WO1999041904A1

WO1999041904A1 - Procede d'entrainement d'un dispositif d'imagerie a semi-conducteurs, dispositif d'imagerie, dispositif d'alignement et procede d'alignement

Info

Publication number: WO1999041904A1
Application number: PCT/JP1999/000561
Authority: WO
Inventors: Keiichi Akagawa; Atsushi Komai
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 1999-08-19
Also published as: AU2546299A; EP1063844A1; EP1063844A4

Description

明細書固体撮像装置の駆動方法、撮像装置、ァライメント装置、および位置合わせ方法日月の胃

発明の分野

本発明は、露光装置のァライメント（al ignment) 検出用途などに特に適した、固体撮像装置の駆動方法に関する。

本発明は、このような駆動方法を実行する撮像装置に関する。

本発明は、撮像された画像に基づいて、撮影対象のァライメント検出を行うァライメント装置に関する。

本発明は、ァライメント検出の結果に基づいて、撮影対象の位置合わせを行う位置合わせ方法に関する。ネ亍術

従来、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、回路パターンを露光するため、露光装置が使用される。この種の露光装置は、微細な回路パターンを複数回重ねて露光するため、一回の露光ごとに精密な位置合わせが必要となる。このような位置合わせを実行するため、露光装置には、高精度な位置合わせ機構が組み込まれている。

従来、この種の位置合わせ機構として、試料上のァライメントマ一クを撮像し、そのァライメントマークの撮像結果から試料の位置合わせを行うもの（いわゆる撮像方式の位置合わせ機構）がよく知られている。

第 1 4図（a ) は、このようなァライメントマークの一例を示す概略図である _c ここでのァライメントマ一ク MX n， M Y nは、 5本のストライプ状パターンから'構成される。位置合わせ機構には、このようなァライメントマーク ΜΧ η , Μ Υ ηをそれぞれ撮像するため、 X方向用の撮像装置と Υ方向用の撮像装置とが個別に設けられる。第 15図は、露光装置に搭載される撮像装置の回路構成を抜き出して示す図である。

第 15図に示すように、撮像装置は、固体撮像装置 60とノイズ除去回路 70 とから概略構成されている。この固体撮像装置 60の撮像面には、複数のホトダィオード 6 1がマトリクス状に配列される（第 1 5図では、説明を簡単にするため、 10行 5列のホトダイオード 6 1を示す）。

これらのホトダイォ一ド 6 1の垂直列ごとに隣接して、垂直 C CD 62が設けられる。この垂直 C CD 62の転送電極には、 4相の垂直転送パルス ø V 1〜ø V 4が印加される。なお、垂直転送パルス 0V4を印加する転送電極については、ホトダイォード 6 1と垂直 C CD 62との間に介在するトランスファ拡散まで電極が延設される。その結果、これらの転送電極は、トランスファゲ一ト電極の機能も同時に兼ねる。

また、複数の垂直 C CD 62の出力端に沿って、水平 C CD 63が設けられる。水平 C CD 63の転送電極には、 2相の水平転送パルス？ iH 1 , 0H2が印加される。この水平 CCD 63からの転送出力は、出力アンプなどを介して固体撮像装置 60の外部へ出力される。

一方、ノイズ除去回路 70は、 1 H遅延回路 7 1と加算回路 74とから構成される。 1 H遅延回路 7 1は、固体撮像装置 60から出力される転送出力を、 1水平期間分だけ遅延させる。加算回路 74は、この転送出力と 1 H遅延回路 7 1の遅延出力とを加算して出力する。

第 16図は、固体撮像装置 60に対する従来の駆動タイミング（2線混合式ィン夕一レース走査）を示す図である。

以下、第 16図を用いて、固体撮像装置 60の駆動タイミングを説明する。まず、第 16図に示す垂直帰線期間 T 1のタイミングで、垂直転送パルス 2，が高電位（例えば 10ボルト）に設定される。すると、全てのホトダィオード 6 1と垂直 C CD 62との間にチャネルが形成され、ホトダイォード 6 1に蓄積された信号電荷が、垂直 CCD 62側へ一括転送される。

なお、この垂直帰線期間 T 1において、垂直転送パルス？ iV l，のどちらかは、中間電位（例えば 2ボルト）に設定される。その結果、垂直 CCD 62 上には、転送電極 3つ分の電位井戸が複数形成される。これらの各電位井戸では、転送された垂直 2画素分の信号電荷が混合され、ィン夕ーレース走査に適した 2 線混合信号が生成される。

次に、第 1 6図に示す水平帰線期間 T 2のタイミングで、垂直転送パルス 1〜？ iV4を 4相転送パルス（例えば口一レベルが一 10 V、ハイレベルが 2 V 程度のパルス）に設定する。すると、垂直 CCD 62上の各電位井戸は、水平 C CD 63へ向かって 2行分だけ移動する。このとき、 1行目と 2行目の信号電荷は、垂直 CCD 62の出力端から出力され、水平 CCD 63上の各電位井戸に移る。

次に、第 16図に示す水平走査期間 T 3のタイミングで、水平転送パルス 1， 0H 2が、 2相転送パルスに設定される。すると、水平 CCD 63上の各電位井戸は、順送りに移動する。このような電位井戸の移動に伴って、水平 CCD 63の出力端からは、転送出力がシリアルに出力される。

上記したような水平帰線期間 T 2における垂直転送動作と、水平走査期間 T 3 における水平転送動作とを、第 16図に示すように交互に繰り返すことにより、固体撮像装置 60からは、 1フィールド分の画像が出力される。

第 14図（c) は、このとき固体撮像装置 60から出力される 1水平期間分の転送出力を示す図である。この転送出力は、第 14図（b) に示すァライメントマークの段差エッジにおいて、信号レベルがくさび状に低下した画像信号となるノイズ除去回路 70は、このような固体撮像装置 60からの転送出力を取り込み、 2水平期間分の転送出力を順次に加算する。その結果、垂直非相関なノイズ成分が信号比 3 dBほど低減し、転送出力の S/Nが相対的に向上する。

このようなノイズ除去回路 70からは、下記の順番で転送出力が出力される。 ( 1〜4行目の混合信号）→ (3〜6行目の混合信号） → (5〜8行目の混合信号） ~ (7〜 10行目の混合信号）

位置合わせ機構内の信号処理回路（図示せず）では、上記の転送出力を順次に取り込み、転送出力中のくさび箇所の位相を検出する。位置合わせ機構は、このくさび箇所の位相に基づいて、露光装置の位置合わせを精密に実行する。本発明の概要

[発明が解決しょうとする課題]

ところで、上述した従来例では、固体撮像装置 6 0の外部に、ノイズ除去回路 7 0などの外部回路を備える。そのため、このような外部回路の分だけ回路構成が複雑になるという問題点があつた。

また、固体撮像装置 6 0からァライメントマークの画像を読み出すためには、 1フィールド期間（プログレッシブ走査の場合は 1フレーム期間）を所要する。このような読み出し動作は、露光装置が露光動作を行うたびに何度も繰り返される。そのため、この読み出し動作に要する総時間の分だけ、露光装置のスループットが低下するという問題点があつた。

さらに、ノイズ除去回路 7 0の出力には、上記した信号出力順に示されるように、単一行の信号が重複して出力される。例えば、 3行目の信号は、（ 1〜4行目の混合信号）および（3〜6行目の混合信号）の双方に含まれて、 2回出力される。このように、ノイズ除去回路 7 0から出力される混合信号は、冗長度が高く、その分だけ信号量が無効に多い。そのため、後段における信号処理の負担が大きく、ァライメントマークの位置検出に要する処理時間が長くなつてしまう。このような位置検出の処理も、露光装置の露光動作のたびに何度も繰り返される。そのため、この位置検出の処理に要する総時間の分だけ、露光装置のスループッ卜が低下するという問題点もあった。

また詳細に示せば、上述したァライメントマークには、第 1 7図中に示すセン夕ライン 1 8 1， 1 8 2などのパターンも含まれる。この場合、センタライン 1 8 1， 1 8 2からの画素出力は、ァライメント検出に有効な明暗パターンを有さない。したがって、その分だけ撮像画像のコントラストが低下したり、センタライン 1 8 1 , 1 8 2が余計なノイズ分として加算されるなど、撮像画像の信号品質が低下するという問題点があった。そのため、上述したようなァライメント検出では、その分だけ位置の検出精度が低下するという不具合が生じてしまう。さらに、実際のァライメント検出には、様々なァライメントマークが使用される。そのため、ァライメントマークの種類や大きさが変わるたびに、撮像装置の撮像範囲（第 1 7図に示す点線範囲）を細かく調整しなければならず、大変手間がかかるという問題点があった。

このような手間を省く場合、ァライメントマークの種類に係わらず撮像範囲を予め共通化するという方策が考えられる。しかしながら、このような方策では、第 1 7図中に示す周辺パターン 1 8 3などが撮像範囲に含まれるケースが生じてしまう。このような周辺パターン 1 8 3は、セン夕ライン 1 8 1， 1 8 2と同様に、ァライメント検出に有効な明暗パターンを有しない。そのため、撮像画像の信号品質がさらに悪くなるという問題点が生じてしまう。

そこで、請求の範囲 1 , 2， 4， 5に記載の発明では、撮像装置の構成を単純化しつつ、かつ露光装置のスループットを改善することを目的とする。

請求の範囲 3， 6に記載の発明では、請求の範囲 1の目的に加えて、画像出力を適正レベルに自動調整することを目的とする。

請求の範囲 7に記載の発明では、一次元画像（後述）の信号品質を高めることを目的とする。

請求の範囲 8， 9に記載の発明では、請求の範囲 7の目的に加えて、一次元画像の生成に不要な画素位置を自動検出することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

請求の範囲 1 0に記載の発明では、請求の範囲 4〜 9に記載の撮像装置を使用したァライメント装置を提供することを目的とする。

請求の範囲 1 1に記載の発明では、請求の範囲 4〜 9に記載の撮像装置を使用した位置合わせ方法を提供することを目的とする。

[課題を解決するための手段]

(請求の範囲 1 )

請求の範囲 1に記載の発明は、水平垂直に複数配列されて受光量に応じて信号電荷を生成する受光画素と、受光画素で生成された信号電荷を垂直転送する垂直 C C Dと、垂直 C C Dを介して転送される信号電荷を水平転送する水平 C C Dとを備えた固体撮像装置を駆動する方法において、垂直 C C Dを駆動して受光部に生成された信号電荷を順次に垂直転送する垂直転送ステップと、垂直 C C Dを介して垂直転送される信号電荷を水平 C C D上で混合し、垂直 3画素分以上の信号電荷が混合された状態で、水平 C C D上の信号電荷を水平転送する水平転送ステ /

ップとを有することを特徴とする。

このような固体撮像装置の駆動方法では、水平 C C D上で、垂直 3画素分以上の信号電荷が混合されるのを待って、水平転送を逐次実行する。そのため、従来 (第 1 6図）のように必ず交互に実施されていた水平帰線期間 T 2と水平走査期間 T 3との内、少なくとも 1つ以上の水平走査期間 T 3を省くことが可能となる。したがって、ァライメントマークの画像読み出しに所要する時間を短縮することが可能となる。

また、水平 C C D上で、垂直 3画素分以上の信号電荷を混合することにより、垂直非相関なノイズ成分を低減することもできる。したがって、従来、固体撮像装置の外部に必要であった、ノイズ除去回路 7 0などのノイズ除去手段が特に必要なくなり、装置全体の構成単純化を図ることが可能となる。

さらに、水平 C C D上で、垂直 3画素分以上の信号電荷を混合することにより、固体撮像装置から転送出力される水平ラインの数が減少する。したがって、後段における画像信号の処理量（例えば、ァライメントマークの位置検出の演算処理量）を効率的かつ適正に低減し、処理時間の短縮を図ることが可能となる。

(請求の範囲 2 )

請求の範囲 2に記載の発明は、請求の範囲 1に記載の駆動方法において、水平転送ステツプでは、水平 C C Dの各電位井戸が飽和しない垂直転送回数以下に限定して、垂直方向の信号電荷を混合することを特徴とする。

このような駆動方法では、垂直転送回数の適正な設定により、水平 C C D上における信号電荷の飽和を回避する。その結果、ァライメントマークによるくさび状箇所などが転送出力から消失することがない。したがって、位置検出の用途に適した転送出力を得ることができる。

(請求の範囲 3 )

請求の範囲 3に記載の発明は、請求の範囲 1に記載の駆動方法において、水平 C C Dからの転送出力を監視し、該転送出力の信号レベルを検出するレベル検出ステップと、レベル検出ステップにおいて検出される信号レベルに応じて、水平転送 1回当たりの垂直転送回数を増減する回数調整ステツプとを有することを特徴とする。このような駆動方法では、水平 C C Dからの転送出力の信号レベルに応じて、水平転送 1回当たりの垂直転送回数を動的に調整する。この場合、現在の水平ラインの信号レベルから推定して、次回（以降）の信号レベルを調整することとなる。

そのため、自然画のように、垂直非相関な画像や、輝度レベルが時間経過とともに変化する画像については、信号レベルの推定結果は必ずしも正しくなく、適切なレベル調整は期待できない。

しかしながら、本発明の主要な撮影対象である、ァライメントマークにおいては、垂直非相関な成分をほとんど含まず、かつ輝度レベルはほぼ安定している。したがって、現在の水平ラインの信号レベルから、次回（以降）の水平ラインの信号レベルを的確に推定し、垂直転送回数を適切に調整することが可能となる。 (請求の範囲 4 )

請求の範囲 4に記載の発明は、水平垂直に複数配列され、受光量に応じて信号電荷を生成する受光画素と、受光画素で生成された信号電荷を垂直転送する垂直 C C Dと、垂直 C C Dを介して転送される信号電荷を水平転送する水平 C C Dとを備えた撮像装置において、垂直 C C Dを駆動して、受光部に生成された信号電荷を順次に垂直転送する垂直転送回路と、垂直 C C Dを介して垂直転送される信号電荷を水平 C C D上で混合し、垂直 3画素分以上の信号電荷が混合された状態で、水平 C C D上の信号電荷を水平転送する水平転送回路とを備えたことを特徴とする。

上記構成の撮像装置では、請求の範囲 1に記載した駆動方法が実行される。 (請求の範囲 5 )

請求の範囲 5に記載の発明は、請求の範囲 4に記載の撮像装置において、水平転送回路は、水平 C C Dの各電位井戸が飽和しない垂直転送回数以下に限定して、垂直方向の信号電荷を混合する回路であることを特徴とする。

上記構成の撮像装置では、請求の範囲 2に記載した駆動方法が実行される。 (請求の範囲 6 )

請求の範囲 6に記載の発明は、請求の範囲 4に記載の撮像装置において、水平 C C Dからの転送出力を監視し、該転送出力の信号レベルを検出するレベル検出回路と、レベル検出回路により検出される信号レベルに応じて、水平転送 1回当たりの垂直転送回数を増減する回数調整手段とを有することを特徴とする。上記構成の撮像装置では、請求の範囲 3に記載した駆動方法が実行される。 (請求の範囲 7 )

請求の範囲 7に記載の発明は、受光面上に 2次元配列され、受光量に応じて画素出力を発生する複数の受光画素と、受光画素の垂直列単位に設けられ、受光画素で発生した画素出力を垂直転送するための垂直転送路の群と、垂直転送路の群から出力される画素出力を、水平転送するための水平転送路と、垂直転送路の群で順次転送される画素出力を垂直列の方向に加算し、加算後の画素出力を水平転送路から読み出して、 1次元画像を生成する 1次元読み出し部と、垂直転送路で順次転送中の画素出力を選択的に排出する排出ゲー卜とを備え、 1次元読み出し部は、 1次元画像の生成動作に際して、予め定められた画素位置からの画素出力を排出ゲートを介して排出することを特徴とする。

上記構成において、例えば、第 1 7図中のセン夕ライン 1 8 2などを「予め定められた画素位置」に設定する。すると、セン夕ライン 1 8 2で生じた画素出力は、垂直転送中に排出ゲートから排出される。その結果、 1次元画像に対して異質な輝度分布が加算されることはなく、 1次元画像のコントラスト低下や S /N 低下を回避することができる。

このように、本発明では、排出ゲートを設けて、垂直転送中の画素出力を選択的に排出することにより、 1次元画像の信号品質を高めることが可能となる。 (請求の範囲 8 )

請求の範囲 8に記載の発明は、請求の範囲 7に記載の撮像装置において、 1次元画像の生成動作に先だって、受光画素の画素出力を、垂直転送路の群および水平転送路を介して転送し、 2次元画像を生成する 2次元読み出し部と、 2次元読み出し部から 2次元画像を取り込み、該 2次元画像のパターンに基づいて垂直相関性の低い画素位置を検出する画像解析部とを備え、 1次元読み出し部は、 1次元画像の生成動作に際して、画像解析部により検出された「垂直相関性の低い画素位置」の画素出力を排出ゲートを介して排出することを特徴とする。

上記構成では、 2次元読み出し部が、 1次元画像の生成動作に先だって、 2次元画像を試験的に読み出す。

画像解析部は、この 2次元画像のパターンに基づいて、垂直相関性の低い画素位置を検出する。その結果、第 1 7図中に示すセン夕ライン 1 8 2やゴミゃ傷などのように、垂直方向に対して異質な輝度分布を有する画素位置が、的確に特定される。

1次元読み出し部は、このように特定した画素位置について、画素出力の排出を実行する。したがって、 1次元画像に対して異質な輝度分布が加算されることはなく、 1次元画像の信号品質を確実に高めることができる。

(請求の範囲 9 )

請求の範囲 9に記載の発明は、請求の範囲 7に記載の撮像装置において、 1次元画像の生成動作に先だって、受光画素の画素出力を、垂直転送路の群および水平転送路を介して転送し、 2次元画像を生成する 2次元読み出し部と、 2次元画像と登録済みパターンとのパターンマッチングにより、 2次元画像の種類または位置関係を求め、該登録済みパターンに予め定められた「 1次元画像の生成に不要な画素位置」を特定する不要画素特定部とを備え、 1次元読み出し部は、 1次元画像の生成動作に際して、不要画素特定部により特定された「 1次元画像の生成に不要な画素位置」の画素出力を排出ゲートを介して排出することを特徴とする。

不要画素特定部は、この 2次元画像と登録済みパターンとのパターンマツチングを行う。このようなパターンマッチングから、例えば、 2次元画像の種類を判別したり、「2次元画像上における正確なパターン位置」を検出することが可能となる。

一方、登録済みパターンには、 1次元画像の生成に不要な画素位置が予め定められている。

不要画素特定部は、上記パターンマッチングの結果と、登録済みパターンに予め定められた不要な画素位置とに基づいて、 2次元画像上における不要な画素位置を座標変換演算などによって特定する。その結果、第 1 7図中に示すセン夕ライン 1 8 2などのような、コントラスト低下の原因となる異質な画素位置を的確に特定することが可能となる。

(請求の範囲 1 0 )

請求の範囲 1 0に記載の発明は、請求の範囲 4ないし請求の範囲 9のいずれか 1項に記載の撮像装置と、撮像装置を用いてァライメントマークを撮像し、撮像装置から読み出される画像に基づいて、撮影対象のァライメント検出を行うァラィメント検出部とを備えたことを特徴とする。

(請求の範囲 1 1 )

請求の範囲 1 1に記載の発明は、請求の範囲 4ないし請求の範囲 9のいずれか 1項に記載の撮像装置を使用して、ァライメントマークを撮像し、画像信号を生成する撮像ステップと、画像信号に基づいて、ァライメントマークの位置を求める位置検出ステップと、ァライメントマークの位置に応じて、撮影対象の位置制御を行う位置合わせステップとを有することを特徴とする。

Miのな説.日月

第 1図は、第 1の実施形態の概略構成を示す図である。

第 2図は、固体撮像装置 1 6の内部構成を示す図である。

第 3図は、第 1の実施形態における固体撮像装置 1 6の駆動タイミングを示す図である。

第 4図は、第 1の実施形態における固体撮像装置 1 6の電荷転送状態を示す説明図である。

第 5図は、第 2の実施形態の概略構成を示す図である。

第 6図は、第 2の実施形態における転送制御部 4 3の動作を説明する流れ図である。

第 7図は、第 3の実施形態における撮像装置 1 3 0の構成を示す図である。第 8図は、ァライメント装置 1 4 0の構成を示すブロック図である。 99/

1 1

第 9図は、第 3の実施形態における 1次元読み出し動作のタイミングチヤ一トである。

第 1 0図は、第 4の実施形態におけるマイクロプロセッサ 1 4 2の動作を示す流れ図である。

第 1 1図は、不要ラインの検出例を説明する図である。

第 1 2図は、第 5の実施形態におけるァライメント装置 1 5 0の構成を示すプ口ック図である。

第 1 3図は、第 5の実施形態におけるマイクロプロセッサ 1 5 2の動作を示す流れ図である。

第 1 4図は、ァライメントマ一ク M X n， MY nの一例を示す図である。第 1 5図は、ァライメント検出用の撮像装置の従来例を示す図である。

第 1 6図は、従来の駆動タイミングを示す図である。

第 1 7図は、ァライメントマークの一例を示す詳細に図である。発明を実施するための最良の形熊

以下、図面に基づいて本発明における実施の形態を説明する。

く第 1の実施形態 >

第 1の実施形態は、請求の範囲 1 , 2 , 4， 5， 1 0， 1 1に記載の発明に対応した実施形態である。

第 1図は、第 1の実施形態の概略構成を示す図である。

第 1図において、露光装置 1 1は、露光対象である試料 1 2を置くステージ 1 3と、試料 1 2に回路パターンなどを投影する投影光学系 1 4などから構成される。

この投影光学系 1 4の投影箇所の近傍に、ァライメント用光学系 1 5の一端側が配置される。このァライメント用光学系 1 5の他端側は、ビームスプリッ夕を介し出射光路と入射光路とに分けられる。この出射光路の先には、固体撮像装置 1 6の撮像面が配置される。また、入射光路の入り口には、発光素子 1 7が配置される。

この固体撮像装置 1 6からの転送出力は、ァライメントマークの位置を検出する信号処理回路 1 9に与えられる。この信号処理回路 1 9における検出結果は、位置制御部 2 0に与えられる。この位置制御部 2 0は、この検出位置に応じてステージ駆動機構 2 1を制御し、ステージ 1 3の位置合わせを行う。

第 2図は、上述した固体撮像装置 1 6の内部構成を示す図である。

第 2図において、固体撮像装置 1 6の撮像面には、複数のホトダイオード 3 1 がマトリクス状に配列される（第 2図では、説明を簡単にするため、 1 0行 5列のホトダイォード 3 1を示す）。

これらのホトダイオード 3 1の垂直列ごとに隣接して、垂直 C C D 3 2が設けられる。これらの垂直 C C D 3 2の転送電極には、垂直転送回路 3 3から 4相の垂直転送パルス V 1〜0 V 4が印加される。なお、垂直転送パルス 0 V 2 , φ V 4を印加する転送電極については、ホトダイオード 3 1と垂直 C C D 3 2との間に介在するトランスファ拡散まで電極が延設される。その結果、これらの転送電極は、トランスファゲート電極の機能も同時に兼ねる。

また、複数の垂直 C C D 3 2の出力端に沿って、水平 C C D 3 4が設けられる _c なお、この水平 C C D 3 4の拡散層は、垂直 4画素分の信号電荷を取り込んでも個々の電位井戸が飽和しない程度の幅または深さに設定されている。

この水平 C C D 3 4の転送電極には、水平転送回路 3 5から 2相の水平転送パルス 2が印加される。この水平 C C D 3 4の転送出力は、出力アンプなどを介して、外部の信号処理回路 1 9 (第 1図）へ出力される。

(請求の範囲と第 1の実施形態との対応関係）

以下、請求の範囲と第 1の実施形態との対応関係について説明する。

請求の範囲 1 , 2に記載の発明と第 1の実施形態との対応関係については、受光画素はホトダイォ一ド 3 1に対応し、垂直 C C Dは垂直 C C D 3 2に対応し、水平 C C Dは水平 C C D 3 4に対応する。

請求の範囲 4 , 5に記載の発明と第 1の実施形態との対応関係については、上述の対応関係に加えて、垂直転送回路は垂直転送回路 3 3に対応し、水平転送回路は水平転送回路 3 5に対応する。

(第 1の実施形態の動作）

第 3図は、第 1の実施形態における固体撮像装置 1 6の駆動タイミングを示す図である。第 4図は、固体撮像装置 16の電荷転送状態を示す説明図である。以下、第 3図および第 4図を用いて、第 1の実施形態の動作を説明する。

まず、第 3図に示す垂直帰線期間 T 1のタイミングで、垂直転送回路 33は、垂直転送パルス 0V2， 0V4を高電位（例えば 10ボルト）に設定する。すると、ホトダイオード 3 1と垂直 C CD 32との間にチャネルが形成され、ホトダィオード 31に蓄積された信号電荷が、垂直 CCD 32側へ一括転送される。なお、この垂直帰線期間 T 1において、垂直転送パルス V I， 0V3のどちらかは、中間電位（例えば 2ボルト）に設定される。その結果、垂直 CCD 32 上には、転送電極 3つ分の電位井戸が複数形成される。これらの各電位井戸では、隣接する垂直 2画素分の信号電荷が混合される。

次に、第 3図に示す水平帰線期間の前半期間 T 2のタイミングで、垂直転送回路 33は、 4相の転送パルス 1周期分を出力する。すると、垂直 CCD 32上の各電位井戸は、水平 CCD 34へ向けて 2行分だけ移動する。このとき、 1行目と 2行目の混合信号は、垂直 CCD 32から出力され、水平 CCD 34上の各電位井戸に移される。

続いて、第 3図に示す水平帰線期間の後半期間 T 2' のタイミングで、垂直転送回路 33は、 4相の転送パルス 1周期分を更に出力する。すると、垂直 CCD 32上の各電位井戸は、水平 CCD 34へ向けて 2行分だけ移動する。このとき、 3行目と 4行目の混合信号は、垂直 C CD 32から出力される。その結果、水平 C CD 34上の各電位井戸内では、 1〜 4行目の混合信号が生成される。

次に、第 3図に示す水平走査期間 T 3のタイミングで、水平転送回路 35は、水平転送パルス 0H 1， 2を 2相転送パルスに設定する。すると、水平 CC D 34の出力端からは、 1〜4行目の混合信号がシリアルに出力される（第 4図 (a) 参照）。

次に、第 3図に示す水平帰線期間の前半期間 T 4のタイミングで、垂直転送回路 33は、 4相の転送パルス 1周期分を出力する。すると、垂直 CCD 32上の各電位井戸は、水平 CCD 34へ向けて 2行分だけ移動する。このとき、 5行目と 6行目の混合信号は、垂直 CCD 32から出力され、水平 CCD 34上の各電位井戸に移される。続いて、第 3図に示す水平帰線期間の後半期間 T 4' のタイミングで、垂直転送回路 33は、 4相の転送パルス 1周期分を更に出力する。すると、垂直 CCD 32上の各電位井戸は、水平 CCD 34へ向けて 2行分だけ移動する。このとき、 7行目と 8行目の混合信号は、垂直 CCD 32から出力される。その結果、水平 CCD 34上の各電位井戸内では、 5〜 8行目の混合信号が生成される。

次に、第 3図に示す水平走査期間 T 5のタイミングで、水平転送回路 35は、水平転送パルス 0H 1， 2を 2相転送パルスに設定する。すると、水平 CC D 34の出力端からは、 5〜8行目の混合信号がシリアルに出力される（第 4図 (b) 参照）。

次に、第 3図に示す水平帰線期間 T 6のタイミングで、垂直転送回路 33は、 4相の転送パルス 1周期分を出力する。すると、垂直 C CD 32上の各電位井戸は、水平 C CD 34へ向けて 2行分だけ移動する。このとき、 9行目と 10行目の混合信号は、垂直 CCD 32から出力され、水平 CCD 34上の各電位井戸に移される。

次に、第 3図に示す水平走査期間 T 7のタイミングで、水平転送回路 35は、水平転送パルス 2を 2相転送パルスに設定する。すると、水平 CC D 34の出力端からは、 9〜 10行目の混合信号がシリアルに出力される（第 4 図（c) 参照）。

このような固体撮像装置 1 6の駆動方法により、下記の順に混合信号が出力される。

( 1〜4行目の混合信号）（5〜8行目の混合信号） → (9〜 10行目の混合信号）

信号処理回路 19 (第 1図）は、上記の混合信号を順次に取り込み、混合信号中のくさび箇所の位相を検出する。位置制御部 20は、このくさび箇所の位相に基づいて、ァライメントマークの現在位置を検出する。位置制御部 20は、このァライメントマークの現在位置と目標位置との差分がゼ口になるように、ステ一ジ駆動機構 2 1を XY軸方向に位置制御し、ステージ 13の位置合わせを実行する。

(第 1の実施形態の効果など）以上説明したように、第 1の実施形態では、水平 C C D 3 4上で、垂直 4画素分の信号電荷を混合した後、水平転送を実行する。そのため、水平転送の回数が従来例（第 1 6図）に比べて減少し、ァライメントマークの画像読み出し期間が短縮される。特に、露光装置 1 1では、このようなァライメントマークの画像読み出し処理を何度も繰り返すため、露光装置 1 1のスループットを格段に向上することが可能となる。

また、第 1の実施形態では、水平 C C D 3 4上で信号電荷を混合する際に、垂直非相関なノイズ成分を低減することができる。したがって、ノイズ除去回路 7

0 (第 1 5図）などの構成が一切不要となり、撮像装置の構成を単純化することができる。

さらに、第 1の実施形態では、ノイズ除去回路 7 0 (第 1 5図）の動作とは異なり、水平ラインの数がおおよそ半減する。したがって、信号処理回路 1 9における信号処理量が減少し、位置検出に要する処理時間を短縮することができる。特に、露光装置 1 1では、このような信号処理を何度も繰り返すため、期間短縮の効果が非常に大きい。したがって、このような処理時間の短縮効果からも、露光装置 1 1のスループットを格段に向上させることが可能となる。

また、第 1の実施形態では、水平 C C D 3 4が飽和しない限度内で、垂直画素の混合を行っているので、画像信号中のくさび状箇所は消失することがない。したがって、露光装置 1 1の位置合わせ用途に適した転送出力を生成することができる。

なお、上述した第 1の実施形態では、水平 C C D 3 4上に垂直 4画素分が混合される状態を待って、水平転送を逐次実行しているが、これに限定されるものではない。一般的には、水平 C C D 3 4上で垂直 3画素分以上が混合される状態を待って水平転送を逐次実行すれば、従来例よりも画像読み出し期間を短縮することが可能となる。

また、上述した第 1の実施形態では、垂直 C C D 3 2上で垂直 2画素分を混合する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、信号電荷の混合を水平 C C D 3 4上のみで行ってもよい。また、勿論、本発明は、イン夕一レース走査やプログレヅシプ走査のどちらかに限定されるものではない。さらに、上述した第 1の実施形態では、インターライン転送方式の固体撮像装置 1 6に本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明をフレーム転送方式の固体撮像装置に適用してもよい。さらに、上述した第 1の実施形態では、固体撮像装置へ入射する光の入射方向について説明していないが、従来の表入射にも背面入射にも本発明を適用できる。また、上述した第 1の実施形態では、固体撮像装置へ入射する光の波長について説明していないが、勿論、本発明は特定の波長に限定されるものではない。次に、別の実施形態について説明する。

<第 2の実施形態 >

第 2の実施形態は、請求の範囲 1〜6， 1 0， 1 1に記載の発明に対応した実施形態である。

第 5図は、第 2の実施形態の概略構成を示す図である。

第 2の実施形態における構成上の特徴は、次の（ 1 ) 〜（3 ) である。

( 1 ) 固体撮像装置 1 6の転送出力は、信号処理回路 1 9およびレベル検出回路 4 2へ供給される。

( 2 ) レベル検出回路 4 2のビーク検波出力は、転送制御部 4 3に取り込まれる c

( 3 ) 転送制御部 4 3は、固体撮像装置 1 6内の垂直転送回路 3 3および水平転送回路 3 5の転送動作を制御する。

なお、第 2の実施形態の構成要件の内、第 1の実施形態（第 1図，第 2図）と同様な構成要件については同一の参照番号を付与し、ここでの説明を省略する。 (請求の範囲と第 2の実施形態との対応関係）

以下、請求の範囲と第 2の実施形態との対応関係について説明する。

請求の範囲 1〜 3に記載の発明と第 2の実施形態との対応関係については、受光画素はホトダイオード 3 1に対応し、垂直 C C Dは垂直 C C D 3 2に対応し、水平 C C Dは水平 C C D 3 4に対応する。

請求の範囲 4 , 5に記載の発明と第 2の実施形態との対応関係については、上記の対応関係に加えて、垂直転送回路は垂直転送回路 3 3に対応し、水平転送回路は水平転送回路 3 5に対応する。

請求の範囲 6に記載の発明と第 2の実施形態との対応関係については、上記の対応関係に加えて、レベル検出回路はレベル検出回路 42に対応し、回数調整手段は転送制御部 43に対応する。

(第 2の実施形態の動作）

第 6図は、第 2の実施形態における転送制御部 43の動作を説明する流れ図である。以下、第 6図のステップ動作に沿って、第 2の実施形態の動作を説明する _c まず、転送制御部 43は、垂直転送回数 Nに、例えば「3回」程度の値を初期設定する（第 6図 S 1) 。

次に、転送制御部 43は、残回数 Zに「固体撮像装置 1 6における垂直転送動作の総回数」を設定する（第 6図 S 2) 。

この状態で、転送制御部 43は、垂直転送回路 33を制御し、ホトダイオード 3 1の信号電荷を垂直 CCD 32上へ一括転送する（第 6図 S 3) 。

次に、転送制御部 43は、垂直転送回路 33を制御し、垂直転送回数 Nだけ信号電荷の垂直転送を繰り返し実行する（第 6図 S 4) 。

このような動作に並行して、転送制御部 43は、残回数 Zから垂直転送回数 N を減じて、残回数 Zを更新する（第 6図 S 5) 。

このような垂直転送の繰り返し動作が完了すると、水平 CCD 34上の電位井戸には、信号電荷の混合信号が生成される。この状態で、転送制御部 43は、水平転送回路 35を制御し、水平 CCD 34上の混合信号を水平転送する（第 6図 S 6) o

レベル検出回路 42は、水平 C CD 34から水平転送される転送出力を取り込み、ピーク検波を実行する。転送制御部 43は、水平転送を完了した後、レベル検出回路 42から転送出力のピークレベルを取得する（第 6図 S 7) 。

ここで、転送制御部 43は、転送出力のピークレベルが飽和値に到達しているか否かを判定する（第 6図 S 8) 。

ここで、転送出力のピークレベルが飽和値に到達していた場合（第 6図 S 8の YE S側）、転送制御部 43は、垂直転送回数 Nを 1減らした後（第 6図 S 9) 、ステップ S 12に動作を移行する。

また、転送出力のピークレベルが飽和値に到達していない場合（第 6図 S 8の NO側）、転送制御部 43は、転送出力のピ一クレベルが所定の閾値以下か否かを判定する（第 6図 S 1 0 ) 。なお、ここでの「所定の閾値」は、適正なピークレベルの下限値に相当する値である。

ここで、転送出力のピークレベルが閾値未満の場合（第 6図 S 1 0の Y E S側）、転送制御部 4 3は、垂直転送回数 Nを 1増やした後（第 6図 S 1 1 ) 、ステップ S 1 2に動作を移行する。

一方、転送出力のピ一クレベルが閾値以上の場合（第 6図 S 1 0の N O側）、転送出力の信号レベルは適正範囲内であると判断する。このとき、転送制御部 4 3は、垂直転送回数 Nの値を保持したまま、ステップ S 1 2に動作を移行する。このような垂直転送回数 Nの調整を完了した後、転送制御部 4 3は、残回数 Z の値を判定する（第 6図 S 1 2 ) 。ここで、残回数 Zがゼロ以下の場合（第 6図 S 1 2の N O側）、転送制御部 4 3は、 1画面分の画像読み出しが完了したと判断し、ステップ S 2に動作を戻す。

一方、残回数 Zがゼロよりも大きい場合（第 6図 S 1 2の Y E S側）、転送制御部 4 3は、 1画面分の画像読み出しが未完了であると判断し、ステップ S 4に動作を戻す。

(第 2の実施形態の効果など）

以上のような一連の動作を実行することにより、第 2の実施形態では、転送出力のピークレベルに応じて、水平転送 1回当たりの垂直転送回数 Nが動的に調整される。したがって、入射光量の変化などに柔軟に合わせて、信号電荷の混合量を調整することができる。

なお、上述した第 2の実施形態では、水平 C C Dからの転送出力が飽和しないように、垂直転送回数を調整しているが、これに限定されるものではない。例えば、転送出力中のくさび箇所を検出する上で、転送出力のピークレベルが一定レベルに飽和していることが好ましい場合もある。このような場合は、水平 C C D 上の飽和電荷を排出する半導体構造を備えた上で、水平 C C Dの転送出力が飽和するように垂直転送回数を調整すればよい。

また、上述した第 2の実施形態では、ピ一クレベルに応じて垂直転送回数 Nを調整しているが、これに限定されるものではない。例えば、転送出力の平均レべルゃ最小値に応じて垂直転送回数 Nを調整してもよい。次に、別の実施形態について説明する。

<第 3の実施形態〉

第 3の実施形態は、請求の範囲 7， 10， 1 1に記載の発明に対応する実施形態である。

第 7図は、第 3の実施形態における撮像装置 130の構成を示す図である。第 7図において、撮像装置 130は、撮像素子 130 aおよびパルス発生回路 130 bとから構成される。この撮像素子 130 aの受光面上には、受光量に応じて画素出力（例えば、信号電荷）を生成する複数の受光画素 13 1がマトリクス状に配置される。これらの受光画素 13 1ごとに、電荷読み出し用のトランスファゲ一ト 132がそれぞれ設けられる。さらに、受光画素 13 1の垂直列ごとには、個々のトランスファゲート 132を間に介して、垂直 CCD 133が配置される。これらの垂直 C CD 133には、多相の転送パルス V 1〜(？ iV4がパルス発生回路 13 Obから供給され、画素出力を垂直方向へ転送する。なお、垂直 CCD 133の転送電極を受光画素 13 1まで延ばし、この転送電極を 3値駆動することにより、トランスファゲート 132を実現してもよい。

この垂直 CCD 133の最終段には、排出ゲート 135が設けられる。この排出ゲート 135には、排出制御用の制御信号 0Dがパルス発生回路 13 Obから供給され、画素出力を排出ドレインゃ基板側などへ排出する。

また、垂直 C CD 133の出力端には、蓄積ゲート 136を介して水平 C CD 134が配置される。この蓄積ゲート 136には、垂直 C CD 133と水平 C C D 134とを断続するための制御信号 0Cがパルス発生回路 13 O bから供給される。

第 8図は、撮像装置 130を搭載したァライメント装置 140の構成を示すブ口ヅク図である。

第 8図において、ァライメントマークを撮像する位置に撮像素子 130 aが配置される。この撮像素子 130 aの制御端子には、上記の画像読み出し動作を制御するパルス発生回路 130 bが接続される。

また、この撮像素子 130 aから出力される画像出力は、 AD変換回路などを介してマイクロプロセッサ 142に与えられる。また、このマイクロプロセッサ 1 4 2は、パルス発生回路 1 3 0 bのパルス発生タイミングを可変する。

(本発明と第 3の実施形態との対応関係）

以下、本発明と上記構成との対応関係について説明する。

請求の範囲 7に記載の発明と第 3の実施形態との対応関係については、受光画素は受光画素 1 3 1に対応し、垂直転送路はトランスファゲート 1 3 2および垂直 C C D 1 3 3に対応し、水平転送路は水平 C C D 1 3 4に対応し、 1次元読み出し部はパルス発生回路 1 3 O bに対応し、排出ゲートは排出ゲート 1 3 5に対応する。

請求の範囲 1 0に記載の発明と第 3の実施形態との対応関係については、撮像装置は、撮像素子 1 3 0 a、パルス発生回路 1 3 0 bおよびマイクロプロセッサ 1 4 2の「 1次元画像の読み出し制御を行う機能」に対応し、ァライメント検出部は、マイクロプロセッサ 1 4 2の「 1次元画像に基づいてァライメント検出を行う機能」に対応する。

請求の範囲 1 1に記載の発明と第 3の実施形態との対応関係については、撮像ステップは、撮像素子 1 3 0 a、パルス発生回路 1 3 0 bおよびマイクロプロセヅサ 1 4 2による「1次元画像を撮像して読み出すステップ」に対応し、位置検出ステップは、マイクロプロセヅサ 1 4 2による「 1次元画像に基づいてァライメント検出を行うステップ」に対応し、位置合わせステップは、マイクロプロセッサ 1 4 2による「ァライメント検出結果に応じて露光装置を位置合わせするステヅプ」に対応する。

(第 3の実施形態の動作）

以下、第 3の実施形態の動作を説明する。

第 9図は、撮像装置 1 3 0およびァライメント装置 1 4 0において実行される 1次元読み出し動作のタイミングチャートである。

まず、第 9図に示す期間 T 1において、トランスファゲ一ト 1 3 2が一斉に開く。すると、受光画素 1 3 1で生成された画素出力は、トランスファゲート 1 3 2を介して、対応する垂直 C C D 1 3 3上の電位井戸へ一括して移される。続いて、第 9図に示す期間 T 2において、垂直転送用の転送パルス V 1〜ø V 4が垂直 C C D 1 3 3に繰り返し与えられる。その結果、垂直 C C D 1 3 3の出力端に向かって、画素出力が順次に送られる。

通常、この期間 T 2において、排出ゲート 1 3 5は閉じられ、蓄積ゲート 1 3 6は開かれる。そのため、垂直 C C D 1 3 3の最終段まで転送された画素出力は、そのまま水平 C C D 1 3 4上の各対応する電位井戸に逐一蓄積される。

一方、この T 2の期間中に、第 1 7図中に示すセン夕ライン 1 8 2のような画素出力が最終段に入るタイミングが存在する。また、撮像範囲が大きめに設定される場合は、第 1 7図中に示す周辺パターン 1 8 3の画素出力が最終段に入る夕ィミングが発生する。

これらのタイミングにおいて、パルス発生回路 1 3 0 bは、制御信号 0 C， φ Dを反転することにより、排出ゲート 1 3 5を開き、蓄積ゲート 1 3 6を閉じる c その結果、異質な画素出力は、水平 C C D 1 3 4に移されることなく、排出ゲート 1 3 5から排出される。

なお、具体的な排出動作のタイミングは、ァライメントマークのパターンに応じて決定される。

さらに、高精度に排出動作のタイミングを決定する場合は、（ 1 ) ァライメントマ一クのパターン、（2 ) 撮像範囲、および（3 ) 走査シーケンスに基づいて、異質な画素出力が排出ゲートに到達するタイミングから決定する。

以上のような一連の動作により、水平 C C D 1 3 4上の各電位井戸では、同質な画素出力のみが垂直列の方向に加算される。

次に、第 9図に示す期間 T 3において、水平転送用の転送パルス 1〜？ i H 2が、水平 C C D 1 3 4に与えられる。水平 C C D 1 3 4上に蓄積されていた「加算後の画素出力」は、この転送パルスにより順次に水平転送され、一次元画像の画像信号として外部へ出力される。

マイクロプロセッサ 1 4 2は、この一次元画像の位相に基づいて、ァライメントマークの位置検出を行う。さらに、マイクロプロセッサ 1 4 2は、このァライメントマ一クの現在位置と目標位置との差分を露光装置にフィードバックすることより、露光装置の位置合わせ制御を実行する。

(第 3の実施形態の効果など）

上述した動作により、第 3の実施形態では、垂直転送中の画素出力を、垂直 C C D 1 3 3の最終段から排出ゲート 1 3 5を介して選択的に排出することができる。したがって、 1次元画像の信号品質の低下原因となる異質な画素出力を選択的に排出することが可能となり、 1次元画像の信号品質を高めることが可能となる。

なお、上述した第 3の実施形態では、蓄積ゲート 1 3 6を設けているが、これに限定されるものではない。例えば、垂直転送の動作によって垂直 C C D 1 3 3 と水平 C C D 1 3 4とが隔離されているタイミングを見計らって、最終段の画素出力を排出することにより、この蓄積ゲート 1 3 6を省略することもできる。また、上述した第 3の実施形態では、垂直 C C D 1 3 3の最終段に排出ゲート 1 3 5を設けているが、これに限定されるものではない。垂直 C C D 1 3 3の中段などに排出ゲートを設けても構わない。

さらに、上述した第 3の実施形態では、排出ゲート 1 3 5を介して半導体基板の面方向に画素出力を排出しているが、これに限定されるものではない。例えば、半導体基板の深さ方向に画素出力を排出してもよい。

また、上述した第 3の実施形態では、全ての排出ゲート 1 3 5に制御信号を共通に与え、水平ライン単位に画素出力をまとめて排出しているが、これに限定されるものではない。例えば、個々の排出ゲート 1 3 5に対して、独立した制御信号を与えることにより、画素単位に排出制御を行うことも可能となる。この場合、 1次元画像の信号品質の低下原因となるか否かを画素単位に区別して、細かく排出制御を行うことが可能となる。

次に、別の実施形態について説明する。

<第 4の実施形態 >

第 4の実施形態は、請求の範囲 7 , 8 , 1 0， 1 1に記載の発明に対応した実施形態である。

なお、撮像装置 1 3◦およびァライメント装置 1 4 0の構成要素については、第 3の実施形態（第 7図および第 8図）と同様なので、同じ参照番号をそのまま使用して以下の説明を行い、ここでの説明を省略する。

(本発明と第 4の実施形態との対応関係）

以下、本発明と上記構成との対応関係について説明する。請求の範囲 7に記載の発明と第 4の実施形態との対応関係については、受光画素は受光画素 1 3 1に対応し、垂直転送路はトランスファゲ一ト 1 3 2および垂直 C C D 1 3 3に対応し、水平転送路は水平 C C D 1 3 4に対応し、 1次元読み出し部はパルス発生回路 1 3 O bおよびマイクロプロセッサ 1 4 2に対応し、排出ゲートは排出ゲート 1 3 5に対応する。 ·

請求の範囲 8に記載の発明と第 4の実施形態との対応関係については、 2次元読み出し部は、パルス発生回路 1 3 0 bおよびマイクロプロセッサ 1 4 2の「2 次元画像を撮像素子 1 3 0 aから読み出す機能」に対応し、画像解析部はマイク口プロセッサ 1 4 2の「2次元画像のパターンから垂直相関性の低い画素位置を検出する機能」に対応する。

請求の範囲 1 0に記載の発明と第 4の実施形態との対応関係については、撮像装置は、撮像素子 1 3 0 a、パルス発生回路 1 3 0 bおよびマイクロプロセッサ 1 4 2の「 1次元画像の読み出し制御を行う機能」に対応し、ァライメント検出部は、マイクロプロセッサ 1 4 2の「 1次元画像に基づいてァライメント検出を行う機能」に対応する。

請求の範囲 1 1に記載の発明と第 4の実施形態との対応関係については、撮像ステップは、第 1 0図中のステップ S 2 1〜S 3 0に対応し、位置検出ステップは、第 1 0図中のステップ S 3 1に対応し、位置合わせステップは、第 1 0図中のステップ S 3 2に対応する。

(第 4の実施形態の動作）

第 1 0図は、マイクロプロセッサ 1 4 2の動作を示す流れ図である。以下、第 1 0図に示すステップ番号に沿って、第 4の実施形態の動作を説明する。

まず、マイクロプロセッサ 1 4 2は、パルス発生回路 1 3 0 bを介して、撮像素子 1 3 0 aから 2次元画像を読み出す（ステップ S 2 1 ) 。

マイクロプロセッサ 1 4 2は、 2次元画像の水平ライン間で差分をとるなどの比較を行い、垂直相関性の有無を判定する（ステップ S 2 2 ) 。

ここで、マイクロプロセッサ 1 4 2は、第 1 1図（a ) 〜（ c ) に示すように、垂直相関性の低い水平ラインを判定し、『不要ライン』として記憶する（ステツプ S 2 3 ) 。以上のような動作を完了した後、マイクロプロセッサ 142は、パルス発生回路 13 O bを介して、受光画素 13 1に生成された画素出力を、垂直 CCD 13 3上に一括して移す（ステップ S 24) 。

次に、マイクロプロセッサ 142は、垂直 C CD 133から次回出力される画素出力が、不要ラインか否かを判定する（ステップ S 25) 。

ここで、不要ラインであった場合（ステップ S 25の YE S側）、マイクロプ口セッサ 142は、排出ゲート 135を開状態とし、蓄積ゲート 136を閉状態に設定する（ステップ S 26) 。

一方、不要ラインではない場合（ステップ S 25の NO側）、マイクロプロセ、ソサ 142は、排出ゲ一ト 135を閉状態とし、蓄積ゲート 136を開状態に設定する（ステップ S 27) 。

このようなゲート設定を完了した後、マイクロプロセッサ 142は、パルス発生回路 130 ¾>を介して垂直転送パルス0¥ 1〜0¥4を 1サィクル分だけ撮像素子 130 aに与える。その結果、垂直 C CD 133上の画素出力は、 1段分だけ垂直方向に順送りされる（ステップ S 28) 。このとき、不要ラインの画素出力は、排出ゲート 135から排出される。一方、不要ライン以外の画素出力であれば、水平 CCD 134の各対応する電位井戸に出力されて加算される。

このような垂直転送サイクル 1回分が終了すると、マイクロプロセッサ 142 は、垂直転送が 1画面分について完了したか否かを判定する（ステップ S 29) c ここで、垂直転送が 1画面分について完了していない場合（ステップ S 29の NO側）、マイクロプロセッサ 142は、ステップ S 25に動作を戻して、上記動作を繰り返す。

一方、垂直転送が 1画面分について完了した場合（ステップ S 29の YES側）、水平 CCD 134の各電位井戸には、不要ラインを除いて、垂直加算された画素出力が蓄積される。この状態で、マイクロプロセッサ 142は、パルス発生回路 13 Obを介して、撮像素子 130 aに水平転送パルス 1〜 H2を繰り返し与える。その結果、水平 CCD 134からは、高品質な 1次元画像信号が順次に出力される（ステップ S 30) 。

マイクロプロセッサ 142は、この 1次元画像信号の位相情報に基づいて、ァライメント検出を実行する（ステップ S 3 1 ) 。

マイクロプロセッサ 1 4 2は、このァライメント検出の結果に基づいて制御信号を出力し、制御対象である露出装置の位置合わせを実行する（ステップ S 3 2 ) 。 (第 4の実施形態の効果など）

上述した動作により、第 4の実施形態では、 2次元画像から垂直相関性の低い画素位置を検出し、 1次元画像の信号品質低下の原因となりうる異質な画素位置を自動検出する。したがって、排出タイミングを操作者が手動設定するなどの煩雑な手間を省くことができる。

その上、上記のような垂直相関性の判定では、パターン上のゴミゃ傷などを特定することもできる。このゴミゃ傷などのように、手動設定では予期せぬたぐいの画素出力も排出できるので、 1次元画像の信号品質をさらに向上させることが可能となる。

なお、上述した第 4の実施形態では、隣接する水平ラインなどの間で差分をとり、垂直相関性の有無を判定しているが、これに限定されるものではない。例えば、 1次元画像の生成に有効な水平ラインを基準パターンとして記憶し、この基準パターンとその他の水平ラインとを比較することにより、垂直相関性の有無を判定してもよい。

また、ァライメント検出に有効な水平ラインは、特定の水平空間周波数成分を有するという特徴がある。そこで、 2次元画像の各画素位置について、この特徴の有無を判別することにより、有効な水平ラインに対して垂直相関性があるか否かを間接的に判定してもよい。

また、上述した第 4の実施形態では、水平ライン単位に排出制御を行っているが、これに限定されるものではない。画素単位に排出制御を細かく行ってももちろんよい。

次に、別の実施形態について説明する。

く第 5の実施形態 >

第 5の実施形態は、請求の範囲 7， 9 , 1 0， 1 1に記載の発明に対応した実施形態である。

第 1 2図は、第 5の実施形態におけるァライメント装置 1 5 0の構成を示すブ口ック図である。

第 1 2図において、ァライメントマークを撮像する位置に撮像素子 1 3 0 aが配置される。この撮像素子 1 3 0 aの制御端子には、画像読み出し動作を制御するパルス発生回路 1 3 O bが接続される。

また、この撮像素子 1 3 0 aから出力される画像出力は、 A D変換回路などを介してマイクロプロセッサ 1 5 2に与えられる。また、このマイクロプロセヅサ 1 5 2は、パルス発生回路 1 3 0 bのパルス発生タイミングを可変する。

さらに、マイクロプロセッサ 1 5 2には、ハードディスク装置などからなるデ —夕ベース用記憶装置 1 5 3が接続される。このデータベース用記憶装置 1 5 3 には、登録済みパターンとして、ァライメントマークに関する情報が予め登録されている。

なお、撮像素子 1 3 0 a内部の各構成要素については、第 3の実施形態（第 7 図）と同様なので、同じ参照番号をそのまま使用して、ここでの説明を省略する。 (本発明と第 5の実施形態との対応関係）

以下、本発明と上記構成との対応関係について説明する。

請求の範囲 7に記載の発明と第 5の実施形態との対応関係については、受光画素は受光画素 1 3 1に対応し、垂直転送路はトランスファゲート 1 3 2および垂直 C C D 1 3 3に対応し、水平転送路は水平 C C D 1 3 4に対応し、 1次元読み出し部はパルス発生回路 1 3 O bおよびマイクロプロセッサ 1 5 2に対応し、排出ゲートは排出ゲート 1 3 5に対応する。

請求の範囲 9に記載の発明と第 5の実施形態との対応関係については、 2次元読み出し部は、パルス発生回路 1 3 0 bおよびマイクロプロセッサ 1 5 2の「2 次元画像を撮像素子 1 3 0 aから読み出す機能」に対応し、不要画素特定部はマイク口プロセッサ 1 5 2の「2次元画像と登録済みパターンとをパターンマッチングして不要な画素位置を特定する機能」に対応する。

請求の範囲 1 0に記載の発明と第 5の実施形態との対応関係については、撮像装置は、撮像素子 1 3 0 a、パルス発生回路 1 3 0 bおよびマイクロプロセッサ 1 5 2の「 1次元画像の読み出し制御を行う機能」に対応し、ァライメント検出部は、マイクロプロセッサ 1 5 2の「 1次元画像に基づいてァライメント検出を行う機能」に対応する。

請求の範囲 1 1に記載の発明と第 5の実施形態との対応関係については、撮像ステップは、第 1 3図中のステップ S 4 1〜S 4 3および S 2 4〜S 3 0に対応し、位置検出ステップは、第 1 3図中のステップ S 3 1に対応し、位置合わせステツプは、第 1 3図中のステップ S 3 2に対応する。

(第 5の実施形態の動作）

第 1 3図は、マイクロプロセッサ 1 5 2の動作を示す流れ図である。以下、第 1 3図に示すステップ番号に沿って、第 5の実施形態の動作を説明する。

まず、マイクロプロセッサ 1 5 2は、パルス発生回路 1 3 0 bを介して、撮像素子 1 3 0 aから 2次元画像を読み出す（ステップ S 4 1 ) 。

マイクロプロセッサ 1 5 2は、この 2次元画像と、データベース用記憶装置 1 5 3内の登録済みパターンとについて、パターンマッチングを行う。

なお、パターンマッチングの効率的なアルゴリズムとしては、例えば、残差逐次検定法，相互相関係数を求める方法，構造マッチング法などが知られている (高木幹雄監修「画像解析ハンドブック」東京大学出版会， 1 9 9 1 ) 。

このようなパターンマッチングの結果から、マイクロプロセッサ 1 5 2は、ァライメントマークの種類や、 2次元画像上のァライメントマークの正確な位置を特定する（ステップ S 4 2 ) 。

次に、マイクロプロセッサ 1 5 2は、該当するァライメントマ一クについて予め定められた「 1次元画像の生成に不要な画素位置」の情報を、データベース用記憶装置 1 5 3から読み出す。この読み出した画素位置を、 2次元画像上のァラィメントマークの位置に座標変換し、実際に不要な画素位置を 2次元画像上で特定する。

マイクロプロセッサ 1 5 2は、この特定結果に基づいて不要ラインを決定し、記憶する（ステップ S 4 3 ) 。

このような処理の完了後、マイクロプロセッサ 1 5 2は、第 4の実施形態と同様の動作（第 1 0図中のステップ S 2 4〜S 3 2 ) を実行して、高品質な 1次元画像の読み出し、ァライメント検出、および位置合わせを行う。

(第 5の実施形態の効果など）上述した動作により、第 5の実施形態では、パターンマッチングにより 1次元画像の信号品質低下の原因となりうる異質な画素位置を自動検出する。したがつて、排出タイミングを操作者が手動設定するなどの煩雑な手間を省くことができる。

なお、上述した第 5の実施形態では、水平ライン単位に排出制御を行っているが、これに限定されるものではない。画素単位に排出制御を細かく行ってももちろんよい。

また、上述した第 1〜5の実施形態では、ステージ側のァライメントマークを撮像する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない例えば、ステージ側およびレチクル側の両方にァライメントマ一クを設け、本発明装置が、両マークの像を重ねた状態で撮像してもよい。この場合、両マークの位相差やズレ量を、重なった画像の空間周波数や位相などから検出し、レチクルの位置とステージの位置とを相対的に合わせることが可能となる。

産業卜.の利用 τ能件

(請求の範囲 1， 4 )

請求の範囲 1 , 4に記載の発明では、垂直 3画素分以上の信号電荷が水平 C C D上で混合されるのを待って、水平転送を逐次実行する。そのため、少なくとも 1つ以上の水平走査期間を省くことが可能となり、ァライメントマークの画像読み出し期間をその分だけ短縮することが可能となる。

特に、露光装置においては、このようなァライメントマークの画像読み出しを何度も繰り返すため、期間短縮の効果は大きい。したがって、本発明を適用した場合、露光装置のスループットを格段に向上させることが可能となる。

また同時に、本発明では、水平 C C D上で信号電荷を混合することにより、垂直非相関なノイズ成分を低減する。したがって、従来のノイズ除去回路 7 0 (第 1 5図）などは必要なくなり、装置全体の構成を単純化することが可能となる (勿論、本発明は、ノイズ除去手段を別途設けてもかまわない）。

さらに、本発明では、固体撮像装置から転送出力される水平ラインの数が減少する。したがって、後段における転送出力の処理負担（例えば、ァライメントマ —クの位置検出の演算処理量）を効率的かつ適正に低減し、処理時間の短縮をさらに図ることが可能となる。

特に、露光装置では、このような信号処理が何度も繰り返されるため、期間短縮の効果は非常に大きい。したがって、このような処理時間の短縮効果からも、露光装置のスループットを格段に向上させることが可能となる。

(請求の範囲 2 , 5 )

請求の範囲 2 , 5に記載の発明では、垂直転送回数の適正な設定により、信号電荷の飽和を回避するので、転送出力中のくさび状箇所は消失しない。したがつて、露光装置の位置合わせ用途に適した転送出力を生成することができる。 (請求の範囲 3， 6 )

請求の範囲 3 , 6に記載の発明は、水平 C C Dからの転送出力の信号レベルに応じて、水平転送 1回当たりの垂直転送回数を増減する。したがって、入射光量の変化などに柔軟に合わせて、水平 C C D上における信号電荷の混合量を自動調整することが可能となる。その結果、固体撮像装置の出力レベルを適切なレベルに自動調整することが可能となる。

(請求の範囲 7 )

請求の範囲 7に記載の撮像装置では、垂直転送中の画素出力を、排出ゲートを介して選択的に排出することができる。したがって、 1次元画像の信号品質の低下原因となりうる異質な画素出力を選択的に排出することが可能となり、 1次元画像の信号品質を高めることが可能となる。

(請求の範囲 8 )

請求の範囲 8に記載の撮像装置では、試験的に読み出した 2次元画像から、垂直相関性の低い画素位置を検出する。したがって、 1次元画像の信号品質低下の原因となる異質な画素位置を自動的に特定することができる。

この異質な画素位置に基づいて、排出ゲートの排出タイミングが決定されるので、排出タイミングを操作者が手動設定するなどの煩雑な手間を省くことができ特に、ここでの 2次元画像は、 1次元画像と同じ受光画素を使用して生成される。したがって、本撮像装置では、異質な画素位置を高い位置精度で特定することができる。その上、上記のような垂直相関性の判定では、パターン上のゴミゃ傷や、撮像範囲の変動による余分な周辺パターン（ただし非垂直相関パターン）を特定することもできる。このゴミゃ傷などのように、手動設定では予期せぬ箇所の画素出力も確実に排出できるので、 1次元画像の信号品質をさらに向上させることも可能となる。

(請求の範囲 9 )

請求の範囲 9に記載の撮像装置では、「試験的に読み出した 2次元画像」と「登録済み画像」とのパターンマッチングにより、 1次元画像の生成に不要な画素位置を特定する。

この不要な画素位置に基づいて、排出ゲートの排出タイミングが決定されるので、排出夕ィミングを操作者が手動設定するなどの煩雑な手間を省くことができる。

特に、ここでの 2次元画像は、 1次元画像と同じ受光画素を使用して生成される。したがって、本撮像装置では、異質な画素位置を高い位置精度で特定することができる。

(請求の範囲 1 0 , 1 1 )

請求の範囲 1 0に記載のァライメント装置、もしくは請求の範囲 1 1に記載の位置合わせ方法では、請求の範囲 4ないし請求の範囲 9のいずれか 1項に記載の撮像装置を使用して、ァライメントマークの撮像を行う。したがって、撮像装置から高品質な 1次元画像を取得することが可能となり、ァライメント検出の精度を一段と高めることが可能となる。

Claims

請求の範囲

( 1) 水平垂直に複数配列され、受光量に応じて信号電荷を生成する受光画素と、前記受光画素で生成された信号電荷を垂直転送する垂直 CCDと、前記垂直 CCDを介して転送される信号電荷を水平転送する水平 C CDとを備えた固体撮像装置を駆動する方法において、

前記垂直 C CDを駆動して、前記受光部に生成された信号電荷を順次に垂直転送する垂直転送ステップと、

前記垂直 CCDを介して垂直転送される信号電荷を水平 CCD上で混合し、垂直 3画素分以上の信号電荷が混合された状態で、水平 C C D上の信号電荷を水平転送する水平転送ステツプと

を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。

( 2 ) 請求の範囲 1に記載の駆動方法において、

前記水平転送ステップでは、

水平 C CDの各電位井戸が飽和しない垂直転送回数以下に限定して、垂直方向の信号電荷を混合する

ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。

( 3 ) 請求の範囲 1に記載の駆動方法において、

前記水平 C C Dからの転送出力を監視し、該転送出力の信号レベルを検出するレベル検出ステップと、

前記レペル検出ステツプにおいて検出される信号レベルに応じて、水平転送 1 回当たりの垂直転送回数を増減する回数調整ステップとを有する

ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。

(4) 水平垂直に複数配列され、受光量に応じて信号電荷を生成する受光画素と、前記受光画素で生成された信号電荷を垂直転送する垂直 CCDと、前記垂直 CCDを介して転送される信号電荷を水平転送する水平 CCDとを備えた撮像装置において、

前記垂直 CCDを駆動して、前記受光部に生成された信号電荷を順次に垂直転送する垂直転送回路と、前記垂直 C C Dを介して垂直転送される信号電荷を水平 C C D上で混合し、垂直 3画素分以上の信号電荷が混合された状態で、水平 C C D上の信号電荷を水平転送する水平転送回路と

を備えたことを特徴とする撮像装置。

( 5 ) 請求の範囲 4に記載の撮像装置において、

前記水平転送回路は、

水平 C C Dの各電位井戸が飽和しない垂直転送回数以下に限定して、垂直方向の信号電荷を混合する回路である

ことを特徴とする撮像装置。

( 6 ) 請求の範囲 4に記載の撮像装置において、

前記水平 C C Dからの転送出力を監視し、該転送出力の信号レベルを検出するレベル検出回路と、

前記レベル検出回路により検出される信号レベルに応じて、水平転送 1回当たりの垂直転送回数を増減する回数調整手段とを有する

ことを特徴とする撮像装置。

( 7 ) 受光面上に 2次元配列され、受光量に応じて画素出力を発生する複数の受光画素と、

前記受光画素の垂直列単位に設けられ、前記受光画素で発生した画素出力を垂直転送するための垂直転送路の群と、

前記垂直転送路の群から出力される画素出力を、水平転送するための水平転送路と、

前記垂直転送路の群で順次転送される画素出力を垂直列方向に加算し、加算後の画素出力を前記水平転送路から読み出して、 1次元画像を生成する 1次元読み出し部と、

前記垂直転送路で順次転送中の画素出力を選択的に排出する排出ゲートとを備え、

前記 1次元読み出し部は、前記 1次元画像の生成動作に際して、予め定められた画素位置からの画素出力を前記排出ゲートを介して排出する

ことを特徴とする撮像装置。

( 8 ) 請求の範囲 7に記載の撮像装置において、

前記 1次元画像の生成動作に先だって、前記受光画素の画素出力を、前記垂直転送路の群および前記水平転送路を介して転送し、 2次元画像を生成する 2次元読み出し部と、

前記 2次元読み出し部から 2次元画像を取り込み、該 2次元画像のパターンに基づいて垂直相関性の低い画素位置を検出する画像解析部とを備え、

前記 1次元読み出し部は、

前記 1次元画像の生成動作に際して、前記画像解析部により検出された「垂直相関性の低い画素位置」の画素出力を前記排出ゲートを介して排出する

ことを特徴とする撮像装置。

( 9 ) 請求の範囲 7に記載の撮像装置において、

前記 2次元画像と登録済みパターンとのパターンマッチングにより、 2次元画像の種類または位置関係を求め、該登録済みパターンに予め定められた「1次元画像の生成に不要な画素位置」を特定する不要画素特定部とを備え、

前記 1次元読み出し部は、

前記 1次元画像の生成動作に際して、前記不要画素特定部により特定された「 1次元画像の生成に不要な画素位置」の画素出力を前記排出ゲ一トを介して排出する

ことを特徴とする撮像装置。

( 10) 請求の範囲 4ないし請求の範囲 9のいずれか 1項に記載の撮像装置と、前記撮像装置を用いてァライメントマークを撮像し、前記撮像装置から読み出される画像に基づいて、撮影対象のァライメント検出を行うァライメント検出部と

を備えたことを特徴とするァライメント装置。

(11) 請求の範囲 4ないし請求の範囲 9のいずれか 1項に記載の撮像装置を使用して、ァライメントマークを撮像し、画像信号を生成する撮像ステップと、前記画像信号に基づいて、ァライメントマークの位置を求める位置検出ステツプと、

前記ァライメントマ一クの位置に応じて、撮影対象の位置制御を行う位置合わせステツプと

を有することを特徴とする位置合わせ方法。