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JP2622573B2 - マーク検知装置及び方法 - Google Patents

マーク検知装置及び方法

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JP2622573B2
JP2622573B2 JP63014526A JP1452688A JP2622573B2 JP 2622573 B2 JP2622573 B2 JP 2622573B2 JP 63014526 A JP63014526 A JP 63014526A JP 1452688 A JP1452688 A JP 1452688A JP 2622573 B2 JP2622573 B2 JP 2622573B2
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mark
reticle
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marks
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直樹 綾田
弘樹 鈴川
秀樹 野川
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば半導体メモリや演算装置等の高密度
集積回路チップの製造の際に用いる回路パターンの焼付
におけるレチクルやウエハの位置検出の際にこれらに付
されたマークの検知に適用して好適な装置および方法に
関する。
［従来技術］ 従来、この種のマーク検知の方法としては、例えばTR
Eセミコンダクターイクイプメントコーポレーションの
米国特許第4,475,122号「自動ウエハアライメント方
法」において明らかにされている方法等があった。これ
は第８図のフローチャートに示すように、検出領域（TV
視野）内に検知すべきアライメントマークがない場合に
はウエハステージを適当に移動させて再度TV画像取込み
とマークの有無判別を行ない、これを繰返してマークが
出現するまで模索を行なう方法である。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このような方法ではウエハステージをほぼ
目くら送りに近いような状態で移動させつつ模索を行な
うため、模索時間が多くかかる場合があり、マーク検出
のスループットを低下させるという問題点があった。
本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、物体
上に付された所定のマークを検知する装置および方法に
おいて、マークの模索のための時間をなくしスループッ
トを向上させることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係るマーク検知
装置は、予め物体上に第１の特定パターンからなる第１
のマークと第２の特定パターンからなり第１のマークと
の位置関係を表す位置情報を有する第２のマーク群とを
付しておき、撮像手段によって第１のマークを検知する
際に、第２のマークを検知した場合にはその第２のマー
クが有している位置情報を取得して、その位置情報に基
づいて、第２のマークを検知したときの撮像倍率と異な
る倍率で第１のマークを検知することを特徴としてい
る。
［作 用］ 上記の構成によれば、物体上に複数設けられている第
２のマークが撮像手段により検知されれば、装置はそれ
に付されている第１のマークとの位置関係を示す情報を
取得することができ、この位置情報に基づいて第１のマ
ークがどこに位置しているかを検知することができる。
そしてその際、第２のマーク群は低倍で撮像して広い視
野により複数のマークを容易に模索できるとともに、第
１のマークを高倍で撮像して高精度な位置検出を行なう
ことができる。
［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係るマーク検知装置を
半導体焼付装置のレチクルアライメントに適用した場合
の光学系を示す構成図である。
同図において、レーザ発生装置５で発生したレーザ光
は、ミラーおよびレンズを介してポリゴンミラー６に至
る。ポリゴンミラー６は所定の角速度で回転しており、
これによりレーザ光の走査が行なわれる。ポリゴンミラ
ー６からの走査レーザ光はビームスプリッタ11で反射
し、ダハプリズム８で左右２つの光路に分割される。そ
して、分割された走査レーザ光は、それぞれビームスプ
リッタ14で反射し、対物レンズおよび対物ミラー等を介
してレチクル１上のレチクルアライメントマーク16を走
査する。さらに、レチクル１を透過した光は、装置本体
に固着されたレチクルセットマーク17を走査する。
レチクルアライメントマーク16およびレチクルセット
マーク17からの反射光は、左右それぞれもと来た光路を
逆進し、ビームスプリッタ14に至り、これを透過して光
検知器（フォトダイオード）７に入射する。同時に、こ
れらのレチクルアライメントマーク16およびレチクルセ
ットマーク17からの光は、ビームスプリッタ14で反射
し、ダハプリズム８を介してビームスプリッタ11に至
り、これを透過する。そして、低倍／高倍切換エレクタ
15および長手のプリズムを介して、CCDカメラ12に入射
する。
以上のように、レチクル１上のレチクルアライメント
マーク16および装置本体に固着されたレチクルセットマ
ーク17の像は、CCDカメラ12により左右のマーク像が合
成された画像情報として取込むことができる。また、走
査レーザ光を照射した際のマークからの反射光の強度を
光検知器７で検知することができる。
第２図は、本実施例に係る半導体焼付装置の画像処理
等を行なう要部のブロック構成図である。
同図において、21はCCDカメラ12からの画像信号を入
力してマークのずれ量算出等の処理を行なう画像処理回
路、22は装置全体の制御を行なうマイクロコンピュータ
である。23はレチクル１を保持するレチクルステージ24
をマイクロコンピュータ22からの指示に基づいて駆動す
るレチクルステージ駆動回路である。25はウエハ３を載
置するXYステージ４をマイクロコンピュータ22からの指
示に基づいて駆動するXYステージ駆動回路である。26は
マイクロコンピュータ22の指示に基づき低倍／高倍エレ
クタ15の倍率切換を行なうエレクタ駆動回路である。
第３図は、第１図におけるレチクルセットマーク17お
よびレチクルアライメントマーク16部分の拡大した詳細
図を示す。半導体焼付装置本体の所定の位置に設けられ
ているレチクルセットマーク17は、レチクル１のＸ方向
（紙面の左右方向）の位置を合せるためのセットマーク
17Xと、Ｙ方向（紙面の上下方向）の位置を合せるため
のセットマーク17Yとからなる。一方、レチクル１の側
にはＸ方向の位置合せ用のアライメントマーク16XとＹ
方向用のマーク16Yとが設けられており、さらにその周
辺に複数のレチクル模索用マーク31が設けられている。
レチクル模索用マーク31はレチクルアライメントマーク
16を中心として等間隔に碁盤の目のように８つあり、そ
れぞれレチクルアライメントマーク16からの位置に応じ
て、紙面左上を31LU、中上を31CU、右上を31RU、中段の
左側を31LC、中段の右側を31RC、左下を31LD、中下を31
CD、右下を31RDと呼ぶものとする。各レチクル模索用マ
ーク31には位置情報を表す位置情報マーク32が付されて
いて、この位置情報に基づいて当該レチクル模索用マー
ク31からレチクルアライメントマーク16までの距離と方
向が分かるようになっている。
第４図は、本実施例に係る第1,2図に示す装置でマー
ク検知を行なったときのCCDカメラ12の画面を示す模式
図である。第４図（ａ）はレチクル送り込み直後のCCD
カメラ12の画面全体、同図（ｂ）は模索マーク発見後領
域分割を行なう場合の画面の一方の視野、同図（ｃ）は
模索マークの位置情報に基づいてずれ補正を行なった後
の画面の同図（ｂ）同様の視野、同図（ｄ）は精密アラ
イメント用に高倍に切換えたときの画面の同図（ｂ）同
様の視野をそれぞれ示している。
第４図の画面例および第５図のフローチャートを参照
して、本実施例の装置におけるマーク検知の手順を説明
する。これは第1,2図の装置でレチクルアライメントマ
ーク16（第１のマーク）を検知する例である。ここでは
第１図の光学系とレチクルセットマーク17は固定されて
おり、一方レチクル１は装置本体に送り込まれた後は不
図示のレチクルステージ24に保持されレチクルステージ
駆動回路23により移動が可能であるとする。また、低倍
／高倍切換エレクタ15による倍率切換は行なわないもの
とする。
先ず処理がスタートすると、ステップS101でレチクル
１がレチクルステージ24にセットされる。次に、ステッ
プS102で第１図の光学系を用いてCCDカメラ12により画
像取込をする。この結果、第４図（ａ）のような画像が
画像処理回路21に取込まれる。同図において、33はCCD
カメラ12で撮像した枠を示し、ここではレチクルセット
マーク17X,17Yと共にレチクル模索用マーク31CDが捉え
られている。なお、レチクルセット後の初回の画像取込
において、レチクルアライメントマーク16または少なく
とも１つのレチクル模索用マーク31の像が取込めるよう
に、予めCCDカメラ12の撮像枠33の範囲やレチクル模索
用マーク31を配置する位置等を設定しておく。
取込んだ画像データは、ステップS103で２値化され、
ステップS104で、マイクロコンピュータ22内でテンプレ
ートマッチングを行なって模索マーク31をその２値化画
像中から捜し出す。その結果、模索マークがない場合
は、上述したようにレチクルアライメントマーク16が撮
像されている筈だから、より精密なアライメントをすべ
く、ステップS105からS112に分岐する。模索マークがあ
る場合はステップS105からS106に進む。
ステップS106では当該模索マークについて領域分割を
行なう。領域分割というのは第４図（ｂ）のように模索
マーク31を中心にしてその周辺に４つの領域34LU,34LD,
34RD,34RUを設定し、各領域の画像データを得る処理で
ある。領域分割の後、ステップS107で分割した各領域に
て位置情報マーク32についてテンプレートマッチングを
行なう。ステップS108で４領域のすべてにつきテンプレ
ートマッチングが終了したら、ステップS109に進み、模
索マーク31の判定およびレチクルアライメントマーク16
X,16Yとレチクルセットマーク17X,17Yとのずれ量算出を
行なう。これは分割した４領域のどこに位置情報マーク
32があるかに基づいて求めることができる。例えば第４
図（ｂ）の場合では、位置情報マーク32は領域34Lおよ
び34RUにある。従って、当該模索用マーク31はレチクル
アライメントマーク16X,16Yの下側の真中にあるマーク3
1CD（第３図参照）であると特定でき、さらにレチクル
アライメントマーク16X,16Yと模索用マーク31CDとの位
置関係は予め明らかであるから、その位置情報に基づい
てレチクルセットマーク17X,17Yとレチクルアライメン
トマーク16X,16Yとのずれ量が算出できるのである。
次に、そのずれ量に従いステップS110で粗アライメン
トを行ない、ステップS111で再び画像取込みを行なう。
この結果、第４図（ｃ）のような画像が取込まれる。上
記のステップS110での粗アライメントによりレチクルア
ライメントマーク16X,16Yとレチクルセットマーク17X,1
7Yとが１つの画面33内に捉えることができた。
以下、さらに精密にこれらのマークをアライメントす
るため、ステップS112でこれらのマークを判別するパラ
メータを計算し、ステップS113でＸ方向のレチクルアラ
イメントマーク16Xの中心およびＹ方向のマーク16Yの中
心、さらにＸ方向のレチクルセットマーク17Xの中心お
よびＹ方向のマーク17Yの中心を求める。次に、ステッ
プS114でマーク中心のずれ量を計算し、ステップS115で
そのずれ量が所定のトレランス（許容量）内かどうか判
別する、未だトレランス内でない場合はステップS116で
精密アライメントを行ない、ステップS111に戻り、再び
上述した処理を繰返す。ステップS115でずれ量がトレラ
ンス内である場合はレチクル１のアライメント終了とな
る。
次に、第６図のフローチャートを参照して第１図に示
す装置の低倍／高倍切換エレクタ15を用いてCCDカメラ1
2の倍率を切換える場合の処理手順を説明する。装置の
構成（第1,2図）および各マークの形状（第３図）は上
述と同様である。
先ず処理がスタートすると、ステップS201でレチクル
１がレチクルステージ24にセットされる。次に、ステッ
プS202で低倍／高倍切換エレクタ15を高倍とし、ステッ
プS203で第１図の光学系を用いてCCDカメラ12により画
像取込みをする。そして、ステップS204,S205で第５図
のS112,S113と同様のマーク判別パラメータ計算とマー
ク中心検出を行なう。その結果、ステップS206で検知す
べきレチクルアライメントマーク16X,16Yとレチクルセ
ットマーク17X,17Yとが高倍での画像取込みで既に捉え
られている場合は、取込んだデータによりずれ量の計算
が可能であるから、ステップS220へ分岐する。これらの
マークが検知できない場合はステップS207へ進む。
ステップS207では低倍／高倍切換エレクタ15を低倍と
し、ステップS208で画像取込みを行なう。以降のステッ
プS209〜S215の処理は、第５図のステップS103〜S110と
同様である。ただし、ここではステップS206における判
別でレチクルアライメントマーク16X,16Yは撮像されず
レチクル模索用マーク31が撮像されていることが明らか
であるから、第５図のステップS105の模索マークがある
か否かの判別はする必要がなく、省略されている。
ステップS215の粗アライメントを終えた段階で、CCD
カメラ12はレチクルアライメントマーク16X,16Yとレチ
クルセットマーク17X,17Yとを１つの画面で捉えること
ができたことになる。
次に、ステップS216で低倍／高倍切換エレクタ15を高
倍とし、ステップS217で画像取込を行なう。この結果、
第４図（ｄ）のような画像が取込まれる。以降のステッ
プS218〜S222の処理は第５図のステップS112〜S116と同
様である。ただし、ここでは高倍で取込んだ画像データ
を用いているので、より精度のよい位置合せが可能であ
る。
上記実施例ではレチクル模索用マーク31（第２のマー
ク）を第３図のように８つ設けたが、その数や位置は適
宜変更することができる。必要であるのは模索用のマー
クであることおよびマークに付された位置情報に基づい
てレチクルアライメントマーク（第１のマーク）との位
置関係が分ることであり、これが満たされればどのよう
なマークを使用してもよい。なお、第６図のような低倍
／高倍を切換える方式によれば、低倍時に、広い視野で
模索マークを検知できるのでマーク数を減少させること
ができる。
また、上述の実施例では半導体焼付装置におけるレチ
クルのアライメントに本発明のマーク検知装置を適用し
た例を示したが、これをウエハアライメントに適用し、
ウエハのアライメントの周囲に模索用マークを形成して
おけば、ウエハのプリアライメントのスループットの向
上を図ることができる。
第７図は、投影レンズ２を介してアライメントを行な
う所謂TTL方式によるウエハアライメントに適用する場
合の光学系を示す。第１図の構成とほぼ同様であるが、
ここではレチクル側マーク19とウエハ側マーク20を観察
し位置合せする。レチクル１は固定しておきCCDカメラ1
2で観察しながらXYステージ４を駆動して位置合せを行
なうが、ウエハ側マーク20の周辺に第３図に示したよう
な模索用マーク31と位置情報マーク32を設ければ、第５
図または第６図で説明した場合と同様の手順で位置合せ
を実行することができる。
また、off AXISの対物レンズでウエハのプリアライ
メントを行なう場合も同様の効果が得られる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、模索領域内に
アライメントマーク（第１のマーク）のほかにアライメ
ントマーク位置情報を有するマーク（第２のマーク）を
設け、第２のマークを検知した場合は当該位置情報に基
づいて第１のマークを検知するようにしているので、模
索のための駆動が必要でなくなりマーク検知のスループ
ットが向上する。また、第１のマーク検知と第２のマー
ク検知とで撮像倍率を異ならせるようにしたため、第２
のマーク群は低倍で撮像して広い視野により複数のマー
クを容易に模索できるとともに、第１のマークを高倍で
撮像して高精度な位置検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例に係るマーク検知装置を半
導体焼付装置のレチクルアライメントに適用した場合の
光学系を示す構成図、 第２図は、本実施例に係る半導体焼付装置の画像処理等
を行なう要部のブロック構成図、 第３図は、レチクルセットマークおよびレチクルアライ
メントマーク部分の拡大図、 第４図は、CCDカメラで撮像した画面を示す模式図、 第５図は、マーク検知の手順を説明するためのフローチ
ャート、 第６図は、エレクタ低倍／高倍を切換えてマーク検知を
行なう場合の手順を説明するためのフローチャート、 第７図は、本発明をウエハアライメントに適用する場合
の光学系を示す構成図、 第８図は、従来のマーク検知の方法を説明するためのフ
ローチャートである。 1:レチクル、 2:投影レンズ、 3:ウエハ、 4:XYステージ、 5:レーザ発生器、 7:光検知器、 12:CCDカメラ、 15:低倍／高倍切換エレクタ、 16,16X,16Y:レチクルアライメントマーク、 17,17X,17Y:レチクルセットマーク、 21:画像処理回路、 22:マイクロコンピュータ、 23:レチクルステージ駆動回路、 24:レチクルステージ、 25:XYステージ駆動回路、 26:エレクタ駆動回路、 31LU,31CU,31RU,31LU,31RC,31LD,31CD,31RD:レチクル模
索用マーク、 32:位置情報マーク、 33:画面枠。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野川 秀樹 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地 キヤノン株式会社小杉事業所内 (56)参考文献 特開 昭59−89417（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−156660（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の特定パターンからなる第１のマーク
    と、第２の特定パターンからなり上記第１のマークとの
    位置関係を表す位置情報を有する第２のマーク群と、を
    付した物体の上記第１のマークを検知するマーク検知装
    置であって、 第１及び第２のマークを撮像する手段と、該撮像手段の
    撮像時の光学倍率を前記第１のマーク検知と前記第２の
    マーク検知とで異ならしめる手段と、該撮像手段により
    上記第２のマーク群のうち少なくとも１つを検知した際
    に該第２のマークが有する位置情報を取得する手段と、
    該位置情報に基づいて上記第１のマークを検知する手段
    とを具備することを特徴とするマーク検知装置。
  2. 【請求項２】前記第１及び第２のマークを付した物体
    が、半導体製造装置におけるレチクル、マスクまたはウ
    エハである特許請求の範囲第１項のマーク検知装置。
  3. 【請求項３】第１の特定パターンからなる第１のマーク
    と、第２の特定パターンからなり上記第１のマークとの
    位置関係を表す位置情報を有する第２のマーク群と、を
    付した物体の上記第１のマークを検知するマーク検知方
    法であって、 撮像手段により上記第２のマーク群のうち少なくとも１
    つを検知した際に該第２のマークが有する位置情報を取
    得する段階と、該位置情報に基づいて前記撮像手段によ
    り上記第１のマークを検知する段階と、該撮像手段の撮
    像時の光学倍率を前記第１のマーク検知と前記第２のマ
    ーク検知とで異ならしめる段階とを有することを特徴と
    するマーク検知方法。
  4. 【請求項４】前記第１及び第２のマークを付した物体
    が、半導体製造装置におけるレチクル、マスクまたはウ
    エハである特許請求の範囲第３項のマーク検知方法。
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