JP2005005402A

JP2005005402A - Alignment device

Info

Publication number: JP2005005402A
Application number: JP2003165632A
Authority: JP
Inventors: Tei Goto; 禎後藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alignment device which enables alignment of a mask and a wafer quickly and with high precision, and to provide alignment equipment which can set clearance between the mask and the wafer with higher precision with simple configuration. <P>SOLUTION: The alignment device comprises mask (50) having a mask mark (M1), a work (40) of an object to be treated which has an alignment mark (W1), a drive system which sets mutual relative position relation while making the mask and the work counter through clearance, and a detector (203) for detecting the mask mark and the alignment mark exposed in the aperture of the mask mark from an oblique direction by using an image formation optical system. A focal coincidence position of an image formation optical system on the work is obtained, based on a detected mask mark and a virtual of the mask mark projected on a work in the aperture. A detection region (Z) in the aperture of a mask mark from which the alignment mark of the work is to be read based on the data of the focal coincidence is set. The drive system is controlled (205) based on difference between the alignment mark of a work detected in the detection region and an alignment reference position (ms) of the mask mark. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体装置の製造工程における被処理基板とマスクとを微小間隔を介して対向させた状態でパターン露光やイオン注入などを行う際に、被処理基板とマスクとの位置合わせを行う位置合せ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスクを用いて基板にパターンを露光したり、部分的にイオン注入を行ったりする場合には、基板とマスクとの位置合せが不可欠である。このようなマスクと基板との位置合せを行う一方法として、カメラと画像処理系とを組み合わせたものがある。これは、基板に位置合せ用に形成されたアライメントマークとマスクに位置合せ用に形成されたマスクマーク（例えば、窓）とをカメラでそれぞれ観測し、読み取った画像を画像処理して位置ずれを検出し、この検出結果に基づいて基板とマスクの各マークが所定の位置関係となるように基板とマスクとを相対的に移動して位置合せを行うものである。
【０００３】
この検出に際し、基板のアライメントマークをマスクに対して垂直な方向から観測する場合と、斜め方向から観測する場合とがあるが、前者は観測のためのカメラの光学系が露光領域（あるいは被処理領域）に入り込むので、露光やイオン注入の際には光学系を待避させることが必要となる。後者はマスク面に対して光軸が斜めになるようにカメラの光学系を配置することができるので、該光学系が露光光を遮らないように配置することが可能となる。このため、露光中に光学系（カメラ）を待避させる必要がなく、露光中もアライメントマークを観測することができる。
【０００４】
特開２０００−３５６５１１号公報に記載のマスクとウエハの間隔の測定方法には、マスクと基板のそれぞれに複数配列されたマーク群からなるパターンを形成し、それぞれの最もピントの合っているもの同士の距離を求め、この距離に基づいてマスクと基板間の隙間を求める例が示されている。また、マスク側にのみ複数配列されたマーク群を形成し、マスク上のパターンでのベストフォーカス状態の光学系の位置と、ウエハ面で反射した当該マスクパターンの虚像のベストフォーカス状態の光学系の位置との距離に基づき、隙間を求める方法が記載されている。しかし、複雑な検出用のマーク群を形成する必要がある。パターンマッチングの手法を用いるので処理にある程度の時間を要する。光学系を移動する場合には更に時間がかかることが考えられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３５６５１１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、精度良くマークの位置を検出するためには検出マークを出来るだけ焦点の合っている状態で検出することが望ましい。
【０００６】
しかし、基準となるマスクのマークとこれに対応する基板側のマークとをマスクと基板との位置関係によらず、同時に合焦状態として隙間測定のための検出を迅速に行うことは困難である。
【０００７】
また、隙間の違いにより基板側アライメントマークの合焦位置も変化する。すなわち、予め定めた一定の検出ラインでの測定では合焦位置に当該マークが位置していない場合には測定精度が低下する。カメラ視野全域の中から合焦状態の位置（ベストフォーカス位置）を探すのでは、焦点を合わせ直すのと同様、時間が掛かる。
【０００８】
また、隙間（ギャップ）の測定の高精度化に限界がある。例えば、精度１μｍ程度の、通常の近接露光、あるいはイオン注入ではギャップ値の精度としてこの程度で十分あるが、より高精度のギャップ精度の要求、例えば、０．１μｍの要求がなされている。このためには、カメラの結像光学系の焦点をその都度正確に合わせる必要が生じるが、焦点を合わせ直すのでは時間も掛かる。
【０００９】
よって、本発明は、迅速かつ高精度にマスクとウエハの位置合せを可能とする位置合わせ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、マスクとウエハの隙間を簡単な構成で、より高精度に設定することを可能とする位置合わせ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の位置合わせ装置は、基板に開口された所定のパターンを担うマスクパターンと位置合わせ用のマスクマークとを有するマスクと、位置合わせ用の合わせマークが形成された被処理対象のワークと、上記マスクと上記ワークとを隙間を介して対向させると共に、相互の相対的な位置関係を設定する駆動系と、上記マスクのマスクマークとこのマークの開口内に露出する上記ワークの合わせマークとを上記マスクに対して斜め方向から結像光学系を用いて検出する検出器と、検出された上記マスクマークと上記開口内のワーク上に投影される上記マスクマークの虚像とに基づき上記ワーク上の上記結像光学系の合焦位置を求める演算部と、上記合焦位置のデータに基づき、上記ワークの位置合わせマークを読取るべき上記マスクのマスクマークの開口内の検出領域を設定する検出領域設定手段と、上記検出領域におけるマスクマークの合わせ基準位置と上記ワークの合わせマークとの差に基づいて上記駆動系を制御する制御手段と、を備える。
【００１２】
かかる構成とすることによって、オートフォーカス機構を使用せずにワーク側のマークをベストフォーカスで検出することが可能となり、しかも検出領域を設定することによってデータ処理量を減らすことができるのでより迅速に検出することが可能となる。
【００１３】
好ましくは、上記駆動系は上記検出器及び上記マスクに対して上記ワークを相対的に移動し、上記結像光学系はその光軸と直交する合焦面を上記マスク上に予め設定されたマスク検出ライン上に設定し、上記ワークの合わせマークの像は上記結像光学系の結像面上において上記開口の像内に位置するようになされ、上記演算部は上記結像面上における上記マスクマークの像と上記開口の像内の上記マスクマークの虚像との距離Ａ及び結像光学系の光軸のマスクに対する入射角αに基づき、上記マスク検出ラインからの上記ワーク上の上記結像光学系の合焦位置ｌをＡ／２ｓｉｎ^２αにて求め、上記検出領域設定手段は上記合焦位置ｌを含む小領域を上記ワークの位置合わせマークの検出領域として設定する。
【００１４】
かかる構成とすることによって、より簡単にアライメントの検出を行うことが可能となる。
【００１５】
好ましくは、上記マスクのマスクマークは上記マスク検出ラインと直交する方向において上記マスク検出ラインとの距離が連続的に変化する補助ラインを更に有し、上記演算部は上記結像面上における上記マスクマークの像と上記開口の像内の上記マスクマークの虚像との距離Ａ及び結像光学系光軸の上記マスクに対する入射角αに基づき、上記マスク検出ラインからの上記ワーク上の上記結像光学系の合焦位置ｌをＡ／２ｓｉｎ^２αにて求め、更に、上記マスク検出ラインから２ｌ離れた位置で上記補助ラインの虚像と交差し、かつ上記マスク検出ラインに略直交する方向に存在するギャップ検出ラインに沿って、上記マスク検出ラインの像から上記補助ラインの虚像までの距離Ｂから上記マスクと上記ワークの隙間を求める。
【００１６】
かかる構成とすることによって、マスクとワーク相互間の隙間の検出精度をより高精度に行うことが可能となる。
【００１７】
好ましくは、上記マスクマークは上記開口部のエッジ又は上記開口部を横切って形成されたマスク検出ラインと、上記開口部を斜行する補助ラインとを含む。
【００１８】
かかる構成とすることによって、補助ラインの虚像上のいずれかの位置に結像系のベストフォーカス面を存在させることが可能となる。
【００１９】
例えば、上記補助ラインの斜行範囲Ｈは、上記マスクと上記ワーク間の隙間の変動幅Δ_２に対して、Ｈ＝２Δ_２／ｔａｎα以上の大きさとなるように形成される。
【００２０】
また、本発明のマスクは、被処理対象となるワークとの位置を合わせるために開口部によって基板に形成された位置合わせマークを含むマスクにおいて、上記位置合わせマークは、上記開口部のエッジ又は該開口部を横切る直線部と、該開口部を斜行する補助直線部とを含み、上記補助直線部の斜行範囲がこのマスクと上記ワーク間に設定されるべき隙間の大きさ（寸法）に対応して設定される。
【００２１】
かかる構成とすることによって、マスクとワーク間の隙間をより正確に検出することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の位置合わせ調整装置が使用された露光装置２０の例を示している。露光装置２０は、被処理基板であるワークとしてのウエハ４０を載置するウエハステージ１００、マスク５０を静電力で保持する静電チャック２０２、ウエハ４０のウエハマークやマスクマークをＣＣＤカメラ、照明光源等によって観測する複数の測定ユニット２０３、露光光線を発生する露光光発生部２０４、ウエハ４０とマスク５０間のギャップ調整、傾き調整、アライメント調整などの位置合わせや露光の制御を行う制御部２０５等を含んで構成される。
【００２４】
ウエハステージ１００は、ウエハ４０を吸着する静電チャックを備えたウエハ微調整ステージ１０１と、ウエハ微調整ステージ１０１を図示のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸周りに、例えば、圧電素子などの微動アクチュエータによって微動するアライメント調整用駆動機構１０２と、ウエハ微調整ステージ１０１をＺ軸方向、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りに、例えば、圧電素子などの微動アクチュエータによって微動するギャップ調整用駆動機構１０３と、アライメント調整用駆動機構１０２とギャップ調整用駆動機構１０３とを介してウエハ微調整ステージ１０１を支持するウエハステージ本体１０４と、ウエハステージ本体１０４のＸ軸方向及びＹ軸方向のステップ送りとＺ軸方向の位置の粗調整とを行うステージ送り機構１０５と、を備えている。
【００２５】
ウエハステージ１００は、図示のＸ軸及びＹ軸方向におけるステップ送りと、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への微調整と各軸周りの微調整、Ｚ軸方向での粗調整が可能なウエハの載置台であり、制御部２０５によって駆動されて、ウエハ４０とマスク５０との相対的な位置を決定する。
【００２６】
制御部２０５は、例えば、図１４に示されるように、制御プログラムを実行してウエハ４０とマスク５０相互間の位置合せを行うＣＰＵ２０５ａ、プログラムやデータを一時的に記憶する大記憶容量のＲＡＭ２０５ｂ、プログラムやデータテーブルなどを記憶するＲＯＭ２０５ｃ、入力される指令やＣＣＤカメラＣの画像出力をデータ化して画像フレームのデータとしてＲＡＭ０２５ｂに転送する入力インタフェース２０５ｄ、ステージ１００の各駆動要素を駆動する出力インタフェース２０５ｅ、図示しない、指令を入力するキーボード、情報を表示する表示装置、ハードディスクなどの大容量の外部記憶装置、制御装置２０５を工場のネットワーク等に接続する通信インタフェース等を備えている。
【００２７】
図２は、マスク５０上の測定ユニット２０３の配置例を図示のＸＹ平面にて示している。マスク５０は、例えば、ウエハを加工して形成したステンシルマスクであり、外形（図示せず）が円形状で相対的に厚手の周縁部５１、この内側の領域の相対的に薄手のメンブレン部５２、中央部のマスクパターン部５３、マスクパターン部５３の周囲のウエハのウエハマークＷ_１乃至Ｗ_３に対応する位置に貫通孔でそれぞれ形成されたマスクマークＭ_１乃至Ｍ_３、周縁部５１に形成されたプリアライメント用の切欠き及びプロセス室での粗調整用のグローバルアライメントマーク（図示せず）等を有している。マスク５０は、例えば、シリコンウエハを基板とするものであり、直径４インチ、周縁部５１の厚さ０．５ｍｍ、この中央領域のメンブレン部５２の厚さ１０μｍである。
【００２８】
この例では、ウエハマークＷ_１とマスクマークＭ_１を観測する第１の観測光学系（カメラＣ_１、照明光源Ｌ_１）、ウエハマークＷ_２とマスクマークＭ_２を観測する第２の観測光学系（カメラＣ_２、照明光源Ｌ_２）、ウエハマークＷ_３とマスクマークＭ_３を観測する第３の観測光学系（カメラＣ_３、照明光源Ｌ_３）を備えている。照明光源としてはハロゲンランプやＬＥＤ等が使用可能である。カメラとしてはＣＣＤカメラ等が使用可能である。配置例は図示の態様に限られず、３箇所以上に配置しても良い。
【００２９】
図３は、ウエハ４０、マスク５０及び測定ユニット２０３のカメラＣの垂直面（ＹＺ平面）内における配置例を示している。例えば、カメラＣ_１はマスク５０又はウエハ４０の上面の法線方向に対して角度αで斜め上方向からマスク５０のマスクマークＭ_１及びウエハマークＷ_１を観測する。カメラＣ_１は、例えば、結像光学系とＣＣＤとによって構成されている。他の測定ユニット２０３も同様に構成される。
【００３０】
制御部２０５はマスク５０に設けられた図示しないグローバルアライメント調整用マークを観測し、位置合わせ機構を制御してウエハ４０の位置を粗調整し、更にウエハ４０上の所定の基準を用いてステージの位置を粗調整し、ウエハ４０のウエハマークＷ_１がマスクマークＭ_１内に位置するように調整する。更に、後述するように、制御部２０５はカメラＣ_１によってマスク基板に開口されたマスクマークＭ_１と、この開口部内に露出するウエハマークＷ_１とを同時に観測し、マスクマークＭ_１の開口部中央にウエハ４０のウエハマークＷ_１が存在するようにステージ２０１を微調整する。
【００３１】
（第１の実施例）
第１のマスクマークを用いた例について図４乃至図８を参照して説明する。先にマスクマークを使用したウエハ４０とマスク５０の位置ズレの検出について説明し、その後に位置合わせ装置の動作について説明する。
【００３２】
図４及び図５は、ウエハ４０のアライメントマーク（あるいはウェハマークと称する）Ｗ_１、マスク５０のマスクマークＭ_１の観察画像から位置合せ情報を取得する例を説明する説明図である。図４はカメラで観察される結像面（ＵＶ面）における画像、図５は図４に示すマスク５０及びウエハ４０の例をＺＹ面（図３参照）における断面で示している。前述したマスクマークＭ_２、Ｍ_３、ウエハのアライメントマークＷ_２，Ｗ_３も同様に構成することができる。
【００３３】
尚、図５において、合焦面（ベストフォーカス面）と結像面で像は等倍として示しているが、実際は結像面において像は所定の光学系により所定の倍率で拡大されている。しかし、便宜上、以下は等倍の図で説明する。このことは、後の図１０、図１２の場合も同様である。
【００３４】
この実施例では、図４及び図５に示すように、マスクマークＭ_１をマスク基板５０への四角形の開口によって形成している。制御部２０５によって予めなされた粗調整によってマスクマークＭ_１の開口内にウエハのアライメントマークＷ_１が図示しないカメラＣ_１に見えている。ウエハ４０は、パターン部以外の母材の部分はＳｉ（シリコン）で形成されており、その表面に入射した光はほぼ全反射するのに対し、本実施例のウエハのアライメントマークＷ_１の部分は表面から所定深さに渡り、ＳｉＯ_２で形成されている。そのため、ウエハのアライメントマークＷ_１の部分はその周りに比べて暗くなる。尚、これとは逆に、ウエハのアライメントマークＷ_１の部分をＳｉとし、それ以外の、マスクマークＭ_１の開口に臨む部分の表面をＳｉＯ_２で形成するようにする等、要するにウェハのアライメントマークＷ_１の部分とその周りの部分とを区別して検出可能であればよく、本実施例に限定されるものではない。マスクマークＭ_１はマスク基板に形成されたメインの四角形の開口とその両側にそれぞれ形成されたサブの長方形の開口によって形成されている。開口部上縁のエッジ部にラインｍ_１が、メインの開口とサブの開口間にラインｍ_２及びｍ_３が形成されている。また、開口部上縁のエッジ部（ラインｍ_１）からＹ軸方向の開口側に所定距離だけ離間した位置にマスク検出ラインｍ_０が想定される。ここで、ラインｍ_２及びｍ_３の両側を開口としたのは、カメラＣ_１によるラインの読取り画像をより鮮明にしてライン位置を検出するためである。
【００３５】
すなわち、図６に示すエッジ部のカメラの画像読取り特性に示すように、当該ラインをマスクの片側のエッジで形成した場合には、読取り画像のエッジ部を光強度特性が変化する傾斜部分で検出することになるのに対し、ラインの両側を開口して両側エッジとした場合には、光強度特性のパルス状のピーク部分での検出となりライン位置検出をより正確に行うことが可能となる。
【００３６】
予め観察画像上でマスクマークＭ_１の上部エッジのラインｍ_１に略平行に且つ結像光学系の略合焦面上に位置するように予め設定されたマスク検出ラインｍ_０に沿って、画像処理によってラインｍ_２及びｍ_３の位置が判別される。両ラインｍ_２及びｍ_３の所定の中間位置にウエハマークＷ_１のずれ検出基準としてラインｍ_Ｓを想定する。
【００３７】
図４に示すように、マスク５０のマスクマークＭ_１の開口部内には、図示しない光源からの照明によってエッジｍ_１の虚像ｍ_１’がウエハ４０上に映っている。ラインｍ_２及びｍ_３のラインに略平行に観察画像上に設定されるギャップ検出ラインＧに沿って測定されるエッジｍ_１からこのエッジの虚像ｍ_１’までの距離は図４中にＡと示されている。ここで、「略」としているのは、Ｕ軸、Ｖ軸をカメラＣを基準に取った場合、マスクマークＭ_１の向きが、例えばラインｍ_２、ｍ_３が厳密にＶ軸と平行になっているとは限らないためである。以下、「略」という文字を省く場合もあるが、同様に必ずしも厳密に平行あるいは直交を意味しない場合があることを断っておく。
【００３８】
図５に示されるように、ウエハ４０及びマスク５０相互間の間隙をδ、カメラの結像光学系の光軸方向とマスク面の法線とのなす角度（入射角）をα、マスク５０の検出ラインｍ_０上にカメラの合焦面（ベストフォーカス面）を合わせた場合の、マスク検出ラインｍ_０からウエハ面とベストフォーカス面との交差線（ベストフォーカスライン）Ｖ_１までの距離をｌとすると、間隙δは、δ＝Ａ／２ｓｉｎα、として求められる。従って、エッジｍ_１の虚像の距離Ａを観測することによって間隙δを算出し、ステージ１００を調整して間隙δを規定値に調整することができる。また、ベストフォーカスラインＶ_１が存在する位置ｌは、ｌ＝δ／ｓｉｎα＝Ａ／２ｓｉｎ^２α、として求められる。ここで、入射角αを３０度とすると、δ＝Ａ、ｌ＝２Ａ、となって計算が簡単になって都合がよい。尚、実際に得られるδは、測定原理上、マスク５０上面からウエハ４０表面までの距離となるので、正確な隙間の大きさは別途得られるマスク５０の厚みを差し引いて求められる。
【００３９】
図７は、他のカメラの画像の読取り特性を説明する説明図であり、同図（ａ）は、図４に示すギャップ検出ラインＧに沿って読取り画像の光強度分布を示したグラフである。虚像（影）の部分が周りに比べて暗いため、光強度特性の立ち下がり部分によってラインｍ_１を、立ち上がり部分によってラインｍ_１’を検出可能であることが判る。Ｖ軸上におけるｍ_１とｍ_１’との差が距離Ａに相当する。
【００４０】
図７（ｂ）乃至同（ｄ）は、カメラのアライメントマークＷ_１の読取り特性を示している。同図（ｂ）はカメラの結像光学系の合焦面がウエハ４０上の合焦ライン（ベストフォーカスライン）Ｖ_１に設定されているときに、これよりもカメラから離れた側に位置するラインＶ_２上でのアライメントマークＷ_１のＵ軸方向における読取り特性（オフフォーカス）を示している。同図（ｃ）は、カメラの結像光学系の合焦面がウエハ４０上のラインＶ_１上に存在するときの、ラインＶ_１上でのアライメントマークＷ_１のＵ軸方向における読取り特性（オンフォーカス）を示している。同図（ｄ）はカメラの結像光学系の合焦面がウエハ４０上の合焦ラインＶ_１に設定されているときに、これよりもカメラ側の位置にあるラインＶ_３上でのアライメントマークＷ_１のＵ軸方向における読取り特性（オフフォーカス）を示している。これら読取り特性により、ベストフォーカス面上でアライメントマークＷ_１を読取った場合は、パルス状の最大振幅の波形として検出され、この波形のピーク値（山の中点）のＵ座標位置をアライメントマークＷ_１のＵ座標位置として検出することが可能である。これに対し、焦点の合っていないラインＶ_２及びＶ_３における光強度分布は波形の最大ピーク値が低く、複数のピーク部分が生じて波形の乱れも大きくなり、読取り誤差が増大する。
【００４１】
そこで、このベストフォーカス位置を正確に探すのに上述した距離ｌを予め算出することによって、ベストフォーカス位置を概略的に求め、この距離ｌの位置を含む近傍領域Ｚの読取り画像データ群を処理対象として、最大ピーク値などから合焦位置の読取りデータを抽出してＶ軸方向に延在するウエハマークＷ_１のＵ軸上の位置の判別を行う。また、複数ラインの画像データの各画像データのＵ軸上の位置を合わせてＵ軸上の各座標毎に積算し、Ｕ軸上の各座標毎の積算結果のピーク特性分布からウエハマークＷ_１のＵ軸上の位置の判別を行うことも出来る。また、領域Ｚにおいて他の適切な画像処理を行ってウエハマークＷ_１のＵ軸上の位置の判別を行うことも可能である。
【００４２】
ウエハマークＷ_１のＵ軸上の位置を合焦部分のデータを使用して検出することによって検出精度を向上すると共に処理対象のデータ数を領域Ｚに限定することによって、例えば、開口部の全域についての画像データに基いて、ベストフォーカスのラインを探したり、カメラのレンズを駆動して焦点を合わせたりする場合と比べて、検出時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００４３】
検出されたＵ軸上におけるこのウエハマークＷ_１の位置とラインｍ_２及びｍ_３から求められているマスクマークＭ_１のＵ軸方向基準ラインｍ_Ｓとの位置の差Δを求めることによってウエハ４０とマスク５０のアライメントのズレΔを検出することが出来る。マスクマークＭ_２及びウェハマークＷ_２、並びにマスクマークＭ_３及びウェハマークＷ_３についても同様にしてそれぞれについての隙間δ及びアライメントのずれΔを得る。制御部２０５は、上述したウエハ４０とマスク５０との３組の隙間δ及びアライメントのずれΔに基づいてステージの位置調整を行う。尚、検出ラインＧによるギャップδの測定はベストフォーカスの状態で行われていないが、一般にギャップδや本実施例における合焦位置ｌの算出に必要な精度は、アライメントのズレΔ検出に必要とされる精度に比べて低くてよいのでそのような場合であれば問題ない。
【００４４】
次に、図８を参照して制御部２０５による位置合わせ動作について説明する。
【００４５】
（１）全***置合わせ（粗調整）
まず、制御部２０５のＣＰＵ２０５ａはステージ１００に載置されたウエハ４０とマスク５０との粗調整を行う。粗調整は、例えば、マスク５０の図示しないグローバルアライメントマークを使用してウエハ４０とマスク５０との位置合せをステージ１００を移動することによって行う。これによって各マスクマークＭｎの開口内に対応する各ウエハマークＷｎがそれぞれ位置するようになる。
【００４６】
（２）個別位置合わせ（微調整）
次に、ＣＰＵ２０５ａは以下の微調整位置合わせ手順を実行する。
【００４７】
（ステップＳ１２）
ａ）予めカメラＣの光軸の入射角をαとし、その結像光学系の合焦面が図４に示す予め定められたマスク検出ラインｍ_０上に位置するようにマスク５０及びカメラＣの結像光学系相互間の位置を調整してあり、この状態でカメラＣよりマスク画像をメモリ２０５ｂの画像記憶領域（フレームメモリ）に読み込む。
【００４８】
ｂ）当該マスク画像のデータから図４に示すギャップ検出ラインＧに沿った画像をフレームメモリから抽出し、マスクエッジのラインｍ_１及びこの虚像のラインｍ_１’の位置を検出する。両マークの画面座標（Ｕ，Ｖ）系の位置、すなわち、画像フレームメモリにおけるマトリクス座標位置の「ラインｍ_１−ラインｍ_１’」より、距離Ａを求める。画像フレームメモリは、例えば、１０００×１０００画素の記憶容量を持つ。
【００４９】
（ステップＳ１４）
ｃ）当該検出部分におけるウエハ４０とマスク５０との間隙δを、δ＝Ａ／２ｓｉｎαによって求める。
【００５０】
（ステップＳ１６）
ｄ）マスク検出ラインｍ_０からウエハベストフォーカスラインＶ_１の存在位置までの距離ｌを、ｌ＝δ／ｓｉｎα、または、ｌ＝Ａ／２ｓｉｎ^２α、により算出する。ウエハ４０のベストフォーカスラインＶ_１近傍にアライメント測定領域Ｚを設定する。これはマトリクス状に並んだ画素の内、この領域Ｚに対応する画素群を選択することを意味し、上記の演算結果からこの選択が可能となる。領域Ｚの大きさとしては、例えば、ベストフォーカスラインＶ_１を中心に１０〜２０ライン程度の画素数の幅の画像データとすることができる。
【００５１】
（ステップＳ１８）
ｅ）マスク検出ラインｍ_０上の画像データから、マスクのラインｍ_２及びｍ_３を検出する。検出した両ラインのＵ軸上の位置を求め、両者の位置の中間点（Ｕ軸上）に検出基準線（中線）ｍ_Ｓを設定する。尚、マスクの位置はカメラ位置に対し、不変に設定されているので、このステップは必ずしも毎回行なわなくてもよい。但し、特に、サブミクロン以下の高精度を必要とする場合では、例えば、ドリフトなどによる位置の変動も無視できないので、そのような場合は必要である。
【００５２】
（ステップＳ２０）
ｆ）マスク検出ラインＶ_１近傍に設定されたアライメント測定領域Ｚの画像データを取り込む。図７に示すように、ウエハのアライメントマークＷ_１のＵ軸上の位置を検出する。
【００５３】
（ステップＳ２２）
Ｕ軸上の検出基準線ｍ_Ｓの位置とウエハのアライメントマークＷ_１のＵ軸上の位置の差Δを算出する。
【００５４】
（マスクマークＭ_２，Ｍ_３における検出）
上述したマスクマークＭ_１についての間隙δ、アライメントのずれΔの測定をを各マスクマークＭ_２、Ｍ_３について同様に行う。
【００５５】
（ステップＳ２４）
各マスクマーク部分における、ウエハ及びマスク間の間隙δ_１、δ_２、δ_３、アライメントのずれΔ_１、Δ_２、Δ_３が許容誤差範囲内かどうかを判別する。
【００５６】
（ステップＳ２６）
許容誤差範囲内にない場合には、間隙δ_１、δ_２、δ_３、アライメントのずれΔ_１、Δ_２、Δ_３に基づいてステージ１００のアライメント調整用駆動機構及びギャップ調整用駆動機構を動作させて位置合せを行う。
【００５７】
（ステップＳ１２〜Ｓ２６）
再度、ステップＳ１２からステップＳ２６を繰り返し、間隙及びアライメントの誤差が許容範囲となるようにウエハ４０とマスク５０の位置合せを繰り返す。
【００５８】
（ステップＳ２８）
ウエハ４０及びマスク５０間の間隙及びアライメントが規定値（許容誤差範囲）となると、位置合せを終了して、図示しない露光工程等に移行する。
【００５９】
なお、上述した測定において、図４に示すギャップ検出ラインＧを複数設定してギャップ（δあるいはＡ）を複数測定し、最も大きいものを除いて平均したものを使用するようにしても良い。ここで、最も大きいものを除くのはギャップ検出ラインＧとウエハのアライメントマークＷ_ｎとが重なった場合を除くためである。
【００６０】
また、上記実施例ではコンピュータによる画像処理を行っているが、オペアンプなどのアナログ回路を使用したハードウエアによる処理部によって構成しても良い。前者によれば汎用性に優れるという利点がある。後者によれば、より高速な処理が可能となる利点がある。
【００６１】
また、実施例において行われるマークやラインの検出には、パターンマッチング等の手法を用いることとしても良い。本実施例ではアライメント測定領域Ｚを設定することによって処理対象を狭い範囲に限定しているので、パターンマッチング等を用いても、短時間での処理が可能となる利点がある。
【００６２】
（第２の実施例）
図９及び図１０は、本発明の第２の実施例（マスクマークが上記第一のマスクマークと異なる例）を示す説明図である。両図において図４及び図５と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００６３】
この実施例では、ラインｍ_３の右側開口部が大きく形成されており、図４における仮想のマスク検出ラインｍ_０がマスクマークＭ_１の一部の実ラインｍ_４として形成されている。また、右側開口部にはラインｍ_４と平行にラインｍ_５が形成されている。そして、結像光学系の入射角をα（設計値）、ウエハ４０とマスク５０との間隙をδ（設計値）とし、ラインｍ_４にベストフォーカス面を合わせたときに、ラインｍ_４から距離Ｂのベストフォーカス面上にラインｍ_５の虚像ｍ_５’が存在するように予めマスクマークの開口パターンが形成されている。
【００６４】
このマスクパターンを用いて、結像光学系の入射角をα（設計値）に設定し、マスク検出ラインｍ_４と虚像ｍ_５’間の距離ＢをカメラＣで測定する。隙間δは、δ＝（Ｂ−ｌ_０）／（２ｓｉｎα）として求められる。ここで、ｌ_０はｍ_４の像とｍ_５の像との結像面上での距離（図１０参照）であり、設計上定まる既知の値である。従って、Ｂを測定することによってウエハ４０とマスク５０との隙間を測定することが出来る。虚像ｍ_５’は隙間δが設計値通りの場合にはベストフォーカス面上にあるので、マスク検出ラインｍ_４及び虚像ｍ_５’が明瞭に観察され、多少ずれている場合でも第１の実施例よりもより高精度に隙間の測定を行うことが可能である。
【００６５】
この実施例においても、図４の場合と同様にＡを測定し、ｌの位置をｌ＝Ａ／２ｓｉｎ^２αより計算し、この前後の領域にアライメント調整領域Ｚを設定することが出来る（図９参照）。また、Ａの測定に際し、図６に示したようにより明瞭に観察されるラインｍ_４と虚像ｍ_５’より得られるＢを用い、Ａ＝Ｂ−ｌ_０により求めるようにしても良い。
【００６６】
また、図１０に示されるように、所定の入射角度α、ウエハ４０とマスク５０との平行が確保された状態では、ラインｍ_４から虚像ｍ_５’までの距離Ｂの１／２（＝ｌ）に近い位置にウエハのアライメントマークＷ_１のベストフォーカスが存在するのでこの距離Ｂ／２の近傍にアライメント測定領域Ｚを設定することが出来る。それにより、より少ない画像のデータでアライメント調整を行うことが可能となる。
【００６７】
また、上記実施例ではコンピュータによる画像処理を行っているが、オペアンプなどのアナログ回路を使用したハードウエアによる処理部によって構成しても良い。前者によれば汎用性に優れるという利点がある。後者によれば、より高速な処理が可能となる利点がある。
【００６８】
また、実施例において行われるマークやラインの検出には、パターンマッチング等の手法を用いることとしても良い。本実施例ではアライメント測定領域Ｚを設定することによって処理対象を狭い範囲に限定しているので、パターンマッチング等を用いても、短時間での処理が可能となる利点がある。
【００６９】
（第３の実施例）
図１１乃至図１３、図１５は、本発明の第３の実施例（マスクマークがさらに異なる例）を示す説明図である。図１１及び図１２において図９及び図１０と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００７０】
この実施例では、第２の実施例（図９）に示した補助ラインｍ_５を右側開口部を斜めに横切るように形成している。それにより、図１２に示すようにウエハ４０が設計された高さ基準位置Ｗ_０から上限位置Ｗ_ｕ及び下限値Ｗ_ｄ間に上下動しても補助ラインｍ_５に対応する虚像ｍ_５’、ｍ_５’’、ｍ_５’’’が、予めラインｍ_４を略含むように設定されているベストフォーカス面と交差するようになる。それにより、上記第２の実施例では補助ラインｍ_５の虚像については隙間が設計基準値からずれるとベストフォーカス状態とはならなかったのに対し、本実施例では、ウエハ４０とマスク５０との隙間が設計基準値に対して多少変化しても常にベストフォーカス状態でギャップ検出を行うことが可能となる。
【００７１】
この場合、ラインｍ_５のＹ軸方向の寸法Ｈは、図１２の一部を拡大した図１３及びマスク基板に形成されたマスクマークの例を示す図１５に示すように、ウエハ４０の許容すべき上下動の幅を２γとすると、ｔａｎα＝２γ／Ｈより、Ｈ＝２γ／ｔａｎαとして求められる。
【００７２】
この例においても、ベストフォーカス位置を求める手順については第１の実施例と同様であり、ギャップ検出ラインＧに沿ってエッジｍ_１とその虚像ｍ_１’を観測し、両者の距離ＡからベストフォーカスラインＶ_１が存在する位置ｌを、ｌ＝Ａ／２ｓｉｎ^２α、として求められる。あるいは、結像面上でラインｍ_４の像と略直交し且つ、ラインｍ_４の像及びｍ_５の像と交わる仮の検出ライン（例えば右側の３つの開口の中央を通るライン）を定め、この検出ラインで得られるラインｍ_４の像と虚像ｍ_５’との距離Ｂ’に基き、Ａ＝Ｂ’−ｌ_ｘ’により求めてもよい。ｌ_ｘ’はこの検出ライン上でのラインｍ_４の像とラインｍ_５の像との結像面上の距離であり、設定値により定まる既知の値である。
【００７３】
本実施例においても、第２の実施例と同様にカメラＣの合焦面をラインｍ_４上に設定するので、ラインｍ_４からＶ軸方向に距離ｌを設定し、ウエハ上のベストフォーカスラインＶ_１を設定する。一方、図１２に示すベストフォーカス面と傾斜ラインｍ_５の虚像ｍ_５’との交差点のＵ座標の値によって精密ギャップ検出ラインＧ’を設定する。ラインＧ’の位置（Ｕ座標）はマスクマークＭ_１の形状と、上記Ａの値から幾何学的に求めることができる。すなわち、この座標の求め方の一例としては、図１１、１２で、Ｂ＝２・ｌ＝Ａ／ｓｉｎ^２α、ｌ_ｘ＝Ｂ−Ａより、Ｕｘ＝（ｌ_ｘ−ｌ_０）Ｕ_０／Ｈ’である。ｌ_ｘは、ラインＧ’に対応するラインｍ_４の像とラインｍ_５の像との結像面上での距離である。Ｕ_ｘが定まればラインＧ’のＵ座標を求められる。このラインＧ’上のラインｍ_４と虚像ｍ_５’の共にオンフォーカスにある画像データによって改めて両者間の距離Ｂを測定する。隙間δは、
δ＝（Ｂ−ｌ_ｘ）／（２ｓｉｎα）として求められる。
【００７４】
また、ベストフォーカスラインＶ_１の前後の領域にウエハアライメント調整領域Ｚを設定し、この領域の画像データを取り込み、ウエハのアライメントマークＷ_１のＵ軸上における位置を検出する。
【００７５】
ラインｍ_２とラインｍ_３とからＵ軸上の検出位置ｍ_Ｓを設定する。検出位置ｍ_ＳとウエハのアライメントマークＷ_１との差からアライメントのずれΔを求める。このようにして、マスクマークＭ_１における、隙間δ、アライメントのずれΔを測定することが出来る。しかも、δ、Δについても高精度の測定が可能となる。
【００７６】
上記実施例ではコンピュータによる画像処理を行っているが、オペアンプなどのアナログ回路を使用したハードウエアによる処理部によって構成しても良い。前者によれば汎用性に優れるという利点がある。後者によれば、より高速な処理が可能となる利点がある。
【００７７】
また、実施例において行われるマークやラインの検出には、パターンマッチング等の手法を用いることとしても良い。本実施例ではアライメント測定領域Ｚを設定することによって処理対象を狭い範囲に限定しているので、パターンマッチング等を用いても、短時間での処理が可能となる利点がある。
【００７８】
このように、本実施例によれば、オートフォーカス機構を設けずとも、被処理対象のワーク（ウエハ）のマークをベストフォーカスで検出し、かつ、迅速に検出することが可能となる。
【００７９】
また、ウエハのアライメントマーク検出領域を設定することによって画像処理の対象となるデータ量を減少することが可能となる。
【００８０】
また、対比する観測対象がベストフォーカス面上に存在するので検出精度が向上する。
【００８１】
なお、上述した実施例では、露光装置に使用した位置合わせ装置の例について説明したが、同様に、被処理基板とマスクとの位置合わせが必要なイオン注入装置、スパッタ装置にも使用することができ、特定の半導体製造装置に限定されるものではない。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の位置合わせ装置によれば、被処理基板とマスクとの位置合せのために所要部分の観測をベストフォーカスで行い、観測した画像データに処理対象となる検出領域を設定することによってデータ処理量を減らしたのでより正確かつ迅速に位置ずれを検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】位置合わせ装置の概略を説明する説明図である。
【図２】ウエハマーク、マスクマーク、照明光源及びカメラの配置関係を説明する説明図である。
【図３】マスクマーク、ウエハマーク及びカメラの相互位置関係を説明する説明図である。
【図４】第１のマスクマークを用いた例を説明する説明図である。
【図５】マスクマークとウエハマークとを垂直面内で説明する説明図である。
【図６】マスクエッジ部の形成画像を説明する説明図である。
【図７】フォーカスと形成画像の関係を説明する説明図である。
【図８】位置合せの手順を説明するフローチャートである。
【図９】第２のマスクマークを用いた例を説明する説明図である。
【図１０】第２のマスクマークとウエハマークとを垂直面内で説明する説明図である。
【図１１】第３のマスクマークを用いた例を説明する説明図である。
【図１２】第３のマスクマークとウエハマークとを垂直面内で説明する説明図である。
【図１３】第３のマスクマークを使用した例を説明する説明図である。
【図１４】制御部の構成例を示す説明図である。
【図１５】マスクマークの例を説明する説明図である。
【符号の説明】
４０ウエハ（被処理基板）、５０マスク、１００ウェハステージ、２０３観測ユニット（照明光源、カメラ）、２０４露光光発生部、２０５制御部、Ｌ_１〜Ｌ_３照明光源、Ｍ_１〜Ｍ_３マスクマーク、ｍ_１〜ｍ_５検出用ライン、Ｗ_１〜Ｗ_３ウエハマーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, for example, aligns the substrate to be processed and the mask when pattern exposure or ion implantation is performed with the substrate to be processed and the mask facing each other with a minute gap in the manufacturing process of the semiconductor device. The present invention relates to an alignment apparatus for performing.
[0002]
[Prior art]
When a pattern is exposed on a substrate using a mask or when ion implantation is partially performed, alignment between the substrate and the mask is indispensable. One method for aligning such a mask and substrate is a combination of a camera and an image processing system. This is because the alignment mark formed for alignment on the substrate and the mask mark (for example, window) formed for alignment on the mask are each observed with a camera, and the read image is image-processed to perform positional deviation. Detection is performed, and alignment is performed by relatively moving the substrate and the mask so that the marks on the substrate and the mask have a predetermined positional relationship based on the detection result.
[0003]
In this detection, the alignment mark on the substrate is observed from a direction perpendicular to the mask and observed from an oblique direction. In the former case, the optical system of the camera for observation is the exposure area (or the object to be processed). Therefore, it is necessary to retract the optical system during exposure and ion implantation. In the latter case, since the optical system of the camera can be arranged so that the optical axis is inclined with respect to the mask surface, the optical system can be arranged so as not to block the exposure light. For this reason, it is not necessary to retract the optical system (camera) during exposure, and the alignment mark can be observed during exposure.
[0004]
In the method for measuring the distance between a mask and a wafer described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-356511, a pattern composed of a plurality of mark groups arranged on each of the mask and the substrate is formed, and each of them is in focus. In this example, the distance between the mask and the substrate is obtained based on this distance. Also, a plurality of mark groups are formed only on the mask side, and the position of the best focus optical system in the pattern on the mask and the best focus optical system of the virtual image of the mask pattern reflected on the wafer surface A method for obtaining the gap based on the distance to the position is described. However, it is necessary to form a complicated mark group for detection. Since a pattern matching method is used, a certain amount of time is required for processing. When moving the optical system, it may be more time-consuming.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-356511 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to detect the position of the mark with high accuracy, it is desirable to detect the detection mark in a focused state as much as possible.
[0006]
However, it is difficult to quickly perform detection for gap measurement by setting the reference mask mark and the corresponding mark on the substrate side at the same time, regardless of the positional relationship between the mask and the substrate. .
[0007]
Further, the focus position of the substrate side alignment mark also changes due to the difference in the gap. That is, in the measurement with a predetermined detection line, if the mark is not located at the in-focus position, the measurement accuracy is lowered. Searching for the in-focus position (best focus position) from within the entire camera field of view takes time, as with refocusing.
[0008]
In addition, there is a limit to increasing the accuracy of gap measurement. For example, in normal proximity exposure or ion implantation with an accuracy of about 1 μm, this level is sufficient as the accuracy of the gap value, but there is a demand for higher accuracy of the gap accuracy, for example, 0.1 μm. For this purpose, it is necessary to accurately focus the imaging optical system of the camera each time, but it takes time to refocus.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an alignment apparatus that can align a mask and a wafer quickly and with high accuracy.
[0010]
It is another object of the present invention to provide an alignment apparatus that can set a gap between a mask and a wafer with a simple configuration with higher accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an alignment apparatus of the present invention includes a mask having a mask pattern bearing a predetermined pattern opened in a substrate and a mask mark for alignment, and a substrate on which the alignment mark for alignment is formed. The workpiece to be processed, the mask and the workpiece are opposed to each other through a gap, and a drive system for setting the relative positional relationship between each other, and the mask mark of the mask and the exposure exposed in the opening of the mark A detector for detecting a workpiece alignment mark from an oblique direction with respect to the mask by using an imaging optical system, the detected mask mark, and a virtual image of the mask mark projected onto the workpiece in the opening; And a calculation unit for obtaining the in-focus position of the imaging optical system on the workpiece, and the alignment mark of the workpiece is read based on the in-focus position data. A detection area setting means for setting a detection area within the mask mark opening of the mask, and a control for controlling the drive system based on a difference between the alignment reference position of the mask mark in the detection area and the alignment mark of the workpiece. Means.
[0012]
By adopting such a configuration, it becomes possible to detect the workpiece-side mark with the best focus without using the autofocus mechanism, and it is possible to reduce the amount of data processing by setting the detection area, so that it is quicker. It becomes possible to detect.
[0013]
Preferably, the drive system moves the work relative to the detector and the mask, and the imaging optical system is a mask in which a focusing plane orthogonal to the optical axis is set on the mask in advance. Set on the detection line, and the image of the alignment mark of the workpiece is positioned within the image of the aperture on the imaging plane of the imaging optical system, and the arithmetic unit is the mask on the imaging plane. The imaging optics on the workpiece from the mask detection line based on the distance A between the image of the mark and the virtual image of the mask mark in the image of the aperture and the incident angle α of the optical axis of the imaging optical system to the mask Set the focusing position l of the system to A / 2sin ² Based on α, the detection area setting means sets a small area including the in-focus position l as a detection area for the alignment mark of the workpiece.
[0014]
With this configuration, it is possible to detect alignment more easily.
[0015]
Preferably, the mask mark of the mask further includes an auxiliary line whose distance from the mask detection line continuously changes in a direction orthogonal to the mask detection line, and the calculation unit is configured to provide the mask on the imaging plane. The imaging optics on the workpiece from the mask detection line based on the distance A between the image of the mark and the virtual image of the mask mark in the image of the aperture and the incident angle α of the imaging optical system optical axis to the mask Set the focusing position l of the system to A / 2sin ² Further, the mask detection line is found along a gap detection line that intersects the virtual image of the auxiliary line at a position 2l away from the mask detection line and exists in a direction substantially orthogonal to the mask detection line. The gap between the mask and the workpiece is obtained from the distance B from the image of the above to the virtual image of the auxiliary line.
[0016]
With this configuration, it is possible to perform the detection accuracy of the gap between the mask and the workpiece with higher accuracy.
[0017]
Preferably, the mask mark includes a mask detection line formed across an edge of the opening or across the opening, and an auxiliary line that skews the opening.
[0018]
With this configuration, the best focus plane of the imaging system can be present at any position on the virtual image of the auxiliary line.
[0019]
For example, the skew range H of the auxiliary line is the fluctuation range Δ of the gap between the mask and the workpiece. ₂ H = 2Δ ₂ It is formed to have a size equal to or larger than / tan α.
[0020]
Further, the mask of the present invention is a mask including an alignment mark formed on a substrate by an opening to align the position with a workpiece to be processed. The alignment mark is an edge of the opening or the edge. Including a straight line crossing the opening and an auxiliary straight line that skews the opening, and the skew range of the auxiliary straight line is set to a size (dimension) of a gap to be set between the mask and the workpiece. Set accordingly.
[0021]
With this configuration, the gap between the mask and the workpiece can be detected more accurately.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 shows an example of an exposure apparatus 20 in which the alignment adjusting apparatus of the present invention is used. The exposure apparatus 20 includes a wafer stage 100 on which a wafer 40 as a workpiece to be processed is placed, an electrostatic chuck 202 that holds a mask 50 with an electrostatic force, a wafer mark and a mask mark on the wafer 40 with a CCD camera, an illumination light source A plurality of measurement units 203 that are observed by the above, an exposure light generation unit 204 that generates an exposure light beam, a control unit 205 that controls alignment and exposure such as gap adjustment, tilt adjustment, and alignment adjustment between the wafer 40 and the mask 50, etc. It is comprised including.
[0024]
The wafer stage 100 includes a wafer fine adjustment stage 101 having an electrostatic chuck for attracting the wafer 40, and the wafer fine adjustment stage 101 around the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis shown in the drawing, such as a piezoelectric element. An alignment adjustment drive mechanism 102 that finely moves by a fine actuator, and a gap adjustment drive mechanism 103 that finely moves the wafer fine adjustment stage 101 around the Z axis direction, the X axis, and the Y axis by a fine actuator such as a piezoelectric element, for example. The wafer stage main body 104 that supports the wafer fine adjustment stage 101 via the alignment adjustment drive mechanism 102 and the gap adjustment drive mechanism 103, the step feed of the wafer stage main body 104 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the Z-axis A stage feed mechanism 105 that performs coarse adjustment of the position in the direction. .
[0025]
The wafer stage 100 is a wafer capable of step feed in the X-axis and Y-axis directions shown in the drawing, fine adjustment in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, fine adjustment around each axis, and coarse adjustment in the Z-axis direction. And is driven by the control unit 205 to determine a relative position between the wafer 40 and the mask 50.
[0026]
For example, as shown in FIG. 14, the control unit 205 executes a control program to perform alignment between the wafer 40 and the mask 50, a large-capacity RAM 205 b that temporarily stores programs and data, ROM 205c for storing programs and data tables, input interface 205d for converting input commands and image output of CCD camera C into data and transferring them to RAM 025b as image frame data, and output interface 205e for driving each driving element of stage 100 , A keyboard for inputting commands, a display device for displaying information, a large-capacity external storage device such as a hard disk, a communication interface for connecting the control device 205 to a factory network, and the like (not shown).
[0027]
FIG. 2 shows an example of the arrangement of the measurement units 203 on the mask 50 in the illustrated XY plane. The mask 50 is, for example, a stencil mask formed by processing a wafer, and has a circular outer shape (not shown) and a relatively thick peripheral portion 51, and a relatively thin membrane portion 52 in the inner region. , A mask pattern portion 53 at the center, and a wafer mark W on the wafer around the mask pattern portion 53 ₁ Thru W ₃ Mask marks M respectively formed by through holes at positions corresponding to ₁ Thru M ₃ And a notch for pre-alignment formed in the peripheral portion 51, a global alignment mark (not shown) for rough adjustment in the process chamber, and the like. The mask 50 has, for example, a silicon wafer as a substrate, and has a diameter of 4 inches, a peripheral portion 51 having a thickness of 0.5 mm, and a central portion of the membrane portion 52 having a thickness of 10 μm.
[0028]
In this example, the wafer mark W ₁ And mask mark M ₁ First observation optical system (camera C ₁ , Illumination light source L ₁ ), Wafer mark W ₂ And mask mark M ₂ Second observation optical system (camera C ₂ , Illumination light source L ₂ ), Wafer mark W ₃ And mask mark M ₃ The third observation optical system (camera C ₃ , Illumination light source L ₃ ). A halogen lamp, LED, or the like can be used as the illumination light source. A CCD camera or the like can be used as the camera. The arrangement example is not limited to the illustrated embodiment, and may be arranged at three or more locations.
[0029]
FIG. 3 shows an arrangement example of the wafer 40, the mask 50, and the measurement unit 203 in the vertical plane (YZ plane) of the camera C. For example, camera C ₁ Is a mask mark M of the mask 50 from an obliquely upward direction at an angle α with respect to the normal direction of the upper surface of the mask 50 or the wafer 40. ₁ And wafer mark W ₁ Observe. Camera C ₁ Is composed of, for example, an imaging optical system and a CCD. Other measurement units 203 are similarly configured.
[0030]
The control unit 205 observes a global alignment adjustment mark (not shown) provided on the mask 50, controls the alignment mechanism to roughly adjust the position of the wafer 40, and further uses a predetermined reference on the wafer 40 to adjust the stage. The position of the wafer mark W on the wafer 40 is roughly adjusted. ₁ Is mask mark M ₁ Adjust so that it is inside. Further, as will be described later, the control unit 205 is connected to the camera C. ₁ Mask mark M opened in the mask substrate by ₁ And a wafer mark W exposed in the opening. ₁ And mask mark M ₁ At the center of the opening of the wafer 40 ₁ The stage 201 is finely adjusted so as to exist.
[0031]
(First embodiment)
An example using the first mask mark will be described with reference to FIGS. First, detection of positional deviation between the wafer 40 and the mask 50 using the mask mark will be described, and then the operation of the alignment apparatus will be described.
[0032]
4 and 5 show an alignment mark (or wafer mark) W of the wafer 40. FIG. ₁ Mask mark M of mask 50 ₁ It is explanatory drawing explaining the example which acquires alignment information from the observation image of. 4 shows an image on the imaging plane (UV plane) observed by the camera, and FIG. 5 shows an example of the mask 50 and wafer 40 shown in FIG. 4 in a cross section on the ZY plane (see FIG. 3). Mask mark M mentioned above ₂ , M ₃ Wafer alignment mark W ₂ , W ₃ Can be configured similarly.
[0033]
In FIG. 5, the image is shown at the same magnification on the focusing plane (best focus plane) and the imaging plane, but in reality, the image is magnified at a predetermined magnification by a predetermined optical system on the imaging plane. However, for the sake of convenience, the following description will be made with the same magnification. The same applies to the cases of FIGS. 10 and 12 later.
[0034]
In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the mask mark M ₁ Is formed by a rectangular opening in the mask substrate 50. The mask mark M is obtained by rough adjustment performed in advance by the control unit 205. ₁ Wafer alignment mark W in the opening of ₁ Camera C not shown ₁ It looks like In the wafer 40, the base material portion other than the pattern portion is formed of Si (silicon), and the light incident on the surface of the wafer 40 is almost totally reflected, whereas the alignment mark W of the wafer of this embodiment is used. ₁ This part extends from the surface to a predetermined depth, and SiO 2 ₂ It is formed with. Therefore, wafer alignment mark W ₁ The part of becomes darker than the surrounding area. Conversely, the wafer alignment mark W ₁ The mask mark M is the other part of the mask mark M ₁ The surface of the part facing the opening of SiO2 ₂ In short, the wafer alignment mark W is used. ₁ It suffices if it is possible to detect the part and its surrounding parts separately, and the present invention is not limited to this embodiment. Mask mark M ₁ Are formed by a main rectangular opening formed in the mask substrate and sub rectangular openings formed on both sides thereof. Line m at the edge of the upper edge of the opening ₁ Is the line m between the main opening and the sub opening. ₂ And m ₃ Is formed. Also, the edge of the upper edge of the opening (line m ₁ ) To the opening side in the Y-axis direction at a predetermined distance away from the mask detection line m ₀ Is assumed. Where line m ₂ And m ₃ The camera C is open on both sides. ₁ This is because the line read image of the line is made clearer and the line position is detected.
[0035]
That is, as shown in the image reading characteristic of the camera at the edge portion shown in FIG. 6, when the line is formed by the edge on one side of the mask, the edge portion of the read image is detected at the inclined portion where the light intensity characteristic changes. On the other hand, when both sides of the line are opened to form both side edges, detection is performed at the pulse-like peak portion of the light intensity characteristic, and the line position can be detected more accurately.
[0036]
Mask mark M on the observation image in advance ₁ The upper edge line m ₁ A mask detection line m set in advance so as to be substantially parallel to the imaging optical system and substantially on the focal plane of the imaging optical system. ₀ Along the line m by image processing ₂ And m ₃ Is determined. Both lines m ₂ And m ₃ Wafer mark W at a predetermined intermediate position ₁ Line m as a deviation detection standard _S Is assumed.
[0037]
As shown in FIG. 4, the mask mark M of the mask 50 ₁ In the opening of the edge m by illumination from a light source (not shown). ₁ Virtual image m ₁ 'Is reflected on the wafer 40. Line m ₂ And m ₃ Edge m measured along the gap detection line G set on the observation image substantially parallel to the line ₁ From this edge virtual image m ₁ The distance to 'is indicated as A in FIG. Here, “substantially” means that when the U axis and V axis are taken with reference to the camera C, the mask mark M ₁ For example, line m ₂ , M ₃ This is because is not strictly parallel to the V-axis. In the following, the letter “abbreviated” may be omitted, but it should be noted that similarly, it may not necessarily mean exactly parallel or orthogonal.
[0038]
As shown in FIG. 5, the gap between the wafer 40 and the mask 50 is δ, the angle (incident angle) between the optical axis direction of the imaging optical system of the camera and the normal of the mask surface is α, Detection line m ₀ Mask detection line m when the camera focus plane (best focus plane) is aligned ₀ From the wafer surface to the best focus surface (best focus line) V ₁ The distance δ is obtained as δ = A / 2 sin α, where l is the distance up to. Therefore, edge m ₁ By observing the virtual image distance A, the gap δ can be calculated, and the stage 100 can be adjusted to adjust the gap δ to a specified value. Best focus line V ₁ Where l is 1 = δ / sin α = A / 2 sin ² It is calculated | required as (alpha). Here, if the incident angle α is 30 degrees, δ = A and l = 2A, which is convenient because the calculation is simplified. Since δ actually obtained is the distance from the upper surface of the mask 50 to the surface of the wafer 40 in terms of the measurement principle, the exact gap size can be obtained by subtracting the thickness of the mask 50 obtained separately.
[0039]
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining image reading characteristics of another camera, and FIG. 7A is a graph showing the light intensity distribution of the read image along the gap detection line G shown in FIG. . Since the virtual image (shadow) is darker than the surrounding area, the line m is caused by the falling portion of the light intensity characteristic. ₁ The line m ₁ It turns out that 'can be detected. M on the V axis ₁ And m ₁ The difference from 'corresponds to the distance A.
[0040]
FIGS. 7B to 7D show the alignment mark W of the camera. ₁ The reading characteristics of are shown. FIG. 4B shows a focusing line (best focus line) V on the wafer 40 where the focusing surface of the imaging optical system of the camera is on the wafer 40. ₁ Line V located further away from the camera when set to ₂ Alignment mark W above ₁ 2 shows the reading characteristic (off focus) in the U-axis direction. FIG. 4C shows the line V on the wafer 40 where the focal plane of the imaging optical system of the camera is ₁ Line V when it is on ₁ Alignment mark W above ₁ The reading characteristic (on focus) in the U-axis direction is shown. FIG. 6D shows the focusing line V on the wafer 40 where the focusing surface of the imaging optical system of the camera is on the wafer 40. ₁ Line V that is at a position closer to the camera than ₃ Alignment mark W above ₁ 2 shows the reading characteristic (off focus) in the U-axis direction. Due to these reading characteristics, the alignment mark W is on the best focus surface. ₁ Is detected as a pulse-like waveform having the maximum amplitude, and the U coordinate position of the peak value (the midpoint of the mountain) of this waveform is detected as the alignment mark W. ₁ Can be detected as the U coordinate position. In contrast, the out-of-focus line V ₂ And V ₃ In the light intensity distribution at, the maximum peak value of the waveform is low, a plurality of peak portions are generated, the waveform is greatly disturbed, and the reading error increases.
[0041]
Therefore, the above-mentioned distance l is calculated in advance to accurately find the best focus position, whereby the best focus position is roughly obtained, and the read image data group in the vicinity region Z including the position of the distance l is processed. The wafer mark W extending in the V-axis direction by extracting the read data of the in-focus position from the maximum peak value etc. ₁ The position on the U axis is determined. Further, the positions of the image data of a plurality of lines on the U axis are aligned and integrated for each coordinate on the U axis, and the wafer mark W is obtained from the peak characteristic distribution of the integration result for each coordinate on the U axis. ₁ The position on the U axis can also be determined. In addition, another appropriate image processing is performed in the area Z to obtain the wafer mark W. ₁ It is also possible to determine the position on the U axis.
[0042]
Wafer mark W ₁ By detecting the position on the U-axis using the data of the in-focus portion, the detection accuracy is improved and the number of data to be processed is limited to the region Z. As a result, the detection time can be greatly reduced as compared with the case of searching for the best focus line or driving the camera lens for focusing.
[0043]
This wafer mark W on the detected U axis ₁ Position and line m ₂ And m ₃ Mask mark M required by ₁ U-axis reference line m _S The positional deviation Δ between the wafer 40 and the mask 50 can be detected. Mask mark M ₂ And wafer mark W ₂ And mask mark M ₃ And wafer mark W ₃ In the same manner, a gap δ and an alignment deviation Δ are obtained for each. The control unit 205 adjusts the position of the stage based on the above-described three gaps δ and the alignment deviation Δ between the wafer 40 and the mask 50. Although the measurement of the gap δ by the detection line G is not performed in the best focus state, generally, the accuracy necessary for calculating the gap δ and the in-focus position 1 in this embodiment is necessary for detecting the alignment deviation Δ. In such a case, there is no problem because it may be lower than the accuracy to be achieved.
[0044]
Next, the alignment operation by the control unit 205 will be described with reference to FIG.
[0045]
(1) Overall positioning (coarse adjustment)
First, the CPU 205 a of the control unit 205 performs coarse adjustment between the wafer 40 placed on the stage 100 and the mask 50. Coarse adjustment is performed, for example, by moving the stage 100 to align the wafer 40 and the mask 50 using a global alignment mark (not shown) of the mask 50. As a result, each wafer mark Wn corresponding to the opening of each mask mark Mn is positioned.
[0046]
(2) Individual positioning (fine adjustment)
Next, the CPU 205a executes the following fine adjustment positioning procedure.
[0047]
(Step S12)
a) The incident angle of the optical axis of the camera C is set to α in advance, and the focusing plane of the imaging optical system is a predetermined mask detection line m shown in FIG. ₀ The position between the mask 50 and the imaging optical system of the camera C is adjusted so as to be positioned above. In this state, the mask image is read from the camera C into the image storage area (frame memory) of the memory 205b.
[0048]
b) An image along the gap detection line G shown in FIG. 4 is extracted from the frame memory from the mask image data, and the mask edge line m is extracted. ₁ And the line m of this virtual image ₁ Detect the position of '. The position of the screen coordinate (U, V) system of both marks, that is, “line m” of the matrix coordinate position in the image frame memory ₁ -Line m ₁ The distance A is obtained from “”. The image frame memory has a storage capacity of 1000 × 1000 pixels, for example.
[0049]
(Step S14)
c) A gap δ between the wafer 40 and the mask 50 in the detection portion is obtained by δ = A / 2sin α.
[0050]
(Step S16)
d) Mask detection line m ₀ To Wafer Best Focus Line V ₁ The distance l to the position of the presence of l = δ / sin α or l = A / 2 sin ² Calculated by α. Best focus line V of wafer 40 ₁ An alignment measurement area Z is set in the vicinity. This means that a pixel group corresponding to the region Z is selected from the pixels arranged in a matrix, and this selection is possible from the above calculation result. As the size of the region Z, for example, the best focus line V ₁ Image data having a width of about 10 to 20 lines.
[0051]
(Step S18)
e) Mask detection line m ₀ From the image data above, the mask line m ₂ And m ₃ Is detected. The detected position on the U-axis of both lines is obtained, and a detection reference line (middle line) m is located at the middle point (on the U-axis) of both positions. _S Set. Note that the mask position is set invariable with respect to the camera position, so this step does not necessarily have to be performed every time. However, in particular, when high accuracy of sub-micron or less is required, for example, position variation due to drift or the like cannot be ignored.
[0052]
(Step S20)
f) Mask detection line V ₁ The image data of the alignment measurement area Z set in the vicinity is captured. As shown in FIG. 7, the wafer alignment mark W ₁ The position on the U axis is detected.
[0053]
(Step S22)
Detection reference line on the U axis _S Position and wafer alignment mark W ₁ A position difference Δ on the U axis is calculated.
[0054]
(Mask mark M ₂ , M ₃ Detection)
Mask mark M mentioned above ₁ For each of the mask marks M, the gap δ and the alignment deviation Δ are measured. ₂ , M ₃ Do the same for.
[0055]
(Step S24)
Gap δ between wafer and mask at each mask mark part ₁ , Δ ₂ , Δ ₃ , Alignment deviation Δ ₁ , Δ ₂ , Δ ₃ Is determined to be within the allowable error range.
[0056]
(Step S26)
If it is not within the allowable error range, the gap δ ₁ , Δ ₂ , Δ ₃ , Alignment deviation Δ ₁ , Δ ₂ , Δ ₃ Then, the alignment adjustment drive mechanism and the gap adjustment drive mechanism of the stage 100 are operated to perform alignment.
[0057]
(Steps S12 to S26)
Steps S12 to S26 are repeated again, and the alignment of the wafer 40 and the mask 50 is repeated so that the gap and alignment errors are within the allowable range.
[0058]
(Step S28)
When the gap and alignment between the wafer 40 and the mask 50 reach a specified value (allowable error range), the alignment is finished and the process proceeds to an exposure process (not shown).
[0059]
In the above-described measurement, a plurality of gap detection lines G shown in FIG. 4 may be set, a plurality of gaps (δ or A) may be measured, and the average of all the gaps except the largest may be used. Here, the largest one is excluded from the gap detection line G and the wafer alignment mark W. _n This is to exclude the case where and overlap.
[0060]
In the above embodiment, image processing is performed by a computer. However, the image processing may be performed by a hardware processing unit using an analog circuit such as an operational amplifier. According to the former, there is an advantage of excellent versatility. According to the latter, there is an advantage that higher speed processing is possible.
[0061]
Further, a method such as pattern matching may be used for detection of marks and lines performed in the embodiment. In the present embodiment, the processing target is limited to a narrow range by setting the alignment measurement region Z. Therefore, there is an advantage that processing can be performed in a short time even if pattern matching or the like is used.
[0062]
(Second embodiment)
9 and 10 are explanatory views showing a second embodiment (an example in which the mask mark is different from the first mask mark) of the present invention. In both figures, parts corresponding to those in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0063]
In this embodiment, the line m ₃ 4 is formed large, and the virtual mask detection line m in FIG. ₀ Is mask mark M ₁ Part of the actual line m ₄ It is formed as. The right opening has a line m ₄ Line m in parallel with ₅ Is formed. The incident angle of the imaging optical system is α (design value), the gap between the wafer 40 and the mask 50 is δ (design value), and the line m ₄ When the best focus surface is aligned with the line m ₄ Line m on the best focus plane at distance B from ₅ Virtual image m ₅ An opening pattern of mask marks is formed in advance so that 'is present.
[0064]
Using this mask pattern, the incident angle of the imaging optical system is set to α (design value), and the mask detection line m ₄ And virtual image m ₅ The distance B between 'is measured by camera C. The gap δ is δ = (B−l ₀ ) / (2 sin α). Where l ₀ Is m ₄ Statue and m ₅ This is a distance (see FIG. 10) with respect to the image on the imaging plane, which is a known value determined by design. Therefore, by measuring B, the gap between the wafer 40 and the mask 50 can be measured. Virtual image m ₅ 'Is on the best focus plane when the gap δ is as designed, so the mask detection line m ₄ And virtual image m ₅ It is possible to measure the gap with higher accuracy than in the first embodiment even when 'is clearly observed and is slightly deviated.
[0065]
Also in this embodiment, A is measured as in the case of FIG. 4, and the position of l is set to l = A / 2sin. ² Calculating from α, the alignment adjustment area Z can be set in the area before and after this (see FIG. 9). Further, in the measurement of A, the line m observed more clearly as shown in FIG. ₄ And virtual image m ₅ Using B obtained from 'A = B-l ₀ You may make it ask | require by.
[0066]
Further, as shown in FIG. 10, in a state where the predetermined incident angle α and the parallelism between the wafer 40 and the mask 50 are ensured, the line m ₄ To virtual image m ₅ Wafer alignment mark W at a position near 1/2 (= l) of distance B to ' ₁ Therefore, the alignment measurement region Z can be set in the vicinity of the distance B / 2. Thereby, alignment adjustment can be performed with less image data.
[0067]
In the above embodiment, image processing is performed by a computer. However, the image processing may be performed by a hardware processing unit using an analog circuit such as an operational amplifier. According to the former, there is an advantage of excellent versatility. According to the latter, there is an advantage that higher speed processing is possible.
[0068]
Further, a method such as pattern matching may be used for detection of marks and lines performed in the embodiment. In the present embodiment, the processing target is limited to a narrow range by setting the alignment measurement region Z. Therefore, there is an advantage that processing can be performed in a short time even if pattern matching or the like is used.
[0069]
(Third embodiment)
11 to 13 and 15 are explanatory views showing a third embodiment (an example in which mask marks are further different) of the present invention. 11 and 12, parts corresponding to those in FIGS. 9 and 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0070]
In this embodiment, the auxiliary line m shown in the second embodiment (FIG. 9). ₅ Is formed so as to obliquely cross the right opening. As a result, the height reference position W where the wafer 40 is designed as shown in FIG. ₀ To upper limit position W _u And lower limit W _d Auxiliary line m even if it moves up and down in between ₅ Virtual image m corresponding to ₅ ', M ₅ '', M ₅ '''Is the line m in advance ₄ Intersects with the best focus plane which is set so as to substantially include. Thus, in the second embodiment, the auxiliary line m ₅ For the virtual image, the best focus state was not achieved when the gap deviated from the design reference value. In this embodiment, however, the gap between the wafer 40 and the mask 50 always changed slightly with respect to the design reference value. Gap detection can be performed in the best focus state.
[0071]
In this case, line m ₅ The dimension H in the Y-axis direction is the width of the vertical movement to be allowed of the wafer 40, as shown in FIG. 13 which is an enlarged view of FIG. 12 and FIG. 15 which shows an example of the mask mark formed on the mask substrate. Assuming 2γ, H = 2γ / tanα is obtained from tanα = 2γ / H.
[0072]
Also in this example, the procedure for obtaining the best focus position is the same as in the first embodiment, and the edge m along the gap detection line G is used. ₁ And its virtual image m ₁ 'And the best focus line V from the distance A between them ₁ Where l is 1 = A / 2sin ² It is calculated | required as (alpha). Alternatively, the line m on the image plane ₄ The line m is substantially orthogonal to the image of ₄ Image and m ₅ A provisional detection line (for example, a line passing through the center of the right three openings) that intersects the image of the image is determined, and the line m obtained by this detection line ₄ Image and virtual image m ₅ Based on 'Distance B' to 'A = B'-l _x You may ask for it. l _x 'Is the line m on this detection line ₄ Image and line m ₅ This is the distance on the image plane with respect to the image of, and is a known value determined by the set value.
[0073]
Also in this embodiment, the focal plane of the camera C is set to the line m as in the second embodiment. ₄ Since it is set above, line m ₄ Set the distance l in the V-axis direction from the best focus line V on the wafer ₁ Set. On the other hand, the best focus plane and the inclined line m shown in FIG. ₅ Virtual image m ₅ The precise gap detection line G ′ is set according to the value of the U coordinate at the intersection with “. The position of the line G ′ (U coordinate) is the mask mark M ₁ And the value of A can be obtained geometrically. That is, as an example of how to obtain the coordinates, B = 2 · l = A / sin in FIGS. ² α, l _x = B−A, Ux = (l _x -L ₀ ) U ₀ / H ′. l _x Is the line m corresponding to the line G ′ ₄ Image and line m ₅ This is the distance on the image plane with respect to the image. U _x Is determined, the U coordinate of the line G ′ can be obtained. Line m on this line G ' ₄ And virtual image m ₅ The distance B between the two is again measured by using the image data in the on-focus state. The gap δ is
δ = (B−l _x ) / (2 sin α).
[0074]
Best focus line V ₁ The wafer alignment adjustment area Z is set in the area before and after the wafer, the image data in this area is taken in, and the wafer alignment mark W ₁ The position on the U axis is detected.
[0075]
Line m ₂ And line m ₃ Detected position on U axis from _S Set. Detection position m _S And wafer alignment mark W ₁ Alignment deviation Δ is obtained from the difference between. In this way, the mask mark M ₁ It is possible to measure a gap δ and an alignment deviation Δ. In addition, it is possible to measure δ and Δ with high accuracy.
[0076]
In the above embodiment, image processing by a computer is performed, but it may be constituted by a processing unit by hardware using an analog circuit such as an operational amplifier. According to the former, there is an advantage of excellent versatility. According to the latter, there is an advantage that higher speed processing is possible.
[0077]
Further, a method such as pattern matching may be used for detection of marks and lines performed in the embodiment. In the present embodiment, the processing target is limited to a narrow range by setting the alignment measurement region Z. Therefore, there is an advantage that processing can be performed in a short time even if pattern matching or the like is used.
[0078]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to detect the mark of the workpiece (wafer) to be processed with the best focus and quickly detect without providing an autofocus mechanism.
[0079]
In addition, by setting the alignment mark detection area of the wafer, it is possible to reduce the amount of data to be subjected to image processing.
[0080]
In addition, since the object to be compared exists on the best focus plane, the detection accuracy is improved.
[0081]
In the above-described embodiment, the example of the alignment apparatus used in the exposure apparatus has been described. Similarly, the alignment apparatus can be used in an ion implantation apparatus and a sputtering apparatus that require alignment between the substrate to be processed and the mask. It is possible, and is not limited to a specific semiconductor manufacturing apparatus.
[0082]
【The invention's effect】
According to the alignment apparatus of the present invention described above, a required portion is observed with the best focus for alignment between the substrate to be processed and the mask, and a detection area to be processed is set in the observed image data. As a result, the amount of data processing is reduced, so that the position shift can be detected more accurately and quickly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of an alignment apparatus.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an arrangement relationship of a wafer mark, a mask mark, an illumination light source, and a camera.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a mutual positional relationship between a mask mark, a wafer mark, and a camera.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example using a first mask mark.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a mask mark and a wafer mark in a vertical plane.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a formed image of a mask edge portion.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a focus and a formed image.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an alignment procedure.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example using a second mask mark.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a second mask mark and a wafer mark in a vertical plane.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an example using a third mask mark;
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a third mask mark and a wafer mark in a vertical plane.
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example in which a third mask mark is used.
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a control unit.
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of a mask mark.
[Explanation of symbols]
40 wafer (substrate to be processed), 50 mask, 100 wafer stage, 203 observation unit (illumination light source, camera), 204 exposure light generation unit, 205 control unit, L ₁ ~ L ₃ Illumination light source, M ₁ ~ M ₃ Mask mark, m ₁ ~ M ₅ Detection line, W ₁ ~ W ₃ Wafer mark

Claims

基板に開口された所定のパターンを担うマスクパターンと位置合わせ用のマスクマークとを有するマスクと、
位置合わせ用の合わせマークが形成された被処理対象のワークと、
前記マスクと前記ワークとを微小隙間を介して対向させると共に、相互の相対的な位置関係を設定する駆動系と、
前記マスクのマスクマークとこのマークの開口内に露出する前記ワークの合わせマークとを前記マスクに対して斜め方向から結像光学系を用いて検出する検出器と、
検出された前記マスクマークと前記開口内のワーク上に投影される前記マスクマークの虚像とに基づき前記ワーク上の前記結像光学系の合焦位置を求める演算部と、
前記合焦位置のデータに基づき、前記ワークの位置合わせマークを読取るべき前記マスクのマスクマークの開口内の検出領域を設定する検出領域設定手段と、
前記検出領域におけるマスクマークの合わせ基準位置と前記ワークの合わせマークとの差に基づいて前記駆動系を制御する制御手段と、
を備える位置合わせ装置。A mask having a mask pattern bearing a predetermined pattern opened in the substrate and a mask mark for alignment;
A workpiece to be processed on which alignment marks for alignment are formed;
A driving system for setting the relative positional relationship between the mask and the workpiece through a minute gap, and setting the relative positional relationship between them;
A detector for detecting the mask mark of the mask and the alignment mark of the workpiece exposed in the opening of the mark from an oblique direction with respect to the mask using an imaging optical system;
A calculation unit for obtaining a focus position of the imaging optical system on the workpiece based on the detected mask mark and a virtual image of the mask mark projected onto the workpiece in the opening;
Detection area setting means for setting a detection area in an opening of a mask mark of the mask on which the alignment mark of the workpiece is to be read based on the data of the in-focus position;
Control means for controlling the drive system based on the difference between the alignment reference position of the mask mark in the detection region and the alignment mark of the workpiece;
An alignment apparatus comprising:

前記駆動系は前記検出器及び前記マスクに対して前記ワークを相対的に移動し、
前記結像光学系はその光軸と直交する合焦面を前記マスク上に予め設定されたマスク検出ライン上に設定し、
前記ワークの合わせマークの像は前記結像光学系の結像面上において前記開口の像内に位置するようになされ、
前記演算部は前記結像面上における前記マスクマークの像と前記開口の像内の前記マスクマークの虚像との距離Ａ及び結像光学系の光軸のマスクに対する入射角αに基づき、前記マスク検出ラインからの前記ワーク上の前記結像光学系の合焦位置ｌをＡ／２ｓｉｎ^２αにて求め、
前記検出領域設定手段は前記合焦位置ｌを含む小領域を前記ワークの位置合わせマークの検出領域として設定する、
請求項１記載の位置合わせ装置。The drive system moves the workpiece relative to the detector and the mask,
The imaging optical system sets a focusing surface orthogonal to the optical axis on a mask detection line set in advance on the mask,
The image of the alignment mark of the workpiece is positioned within the image of the aperture on the imaging plane of the imaging optical system,
The calculation unit is configured to determine the mask based on a distance A between the image of the mask mark on the imaging plane and a virtual image of the mask mark in the image of the aperture and an incident angle α of the optical axis of the imaging optical system with respect to the mask. The focus position l of the imaging optical system on the workpiece from the detection line is obtained by A / 2sin ² α,
The detection area setting means sets a small area including the in-focus position l as a detection area for the alignment mark of the workpiece;
The alignment apparatus according to claim 1.

前記マスクのマスクマークは前記マスク検出ラインと直交する方向において、前記マスク検出ラインとの距離が連続的に変化する補助ラインを更に有し、
前記演算部は、前記結像面上における前記マスクマークの像と前記開口の像内の前記マスクマークの虚像との距離Ａ及び結像光学系の光軸のマスクに対する入射角αに基づき、前記マスク検出ラインからの前記ワーク上の前記結像光学系の合焦位置ｌをＡ／２ｓｉｎ^２αにて求め、更に、前記マスク検出ラインから２・ｌ離れた位置で前記補助ラインの虚像と交差し、かつ前記マスク検出ラインに略直交する方向に存在するギャップ検出ラインに沿って、前記マスク検出ラインの像から前記補助ラインの虚像までの距離Ｂから前記マスクと前記ワークの隙間を求める、
請求項２記載の位置合わせ装置。The mask mark of the mask further has an auxiliary line whose distance from the mask detection line continuously changes in a direction orthogonal to the mask detection line,
The arithmetic unit is based on the distance A between the image of the mask mark on the imaging plane and the virtual image of the mask mark in the image of the aperture and the incident angle α with respect to the mask of the optical axis of the imaging optical system. The focusing position l of the imaging optical system on the workpiece from the mask detection line is obtained by A / ² sin 2α, and further intersects with the virtual image of the auxiliary line at a position 2 · l away from the mask detection line. In addition, a gap between the mask and the workpiece is obtained from a distance B from an image of the mask detection line to a virtual image of the auxiliary line along a gap detection line that exists in a direction substantially orthogonal to the mask detection line.
The alignment apparatus according to claim 2.

前記マスクマークは前記開口部のエッジ又は前記開口部を横切って形成されたマスク検出ラインと、
前記開口部を斜行する補助ラインとを含む、
請求項３記載の位置合わせ装置。The mask mark is an edge of the opening or a mask detection line formed across the opening;
An auxiliary line that skews the opening,
The alignment apparatus according to claim 3.

前記補助ラインの斜行範囲Ｈは前記マスクと前記ワーク間の隙間の変動幅Δ_２に対して、Ｈ＝２Δ_２／ｔａｎα以上の大きさとなるように形成される、請求項４記載の位置合わせ装置。The alignment according to claim 4, wherein the skew range H of the auxiliary line is formed to have a size equal to or larger than H = 2Δ ₂ / tan α with respect to a variation width Δ ₂ of a gap between the mask and the workpiece. apparatus.

被処理対象となるワークとの位置を合わせるために開口部によって基板に形成された位置合わせマークを含むマスクであって、
前記位置合わせマークは、前記開口部のエッジ又は該開口部を横切る直線部と、該開口部を斜行する補助直線部とを含み、
前記補助直線部の斜行範囲がこのマスクと前記ワーク間に設定されるべき隙間の大きさに対応して設定される、マスク。A mask including an alignment mark formed on a substrate by an opening to align the position with a workpiece to be processed;
The alignment mark includes an edge of the opening or a straight line that crosses the opening, and an auxiliary straight line that skews the opening,
A mask in which a skew range of the auxiliary straight line portion is set corresponding to a size of a gap to be set between the mask and the workpiece.