JPS6135692B2 - - Google Patents

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JPS6135692B2
JPS6135692B2 JP59225719A JP22571984A JPS6135692B2 JP S6135692 B2 JPS6135692 B2 JP S6135692B2 JP 59225719 A JP59225719 A JP 59225719A JP 22571984 A JP22571984 A JP 22571984A JP S6135692 B2 JPS6135692 B2 JP S6135692B2
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JP
Japan
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pattern
semiconductor wafer
mask
photodiode
target
Prior art date
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Application number
JP59225719A
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Japanese (ja)
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JPS60121720A (en
Inventor
Mitsuyoshi Koizumi
Yasuhiko Hara
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60121720A publication Critical patent/JPS60121720A/en
Publication of JPS6135692B2 publication Critical patent/JPS6135692B2/ja
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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
    • G03F9/7088Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体ウエハまたはマスク等に形成さ
れた2次元パターンの位置を検出する位置検出方
式に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a position detection method for detecting the position of a two-dimensional pattern formed on a semiconductor wafer, a mask, or the like.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来の位置検出方式として例えばマスクに位置
整合用ターゲツトとして設けられた透明な窓に対
して半導体ウエハ上に位置整合用ターゲツトとし
て設けられたエツチング部をのぞかせて重畳し上
記窓からエツチング部の反射光量を検出してマス
クに対する半導体ウエハの位置を知る反射光量方
式と、位置整合用ターゲツトとして線状パターン
をマスク及び半導体ウエハ上に形成し、スリツト
の振動や、鏡の回動を利用して線状パターンの光
像を光走査にてマスクに対する半導体ウエハの位
置を知る光走査方式とがある。
In the conventional position detection method, for example, an etched area provided as a position alignment target on a semiconductor wafer is superimposed on a transparent window provided as a position alignment target on a mask, and the amount of light reflected from the etched area is detected from the window. The reflected light intensity method detects the position of the semiconductor wafer with respect to the mask, and the other uses the method of forming a linear pattern on the mask and the semiconductor wafer as a target for position alignment. There is an optical scanning method in which the position of a semiconductor wafer with respect to a mask is determined by optically scanning an optical image of a pattern.

前者の位置検出方式は半導体ウエハの平滑面や
エツチング部での反射光量特性及び、照明むらに
よる光量の不均一性、の問題が存在した。
The former position detection method has problems such as the characteristics of the amount of reflected light on the smooth surface of the semiconductor wafer or the etched portion, and the non-uniformity of the amount of light due to uneven illumination.

また後者の位置検出方式はスリツト及び、鏡に
よる光像の走査速度が不均一であるため、マスク
に対する半導体ウエハの位置を正確に検出するこ
とが困難であると共に、スリツトの振動及び鏡の
回動を機械駆動によらなければならないため、機
械駆動部の信頼性が悪いという問題点を有してい
た。
In addition, in the latter position detection method, the scanning speed of the optical image by the slit and the mirror is uneven, so it is difficult to accurately detect the position of the semiconductor wafer with respect to the mask. Since this method has to be mechanically driven, there is a problem in that the reliability of the mechanical drive section is poor.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記問題点を解決し、可動部
をなくして高信頼度でもつて光学的に一次元固体
撮像素子の配列方向と直角方向に向いた直線状ま
たは点列状パターンを強調させて高感度でもつて
この直線状または点列状パターンの位置を検出で
きるようにした位置検出方式を提供するにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, eliminate moving parts, and optically emphasize a linear or dot array pattern oriented perpendicular to the arrangement direction of one-dimensional solid-state image sensors with high reliability. An object of the present invention is to provide a position detection method that can detect the position of a linear or dotted pattern of levers with high sensitivity.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

即ち本発明は、上記目的を達成するために、直
線状または点列状のパターンを有する2次元パタ
ーンをシリンドリカルレンズを含む光学系で上記
パターンの線方向に圧縮して一次元パターンとし
て1次元的に素子を配列した1次元固体撮像素子
に結像させ、この圧縮結像された1次元パターン
を上記1次元固体撮像素子によつて映像信号に変
換し、この変換された映像信号の山の中心または
ピークを示す上記1次元固体撮像素子の番地によ
つて直線状または点列状のパターンの位置を検出
することを特徴とする位置検出方式である。
That is, in order to achieve the above object, the present invention compresses a two-dimensional pattern having a linear or dot-like pattern in the linear direction of the pattern using an optical system including a cylindrical lens to produce a one-dimensional pattern. The image is formed on a one-dimensional solid-state image sensor in which elements are arranged, and this compressed one-dimensional pattern is converted into a video signal by the one-dimensional solid-state image sensor, and the center of the mountain of the converted video signal is Alternatively, the present invention is a position detection method characterized by detecting the position of a linear or dot array pattern based on the address of the one-dimensional solid-state image pickup device that indicates a peak.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

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。第1図はマスクを示したものであ
り、第2図は半導体ウエハを示したものである。
同図に示すマスク1には、半導体ウエハ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
導体ウエハ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る位置整合用ターゲツト
パターン3a,3bを形成している。一方半導体
ウエハ6には、上記位置整合用のターゲツトパタ
ーン3a,3bに対応した位置に、2個第2の識
別パターンである位置整合用ターゲツトパターン
5a,5bを形成している。上記マスクの位置整
合用のターゲツトパターン3a,3bとしては、
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、十字状で一定の巾を有
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。また半導体ウエハの位置整合用
ターゲツトパターン5a,5bとしては、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
線即ち、直線状パターン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、半導体ウエハ6を載置している。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
ータ9を取付けている。10はY軸移動テーブル
にして、X軸移動テーブル8をX軸方向に摺動自
在に載置し、X軸移動テーブル8をX軸方向に移
動させるX軸モータ11を取付けている。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置され、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
1は上記半導体ウエハ6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ツト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。即ち光学系13a及び
13bは、重畳された位置整合用ターゲツトパタ
ーンの光像を拡大する対物レンズ14半透明鏡1
5、コンデンサレンズ16、光源17、半透明鏡
18、軸心方向を上下方向に配置し、上記半透明
鏡18によつて反射された光像のX軸方向の巾を
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軸方向の巾を縮小するシリンドリカ
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20は、対物レン
ズ14によつ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、X成分を縮小してホトダイオードア
レイ22a,22bの巾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
ままホトダイオードアレイ23a,23bのX方
向に投影し、Y成分を縮少してホトダイオードア
レイ23a,23bの巾内に投影するよう配置さ
れている。22a,22bは多数個のホトダイオ
ード素子を一列に配列したY軸用ホトダイオード
アレイにして、長手方向をシリンドリカルレンズ
20の軸方向に配置し、シリンドリカルレンズ2
0を通過した光像を受光し、スキヤン信号に応じ
てホトダイ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,23bは多
数個のホトダイオード素子を一列に配列したX軸
用ホトダイオードアレイにして、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
キヤン信号に応じてホトダイ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。2
4はスキヤン信号発生回路にして、出力信号であ
るスキヤン信号25a,25bをホトダイオード
アレイ22a,22b及びホトダイオードアレイ
23a,23bに接続している。28aは処理回
路にして、ホトダイオードアレイ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ツト3aと半導体ウエハ
6上の位置整合用ターゲツト5aとのY軸方向の
基準距離Δに対する偏差Δy1を求める回路であ
る。28aは処理回路にしてホトダイオードアレ
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ツト3bと位置整合
用ターゲツト5bとのX軸方向の基準距離Δ
対する偏差Δy2を求める回路である。29aは処
理回路にしてホトダイオードアレイ23aから出
力される信号27aにて第5図に示す如く位置整
合用ターゲツト3aと位置整合用ターゲツト5a
とのX軸方向の基準距離Δに対する偏差Δxを
求める回路である。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27
bにて第5図に示す如く位置整合用ターゲツト3
bと位置整合用ターゲツト5bとのX軸方向の基
準距離Δに対する偏差Δx2を求める回路であ
る。30は演算回路にして、処理回路28aから
出力されるΔy1の信号と、処理回路28bから出
力されるΔy2の信号と、処理回路29aから出力
されるΔx1の信号と、処理回路29bから出力さ
れるΔx2の信号とにもとづいて演算処理を施し、
マスク1と半導体ウエハ6のX軸方向の相対的変
位量Δx、マスク1と半導体ウエハ6のY軸方向
の相対的変位置Δy、回転テーブル7の回転軸心
を中心にしてマスク1と半導体ウエハ6の回転方
向の相対的変位量Δθを求める回路である。31
は駆動回路にして、演算回路30から出力される
Δx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Δyの信号が零
になるまでY軸モータ12を駆動し、演算回路3
0から出力されるΔθの信号が零になるまでモー
タ9を駆動するものである。
The present invention will be specifically described below based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a mask, and FIG. 2 shows a semiconductor wafer.
The mask 1 shown in the figure includes a circuit pattern 2 to be exposed and printed on a predetermined position 4 of a semiconductor wafer 6, and two first identification patterns for positional alignment at both ends for positional alignment with the semiconductor wafer 6. Target patterns 3a and 3b are formed. On the other hand, on the semiconductor wafer 6, two position matching target patterns 5a and 5b, which are second identification patterns, are formed at positions corresponding to the position matching target patterns 3a and 3b. The target patterns 3a and 3b for positional alignment of the mask are as follows:
For example, as shown in FIG. 1, there is a device in which L-shaped opaque lines are arranged in a cross shape in a transparent area to form a transparent band having a constant width in the shape of a cross. 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 positional alignment of a semiconductor wafer, for example, as shown in FIG. 2, there is a pattern formed of a cross-like thin line or a linear pattern having a different reflectance from the surrounding area. Next, the mask position alignment device of the present invention will be explained based on FIGS. 3 to 6. 7 is a rotary table on which a semiconductor wafer 6 is placed. 8
is an X-axis moving table, rotatably supports a rotary table 7, and a motor 9 for rotating the rotary table 7 is attached. Reference numeral 10 designates a Y-axis moving table, on which an X-axis moving table 8 is placed slidably in the X-axis direction, and an X-axis motor 11 is attached to move the X-axis moving table 8 in the X-axis direction. Furthermore, the Y-axis drive table 10 is mounted on a base (not shown).
It is mounted slidably in the axial direction and connected to a Y-axis motor 12 that moves in the Y-axis direction. On the other hand, the mask 1 is placed at a small distance from the semiconductor wafer 6 and is attached to a holding member (not shown) attached to a base (not shown). 13a
and 13b are optical systems provided opposite to the alignment targets 3a and 3b, respectively, and are constructed as shown in FIG. That is, the optical systems 13a and 13b include an objective lens 14 and a semi-transparent mirror 1 for enlarging the optical image of the superimposed target pattern for positional alignment.
5. A condenser lens 16, a light source 17, a semi-transparent mirror 18, and a cylindrical lens 20 whose axial center is arranged in the vertical direction and reduces the width of 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 reduces the width of 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 20 directly project the Y component of the optical image magnified by the objective lens 14 in the vertical direction onto the photodiode arrays 22a, 22b, and reduce the X component to the photodiode arrays 22a, 22b. It is arranged to project within the width of the Further, the semi-transparent mirror 18 and the cylindrical lens 21 project the X component of the enlarged optical image as it is in the X direction of the photodiode arrays 23a, 23b, and reduce the Y component and project it within the width of the photodiode arrays 23a, 23b. It is arranged like this. 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 axial direction of the cylindrical lens 20.
It receives an optical image that has passed through zero, and outputs an electrical signal in series from each photodiode element in accordance with a scan signal. 23a and 23b are X-axis photodiode arrays in which a large number of photodiode elements are arranged in a line, and the longitudinal direction is arranged in the axial direction of the cylindrical lens 21, and receives the light image that has passed through the cylindrical lens 21 and converts it into a scan signal. Accordingly, an electrical signal is output in series from each photodiode element. 2
Reference numeral 4 designates a scan signal generating circuit, and output scan signals 25a and 25b are connected to photodiode arrays 22a and 22b and photodiode arrays 23a and 23b. Reference numeral 28a denotes a processing circuit, which uses a signal 26a output from the photodiode array 22a to detect the alignment target 3a on the mask 1 and the alignment target 5a on the semiconductor wafer 6 in the Y-axis direction, as shown in FIG. This circuit calculates the deviation Δy 1 from the reference distance Δ 2 . 28a is a processing circuit which uses a signal 26b outputted from the photodiode array 22b to calculate the deviation Δy 2 between the position matching target 3b and the position matching target 5b with respect to the reference distance Δ 2 in the X-axis direction, as shown in FIG . This is the circuit you are looking for. 29a is a processing circuit which uses a signal 27a outputted from the photodiode array 23a to detect the position matching target 3a and the position matching target 5a as shown in FIG.
This circuit calculates the deviation Δx from the reference distance Δ1 in the X-axis direction. 29b is a processing circuit and a signal 27 outputted from the photodiode array 23b.
At b, position alignment target 3 is placed as shown in FIG.
This circuit calculates the deviation Δx 2 from the reference distance Δ 1 in the X-axis direction between the alignment target 5b and the position matching target 5b. Reference numeral 30 denotes an arithmetic circuit which receives a signal of Δy 1 output from the processing circuit 28a, a signal of Δy 2 output from the processing circuit 28b, a signal of Δx 1 output from the processing circuit 29a, and a signal of Δy 1 output from the processing circuit 29b. Performs arithmetic processing based on the output Δx 2 signal,
The relative displacement amount Δx of the mask 1 and the semiconductor wafer 6 in the X-axis direction, the relative displacement position Δy of the mask 1 and the semiconductor wafer 6 in the Y-axis direction, and the relative displacement amount Δy of the mask 1 and the semiconductor wafer 6 in the Y-axis direction. This is a circuit for determining the relative displacement amount Δθ in the rotational direction of the rotation direction of the rotation direction. 31
is a drive circuit, which drives the X-axis motor 11 until the Δx signal output from the arithmetic circuit 30 becomes zero, and drives the Y-axis motor 12 until the Δy signal output from the arithmetic circuit 30 becomes zero. and arithmetic circuit 3
The motor 9 is driven until the signal of Δθ outputted from zero becomes zero.

上記構成によりまず半導体ウエハ6を回転テー
ブル6に載置し、マスク1を保持部材(図示せ
ず)に載置すると半導体ウエハ6の位置整合用タ
ーゲツトパターン5a,5bとマスク1の位置整
合用ターゲツトパターン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1
7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ツトパターン3
a,5a及び3b,5bを照射する。位置整合用
ターゲツトパターン5aから反射された光は位置
整合用ターゲツトパターン3aの透明領域を通過
して光像として形成される。この光像は、対物レ
ンズ14によつて拡大され、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
18で反射した光像は、シリンドリカルレンズ2
0にて第6図に示す如くX軸方向にWXからホト
ダイオードアレイ22aの巾寸法LXに縮少され
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
からホトダイオードアレイ23aの巾寸法LYに
縮少されてホトダイオードアレイ23aの受光面
に結像される。一方位置整合用ターゲツトパター
ン5bから反射された光は位置整合用ターゲツト
パターン3b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1
8に達し、半透明鏡18で反射した光像はホトダ
イオードアレイ22bの受光面に結像され、半透
明鏡18を通過した光像はダイオードアレイ23
b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
イオード素子は、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,3
bを対物レンズ14にて拡大された光像をX軸方
向にホトダイオード素子の一定間隔に分割した絵
素即ち検知領域を受像し、更にY軸方向にホトダ
イオード素子の一定間隔に分割した絵素(番地)
即ち検知領域を受像する。次にホトダイオードア
レイ22a,22bは各々スキヤン信号発生回路
24から出力されるスキヤン信号にて第6図に示
すスキヤン方向にスキヤンされ、第6図に示す如
く各ホトダイオード素子(番地)から出力される
信号が連らなつた形の信号26a,26bが出力
される。処理回路28a,28bは各々上記信号
26a,26bをピツト処理して第1番目のピー
ク値を示す番地と第2番目のピーク値を示す番地
との間の距離ya1,ya2、即ち時間tya1,tya2及び
第2番目のピーク値を示す第3番目のピーク値の
間の距離yb1,yb2、即ち時間tyb1,tyb2を求め、
次に示す(1)式及び(2)式から偏差Δy1,Δy2を求め
る。
With the above configuration, when the semiconductor wafer 6 is first placed on the rotary table 6 and the mask 1 is placed on a holding member (not shown), the target patterns 5a and 5b for positional alignment of the semiconductor wafer 6 and the target for positional alignment of the mask 1 are aligned. Patterns 3a and 3b are shown in Figure 5a,
They are arranged in an overlapping manner as shown in b. Next, light source 1
When 7 is turned on, the light emitted from the light source 17 is
The target pattern 3 for position alignment is converted into parallel light by the condenser lens 16, reflected by the semi-transparent mirror 15, and superimposed through the objective lens 14.
A, 5a and 3b, 5b are irradiated. The light reflected from the position alignment target pattern 5a passes through the transparent area of the position alignment target pattern 3a and is formed as an optical image. 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 semi-transparent part 18 of this light image is reflected by the cylindrical lens 2
0, the light image is reduced in the X-axis direction from WX to the width LX of the photodiode array 22a and formed on the light receiving surface of the photodiode array 22a, as shown in FIG. 21, move WY in the Y-axis direction as shown in Figure 6.
The image is then reduced to the width LY of the photodiode array 23a and formed on the light receiving surface of the photodiode array 23a. On the other hand, the light reflected from the position matching target pattern 5b passes through the transparent area from the position matching target pattern 3b and is formed as an optical image. This light image is transmitted to the semi-transparent mirror 1 as before.
8, the light image reflected by the semi-transparent mirror 18 is formed on the light receiving surface of the photodiode array 22b, and the light image passing through the semi-transparent mirror 18 is reflected by the diode array 23.
The image is formed on the light receiving surface b. That is, the photodiode elements of the photodiode arrays 22a, 23a and 22b, 23b are formed by superimposed alignment patterns 5a, 3a and 5b, 3, respectively, as shown in FIG.
The optical image b is magnified by the objective lens 14 and is divided into picture elements, that is, detection regions, which are divided into photodiode elements at regular intervals in the X-axis direction, and is further divided into picture elements (which are divided into photodiode elements at regular intervals in the Y-axis direction). street address)
That is, the detection area is imaged. Next, the photodiode arrays 22a and 22b are each scanned in the scan direction shown in FIG. 6 by a scan signal output from the scan signal generation circuit 24, and a signal is output from each photodiode element (address) as shown in FIG. Signals 26a and 26b in the form of a series of are output. The processing circuits 28a and 28b perform pit processing on the signals 26a and 26b, respectively, and calculate the distances ya 1 and ya 2 between the address indicating the first peak value and the address indicating the second peak value, that is, the time tya. 1 , tya 2 and the distance yb 1 , yb 2 between the third peak value indicating the second peak value, that is, the time tyb 1 , tyb 2 ,
Determine the deviations Δy 1 and Δy 2 from equations (1) and (2) shown below.

Δy1=Δh・(tyb−tya)/k・Δt =K・(tyb1−tya1) ……(1) Δy2=Δh・(tyb−tya)/k・Δt =K・(tyb2−tya2) ……(2) 但しΔh:ダイオード素子(ビツト)の間隔 Δt:隣り合つたダイオード素子をスキヤン
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=Δh/t・Δtから求まる時間と変位の
換 算定数 同様にホトダイオードアレイ23a,23bも
スキヤンされ、第6図に示す如く各ホトダイオー
ド素子(番地)から出力される信号が連らなつた
形の信号27a,27bが出力される。処理回路
29a,29bは各々上記信号26a,26bを
ビツト処理して第1番目のピーク値を示す番地と
第2番目のピーク値を示す番地の間の距離xa1
xa2、即ち時間tx1,tx2、及び第2番目のピーク
値を示す番地と第3番目のピーク値を示す間の距
離xb1,xb2、即ち時間txb1,txb2を求め、次に示
す(3)式及び(4)式から偏差Δx1,Δx2を求める。
Δy 1 =Δh・(tyb 1 −tya 1 )/k・Δt =K・(tyb 1 −tya 1 ) ...(1) Δy 2 =Δh・(tyb 2 −tya 2 )/k・Δt =K・(tyb 2 −tya 2 ) ...(2) where Δh: interval between diode elements (bits) Δt: time required to scan adjacent diode elements k: magnification rate of image by objective lens 14 K: K= Conversion constant for time and displacement found from Δh/t・Δt Similarly, the photodiode arrays 23a and 23b are also scanned, and as shown in FIG. , 27b are output. The processing circuits 29a and 29b respectively bit-process the signals 26a and 26b to determine the distance xa 1 between the address indicating the first peak value and the address indicating the second peak value.
Find xa 2 , that is, times tx 1 and tx 2 , and the distances xb 1 and xb 2 , that is, times txb 1 and txb 2 between the address indicating the second peak value and the third peak value, and then Determine the deviations Δx 1 and Δx 2 from equations (3) and (4) shown in

Δx1=Δh・(txb−txa)/k・Δt =K・(txb1−txa1) ……(3) Δx2=Δh・(txb−txa)/k・Δt =K・(txb2−txa2) ……(4) なお、第6図に示す如く位置整合用ターゲツト
パターン5a,5bが位置整合用ターゲツトパタ
ーン3a,3bに対して大きく傾いている場合に
は信号26a,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
整合用ターゲツトパターン5a,5bの中心位置
とすればよい。更に演習回路30は、上記処理回
路によつて求められたΔx1,Δx2,Δy1,Δy2
信号にもとづいて次のように演算を施し、マスク
1と半導体ウエハ6の相対変位置Δx,Δy,Δ
Θ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
合用ターゲツトパターン3a,3bと半導体ウエ
ハ6の位置整合用ターゲツトパターン5a,5b
との回転方向の相対的変位量ΔΘは次に示す(5)式
の関係を有する。
Δx 1 =Δh・(txb 1 −txa 1 )/k・Δt =K・(txb 1 −txa 1 )……(3) Δx 2 =Δh・(txb 2 −txa 2 )/k・Δt =K・(txb 2 −txa 2 ) ...(4) Note that when the position matching target patterns 5a, 5b are significantly tilted with respect to the position matching target patterns 3a, 3b as shown in FIG. 6, the signals 26a, The address of the center of the peaks 26b, 27a, 27b or the address indicating the peak value may be set as the center position of the position matching target patterns 5a, 5b. Furthermore, the exercise circuit 30 performs the following calculation based on the signals Δx 1 , Δx 2 , Δy 1 , Δy 2 obtained by the processing circuit, and calculates the relative displacement position Δx between the mask 1 and the semiconductor wafer 6. ,Δy,Δ
Find Θ. That is, as shown in FIG. 7, position alignment target patterns 3a, 3b of the mask 1 and position alignment target patterns 5a, 5b of the semiconductor wafer 6 are aligned around the rotation axis p of the rotary table 7.
The relative displacement amount ΔΘ in the rotational direction with respect to

−LsinΔΘ=−(Δy1−Δy2) ……(5) 上記(5)式の関係から次の(6)式の関係を有する。 −LsinΔΘ=−(Δy 1 −Δy 2 ) ...(5) From the relationship of the above equation (5), the following equation (6) is established.

∴ΔΘ≒1/L(Δy1−Δy2) =Θ(Δy1−Δy2) ……(6) 但しLは位置整合用ターゲツトパターン5a,
5bの中心間距離であり、Θは1/Lなる値に
相当する定数である。なおΔΘがΔy1,Δy2の関
係であるのは、位置整合用ターゲツトパターン5
a,5bがX軸方向に2個位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ツトパタ
ーン3a,3bと半導体ウエハ6の位置整合用タ
ーゲツトパターン5a,5bとのX軸方向の相対
的変位量4xは、次に示す(7)式及び(8)式の関係を
有する。
∴ΔΘ≒1/L (Δy 1 - Δy 2 ) = Θ 0 (Δy 1 - Δy 2 ) ...(6) However, L is the position matching target pattern 5a,
5b, and Θ 0 is a constant corresponding to the value 1/L. The relationship between ΔΘ and Δy 1 and Δy 2 is due to the position matching target pattern 5.
This is because two a and 5b are located in the X-axis direction. Further, the relative displacement amount 4x 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 calculated by the following equations (7) and (8). have the following relationship.

Δx=Δx1−Δα,Δx=Δx2+Δα ……(7) ∴Δx=1/2(Δx1−Δx2) ……(8) またマスク1の位置整合用ターゲツトパターン
3a,3bと半導体ウエハ6の位置整合用ターゲ
ツトパターン5a,5bとのY軸方向の相対的変
位量Δyは次に示す(9)式及び(10)式の関係を有す
る。
Δx=Δx 1 -Δα, Δx=Δx 2 +Δα...(7) ∴Δx=1/2(Δx 1 -Δx 2 )...(8) Also, the alignment target patterns 3a, 3b of the mask 1 and the semiconductor wafer The relative displacement amount Δy in the Y-axis direction with respect to the target patterns 5a and 5b for position alignment of No. 6 has the relationship shown in the following equations (9) and (10).

Δy=Δy1+Δβ,Δy=Δy2−Δβ ……(9) ∴Δy=1/2(Δy1+Δy2) ……(10) 次に上記の如く求められたΔx,Δy,ΔΘの
相対的変位量の信号を駆動回路31に送信する。
駆動回路31は求められたΔx,Δy,ΔΘの値
だけ、逆方向にX軸モータ11、Y軸モータ1
2、モータ9を駆動し、上記Δx,Δy,ΔΘが
全て零になつた時点でマスク1と半導体ウエハ6
は精度良く位置整合される。
Δy=Δy 1 +Δβ, Δy=Δy 2 −Δβ ...(9) ∴Δy=1/2(Δy 1 +Δy 2 ) ...(10) Next, the relative values of Δx, Δy, and ΔΘ obtained as above A signal representing the amount of displacement is transmitted to the drive circuit 31.
The drive circuit 31 drives the X-axis motor 11 and Y-axis motor 1 in the opposite direction by the determined values of Δx, Δy, and ΔΘ.
2. Drive the motor 9, and when the above Δx, Δy, and ΔΘ all become zero, remove the mask 1 and the semiconductor wafer 6.
are precisely aligned.

前記ホトダイオードアレイとしては、1024個の
ホトダイオード素子を一列に配列して25.4mmの長
さを有するものがすでに存在する。また位置整合
用ターゲツトパターンは1〜2mm角にて形成され
ている。従つて位置整合用ターゲツトパターンの
全面をホトダイオードアレイに受像させたとして
もマスクと半導体ウエハの位置決め精度は1μm
〜2μm程度得られる。
As the photodiode array, there is already one in which 1024 photodiode elements are arranged in a line and has a length of 25.4 mm. Further, the target pattern for positional alignment is formed with a square of 1 to 2 mm. 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 is 1 μm.
~2 μm can be obtained.

上記実施例は光像検出素子として、一列にホト
ダイオード素子を配列したホトダイオードアレイ
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、網状の絵素即ち検知領域を受像するホト
ダイオード素子を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
イ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。なお
ホトダイオードマトリツクスを用いた場合X軸方
向の位置整合用ターゲツトパターン5a,5bと
位置整合用ターゲツトパターン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ヤンすると同時に電
気的に集積し、Y軸方向の位置整合用ターゲツト
パターン5a,5bと位置整合用ターゲツトパタ
ーン3a,3bの相対的変位置を求めるときには
X軸方向に配列されたダイオード素子の信号をス
キヤ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巾方向に
縮少したのと同様な作用が得られる。
In the above embodiment, two photodiode arrays in which photodiode elements are arranged in a row are used as optical image detection elements, but the semitransparent mirror 18 and cylindrical lenses 20 and 21 of the optical systems 13a and 13b are removed, and a net-like image is formed. By arranging a photodiode matrix in which photodiode elements for receiving an image of a detection area are arranged vertically and horizontally in a two-dimensional plane at the positions of the photodiode arrays 23a and 23b, the same effects as in the previous embodiment can be achieved. When using a photodiode matrix, when determining the relative displacement between the position matching target patterns 5a and 5b in the X-axis direction and the position matching target patterns 3a and 3b, the signals of the diode elements arranged in the Y-axis direction are used. At the same time as scanning, the signals of the diode elements arranged in the X-axis direction are used to obtain the relative displacement of the position matching target patterns 5a, 5b and the position matching target patterns 3a, 3b in the Y-axis direction. By simultaneously scanning and electrically integrating the light, the same effect as that of the cylindrical lens of the above embodiment in which the optical image is reduced in the width direction can be obtained.

また前記実施例において、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ツトパター
ンと周囲と異なる反射率を有する十字の細線、即
ち直線状パターンにて形成され半導体ウエハの位
置整合用ターゲツ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、もしくは、印で囲んだ
パターンまたは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ツトパターンと、
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印、正方形、もしくは十
字の帯等で形成された半導体ウエハの位置合せ用
ターゲツトパターンとを組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
整合用ターゲツ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。
Further, in the above embodiment, the target pattern for aligning the position of the mask is formed of a cross-shaped transparent band, and the target pattern for aligning the position of the semiconductor wafer is formed of thin cross lines, that is, a linear pattern, having a reflectance different from that of the surrounding area. In addition, as shown in FIGS. 8a to 8d, for example, patterns surrounded by transparent or opaque shapes, L shapes, or marks to form predetermined identification areas may be used. Or a target pattern for mask alignment formed with a square transparent pattern, etc.
As shown in FIGS. 9a to 9c, a semiconductor wafer alignment target pattern formed of marks, squares, cross bands, etc. having different reflectance or transmittance from the surroundings is combined and superimposed. Since the same effects as those of the above-mentioned embodiments can also be achieved, the target pattern for position alignment can be selected in various shapes and is not limited to the above-mentioned embodiments.

更に前記実施例においてX,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。
Furthermore, in the above embodiments, the X and Y directions are orthogonal, but are not necessarily limited to orthogonal coordinates.

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、1次元固
体撮像素子を構成する素子の番地を基準にして直
線状または点列状パターンの位置を検出する方式
であるから、従来に比較して、反射光量のむら、
照明むら、他のパターンのノイズ等に影響される
ことが防止されて正確に、しかも機械的走査機構
がないため、コンパクトで且つ信頼性を向上させ
て直線状または点列状パターンの位置を検出する
ことができる効果を奏する。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the position of a linear or dot array pattern is detected based on the address of an element constituting a one-dimensional solid-state image sensor. In comparison, the unevenness of the amount of reflected light,
Accurately detects the position of linear or point array patterns without being affected by uneven illumination, noise from other patterns, etc. Moreover, since there is no mechanical scanning mechanism, it is compact and highly reliable. It has the effect that it can do.

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

第1図はマスクを示した図、第2図は半導体ウ
エハを示した図、第3図は本発明のマスク位置整
合用装置の一実施例を示した断略構成図、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ツトパターンと半導
体ウエハの位置整合用ターゲツトパターンが重畳
されたときの状態を示した図、第6図は第3図に
示すホトダイオードアレイにて受光される光像と
ホトダイオードアレイ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ツト
パターンと半導体ウエハの位置整合用ターゲツト
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ツトパターンの例
を示した図、第9図は半導体ウエハの位置整合用
ターゲツトパターンの例を示した図である。 5a,5b……位置整合用ターゲツトパター
ン、6……半導体ウエハ、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,28b,29a,29b……処理回
路、29……演算回路、30……駆動回路。
FIG. 1 is a diagram showing a mask, FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor wafer, FIG. 3 is a schematic diagram showing an embodiment of the mask position alignment device of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor wafer. 3 is a diagram showing details of the optical system shown in FIG. Figure 3 shows the light image received by the photodiode array and the signal waveform obtained from the photodiode array, and Figure 7 shows the relative displacement between the target pattern for mask alignment and the target pattern for semiconductor wafer alignment. Diagram showing the relationship between quantities, No. 8
The figure shows an example of a target pattern for aligning a mask, and FIG. 9 is a diagram showing an example of a target pattern for aligning a semiconductor wafer. 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, 28b, 29a, 29b ... Processing circuit, 29 ... Arithmetic Circuit, 30...drive circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 直線状または点列状のパターンを有する2次
元パターンをシリンドリカルレンズを含む光学系
で上記パターンの線方向に圧縮して一次元パター
ンとして1次元的に素子を配列した1次元固体撮
像素子に結像させ、この圧縮結像された1次元パ
ターンを上記1次元固体撮像素子によつて映像信
号に変換し、この変換された映像信号の山の中心
またはピークを示す上記1次元固体撮像素子の番
地によつて直線状または点列状のパターンの位置
を検出することを特徴とする位置検出方式。
1 A two-dimensional pattern having a linear or dot-like pattern is compressed in the linear direction of the pattern using an optical system including a cylindrical lens, and a one-dimensional pattern is formed on a one-dimensional solid-state image sensor in which elements are arranged one-dimensionally. the compressed and imaged one-dimensional pattern is converted into a video signal by the one-dimensional solid-state imaging device, and the address of the one-dimensional solid-state imaging device indicating the center or peak of the mountain of the converted video signal; A position detection method characterized by detecting the position of a linear or dot array pattern.
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