JPS62108523A - 信号検出装置 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、ペデスタルに重複して送出されるパルス信号
を検出する信号検出装置に関し、例えば半導体焼付装置
等においてマスクパターンをウェハに焼付ける際に、両
者の位＠識別マークであるアライメントマーク同士の間
隔を効率良く測定す　　　′るため、両者を光走査して
得られる電気信号から各マークを検出するのに用いられ
る信号検出装置に関する。

［従来技術の説明コ 半導体焼付装置等において、マスクとウェハとの位置合
せは、例えばマスクおよびウェハのそれぞれに予め描か
れた自動位置合せ用のアライメントマーク上をレーザビ
ームで走査し、マークエツジの散乱回折光を位置合せ情
報に使用している。

この場合、受光部で光学的に直接反射光を除去した後に
、それぞれの位置合せアライメントマークのエツジから
の散乱回折光の強度を光電変換して電気的パルスに変え
、このパルス位置をクロック計数器等で測定してアライ
メントマーク同士の間隔すなわち偏位を求めることが一
般に行なわれている。

具体的には、第２図（ａ）に示すようなアライメントマ
ークＭをマスクに、（ｂ＞に示すようなマークＷをウェ
ハに描いて、第３図に示すような構成の装置により、第
２図（ｄ）に示すように、マスク１とウェハ２のアライ
メントマークＭ、Ｗ上をレーザビームＬで走査して各マ
ーク同士の偏位を求め、この偏位に応じてマスク１また
はウェハ２のいずれかを動かして、第２図（Ｃ）に示す
状態ニマスク１とウェハ２の相対的な位置合せを行なっ
ている。

第３図は、半導体焼付装置における位置合せシステムの
１例を示す。同図において、１はマスク、２はウェハ、
３は移動ステージ、４はマスク１のパターンをウェハ２
上に転写するための投影レンズである。また、７はモー
タ６によって回転するポリゴンミラーで、レーザ光源例
えばチューブ５から出射されたレーザ光は、ポリゴンミ
ラー７、ミラー８、ビームスプリッタ１１、対物レンズ
１０、ミラー９を経てマスク１およびウェハ２上のアラ
イメントマークＭ、Ｗ上をスキャンする。これらのアラ
イメントマークＭ、Ｗからの散乱光はミラー９、対物レ
ンズ１０、ビームスプリッタ１１を通り、光電検出器１
２に入る。

光電検出器１２の出力信号は、第２図（ｅ）に示すよう
なアナログ信号であり、この信号中ｍはマスク１上のマ
ークＭからの散乱光による信号、Ｗはウェハ２上のマー
クＷからの散乱光による信号である。これらの信号は、
制御回路１３中のコンパレータ１４によって２（ＩＩ化
され、第２図（ｆ）のようなパルス列となる。これらの
パルス間隔を、計測クロック発振器１５およびパルス間
隔測定回路１６で計測する。１７はＣＰＵで、該測定回
路１６の値を読み出し、この計数値よりマスク１とウェ
ハ２との相対的なずれ量を求めて、マスクとウェハが正
しい位置関係となるようにモータ１８．１９を回して移
動ステージ３を駆動する。

しかし、この時、光電検出器１２の出力信号の中にはア
ライメントマーク以外（例えば実素子用パターン等）か
らの散乱光による信号も含まれている。例えば、第４図
（１）のようにウェハ２上のアライメントマークが形成
されているエリアａ以外をレーザビームがスキャンする
時、例えばａに隣接してウェハ２上に焼付けられた回路
パターンまたは次の工程用のアライメントマーク等が形
成されたエリアｂがあったとすると、光電検出器からの
信号は第４図く２）のようになる。従って、この信号を
このまま取り込んだのではどれがアライメントマークか
らの信号か区別がつかなくなり、位置合せは困難となる
。従って、一般には、他の光電検出器（図示せず）によ
りレーザビームのウニ八面上のスキャン開始に同期した
第４図（３）のような信＠（以下、同期信号と称する）
Ｓｙｎｃを得て、この同期信号Ｓ　ｙｎｃよりある一定
時間Ｔ　ｐｗ遅延させた第４図（４）のような信号（以
下、ウィンド信号と称する）を作成し、このウィンド信
号によって前記光電検出器１２の出力する電気信号の中
から位置合せに必要なアライメントマークが存在するエ
リアａからの信号のみをゲートして取り出すようにして
いる。

第５図は、第３図のアライメントマークからの信号を検
出するためのパルス間隔測定回路１６として本発明者等
が先に特願昭５９−１０７３７７をもって提案した回路
の詳細図である。

同図において、２０は信号ライン３　ｙｎｃより入って
くる同期信号５ｙｎｃの到来からウィンド信号発生まで
の遅延時間Ｔｐｗをカウントするカウンタで、その時間
はＣＰ　Ｕ　１７より任意にプリセット可能である。２
１はウィンド信号の時間（Ｔｗ）をカウントするカウン
タで、カウンタ２０のカウントアツプと同時にカウント
を開始し、やはりＣＰ、ｔＪ１７によつでプリセット可
能である。

アンドゲート２２は、一方の入力端にこのウィンド信号
ＴＷが供給され、かつ他方の入力端には光電検出器１２
の出力信号Ｓ１９をコンパレータ１４で２値化したマー
ク検出信号が供給されている。したがって、このマーク
検出信号は、ウィンド信号がＨレベルであるＴＷの期間
のみゲート２２により選択され位置計測カウンタ２５に
供給される。

カウンタ２３は、コンパレータ１４から出力されるマー
ク検出信号が供給されており、この信号が出力される度
に１づつインクリメントしてメモリ２４のアドレスを更
新する。そして、上記ウィンド信号がＨレベルである間
、アンドゲート２２で上記マーク検出信号が選択される
都度、位置計測カウンタ２５の値がメモリ２４の更新さ
れたアドレスへ書き込まれる。ＣＰ　ＩＪ　１７はレー
ザビームによるスキャン終了後、該メモリ２４を読み出
すことによりアライメントマークの位置を知ることがで
きる。

３０はタイミング回路で、カウンタ２１からのウィンド
信号および後述するカウンタ２８．２９からの信号ＴＭ
１．ＴＭ２に基づき、スライスレベル（閾１）設定回路
２６、ピーク値検出回路２７、積分回路３２およびペデ
スタルレベル設定回路３３等の動作タイミングを決定す
る各種信号を発生する。

３２は積分回路でありタイミング回路３０からのタイミ
ング信号によって積分を行ない、積分値をＡ／Ｄ変換し
てＲＡＭ　（回路３０中に有する）に格納する機能を有
する。このＲＡＭの内容、つまり積分値はＣＰＵ１７に
より読み出し可能である。

ペデスタルレベル設定回路３３は、ＣＰ　Ｕ　１７によ
る関込みが可能なＲＡＭを有し、このＲＡＭの出力をＤ
／Ａ変換して増幅器３１に供給する。

３１はゲイン可変の増幅器であり、そのゲインはＣＰ　
Ｕ　１７によって制御される。また、この増幅器３１は
、光電検出器１２からの信号８１ｇとペデスタルレベル
設定回路３３の出力との差分を増幅する。

次に、第３図の位置合せシステムの動作を第８図のフロ
ーチャートに従って説明する。

先ず、ＣＰ　Ｌｌ　１７はステップ１で初期設定を行な
う。つまり、ペデスタルレベル設定回路３３の出力が０
■となるよう回路３３のＲＡＭをセットし、増幅器３１
が適当なゲインとなるようセットし、カウンタ２０．２
１にも適当な値をセットする。さらに、スライスレベル
（閾値）設定回路２６に適当なスレッシュホールド電圧
をセットする。これらのレベル、ゲイン、計数値および
スライスレベル（閾値）等はシステム調整時等に予め設
定することができる。

続いて、ステップ２ではウェハ信号のない状態（例えば
、第３図においてウェハ２を投影レンズ４の下へ送り込
む前）でマスク１のアライメントマークからの信号のみ
を測定する。つまり、ウェハ２からの信号が光電検出器
１２に入らない状態においてピーク値検出回路２７によ
りマスク１のアライメントマークからの信号である光電
検出器出力信号Ｓｉｇのピーク検出を行なう。この時の
ピーク検出のタイミングはカウンタ２３のカウントアツ
プに同期して行なわれ、ピーク位置はＲＡＭ２４に、ピ
ーク値はピーク値検出回路２７内のＲＡＭに格納される
。一般にマスクからの信号はレジスト等を塗布したウェ
ハの信号より信号レベルも大きく安定しており、この方
法においてマスクの信号のみであれば充分に安定して検
出できる。

次に、検出したピークレベルをもとにスライスレベル設
定回路２６の値を適切にセットしなおしくステップ３）
、ステップ４で再度マスクのアライメントマークの信号
のみを測定する。この再設定したスライスレベルを用い
てピーク検出を行なった後、ステップ５でＣＰ　Ｕ　１
７は各種カウント時間の設定を行なう。すなわち、ＣＰ
　Ｕ　１７はメモリ２４を読み出してマスクのアライメ
ントマークの位＠（第６図のＴＭｌおよびＴＭ２）を検
出する。

そして、マスクのアライメントマークからの２つの信号
ｍ、ｍがウィンド信号の中央に等しく振り分けられるよ
うカウンタ２０のカウント値をＴｐｗに、カウンタ２１
のカウント値をＴｗにプリセットする。

さらに、このタイミング時にマスク信号が到来すべき時
間ＴＭＩおよびＴＭ２もカウンタ２８にプリセットする
。カウンタ２９は、カウンタ２８のカウントアツプと同
時にある一定時間（ＴＭＤ）をカウントするものであり
、このカウント時間（ＴＭＤ）もやはりＣＰ　Ｕ　１７
によってプリセットされる。

さて、次にウェハ２を投影レンズ４の下へ送り込み（ス
テップ６）、測定を行なうのであるが、まず最初のレー
ザスキャンで増幅器３１のゲインおよび２値化回路１４
のスレッシュホールド電圧の決定を行なう（ステップ７
．８）。

すなわち、積分回路３２は増幅器３１の出力を第６図（
２）のＣ〜ｆの各期間について積分し、それらを内臓の
ＲＡＭへ格納する。同時に、ピーク値検出回路２１はｃ
−ｆの各期間について信号のピーク値の検出を行なう。

レーザのスキャン終了後ＣＰＬ１１７は回路２７．３２
のピーク値および積分値をそれぞれ読み出すくステップ
８）。

積分回路３２の積分出力値としては、第６図（１）に示
すように、各積分区間ｃ　−ｆについてその時の信号の
ベースライン（ペデスタル）Ｇに対応した値■１〜ｖ４
が得られる。また、ピーク検出回路２１の出力値として
は、区間ｃ−ｆそれぞれの最大ビークＶｐ１〜Ｖｐ４が
得られる。ＣＰ　Ｕ　１７はステップ９でこれらの値を
検査して　Ｖｐｌ〜Ｖｐ４中の最小値と積分値ｖ１〜Ｖ
４中の最大値との差がある一定値（Ｖｋ）以下だった場
合はゲインをＡ倍に上げる。この時は、前記積分値Ｖ１
〜Ｖ４の値を回路３３の中のＲＡＭにセットする。

このようにしておいてステップ１０で再度レーザスキャ
ンを行なうと、増幅器３１の出力としては、第６図（３
）に示すように、電気信号Ｓｉｇから、期間Ｃでは値ｖ
１が差引かれ、期間ｄでは値Ｖ２が差引かれ、期間ｅで
は値■３が差引かれ、期間ｆでは値■４が差引かれた信
号のＡ倍の信号が現われる。

しかし、この先願の装置において、前記積分値■１〜Ｖ
４にはアライメントマークＷの信号が含まれており、適
正なベースラインの補正ができず、アライメントマーク
信号Ｗの正確な増幅が行なえないという問題点があった
。

［発明の目的］ 本発明は、上述の先願装置の問題点に鑑みてなされたも
ので、ベースラインの補正をより正確に行なうことので
きる信号検出装置を提供することを目的とする。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。ハードウェア構成はＣ
Ｐ　Ｕ　１７の動作手段すなわちＣＰＵの制御プログラ
ム（ＲＯＭ）の書込みデータが異なることを除き第５図
の装置のものと同一である。

第５図の装置において、従来ではベースライン電圧の補
正をするにあたり積分回路３２は増幅器３１の出力を第
６図（２）のｃ−ｆの各期間について積分し、その積分
値をその時の信号のベースライン電圧に対応させている
が、この実施例においてはｃ　ｐ　Ｕ　１７の制御プロ
グラムを変更して、上記積分値からアライメントマーク
Ｗの信号を分離した値をベースライン電圧として上記補
正を行なうようにしている。

第１図は、本発明の信号検出装置の動作手順を示すフロ
ーチャートである。

以下、第１図を参照して本発明の信号検出装置の動作を
説明する。まず、ステップ１〜４では従来例同様にペデ
スタルレベル設定回路３３、増幅器３１、カウンタ２０
．２１、スライスレベル設定回路２６等の初期設定、マ
スクのアライメントマークのみの測定、測定値に基づく
スライスレベルの設定およびマスクのアライメントマー
クのみの再測定を行なう。ステップ４′ではウェハ信号
のない状態のまま、さらにマスク１のアライメントマー
クからの信号幅ｔＭの測定を行なう。ここで測定した信
号幅ｔＭは後述のステップ８′でウェハ２のアライメン
トマークの信号幅ｔｗとして近似して用いる。

ステップ５ではカウンタ２０．２１．２８および２９に
時間ＴｐｗＳＴｗ　ＳＴＭ　１．７Ｍ２およびＴＭＤを
プリセットする。

次にステップ６でウェハ２を投影レンズ４の下へ送り込
んでステップ７の測定を行ない、ステップ８′では最初
のレーザスキャンで増幅器３１のゲイン、ペデスタルレ
ベル設定回路３３のレベルおよび２値化回路１４のスレ
ッシュホールド電圧の決定を行なう。

すなわち、ステップ７においては、積分回路３２が増幅
器３１の出力を第６図（２）のｃ−ｆの各期間について
積分し、それらを内臓ＲＡＭへ格納する。この積分電圧
Ｖは各積分期間の信号のベースライン（ペデスタル）Ｇ
とアライメントマークからの信号を加えた値として得ら
れる。またピーク値検出回路２７はｃ−ｆの各積分期間
において信号のピーク値■ｐの検出を行なう。そして、
次のステップ８′では、以上のようにして得られた積分
電圧Ｖｎについて、ベースラインと信号を分離して、ベ
ースライン電圧を求める。信号Ｗの形状を三角形と仮定
すると、積分時間ｔｎと、この期間の積分電圧■ｎと、
ピーク電圧Ｖｐｎと、ウェハのアライメントマークの幅
ｔｗすなわちステップ４′でマスク１から測定したアラ
イメントマークの幅ｔＭとからベースライン電圧Ｖａｎ
は次のようになる。

ＶＢ　　ｎ　　＝　　（ｔｎ　　−Ｖｎ　　−ｔｗ　　
−ＶＤｎ／２＞／（ｔｎ−ｔｗ／２） −（Ｖｎ−に−Ｖｐｎ）／（１−ｋ）・　（１）但し　
ｋ＝ｊｗ／２ｔｎ そこで、前記各積分期間ｃ−ｆについて積分電圧■１〜
■４、ピーク電圧ＶＤ１〜ＶＤ４からベースライン電圧
Ｖｓｌ〜Ｖｅ４を求め、ペデスタル電圧設定回路３３の
中のＲＡＭにセットする。ステップ９で必要に応じて増
幅器３１のゲイン設定を行なう。

すなわち、ピーク電圧Ｖｐ１〜ＶｐＡ中の最小値とベー
スライン電圧Ｖｅ１〜Ｖａ４中の最大値との差がＶｋ以
下であればゲインをＡ倍に上げる。このようにしておい
てステップ１０で再度レーザスキャンを行なうと、増幅
器３１の出力としては、第７図（３）に示すように、各
積分期間に対して、ベースライン電圧の適正な補正がで
き、アライメントマークの信号を正確に増幅した信号を
得る事ができる。

［変形例］ なお、前記実施例ではマスク１のアライメントマークの
信号幅ｔｗをウェハ２のアライメントマークの信号幅と
して近似してベースライン電圧の補正を行なうためのデ
ータとして用いたが、この信号幅ｔｗをあらかじめ固定
値として設定しておくか、あるいはターミナル等外部装
置から設定できるように・しておいてもベースライン電
圧の補正に対して効果がある。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によると、アライメントマー
クからの信号を時間的に区切って各々積分し、ベースラ
インと信号を分離してからベースライン電圧を知り、次
にその値を差引いて増幅するという手段をとっているた
め、ペデスタルの補正を正確に行なうことができ、ペデ
スタルの不規則なウェハや信号レベルが極度に小さいウ
ェハ等についても、そのアライメントマーク検出率を大
きく向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の位置検出装置の動作を示すフローチ
ャート、 第２図は、マスクおよびウェハのアライメントマークを
説明する図、 第３図は、半導体焼付装置における位置合せシステムの
概略構成図、 第４図は、アライメントマークの信号検出タイミングを
示す図、 第５図は、第３図のパルス間隔測定回路のより詳細なブ
ロック図、 第６図は、第５図の回路の動作波形図、第７図は、本発
明による動作波形図、 第８図は、第３図の位置合せシステムの動作を示すフロ
ーチャートである。 １：マスク、　２：ウェハ、　５：レーザ、７：ポリゴ
ンミラー、１２：光電検知器、１３：制御回路、１４：
２値化回路、１５：計測クロック発振器、１６：パルス
間隔測定回路、１７：ＣＰＬＩ。 ２０．２１：ウィンド信号発生用カウンタ、２２：アン
ドゲート、２７：ピーク値検出回路、３１ニゲイン可変
の増幅器、３２：積分回路、そして３３：ペデスタルレ
ベル設定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パルス信号成分とペデスタルとが重複した電気信号
   より上記パルス信号成分を検出する信号検出装置であつ
   て、上記電気信号を所定の区間について積分する積分手
   段と、上記電気信号のピーク値を検出するピーク検出手
   段と、上記積分値とピーク値とパルス信号幅と積分区間
   幅とに基づいて上記所定区間内における平均直流成分を
   算出する演算手段と、上記直流成分により上記電気信号
   中のペデスタル成分を補正する手段とを具備することを
   特徴とする信号検出装置。 ２、前記パルス信号幅が予め固定値として設定されたも
   のである特許請求の範囲第１項記載の信号検出装置。 ３、前記パルス信号幅がデータ入力手段を介して与えら
   れるものである特許請求の範囲第１項記載の信号検出装
   置。 ４、前記電気信号がウェハおよびマスク上を光走査した
   反射光を光電変換して得られる信号であり、前記パルス
   信号がウェハ上のアライメントマークからの信号であり
   、前記パルス信号幅が上記マスク上のアライメントマー
   クからのパルス信号の幅として近似したものである特許
   請求の範囲第１項記載の信号検出装置。