JPS63100725A

JPS63100725A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS63100725A
Application number: JP61245552A
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
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPH0669022B2

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】［産業上の利用分野］本発明は、物体の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
レチクルとウェハ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ウ
ェハ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ェハ
間の位置関係を求めている。

ウェハ上のアライメント・マークはウェハ基板上に作ら
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］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、マスクとウェハ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。

この問題を解決するために、本発明者等は、先に、予め
用意した参照信号と検出信号との部分相関処理を行ない
、その後部分相関処理で得た信号のピーク位置を検出す
ることにより位置検出を行なう位置検出装置を案出した
。しかし、この装置は、（１）部分相関処理に時間がかかる（２）歪の大きな信号ではピーク位置を検出することが
困難であるといった欠点がある。

以下、具体例に基づき、従来例および先の提案に係る位
置合せ装置について詳細な説明を行なう。

第６図は、従来例と先の提案および本発明に係る位置合
せ装置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、７〜１０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〜ｌＯ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の各信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１０の中心位置間の距離をｔ２とし、ウェハ
のマークの位置がマスクのマークの位置の中心にあると
き位置合せした状態とすれば、ずれ量ｄはｄ＝　（ｔｌ−ｔ２）７字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、
ずれ量、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置を中心に対称であ
ることである０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
７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。

このため、先の提案に係る位置合せ装置においては、位
置検出した信号と参照信号との部分相関を行なって位置
合せ精度を向上させている。

第８図は先に案出した位置検出装置を適用した位置合せ
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動が可能なウェハ
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８
勤させる駆動装置、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９図は、第８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９図の処理の流れ図を参照しながら第８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ウェハ
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６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１Ｏ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６図の信号７〜１０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、マスクとウニへの位置検出
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１ｉｔｌとｔｌを求め
る。このとき、第６図のアライメント・マークを用いア
ライメント・マーク５がアライメント・マーク１〜４の
中心にあるとき所定の位置合せをしたとすれば、マスク
とウェハのずれ量はｄｔ＝　（ｔｌ−ｔｌ）／２となる。

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１ｄＸｒ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ｄＸ１
とｄＹｕ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　　　　（１）ｄＹ
＝　（ｄＹｒ＋ｄＹｆｔ）／２　　　　（２）ｄＲ＝　
（ｄＹｒ＋ｄＹｆＬ）／Ｄ　　　　（３）ここで、ｄＲ
は回転方向のずれ量りはアライメント・マーク間の距辿により求める。

位置合せ処理（ステップ４５）では、（１）式から（３
）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２６．２７および２８によりステージ２５
を移動させ、マスクとウェハの位置合せを終了する。

しかしながら、このような部分相関処理を用いた方法に
よれば、位置検出精度は向上するものの、前述したよう
に部分相関処理に時間がかかるといった欠点および雑音
や歪が大きななものに対しては部分相関処理した信号か
らピーク位置を検出することが困難であるといった欠点
がある。

本発明は、部分相関処理を用いた位置検出装置において
、さらにこれらの欠点を解決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］本発明は上
記問題点を解決するため、まず、検出された各パルス信
号の位置を比較的粗い精度で検出し、次に、この各位置
の近傍で、該各パルス信号と参照信号との部分相関処理
を行なうことにより、該各パルス信号の位置を高精度で
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６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１０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　（ｘ）とｇ　（ｘ）に
対してｈ　（Ｘ）　　−５’″ｆ　（ｙ）　　ｇ　　（ｙ＋ｘ
）　　ｄｙ　　　　（４）と定義されるが、例えば関数
ｆ　（ｘ）の一部と関数ｇ（×）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。

第２図は、このような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、８２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、８５は歪のある検出信号、８６は参照信号８
０と検出信号８５との相関関数である。

同図に示したように、検出信号の中心位置は相関関数の
ピークの位置から求まるが、歪が大きい場合には相関関
数も歪み、ピーク位置の検出処理が複雑となり処理に時
間がかかる。

本実施例では、相関処理を行なう前に粗い位置検出を行
ない、しかる後に求めた位置の周辺における部分相関処
理を行ない、求めた相関関数のピーク位置の検出を行な
っている。これにより、（１）　（４）式の処理は範囲
［ｘ０＋ａ　、　Ｘｏ−８］（Ｘｏは粗い位置検出で求
めた位置）で行なえばよいため、相関処理に要する時間
を短縮できる（２）狭い領域中における相関関数のピーク位置を求め
るため、処理は簡単になり、処理時間も短縮できる（３）細かい精度の相関関数を求めることにより位置の
検出精度を向上できるという効果があり、従来および先の提案の欠点を解決し
ている。

次に、本実施例を具体的に説明する。

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２１およびウェハ２２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
動が可能なウェハ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、３１は記憶装置、３２は位置検出装置、３３はｃｐ
ｕ、３４は駆動装置２６゜２７および２８を制御する装
置、１００は粗い位置検出装置、１０１は信号処理装置
である。

ここで、第８図の先の提案に係る位置合せ装置の構成と
異るのは、本実施例では粗い位置検出装置１００が加わ
り、信号処理装置が局所領域の相関関数を求める信号処
理装置１０１に変わったことである。

第３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１１Ｇは信号検出処理、ステッ
プ１１１は粗い位置検出処理、ステップ１１２は部分相
関処理、ステップ１１３は各信号のピーク位置検出処理
、ステップ１１４はマスクとウェハの位置関係を検出す
る処理、ステップ１１５はマスクとウェハを所定の位置
関係に合わせる処理である。

以下、先の提案に係る位置合せ装置と異る箇所の詳細な
説明を行なう。

第６図に示すアライメント・マークを用いれば、信号検
出処理（ステップ１１０）において得られる信号は第４
図のようになる。同図において、信号１２０〜１２３は
それぞれマスクおよびウェハ上のアライメント・マーク
２，５および４から検出されたものである。

粗い位置検出装置１００では、信号を２値化して矩形状
の信号波形とした時の信号１２０〜１２３の各信号の中
心位置が求まる（ステップ１１１）。これらをＴ１、Ｔ
２、Ｔ３およびＴ４とする。信号中に雑音や歪があると
とき、これらの値の精度は０．１〜１．０ミクロン程度
となり充分と言うことはできない。すなわち、粗い位置
検出をしたことになる。

信号処理装置１０１では、参照信号１２４と各信号１２
０１信号１２１、信号１２２および信号１２３との部分
的な相関処理を行なう（ステップ１１２）、ここで、先
の提案においては、信号１２０〜１２３なるものを関数
ｆ　（ｘ）　、参照信号１２４をｇ　（ｘ）とすれば、ｈ（ｘ）　　ｗｌ、、ｆ（Ｙ）　　ｇ　（ｙ＋ｘ）　ｄ
ｙ　　　（５）なる演算を、Ｔｎ＞ｘ＞Ｔｓの範囲で求
めたが、本実施例では、ｈｔ（ｘ）−ｉ：：ｆｔ（Ｙ）ｇ（ｙ＋ｘ）ｄｙ　　　
　　（６）ｈｓ（ｘ）ｓｗ　ｌｐ、１：；ｆｔ（Ｙ）ｇ
　（ｙ＋ｘ）　ｄｙ　　（７）ｈ３（ｘ）−ｉ斥二：ｆ
、（ｙ）ｇ　（ｙ＋ｘ）　ｄｙ　　（８）ｈ４ｔｘ）ｆ
ｉ　雫：：ｆ４（Ｙ）ｇ　（ｙ＋ｘ）　ｄｙ　　（９）
ここで、ｆｌｓ　　ｆｓ、ｆｓおよびｆ４は信号１２０
〜１２３を表わすｈｔ、ｈ２、ｈｓＪ５よびｈ４は信号１２５〜１２８を表わすａは各信号の幅程度の値であるなる演算をそれぞれＴ１＋ａ＞ｘ＞Ｔ１−ａ。

Ｔ　２　＋　ａ　＞　ｘ　＞　Ｔ　２−　ａ　ｓ　Ｔ　
３　＋　ａ　＞　ｘ　＞　Ｔ　３−ａおよびＴ４　＋ａ
＞ｘ＞Ｔａ　−８の範囲で求める。

この処理は先の提案の処理に比べて積分範囲が狭くかつ
変数Ｘのとる範囲も狭いから、処理に要する時間は大幅
に短縮できる。また、変数Ｘのサンプル間隔を狭くすれ
ば、検出精度を向上できる。

［実施例の変形例］上述の実施例では、第４図中の参照信号１２４に示すよ
うに、１つの参照信号を用いて検出信号１２Ｑ〜１２３
と相関処理を行なったが、第５図に示すように、参照信
号１３４と１３５および参照信号１３Ｂと１３７の２組
の参照信号を用い、信号１３４と１３５からなる参照信
号と検出信号１３０と１３３からなる信号との部分相関
処理および信号１３６と１３７からなる参照信号と検出
信号１３１と１３２からなる信号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
。

このときの粗い位置検出処理では、前記実施例と同じ方
法で信号１３０〜１３３のそれぞれの中心位置を求め、
そして、信号１３０とＨ３の中心位置Ｔｓおよび信号１
３１と１３２の中心位置Ｔ６を求める。

第３図の部分相関処理（ステップ１１２）では、ｈｓ（
ｘ）＝　１Ｔｓ−、ｆ　（Ｙ）　　ｇ＋　　（ｙ＋ｘ）
　ｄｙｈ　　＠　（ｘ）−（：：二：ｆ　　　（Ｙ）　
　　　ｇ　　２　　（ｙ　　＋　　ｘ）　　　ｄ　　　
ｙここで、ｇ＋は信号１３４と信号１３５、ｇｚは信号
１３６と信号１３７、ｈｓは信号１３８、ｈ６は信号１
３９、ｆは信号１３０〜１３３を表わすを演算する。

これにより求められた信号１３８と信号１３９の距ｆｉ
ｔ３より、ずれ量は、ｄｔ＝ｔ３となる。

［発明の効果コ上述したように、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置合せ
の際のように、Ｓ／Ｎ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）信号処理を高速に行なうことができる（５）相関
処理したもののピーク位置を精度よく検出できる。

【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、信号処理の一例を示す図、第３図は、第１図の装置の位置合せ処理を説明する流れ
図、第４および５図は、信号処理の他の例を示す図、第６図は、アライメント・パターンおよびその検出信号
の例を示す図、第７図は、波形歪と検出誤差の例を示す図、第８図は、
先の提案に係る位置合せ装置の構成図、第９図は、第８図の装置の位置合せ処理を説明する流れ
図、第１０図は、信号処理の一例を示す図である。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：　ｃ　ｐ　ｕ、　３４：制御装置、
１００：粗い位置検出装置、ｌｏｔ　　：信号処理装置。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　也ニー第５図第９図

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電気的パルス信号列として検出す
る信号検出手段と、該パルス信号列における各パルス信
号の位置を比較的粗い精度で検出する粗検出手段と、該
粗検出手段により検出した各パルス信号の位置の近傍で
上記参照信号発生手段により発生した参照信号と上記信
号検出手段により検出した各パルス信号とを部分相関処
理することにより該各パルス信号の位置を高精度で検出
する徴検出手段と、該徴検出手段により検出した各パル
ス信号の位置に基づき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、前記物体はマスクまたはウェハである特許請求の範
囲第１項記載の位置検出装置。