(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体のウェハとフォトマスクの位置ズレ量を画像処理技術を用いて検出してオートアライメントを行うパターニングのマスクアライメント方法に於いて、
正規化相関を用いて画像認識処理を行って上記位置ズレ量を補正する画像認識工程と、
この画像認識工程により上記位置ズレ量を補正した後に正規化差分処理により露光判断を行う露光工程と、
を具備することを特徴とする画像処理によるマスクアライメント方法。
【請求項２】
上記画像認識工程は、
上記フォトマスクの基準画像と上記ウェハの基準画像を記憶する工程と、
上記フォトマスクの基準画像と上記ウェハの基準画像との位置関係より位置ズレ量を算出し、Ｘ方向、Ｙ方向及び傾き角θの量を補正する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理によるマスクアライメント方法。
【請求項３】
上記画像認識工程は、
上記フォトマスク用の位置検出レチクル及び位置確認用レチクルと、上記ウェハ位置検出用のレチクル及びウェハ位置確認用レチクルとを用いて画像処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理によるマスクアライメント方法。
【請求項４】
上記ウェハの位置ズレ量を左視野ΔＸｌ  ，ΔＹｌ  、右視野ΔＸｒ  ，ΔＹｒ  とするとき、
Ｘ＝（ΔＸｌ  ＋ΔＸｒ  ）／２
Ｙ＝（ΔＹｌ  ＋ΔＹｒ  ）／２
θ＝（ΔＹｒ  −ΔＹｌ  ）／Ｌ
但し、Ｌ：左右の視野の距離なるＸ，Ｙ，θを補正することを特徴とする請求項２に記載の画像処理によるマスクアライメント方法。
【請求項５】
機械的にプリアライメントして上記ウェハをマスクアライナーに供給する場合に、上記画像認識工程の前に、予め電気的にＸ、Ｙ、θの補正量を記憶して、該Ｘ、Ｙ、θの値を補正する工程を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の画像処理によるマスクアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハにパターンを焼付けを行うマスクアライメント方法に関するもので、特に画像処理技術を利用してマスクとウェハのアライメントに使用されるマスクアライメント方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体パターン焼付けを実施する際に、ウェハとフォトマスクの位置ズレ量を所定の画像処理技術を用いて検出し、自動的にアライメントを行う方法が知られている。
【０００３】
こうしたアライメント方法は、例えば、次のようにしてウェハとフォトマスクの位置ズレ量を検出している。すなわち、レーザ光源（スポット径約１０μｍ）を利用して、ポリゴンミラーを回転させ、レーザビームをスキャンさせて一次元のウェハ信号とマスク信号を得て、マスクとウェハの位置ズレ量を算出する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した一次元の位置検出方法では、レーザビームを利用して回析、乱反射を検出しているため、以下の理由により信号が安定しないという課題を有しているものであった。
【０００５】
すなわち、
ｉ）ウェハの背景（表面状態）に影響されてオートアライメント率が低下する。
【０００６】
ｉｉ）ウェハの表面をミラー仕上げする必要があり、ウェハの価格が高くなる。
ｉｉｉ）電極（アルミ、金等）を形成するメタル工程以降ではオートアライメント率が極端に低下する。
【０００７】
ｉｖ）位置検出範囲が一次元検出のため、画像処理方式に比較して範囲が狭くプリアライメント精度を必要とする。
ｖ）一次元検出のため、ウェハの背景、パターンくずれ、ゴミ等のノイズの影響を受け易く誤検出しやすい。
【０００８】
ｖｉ）オートアライメント用に専用の合わせマークを必要とし、ウェハの有効利用面積が低下する。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ウェハの表面状態の影響やノイズの影響を受けにくく、オートアライメント率の低下を防止して作業の容易な安定した画像処理によるマスクアライメント方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、半導体のウェハとフォトマスクの位置ズレ量を画像処理技術を用いて検出してオートアライメントを行うパターニングのマスクアライメント方法に於いて、正規化相関を用いて画像認識処理を行って上記位置ズレ量を補正する画像認識工程と、この画像認識工程により上記位置ズレ量を補正した後に正規化差分処理により露光判断を行う露光工程とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の画像処理によるマスクアライメント方法にあっては、線情報から面情報への画像処理方式に変えることにより、ウェハの表面状態の影響を受けにく、オートアライメント率の改善を図る。また、信号レベルの変化に追随できるよう、濃淡画像処理方式とする。
【００１１】
【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を説明する。
図２は、本発明の一実施の形態に係るマスクアライメント方法を実現するためのマスクアライナーの光学系を示した図である。
【００１２】
図２に於いて、光源であるレーザ１から照射されたビームは、コンデンサレンズ２を介して回転ミラー（ポリゴンミラー）３に至る。この回転ミラー３は、一次元のレーザビームをスキャンさせるために使用される。そして、回転ミラー３からの光は、ｆθレンズ４、ハーフミラー５、フィールドレンズ６を介して分割プリズム７に至る。
【００１３】
一方、左ランプ１０ａからの光は、コンデンサレンズ１１ａを介してハーフミラー１２ａで反射され、左対物レンズ１３ａを介してウェハ表面に照射される。そして、このウェハ表面からの反射光は、再び左対物レンズ１３ａを介してハーフミラー１２ａを透過する。更に、該反射光は、リレーレンズ１４ａ、ハーフミラー１５ａ、リレーレンズ１６ａ、更にはミラー１７ａ、ストッパ１８ａ、コンデンサレンズ１９ａを介して左フォトディテクタ２０ａで検出されるよう取込まれる。
【００１４】
同様に、右ランプ１０ｂからの光は、コンデンサレンズ１１ｂを介してハーフミラー１２ｂで反射され、右対物レンズ１３ｂを介してウェハ表面に照射される。そして、このウェハ表面からの反射光は、再び右対物レンズ１３ｂを介してハーフミラー１２ｂを透過する。更に、該反射光は、リレーレンズ１４ｂ、ハーフミラー１５ｂ、リレーレンズ１６ｂ、更にはミラー１７ｂ、ストッパ１８ｂ、コンデンサレンズ１９ｂを介して右フォトディテクタ２０ｂで検出されるよう取込まれる。
【００１５】
また、上記ハーフミラー１５ａ及び１５ｂで透過されずに反射された光は、分割プリズム７、フィールドレンズ６を介してハーフミラー５に導かれる。そして、ハーフミラー５で反射されてミラー２１、エレクタ２２、プリズム２３を経てＣＣＤカメラ２４に取込まれる。
【００１６】
次に、図１及び図３を参照して、このように構成された光学系に於けるマスクアライメント方法について説明する。
本発明は、ＣＣＤカメラ２４と画像処理方式を用いた濃淡画像処理方式により、オートアライメントを実現するものである。位置検出方法は、正規化相関（相関係数）方式を用い、アライメント終了を判断する方法は正規化差分方式を用いる。
【００１７】
また、二視野の顕微鏡で撮像した画像を１台のＣＣＤカメラに写して、左右の画像それぞれを処理し、Ｘ方向、Ｙ方向及び傾き角θの補正量を算出し、Ｘ、Ｙ、θのパルスモータを駆動してアライメント作業を実施するものである。
【００１８】
図１は、本実施の形態に於けるマスクアライメント方法の動作を説明するフローチャートであり、図３はＣＣＤカメラ２４の像を示したもので、ウェハパターンとフォトマスクのパターンと各レチクル１〜８が示されている。
【００１９】
先ず、ステップＳ１にて以下に述べる（ａ）〜（ｅ）の各パラメータが設定されて、図示されないスタートキーが押下されると、マスクアライナーの全自動運転が開始される。上記各パラメータとは、（ａ）アライン状態でのパターン認識画像であり、奇数（１〜５）のみ設定可能な検査番号、（ｂ）各軸の移動パルス数で設定されるイメージシフト（オフセット）量、（ｃ）０．１画素を単位として設定される許容誤差範囲、（ｄ）０．１秒を単位として設定されるステージ上昇時の画像取込み遅れ時間、（ｅ）０．１秒を単位として設定されるステージ下降時の位置補正移動までの遅れ時間、である。
【００２０】
次いで、ステップＳ２にて、マスクアライナー本体がローディングされてプリアライメントが開始される。そして、ステップＳ３でステージ上にウェハがセットされて、ステップＳ４で規定のギャップまで上記ステージが上昇される。この状態で、ステップＳ５にてアライナー本体よりＡＬＩＧＮ信号が出力されて、ステップＳ６でアライン状態での画像認識が行われる。
【００２１】
すなわち、このステップＳ６に於いて、フォトマスクの基準画像とウェハの基準画像が記憶される。そして、上記フォトマスクの基準画像と上記ウェハの基準画像との位置関係より誤差となる位置ズレ量が算出され、Ｘ方向、Ｙ方向及び傾き角θの量が補正されて正規化差分処理が行われる。
【００２２】
ステップＳ７では、上記誤差の有無が判断される。誤差が有る場合はステップＳ８に進み、補正が１０回行われたか否かが判断される。該補正が１０回未満であればステップＳ９に移行して、誤差分だけ位置補正が実施され、その後上記ステップＳ６に戻る。
【００２３】
すなわち、上記ステップＳ７に於いて、誤差が生じていない場合、及び１０回以内の補正で誤差が無くなった場合は後述するステップＳ１５に進む。しかしながら、１０回の補正が行われても誤差が無くならなかった場合は、ステップＳ１０に進んで、ブザーが鳴らされると共に位置決めを失敗したことが表示される。
【００２５】
ステップＳ１１では、上記ウェハがセットされたステージが上昇されてプリント状態に設定される。次いで、ステップＳ１２にて、上記パラメータ（ｄ）で設定された時間Ａだけ待機した後、ステップＳ１３で画像認識される。
【００２６】
すなわち、このステップＳ１３に於いて、上記ステップＳ６と同様にフォトマスクの基準画像とウェハの基準画像が記憶される。そして、上記フォトマスクの基準画像と上記ウェハの基準画像との位置関係より誤差となる位置ズレ量が算出され、Ｘ方向、Ｙ方向及び傾き角θが補正されて、正規化差分処理が行われる。
【００２７】
次に、ステップＳ１４に於いて、再び誤差の有無が判断される。ここで、誤差が無い場合は後述するステップＳ２１に移行する。一方、誤差が有った場合は、続くステップＳ１５にて誤差を補正した回数が判断される。
【００２８】
誤差の補正が５回未満であれば、ステップＳ１６にてステージが下降されてアライン状態に戻される。そして、ステップＳ１７にて、該アライン状態で上記パラメータ（ｅ）で設定された時間Ｂだけ待機される。その後、ステップＳ１８で誤差分だけ位置の補正がなされ、ステップＳ１１に戻る。
【００２９】
上記ステップＳ１４及びＳ１５に於いて、誤差が有って５回補正がなされた場合は、ステップＳ１９に移行する。このステップＳ１９では、ブザーが鳴らされると共に位置決めを失敗したことが表示される。
【００３１】
以上、誤差に関する処理が終了すると、ステップＳ２０に進んでウェハが露光され、ステップＳ２１でマスクアライナーのアンロードとなってパターンニングが終了される。
【００３２】
図３は、図２のＣＣＤカメラ２４に取込まれた画像を示した図である。図３に於いて、マスクパターン２６ａ及び２６ｂは、オートアライメント用に予め埋め込まれたパターンである。また、ウェハパターン２７ａ及び２７ｂは、オートアライメント用のウェハ専用パターンである。
【００３３】
この状態で、図２に示されたレーザ１による走査によって、上記マスクパターン２６ａ、２６ｂ及びウェハパターン２７ａ、２７ｂからの回析光が光電的に検出される。
【００３４】
すなわち、レチクル１によりウェハパターン２７ａがサーチされて、最もマッチ度が高い点（正規化相関値が大きい）が検出位置とされる。また、レチクル２が用いられてウェハパターン２７ａがサーチされて、左側のウェハの位置が決定される。更に、レチクル３が用いられてフォトマスクの位置が検出される。
【００３５】
同様に、レチクル５、６及び７がサーチされて、右側のウェハ位置とフォトマスクの位置関係が算出される。
こうして求められたフォトマスクの位置の値が標準値と異なる場合は、下記（３）式を用いてＸ、Ｙ、θが補正される。
【００３６】
【数３】
0003545528.tif 000002
【００３７】
再度上記ウェハとフマスクの位置が算出される。ここで、所定の目標値（許容ズレ量）以内であれば、レチクル４とレチクル８が用いられて正規化差分処理される。
【００３８】
そして、露光判断により、露光ＯＫであれば露光処理がなされた後パターンニングが終了する。一方、露光ＯＫでなければ再度アライメントするか、ブザー等による告知がなされてマスクアライナーが停止される。
【００３９】
尚、機械的にプリアライメントして上記ウェハをマスクアライナーに供給する場合には、図示されない画像処理装置にて画像認識工程の前に、予め電気的にＸ、Ｙ、θの補正量を記憶させておく。そして、該Ｘ、Ｙ、θの値が補正された後、アライメント作業が実施されるようにする。
【００４０】
本発明のマスクアライメント方法によって確認したところ、ウェハ１０４３６枚に対して通過率９７．１％という実績を得ることができた。
このように、本発明の画像処理方式では原理的に二次元の濃淡画像処理方式で、ウェハの背景、パターンくずれ、ゴミ等の影響を受けにくくなる。
また、信号レベルの変化に対応するため、濃淡画像処理方式を採用して安定した結果が得られている。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ウェハの表面状態の影響やノイズの影響を受けにくく、オートアライメント率の低下を防止して作業の容易な安定した画像処理によるマスクアライメント方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に於けるマスクアライメント方法の動作を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態に係るマスクアライメント方法を実現するためのマスクアライナーの光学系を示した図である。
【図３】図２の光学系で撮像したウェハとホトマクスの関係と、各レチクルの関係を表した図である。
【符号の説明】
１  レーザ、
２  コンデンサレンズ、
３  回転ミラー（ポリゴンミラー）、
４  ｆθレンズ、
５、１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ  ハーフミラー、
６  フィールドレンズ、
７  分割プリズム、
１０ａ  左ランプ、
１０ｂ  右ランプ、
１３ａ  左対物レンズ、
１３ｂ  右対物レンズ、
１８ａ、１８ｂ  ストッパ、
２０ａ  左フォトディテクタ、
２０ｂ  右フォトディテクタ、
２２  エレクタ、
２３  プリズム、
２４  ＣＣＤカメラ。
【図１】
0003545528.tif 000003
【図２】
0003545528.tif 000004
【図３】
0003545528.tif 000005