,△×2,△y・,△y2の信号にもとづいて次
のように演算を施し、マスクーと半導体ウェハ6の相対
変位量△×,△y,△@を求める。即ち第7図に示す如
く回転テーブル7の回転軸心pを中心にして、マスク1
の位置整合用ターゲットパターン3a,3bと半導体ウ
ェハ6の位置整合用ターゲットパターン5a,5bとの
回転方向の相対的変位量△■は次に示す■式の関係を有
する。一LSin△■=−(△y,一△y2)…………
■上記■式の関係から次の■式の関係を有する。
Furthermore, the exercise circuit 30 performs the following calculation based on the signals △×, △×2, △y・, △y2 obtained by the processing circuit, and calculates the relative displacement amount △ between the mask and the semiconductor wafer 6. Find ×, △y, △@. That is, as shown in FIG. 7, the mask 1 is rotated around the rotation axis p of the rotary table 7.
The relative displacement amount Δ■ in the rotational direction between the position alignment target patterns 3a, 3b and the position alignment target patterns 5a, 5b of the semiconductor wafer 6 has the following relationship. 1LSin△■=-(△y, 1△y2)…………
■From the relationship of the above equation (■), we have the relationship of the following equation (■).

.・.△■≠1/L(△y,一△y2)=8。(△y,
一△y2)…………………{6ー但しLは位置整合用タ
ーゲットパターン5a,5bの中心間距離であり、■o
は1/Lなる値に相当する定数である。なお△■が△y
,,△y2の関係であるのは、位置整合用夕−ゲットパ
ターン5a,5bがX軸方向に2個配置されているから
である。更にマスク1の位置整合用ターゲットパタ−ン
3a,3bと半導体ウェハ6の位置整合用ターゲットパ
ターン5a,5bとのX軸方向の相対的変位量△xは、
次に示す(7)式及び棚式の関係を有する。△×i△×
,一△Q、△×ニ△&十△o ………(7)^△X=
季(△〜十△杉)……………■またマスクーの位置整合
用ターゲットパターン3a,3bと半導体ゥヱハ6の位
置整合用ターゲットパターン5a,5bとのY軸方向の
相対的変位量△yは次に示す■式及び皿式の関係を有す
る。
..・.. △■≠1/L(△y, -△y2)=8. (△y,
- △y2) ......................{6- However, L is the distance between the centers of the target patterns 5a and 5b for position matching, and ■o
is a constant corresponding to the value 1/L. Note that △■ is △y
, , .DELTA.y2 because two positional alignment target patterns 5a and 5b are arranged in the X-axis direction. Further, the relative displacement amount Δx in the X-axis direction between the position alignment target patterns 3a, 3b of the mask 1 and the position alignment target patterns 5a, 5b of the semiconductor wafer 6 is as follows.
It has the following equation (7) and shelf equation relationship. △×i△×
, 1△Q, △×d△&10△o ………(7)^△X=
Season (△~10△cedar)………………■Also, the relative displacement amount △y in the Y-axis direction between the position matching target patterns 3a, 3b of the mask and the position matching target patterns 5a, 5b of the semiconductor substrate 6 has the following relationship of the ■ type and the plate type.

△y=△y,十△8「 △y=△y2−△8 ………
【9}.・.△y=1/2(△y,十△y2)
……………{10次に上記の如く求められた△×,△y
,△■の相対的変位量の信号を駆動回路31に送信する
△y=△y, ten△8 “△y=△y2−△8 ………
[9}.・.. △y=1/2 (△y, ten △y2)
……………{10th △×, △y obtained as above
, Δ■ are transmitted to the drive circuit 31.

駆動回路31は求められた△×,△y,△@の値だけ、
逆方向にX軸モー夕11、Y軸モ−夕12、モータ9を
駆動し、上記△×,△y,△■が全て零になった時点で
マスク亀と半導体ゥェハ6は精度良く位置整合される。
前記ホトダィオードアレィとしては、1024個のホト
ダィオード素子を一列に配列して25.4側の長さを有
するものがすでに存在する。
The drive circuit 31 only calculates the determined values of △×, △y, △@,
Drive the X-axis motor 11, Y-axis motor 12, and motor 9 in the opposite direction, and when the above △x, △y, and △■ all become zero, the mask turtle and the semiconductor wafer 6 are precisely aligned. be done.
As the photodiode array, there is already one in which 1024 photodiode elements are arranged in a line and has a length on the 25.4 side.

また位置整合用ターゲットパターンは1〜2側角にて形
成されている。従って位置整合用ターゲットパターンの
全面をホトダィオードアレィに受像させたとしてもマス
クと半導体ウェハの位置決め精度は1ぶれ〜2一肌程度
得られる。上記実施例は光像検出素子として、一列にホ
トダィオード素子を配列したホトダィオードァレィを2
個用いているが、光学系13a,13bの半透明鏡18
、シリンドリカルレンズ20,21を削除し、絹状の絵
素即ち検知領域を受像するホトダィオード素子を2次元
平面内に縦横配列したホトダイオードマトリツクスをホ
トダイオードアレィ23a,23bの位置に配置すれば
、前記実施例と同じ作用効果を達成することができる。
Further, the target pattern for position alignment is formed at one or two side corners. Therefore, even if the entire surface of the target pattern for position alignment is imaged by the photodiode array, the positioning accuracy between the mask and the semiconductor wafer can be obtained on the order of 1 to 2 degrees. In the above embodiment, two photodiode arrays in which photodiode elements are arranged in a row are used as optical image detection elements.
The semi-transparent mirror 18 of the optical system 13a, 13b is used.
If the cylindrical lenses 20 and 21 are removed and a photodiode matrix in which photodiode elements for receiving images of silk-like picture elements, that is, detection areas are arranged vertically and horizontally in a two-dimensional plane, is placed at the positions of the photodiode arrays 23a and 23b, the above-mentioned result can be obtained. The same effects as the embodiment can be achieved.

なおホトダィオードマトリックスを用いた場合X軸方向
の位置整合用ターゲットパターン5a,5bと位置整合
用ターゲットパターン3a,3bの相対的変位量を求め
るときは、Y軸方向に配列されたダイオード素子の信号
をスキャンすると同時に電気的に集積し、Y軸方向の位
置整合用ターゲットパターン5a,5bと位置整合用タ
ーゲットパターン3a,3bの相対的変位量を求めると
きにはX軸方向に配列されたダイオード素子の信号をス
キャンすると同時に電気的に集積すれば、前記実施例の
シリンドリカルレンズにて光像を中方向に縮少したのと
同様な作用が得られる。また前記実施例において、直線
状パターンからなる十字形の透明な帯で形成されたマス
クの位置整合用ターゲットパターンと周囲と異なる反射
率を有する直線状パターンからなる十字の細緑にて形成
され半導体ゥヱハの位置整合用ターゲットパターンとを
重畳したものであるが、この他例えば第8図a乃至第8
図dに示す如く所定の識別領域を形成するように透明も
しくは不透明の[形、L形の直線状パターンもしくは・
印で囲んだ点列状のパターンまたは直線状の正方形の透
明なパターン等で形成したマスクの位置合せ用ターゲッ
トパターンと、第9図a乃至第9図cに示す如く、周囲
と反射率もしくは透過率が異なる。
Note that when using a photodiode matrix, when determining the relative displacement between the position matching target patterns 5a, 5b in the X-axis direction and the position matching target patterns 3a, 3b, the diode elements arranged in the Y-axis direction are used. The diode elements arranged in the X-axis direction are used to simultaneously scan and electrically integrate the signals and to obtain the relative displacement between the position matching target patterns 5a, 5b in the Y-axis direction and the position matching target patterns 3a, 3b. If the signals are scanned and electrically integrated at the same time, an effect similar to that of the cylindrical lens of the above embodiment in which the optical image is contracted in the middle direction can be obtained. Further, in the above embodiment, the target pattern for position alignment of the mask is formed of a cross-shaped transparent band made of a linear pattern, and the target pattern is formed of a thin green cross made of a linear pattern having a reflectance different from that of the surrounding area. This is a superimposed pattern with the target pattern for position alignment of Waha, but in addition, for example, Figs.
A transparent or opaque [shaped, L-shaped linear pattern or...
A target pattern for mask alignment formed by a dot array pattern surrounded by marks or a linear square transparent pattern, etc., and the surroundings and reflectance or transmittance as shown in FIGS. 9a to 9c. Rates are different.

・印、正方形、もしくは十字の帯等で形成された半導体
ウェハの位置合せ用ターゲットパターンとを絹合せて重
畳しても前記実施例と同一の作用効果が達成できるので
、位置整合用ターゲットパターンは種々な形状で選定さ
れ、前記実施例に限定されるものではない。更に前記実
施例において×、Y方向は直交しているか必ずしも直交
座標に限定されるものではない。以上説明したように本
発明は、可動部のない光電変換子(光感応素子)を一列
状態に配列した一次元団体撮像素子を用い、しかもシリ
ンドリカルレンズ等の集光光学系によって結像されるパ
ターンを上言己一次元固体撮像素子の配列方向に対し直
角方向に光学的に圧縮集光するようにした検出装置であ
るから、簡単な構成でもつて直線状のパターンもしくは
点列状パターンを高感度に検出でき、パターンの形状も
しくは寸法を高精度に検出することができる効果を奏す
る。
・Even if the target pattern for positioning the semiconductor wafer formed of marks, squares, cross bands, etc. is aligned and superimposed, the same effect as in the above embodiment can be achieved, so the target pattern for positioning is Various shapes can be selected, and the shape is not limited to the above embodiment. Furthermore, in the above embodiments, the x and y directions are orthogonal, but are not necessarily limited to orthogonal coordinates. As explained above, the present invention uses a one-dimensional collective image sensor in which photoelectric transducers (photosensitive elements) without moving parts are arranged in a line, and a pattern imaged by a condensing optical system such as a cylindrical lens. As stated above, since this is a detection device that optically compresses and focuses light in the direction perpendicular to the arrangement direction of the one-dimensional solid-state image sensor, it can detect linear patterns or dot array patterns with high sensitivity even with a simple configuration. This has the effect that the shape or size of the pattern can be detected with high precision.

特に上記直線状のパターンもしくは点列状パターンが部
分的に変形したり、または部分的に異物が付いていたり
しても、またパターンのコントラストが悪くても高精度
に検出することが出釆る。
In particular, even if the linear pattern or dot array pattern is partially deformed or has foreign matter attached to it, or even if the contrast of the pattern is poor, it can be detected with high accuracy. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は被検出物の一例であるマスクを示した図、第2
図は被検出物の一例である半透体ゥェハを示した図、第
3図は本発明の位置検出装置の一実施例であるマスク位
置整合用装置を示した概略構成図、第4図は第3図に示
す光学系を詳細に示した図、第5図はマスクの位置整合
用ターゲットパターンと半導体ウェハの位置整合用ター
ゲットパターンが重畳されたときの状態を示した図、第
6図は第3図に示すホトダィオードアレィにて受光され
る光像とホトダィオードアレィから得られる信号波形を
示した図、第7図はマスクの位置合せ用ターゲットパタ
ーンと半導体ウェハの位置整合用ターゲットパターンの
相対的変位量の関係を示した図、第8図はマスクの位置
合せ用ターゲットパターンの例を示した図、第9図は半
導体ゥェハの位置整合用ターゲットパターンの例を示し
た図である。 1・・…・マスク、3a,3b・・・・・・位置整合用
ターゲットパターン、5a,5b・・・・・・位置整合
用ターゲットパターン、6・・・・・・半導体ウェハ、
13a,13b・・・・・・光学系、14・・・・・・
対物レンズ、17・・・・・・光源、18・・・・・・
半透明鏡、20,21・・・・・・シリンドリカルレン
ズ、22a,22b,23a,23b……ホトダイオー
ドアレイ、24……スキヤン信号発生回路、28a,2
8b,29a,29b・・・・・・処理回路、29・・
…・演算回路、30・・・・・・駆動回路。 オ/四 オ2図 オ3図 オ4肉 グづ図 矛ふ図 オフ図 グ8図 ゲラ図
Figure 1 shows a mask as an example of the object to be detected, Figure 2 shows a mask as an example of the object to be detected.
The figure shows a semi-transparent wafer which is an example of an object to be detected, FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a mask position alignment device which is an embodiment of the position detection device of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing details of the optical system shown in FIG. Figure 3 shows the optical image received by the photodiode array and the signal waveform obtained from the photodiode array, and Figure 7 shows the target pattern for mask alignment and the semiconductor wafer. Figure 8 shows an example of a target pattern for aligning a mask, and Figure 9 shows an example of a target pattern for aligning a semiconductor wafer. FIG. 1... Mask, 3a, 3b... Target pattern for position alignment, 5a, 5b... Target pattern for position alignment, 6... Semiconductor wafer,
13a, 13b...optical system, 14...
Objective lens, 17...Light source, 18...
Semi-transparent mirror, 20, 21...Cylindrical lens, 22a, 22b, 23a, 23b...Photodiode array, 24...Scan signal generation circuit, 28a, 2
8b, 29a, 29b...processing circuit, 29...
... Arithmetic circuit, 30... Drive circuit. O / 4 O Figure 2 O Figure 3 O 4 Meat Guzu Figure Off figure Figure 8 Galley diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直線状または点列状のパターンを有する被検出物体
からの光像を上記パターンの延びている方向に集光させ
る集光光学系と、該集光光学系によって集光された像を
受光し、かつ上記パターンの延びている方向とは直角な
方向に光電変換素子を配列した一次元固体撮像素子とを
備え、該一次元固体撮像素子の各光電変換素子に対応し
て得られる映像信号にもとづいて上記パターンの位置を
検出することを特徴とする検出装置。 2 上記集光光学系がシリンドリカルレンズであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の検出装置。
[Scope of Claims] 1. A condensing optical system that condenses a light image from an object to be detected having a linear or dot array pattern in the direction in which the pattern extends; and a one-dimensional solid-state image sensor that receives an image of the pattern, and has photoelectric conversion elements arranged in a direction perpendicular to the direction in which the pattern extends, and a one-dimensional solid-state image sensor that receives a photoelectric conversion element that corresponds to each photoelectric conversion element of the one-dimensional solid-state image sensor. A detection device characterized in that the position of the pattern is detected based on a video signal obtained by 2. The detection device according to claim 1, wherein the condensing optical system is a cylindrical lens.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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