(57)【要約】【課題】  アライメントマークの探索は、探索順序によっては探索の移動距離が長くなり、探索に長時間を要する上、移動距離に応じて装置からの発塵があり、製品の不良発生率が高くなる。この発明は、探索の能率を向上し、かつ、移動距離を最小限にすることを課題とする。【解決手段】  試料上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像部と、試料と撮像部を相対的に移動させて撮像領域を順次変更する移動部と、試料上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶部と、撮像部と移動部を駆動して前記撮像順序で試料を撮像させる撮像制御部と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出部と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶部と、第２記憶部の記憶内容から各撮像領域の過去のアライメントマークの検出頻度と移動部が必要とする移動距離を算出する演算部と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定部を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像部と、試料と撮像部を相対的に移動させて撮像領域を順次変更する移動部と、試料上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶部と、撮像部と移動部を駆動して前記撮像順序で試料を撮像させる撮像制御部と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出部と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶部と、第２記憶部の記憶内容から各撮像領域の過去のアライメントマークの検出頻度と移動部が必要とする移動距離を算出する演算部と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定部を備えたアライメントマーク探索装置。
【請求項２】
撮像順序決定部は、過去の検出頻度が類似した複数の撮像予定領域の中から、現在の撮像領域からの距離が最短である領域を次の撮像領域として選択し、撮像順序を決定する請求項１記載のアライメントマーク探索装置。
【請求項３】
撮像順序決定部は、過去の検出頻度が、現在の撮像領域よりも小さい撮像予定領域について、検出頻度の差が第１しきい値より小さく、かつ、現在の撮像領域からの距離が最短である撮像予定領域を次の撮像領域として決定する請求項１又は２記載のアライメントマーク探索装置。
【請求項４】
撮像順序決定部は、過去の検出頻度が現在の撮像領域よりも小さく、かつ、差が第１しきい値より小さい撮像予定領域と、過去の検出頻度が現在の撮像領域よりも大きく、かつ、差が第２しきい値より大きい撮像予定領域とが混在するとき、過去の検出頻度が最も高い領域を次の撮像領域として決定する請求項１記載のアライメントマーク探索装置。
【請求項５】
試料上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像工程と、試料と撮像部を相対に移動させて撮像領域を順次変更する移動工程と、試料上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶工程と、撮像部と移動部を駆動して前記撮像順序で試料を撮像させる撮像制御工程と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出工程と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶工程と、各撮像領域の過去のアライメントマークの検出頻度と移動部が必要とする移動距離を算出する演算工程と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定工程を備えたアライメントマーク探索方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶ディスプレイの製造において、ウエハやガラス基板のような試料上のアライメントマークを検出するための探索装置及び探索手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体や液晶ディスプレイ等の製造においては、基板上にアライメントマークを描画し、各工程処理時にそのアライメントマークを利用して基板のアライメント（位置決め）を行っている。アライメントマークを検出するにあたり、エリアセンサカメラやラインセンサカメラ等、決まった領域を撮像することができる撮像装置を利用するが、撮像領域はアライメントマークを検出するための分解能によって制限され、高精度化が進む昨今では撮像エリアが狭小化される傾向にある。従って、目標とする位置にアライメントマークが検出できなかった場合、基板あるいは撮像系を移動して撮像領域を移動し、アライメントマークの探索を行う。この時、予め決めた順序に従って、撮像領域を順次移動してアライメントマークを探索する方法では効率が悪い場合があり、アライメント処理を行うまでに時間を要することになる。そこで、過去の検出履歴に基づいてアライメントマークの検出頻度の高い領域を優先して探索し、探索時間の短縮を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体や液晶ディスプレイ等の製造においては、配線の微細化およびチップ・パネルの大型化に伴い、異物不良防止の要求は高まり、製造工程および検査時においてもクリーン化が求められている。製造装置でも検査装置でも、露光ビームや洗浄ノズルなどの処理手段やプローブや撮像カメラなどの検査手段と、ウェハ・基板の処理部位または検査部位との相対的移動が欠かせないので、これに伴う発塵が問題になっている。このため、製造装置や検査装置の可動部の機構や材料の配置を工夫することにより、製造時や検査時の装置からの発塵を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２２２０１号公報
【特許文献２】特開平７−１７２５７１号公報
【特許文献３】特開平８−３２３５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、高精細化が望まれる一方で基板は大型化しており、アライメントマークは基板のエッジ付近に配置される場合が多い。従って、基板のずれが微小であっても、基板の両端にあるアライメントマークは、高分解能の撮像系で観察可能な撮像領域から外れる可能性があり、探索を行うための領域数は増加するものと考えられる。そのため、単純に検出頻度だけを基準にして探索順序を決定した場合、移動経路に無駄が生じ、アライメントマーク検出までに時間を要することが考えられる。
また、製造装置や検査装置の可動部の構成を色々と工夫しても、発塵のレベルは抑えらるものの、可動部が動く距離や時間が長ければそれに応じて発塵は起こる。これは、アライメントマーク検出時の検出部の相対的移動においても当てはまる。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、アライメントマーク検出の探索領域順序決定時に、移動距離に基づく移動経路の最適化を考慮することにより、マーク探索に要する時間を短縮するだけでなく、製造時や検査時における装置からの発塵の発生を防いで、製品の不良発生率の低減を図ることが可能なアライメント探索装置と探索方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、試料上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像部と、試料と撮像部を相対的に移動させて撮像領域を順次変更する移動部と、試料上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶部と、撮像部と移動部を駆動して前記撮像順序で試料を撮像させる撮像制御部と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出部と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶部と、第２記憶部の記憶内容から各撮像領域の過去のアライメントマークの検出頻度と移動部が必要とする移動距離を算出する演算部と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定部を備えたアライメントマーク探索装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、過去のアライメントマーク検出履歴情報に基づいて検出頻度と移動距離の両者から探索順序を決定することにより、探索時間が短縮される上に、移動経路の短縮を図ることができ、発塵の発生が抑制され、製品の不良発生率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明のアライメントマーク探索装置は、試料上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像部と、試料と撮像部を相対的に移動させて撮像領域を順次変更する移動部と、試料上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶部と、撮像部と移動部を駆動して前記撮像順序で試料を撮像させる撮像制御部と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出部と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶部と、第２記憶部の記憶内容から各撮像領域の過去のアライメントマークの検出頻度と移動部が必要とする移動距離を算出する演算部と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定部を備えたアライメントマーク探索装置を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明における試料には、例えば、半導体製造用シリコン基板や液晶ディスプレイ用ガラス基板が含まれるが、これに限定されない。撮像部は、例えば、対象物を所定倍率で２次元撮像して電気信号に変換する装置であり、それにはレンズとＣＣＤカメラと照明用光源などの組合せが好適に用いられる。
また、移動部は、試料と撮像部とを相対的に２次元（Ｘ−Ｙ方向）に移動させるものであり、これには、例えば、撮像部を固定する固定具と、試料をテーブルに搭載して２次元方向に移動させるモータ駆動のＸＹテーブルとの組合せが、簡便に用いられる。
また、第１および第２記憶部，撮像制御部，検出部，演算部および撮像順序決定部は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータによって、一体的に構成することができる。
【０００９】
この発明において、撮像順序決定部は、過去の検出頻度が類似した複数の撮像予定領域の中から、現在の撮像領域からの距離が最短である領域を次の撮像領域として選択し、撮像順序を決定してもよい。
また、撮像順序決定部は、過去の検出頻度が、現在の撮像領域よりも小さく、かつ、現在の撮像領域からの距離が最短である撮像予定領域を次の撮像領域として決定してもよい。
撮像順序決定部は、過去の検出頻度が現在の撮像領域よりも小さく、かつ、差が第１しきい値より小さい撮像予定領域と、過去の検出頻度が現在の撮像領域よりも大きく、かつ、差が第２しきい値より大きい撮像予定領域とが混在するとき、過去の検出頻度が最も高い領域を次の撮像領域として決定してもよい。
【００１０】
また、撮像順序決定部は、過去のデータから領域毎の検出頻度と領域座標と検出時刻を利用し、検出頻度と移動距離が同じである領域が複数存在する場合、検出時刻が最も新しいものを含む領域を選択することにより撮像順序を決定するようにしてもよい。
撮像順序決定部は、過去のデータから領域毎の検出頻度と領域座標を利用し、検出頻度と移動距離が同じである領域が複数存在する場合、候補となる領域の周辺領域の検出頻度合計が最も多い領域を選択することにより撮像順序を決定するようにしてもよい。
【００１１】
また、この発明は別の観点から、試料上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像工程と、試料と撮像部を相対に移動させて撮像領域を順次変更する移動工程と、試料上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶工程と、撮像部と移動部を駆動して前記撮像順序で試料を撮像させる撮像制御工程と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出工程と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶工程と、各撮像領域の過去のアライメントマークの検出頻度と移動部が必要とする移動距離を算出する演算工程と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定工程を備えたアライメントマーク探索方法を提供するものである。
【実施例】
【００１２】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。
図１に示すように、アライメントマーク検出装置は、基板１を搭載するＸＹテーブル（以下、ステージという）２と、基板１上の所定面積の領域の画像を撮像する撮像部３と、基板１上の複数の撮像領域について撮像順序を予め記憶する第１記憶部４と、ステージ２と撮像部３とを駆動して第１記憶部４に記憶された撮像順序で基板１を撮像させる撮像制御部５と、撮像された画像からアライメントマークを検出する検出部６と、アライメントマークの存在領域を記憶する第２記憶部７と、複数枚の基板１についてアライメントマークの検出を行った後に、第２記憶部７の記憶内容から各撮像領域のアライメントマークの検出頻度とステージ２が必要とする移動距離を算出する演算部８と、算出結果に基づいて新しい撮像順序を決定し、第１記憶部４の撮像順序を新しい撮像順序に更新する撮像順序決定部９を備える。
【００１３】
次に、図２のフローチャートを用いて本発明のアライメントマーク検出装置の動作について説明する。
ステップＳ１では、図示しない外部搬送装置によりステージ２の上に基板１が搬入される。
ステップＳ２では、撮像制御部５が第１記憶部４に記憶されている撮像順序、つまり、アライメントマークの探索順序のデータを読込む。
ステップＳ３とＳ４では、撮像制御部５がステップＳ２で読込んだ順序データに従って、目的の撮像位置にステージ２を移動させ、撮像部３により撮像（画像取込み）を行う。
【００１４】
ステップＳ５では、得られた画像から検出部６がアライメントマークの検出を実施する。この時、画像内にアライメントマークが検出できなかった場合はステップＳ６へ進む。ここで、ステップＳ２で読込んだ順序に従って全ての領域について撮像（探索）が完了した場合、検出エラーと判断して、ステップＳ１４へ進み第２記憶部７にエラー内容を記憶させ、ステップＳ１０へ進む。撮像すべき領域がまだ残っている場合、ステップＳ３へ戻り次の撮像領域へ移動し、ステップＳ４以降のステップを実行する。アライメントマークが検出された場合、ステップＳ７へ進む。
【００１５】
ステップＳ７では、アライメントマーク検出位置を第２記憶部７に記憶する。
ステップＳ８では、検出したアライメントマークに基づいて、基板１の位置決め（アライメント）処理を実施する。
ステップＳ９では、位置決めされた基板１に対して必要な加工を施す。
ステップＳ１０では、図示しない外部搬送装置により、ステージ２から基板１が搬出される。
ステップＳ１１では、演算部８が第２記憶部７に記憶されたアライメントマーク検出データの読込みを行う。
【００１６】
ステップＳ１２では、演算部８が第２記憶装置７から読込んだアライメントマーク検出データから、各撮像領域のアライメントマークの検出頻度と、必要とする移動距離とを算出する。その算出結果に基づいて撮像順序決定部９は最適な探索順序（撮像順序）を算出する。算出した探索順序がステップＳ２で読込まれた現在の探索順序と異なっている場合、探索順序を変更（更新）してステップＳ１３へ進み、探索順序データを第１記憶部４に記憶する。現在の探索順序と同じであれば、処理を終了する。
【００１７】
次に、ステップＳ１２で行う算出処理について説明する。ここで、図３は探索順序の初期状態を示す図、図４は探索領域のエリア番号を示す図、図５は従来の検出頻度順の探索順序を示す領域配置図、図６はこの発明による検出頻度に領域間距離を考慮した場合の探索順序を示す領域配置図、図７は領域座標を示す図、図８は図５に対応する検出頻度順の探索順序を示すデータの説明図、図９は図６に対応する検出頻度に領域間距離を考慮した場合の探索順序を示すデータの説明図である。
【００１８】
初期状態では、図３に示す（１）から（２５）の番号順に、探索領域全体の中心領域から螺旋状に探索を行うように探索順序を設定する。この探索順序に従って何度か探索を行った結果に基づいて、アライメントマークを検出した頻度の多い領域の順に、探索の順序を決定する。ここで、図４のＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、Ｃ１〜Ｃ５、Ｄ１〜Ｄ５、Ｅ１〜Ｅ５を、検出領域のエリア番号とする。
【００１９】
従来のように、単純に検出頻度の多い順に探索順序を決定した場合、例えば図８に示す領域別の検出頻度については、図５に示す（１）から（２５）の番号順のようになる。この時、（１）のＣ４から（７）のＢ４まで探索した後、アライメントマークが検出されなければ、次に（８）のＥ１まで移動し、更にアライメントマークが検出されなければ、（９）のＣ５へ移動する。図５の番号順に（１０）まで移動した場合、各領域は一辺の長さが１の正方形であるとして、ここまでの移動距離の合計は、約１８．０となる。また、全ての領域を探索した場合、移動距離の合計は、約５３．７となる。
このような離れた領域への移動を低減させるために、本発明では探索順序決定時に検出頻度が同じかもしくは一定値以内の差である領域が複数存在する場合、領域間の距離を考慮に入れることにより、移動距離を短くする探索順序を算出する。
【００２０】
以下に、この発明による探索（撮像）順序を決定する際のルールについて説明する。尚、過去の検出頻度の降順に並べたものを初期状態として、最頻値を示す領域を最初の探索（撮像）領域とする。また、パラメータとして数値ａ、ｂを定義する。数値ａ、ｂは、頻度値差のしきい値を示すもので、現在位置の頻度Ｎｓよりも小さい頻度Ｎｔを有し、それらの差がａ以下、つまり
Ｎｔ≦Ｎｓで、Ｎｓ−Ｎｔ≦ａ……（１）
となる領域を抽出するためにａを第１しきい値として使用する。また、ｂは距離優先で領域選択をしていった場合、距離が遠く頻度の高い領域が残されてしまうのを防ぐために設けるもので、現在位置の頻度Ｎｓよりも大きい頻度Ｎｔを有し、それらの差がｂ以上、つまり
Ｎｔ＞Ｎｓで、Ｎｔ−Ｎｓ≧ｂ……（２）
となる領域を抽出するためにｂを第２しきい値として使用する。
【００２１】
ルール１：現在位置の頻度との差がａ以下の領域が無い場合、つまり（１）式を満足する領域がない場合、最も高い頻度を示す領域を選択する。（同一頻度領域が複数存在する場合、最も距離の近いものを選択する）
ルール２：現在位置の頻度との差がａ以下、つまり（１）式を満足する領域が少なくとも１つ存在し、かつ、ｂ以上、つまり（２）式を満足する領域が無い場合、（１）式を満足する領域の中から最も距離の近い領域を選択する。（同一距離領域が複数存在する場合、最も頻度の高いものを選択する）
ルール３：現在位置の頻度との差がａ以下の領域が存在し、かつ、ｂ以上の領域が存在する場合、つまり、（１）式を満足する領域と（２）式を満足する領域が混在する場合、最も高い頻度を示す領域を選択する。（同一頻度領域が複数存在する場合、最も距離の近いものを選択する）
【００２２】
ルール４：ルール１〜３適用時、距離も頻度も同一の場合、図３の番号の若い順に選択するものとする。（ここでは一例として図３の順としたが、予め決めた優先順位を選択条件にしてもよいし、検出履歴の最近のものを含む領域を優先してもよい。また、周辺領域の検出頻度合計値が高い領域を優先してもよい。）
ルール５：ルール１〜３適用時、検出頻度０の領域を除いて選択する。（ここでは一例として検出頻度０の領域のみ除いたが、最大検出頻度の何％以下の領域を除くなど、自動的に条件を決めるものでもよい。）
【００２３】
次に、検出頻度順に決定した探索順序を示す図８において、探索順序Ｎｏ．（７）からＮｏ．（１０）までに注目すると、検出頻度は１３から１５の範囲にあるが、図５に示すように（８）だけが離れた位置にある。そこで、発明では、探索順序変更の際、参考にする検出頻度の差は任意に設定できるものとし、例えばパラメータａを０にすれば、検出頻度が同じ領域のみについて領域間の距離を考慮に入れた順序決定を行うし、パラメータａを１にすれば、検出頻度の差が１の領域について順序決定を行う。ここでは一例として固定値を設定する例を挙げたが、検出頻度の平均値を利用するなど、統計的に算出したパラメータを自動設定するようにしてもよい。
【００２４】
この実施例においては、ａ＝４，ｂ＝２として、次のように探索順序を決定する。図７の領域座標を利用して、この例では１つ前の（６）のＢ３の位置から最も近い領域を選択すると、（６）のＢ３と（７）のＢ４とは（１，０）の差、（６）のＢ３と（８）のＥ１とは（２，３）の差、（６）のＢ３と（９）のＣ５とは（２，１）の差、（６）のＢ３と（１０）のＤ５とは（２，２）の差であることから、（７）のＢ４の領域が最も近い領域となる。続いて、（７）のＢ４から最も近い領域は、（９）のＣ５の領域ということになり、更に続いて（１０）のＤ５、最後に（８）のＥ１の領域の順となり、図５に示す（７）から（１０）の探索順序は、図６と図９の様に変る。各領域一辺の長さが１の正方形であるとして、ここまでの移動距離の合計は、約１４．８となる。
【００２５】
以降、上述のような手順を順次実施し、アライメントマークの探索順序を決定していく。
このように全ての領域を探索した場合、その結果は図９に示すようになり、移動距離の合計は、約４５．４となる。単純に検出頻度の多い順に探索順序を決定した場合（図８）と比較して、約８．３の距離が短縮され、移動距離を約１５．４％削減したことになる。
【００２６】
以上述べたように本発明のアライメントマーク探索手法によれば、過去のアライメントマーク検出履歴情報に基づいて検出頻度のみならず移動距離まで考慮して探索順序を決定することにより、効率良いアライメントマーク探索を可能にする。また、移動距離が短縮されることにより、発塵の発生を抑制でき、製品の不良発生率を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
半導体や液晶ディスプレイの製造において、ウエハやガラス基板のアライメントを行う場合、試料上に予め描画されたアライメントマークを利用し、試料の姿勢調整を行っている。主にフラットパネルディスプレイの分野においては、高精細化が望まれる一方で基板サイズが大型化しており、アライメントマーク探索の必要性が高まり、また探索にかかる時間の短縮が要求されている。従って、本願発明は、試料のアライメントを必要とする工程に、好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための構成図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図３】探索順序の初期状態を示す図である。
【図４】探索領域のエリア番号を示す図である。
【図５】従来の検出頻度順の探索順序を示す領域配置図である。
【図６】この発明による検出頻度に領域間距離を考慮した場合の探索順序を示す領域配置図である。
【図７】領域座標を示す図である。
【図８】図５に対応する検出頻度順の探索順序を示すデータの説明図である。
【図９】図６に対応する検出頻度に領域間距離を考慮した場合の探索順序を示すデータの説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  ＸＹテーブル
３  撮像部
４  第１記憶部
５  撮像制御部
６  検出部
７  第２記憶部
８  演算部
９  撮像順序決定部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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