JPS63247603A - パタ−ン検出装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造装置用のマスク、レチクル、ウェ
ハ等の位置合わせ装置に関するものであり、特にウェハ
ブローバ、ウェハスクライバに適した位置合わせ装置に
関する。

（従来の技術） 従来の、レーザや高輝度光源を用いるウェハ位置検出法
は、特許公開昭５５−７００３２や特許公開昭５８−５
４６４８に示されているように、ウェハ上に楕円形スポ
ットを照射し、それからの散乱光を光電検出する方式で
ある。これらの方法を用いている装置では、パターンが
形成されている領域では散乱光は大きな値となり、スト
リートラインでは散乱光は極小値となる事を利用してス
トリートラインを検出している。そして、このとき照射
する楕円形スポットの長手方向の長さを各チップのパタ
ーンの一辺より長くすることにより、ウェハ上に照射さ
れているスポット内に入る、ウェハ上のパターン部分の
面積の平滑化をしていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような装置ではスポットの形状が固定され
ているために、検出するウェハ上のパターンの大きさ、
つまりチップの大きさや、ストリートラインの巾によっ
ては、検出効率や検出の精度が悪い場合があった。

特に、第１図に示すように検出すべきウェハに回転方向
の位置エラーがある場合、楕円形スポットの長手方向の
長さが長過ぎると、ストリートラインの検出が困難にな
る場合がある。

第１図は長手方向の長さがチップ１辺の３倍程度の楕円
形スポットがウェハ上に形成されている場合を示してい
る。１は９つのチップのうちの１つのチップを示し、２
は形成されたスポットである。このときスポットを、ス
ポットの長手方向と垂直な方向ヘスキャンしても、スポ
ットの一部が常にチップ内にかかっており、散乱光が常
に発生してストリートラインの検出が不確実となってい
た。

本発明では、パターンを有する対象物上にスポットを形
成する光ビームを照射し、該スポットの反射光を検出し
て位置合わせを行う装置において、対象物の位置のエラ
ーやウェハ上のパターンの形状に影響されず、精度が良
く効率の高い位置合わせ装置を得ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 以上のような問題点を解決するため、本発明では照射す
る楕円形スポットの長さを可変とし、ウェハの状態に合
わせた最適のスポット形状を与える。具体的には、投射
する光学系の中に絞り機構を設け、スポットの長手方向
の長さを可変としている。

（作用） 第２図はウェハーに第１図と同じ回転方向の位置エラー
がある場合で、そのときの楕円形スボ・７ト３の長手方
向の長さをチップ１辺とほぼ等しくした場合を示してい
る。このようにするならばストリートライン上にスポッ
トがきたときスポットはチップのパターンには照射され
ず、散乱光の光電信号には第１図のときよりはるかに明
確に極小値が現れ、ストリートラインの検出が明確にで
きる。

（第１実施例） 第３図は第１実施例の構成を示す図である。本実施例に
おいては光源４よりでた光束をコリメータレンズ５で平
行光束とし、シリンドリカルレンズ８で楕円形のスポッ
トを対象物ＩＯ上に形成する。

対象物から発する散乱光は、スポットの長手方向の両端
に配置されている一対のディテクタ１１により検出され
る。シリンドリカルレンズ８の後方のミラー９は形成さ
れるスポット位置を変えるための物であり、必要に応じ
て用いればよい、コリメータレンズ５を出た平行光束中
に、固定アパーチャ６と、シリンドリカルレンズ８の母
線方向に位置可変なアパーチャア、７°　とからなる絞
りを挿入して、対象物１０上に形成される楕円形スポッ
トの長手方向の長さを可変とすることができる。

第３図（Ａ）はシリンドリカルレンズ８の母線方向より
見た図であり、第３図（Ｂ）は母線方向と垂直な方向よ
り見た図である。但し、レンズと絞りは断面図で示しで
ある。このとき形成されるスポットの長手方向の長さは
Ｃとなる。

第３図（Ｃ）は第３図（Ａ）（Ｂ）で用いた絞り６．７
．７′をシリンドリカルレンズ８側より見た図である。

固定アパーチャ６に対して、シリンドリカルレンズ８の
母線方向に位置可変なアパーチャア、７゛が必要に応じ
て光軸方向に移動できるようになっている。

第３図（Ｄ）は、可変の絞り７．７“を母線方向に移動
させて、楕円形のスポットの長手方向の長さを、第３図
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）で形成されたものより短くした状態
を示している。このとき形成されるスポットの長手方向
の長さはＣ゛である。

第３図（Ｅ）は、そのときの絞りを、シリンドリカルレ
ンズ８側より見た図である。

第１図に示すように検出すべきウェハに回転方向の位置
エラーがある場合、スポットとウェハをスキャンしても
、ストリートラインにおいて現れるべきディテクター信
号の低下が明確には現れない。そこでディテクター信号
を処理する不図示の位置検出回路に於いて、ディテクタ
ー信号の変化すべき値であるＬＯＷレベルを設定してお
き、スキャンの結果ディテクター信号がＬＯＷレベルに
達しない場合にはエラー信号を発するようにする。

そのエラー信号を受けて不図示の絞り機構制御装置によ
って絞りを絞り込み、スポットの長手方向の長さを減す
る。適切な絞り込みを行って、スポットとウェハ上のパ
ターンの関係を第２図に示すようにし、明確なディテク
ター信号の変化が現れるようにすればよい。

第３図では固定アパーチャ６の穴形状は４角形であるが
、可変アパーチャア、７゛のエツジ、つまり光束を切る
面が、直線でかつ平行であれば、固定アパーチャ６の穴
形状は任意である。しかし、形成されるスポットの強度
についての対称性を考慮するならば、エツジ面と垂直な
線に関して対称であることが望ましい、第４図に、固定
アパーチャ６の穴形状を円とした場合を示す。

（第２実施例） 第３図における光ａｈは点光源であるが、平行光束を発
する光源、例えばＨｅ　−Ｎｅレーザ等を用いた場合を
第２の実施例として第５図に示す。光源１２より出た光
束はビームエキスパンダ１３．１４により拡げられた平
行光束となり、可変絞り６，７゜７゛に入射する。但し
、７，７″　は不図示である。

そしてシリンドリカルレンズ８により楕円形スポットを
対象物ｌＯ上に形成する。ミラー９による光束の折り曲
げ方向は実施例１と異なり、シリンドリカルレンズ８の
母線と垂直な面内でスポット形成位置を変えている。ビ
ームエキスパンダは凸レンズ２枚によるケプラー型で構
成されているが、凹レンズ凸レンズによるガリレオ型で
構成してもよいことは勿論である。

絞りの設置位置は通過する光束を制限し、光学系の絞り
として作用することができればどこでも良く、設置場所
の自由度は高い。しかし、形成される楕円スポットの長
手方向の長さを正確に制御するには、なるべく光束の径
が太いところで光束を変化させるのが望ましい。第１、
第２の実施例では、光束径が最大となるシリンドリカル
レンズとコリメータレンズとの間に設置している。また
、更に正確に楕円スポットの長手方向の長さを制御する
必要がある場合、光学系中に対象物と等価な共役面を設
け、その面に絞りを設ければよい。また、同様な方法で
スポットの巾を変化させることにより、多種多様なスト
リートライン巾を有するウェハーにも対応可能である。

（第３実施例） 第１、第２の実施例は光束径を変化させるのに、機械的
絞りを使用している。第３図で絞りの構成は６．７．７
゛のみであるが、これを手動ではなくて自動的に外部よ
り制御しようとすると、駆動する機械部が別に必要とな
る。よってこの位置合わせ装置を部品として組み込むに
は、光学系に絞り及び絞り駆動機械部を組み込む必要が
あり、スペースが不足する場合がある。この場合に第３
図７．７°の代りに電気光学素子で構成した絞りを用い
ればよい。電気光学素子として液晶素子を使用した絞り
を第６図に示す、１５は偏光板、１６は相対する内側に
透明電極部をもうけたガラス基板、１７は液晶を示す、
ＳεＧ１〜ＳＥＣｎは分割されたｎ個の透明電極部を示
し、拡大図中のｅは透明電極部、ｄは電極間ギャップの
中である。二点鎖線で囲まれた部分は有効領域を示す、
但し、有効領域外は不図示、第６図はＴＮモード（ツィ
スティッド・ネマティック・モード）表示によるネガテ
ィブタイプの透過型液晶光学素子の構成になっている。

ｎ個の透明電極部セグメントＳＥＧ　　１〜５ＩＥＧ　
ｎは楕円ビーム長手方向に分割されており、必要なセグ
メントに対して電界を加えて透明状態にすれば任意の長
さのスポットをつくることが可能となる。

例えば、最も短いスポットをつくるにはＮが偶数の場合
５ＥＧＮ／２だけに電界を加えて透明状態にすればよ＜
、Ｓ［！Ｇ　　（Ｎ／２−１）〜Ｓ［！Ｇ　　（Ｎ／２
＋１）に対して電界を加えれば、次に長いスポットをつ
くる事ができる。以下順々に電界を加えれば任意の長さ
のスポットを得ることができる。

このように電気光学素子を使用した絞りは、機械的な絞
りと異り、駆動機械部がなく、可動部分も無いので、電
気的コントロール部を外部に出せば、非常にコンパクト
に装置を構成することができる。

液晶素子はｎ個のセグメントより構成されているために
、絞りの開閉はセグメント単位となり連続的にはできな
い。しかしセグメントの巾ｄ＋ｅを選ぶことにより、実
質的な使用では問題をなくする事が可能である。また、
セグメントとセグメントの間には常に巾ｄの不透明部が
存在する。第３図で絞り７よりミラー９まで距離をａ、
ミラー９より対象物１０までの距離をｂ、使用する光源
の波長をλとしたとき、 ａ　＋ｂ＝Ｌ　　　　　　　　　　　　　（１）とする
、Ｌ−０であれば不透明部の後方に巾ｄの影が対象物上
に生しるが、Ｌが有限距離であり、光源の波長λ、不透
明部の巾ｄに関して、ｄ”　　　　　　　Ａ であれば、回折光による光の回り込みにより連続的に形
成されたスポットとなり、散乱光を光電検出するのに問
題はない。

第６図はネガティブタイプの液晶素子の構成であるが、
ポジティブタイプの構成も可能である。

その場合必要なセグメントに対して電界を加えて不透明
状態にすることにより任意の長さのスポットをつくるこ
とができる。但し透明電極間ギャップは常に光が透過す
る状態となるので、液晶セグメントに電界を加えたとき
に、そのギャップからの透過光が問題となる場合は（２
）式と同じ条件でマスキングを施せばよい、それには光
の不透明帯をセグメント電極間に直接形成したり、電極
と反対側に形成すればよい。

光源に直線偏光レーザを用いると液晶絞りによる光量の
低下が少く能率がよい、但し液晶素子の偏光板の向きを
光源と合わせて用いる必要がある。

また、電気光学素子として液晶素子の代りにＥＣ素子や
ＰＬＺＴ素子などにより可変絞りを構成しても同様の効
果が得られる。

（発明の効果） 以上のように、形成するスポットの長さをチップの大き
さやストリートラインの巾に適した長さにすることによ
りストリートラインの検出が明確になりスピードアンプ
をはかることができる。ストリートラインの検出は、ウ
ェハーの７ライメントやスクライブラインの検出等の位
置合わせに用いられるが、このほかにウェハやマスク等
の上に形成されるバーコードや文字の読みとりにも用い
ることができる。バーコードは線巾と空隙中の組み合わ
せの信号であるので、散乱光ディテクターの感度が許す
範囲でスポットの長さを短くしてやった方が回転方向の
エラーに対して強くなる。

信号の巾と回転方向のエラー量、及びディチクグーの感
度等総合的に判断して最適のスポット長を選べば、いろ
いろなバーコードに対して能率のよい検出が可能である
。照射する光ビームによる帯状スポットの長手方向の大
きさを所望の大きさにしぼりこみ、２次元的にスキャン
すれば、数字や文字の読みとりも同様に可能である。ま
たバーコードや文字の読みとり装置を位置合わせ装置と
兼用することができることも利点となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置合わせ装置の問題点を示す概念図 第２図は本発明による位置合わせ装置の動作を示す概念
図 第３図は本発明の第１実施例の光学構成図第４図は本発
明の可変絞り部分の平面図第５図は本発明の第２実施例
の光学構成図第６図は本発明の第３実施例における可変
絞りの構成を示す図 （主要部分の符号の説明） ｌ・・・ウェハ上のチップ ２・・・形成されたスポット ３・・・短縮したスポット　４・・・点光源５・・・コ
リメータ　　６・・・固定絞り７・・・可変絞り　　８
・・・シンドリカルレンズ９・・・ミラー　　ＩＯ・・
・対象物 １１・・・散乱光用ディテクタ　　１２・・・平行光源
１３、１４・・・ビームエクスパンダ １５・・・偏光板　　１６・・・基板ガラス１７・・・
液晶絞り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）表面に光学的に読み取ることができるパターンを有
   する対象物に、該対象物の表面において帯状のスポット
   を形成する光ビームを照射し、該帯状スポットと前記対
   象物を相対的に走査しつつ前記光ビームの反射光を検出
   して前記パターンの検出を行う装置において、 前記光ビームを照射する光学系の中に絞り機構を設け、
   前記帯状スポットの長手方向の大きさを可変としたこと
   を特徴とする検出装置。 ２）前記絞り機構は電気光学素子により構成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置
   。 ３）前記電気光学素子は液晶により構成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の位置検出装置。 ４）前記光ビームを照射する光学系は光線が平行となる
   平行光束部と、該平行光束を収束させるシンドリカルレ
   ンズとを有し、前記絞り機構は前記平行光束部に位置す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検
   出装置。