JPS61120908A - マ−ク位置検出装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、半導体製造装置におけるワークピースの位置
合せ用に設けたマークのマーク位置検出装置に関する。

（発明の背ｍ＞ 従来、電子ビーム露光装置やステッパー等の半導体製造
装置内で、ウェハー、マスク、レチクル等のワークピー
スをオートローダ等で搬送した際に、搬送されて来たワ
ークピースが所定の位置に所定の向きで設置されたかど
うかを露光用ＸＹステージの上、あるいはステージ上に
ロードする前段階で確認するため、ワークピース上に付
けられたマークの位置を装置の座標系で読み取るために
マーク位置検出装置が使用されている。

第６図は従来のマーク位置検出装置の一例を示したもの
で、１は＠ｅ−ＪＪｅレーザ等の光源、２はガルバノミ
ラ−を使用したオプチカルスキャナ、３はビームスプリ
ッタ−１４は１次元のポジションセンサ、５は反射光の
強度を検出するためのホトディテクタ、６はウェハー７
上に付けられた位置検出用マークである。

この装置によるマーク位置の検出は、オプチカルスキャ
ナ２を矢印の向きに回転させると、光源１から出た光ビ
ームはウェハー７上で矢印の方向に掃引される。ウェハ
ー７に当った光ビームはそこで反射してホトディテクタ
５に入るが、掃引された光ビームがウェハー上の位置検
出用マーク６に当たると反射率の差によりホトディテク
タ５に入る反射光の量が例えば増加し、光ビームが位置
検出用マーク６に当ったことが検出できる。

一方、オプティカルスキャナ２の回転角はスキャナの駆
動部に入力される制御電圧に比例しているので、光ビー
ムがマーク６に当ったことをホトディテクタ５で検出し
た時のオプティカルスキャナ２の制御電圧からウェハー
や上のマーク位置を読み取ることができる。

しかしながら、このような従来のマーク位置検出装置に
あっては、オプティカルスキャナ２に何らかの原因でド
リフトが生ずると、このドリフト量が全てマークの位置
検出誤差となってしまう。

そこで、定期的にオプティカルスキャナ２に基準制御電
圧を与え、その時の光ビーム位置をポジションセンサ４
で検出し、オプチカルスキャナ２のドリフト量を補正し
なければならず、この補正のためビームスプリッタ３及
びポジションセンサ４を設けることとなり、装置構成が
複雑になる恐れがあった。

また、オプチカルスキャナ２による光ビームの棒引にあ
っては、ウェハーに当たる光ビームの位置とスキャナ回
転角が正弦関数となるため、回転角が大きくなると正弦
関数による誤差の補正も必要となり、更に、オプチカル
スキャナ２を高速動作させると、ミラーのイナーシャ等
によりヒステリシスが生じてスキャナ制御電圧に対する
回転角のリニアリティが劣化するため、動作速度も制限
を受けるという問題があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、オプチカルスキャナにドリフト等が生じても格別
補正を必要としないため簡単な光学系で済み且つ高速で
マーク位置を正確に検出できるようにしたマーク位置検
出装置を提供することを目的とする。

（発明の概要） この目的を達成するため本発明は、ワークピース上に加
工した位置検出マークを通過するように光源からの光ビ
ームをオプチカルスキャナで掃引してビーム反射光をボ
ジシションセンサに入射し、ワークピース上の位置検出
マークに光ビームが当った際に生ずる反射光の光量変化
および光ビームのウェハー反射位置の２つの情報をポジ
ションセンサのみから得るようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した説明図である。

まず構成を説明すると、１はＨａ−Ｎｅレーザ等を使用
した光源、２はガルバノミラ−を使用したオプチカルス
キャナであり、光源１及びオプチカルスキャナ２によっ
て掃引光学系が構成される。

オプチカルスキャナ２を矢印の向きに回転させると、光
源１から出た光ビームは位置検出マーク６が加工された
ウェハー７の上で矢印の方向に掃引される。

４は１次元のポジションセンサであり、オプチカルスキ
ャナ２の回転によるウェハー７上での光ビームの掃引に
よる反射光を入射して電気信号に変換し、この゛ポジシ
ョンセンサ４の出力に基づいて後の説明で明らかにする
マーク位置検出のための反射光量（強度）及び反射光の
位置が求められる。

ポジションセンサ４は、第２図に示すようにＰ層、■８
！及びＮ層を積層したリニア光電変換部をもち、ビーム
スポットが入射すると入射位置には光エネルギーに比例
した電荷が発生し、発生した電荷は光電流として抵抗層
としてのＰ層を通って両側の電極端子４ａ、４ｂから出
力される。ＰＨよりなる抵抗層は、全面に均一な抵抗値
をもっているので、光電流は端子電極までの距離に逆比
例して流れることとなり、両方の電極端子４ａ、４ｂか
ら流れ出す電流の差を求めるとビームスポットの入射位
置を知ることができる。

しかし、両方の電極端子４ａ、４ｂから流れ出す光電流
の差から光ビームの入射位置を知ることができるのは、
ビームスポットの光量が一定であることを条件としてお
り、本発明のように位置検出マークに光ビームが当たる
と反射光量が変化するような場合には、光量の変化で両
方の電極端子４ａ　、４ｂから流れ出す光電流の差も変
わってしまい、光′Ｒ８にの差から一義的にビームスポ
ットの入射位置を求めることはできない。

そこで、本発明におけるビームスポット、即ち反射ビー
ムの入射位置の検出については、入射光量と無関係にポ
ジションセンサ４におけるビームスポットの位置を検出
するため、両方の電極端子４ａ、４ｂから流れ出すトー
タルの光電流で光電流の差分を割って正規化を施すよう
にしている。

一方、ポジションセンサ４において両方の電極端子４ａ
　、４ｂから流れ出す光電流を加え合せたトータルの光
電流は、ポジションセンサ４に入射するビームスポット
の光量、即ち光強度を加えるものであり、従ってトータ
ルの光電流から光ビームがウェハー７の位置検出マーク
６に当ったときの反射光の変化を検出することができる
。

第３図は第２図に示したポジションセンサ４の動作原理
に基づいて光ビームの掃引で得られた反射ビームのポジ
ションセンサ４におけるスポット位置及び反射光量を演
算するための位置情報演算手段の一例を示したブロック
図で、加算回路１３から出力を得る点を除いては良く知
られた代表的な回路である。

第４図において、ポジションセンサ４から得られる２つ
の光電流はそれぞれ電流電圧変換回路１０．１１に与え
られて電圧信号に変換され、減算回路１２で電流電圧変
換回路１０と１１の出力の差をとってビームスポットの
入射位置に応じた信号電圧を作り出す。また、加算回路
１３で電流電圧変換回路１０と１１の出力電圧を加え合
せてトータルの光電流に対応した信号電圧を作り出し、
割算回路１４において光電流の差分に応じた減算回路１
２からの信号電圧をトータルの光電流に応じた加算回路
１３からの信号電圧で割って正規化し、入射光量と無関
係にポジションセンサ４のビームスポット入射位置に対
応した信号電圧を端子１５に出力する。一方、加算回路
１３の出力はそのまま反射ビームの光量を与えることか
ら、この光量変化からウェハー上の位置検出マークに光
ビームを当てたときの光強度の変化を検出するため端子
１６に出力している。

第４図は第３図に示したポジションセンサ４の２つの端
子出力の加算と減算から求められた反射ビームの位置及
び光量に基づいてマーク位置を検出するための回路を示
したもので、第３図における端子１５をサンプルホール
ド回路１７に入力接続し、また端子１６をサンプリング
回路を用いたピークホールド回路１８に入力接続し、ピ
ークホールド回路１８は、例えばウェハー７の位置検出
マーク６に光ビームを当てたときに反射光量が増加する
場合を例にとると、端子１６から得られたピーク値をホ
ールドする機能をもつ。ピークホールド回路１８のピー
ク検出出力はサンプルホールド回路１７に対しホールド
信号１９として与えられており、ピークホールド回路１
８で反射光量のピーク値が検出されたときの端子１５か
らの位置信号をサンプルホールド回路１７でサンプルホ
ールドし、端子２０にマーク位置検出信号として出力す
る。

この第４図に示すサンプルホールド回路１７゜ピークホ
ールド回路１８によるマーク位置の検出動作を更に詳細
に説明するならば、例えば第１図に示すようにオプチカ
ルスキャナ２の回転で光源１からの光ビームをウェハー
７の上の位置検出マーク６を通るように掃引したとする
と、第３図に示す位置情報演算手段の端子１５と１６に
は第５図に示す信号波形の変化が現れる。

即ち、第５図は横軸に端子１５からの位置信号を取り、
縦軸に端子１６の光量信号を取って示したもので、光ビ
ームの掃引位置がマーク位置に達すると、ポジションセ
ンサ４に入射する反射ビームの光量が増加し、光量信号
のピーク値が得られ、この光量信号のピーク値は第４図
のピークホールド回路１８でホールドされ、ピーク値の
検出からマーク位置を検知し、サンプルホールド回路１
７にホールド信号１つを出力する。従って、サンプルホ
ールド回路１７はマーク位置に対応した光量信号のピー
ク値が得られたタイミングで端子１５からの位置信号を
サンプルホールドして端子２０に出力するようになる。

このように、第３図に示す位置情報演算手段の出力に基
づいたマーク位置の検出は比較的簡単な回路構成で実現
でき、且つ１回のビームスキャンでマーク位置を検出す
ることができる。

尚、第４図に示したサンプルホールド回路１７゜ピーク
ホールド回路１８によるマーク位置の検出は、ウェハー
７に対する光ビームのビームスポット径が位置検出マー
ク６の幅と略同−の場合であり、この場合に第５図に示
すような反射光のピーク変化が現れる。一方、ビームス
ポットの径に対し位置検出マークの幅が大きい場合には
、ピーク変化が現れず、略パルス状の加算出力（光量信
号）が現れる。このような場合のマーク位置の検出は、
公知のエツジ検出回路によってパルスの立上がりと立下
がり部分を検出し、両エツジの１／２をマーク中心とす
る演算を実行し、この演算に対応した位置信号（正規化
減算出力）をサンプリングしてマーク位置検出信号とす
ればよい。

更に、上記の実施例はポジションセンサを１つ使用した
１次元のマーク位置検出に関するものであるが、オプチ
カルスキャナを２個使用すると共に、２次元のポジショ
ンセンサを用いることで、簡単に２次元のマーク位置検
出を実現することができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、ポジションセ
ンサで検出した反射ビームの位置及び反射光量から直接
マークの位置を読み取るようにしているため、光ビーム
を掃引するためのオプチカルスキャナにおけるドリフト
の影響を全く受けず、またオプチカルスキャナの回転角
が大きくなってもオプチカルスキャナの１ＩｉｌＪ　Ｉ
ＩＩ電圧からマーク位置の検出を行なわないため、正弦
関数による補正の必要もな（、更にオプチカルスキャナ
におけるヒステリシスのマーク位置検出に対する影響も
ないので、オプチカルスキャナによる高速のビームスキ
ャンができる。

更に加えて、位置検出及び光量検出を全てポジションセ
ンサで行なうため、従来のように反射光量を検出する専
用の；レトディテクタも省略でき、その分だけ構成部品
を少なくしてスペース及びコストの大幅な節減ができる
と共に、光学系及び機械系統の設計自由度も増やすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第２図は第
１図の実施例で用いる１次元のポジションセンサの構造
説明図、第３図はポジションセンサの出力から位置信号
および光量信号を求めるための回路例を示したブロック
図、第４図は第３図の回路出力からマーク位置を検出す
る回路の一例を示したブロック図、第５図は第３図の実
施例で得られる位置信号と光量信号との相関関係を示し
たグラフ図、第６図は従来装置の説明図である。 １：光源 ２ニオブチカルスキヤナ ４：ポジションセンサ ４ａ　、　４ｂ　：電極端子 ６：位置検出用マーク ７：ウェハー １０．１１＋電流電圧変換回路 １２：減算回路 １３：加算回路 １４：割算回路 １７；サンプルホールド １８：ピークホールド回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ワークピース上に加工した位置検出マークを通過するよ
   うに光源からの光ビームを掃引する掃引光学系と； 該掃引光学系によるワークピースからの反射ビームを入
   射するリニア光電変換部を有し、該リニア光電変換部の
   反射ビーム入射位置に応じた変換信号を光電変換部両端
   の端子から出力するポジションセンサと； 該ポジションセンサの２つの端子出力の加算で反射光量
   を求めると共に、２つの出力の減算でウエハー上のビー
   ム反射位置を求める位置情報演算手段とを備え； 前記反射光量の変化から位置検出マークに光ビームが当
   つたことを検出し、その時のビーム反射位置からマーク
   位置を求めるようにしたことを特徴とするマーク位置検
   出装置。