JPS63100719A

JPS63100719A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS63100719A
Application number: JP61245551A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Kato; 雄三加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1986-10-17
Publication date: 1988-05-02

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】［ａ業上の利用分野］本発明は、物体位置を求める位置検出装置に関する。こ
の位置検出装置は、例えば、半導体焼付装置においてレ
チクルとクエへ間の位置関係を求めるのに用いられるが
、特に雑音や歪の多い信号に対しても好適なものである
。

［従来技術］従来、半導体焼付装置には光学アライナやＸ線アライナ
があるが、これらの装置では焼付けに先立ちマスクとク
エへの位置合せを行なっている。

この位置合せにおいては、マスクとウェハ上に設けられ
た両者の位置関係を知ることのできるアライメント・マ
ークを光あるいは電子線により検出してマスクとウニへ
間の位置関係を求めている。

ウェハ上のアライメント・マークはウニ八基板上に作ら
れた段差構造をもつもので、位置合せの際にはこの上に
レジストをサブミクロンないし数ミクロンの厚さで塗布
する。このため、ウェハ上のアライメント・マークはレ
ジスト層を介して検出することになる。

［発明が解決しようとする問題点コこのようにレジスト層を介して検出する場合、光（特に
レーザ光）は、レジスト表面で反射や屈折し、レジスト
層で多重反射し、またレジストの表面と裏面からの反射
光が干渉する。また、電子線はレジスト層で散乱する。

これらの効果（以下レジスト効果と呼ぶ）のために検出
信号のＳ／Ｎやコントラストおよび解像力は低下する。

このため、マスクとウニへ間の位置関係を検出する精度
は低下し、従って位置合せ精度が低下するという問題点
があった。

以下具体例に基づき従来例の問題点について詳細な説明
を行なう。

第８図は従来例および本発明で検出するマークおよび検
出信号の一例を示す図である。同図において、１〜４は
マスク上のアライメント・マーク、５はウェハ上のアラ
イメント・マーク、６はレーザ光あるいは電子線の走査
線、７〜ｌＯはマーク２．５および４と走査線６とが交
叉したところから発生する検出信号、１１は信号７〜ｌ
Ｏを２値化するスライス・レベルである。

以下、同図を用いて従来法によるマスクのアライメント
・マークとウェハのアライメント・マークとのずれ量を
求める手順を説明する。

マスクとウェハとの位置関係を検出するとき、まず、マ
スク上のアライメント・マーク１〜４とウェハ上のアラ
イメント・マーク５をレーザ光あるいは電子線で互いに
直交する２方向に走査し、各マークと交叉したところで
散乱する光あるいは反射電子や２次電子をディテクタで
検出する。これにより、各走査方向について信号７〜１
０に示すような電気的パルス信号が得られる。各走査方
向について処理は全く同様になるので、ここでは図示の
方向に走査した場合について説明する。マスクのマーク
２，４とウェハのマーク５との間の距離を求めるために
は信号７〜１０の各４３号の中心位置を求める必要があ
るので、次に、これら各信号をスライス・レベル１１で
２値化した矩形状信号とし、各矩形状信号の中心位置を
各信号の中心位置として求める。

そして、マスクのマーク２からの信号７とウェハのマー
ク５からの信号８の中心位置間の距離をｔｌ、同じく信
号９と信号ｌＯの中心位置間の距離をｔｌとし、ウェハ
のマークの位置がマスクのマークの位Ａの中心にあると
き位置合せした状態とすれは、ずれ量ｄはｄ＝　（ｔｌ−ｔｌ）／２　　　　　　　（１）により
求めることができる。

この従来例において位置合せ精度をよくするためには、
ずれ正、言い換えれば信号間の距離、さらに言い換えれ
ば各信号の中心位置の検出精度をよくする必要がある。

そして、各信号の中心位置の検出精度をよくするための
必要条件は各信号の波形がピーク位＝を中心に対称であ
ることである。通常、この条件を満足するようにアライ
メント・マークの線巾およびスポット径などが設定され
る。

ところが、上述したように、位置合せの時にはウェハ上
のアライメント・マークの上にレジストをサブミクロン
から数ミクロンの厚みで塗布する。このためアライメン
ト・マークの検出はレジストを通して行うことになり、
前記レジスト効果およびレジスト膜厚の不均一さのため
信号は歪み、信号波形の対称性は崩れる。すなわち、第
９図に示すように、信号の歪は中心位置の検出誤差を生
じ、位置合せ精度を低下させる。

本発明は、上述の従来の問題点を解決すると同時に、例
えばアルミ配線を焼き付ける工程での位置合せ時に生じ
るような、Ｓ／Ｎの悪い検出信号からの位置の検出を可
能にし、また、信号の基準位置（例えば、中心位置）の
検出が距離なものに対しても基準位置を容易にかつ精確
に求められるようにすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用コ本発明は上
記問題点を解決するため、歪のある検出信号の基準位置
（例えば、中心位置）を、検比信号と参照信号との部分
相関処理をすることにより、精度高く検出するようにし
ている。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

まず、本実施例の原理を説明する。

従来、位置合せは数ミクロン程度の精度の粗い位置合せ
と０．１ミクロン程度の精度の細かい位置合せの２段階
の位置合せを行なっている。本実施例は細かい位置合せ
におけるもので、この段階ではアライメント・マークか
ら検出される信号の順序は決まっており、第８図のアラ
イメント・マークを用いたとすれば、同図の信号７がマ
スク、信号８と信号９がウェハ、そして信号１０がマス
クからの信号となる。また、信号７と信号８の距離は所
定の値から粗い位置合せ精度の誤差範囲までの間にある
。すなわち、信号７と信号８の距離は凡そ決っている。

また、信号７と信号１０および信号８と信号９はそれぞ
れ所定の距離間隔を持つペアの信号すなわち信号７と信
号１０および信号８と信号９はそれぞれ１つの信号と見
なすこともできる。

以上より、信号７〜１０の特定の信号に対して、あるい
は信号７と信号ｌＯおよび信号８と信号９のペアの信号
に対して特定の信号処理を行なうことが可能である。

従来、相関処理は２つの関数ｆ（×）とｇ　（ｘ）に対
してｈ（ｘ）　　＝ｉ”’ｆ（ｙ）　　ｇ　　（ｙ＋ｘ）　
　ｄｙと定義されるが、例えば関数ｆ　（ｘ）の一部と
関数ｇ　（ｘ）の相関処理を行なうものおよび関数ｆ　
（ｘ）中の特定部分に対する相関処理を行なうものを部
分相関処理と呼ぶ。

本実施例においては、雑音および歪の大きい信号成分に
対してのみ相関処理する、あるいは異なる性質の信号に
対してそれぞれに適した相関処理を行なうことにより検
出精度を高めている。

以下この相関処理について具体例を用いて説明する。

第５図は単一の信号による相関処理の例を示す図である
。同図において、８０は参照信号、８１は検出信号、８
２は参照信号８０と検出信号８１との相関関数、８３は
歪のある検出信号、８４は参照信号８０と検出信号８３
との相関関数である。

同図の場合、検出信号８１の中心位置は相関関数８２の
ピークの位置から検出できる。また、検出信号８３は検
出信号８１がぼけ、エツジ効果および光学系の傾きによ
る歪などを受けたものであるが、このような歪んだ検出
信号に対しても相関関数８４にみるように、信号８３の
中心位置は相関関数８４のピーク位置から精度よく検出
できる。

第６図は、ペアの信号による相関処理の例を示す図であ
る。同図において、９０はペアの信号からなる参照信号
、９１はペアの信号からなる検出信号、９２は参照信号
９０と検出信号９１との相関関数である。

この場合は、検出信号９１を形成するペアの信号の中心
位置を相関関数から求める。第５図と第６図を比較した
とき、相関関数９２は相関関数８２に比べて尖鋭度が高
く、従って、マークの位置は、個々の信号の中心位置か
ら求めるよりもペアの信号の中心位置から求めた方が検
出精度を高めることができる。

第７図は相関処理によらなければ基準位置の検出が困難
な信号による相関処理の例を示す図である。同図におい
て、１００は参照信号、１０１は検出信号、１０２は相
関関数である。

この例かられかるように、信号の基準位置が検出困難な
場合にも相関関数のピークの位置から、容易に基準位置
を検出できる。

本実施例においては、以上に示した効果を有する相関処
理を、雑音や歪の大きな検出信号あるいははペアで検出
できる信号に対して行なうことにより検出精度を向上さ
せている。

第１図は、本発明の一実施例に係る位置合せ装置の構成
を示す。

同図において、２１はマスク、２２はウェハ、２３およ
び２４はマスクおよびウェハ上のアライメント・マーク
から信号を検出する光あるいは電子線の光学系、２５は
Ｘ方向、Ｙ方向および回転方向への移勅が可能なウェハ
２２を保持するステージ、２６．２７および２８はそれ
ぞれステージ２５をＸ方向、Ｙ方向および回転方向に移
動させる駆動装置、２９は信号検出装置、３０は信号処
理装置、３１は記憶装置、３２は位置検出装置、３３は
ｃｐｕ、３４は駆動装置２６゜２７および２８を制御す
る制御装置である。

第２図は、第１図の装置の処理の流れ図である。

同図において、ステップ４１は信号検出処理、ステップ
４２は部分相関処理、ステップ４３は各信号のピーク位
置検出処理、ステップ４４はマスクとウェハの位置関係
を検出する処理、ステップ４５はマスクとウェハを所定
の位置関係に合せる処理である。

以下、第２図の処理の流れ図を参照しながら第１図の装
置の動作の詳細な説明を行なう。

まず、信号検出処理（ステップ４１）では、信号検出装
置２９により、２組の光学系２３および２４を用いてそ
れぞれ互いに直交する２方向に走査してマスクとクエへ
のアライメント・マークからの信号を検出する。２カ所
を２方向に走査するため、第８図のアライメント・マー
クを用いたとすれば、同図の信号７〜１０に示すような
時系列信号が４組得られる。また、信号に含まれる高周
波数領域の雑音はロー・パス・フィルタで除去する。

次に、部分相関処理（ステップ４２）では、信号検出処
理（ステップ４１）で検出した信号検出装置２９からの
出力信号と記憶装置３１に記憶しである参照信号とを信
号処理装置３０で部分相関処理する。

第３図にこのときの相関処理の様子を示す。同図におい
て、５０〜５３は信号検出処理した信号のうちの１組の
信号であり、第８図の信号７〜１ｏに対応する。５４は
参照信号、５５〜５８はそれぞれ信号５０〜５３と参照
信号５４とを部分相関処理した出力信号である。

この出力信号に対し、各信号のピーク位置検出処理（ス
テップ４３）で、位置検出装置３２により、信号５５〜
５８の各信号のピーク位置すなわち信号５０〜５３の中
心位置を検出する。そして、マスクとクエへの位置検出
処理（ステップ４４）で、このようにして求めた各信号
のピーク位置からｃｐｕ３３により信号５５と信号５６
および信号５７と信号５８の各距離ｔ１とｔ２を求める
。このとき、第８図のアライメント・マークを用いたと
すれば、ずれ量は前記（１）式で求まる。

以上の処理は、２箇所のアライメント・マークを互いに
直交する２方向に走査して得た４組の時系列信号に対し
て行ない、右のアライメント・マークからはＸ方向およ
びＹ方向のずれ量ｄＸｒとｄＹｒを求め、左のアライメ
ント・マークからはＸ方向およびＹ方向のずれ量ｄＸｉ
とｄＹｊ２を求める。

これらの結果より、Ｘ方向、Ｙ方向および回転方向のず
れ量は、ｄＸ＝　（ｄＸｒ＋ｄＸＪ２）／２　　　　（２）ｄＹ
＝　（ｄＹｒ＋ｄＹｆＬ）／２　　　　（３）ｄＲ＝　
　（ｄＹｒ＋ｄＹｆ）／Ｄ　　　　　（４）ここで、ｄ
Ｒは回転方向のずれ量りはアライメント・マーク間の距離により求める。

位置合せ処理（ステップ４５）では、（２）式から（４
）式のずれ量を無くするように、制御装置３４の制御の
下で駆動装置２８．２７および２８によりステージ２５
を８勅させ、マスクとクエへの位置合せを終了する。

［実施例の変形例］上述の実施例では、第３図中の参照信号５４に示すよう
に１つの参照信号を用いて検出信号５０〜５３と相関処
理を行なったが、第４図に示すように、参照信号６４と
６５および参照信号６６と６７の２組の参照信号を用い
、参照信号６４．６５と検出信号８０．６３との部分相
関処理および参照信号６６、８７と検出信号６１．８２
との部分相関処理を行なうことにより、検出精度をより
高くすることができる。

この時のずれ量は、これらの部分相関処理結果の信号６
８と信号６９の距ｆｉｔ３となる。

［発明の効果］上述したように、本発明によれば、次のような効果が得
られる。

（１）例えばアルミ配線を焼き付ける工程での位蓋合せ
の際のように、Ｓ／Ｈの悪い信号による位置検出を可能
にする。

（２）検出信号の歪の影響を小さくする。

（３）信号波形の尖鋭度が高くなることにより検出精度
が向上する。

（４）信号の基準位置（例えば、中心位置）が検出困難
な信号波形の場合にも検出を容易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る位置合せ装置の構成
図、第２図は、第１図の装置の位置合せ処理を説明する流れ
図、第３図は、信号処理の一実施例を示す図、第４図は、信
号処理の他の実施例を示す図、第５図〜第７図は、本発
明の実施例における相開ＩＡ埋の原理を示す図、第８図は、従来例を説明する図、第９図は、波形歪と検出誤差の例を示す図である。２１：マスク、２２：ウェハ、２３，２４：光学系、２
５：ステージ、２６、２７．２８：ステージ駆動装置、２９：信号検出
装置、３０：信号処理装置、３１：記憶装置、３２：位
置検出装置、３３：ｃｐｕ、３４：制御装置。特許出願人　　　キャノン株式会社代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也Ｏと第３回〇二ｒ−− 第　４　図第５図ヤｌ（＋第６幕序第７

Claims

【特許請求の範囲】１、参照信号を発生する手段と、物体上のアライメント
・マークからの信号を検出する信号検出手段と、上記参
照信号発生手段により発生した参照信号と該信号検出手
段により検出した信号との部分相関処理により上記マー
クから検出した信号の位置を検出する信号処理手段と、
該信号処理手段で求めた上記マークから検出した信号か
ら物体位置を求める位置検出手段とを具備することを特徴とする位置検出装置。２、前記参照信号が、物体上のアライメント・マークの
一部あるいは全体から検出する信号に対応する１個また
は複数個の信号からなるものである特許請求の範囲第１
項記載の位置検出装置。３、前記参照信号発生手段が信号発生器である特許請求
の範囲第１項記載の位置検出装置。４、前記参照信号発生手段が該参照信号を記憶する記憶
装置を有するものである特許請求の範囲第１項記載の位
置検出装置。