JPH11239952A - アライメント検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワークアライメントマークをカメラによって確
実に見分けることができるアライメント検出装置を提供
することにある。 【解決手段】マスク１上に設けられる透明部と不透明部
からなるマスクアライメントマーク２と、ワーク３上に
設けられるワークアライメントマーク４と、両アライメ
ントマークを照明する照明装置９と、両アライメントマ
ークに対向して設けられたＣＣＤカメラ８と、このＣＣ
Ｄカメラの撮像部に両アライメントマークの像を導く光
学系７と、前記撮像部に撮像される像に基づき、両アラ
イメントマークの相対的ずれを求める画像処理部とを備
えるものにおいて、前記ワークアライメントマーク４に
エッジ部４ａを形成し、該エッジ部近傍からの反射光の
少なくとも一部が前記光学系７を構成するレンズ５を通
過せず、ＣＣＤカメラ８にはエッジ部４ａ近傍に対応す
る暗部として認識されるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばリードフ
レーム、プリント基板などのような金属ワークをフォト
リソグラフィで加工する際の、露光工程において、露
光、現像、エッチング等の工程を複数回繰り返す場合
に、前工程で形成されたパターンと原版となるマスクパ
ターンの焼き付け位置を合わせるアライメント検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属ワーク、例えばプリント基板に露光
し、転写する露光装置において、ガラスマスクとワーク
とを重ねあわせ、ガラスマスクに設けたマークとワーク
に設けたマークとを位置合わせする場合、ワークアライ
メントマークとしてプリント基板に孔を明け、この孔と
マイクパターンとをアライメントする方法が知られてい
る。

【０００３】アライメント装置は、ガラスマスクに対向
して照明光学系及びカメラが設けられ、照明光学系から
ガラスマスクを介してプリント基板に落射照明を行うよ
うになっており、その画像をカメラが撮像してマスクア
ライメントマークとワークアライメントマークとを位置
合わせするようになっている。この場合、プリント基板
にワークアライメントマークとしての孔が明いているの
で、透過照明でき、コントラストが良好な画像が得られ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プリン
ト基板に孔を明ける設備及び工程が必要であり、また、
孔明け加工精度に限界があり、例えば、多層にパターン
を露光する場合などのように、高精度の位置決めを要す
る場合、アライメント精度に大きな影響を与えるという
問題がある。

【０００５】そのため、高精度を要する場合は、プリン
ト基板上に配線層材料でフォトリソグラフィによりアラ
イメントパターンを形成する方法がある。この場合、パ
ターンの厚さは３０〜５０μｍとなる。しかし、この方
法によりアライメントパターンを形成した場合、反射照
明系を用いるが、その画像はパターンと下地のコントラ
ストが小さく、パターン位置が計測できない場合があ
る。

【０００６】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、ワークアライメント
マークにエッジ部を形成し、エッジ部近傍からと、それ
以外からとの反射光の光量の差としてワークアライメン
トマークのパターンをカメラによって認識し、カメラに
よって確実に見分けることができるアライメント検出装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するために、請求項１は、マスク上に設けられる透
明部と不透明部からなるマスクアライメントマークと、
ワーク上に設けられるワークアライメントマークと、両
アライメントマークを照明する照明光学系と、両アライ
メントマークに対向して設けられたカメラと、このカメ
ラの撮像部に両アライメントマークの像を導く光学系
と、前記撮像部に撮像される像に基づき、両アライメン
トマークの相対的ずれを求める画像処理部とを備えるア
ライメント検出装置において、前記ワークアライメント
マークにエッジ部を形成し、該エッジ部近傍からの反射
光の少なくとも一部が前記光学系を構成するレンズを通
過せず、前記カメラにはエッジ部近傍に対応する暗部と
して認識されるようにしたことを特徴とする。

【０００８】前記構成によれば、ワークアライメントマ
ークのエッジ部近傍からと、それ以外からとの反射光の
光量の差としてワークアライメントマークのパターンを
カメラによって認識することができ、例えばＣＣＤ撮像
素子によって確実に見分けることができる。

【０００９】前記画像処理部は、撮像部で得られる画像
走査データの微分値を演算する演算処理部と、この演算
処理部による演算結果に基きワークアライメントマーク
のエッジ位置を求めることにより、暗部からエッジの位
置を精度よく求められる。

【００１０】ワークアライメントマークはライン状のパ
ターンを組合せたものであり、例えば、十字状、Ｌ字状
等が望ましい。また、前記画像処理部は、ライン状のパ
ターンを横断して得られる画像走査データからラインの
両エッジ部を求め、両エッジ部の中点を演算して求める
ようにしたものである。

【００１１】前記ワークアライメントマークはエリア状
のパターンであり、例えば、円形、四角形等である。前
記画像処理部は撮像部で得られる全エリアのデータから
ワークアライメントマークのエッジ部を求め、エッジ部
を境界線として二値化し、ワークアライメントマークの
パターン部を決定するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の各実施の形態を
図面に基づいて説明する。図１〜図５は第１の実施形態
を示し、図１はアライメント検出装置の概略的構成図で
ある。ガラスマスク１には四角形の透明部１ａと、この
透明部１ａを囲む不透明部１ｂからなるマスクアライメ
ントマーク２が形成されている。ガラスマスク１の下部
にはプリント基板、リートフレーム等の金属製のワーク
３が設けられ、このワーク３上にはワークアライメント
マーク４が形成されている。ここで、ガラスマスク１は
固定であり、ワーク３は、例えばＸＹθテーブル等に支
持され、ガラスマスク１に対してＸＹθ方向に移動自在
である。

【００１３】また、ワーク３にワークアライメントマー
ク４を形成する方法としては、まずワーク３にアライメ
ントパターンを露光し、次にエッチング処理を行う。こ
のとき、ワーク３上にパターンのハーフエッチ状態、つ
まり裏側まで貫通するまでエッチングせずに、１００μ
ｍ前後の深さまででエッチングを止めるエッチング時間
を設定する。そして、図２（ａ）に示すようなワークア
ライメントマーク４にエッジ部４ａを形成し、エッジ付
近がだれた状態となる。なお、ワークアライメントマー
ク４は凹部に限らず、図２（ｂ）に示すように凸部も良
い。

【００１４】ガラスマスク１に対向する上部にはレンズ
５及びハーフミラー６からなる光学系７を介してＣＣＤ
カメラ８が対向して設けられている。ＣＣＤカメラ８に
はマスクアライメントマーク２とワークアライメントマ
ーク４を撮像し、その像に基づき、両アライメントマー
クの相対的ずれを求める画像処理部を備えている。ま
た、ハーフミラー６には照明装置９が設けられ、ハーフ
ミラー６を介してガラスマスク１及びワーク３に落射照
明を行うようになっている。

【００１５】前記ワークアライメントマーク４はエッジ
付近がだれた状態に形成されているため、照明装置９か
ら落射照明を受けると、エッジ部４ａからのエッチング
だれの領域は反射光Ｌが斜めに反射される。本実施形態
における光学系７では各要素の位置関係とレンズ５の開
口数ＮＡとを適切な組み合わせに選び、すなわち最適レ
ンズ開口を選択することにより、前記エッチングだれの
領域からの主な反射光Ｌがレンズ５の開口以上の角度を
持つようにしたため、この領域の画像としての光を取り
込むことはできず、ＣＣＤカメラ８によって得られる画
像は図３に示すように、エッジ画像１０は黒い帯状とな
る。

【００１６】このエッジ画像１０の画素データから光量
変化の微分値を取るとエッジ部４ａがちょうど暗いので
コントラストが強調され、Ｓ／Ｎの良いエッジ位置情報
となる。このような測定条件は、ワーク３のハーフエッ
チ状態での断面形状が安定してできるようにすること
と、開口数の小さいレンズ５を用いることで得られる。

【００１７】なお、レンズ５の選択条件に制約がある場
合などレンズ５の開口数ＮＡを十分に小さくできない場
合は、レンズ５とガラスマスク１との間にレンズ開口を
調整する可変絞りを挿入し、これを調整することによ
り、エッチングだれ領域からの反射光Ｌがレンズ５を透
過するのを制限するようにしてもよい。

【００１８】従来、アライメントマークの検出用光学系
のレンズの開口数ＮＡはパターンエッジのコントラスト
をシャープにするため、解像度を上げる、すなわち、マ
ークを位置決めできる（ピント合わせできる）精度分の
焦点深度を満足できる範囲内で最大のＮＡとしていた。

【００１９】これに対し、この発明は、ワーク３とワー
クアライメントマークとのコントラストが小さい場合で
も確実にワークアライメントマークの中心位置を知るこ
とができることを目的として、解像度が必要最小限とな
るまでの範囲内でレンズ５の開口数を小さくするか、あ
るいは可変絞りを挿入し、絞りを調整することにより開
口を小さくしている。すなわち、この発明では、エッジ
部４ａ近傍からの反射光ＬのＣＣＤカメラ８への入射を
制限し、すなわち本来なら解像が下がる傾向に向かうよ
うな開口を小さくする設計でもコントラストが十分取
れ、しかも焦点深度が大きくとれるように光学系７を設
定している。このようなエッジ画像１０を得ることによ
り、以下のようにしてワークアライメントマーク４の中
心位置を求めることができる。

【００２０】次に、エッジ位置からパターン中心を求め
る方法について図４を例に説明すると、図４に示すよう
に、例えば図３の矢印で示す線上のエッジ画像１０の画
素毎の光量データ１１の隣り合うデータあるいは等間隔
毎のデータの差分値をとり、それを近似的微分値１２と
する。微分値データ１２は図４に示すように、外側のピ
ーク１３ａと内側のピーク１３ｂとを有する。これらの
うち、実際のエッジ部４ａに対応するのは外側のピーク
１３ａである。これについては後で詳述する。差分値デ
ータは画素ピッチ毎のデータなので画素以下の位置計算
は差分ピーク値周辺の数点で二次曲線近似計算し、ピー
ク１３ａに対応するＸ座標１４を算出する。得られた２
つのＸ座標１４はそれぞれ両サイドのエッジ位置を示す
ので両者の平均、すなわち両サイドのエッジ位置中心点
のＸ座標を計算し、ワークアライメントマーク４の中心
位置のＸ座標が得られる。

【００２１】図５は、ワークアライメントマーク４が十
字状のパターンの場合を示し、前記の方法で所定の破線
上のデータからＡ点、Ｂ点のＸ座標を求め、その中点
Ｅをマーク中心のＸ座標、同様に所定の破線上のデー
タからＣ点、Ｄ点のＹ座標を求め、その中点Ｆをマーク
中心のＹ座標とする。通常はＥ、Ｆで十分であるが、ワ
ークアライメントマーク４のマスクアライメントマーク
２に対する傾きが無視できない場合、さらに、上で
Ｇ、Ｈ点を求め、ＥＧとＤＨの交点をワークアライメン
トマーク４の中心とする。

【００２２】なお、暗部内側のコントラスト変化はデー
タ処理時にマスクして無視できるようにすることにより
信頼性が向上する。また、画像走査データ（電圧値）が
ある閾値を超えたらパルスを出力する回路を組み込んで
も可能である。

【００２３】前記ワークアライメントマーク４が十字状
等のパターンでは垂直線でＸ軸方向の中心位置を、水平
線でＹ軸方向の中心位置を知ることができる。図６〜図
８は第２の実施形態を示し、ワーク３に付したワークア
ライメントマーク４がエリア状のパターンであり、ま
た、その中心を求める方法が後述のようである点を除け
ば前記第１の実施形態と同じである。同図（ａ）は円形
パターンであり、同図（ｂ）四角形パターンである。マ
スクアライメントマーク２の透明部１ａは円形に形成さ
れ、この透明部１ａにワークアライメントマーク４が位
置している。第１の実施形態と同様に画像処理部は撮像
部で得られる全エリアのデータからワークアライメント
マーク４のエッジ部４を求め、エッジ部４ａを境界線と
して二値化し、ワークアライメントマーク４のパターン
部を決定するようにしたものである。

【００２４】すなわち、暗部縁取り領域より内側をすべ
て黒領域として処理し、エッチング領域の反射光が返る
平面部分を含め、ニ値化し、パターン全体の重心点を計
算する。

【００２５】ここで、二値化とは、一般にはある閾値を
境として例えばこれ以上明るい画素は“１”とし、暗い
画素は“０”とする処置する。したがって、パターンの
図心はマトリックス状に配されたＣＣＤの画素のそれぞ
れが“１”か“０”かにより定まる。今、図７に示す簡
単なモデルを用いて説明すると、図７の斜線部で示すワ
ークアライメントマーク４が“１”、それ以外が“０”
の場合、ワークアライメントマーク４のパターンの図心
は、数１の通りとなる。

【００２６】

【数１】

【００２７】すなわち、パターンの図心の座標は（３，
1.5 ）と求められる。また、マスキング処理について、
意図的に所定の領域を“１”または“０”に決める処理
する。例えば、図８のような場合、マスクアライメント
マーク２の図心を求めようとすると、ワークアライメン
トマーク４が邪魔になるので、カメラ８の視野上の所定
領域（一点鎖線で示す領域。ワークアライメントマーク
４と交わらないように選ぶ。）の内側をマスキングして
から前述した要領でマスクアライメントマーク２の図心
を求める。なお、ワークアライメントマーク２の図心を
求めるときは一点鎖線の外側をマスキングしてやればよ
い。

【００２８】図９及び図１０は第３の実施形態を示し、
第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明
を省略する。本実施形態においては、マスクアライメン
トマーク２の透明部１ａと非透明部１ｂとのコントラス
トの大きさはワークアライメントマーク４の明部と暗部
とのコントラストの大きさに比べ、（照明の条件が同じ
であれば、）大きい。ワーク３のワークアライメントマ
ーク４を読取る際のベストのコントラストを得る条件
（照明の光量など）と、マスク２，４のそれの条件に大
きな差がある場合、それぞれ条件の異なる別個の照明装
置９でそれぞれベストな状態で見るみるようにしたもの
である。

【００２９】すなわち、マスクアライメントマーク２に
対向する第１の照明光学系２１とワークアライメントマ
ーク４に対向する第２の照明光学系２２が配置されてい
る。この構成の場合、それぞれのマーク２，４につい
て、それぞれのＣＣＤカメラ８の基準位置に対するマー
ク２，４の中心位置の座標を求める。

【００３０】両ＣＣＤカメラ８の基準位置は所定の間隔
にセットされており、ワーク３は十分な位置決め精度の
移動テーブル２３で水平に移動されるので、測定後、こ
の移動テーブル２３を両ＣＣＤカメラ８の基準位置が重
なるようにして移動するようにすれば、アライメント調
整（例えばワーク３をＸ−Ｙ−θ微動ステージで調整）
すべき調整量は定まる。また、本実施形態においては、
ワーク３のアライメントマーク４が撮れるベルトのコン
トラスト条件（照明光量等）とマイク１のそれぞれの条
件に大きな差がある時など、それぞれ別個の照明光学系
でベストな条件で撮像できるという利点がある。

【００３１】例えば、図１０に示すようにワークアライ
メントマーク４の中心が（ａ，ｂ）、マスクアライメン
ト２の中心が（ｃ，ｄ）であれば、調整量は（ｃ−ａ，
ｄ−ｂ）となる。なお、アライメント調整マスクステー
ジの方で行ってもよい。アライメント調整は移動テーブ
ル２３の移動前でも後でもよい。

【００３２】図１１は、第４の実施形態を示し、第１の
実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略
する。本実施形態においては、ワーク３の両面に、両面
の位相を揃えてパターンを露光する必要のある場合の構
成である。ワーク３の下面のワークアライメントマーク
４と、不透明のワーク３の上側にあるマスク１のマスク
アライメントマーク２との中心位置のずれを求めなけれ
ばならないので、それぞれ別々のＣＣＤカメラ８で撮像
する必要があり、かつ両ＣＣＤカメラ８の基準位置（パ
ターン面をＸＹ平面とした場合、Ｘ，Ｙ座標）を一致さ
せるか、一致していない場合は位置ずれ量が既知である
必要がある。

【００３３】なお、前記各実施形態においては、ワーク
３の一部にワークアライメントマーク４を設け、マスク
１に透明部１ａと不透明部１ｂからなるマスクアライメ
ントマーク２を設けたが、図１２に示すように、逆にワ
ークアライメントマーク４の領域内にマスクアライメン
トマーク２が入るようにしても良い。

【００３４】また、第１の実施形態で述べたこの発明に
係わるワークのアライメントパターンを横断して得られ
る実際の画像走査データ（他の場合も同様）は明→暗
（暗→明）の移り変わりの部分は完全な矩形とはなら
ず、その波形のくずれ方は、図１３に示すように、エッ
ジ部４ａに対応する外側２４ａよりも内側２４ｂの方が
大きくなる。従って微分値のピークはエッジ部４ａに対
応する部分の方が高くなる。

【００３５】また、ＣＣＤカメラは有限の大きさを持つ
画素の集まりなので実際には連続的なカーブのデータが
得られるわけではなく離算的な点のデータの集まりあ
る。そこで、前記の通り、まず走査データを画像処理部
のメモリに記憶し、次に画像処理部の演算部で隣り合う
データ同士の差の計算により、仮の微分値を計算、記憶
し、次に最大値（または最小値）の周辺の数点をとって
二次曲線近似し、より正確なピーク値をとる位置（すな
わちエッジ位置）を計算している。なお、誤差が問題に
ならなければ、二次曲線近似を省略し、単に最大値をピ
ーク値としても構わない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、マスクに形成されたパターンをワークに露光し、転
写する露光装置におけるマスクとワークとの位置あわせ
において、ワークに形成したワークアライメントマーク
を検出し、マスクとワークとのずれ量を検出する際に、
ワークアライメントマークにエッジ部を形成し、カメラ
にはエッジ部近傍を暗部として認識されるようにしたか
ら、ワークアライメントマークをカメラによって確実に
見分けることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示すアライメント
検出装置の概略的構成図。

【図２】同実施形態のワークアライメントマークを拡大
した断面図。

【図３】同実施形態のエッジ画像を示す作用図。

【図４】同実施形態のパターン中心を求める作用図。

【図５】同実施形態のライン状のワークアライメントマ
ークの中心を求める作用図。

【図６】この発明の第２の実施形態を示すエリア状のワ
ークアライメントマークを示す図。

【図７】同実施形態の作用図

【図８】同実施形態の作用図。

【図９】この発明の第３の実施形態を示すアライメント
検出装置の概略的構成図。

【図１０】同実施形態の作用図。

【図１１】この発明の第４の実施形態を示すアライメン
ト検出装置の概略的構成図。

【図１２】この発明の変形例を示す図。

【図１３】画像走査データの説明図

【符号の説明】

。 １…ガラスマスク ２…マスクアライメントマーク ３…ワーク ４…ワークアライメントマーク ４ａ…エッジ部 ７…光学系 ８…ＣＣＤカメラ ９…照明装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク上に設けられる透明部と不透明部
   からなるマスクアライメントマークと、ワーク上に設け
   られるワークアライメントマークと、両アライメントマ
   ークを照明する照明光学系と、両アライメントマークに
   対向して設けられたカメラと、このカメラの撮像部に両
   アライメントマークの像を導く光学系と、前記撮像部に
   撮像される像に基づき、両アライメントマークの相対的
   ずれを求める画像処理部とを備えるアライメント検出装
   置において、 前記ワークアライメントマークにエッジ部を形成し、該
   エッジ部近傍からの反射光の少なくとも一部が前記光学
   系を構成するレンズを通過せず、前記カメラにはエッジ
   部近傍に対応する暗部として認識されるようにしたこと
   を特徴とするアライメント検出装置。