(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の移動手段によって少なくとも直交する２方向へ移動可能に保持されている第１の対象物を撮像し、画像情報を生成する撮像手段と、
前記画像情報から前記第１の対象物の第１の特定点を抽出し、当該第１の特定点の座標位置を求めて第１の座標情報を生成する画像処理手段と、
前記第１の座標情報から前記第１の特定点の動きを表す第１の移動情報を生成し、当該第１の移動情報と前記第１の移動手段を制御するための第１の駆動情報とに基づいて、前記第１の対象物がその周囲に配置されている他の物体に接触したか否かを判断し、判断結果信号を生成する接触検出手段と、
を有していることを特徴とする接触検出システム。
【請求項２】
前記接触検出手段が、前記第１の移動情報と前記第１の駆動情報との相関を求め、当該相関に基づいて前記第１の対象物が前記他の物体に接触したか否かを判断することを特徴とする請求項１の接触検出システム。
【請求項３】
前記他の物体が、第２の移動手段によって移動可能に保持されている第２の対象物であって、
前記撮像手段が、前記第１の対象物と前記第２の対象物とを同時に撮像できる位置に配置され、
前記画像処理手段が、前記第１の座標情報を生成するとともに、前記第２の対象物の第２の特定点を抽出し、当該第２の特定点の座標位置を求めて第２の座標情報を生成し、
前記接触検出手段が、前記第１の移動情報を生成するとともに、前記第２の座標情報から前記第２の特定点の動きを表す第２の移動情報を生成し、前記第１の移動情報、前記第２の移動情報、前記第１の駆動情報、及び前記第２の移動手段に供給される第２の駆動情報に基づいて、前記第１の対象物と前記第２の対象物とが互いに接触したか否か判断するようにした、
ことを特徴とする請求項１の接触検出システム。
【請求項４】
前記接触検出手段が、前記第１の移動情報と前記第１の駆動情報との相関を求めるとともに、前記第２の移動情報と前記第２の駆動情報との相関を求め、これら相関に基づいて前記第１の対象物が前記第２の対象物に接触したか否かを判断することを特徴とする請求項３の接触検出システム。
【請求項５】
Ｘ線露光装置に組み込まれ、前記第１の対象物が露光用マスク及び露光対象物の一方、前記第２の対象物が前記露光用マスク及び前記露光対象物の他方であり、前記第１の特定点及び前記第２の特定点として前記露光用マスク及び前記露光対象物にそれぞれ予め形成されているアライメント用マークを利用することを特徴とする請求項３または４の接触検出システム。
【請求項６】
外部から入力される画像情報から少なくとも直交する２方向への移動が可能な対象物の特定点を抽出し、当該特定点の座標位置を求めるプログラムと、
前記座標位置から前記特定点の動きを表す移動情報を生成するプログラムと、
前記移動情報と、外部から入力される前記対象物を移動させるための駆動情報とに基づいて、前記特定点の動きが不自然か否かを判断するプログラムと、
が記録された記録媒体。
【請求項７】
前記特定点の動きが不自然か否か判断するプログラムが、前記移動情報と前記駆動情報との相関を求めるプログラムを含むことを特徴とする請求項６の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触検出システムに関し、特に、Ｘ線露光装置のマスク位置合わせ機構とともに用いられ、マスク−ウエハ間の接触を検出する接触検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線露光装置は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、所定の露光パターンが形成されたマスク４１を通して、ウエハ４２にＸ線を照射し、ウエハ４２の表面に塗付形成されているレジストの露光を行う。この露光に先立ち、マスク４１の露光パターンが、正確にウエハ４２の所定位置に転写されるよう、マスク４１とウエハ４２の位置調整（アライメント）を行なう必要がある。
【０００３】
マスク４１とウエハ４２のアライメントを行なうために、Ｘ線露光装置は、図５に示すようなアライメント機構を有している。
【０００４】
この種のアライメント機構では、ウエハ４１の表面に形成されたアライメント用マーク（ウエハマーク）と、マスクに形成されたアライメント用マーク（マスクマーク）を利用して、アライメント行なう。即ち、複数台のカメラ５１でマスクマークを撮像するとともに、マスク４１越しにウエハマークを撮像して、複数の画像情報を得る。そして、図示しない機械制御装置において、複数の画像から最も適切な位置から撮像した画像を選択、または複数の画像を組合せて、マスク４１とウエハ４２とが、所定の位置関係となるために必要な、マスク４１とウエハ４２の（少なくとも一方の）動きを求め、その動きを表す制御パラメータを生成する。制御パラメータは、マスク４１を保持するマスクステージ５２及びウエハ４２を保持するウエハステージ４３のそれぞれの位置制御を行なう機械装置（図示せず）に供給される。機械装置は、機械制御装置から与えられた制御パラメータに基づいて、マスクステージ５２及びウエハステージ５３を移動、回転させる。
【０００５】
なお、図５の例では、ウエハステージ５３のみをＸ軸及びＹ軸方向に移動させるようにしており、マスクステージ５２は、Ｚ軸方向の移動とＺ軸に平行な回転軸を中心とする回転のみ行なうようにしている。また、上記動作を実現するために、このアライメント機構は、ウエハステージ５３をＸ，Ｙ，及びＺ軸方向に移動させる際にその移動量をそれぞれ検出して機械装置にフィードバックするための、レーザセンサ５４が設けられている。また、マスク４１とウエハ４２の間のギャップを測定する静電容量センサ５５が設けられている。
【０００６】
さて、通常、Ｘ線露光を行なう場合に、マスク４１とウエハ４２の間に残されるギャップは、３０μｍ程度である。従って、従来のＸ線露光装置では、アライメントを行う際に、マスクやウエハの加工精度が低い、マスク及びウエハの各ステージへの取付精度が低い、マスク及びウエハの各ステージへの取付（吸着）により反りが生じている、マスクまたはウエハの表面に塵の付着がある、制御パラメータに不整合がある、機械装置（各ステージ及びその移動機構）に温度伸縮がある、など、様々な理由によってマスクとウエハとが接触してしまうことがある。マスクとウエハの接触は、その度合いが小さいものであっても、その後のマスクまたはウエハの移動により、機械装置やマスクの損傷を引き起こし、それに至らない場合でも、粉塵を発生させて機械装置の解体、清掃を余儀なくする。従って、アライメントを行なう際には、マスクがウエハに接触しないようにすることが望まれる。
【０００７】
マスクとウエハとの接触を防止する方法としては、機械装置を制御するための制御パラメータ等を利用して、間接的にマスクとウエハの距離を求める方法がある。
【０００８】
しかしながら、この方法では、実際のマスクとウエハの間の距離が不明なので、マスクやウエハの加工精度が低い、マスク及びウエハの各ステージへの取付精度が低い、マスク及びウエハの各ステージへの取付（吸着）により反りが生じている、或いは、マスクまたはウエハの表面に塵の付着がある、等の場合に生じる、マスクとウエハの部分的な接触を防止できない場合が多々ある。
【０００９】
また、他のマスクとウエハとの接触を防止する方法として、図５に示すのように、レーザセンサ５４や静電容量センサ５５等の距離センサを設けて、マスクとウエハ（マスクステージとウエハステージ）との距離を測定する方法がある。
【００１０】
しかしながら、この方法でも、例えば、マスクやウエハに反りが生じている場合など、距離センサが取り付けられている位置では、接触が生じていなくても、他の位置で接触が生じる可能性があり、部分的な接触を完全に防止することはできない。
【００１１】
このように、マスクとウエハの間の距離は、数十μｍと非常に小さいがゆえに、その接触を未然に防ぐことは、極めて困難である。そこで、マスクとウエハの接触を逸早く検出することにより、マスクの損傷や、粉塵の発生を最小限に抑えようとする技術が提案されている。この技術は、マスクステージやウエハステージを移動させる位置制御用アクチュエータの駆動トルクをモニターし、その値が所定の値を越えた場合に接触が発生したと判断する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
Ｘ線露光においては、マスクとウエハとの間の距離が、数十μｍ程度と、非常に狭いものであるため、これらの接触を未然に防ぐことは極めて困難である。そこで、被害を最小限に抑えるため、マスクとウエハの接触が発生したことを迅速に検出することが望まれる。
【００１３】
しかしながら、従来のようにマスクステージ及びウエハステージの位置制御を行なう位置制御用アクチュエータの駆動トルクをモニターする方法では、マスクとウエハとの接触が発生したと判断した時点で、既に大きなトルクが発生してしまっている場合が多く、マスクが破損したり、粉塵が大量に発生するのを避けることができないという問題点がある。
【００１４】
本発明は、マスクステージ及びウエハステージの位置制御を行なう位置制御用アクチュエータの駆動トルクをモニターすることなく、マスクとウエハとの接触を迅速かつ確実に検出することで、マスクの破損を防止し、粉塵の発生を最小限に抑えることができる接触検出システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１の移動手段によって少なくとも直交する２方向へ移動可能に保持されている第１の対象物を撮像し、画像情報を生成する撮像手段と、前記画像情報から前記第１の対象物の第１の特定点を抽出し、当該第１の特定点の座標位置を求めて第１の座標情報を生成する画像処理手段と、前記第１の座標情報から前記第１の特定点の動きを表す第１の移動情報を生成し、当該第１の移動情報と前記第１の移動手段を制御するための第１の駆動情報とに基づいて、前記第１の対象物がその周囲に配置されている他の物体に接触したか否かを判断し、判断結果信号を生成する接触検出手段とを有していることを特徴とする接触検出システムが得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記他の物体が、第２の移動手段によって移動可能に保持されている第２の対象物であって、前記撮像手段が、前記第１の対象物と前記第２の対象物とを同時に撮像できる位置に配置され、前記画像処理手段が、前記第１の座標情報を生成するとともに、前記第２の対象物の第２の特定点を抽出し、当該第２の特定点の座標位置を求めて第２の座標情報を生成し、前記接触検出手段が、前記第１の移動情報を生成するとともに、前記第２の座標情報から前記第２の特定点の動きを表す第２の移動情報を生成し、前記第１の移動情報、前記第２の移動情報、前記第１の駆動情報、及び前記第２の移動手段に供給される第２の駆動情報に基づいて、前記第１の対象物と前記第２の対象物とが互いに接触したか否か判断するようにしたことを特徴とする接触検出システムが得られる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、外部から入力される画像情報から少なくとも直交する２方向への移動が可能な対象物の特定点を抽出し、当該特定点の座標位置を求めるプログラムと、前記座標位置から前記特定点の動きを表す移動情報を生成するプログラムと、前記移動情報と、外部から入力される前記対象物を移動させるための駆動情報とに基づいて、前記特定点の動きが不自然か否かを判断するプログラムとが記録された記録媒体が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明の一実施の形態を示す。この接触検出システムは、ウエハ１１に設けられたアライメント用マークであるウエハマーク１２とマスク１３に設けられたアライメント用マークであるマスクマーク１４とを同時に撮像するビデオカメラ１５と、ビデオカメラ１５からの画像信号を信号処理して、ウエハマーク１２とマスクマーク１４の位置座標をそれぞれ求める画像処理装置１６と、画像処理装置１６でも求めたウエハマーク１２とマスクマーク１４の位置座標と機械制御装置（図示せず）からの駆動情報とに基づいてウエハ１１とマスク１３とが接触したか否か判断する接触検出装置１７とを有している。
【００２０】
次に、この接触検出システムの動作について説明する。
【００２１】
ビデオカメラ１５は、図１に示すように、斜め方向からウエハマーク１２及びマスクマーク１４を同時に撮像するように配置されている。即ち、ビデオカメラ１５は、その撮像方向が、Ｘ線照射方向に対して傾きを有するように配置されている。ビデオカメラ１５は、ウエハ１１とマスク１３が所定位置にあるとき、ウエハマーク１２とマスクマーク１４とがともに焦点距離だけ離れている位置に配置されることが望ましい。なぜなら、ウエハマーク１２またはマスクマークが焦点距離より近くまたは遠くに位置している場合は、その画像がぼけ、座標検出の精度が低下するからである。ビデオカメラ１５によって撮像された画像は、例えば、図２に示すようになる。ビデオカメラ１５の撮像方向に傾きを設けることで、ウエハ１１またはマスク１３が、Ｘ線照射方向に沿って移動した場合であっても、その動きが画像上に現れる（ここでは、上下の動きとして現れる）。ビデオカメラ１５は、所定のフレーム周期で、撮像した画像を画像情報として画像処理装置１６へ出力する。
【００２２】
画像処理装置１６は、ビデオカメラ１５が撮像した画像に対して適当な座標軸を定める。例えば、図２の例では、画像の左下に原点を定め、左右方向にＸ軸を、上下方向にＹ軸を定めている。それから、画像処理装置１６は、フレーム周期で入力される画像について、それぞれウエハマーク１２及びマスクマーク１４の位置座標をそれぞれ求める。この位置座標は、ウエハマーク１２を代表する一点（特定点：例えば、重心）及びマスクマーク１４を代表する一点について求めればよい。画像処理装置１６は、求めた位置座標を表す位置座標情報を接触検出装置１７へ通知する。
【００２３】
接触検出装置１７は、図３に示すように、時間微分部１７１と、相関部１７２と、接触判断部１７３とを有している。そして、接触検出部１７の各部は、以下のように動作する。
【００２４】
まず、接触検出装置１７は、フレーム周期で入力される画像処理装置１６からの位置座標情報を４つの情報、即ち、マスクマーク１４のＸ座標とＹ座標、及びウエハマーク１２のＸ座標とＹ座標、に分け、それぞれを時間微分部１７１へ供給する。各時間微分部１７１は、入力された各座標を時間微分（ｄ／ｄｔ）する。これにより、ウエハマーク１２及びマスクマーク１４の各座標軸方向の動き（移動速度）が求まる。なお、連続する２フレーム間の、座標の差を求めて各マークの座標軸方向の動きとしてもよい。この場合、求めた動きは、１フレーム長さ当たりの、各マークのＸ方向またはＹ方向の移動距離を表す。時間微分部１７１が生成した各マークの動きを示す移動情報は、相関部１７２に送られる。
【００２５】
相関部１７２には、時間微分部１７１からの移動情報以外に、ウエハ１１を保持するウエハステージ及びマスク１３を保持するマスクステージをそれぞれ駆動して各々の位置制御を行なう機械装置（図示せず）の制御を行なうための駆動情報が、機械制御装置（図示せず）から入力されている。
【００２６】
これら相関部１７２は、それぞれ、機械制御装置からの駆動情報と、時間微分部１７１からの各マークの移動情報との相関を求める。ここで、ウエハ１１及びマスク１３の移動は、元々、機械制御装置の制御に基づくものである。従って、機械制御装置から駆動情報と各マークの移動情報とは、高い相関を示すはずである。ところが、ウエハ１１とマスク１３が互いに接触していると、例えばマスク１３のみを駆動した場合であってもても、マスク１３の移動とともにウエハ１１も移動してしまう。このため、機械制御装置から駆動情報と各マークの移動情報との相関は低くなる。つまり、ウエハ１１とマスク１３とが、機械制御装置の駆動情報に従わない不自然な動きをすると、駆動情報と各マークの移動情報との間の相関が低下する。各相関部１７２は、求めた相関値を接触判断部１７３へ出力する。
【００２７】
接触判断部１７３は、各層間部１７２からの相関値に基づいて、ウエハ１１とマスク１３が互いに接触しているか否か判断する。この判断は、各相関値が所定値を下回ったか否か基づいて判断するようにしてもよいが、より検出精度を高めるためには、各相関値とさらに機械制御装置からの駆動情報とに基づいて総合的に判断するようにすることが望ましい。
【００２８】
接触判断部１７３は、ウエハ１１とマスク１３とが互いに接触していると判断した場合は、直ちにウエハ１１とマスク１３の移動を中止すべく、機械制御装置に接触を検出したことを通知する。
【００２９】
接触検出装置１７から、接触検出の通知を受けた機械制御装置は、ウエハステージ及びマスクステージを停止させるよう機械装置を制御する。
【００３０】
以上の様にして、本実施の形態による接触検出システムでは、ウエハ１１とマスク１３の接触を精度良く、迅速に検出することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、接触検出システムを独立したシステムのように説明したが、カメラを用いてアライメントマークを撮像し、その画像に基づいてウエハとマスクの位置調整を行なうアライメント機構を備えたＸ線露光装置の場合には、そのアライメント機構に、上述した画像処理装置と接触検出装置の動作を実現するためのプログラムを組み込むだけで本発明を実現できる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、ウエハとマスクとの接触を検出する場合についてのみ説明したが、ビデオカメラで撮像可能な特定点を持つ物体であれば、その物体が移動中に他の物体に接触したか否かを、迅速にかつ確実に検出することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、移動手段によって移動可能に保持されている対象物を撮像して得た画像情報から、対象物の動きを求め、移動手段に供給される駆動情報に基づいて、求めた対象物の動きの不自然さにより接触と判断するようにしたことで、迅速に、かつ確実に対象物が周囲の他の物体に接触したことを検出できる。そして、この技術をＸ線露光装置に適用することで、マスクとウエハの接触を迅速にかつ確実に検出することができ、マスクの破損を防止するとともに、粉塵の発生を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の接触検出システムのブロック図である。
【図２】図１のビデオカメラで撮像した画像の一例を示す図である。
【図３】図１の接触検出装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】ウエハとマスクとの関係示す図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、側面図である。
【図５】従来のアライメントプロセスを説明するための図である。
【符号の説明】
１１      ウエハ
１２      ウエハマーク
１３      マスク
１４      マスクマーク
１５      ビデオカメラ
１６      画像処理装置
１７      接触検出装置
１７１    時間微分部
１７２    相関部
１７３    接触判断部
４１      マスク
４２      ウエハ
５１      カメラ
５２      マスクステージ
５３      ウエハステージ
５４      レーザセンサ
５５      静電容量センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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