(57)【要約】【課題】マークの種類に拘わらず、そのマークの形状に適した信号処理範囲を定義する。【解決手段】少なくとも１本の線状パターンを有するマークの位置を検出するマーク位置検出装置において、前記マークの画像を取り込む取込手段１８，１９，２１と、取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段２２，２４，２５と、前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記マークの位置を検出する検出手段とを有し、前記設定手段は、前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の２つの部分に分離して設定可能であることを特徴とする。【選択図】図１
2006118931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の線状パターンを有するマークの位置を検出するマーク位置検出装置において、
前記マークの画像を取り込む取込手段と、
取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段と、
前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記マークの位置を検出する検出手段とを有し、
前記設定手段は、前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の２つの部分に分離して設定可能であることを特徴とするマーク位置検出装置。
【請求項２】
少なくとも２本の互いに交差する線状パターンを有するマークの位置を検出するマーク位置検出装置において、
前記マークの画像を取り込む取込手段と、
取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段と、
前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記マークの位置を検出する検出手段とを有し、
前記設定手段は、それぞれの前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の、他の前記線状パターンとの交差位置を除いた部分であって、その交差位置の両側の部分にそれぞれ設定可能であることを特徴とするマーク位置検出装置。
【請求項３】
それぞれが少なくとも２本の互いに交差する線状パターンを有する第１のマークと第２のマークを有する位置ずれ検出用マークの前記第１のマークと前記第２のマークとの位置ずれ量を検出する位置ずれ検出装置において、
前記位置ずれ検出用マークの画像を取り込む取込手段と、
取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段と、
前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記第１のマークおよび前記第２のマークのそれぞれの位置を検出し、２つのマークのずれ量を検出する検出手段とを有し、
前記設定手段は、前記第１のマークと前記第２のマークのそれぞれの前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の前記第１のマークあるいは前記第２のマークの他の前記線状パターンとの交差位置を除いた部分であって、その交差位置の両側の部分にそれぞれ設定可能であることを特徴とする位置ずれ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上のマークの位置検出や位置ずれ検出の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知の露光工程と現像工程とを経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、上記のパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板（半導体ウエハや液晶基板）の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。
【０００３】
さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため（製品の歩留まり向上を図るため）、各々のパターン形成工程のうち露光工程の前に、基板のアライメントを行い、現像工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行っている。なお、基板のアライメントには、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成されたアライメントマークが用いられる。レジストパターンの重ね合わせ検査には、現在のパターン形成工程でレジスト層に形成された重ね合わせマークと、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成された重ね合わせマークとが用いられる。
【０００４】
また、基板のアライメントを行う装置や、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置には、上記のアライメントマークや重ね合わせマーク（総じて単に「マーク」という）の位置を検出する装置が組み込まれている。位置検出装置では、予め作成されたレシピにしたがって、検出対象のマークを視野領域内に位置決めし、そのマークの画像をＣＣＤカメラなどの撮像素子によって取り込み、マークの画像に対して所定の信号処理を施すことにより、マークの位置検出を行う（例えば特許文献１を参照）。
【０００５】
通常、位置検出用の信号処理範囲は、マークの画像の一部分であり、レシピに登録されている枠によってマークのエッジ部分を含むように定義される。例えば図５に示すバー状のマークの画像７０では、Ｘ方向の位置検出時、２つのエッジ部分７１,７２をそれぞれ含むように、２つの枠７１Ａ,７２Ａによって信号処理範囲が定義される。そして、この信号処理範囲に含まれるエッジ部分７１,７２の中心Ｃの位置が、マークのＸ方向の位置として検出される。
【特許文献１】特開２００４−７９９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、バー状のマークの位置を検出する場合は、２つの枠で信号処理範囲を決めるだけで、Ｘ方向の位置が検出できる。
しかしながら、上記の方法では、想定外の種類のマークの位置検出をしようとすると、２つの枠を用いるだけでは、位置検出が正確に出来ない場合もある。
【０００７】
近年、半導体素子などの高集積化に伴う回路パターンの微細化に対応するため、マークの位置検出の精度を向上させることが望まれ、マークの種類を含めて様々な検討が進められている。したがって、従来よりも複雑な形状のマークの位置検出に対応する必要が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、マークの種類に拘わらず、そのマークの形状に適した信号処理範囲を定義することができる位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題の解決のため、請求項１に記載の発明は、
少なくとも１本の線状パターンを有するマークの位置を検出するマーク位置検出装置において、
前記マークの画像を取り込む取込手段と、
取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段と、
前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記マークの位置を検出する検出手段とを有し、
前記設定手段は、前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の２つの部分に分離して設定可能であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
少なくとも２本の互いに交差する線状パターンを有するマークの位置を検出するマーク位置検出装置において、
前記マークの画像を取り込む取込手段と、
取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段と、
前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記マークの位置を検出する検出手段とを有し、
前記設定手段は、それぞれの前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の、他の前記線状パターンとの交差位置を除いた部分であって、その交差位置の両側の部分にそれぞれ設定可能であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
それぞれが少なくとも２本の互いに交差する線状パターンを有する第１のマークと第２のマークを有する位置ずれ検出用マークの前記第１のマークと前記第２のマークとの位置ずれ量を検出する位置ずれ検出装置において、
前記位置ずれ検出用マークの画像を取り込む取込手段と、
取り込まれた前記画像に対して信号処理範囲を定義する定義枠を設定する設定手段と、
前記定義枠で設定された部分を信号処理することにより、前記第１のマークおよび前記第２のマークのそれぞれの位置を検出し、２つのマークのずれ量を検出する検出手段とを有し、
前記設定手段は、前記第１のマークと前記第２のマークのそれぞれの前記線状パターンに対する前記定義枠を、前記線状パターン上の前記第１のマークあるいは前記第２のマークの他の前記線状パターンとの交差位置を除いた部分であって、その交差位置の両側の部分にそれぞれ設定可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
マークの種類に拘わらず、そのマークの形状に適した信号処理範囲を定義することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、図１に示す重ね合せ検査装置１０を例に説明する。重ね合わせ検査装置１０は、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において、基板１１のレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査を行う装置である。基板１１は、半導体ウエハや液晶基板などであり、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工前の状態にある。未加工の材料膜は、レジスト層と下地層との間に形成されている。
【００１４】
重ね合わせ検査では、基板１１の下地層に形成された回路パターン（以下「下地パターン」という）に対するレジストパターンの位置ずれ量の検出が、例えば図２（ａ）に示すような下地層の重ね合わせマーク（平行な直線状パターン１ａ’、１ｂ’の組、平行な直線状パターン２ａ’、２ｂ’の組からなるマーク）とレジスト層の重ね合わせマーク（平行な直線状パターン１ａ、１ｂの組、平行な直線状パターン２ａ、２ｂの組からなるマーク）とを用いて行われる。
【００１５】
これらの重ね合わせマークは、基板１１の表面（被検査面）の予め指定された多数の箇所に形成されている。
このような下地層の重ね合わせマークとレジスト層の重ね合わせマークは、設計上、下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ量がゼロのとき、各々の中心が一致するようになっている。重ね合せ検査装置１０では、レジストパターンの重ね合せ検査の際に、下地層の重ね合わせマークの中心の位置とレジスト層の重ね合わせマークの中心の位置とをそれぞれ算出し、その位置ずれ量を求める。
【００１６】
ここで、図２に示す本実施形態で用いる重ね合せマークについて、さらに説明する。
図２（ａ）は、本実施形態で用いる重ね合わせマークの例を示している。図２（ａ）において、平行な直線状パターン１ａ、１ｂの組、平行な直線状パターン２ａ、２ｂの組からなるパターンが第１のマークを形成している。そして、これら２組の平行な直線状パターンは互いに垂直に交差している。
【００１７】
平行な直線状パターン１ａ’、１ｂ’の組、平行な直線状パターン２ａ’、２ｂ’の組からなるパターンが第２のマークを形成している。そして、これら２組の平行な直線状パターンは互いに垂直に交差している。
【００１８】
第２のマークは、下地層に形成されており、下地パターンの基準位置を示している。第１のマークは、下地層の上に形成されたレジスト層に形成されており、レジストパターンの基準位置を示している。
【００１９】
平行な直線状パターン１ａ、１ｂの間隔と平行な直線状パターン１ａ’、１ｂ’の間隔とは異なり、平行な直線状パターン２ａ、２ｂの間隔と平行な直線状パターン２ａ’、２ｂ’の間隔とは異なる。ここでは、平行な直線状プパターン１ａ’、１ｂ’の間隔は、平行な直線状パターン１ａ、１ｂの間隔よりも大きく、平行な直線状パターン２ａ’、２ｂ’の間隔は、平行な直線状パターン２ａ、２ｂの間隔よりも大きい。
【００２０】
下地層とレジスト層のそれぞれのパターンが正常に重ね合わせて形成されたときに、第１のマークの中心と第２のマークの中心とが一致するように形成されている。
図２（ｂ）は本実施形態で用いる重ね合わせマークの別の例を示している。図２（ｂ）において、第２のマークは、図２（ａ）と同様である。第１のマークは、２組の平行線ではなく、１本の直線状パターン１とそれと直交する直線状パターン２とから形成されている。そして、同様にして、下地層とレジスト層のそれぞれのパターンが正常に重ね合わせて形成されたときに、第１のマークの中心と第２のマークの中心とが一致するように形成されている。
【００２１】
次に、図１に示す重ね合わせ検査装置１０の構成説明を行う。
重ね合わせ検査装置１０は、基板１１を支持するステージ１２と、基板１１に照明光Ｌ１を照射する照明系(１３〜１６)と、基板１１の光学像を形成する結像系(１６,１７)と、撮像素子１８と、観察用のＴＶモニタ１９と、信号処理部(２０,２１)と、制御部(２２〜２５)とで構成されている。また、重ね合わせ検査装置１０は、重ね合わせ検査（位置ずれ検出）に関わるレシピを作成する機能も備えている。
【００２２】
ステージ１２は、基板１１を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に移動させる駆動部とで構成される。ステージ１２のホルダをＸＹ方向に移動させることで、基板１１の被検査面のうち何れか１つの測定点（図２に示す重ね合わせマーク）を、結像系(１６,１７)の視野領域内に位置決めすることができる。
【００２３】
照明系(１３〜１６)は、光源１３と照明レンズ１４とハーフミラー１５と対物レンズ１６とで構成される。光源１３からの光は、照明レンズ１４とハーフミラー１５と対物レンズ１６を介した後（照明光Ｌ１）、ステージ１２上の基板１１の被検査面に入射する（落射照明）。このとき、視野領域内に位置決めされた測定点（図２の重ね合わせマーク）は、照明光Ｌ１により略垂直に照明される。そして、照明光Ｌ１によって照明された重ね合わせマークから反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は、後述の結像系(１６,１７)に導かれる。
【００２４】
結像系(１６,１７)は、対物レンズ１６と結像レンズ１７とで構成されている（光学顕微鏡部）。結像レンズ１７は、第２対物レンズとして機能する。基板１１からの反射光Ｌ２は、対物レンズ１６とハーフミラー１５と結像レンズ１７とを介した後、撮像素子１８の撮像面に入射する。このとき、撮像素子１８の撮像面上には、反射光Ｌ２に基づく拡大像（つまり重ね合わせマークの光学像）が形成される。
【００２５】
撮像素子１８は、複数の画素が２次元配列された白黒のエリアセンサ（例えばＣＣＤカメラ）であり、撮像面上の重ね合わせマーク(３１〜３５),(４１〜４４)の光学像を撮像して、画像信号を後段のＴＶモニタ１９と信号処理部(２０,２１)に出力する。また、レシピ作成時には、撮像素子１８からの画像信号が、後述の制御部(２２〜２５)のモニタ２４にも出力される。
【００２６】
撮像素子１８から出力される画像信号は、複数のサンプル点からなり、撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布を表す。輝度値は反射光Ｌ２の強弱に比例する。重ね合わせマーク(３１〜３５),(４１〜４４)の画像（例えばＴＶモニタ１９やモニタ２４に表示されるイメージ）は、重ね合わせマークのエッジ部分において、輝度値が低くなる。
【００２７】
信号処理部(２０,２１)は、フレームメモリ２０と波形信号演算用のＣＰＵ２１とで構成され、基板１１のレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査時、フレームメモリ２０内に撮像素子１８からの画像信号を記憶する。ＣＰＵ２１は、フレームメモリ２０内の画像信号に対して所定の信号処理（詳細は後述）を施し、重ね合わせマークの第１のマークの中心位置と第２のマークの中心位置とをそれぞれ算出し、その位置ずれ量を算出する。
【００２８】
ＣＰＵ２１による信号処理範囲は、Ｘ方向の位置ずれ検出時、図３に示す重ね合わせマークの画像の中で、破線で囲んだ部分（定義枠という）とする。
図３（ａ）において、第１のマークの直線状パターン２ａに対して、２つの定義枠６１（ａ１）、６１（ａ２）を設定する。
【００２９】
１つの直線状パターンに対して従来のように１つの定義枠のみを設定しないのは、直交する直線状パターン（１ａ、１ｂ、１ａ’、１ｂ’）と交差する部分は、それらの直交する直線状パターンと干渉することにより、ノイズが増加するため、使わない方がよいからである。
【００３０】
同様にして、第１のマークの直線状パターン２ａに対して、２つの定義枠６１（ｂ１）、６１（ｂ２）を設定する。
第２のマークに対しても同様にして、直線状パターン２ａ’に対して、２つの定義枠６２（ａ１）、６２（ａ２）を設定する。直線状パターン２ｂ’に対して、２つの定義枠６２（ｂ１）、６２（ｂ２）を設定する。
【００３１】
そして、各直線状パターンごとに定義枠内について、各画素の輝度値を縦方向に積算し、波形信号を生成する（プロジェクション処理）。そして、第１のマークのＸ方向の中心位置を求めるには、直線状パターン２ａと２ｂとをプロジェクション処理して生成された波形（２つのボトム部分を有する波形）に相関演算を施すことにより、直線状パターン２ａと２ｂとの中心位置を求める。
【００３２】
第２のマークのＸ方向の中心を求めるためには、直線状パターン２ａ’と２ｂ’とに対して同様の処理を行えばよい。
図２（ｂ）のマークに対しても同様の処理を行うことができる。図３（ｂ）に示すように、第２のマークについては図３（ａ）と同様であるが、第１のマーク（１，２）については、定義枠の数が少なくなる。Ｘ方向の位置を検出するのに、直線状パターン２に対して、２つの定義枠６１（１）、６１（２）を設定する。
【００３３】
そして、プロジェクション処理を行うと、１つのボトム部分を有する波形が得られる。１つのボトム部分に対して自己相関演算を施すことにより、直線状パターン２の中心位置を求める。
【００３４】
以上のような処理を、Ｙ方向についても行い、Ｙ方向の中心位置も求める、
そして、第１のマークと第２のマークの中心位置が求められたら、それらの中心位置のずれ量を求める。
【００３５】
図２（ａ）のマークと図２（ｂ）のマークとでは、必要となる定義枠の数が違うように、定義枠が何個（何組）必要であるかは、マークの形状による。このような定義枠の設定は、重ね合わせ検査装置１０のレシピ作成機能により行うことができる。
【００３６】
制御部(２２〜２５)は、図１に示す通り、装置全体を管理する操作コンピュータ２２と、ステージ制御用のＣＰＵ２３と、モニタ２４と、入力部２５とで構成される。操作コンピュータ２２は、基板１１のレジストパターンの重ね合わせ検査（重ね合わせマーク(３１〜３５),(４１〜４４)の位置ずれ検出）に先立ち、モニタ２４と入力部２５とを利用して、重ね合わせ検査(位置ずれ検出)に関わるレシピを作成する。
【００３７】
ここで、レシピ作成時における図３（ａ）の８個の定義枠の登録について説明する。図３（ａ）の８個の定義枠はＸ方向の位置ずれ検出に用いられるものである。Ｙ方向の位置ずれ検出に用いられる定義枠も、同様の手順によってレシピ作成時に登録される。以下では、Ｘ方向の位置ずれ検出に用いられる定義枠の登録を例に説明する。定義枠の登録は、次の手順[11]〜[15]にしたがって行われる。
【００３８】
[11]  モニタ２４のレシピ作成画面に、重ね合わせマークの画像（図２（ａ））をスルー状態で表示する。
[12]  作業者は、表示された重ね合わせマークの画像から、位置ずれ検出用の信号処理範囲として必要な数を、入力部２５から数値によって入力する。このとき、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用と重ね合わせマーク（２ａ、２ｂ）用との各々について必要な数を入力する。図２（ａ）の画像では、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用に"４"を、重ね合わせマーク（２ａ、２ｂ）用に"４"を入力する。
【００３９】
[13]  操作コンピュータ２２は、上記の手順[12]で入力された数に応じて、信号処理範囲を定義する定義枠のテンプレートをレシピ作成画面の任意の位置に任意の大きさで表示する。ここでは、図４（ａ）に示すように、重ね合わせマーク（２ａ、２ｂ）用に入力された数"４"に応じて、信号処理範囲を定義する第１定義枠のテンプレート６１が４つ表示され、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用に入力された数"４"に応じて、信号処理範囲を定義する第２定義枠のテンプレート６２が４つ表示される。これにより、レシピ作成画面には、２種類のテンプレート６１,６２がそれぞれ必要な数だけ表示されたことになる。
【００４０】
[14]  作業者は、入力部２５を操作することにより、図２（ａ）の画像の中で、２種類のテンプレート６１,６２（図４（ａ））の位置と大きさをそれぞれ調整する。第１定義枠のテンプレート６１の４つを重ね合わせマーク（２ａ、２ｂ）の画像部分に移動させ、各々の直線パターン部分に割り当て、直線パターン部分を含むように長さと幅を変更する。同様に、第２定義枠のテンプレート６２の４つも重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）の画像部分に移動させ、各々の直線パターン部分に割り当て、長さと幅を変更する。
【００４１】
[15]  上記の手順[14]での調整後、第１定義枠のテンプレート６１（４つ）と、第２定義枠のテンプレート６２（４つ）は、図３（ａ）に示すように、重ね合わせマークの直線状パターン部分に割り当てられる。そして、操作コンピュータ２２は、調整後のテンプレート６１（４つ）を、重ね合わせマーク（２ａ、２ｂ）用の定義枠としてレシピに登録し、調整後のテンプレート６２（４つ）を、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用の定義枠としてレシピに登録する。
【００４２】
このようにして、Ｘ方向の位置ずれ検出に用いられる重ね合わせマーク（２ａ、２ｂ）用、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用の２種類の定義枠の登録が終了し、同様の手順によってＹ方向の位置ずれ検出に用いられる定義枠（これも２種類）の登録が終了し、その他の条件の登録も終了すると、操作コンピュータ２２は、作成したレシピをメモリ内に記憶させる。そして、メモリ内のレシピにしたがって、基板１１のレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査を実行する。
【００４３】
なお、図４（ｂ）は、図２（ｂ）のための定義枠の設定画面の例である。図２（ｂ）の重ね合わせマークに対しては、重ね合わせマーク２に用に２つの定義枠、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用に４つの定義枠が必要となる。これらの数値を入力することにより、図４（ｂ）に示すように、重ね合わせマーク２用に、信号処理範囲を定義する第１定義枠のテンプレート６１が２つ表示され、重ね合わせマーク（２ａ’、２ｂ’）用に、信号処理範囲を定義する第２定義枠のテンプレート６２が４つ表示される。以降は、図４（ａ）の場合と同様に、図３（ｂ）に示すように各テンプレートを割り当て、長さ、幅を調整して、２種類の定義枠の登録を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態による重ね合わせ検査装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態で用いる重ね合わせマークを示す図。
【図３】本発明の実施形態での位置ずれ検出時の信号処理範囲を示す図。
【図４】本発明の実施形態における定義枠のテンプレートについて説明するための図。
【図５】従来の重ね合わせマークと信号処理範囲を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１０  重ね合わせ検査装置
１１  基板
１２  ステージ
１３  光源
１４  照明レンズ
１５  ハーフミラー 
１６  対物レンズ
１７  結像レンズ
１８  撮像素子
２０  フレームメモリ
２１，２３  ＣＰＵ
２２  操作コンピュータ
２４  モニタ
２５  入力部
１、１ａ、１ｂ、１ａ’、１ｂ’、２、２ａ、２ｂ、２ａ’、２ｂ’  重ね合わせマークの直線状パターン
６１，６２  定義枠
【図１】
2006118931.tif 000003
【図２】
2006118931.tif 000004
【図３】
2006118931.tif 000005
【図４】
2006118931.tif 000006
【図５】
2006118931.tif 000007