JP2003338455A - 位置検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造装置のマーク検出率を向上させる為
のものである。 【解決手段】ウエハ上の特にプリアライメントマークの
見えは半導体の高密度化に伴って多様となっている。理
由はマーク部の積層構造による線幅の変化、マーク部の
反射率の違いによる明暗の変化が発生するからである。
そのような画像であっても検出率を向上させる為にマー
クのエッジとエッジの方向を同時に抽出し、予め記憶し
ているエッジ方向毎にエッジを着目する特徴着目点で構
成されるテンプレートとのマッチングを行ない、マーク
の変形とマーク明暗の変化に対応したテンプレートの自
動変形による最適化を行なう。最適化されたテンプレー
トは次回以降のマッチングで使用するように自己学習す
る。そうすることでマークの検出率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置の
ウエハ上のパターン位置を検出するのに好適な位置検出
装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハ上にレチクルパターンを投影露光
する際は、ウエハとレチクルの位置合わせを行なってか
ら露光している。そのための位置合わせ技術として、ウ
エハ上に設けられたアライメントマークを用いて、プリ
アライメント、ファインアライメントの２種類のアライ
メントを実行する方法がある。プリアライメントの役割
は、ウエハ搬送装置から露光装置内のステージに構成さ
れたウエハチャック上にウエハが置かれた際に発生する
送り込みずれ量を検出し、ファインアライメントが正常
に処理できる精度内にウエハの位置を粗く位置合わせす
ることである。また、ファインアライメントの役割は、
ステージ上のウエハの位置を正しく計測し、レチクルと
の位置合わせ誤差が許容範囲内になる様に精密に位置合
わせすることである。プリアライメントの精度は３ミク
ロン程度が要求される。ファインアライメントの精度
は、ウエハ加工精度の要求で異なってくるが、例えば６
４ＭＤＲＡＭでは８０ナノメートル以下が必要となって
いる。

【０００３】プリアライメントは、先にも述べたように
搬送装置がウエハをチャックに送り込んだ際に発生する
送り込みずれを検出しなければならない。そのため、非
常に広範囲の検出が必要で、一般に５００μｍ□の範囲
を検出している。このような広範囲の中にあるアライメ
ントマークからＸ，Ｙの座標を検出する方法としてパタ
ーンマッチング処理が多く用いられている。

【０００４】この種のパターンマッチング処理として
は、大きく分けると２種類有る。１つは画像を２値化し
て予め持っているテンプレートとのマッチングを行な
い、最も相関が有る位置をマーク位置とする方法であ
り、もう一つは、濃淡画像のまま、濃淡情報を持つテン
プレートとの相関演算を行なう方法である。後者には正
規化相関法などが良く用いられている。

【０００５】上記のようなパターンマッチング処理は、
低コントラスト画像、ノイズ画像、あるいはウエハ加工
の際に発生した欠陥を有する画像などにおいては、アラ
イメントマーク検出が困難となる。本願出願人は、この
ようなアライメントマークの検出が困難な画像に対して
安定した検出を行なうことを可能とするマーク検出方法
を特許文献により提案した。この方法は、マークのエッ
ジを最適に抽出すると同時にエッジの方向特徴を共に抽
出し、方向成分に分けられたエッジに着目したパターン
マッチングを行なうことを特徴としている。

【０００６】

【特許文献１】特開２０００−２６０６９９号公報

【特許文献２】特開平１０−９７９８３号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】プリアライメントの場
合、非常に広範囲の検出を行なうが、アライメントマー
クは小さい。なぜならば、アライメントマークは半導体
素子にならないパターンであり、半導体素子の面積をで
きるだけ大きく取るために、アライメントマークは小さ
くならざるを得ないからである。そのため、アライメン
トマークは、素子として使われない領域たとえば、スク
ライブラインに入れられることが多く、一般にマークサ
イズはこのスクライブの幅で決まってしまう。

【０００８】近年の半導体製造の効率化と加工精度の向
上により、年々スクライブの幅は狭くなっており、スク
ライブは１００μｍ以下にまで狭くなっている。よっ
て、このようなスクライブに納まる検出マークサイズも
６０μｍ以下の大きさとなっている。また、高密度の半
導体を製造する為に、様々なウエハ処理工程を経るよう
になった。

【０００９】アライメントでは下の層に刻印されたマー
クを検出するが、半導体素子の製造工程においては次第
に上に層が形成されていく。このため、アライメントマ
ークの形状の変化が発生することがある。図９に検出マ
ークのマーク線幅の変化の一例を示す。図９において、
ＷＯなるサイズで設計値どおりに作られたマークは、テ
ンプレートが設計値通りならば、容易に検出可能であ
る。しかしながら、工程を経て、検出マークの段差構造
に各種の膜が積層されるとマーク線幅は細くなったり、
逆に太くなったりする。図９では、膜の積層によってマ
ーク線幅ＷＯがＷＰに狭くなった例を示す。この場合、
予め準備されていたテンプレートでの検出は困難となっ
てしまう。

【００１０】また、マークの検出に使用する照明方法が
明視野の場合、マークとその周辺の反射率の違いによっ
て観察状態に様々な変化が発生する。図８にそのような
状態の一例を示す。図８Ａは、検出マークの下地に反射
率の低い物質が使われ、その上に反射率の高い物質が積
層された場合で、反射率の高い物質をエッチングして形
成された検出マークの段差構造を（ｂ）に示している。
マークＷＩＮ部の反射率の変化を（ｃ）に、ＷＩＮ部の
明るさの変化を（ｄ）に示す。マークの２次元的な画像
は図８Ａの（ａ）に示されるようにマークが黒く周辺が
白く見える。

【００１１】これに対して、反射率が図８Ａと反転して
いる材質に変更すると、図８Ｂの（ａ）ような画像とな
り、明暗が変わってしまう。

【００１２】従来から提案されているテンプレートマッ
チングによるマーク検出方法として２値化された画像か
らのテンプレートマッチングや、正規化相関法などがあ
る。これらの処理では、マークの明暗の変化を検出する
ことができない。したがって、それらの相関処理では予
め明暗に合わせたテンプレートを準備する必要がある。

【００１３】以上述べたように、高密度の半導体を製造
するための技術進歩に伴って、広範囲な検出領域内に存
在し、工程によって変形するアライメントマークを検出
することは非常に難しくなっている。

【００１４】アライメントマークの変形によりマークを
検出できなくなる欠点を補うために、検出エラーが発生
する度に画像からマーク部分の特徴を記憶し、記憶した
画像をテンプレートとする手法は一般的である。さらに
は、特許文献２に示されるような、人手によって、マー
クを検出できるまでテンプレート情報を書き換えるとい
った手法しかなかった。これらの方法は、いずれも人が
介在しなければ、アライメントを完了させることができ
ない。また、積層構造の条件が変化すると検出できなく
なるのも問題である。特に近年の半導体工場はクリーン
度が増しているため人間が装置を操作しないようになっ
てきた。このため、人を介在させると半導体露光装置の
ダウンタイムはますます長くなり、生産効率が悪くな
る。

【００１５】また、近年の半導体デバイス製造分野で
は、大容量で処理速度の速い高性能半導体を歩留まりよ
く大量に生産するために、シリコンの大口径化、パター
ン幅の微細化、配線の多層化などの技術開発が進められ
ている。これに伴い、基板となるウエハの平坦度に対す
る要求はますます厳しくなっている。そこで、ウエハの
平坦度を増すために、ウエハ加工プロセスの中で、不特
定の大きさのダミーとなる繰り返しパターンを構成する
ことがある。このようなパターンがウエハ上に等しく狭
い間隔で多数配置されていた場合、上記特許文献１に示
されるマークのエッジ情報と類似したパターン配置とな
ることがある。

【００１６】プリアライメントの目的は広い視野の中か
らウエハの位置を決定するためのアライメントマークを
探すことであるので、意図しないパターンが視野の中に
入ってくることもある。こうして視野に入ったパターン
の構成要素（エッジの位置と方向）がたまたまテンプレ
ートと同じになると、従来のテンプレートマッチングを
行なうと相関度の高い座標としてマーク部の座標ではな
く、マークのエッジ情報と類似したパターンを誤検出し
てしまう場合がある。

【００１７】図１０を用いて上記現象を具体的に説明す
る。図１０は、プリアライメントマーク２５１とホール
状パターン２５３を含むウエハ表面の図を示している。
図１０で十字（実線）の形状をしたパターンがプリアラ
イメントマーク２５１であり、丸の形状をしたパターン
がホール状パターン２５３である。このような微細なホ
ール状パターン２５３がウエハ上に等しく狭い間隔で配
置してあるため、検出位置２５２に示すように、プリア
ライメントマーク２５１によく似た十字の形状が形成さ
れている。この形状は画像処理的にマークのエッジ情報
と類似したパターン配置となっている。

【００１８】図１０のウエハに対しテンプレートマッチ
ングを行なうと、相関度の高い座標として、プリアライ
メントマーク２５１に対応する座標ではなく、ホール状
パターン２５３内の座標（点線で示した十字（検出位置
２５２））を、誤検出してしまう場合がある。

【００１９】本発明は、以上のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、製造過程において発生するマークの変
化に対して、より安定したマーク検出を可能とすること
を目的とする。また、本発明の他の目的は、マーク明暗
の変化などに柔軟に対応できるマーク検出方法及び装置
を提供することにある。

【００２０】また、本発明の他の目的は、マークの誤認
を防止し、所定のマークをより確実に検出可能とするこ
とにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による位置検出方法は、検出マークの位置を
検出する位置検出方法であって、前記検出マークを含む
画像に対して、テンプレートを用いたマッチングを実行
するマッチング工程と、前記マッチングに用いられるテ
ンプレートを変更する変更工程と、前記マッチング工程
によるマッチング度が所定値以下の場合、前記変更工程
によってテンプレートを変更しながら前記マッチング処
理を繰り返す繰返し工程と、前記マッチング工程もしく
は前記繰り返し工程によるマッチングの結果に基づいて
位置検出をする工程とを備える。

【００２２】また、上記の目的を達成するための本発明
による位置検出方法は、検出マークの位置を検出する位
置検出方法であって、前記検出マークについてエッジ位
置と非エッジ位置を特定するテンプレートを保持手段に
保持する保持工程と、画像より抽出されたエッジが、エ
ッジ位置に存在し、非エッジ位置に存在しないことに基
づいて相関度を算出するマッチング工程と、前記マッチ
ング工程で算出された相関度に基づいて、前記画像中に
おける前記検出マークの位置を決定する決定工程とを備
える。

【００２３】また、上記の目的を達成するための本発明
による位置検出装置は、検出マークの位置を検出する位
置検出方法であって、前記検出マークを含む画像に対し
て、テンプレートを用いたマッチングを実行するマッチ
ング手段と、前記マッチングに用いられるテンプレート
を変更する変更手段と、前記マッチング手段によるマッ
チング度が所定値以下の場合、前記変更手段によってテ
ンプレートを変更しながら前記マッチング処理を繰り返
す繰返し手段と、前記マッチング手段もしくは前記繰り
返し手段によるマッチングの結果に基づいて位置検出を
する手段とを備える。

【００２４】また、上記の目的を達成するための本発明
による位置検出装置は、検出マークの位置を検出する位
置検出装置であって、前記検出マークについてエッジ位
置と非エッジ位置を特定するテンプレートを保持する保
持手段と、画像より抽出されたエッジが、エッジ位置に
存在し、非エッジ位置に存在しないことに基づいて相関
度を算出するマッチング手段と、前記マッチング手段で
算出された相関度に基づいて、前記画像中における前記
検出マークの位置を決定する決定手段とを備える。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好適な実施形態について説明する。

【００２６】＜第１実施形態＞本実施形態では、マーク
線幅の変形、マーク明暗の変化などによって検出が困難
なアライメントマークの画像に対してより安定したマー
ク検出を実現する。そのために、低コントラスト、ノイ
ズ画像、ウエハ加工の際に発生した欠陥を有する画像な
どの検出に優れた効果をもつ特開２０００−２６０６９
９公報で開示されているパターンマッチングに検出対象
マークの変形および明暗の変化に対応するテンプレート
の最適化処理と自己学習機能を追加している。

【００２７】特開２０００−２６０６９９のパターンマ
ッチングの評価は、空間的な位置とその位置の画素が持
っている方向性を表したテンプレートを使用することを
基本としている。本実施形態による、マークの変形に対
応したテンプレートの最適化は、テンプレートの空間的
な位置、特に線幅に相当する部分を縮小または拡大する
オペレーションを実施しながらテンプレートマッチング
を繰り返すことによって行われる。また、本実施形態で
は、マークの明暗の変化に対応した最適化をテンプレー
トの持っている方向性を逆向きにするオペレーションに
よって行なう。更に、自己学習とは、直前に最適化され
たテンプレートを次回以降のテンプレートマッチング処
理を行なうために記憶する機能である。

【００２８】まず図２Ａを用いてプリアライメント動作
を説明する。図２Ａは本実施形態による半導体露光装置
の概略構成を示す図である。ウエハに露光されるパター
ンはレチクル１に存在し、不図示の照明系よりＩ線ある
いはエキシマレーザ光を使って照明され、その投影光が
投影レンズ２を介してウエハ５に照射されることによ
り、ウエハ５は露光される。

【００２９】一方プリアライメントは、不図示のウエハ
搬送装置によって、ＸＹステージ３上のウエハ吸着チャ
ック４に乗せられる。チャック上のウエハは搬送装置の
精度で乗せられている。よってそのままウエハの精密な
位置計測はできない。その為、ウエハ上のプリアライメ
ント（粗合わせ）マークを投影レンズの外側に構成され
るオフアクシススコープ６で観察し、ＣＣＤカメラ７な
どで光電変換し、プリアライメント画像処理装置８でマ
ークの位置を検出する。光電変換されたビデオ信号をＡ
／Ｄ変換装置８１でデジタル情報に変換し、画像メモリ
を有する画像処理プロセッサ８２でプリアライメントマ
ーク位置の検出を行なう。

【００３０】アライメントマークの形状は一個のマーク
でＸ，Ｙ両座標を検出できることがスループット上有利
なので、図３のマーク１００として示される形状とす
る。プリアライメントマークの画像を取り込んだときの
ステージの位置はレーザ干渉系１２によって正確に測定
されていて、露光制御装置９でマーク位置のずれとステ
ージの位置からウエハの置かれたずれ量を正しく計測す
る。

【００３１】なお、第１実施形態ではオフアクシススコ
ープでの照明として暗視野照明の場合を例に挙げて説明
する。暗視野照明の場合、マーク段差のエッジ位置から
の散乱光をＣＣＤカメラなどで受光する。但し、明視野
照明であっても本実施形態を適用できることはいうまで
もない。

【００３２】次に、図１を参照して、本実施形態による
プリアライメント画像処理を説明する。なお、以下に説
明する処理は、画像処理プロセッサ８２のＣＰＵ（不図
示）がＲＯＭ等のメモリ（不図示）に格納された制御プ
ログラムを実行することにより実現される処理である。

【００３３】図１は、プリアライメント画像処理を説明
するフローチャートである。ＣＣＤカメラ７で取込まれ
た画像に対して、画像処理プロセッサ８２でエッジ抽出
が行なわれ、エッジ情報が生成される（ステップＳ１０
０）。エッジの抽出では、そのエッジが上向きエッジ、
下向きエッジ、右向きエッジ、左向きエッジのいずれか
であるかといった情報も同時に抽出する。本実施形態で
は上下左右４方向としたが４種類の４５度方向を加えて
８方向としても構わない。なお、エッジの方向がの上向
き、下向き、右向き、左向きのいずれであるかは、図３
により後述する閾値thl、thr、thu、thoを超えたか下回
ったかにより判別される。

【００３４】次にステップＳ１０１において、エッジ情
報からエッジのサーチを行なう。サーチとはマークのお
およその位置を画像内から探すことを意味する。マーク
の形状は既知であるので、マークの中心からどこにどの
ようなエッジがあるか分かっている。上向きエッジの位
置、下向きエッジの位置、右向きエッジの位置、左向き
エッジの位置の２次元的な配置を登録エッジ配置として
記憶しておき、ステップＳ１００で抽出したエッジ画像
と登録エッジ配置とのマッチングを行なう。

【００３５】マッチング結果が検出判定閾値以上であれ
ばマークのサーチは成功したこととなり、ステップＳ１
０２からステップＳ１０３へ処理を進める。ステップＳ
１０３では、マークの詳細な位置測定を行なう。

【００３６】一方、ステップＳ１０１におけるサーチが
成功しなかった場合、処理はステップＳ１０２からステ
ップＳ１０４へ進む。サーチ回数が指定回数に達してい
なければ、ステップＳ１０５へ進み、テンプレート形状
の変形を予め決められた方法で調整し、ステップＳ１０
１へ戻って再度サーチを行なう。なお、エッジ情報は既
に取得されたものを利用できるので、Ｓ１０１のサーチ
処理から実行される。このようなテンプレート形状の変
形とサーチの繰り返しループはあらかじめ設定されてい
る回数または、条件によって制御される。要は、上記繰
り返しループをこれ以上繰り返してもマークの検出はで
きないと判断した場合に、検出エラーとなる。

【００３７】［エッジ抽出（Ｓ１００）について］次
に、上述のステップＳ１００におけるエッジ抽出につい
て説明する。図３、図４は本実施形態によるエッジ抽出
を説明する図である。マーク１００の散乱光はＣＣＤカ
メラ７で受光されて光電変換された後、Ａ／Ｄ変換器８
１によってＡ／Ｄ変換され、メモリに記憶される。

【００３８】記憶した画像のあるＸ方向の走査線では信
号Xiが得られる。信号はマークエッジ位置が光り他の部
分は黒い。信号Xiを微分すると 信号Xidとなる。走査
線を左側からみていくと、エッジの立ち上がりで正、下
がりで負の信号となる。信号Xidの立ち上がり側にthlの
閾値を設定し、thlよりも信号Xidが大きい場合とそうで
ない場合とによって二値化すると、エッジを示す信号Le
となる。同様に閾値thrを設定し、thrよりも信号Xidが
小さい場合そうでない場合で二値化するとエッジを示す
信号Reとなる。信号Le はマーク信号の左向きエッジ位
置を示し、信号Reはマーク信号の右向きエッジ位置を示
している。

【００３９】同じようにメモリ上である縦ライン（Ｙ方
向）における信号を作成すると信号Yiとなる。Yiを下か
らみていき、Xの場合と同様に、微分、閾値を設定して
二値化すると信号Ue及び信号Oeが得られる。信号Ueはマ
ーク信号の下向きエッジ位置を信号Oeはマーク信号の上
向きエッジ位置を示している。

【００４０】図４はマーク１００の右向きエッジ位置、
左向きエッジ位置、上向きエッジ位置、下向きエッジ位
置をそれぞれ求めた２次元イメージを示している。合成
すると図４の（ａ）のようになるが、それぞれ独立情報
として上向きエッジ位置（図４（ｂ））、下向きエッジ
位置（図４（ｃ））、左向きエッジ位置 （図４
（ｄ））、右向きエッジ位置（図４（ｅ））をエッジ位
置画像として記憶する。

【００４１】ステップＳ１０１におけるサーチでは、あ
らかじめ記憶しているテンプレートと図４の（ｂ）〜
（ｅ）に示されるエッジ位置画像とのマッチング演算に
よって行なう。図５を用いてサーチを説明する。マーク
中心（十字）５１に対して上側、下側、左側、右側の各
エッジがどこにあるかはあらかじめ分かっているので、
マークの特徴的な部分を丸印の位置とし、図５（ｂ）〜
（ｅ）に示すような配置をテンプレートとして登録す
る。登録されたテンプレートの上側（図５（ｂ））、下
側（図５（ｃ））、左側（図５（ｄ））、右側（図５
（ｅ））を合成すると図５（ａ）となる。なお丸印の位
置を特徴着目点と呼び、本実施形態では、この着目点の
集合をテンプレートとする。テンプレートは特徴着目点
の位置と着目点のエッジの方向を示す方向特徴から構成
されている。

【００４２】［エッジサーチ（Ｓ１０１）について］サ
ーチにおけるマッチング演算は、マーク中心５１の位置
（十字位置）に対して、図５（ｂ）の丸印の位置に、図
４（ｂ）に示すエッジ情報があるかどうか判断する。同
様の判断を、図４（ｃ）と図５（ｃ）、図４（ｄ）と図
５（ｄ）、図４（ｅ）と図５（ｅ）に関しても行なう。
全ての丸印の位置にエッジ情報が存在すると相関度は１
００％となる。丸印の位置にエッジ情報が無い場所が存
在すると１００％から下がる。このようなマッチング演
算をエッジ画像全体に対して行なう。そして、最終的
に、その中で最も相関度が高いマーク位置の座標を抽出
しサーチを完了する。

【００４３】なお、図５に示される特徴着目点は間引き
されたもので表現されている。この点数を多くしても特
徴を表現していなければ効果が無い。また、密にしたと
しても相関性が低下した場合には、急激に相関度（相関
係数）が下がり、検出判定できないことがある。そのよ
うな場合としては、主に、マークが欠損している場合が
多い。その為、間引きした特徴着目点を設定したほうが
高い検出率を維持できる。

【００４４】上述のサーチで最大相関度のマークを選出
できたにも関わらず、その値が判定閾値より低い場合
は、最大相関度が得られたテンプレートの座標が正しい
マーク位置を示していない可能性がある。すなわち、テ
ンプレート形状とウエハ上に刻印されたアライメントマ
ークの形状が一致していない場合がある。そこで、テン
プレートの形状を変形させ、テンプレートの最適化を行
なう。以下、テンプレートの最適化について説明する。

【００４５】［テンプレート形状の変更／最適化（Ｓ１
０５）について］図６Ａ、Ｂを用いてテンプレート形状
変形を説明する。なお、図６Ａ、Ｂともに、図５の
（ａ）に示すテンプレートを標準形状、すなわち設計値
どおりの形状として、これを変形したものである。図６
ＡはＸＹ方向に１画素大きなテンプレートを示す。ま
た、図６ＢはＸＹ方向に２画素大きなテンプレートを示
す。

【００４６】図６Ａのテンプレートと図５の標準テンプ
レートとの差は、両図の（ｂ）からわかるように、標準
テンプレートに対して上向きのエッジ位置を１画素上側
に移動し、（ｄ）からわかるように標準テンプレートに
対して左向きのエッジ位置を１画素左側に移動している
点である。また、図６Ｂのテンプレートと標準テンプレ
ートとの差は、標準テンプレートに対して上向きのエッ
ジ位置を１画素上側へ（ｂ）、下向きのエッジ位置を１
画素下側へ（ｃ）、左向きのエッジ位置を１画素左側へ
（ｄ）、右向きのエッジ位置を１画素右側に（ｅ）それ
ぞれ移動している点である。

【００４７】なお、図示はしていないが、上記と同様
に、標準テンプレート（図５）に対して１画素小さいテ
ンプレート、２画素小さいテンプレートを準備する。例
えば、１画素小さいテンプレートは、図５の（ｂ）に示
される上向きのエッジ位置を１画素下側に移動し、図５
の（ｄ）に示される左向きのエッジ位置を１画素右側に
移動して得られる。また、２画素小さいテンプレート
は、図５に示される上向きのエッジ位置（ｂ）、下向き
のエッジ位置（ｃ）、左向きのエッジ位置（ｄ）及び右
向きのエッジ位置（ｅ）をそれぞれ下側、上側、右側、
左側に１画素移動して得られる。

【００４８】なお、テンプレート変形は、上述の４種類
だけではなく、標準テンプレートよりも３画素大きな、
或いは小さなテンプレート等も用いうる。そして、例え
ば、次のようなルール、 (1)１画素大きなテンプレート (2)１画素小さなテンプレート (3)２画素大きなテンプレート (4)２画素小さなテンプレート (5)３画素大きなテンプレート (6)３画素小さなテンプレート ： ： ： ： に従って変形させたテンプレートを自動生成するのが効
率的であろう。

【００４９】テンプレートの変形とエッジサーチの繰り
返し回数は線幅に相当する間隔が１以下になるまで、も
しくは線幅に相当する間隔が想定されている変形量を超
えるまでとする。この時点でテンプレートとのマッチン
グが取れない場合は、検出エラーとなる（Ｓ１０４）。
また、テンプレートの変形を大きく、小さく、大きく、
小さくと繰り返すのは、マーク変形量が小さい確率が高
いためなるべく小さな変化から評価するほうが、テンプ
レートとマーク変形が一致しやすく、最短時間で最適化
が終了するからである。

【００５０】もちろん変形テンプレートの自動生成方法
は上に示した方法に限る必要はない。例えば、検出マー
クについてはＸ方向のみの変形が生じる場合、Ｙ方向の
みの変形が生じる場合が考えられる。そこで、図７Ａ，
Ｂに示される様に、Ｘ方向へテンプレート変形を行なっ
たり、図示していないが、図７Ａ、Ｂと同様にＹ方向の
テンプレート変形を行なってもよい。図７ＡはＸ方向が
１画素大きいテンプレートを、図７ＢはＸ方向に２画素
大きいテンプレートを示す。

【００５１】このようなテンプレートの自動生成に関し
ても、 (1) X（Y）方向に１画素大きなテンプレート (2) X（Y）方向に１画素小さなテンプレート (3) X（Y）方向に２画素大きなテンプレート (4) X（Y）方向に２画素小さなテンプレート (5) X（Y）方向に３画素大きなテンプレート (6) X（Y）方向に３画素小さなテンプレート ： ： のような順序による自動生成が効率的であろう。

【００５２】更に、自動生成として、ＸＹが同時に変
形、Ｘだけ変形、Ｙだけ変形の全てを組み合わせて、最
適なテンプレート自動生成手順を決定することができ
る。

【００５３】変形テンプレートを自動生成しながらテン
プレートマッチングを実施し、最大相関度が判定閾値を
超えた場合、自動生成したテンプレートがウエハ上のマ
ークと同じ形状となったと判断され、最適化は完了す
る。最大相関度が得られた座標は正しいマーク位置であ
る。なお、上記変形テンプレートは予めメモリに保持し
ておいて必要に応じて読み出すようにしてもよい。但
し、そのつどテンプレートの変形を演算する方式を用い
れば、標準テンプレートと学習後のテンプレートを保持
すればよいので、メモリが節約できる。

【００５４】なお、判定閾値を超えることができた自動
生成されたテンプレートは記憶（自己学習）され、次回
以降のテンプレートマッチングで使用するテンプレート
とする。次回以降も同じようにウエハ上のマークが変形
している可能性が高いため、このような自己学習をする
ことによって、次回以降のテンプレートマッチングで判
定閾値を下回る確率が下がる。よって、テンプレートの
最適化を繰り返すことなく、迅速にマーク位置を探すこ
とが可能となる。

【００５５】なお、直前の自己学習の結果としての最適
テンプレートでマーク位置の検出ができなかった場合
は、設計値と一致するテンプレート（標準テンプレー
ト）に戻し、判定閾値を超えるまで先述の方法でテンプ
レートの最適化と自己学習を実施する。

【００５６】なお、上記では、最大相関度が判定閾値を
超えた場合に最適化を完了するものとした。しかしなが
らこれに限られるものではない。例えば、（１）テンプ
レートの変形の限界まで最適化を実行し、最適化の過程
で最も大きな最大相関度を得ることのできたテンプレー
トを採用する方法、（２）最大相関度が判定閾値を超え
ることができた複数のテンプレートの中で中心の線幅と
なるテンプレート（それらのテンプレートの線幅の平均
を取り、その平均に最も近い線幅のテンプレート）を採
用する方法もある。これらの方法は、最適化したテンプ
レートのサイズマージンが大きいため、マーク変形に対
してより鈍感なテンプレートと言える。

【００５７】マークのサーチが完了した後の精密な検出
は、例えばＡＤ変換した画像のサーチ中心を原点とした
輝度分布から重心を求める方法などによって画素分解能
以下の精度でマーク位置を決定することが可能である。

【００５８】また、エッジ抽出を画像取り込み後に行な
っているが、エッジ抽出の前にノイズ除去フィルタリン
グを行なって、事前にノイズレベルを下げて不要なエッ
ジ情報が出ない様にしてもよい。このような処理の追加
はいずれもマークのサーチの検出率を高める効果があ
る。

【００５９】以上のように、第１実施形態によれば、テ
ンプレートの最適化を自動的に行なうことによって、標
準テンプレートのマッチングによって検出マークを検出
できなかった場合でも単純に処理を終了するのではな
く、さらに検出率の高いパラメータを検索、設定するこ
とが可能となる。こうして、今までは検出困難であった
画像でも検出できる様になり、プリアライメントで止ま
る事無くファインアライメントを実行できるようにな
る。

【００６０】＜第２実施形態＞第１実施形態ではマーク
の線幅が太くなった場合あるいは、細くなった場合に関
するテンプレート形状の最適化を述べた。第２実施形態
では図８Ａ，Ｂのようにマークの明暗が変化した場合に
対するテンプレートの最適化を述べる。なお、第２実施
形態では、明視野照明を用いる。但し、明視野で説明す
るのは説明の便宜によるものであり、第２実施形態を暗
視野に適用することも可能である。暗視野では、エッジ
散乱光で検出するが、マーク部が平坦で、マーク以外の
ところがざらついた面で構成されていると、マークが黒
く、ざらついた面が白くなることがある。このため、暗
視野でも白・黒が変化する場合があり、このような場合
に第２実施形態を適用できる。

【００６１】図８Ａは背景が白くマーク部が黒い例（Bl
ack）を示す。逆に図８Ｂは背景が黒くマーク部が白い
例を示す（White）。このようにマーク部の明暗が異な
るのは、ウエハのマークとマーク周辺の材質の違いによ
って発生する。材質によって光の反射率が異なるため、
明視野照明の場合、マーク部と周辺に明暗の違いが発生
するのである。

【００６２】次に、図８Ａと図８Ｂに示したマークのテ
ンプレートについて説明する。第１実施形態で説明した
ようにマーク輪郭部を微分して、thl, thr, thu, thdで
エッジの方向成分を抽出すると、図８Ａ，Ｂの（ｆ）に
示される信号となる。図８Ａ，Ｂでは説明を簡単にする
ため、左向き、右向き方向のエッジ成分のみを示した
が、上向き、下向き方向のエッジについても同じであ
る。

【００６３】図８Ａ，Ｂの（ｆ）に示される様に、明暗
が反転していることによってエッジ位置は等しいがエッ
ジ方向すなわち、左向きと右向きがそれぞれ反転するこ
とがわかる。図示していないが上向きエッジ、下向きエ
ッジについても同様である。この性質を使い、テンプレ
ート変形によるマークの白・黒色変化に対応した最適化
を行なう。

【００６４】例えば予め準備しているテンプレートが白
タイプ（図８Ｂ）に対応している場合、検出しなければ
ならないマークが黒タイプ（図８Ａ）であると検出は不
可能である。従って検出判定閾値を下回る。もしも検出
判定閾値を下回った場合、テンプレートを黒タイプに自
動的に変更し、再度テンプレートマッチング処理を施
す。この場合、検出するマークの明暗と一致するので、
検出判定閾値を下回ることはない。なお、テンプレート
の黒タイプと白タイプの変更は、エッジの位置を保った
まま、エッジの方向を左向きと右向きの入れ替え、上向
きと下向きの入れ替えによって行なう。なお、ここでは
テンプレートにおけるエッジの向きを右向きと左向きの
入れ替え、上向きと下向きの入れ替えとして説明した
が、エッジを検出した画像の極性を変えても構わない。
右向きエッジ画像を左向きエッジ画像へ、左向きエッジ
画像を右向きエッジ画像へ、上向きエッジ画像を下向き
エッジ画像へ、下向きエッジ画像を上向きエッジ画像と
定義を変更し、元のままのテンプレートとの相関を求め
ても同じ結果が得られる。すなわち、エッジ検出信号の
Left、Rightの入れ替え、Over、Downの入れ替えで対応
することも可能である。

【００６５】なお、第１実施形態と同様に、直前の最適
化で決定したタイプのテンプレートを自己学習し、次回
以降のテンプレートマッチングに使用する。もしも検出
できなかった場合、再度白タイプに戻すことを自動で行
なえばよい。

【００６６】このように、第２実施形態によれば、検出
するマークの明暗がいかなるタイプであってもマークの
明暗を自動的に認識し、パターンマッチングを継続する
こととなる。

【００６７】なお、第１実施形態で説明したマークの線
幅変形に対応したテンプレート最適化と、第２実施形態
で説明したマーク明暗の変化に対応したテンプレート最
適化を組み合わせて、広範なマーク変形に対応可能とし
てもよい。この場合も、直前に形状と明暗が最適化され
たテンプレートを次回以降のテンプレートマッチングの
テンプレートとして採用すると、次回以降のマッチング
処理は、テンプレートの最適化処理が不要であるので最
短時間でマーク位置を検出することが可能である。

【００６８】また、テンプレートマッチング処理は第
１、第２実施形態で示した方式に限ったものでなく、２
次元的な空間を記述するテンプレートを用いた処理であ
れば適応することは可能である。また、正規化相関、２
値化パターンマッチングなどを用いたマッチングにも上
記実施形態は応用できる。

【００６９】以上説明したように、上記第１乃至第２実
施形態によれば、マーク画像のエッジを最適に抽出し、
同時にエッジの方向特徴を共に抽出し、方向によって分
けられたエッジの位置（上下左右のエッジ位置）に着目
したパターンマッチングを行なう。さらに、マーク変
形、マーク明暗の変化に対してテンプレートの最適化を
自動的に行なうため、広範なタイプのマークに対してマ
ーク位置の検出が可能となる。すなわち、高密度の半導
体を製造する為のありとあらゆるアライメントマークの
画像に対してより安定したマークの検出が可能となる。
その結果、半導体製造の歩留まりが向上するだけでな
く、半導体製造装置の駆動していない時間すなわちダウ
ンタイムの軽減を達成でき、より信頼性が増し、今後の
高密度加工に対応することができる。

【００７０】＜第３実施形態＞第３実施形態では、テン
プレートを構成している要素として、エッジが存在して
いる部分に、エッジが存在していない部分を加える。す
なわち、第１実施形態において説明したテンプレート情
報に対して、必ずエッジが存在していない箇所、すなわ
ち、存在を期待していない箇所を新たに特徴着目点とし
て付加する拡張を行なう。たとえば図１０に示されるプ
リアライメントマーク２５１は内側にはエッジパターン
は存在しない。よって、テンプレートに、内側にはパタ
ーンが存在しないことを評価する点を付加することで、
ホール上パターンが密集している箇所でも誤検出するこ
とを防ぐことができる（すなわち、図１０における検出
位置２５２を誤検出することを防止できる）。

【００７１】第３実施形態による露光装置の構成は第１
実施形態（図２Ａ）と同様であり、詳細な説明は省略す
る。また、アライメントマークの形状も、スループット
の観点から、第１実施形態と同様に、一個のマークで
Ｘ，Ｙ両座標検出できる十字形状（図３のマーク１０
０）を取るものとする。

【００７２】また、第３実施形態ではオフアクシススコ
ープの照明として暗視野照明を用いて説明する。暗視野
照明ではマーク段差のエッジ位置からの散乱光がＣＣＤ
カメラなどで受光される。なお、明視野照明にも同様に
適用できることはいうまでもない。

【００７３】以下、第３実施形態の露光装置によるプリ
アライメントの画像処理を説明する。図１１は第３実施
形態によるプリアライメント画像処理を説明するフロー
チャートである。

【００７４】ＣＣＤカメラ７で取込まれた画像は、画像
処理プロセッサ８２でエッジ抽出が行なわれる（ステッ
プＳ２００）。エッジの抽出においては、抽出したエッ
ジが検出マーク信号の上側、下側、左側、右側のいずれ
であるかといった情報も同時に取得する。図４の（ｂ）
〜（ｅ）はマーク１００の上エッジ位置、下エッジ位
置、左エッジ位置、右エッジ位置をそれぞれ求めた２次
元イメージである。各エッジの位置を合成すると図４
（ａ）となるが、第３実施形態ではエッジ位置画像とし
て図４（ｂ）の上側エッジ位置、図４（ｃ）の下側エッ
ジ位置、図４（ｄ）の左側エッジ位置、図４（ｅ）の右
側エッジ位置をそれぞれ独立情報として記憶することを
特徴の一つとしている。

【００７５】次いで、ステップＳ２０１において、ステ
ップＳ２００で抽出したエッジのエッジ情報からエッジ
のサーチを行なう。サーチとは検出マークのおおよその
位置を画像内から探すことを意味する。検出マーク形状
は既知なので、予めエッジの位置は登録され、記憶され
ている。ステップＳ２０１では登録されているテンプレ
ートと、ステップＳ２００で抽出したエッジ位置画像と
のマッチングが行われる。第３実施形態のマッチング処
理の詳細については後述する。

【００７６】ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１
におけるマークの検出結果について、正しく検出された
か否かの判定を行なう。すなわち、マッチング結果が検
出判定閾値以上であればマークのサーチは成功したこと
となり、ステップＳ２０１でサーチされたマーク位置を
用いて、ステップＳ２０３でマークの詳細な精密検出を
行なう。一方、マッチング結果が検出判定閾値以下であ
れば検出エラーとなる。

【００７７】なお、エッジの抽出、上下、左右、エッジ
の分離およびテンプレートマッチングの詳細については
第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。

【００７８】次に第３実施形態のテンプレートマッチン
グについて、図４及び図１２を用いて説明する。

【００７９】サーチは、予め記憶している図１２（ｂ）
〜（ｅ）のテンプレートと図４（ｂ）〜（ｅ）に示され
るエッジ位置画像とのテンプレートマッチングによって
行なわれる。マーク中心（十字）に対して上側、下側、
左側、右側エッジの位置がどこにあるかは予め分かって
いるので、テンプレートとして、エッジが必ず存在す
る、図１２（ｂ）〜（ｅ）に示す○印箇所の位置を登録
する。次に、エッジが必ず存在しない、図１２（ｆ）に
示す×印箇所の位置を登録する。

【００８０】○印の位置、×印の位置はいずれもマーク
の特徴を示す。登録されたテンプレートを合成すると図
１２（ａ）となる。なお、○印、×印の位置を特徴着目
点と呼び、特徴着目点の集合をテンプレートとする。ま
た、○印の位置の特徴着目点に関しては上側、下側、左
側、右側の４種類があるが、本実施形態ではこれら４種
類を区別することなく、エッジの存在する位置として説
明する。なお、図１２（ｂ）〜（ｆ）に示されている十
字位置はマークの中心位置とする。

【００８１】サーチにおけるテンプレートマッチング
は、図４の画像において、図１２の全ての○印の位置に
対応する位置にエッジ情報が存在すること、さらに、図
１２に示される全ての×印の位置に対応する位置にエッ
ジ情報が存在しないことを判断することによって行われ
る。このとき、○印の特徴着目点位置にエッジ成分が存
在する場合は相関度を上げ、×印の特徴着目点位置にエ
ッジ成分が存在する場合は相関度を下げる演算を実施す
る。全ての○印の特徴着目点位置にエッジ情報が存在
し、全ての×印の特徴着目点位置にエッジ情報が存在し
ない場合には、相関度は１００％となる。これに対し
て、○印の位置にエッジ情報の存在しない場所があった
り、或いは×印の位置にエッジ情報が存在しない場所が
あると、相関度は１００％から下がる。マークの中心位
置を移動させながら上記のテンプレートマッチングをエ
ッジ位置画像全体に対して行ない、最終的に最も相関度
が高い座標を抽出してサーチを完了する。

【００８２】図１０の画像を用いて具体的に本テンプレ
ートマッチングによる相関度を説明する。テンプレート
マッチングは図１０の画像において図１２の全ての○印
の位置に対応する位置においてエッジ情報が存在するか
どうか、さらに、全ての×印の位置に対応する位置にお
いてエッジ情報が存在するかどうかを判断することによ
って行われる。なお、図１２に示すテンプレートにおい
て、○印の特徴着目点と×印の特徴着目点の相関度重み
は説明のため同じとする。重みに関してまとめると以下
の表となる。

【００８３】

【表１】

【００８４】図１２に示されているテンプレートの特徴
着目点の内訳は、○印の位置が２４点、×印の位置が１
６点である。

【００８５】以上の条件でテンプレートマッチングを行
なうと、図１０のアライメントマーク２５１では２４個
すべての○印の特徴着目点にエッジが存在し、１６個す
べての×印の特徴着目点にはエッジが存在しない。従っ
て、相関度は２４／２４＝１００％となる。一方、検出
位置２５２では２４個すべての○印の特徴着目点にエッ
ジが存在するが、１６個の特徴着目点にもエッジが存在
する。このため、相関度は（２４−１６）／２４＝３３
％となる。したがって、２５１と２５２の検出位置にお
ける相関度を比較すると、２５１の検出位置における相
関度の方が高い値が得られる。よって、アライメントマ
ーク２５１が正しい検出位置に決定される。

【００８６】なお、上述の説明では○印と×印の特徴着
目点の重みを同じとしたが、異ならせてもよい。この場
合、相関度野算出結果が変わってくる。例えば×印を重
視して１．５の重みとすると、２５１の検出位置では
（２４）／２４＝１００％となり、２５２の検出位置で
は（２４−１６ｘ１．５）／２４＝０％となる。このよ
うに重みによって、検出位置２５１、２５２のパターン
の識別力を高めることが可能である。

【００８７】また、上述では、テンプレートして○印の
位置と×印位置にエッジが存在する場合に着目していた
が、同様に○印の特徴着目点にエッジ成分が存在する場
合は相関度を上げ、そして×印の特徴着目点にエッジ成
分が存在しない場合もマッチ度を上げるようにしてもよ
い。この場合、テンプレートマッチングの重みに関して
まとめると以下の表となる。

【００８８】

【表２】

【００８９】図１０の画像を用いて具体的に上記テンプ
レートマッチングによる相関度を説明する。表２に示し
た重み付けによりテンプレートマッチングを行なうと、
２５１の検出位置では、２４個の○印の特徴着目点すべ
てにエッジが存在し、１６個の×印の特徴着目点にはエ
ッジが存在しない。従って、相関度は（２４＋１６／
（２４＋１６）＝１００％となる。一方、２５２の位置
では、２４個の○印の特徴着目点すべてにエッジが存在
するが、１６個の×印の特徴着目点にもエッジが存在す
る。このため、相関度は（２４＋０）／（２４＋１６）
＝６０％となる。検出位置２５１及び２５２の相関度を
比較すると、２５１の検出位置の方が高い相関度が得ら
れており、２５１が正しい検出位置と決まる。

【００９０】さらに、当業者によって想到可能な範囲で
上述したテンプレートマッチングを変形することが可能
であることは言うまでもない。例えば、上述の表１、表
２の重みを組み合わせて、以下の表３のようなテンプレ
ートマッチングを用いてもよい。

【００９１】

【表３】

【００９２】表３に示したテンプレートマッチングによ
り、図１０の検出位置２５１、２５２における相関度は
次のように算出される。すなわち、２５１の検出位置で
は（２４＋１６）／（２４＋１６）＝１００％であり、
２５２の検出位置では（２４−１６／（２４＋１６）＝
２０％である。

【００９３】このように、×印の特徴着目点を導入する
と、真のマークと類似マークの識別能力が高くなること
がわかる。そして、識別効果が最も高いのが表３に示し
たテンプレートマッチング手法である。

【００９４】以上、第３実施形態のテンプレートを用い
てテンプレートマッチングを行なうと、正しい検出位置
が求まることを説明した。しかし、テンプレートの特徴
着目点数が多くなるため演算にかかる時間が増加してし
まう。このような、演算時間の増加を考慮しなければな
らない場合には、以下の方法を用いても良い。

【００９５】図１１のフローチャートを流用して説明す
る。ステップＳ２０１の１回目の処理では、テンプレー
トを図１２（ｂ）〜（ｅ）の○印の特徴着目点のみと
し、マーク中心に対し図４の画像において図１２の全て
の○印の位置にエッジ情報があるかを判断するテンプレ
ートマッチングを行なう。そして、このマッチングの結
果、複数の検出位置が存在する場合には、ステップＳ２
０２からステップＳ２０１に戻る。ステップＳ２０１の
２回目の処理では、テンプレートを図１２（ｂ）〜
（ｆ）の○印及び×印の特徴着目点とし、先に説明した
何れかのテンプレートマッチングを行なう。このように
特徴着目点の組み合わせを○印だけ、さらには○印と×
印といったように変更し、必要に応じて特徴着目点を増
やすことにより、マークの検出率と検出の高速化を同時
に満たすことができる。

【００９６】また、この場合、×印の特徴着目点の全て
を一度に導入せず、徐々にその数を増やすようにしても
よい。例えば、上記例では、ステップＳ２０１の２回目
の処理では１６個の特徴着目点のうちまず８個の特徴着
目点を追加し、これでも検出候補を絞れなければステッ
プＳ２０１の３回目、４回目の処理で１２個、１６個と
いうように増やしていってもよい。もちろん、○印の特
徴着目点と×印の特徴着目点を組み合わて、その数を変
化させるようにしてもよい（例えば、１回目は○印を１
６個、×印を８個、２回めは○印を２０個、×印を１２
個とする）。

【００９７】さらに、この方法により決定した特徴着目
点の組み合わせを用いて、次のテンプレートマッチング
を行なうようにすると検出の高速化に効果的である。

【００９８】＜第４実施形態＞第４実施形態では、真に
検出したいマークの一部が欠損などしていて、検出が難
しい場合でも、ホール上パターンを誤って検出すること
のないテンプレートマッチングを説明する。図１３は第
４実施形態によるプリアライメント画像処理を説明する
フローチャートである。なお、図１３において、図１１
のフローチャートと同一の機能を有するステップには同
一符号を付してその説明を省略する。

【００９９】サーチを行なった後、マークの一部が欠損
している等の理由で、マーク位置の相関度が低く、検出
マークの候補点が複数存在し検出エラーとなる場合があ
る。このような場合、ステップＳ２１２に示すように、
×印の特徴着目点の位置を微小に変化させ再度サーチを
行なう。このようにすることにより、ホール状パターン
２５３等の、マーク以外の位置に存在するパターンは、
×印の特徴着目点の位置に応じて相関度もしくは検出位
置が変化する。一方、真のマークは、×印の特徴着目点
にエッジ情報が存在しないので、×印の特徴着目点の移
動の影響を受けず、相関度、位置とも変化しない。

【０１００】このように、エッジの存在しない特徴着目
点（×印）の位置を変えても相関度、位置が安定してい
る点を真のマーク位置と識別できる。よってステップＳ
２１１においては、ステップＳ２１２を経た後では、複
数の候補点のうちの相関度及び位置の安定した位置を識
別する機能を併せて実行することになる。

【０１０１】ステップＳ２１１における検出判定基準は
以下のようになる。 （１）設定された閾値を超える検出位置が１つであれば
検出完了。その位置をマーク検出位置とする。 （２）×印の特徴着目点を変更した場合は、 ・×印の特徴着目点の位置を変更するたびに相関度が変
化した位置は判定位置から除外。 ・×印の特徴着目点の位置を変更するたびに出現する位
置は判定位置から除外。 （３）判定位置から除外されなかった検出位置が１つで
あれば、その位置をマーク検出位置とする。

【０１０２】さらに、この方法により決定した特徴着目
点の位置を用いて、次のテンプレートマッチングを行な
うようにするとテンプレートの最適化も達成されること
になる。

【０１０３】以上説明したように、上記第３及び第４実
施形態によれば、テンプレートを構成する際に、特徴着
目点をエッジ部分が存在している部分とエッジが存在し
ていない部分とした。これにより、テンプレートマッチ
ングの際、ウエハ上にホール状パターン２５３のような
エッジ部分に似た特徴を持つパターンが存在しても、そ
の部分の相関度を下げることが出来るようになり、正し
いマーク位置を検出することが可能となった。エッジの
存在しない部分を特徴着目点とすることによりマークの
誤検出を効果的に防止できるようになる。

【０１０４】＜第５実施形態＞第１乃至第４実施形態
は、オフアクシス顕微鏡を用いたプリアライメントに適
応した場合を示したが、第１及び第２実施形態で説明し
たマーク位置のサーチ、テンプレートの最適化及び自己
学習機能、並びに第３及び第４実施形態で説明したエッ
ジの存在しない特徴点位置を用いたマッチング処理は、
オフアクシスを用いたプリアライメントに限った処理で
はない。例えば以下のような位置検出系に適用できる。

【０１０５】図２Ｂは、レチクルを通してウエハまたは
ステージ上のマークを検出するＴＴＲ（Through The Re
ticle）検出系の実施形態を示す図である。ＴＴＲの場
合は、露光光でマークを検出するので、例えばエキシマ
レーザ露光装置の場合、ＣＣＤカメラ７とレーザ２１は
同期信号発生器２０で同期が取られる。そして、ＣＣＤ
カメラ７の光蓄積時間中だけレーザを発振するようにす
る。このようにして光電変換されたマークの画像を用い
て、第１乃至第４実施形態と同じ方法により、マーク位
置のサーチ、テンプレートの最適化及び自己学習が行わ
れる。そして、サーチ後に精密なマーク位置計算を行な
う。

【０１０６】また、エキシマレーザでなくＩ線の場合
は、画像取り込みと照明系の同期が不要となるが、他は
同様である。

【０１０７】更に、別の例として、図２Ｃに、レチクル
を介さず投影レンズを介したウエハまたはステージ上の
マーク位置を検出するＴＴＬ（Through The Lens）検出
系の実施形態を示す。この場合も、マークの撮像方法が
異なるだけでマークのサーチおよびテンプレートの最適
化、自己学習機能は第１乃至第４実施形態と同じであ
る。

【０１０８】更に、上記各実施形態の位置検出は、不図
示のレチクルを用いない電子ビーム型（ＥＢ）露光装置
におけるウエハの位置検出にも適用できる。ＥＢ露光装
置の場合もマークのサーチおよび位置決定は第１乃至第
４実施形態と同様に行なうことができる。

【０１０９】また、第３、第４実施形態で説明した着目
特徴点を用いたサーチを、第１、第２実施形態で説明し
たテンプレートに適用することも可能である。

【０１１０】＜他の実施形態＞ ［半導体製造装置への適用］次に上記説明した露光装置
を利用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。
図１４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チッ
プ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマ
シン等）の製造フローを示す。

【０１１１】ステップ１０１（回路設計）では半導体デ
バイスの回路設計を行う。ステップ１０２（マスク製
作）では設計した回路パターンを形成したマスクを制作
する。一方、ステップ１０３（ウエハ製造）ではシリコ
ン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ１０４
（ウエハプロセス）では前工程 と呼ばれ、上記用意し
たマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によっ
てウエハ上に実際の回路を形成する。次にステップ１０
５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によ
って作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程
であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ１０６（検査）ではステップ１０５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが
完成し、これが出荷（ステップ１０７）される。

【０１１２】図１５は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１１（酸化）ではウエハの表面を
酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面
に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（電極形成）では
ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１１
４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ス
テップ１１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗
布する。ステップ１１６（露光）では上記説明した露光
装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光
する。ステップ１１７（現像）では露光したウエハを現
像する。ステップ１１８（エッチング）では現像したレ
ジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９（レジ
スト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことに
よって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【０１１３】以上のような製造方法に、第１乃至第５の
実施形態で説明した露光装置を用いれば、ありとあらゆ
るアライメントマークの画像に対してより安定したマー
クの検出が可能となり、半導体製造の歩留まりが向上す
るとともに、ダウンタイムの軽減が達成されてスループ
ットが向上する。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造過程において発生する検出マークの変化に対して、
より安定したマーク検出が可能となる。また、本発明に
よれば、マーク線幅の変化やマーク明暗の変化などに柔
軟に対応することが可能となる。更に、本発明によれ
ば、マークの誤認を防止し、所定のマークをより確実に
検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリアライメント画像処理を説明するフローチ
ャートである。

【図２Ａ】本実施形態による半導体露光装置の概略構成
を示す図である。

【図２Ｂ】他の実施形態による半導体露光装置の概略構
成を示す図である。

【図２Ｃ】他の実施形態による半導体露光装置の概略構
成を示す図である。

【図３】実施形態で用いる検出マークとその検出信号を
説明する図である。

【図４】実施形態による検出マークのエッジ抽出を説明
する図である。

【図５】実施形態による標準テンプレートと、マッチン
グ処理を説明する図である。

【図６Ａ】実施形態によるＸＹ方向へのテンプレートの
変形を説明する図である。

【図６Ｂ】実施形態によるＸＹ方向へのテンプレートの
変形を説明する図である。

【図７Ａ】実施形態によるＹ方向へのテンプレートの変
形を説明する図である。

【図７Ｂ】実施形態によるＹ方向へのテンプレートの変
形を説明する図である。

【図８Ａ】検出マークの下地に反射率の低い物質が使用
された場合の、検出マーク検出を説明する図である。

【図８Ｂ】検出マークの下地に反射率の高い物質が使用
された場合の、検出マーク検出を説明する図である。

【図９】検出マークのマーク線幅の変化の一例を示す図
である。

【図１０】プリアライメントマーク２５１とホール状パ
ターン２５３を含むウエハ表面の例を示す図である。

【図１１】第３実施形態によるプリアライメント画像処
理を説明するフローチャートである。

【図１２】第３実施形態によるテンプレートを説明する
図である。

【図１３】第４実施形態によるプリアライメント画像処
理を説明するフローチャートである。

【図１４】半導体デバイスの製造フローを示す図であ
る。

【図１５】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA07 AA12 AA14 AA20 BB02 BB27 CC19 CC20 DD04 DD06 FF04 HH16 JJ03 JJ26 MM03 PP12 QQ03 QQ06 QQ24 QQ25 QQ28 QQ31 QQ38 RR02 TT08 5F046 FA10 FC04

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出マークの位置を検出する位置検出方
   法であって、 前記検出マークを含む画像に対して、テンプレートを用
   いたマッチングを実行するマッチング工程と、 前記マッチングに用いられるテンプレートを変更する変
   更工程と、 前記マッチング工程によるマッチング度が所定値以下の
   場合、前記変更工程によってテンプレートを変更しなが
   ら前記マッチング処理を繰り返す繰返し工程と、 前記マッチング工程もしくは前記繰り返し工程によるマ
   ッチングの結果に基づいて位置検出をする工程とを備え
   ることを特徴とする位置検出方法。
2. 【請求項２】 前記変更工程は、前記テンプレートの線
   幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の位置検
   出方法。
3. 【請求項３】 前記テンプレートは検出マークの有限個
   のエッジ位置を示し、 前記変更工程は、前記テンプレートのエッジ位置を移動
   することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検
   出方法。
4. 【請求項４】 前記変更工程による前記エッジ位置の移
   動は、前記画像の１画素に相当する大きさを単位として
   なされることを特徴とする請求項３に記載の位置検出方
   法。
5. 【請求項５】 前記変更工程は、予め格納手段に格納さ
   れた変形テンプレートを順次取り出し、前記マッチング
   に適用させることを特徴とする請求項１に記載の位置検
   出方法。
6. 【請求項６】 前記繰返し工程は、前記マッチングの結
   果が前記所定値を超えるか、繰返し回数が所定回数に達
   するまで実行されることを特徴とする請求項１に記載の
   位置検出方法。
7. 【請求項７】 前記所定回数は、前記変更工程が前記マ
   ッチングに利用可能なテンプレートを提供できる回数で
   あることを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
8. 【請求項８】 前記繰返し工程におけるマッチングにお
   いて、最終的に用いられたテンプレートを、次回の位置
   検出処理における前記マッチング工程で用いるテンプレ
   ートに設定する設定工程を更に備得ることを特徴とする
   請求項１に記載の位置検出方法。
9. 【請求項９】 前記繰返し工程は、所定回数のマッチン
   グを繰返し、 前記繰返し工程の実行において、最大のマッチング度が
   得られたテンプレートを、次回の位置検出処理の実行に
   おける前記マッチング工程で用いるテンプレートに設定
   する設定工程を更に備えることを特徴とする請求項１に
   記載の位置検出方法。
10. 【請求項１０】 前記変更工程は、前記検出マークの明
    暗の変化に適応するよう前記テンプレートを変更するこ
    と含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記
    載の位置検出方法。
11. 【請求項１１】 検出マークの位置を検出する位置検出
    方法であって、 前記検出マークについてエッジ位置と非エッジ位置を特
    定するテンプレートを保持手段に保持する保持工程と、 画像より抽出されたエッジが、エッジ位置に存在し、非
    エッジ位置に存在しないことに基づいて相関度を算出す
    るマッチング工程と、 前記マッチング工程で算出された相関度に基づいて、前
    記画像中における前記検出マークの位置を決定する決定
    工程とを備えることを特徴とする位置検出方法。
12. 【請求項１２】 前記マッチング工程では、エッジ位置
    にエッジが存在した場合に相関度が増加し、非エッジ位
    置にエッジが存在した場合に相関度を減少する演算を含
    むことを特徴とする請求項１１に記載の位置検出方法。
13. 【請求項１３】 前記マッチング工程は、前記テンプレ
    ートのエッジ位置を用いて相関度を算出し、複数の検出
    候補が存在した場合に、該テンプレートのエッジ位置と
    非エッジ位置を用いて相関度を算出することを特徴とす
    る請求項１１に記載の位置検出方法。
14. 【請求項１４】 前記マッチング工程で用いる非エッジ
    位置の数を、相関度算出の繰り返しの度に変化させるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の位置検出方法。
15. 【請求項１５】 前記マッチング工程は、直前の処理で
    最終的に用いられたエッジ位置及び非エッジ位置の組み
    合わせを用いて、次回のマッチング処理を実行すること
    を特徴とする請求項１４に記載の位置検出方法。
16. 【請求項１６】 前記マッチング工程は、前記テンプレ
    ートの非エッジ位置を当該検出マークのエッジが存在し
    ない範囲で移動して相関度の算出を行ない、 前記決定工程は、非エッジ位置の移動に対して相関度が
    安定しているものを前記検出マークと判断してその位置
    を決定することを特徴とする請求項１１に記載の位置検
    出方法。
17. 【請求項１７】 前記マッチング工程は、直前の処理で
    最終的に用いられた各非エッジ位置の位置を用いて、次
    回のマッチング処理を実行することを特徴とする請求項
    １６に記載の位置検出方法。
18. 【請求項１８】 検出マークの位置を検出する位置検出
    方法であって、 前記検出マークを含む画像に対して、テンプレートを用
    いたマッチングを実行するマッチング手段と、 前記マッチングに用いられるテンプレートを変更する変
    更手段と、 前記マッチング手段によるマッチング度が所定値以下の
    場合、前記変更手段によってテンプレートを変更しなが
    ら前記マッチング処理を繰り返す繰返し手段と、 前記マッチング手段もしくは前記繰り返し手段によるマ
    ッチングの結果に基づいて位置検出をする手段とを備え
    ることを特徴とする位置検出装置。
19. 【請求項１９】 検出マークの位置を検出する位置検出
    装置であって、 前記検出マークについてエッジ位置と非エッジ位置を特
    定するテンプレートを保持する保持手段と、 画像より抽出されたエッジが、エッジ位置に存在し、非
    エッジ位置に存在しないことに基づいて相関度を算出す
    るマッチング手段と、 前記マッチング手段で算出された相関度に基づいて、前
    記画像中における前記検出マークの位置を決定する決定
    手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
20. 【請求項２０】 投影露光光学系を介してガラスプレー
    ト上のパターンを被露光基板上に露光する半導体製造装
    置において、 請求項１乃至１７のいずれかに記載の位置検出方法を用
    いて前記被露光基板上のマーク位置を検出する検出工程
    と、 前記検出されたマーク位置に基づいて前記被露光基板の
    位置決めを行ない、パターン露光を行なう露光工程とを
    備えることを特徴とする半導体製造装置。