JP2004184411A - 位置認識方法 - Google Patents
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Abstract
目視では登録するアライメントマークの一部が見えているのに、検出不能となることがある。アライメントマークの一部が見えていれば、検出可能な位置検出方法を提供する
【解決手段】
アライメントマークのほぼ全体の画像を代表画像として登録する他、新たに、登録された代表画像の一部分を部分画像として少なくとも1つ登録し、認識するときに、登録された代表画像または、部分画像のいずれか1つを認識した場合に、そのアライメントマークに基く位置座標を認識する。
【選択図】 図2
Description
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、アライメントマークの少なくとも一部の画像を探索することで、当該アライメントマークの位置を検出可能な位置検出方法及び検査装置を提供することにある。
また、本発明の位置認識方法の別の面によれば、更に、撮像部は、測定すべき基板の第2のアライメントマークとは異なる位置の第4のアライメントマークを撮像するステップと第4のアライメントマークを登録された第3のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと撮像された第3のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークに基づいて第4のアライメントマークの位置を検出するものである。
また、本発明の位置認識方法の別の面によれば、信号処理部は、第2と第4のアライメントマークの位置測定結果に基づいて、測定すべき基板のオフセットと傾きを演算し、オフセットと傾きに基づいて、検出された第2と第4のアライメントマークの位置座標を修正するものである。
また、本発明の位置認識方法の別の面によれば、撮像された第2のアライメントマークを登録された第1のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと撮像された第1のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークのいずれか1つのアライメントマークに基づいて第2のアライメントマークの位置を測定するステップは、グレースケールパターンマッチングを用いて行われるものである。
また、本発明の位置認識方法の別の面によれば、パターン検出方法において、撮像部は、更に、異なる倍率の第1の光学系と第2の光学系を有し、アライメントマークは、第1の光学系で撮像し、配線パターンは、第2の光学系で撮像するものである。
また、本発明のパターン検査装置の別の面によれば、更に、撮像部は、測定すべき基板の第2のアライメントマークとは異なる位置の第4のアライメントマークを撮像する機能を有し、信号処理部は、第4のアライメントマークを記憶部に登録された第3のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと撮像された第3のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークに基づいて第4のアライメントマークの位置を検出する機能を有するものである。
また、本発明のパターン検査装置の別の面によれば、信号処理部は、第2と第4のアライメントマークの位置検出結果に基づいて、測定すべき基板のオフセットと傾きを演算し、オフセット値に基づいて、測定すべき基板の位置座標を修正する機能を有するものである。
また、本発明のパターン検査装置の別の面によれば、撮像された第2のアライメントマークを登録された第1のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと撮像された第1のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークのいずれか1つのアライメントマークに基づいて第2のアライメントマークの位置を検出する場合、信号処理部は、グレースケールパターンマッチングを用いてパターンマッチングを行うものである。
また、本発明のパターン検査装置の別の面によれば、撮像部は、更に、異なる倍率の第1の光学系と第2の光学系を有し、アライメントマークは、第1の光学系で撮像し、配線パターンは、第2の光学系で撮像するものである。
また、本発明のパターン検査装置の別の面によれば、第2の光学系の倍率が第1の光学系の倍率より大きいことを特徴とするものである。
また、従来の位置認識装置は、アライメントマークが発見されなかた場合に、前述したように、アライメントマークの全体の画像が見つかるまで探索を行う機構を用いている。一方、本発明では、アライメントマークの一部の画像を認識するだけでもアライメントマークの位置を検出できるため、位置認識の範囲を実質的に拡大することができる。よって、従来技術のこのような機構は不要になる。
また、アライメントマークが大きくても、検出可能範囲を広くすることができた。
また更に、アライメント画像認識に使用する対物レンズを極力高い倍率で使用でき、更に高い検査倍率への移行時に、XY 位置認識誤差を縮小できた。
また更に、対物レンズの焦点深度は、対物レンズを高い倍率に移行した時に、広い範囲で焦点検出する必要があったが、従来より狭い範囲で焦点検出すれば良いので、焦点検出時間の短縮が可能になった。
また更に、一般には、アライメントマークを認識するためには低倍率の予備対物レンズを用いる必要があり、検査対象物を検査するためには高倍率の検査対物レンズを用いる必要がある。
従来は、低倍率の予備対物レンズを用いてアライメントマークを認識し、その後、高倍率の検査対物レンズに変更してから被検査物の検査点(例えば、線幅)を検査する必要があった。しかし、本発明では、(被検査物を検査するための)高倍率の検査対物レンズだけを用いるだけでアライメントマークを認識できる。アライメントマークの認識後は、従来のように対物レンズの倍率を変更することなく、すぐに被検査物の線幅等を検査することができる。従って、検査に要する時間を大幅に短縮することができた。本発明の位置認識方法を線幅測定装置を用いて説明をしたが、他の装置(例えぱ、半導体ステッパ装置等)でも適用可能である。
図8および図9を参照して、線幅測定装置の動作について説明する。
線幅測定装置には、例えば、光学顕微鏡で投影された被測定物(測定対象物)の投影像をビデオカメラ(例えば、CCD カメラ)等で撮像し、寸法測定演算処理装置で所望部分の寸法を電気的に測定し、ビデオモニタに被測定物の画像と寸法測定装置を表示するものがある。
図8は、寸法測定中のビデオモニタの画面の表示例を示す図で、L1 ,L2 ,Li はそれぞれ走査線を示す。図8に示すようにビデオカメラの撮像した被測定物のモニタ画像 55 における1水平走査線 Li 上の輝度分布は、走査線 Li 上に対応する映像信号を N 分解した各画素位置をそれぞれの輝度により、輝度一画素特性が得られる。この輝度一画素特性を図9に示す。図9において縦軸は輝度、横軸は画素である。従来の対処方法としては、この特性より寸法を求めるが、図9において輝度分布における最大輝度レベル 51 を 100 %とし、最小輝度レベル 52 を 0 %とする。50 %の輝度レベル Vs 153 に相当する a 番目の画素と b 番目の画素間との位置差 Nab を求める。この位置差 Nab に、この時の顕微鏡の測定倍率とビデオカメラから被測定物までの被測定物距離とにより決まる係数 k を乗じて、対応する被測定物の寸法値 X = K × Nab が求まる。
上記のような画像を認識する方法は、例えば、USP 6,571,196 で開示されており、グレースケールパターンマッチングと呼ばれている。尚、上記輝度一画素特性は、N の数が画素数と等しくても良い。
図3は、本発明が適用される線幅測定装置の一例の構成図である。
検査対象物( SUBJECT TO BE INSPECTED)1 は、基板クランプ台( SUBSTRATE CLAMP STAND )2 で裏面を吸着されることによって固定されている。基板クランプ台 2 は、固定台 5 上に配置された Y 軸移動ステージ 4 、X 軸移動ステージ( X-AXIS MOVING STAGE )3 の上にある。検査対象物 1 は、X 軸移動ステージ 3 と Y 軸移動ステージ( Y-AXIS MOVING STAGE )4 とを XY 移動制御部( XY MOVEMENT COTROL UNIT )7 を介して、X 軸方向、Y 軸方向にそれぞれ動かすことによって、平面移動でき、検査対象物 1 内の任意の位置を光学顕微鏡(OPTICAL MICROSCOPE )8 で観察できる。X 軸移動ステージ 3 と Y 軸移動ステージ 4 は、それぞれ、測定制御部 16 によって手動または事前に登録された後述する CPU 部 163 内のプログラムに従って操作される。
図3において、検査対象物 1 は、例えば、半導体ウェーハ、LCD( Liquid Crystal Device )、PDP( Plasma Display Panel )、等のFPD( Flat Panel Display )等に使用される基板である。検査箇所は、例えば自動線幅測定器の場合は、基板ウェーハ等の基板上に形成された電極パターンまたは配線パターンまたは絶縁層パターンであり、そのパターン線幅やパターン間隔を測定するものである。
ユーザは入力部( INPUT UNIT )164 によって、装置への指示を CPU 部 163 に与える。
自動線幅測定装置等の検査装置において、基板 1 の X 方向基準面 101 と Y 方向基準面 102 を基準に、基板 1 上の検査したい位置座標 121 〜 128 の測定値または設計値を予め登録しておいて、検査対象物 1 である基板を検査する時に位置座標を順次読み出し、登録座標で検査を行う。ここで、検査する基板は登録時に使用した基板であっても再度装置にセットすると装置の原点(基準座標)とは位置ずれが発生するので、検査を行う時には、検査の都度装置の基準位置に対する検査位置を修正する必要がある。また、図4において、左上角が基準座標( X0 ,Y0 )である。
以下で、更に詳細に説明する。
即ち、基板 1 の X 方向基準面 101 と Y 方向基準面 102 との設置位置を X 方向固定ローラ 201 、X 方向固定ローラ 202 、Y 方向固定ローラ 211 の接触により固定する。
この状態で基板 1 の裏面を吸着してホールドし、X 方向押し当てローラ 203 、204 、Y 方向押し当てローラ 212 の基板押し当てを解除する。X 方向固定ローラ 201 、202 、Y 方向固定ローラ 211 は、固定、または、外側に待避可能とするが、押し当てローラ 203 、204 、212 の力に負けない力で保持する。
この状態で、左側アライメントマーク 111 、右側アライメントマーク 112 の位置を検査対物レンズ 11 で観察し、それぞれのアライメントマーク 111 、112 の検出側の XY ステージの XY 座標及び検出画像を CPU 部 163 で登録する。
例えば、基板 1 の X 方向の方法で基準面 101 と Y 方向基準面 102 とから左側アライメントマーク111 、右側アライメントマーク 112 までの距離の公差は、それぞれ、± 0.1 mm 以内である。中間レンズ 14 の倍率が 3.3 倍の光学顕微鏡で、検査対物レンズ11 の倍率が 5 倍のレンズを使用すると、光学倍率は、5 × 3.3 = 16.5 倍となる。CCD カメラサイズ 6 mm 角の CCD カメラ 15 を使用すると、CCD カメラ 15 の視野は、
6 mm ÷ 16.5 倍= 0.36 mm の範囲となる。
基板 1 の X 、Y 方向基準面 101 、102 から、左側アライメントマーク111 までの距離の誤差と右側アライメントマーク 112 までの距離の誤差は、それぞれ、± 0.1 mm なので画像処理の位置認識でカバーすることができる。
アライメントマーク及び検査したい位置座標の登録後、基板 1 を基板クランプ台 2 から保管場所に戻す。そして次の検査したい基板を基板クランプ台にセットする。撮像部は基板の所定箇所を撮像する。信号処理部は撮像部からの映像信号を処理する。記憶部は映像信号データを記憶する。制御部は検査装置の動作を制御する。画像処理によりアライメントマークが検出され、登録されたアライメントマークとの差の情報(オフセット及び傾き)を算出する。検出箇所の位置座標を補正することにより、検査が行われる。
(1)画像登録方法
まず、アライメントマークの画像の代表画像(ここでは中央部の画像)の登録方法について説明する。
XY 移動制御部 7 を操作( XY リモート、と呼ぶ)して、基板 1 の左側アライメントマーク 111 を、X 軸移動ステージ 3 と Y 軸移動ステージ 4 を使って移動させ、CCD カメラ 15 の撮像視野に入れる。即ち、アライメントマーク 111 の画像をビデオモニタ 17 のモニタ画面内に入れる。
次に、光軸移動・オートフォーカス制御部 162 を手動操作( Z 手動リモート、と呼ぶ)して、Z 軸移動ステージ 13 を使って移動させ、焦点を合せる。
以上のように、図1(b) および図5(b) に示すように、左側アライメントマーク 111 を画面の中央になる様にして撮像し、登録時に画面に表示される破線マーク枠(破線の範囲)113 を入力装置、例えばマウスを用いてGUI 操作することによって選択する。破線マーク枠113 をマウスによりドラッグして、破線マーク枠 113 の中心を左側アライメントマーク 111 の画像中央に合せ、画面に表示される登録ボタン(図示せず)を押す。更に、破線マーク枠 113 の大きさを変更したい場合には、枠をマウス出選択してドラッグすることにより変更することができる。なお、枠を画面上で形成するような方法で画像を選択しても良い。これにより破線の範囲 113 内の画像が、登録画像 114 として登録される。また、破線の範囲 113 の中心部が当該登録画像の中心座標となる。
以上の処理により、アライメントマーク 111 の中央部の画像が代表画像として登録される。
一方、アライメントマーク 111 の全体画像(図1(g) 参照)を代表画像として登録してもよい。
同様に、右側アライメントマーク 112 についても、図1(a) 、図1(c) 〜(f) と同様の画像(代表画像、部分画像)を登録する。ただし、右側アライメントマーク 112 のパターンが左側アライメントマーク 111 と相似する場合には、その位置座標を登録することで画像の登録を省略することができる。
更に、同様にして、破線マーク枠 113 の各部の部分登録を行う。前述のアライメントマークと同様に、各検出箇所の位置座標を登録する。即ち、手動リモート操作で、検出箇所付近に移動し、焦点を合せた後、登録時に画面に表示されるマーク(図示しない)をマウスドラッグし、検出箇所に合せ、登録時に画面に表示される位置座標認識ボタン(図示しない)を押す。これによりマーク位置の座標が、登録された位置座標となる。登録された順番に、例えば、図4の検査位置座標 S121( X121 ,Y121 )、S122( X122 ,Y122 ),‥‥‥,S128( X128 ,Y128 )として登録される。
次に、各検査個所の画像の検出方法について説明する。
まず、基板 1 の X 方向基準面の固定ローラ 201 と 202、及び Y 方向基準面の固定ローラ 211 を定位置移動し、X 方向押し当てローラ 203 と 204 、及び Y 方向押し当てローラ 212 によって基板 1 を押し当てる。
次に、基板 1 を吸着し、ホールドする。その後、X 方向押し当てローラ 203 と 204 、及び Y 方向押し当てローラ 212 を基板 1 の押し当てから解除する。また、基板基準面側の固定ローラ 201 と固定ローラ 202 、及び Y 方向基準面の固定ローラ 211 を定位置に移動、回避する。
基板 1 の寸法のばらつきで、例えば、図5(c) に示す様に、アライメントマークが登録された中心位置座標からずれた画像が得られる場合がある。このような場合。以下に示すようなドリフト補正をする。
まず、この画像を認識し、この検査対象基板の左アライメントマーク座標位置 AL1( X1 ,Y1 )を得る。
次に、アライメントマーク座標位置 AL2( X ,Y )において、画面全体をオートフォーカスし、基板 1 の寸法公差内のばらつきで、例えば、図5(d) に示すようにアライメントマークがずれた画像が得られることがある。この画像を認識し、この検査対象基板の右アライメントマーク座標位置 AL2( X2 ,Y2 )を得る。
例えば、傾き 0 とオフセット 0 で登録され、検査位置座標 S121( X121 ,Y121 )、S122( X122 ,Y122 ),‥‥‥,S128( X128 ,Y128 )の傾きを、先に求めたθR とオフセット OFR( X ,Y )で修正し、修正後の検査位置座標 S121R( X121R ,Y121R )、S122R( X122R ,Y122R ),‥‥‥,S128R( X128R ,Y128R )を算出し、検査位置 S121〜 S128を検出する。これらの検出された検出位置に基いてその検査箇所へ移動して検査を行なうことになる。
次に検査位置 S122へ移動し、その検査箇所を検査し、同様に順次検査位置 S122から検査位置 S128まで移動し全ての登録された検査箇所を検査する。
上記画像登録方法の説明で述べたと同様に、基板 1 を、固定ローラ 201 、202 、211 、押し当てローラ 203 、204 、212 等によって、基板クランプ台 2 に固定し、基板吸着しホールドする。
次に左側アライメントマーク登録位置座標 AL1( X ,Y )へ移動し、画面全体をオートフォーカスして焦点を合せる。
基板 1 のばらつきで、例えば、図5(c) の画面のように、画面の中心からアライメントマークがずれた画像が得られたとする。このとき、検出される画像は、図2(a) ,図2(c) 〜図2(e) に示す場合と、アライメントマークが全く検出されない(図示しない)場合とが考えられる。
本発明では、このような場合でも上記のような代表画像に加えて、部分画像の登録を行なうことで、アライメントマークの一部しか視野に入らない場合でも、アライメントマークを検出することを可能とするものである。
ステップ 1001 では、左アライメントマークの検出が終了されたか否かを判定する。検出が終了していれば、ステップ 1017 に進み、検出がされていなければ、ステップ 1011 に進む。
次に、左側アライメントマークの画像認識を行う。ここで、アライメントマークの認識方法としては、例えば、米国特許第6,571,196号で開示されているグレースケールパターンマッチング用いる。左側アライメントマーク 111 の座標を得る手順を下記のステップ1011 〜 1017 によって説明する。
ステップ 1011 では、アライメントマークの画像 114 全体が検出されたか否かを判定する。もし、全体が検出された場合は、ステップ 1017 に進む。もし検出されなかった場合は、ステップ 1012 に進む。
ステップ 1014 では、アライメントマークの画像 114-3 が検出されたか否かを判定する。もしアライメントマークの画像 114-3 が検出された場合は、ステップ1017 に進む。もしアライメントマークの画像 114-3 が検出されなかった場合は、ステップ 1015 に進む。
ステップ 1015 では、アライメントマークの画像 114-4 が検出されたか否かを判定する。もしアライメントマークの画像 114-4 が検出された場合は、ステップ1017 に進む。もしアライメントマークの画像 114-4 が検出されなかった場合は、検出に失敗したので、ステップ 1016 に進む。
ステップ 1017 では、検出された画像( 114 ,114-1 ,114-2 ,114-3,114-4 のどれか)で位置座標を認識して(即ち、位置座標 AL1( X ,Y )を得る。)ステップ 1018 に進み、次の右側アライメントマークの認識の処理に進む。
登録時において、傾きを 0 、とオフセットを 0 として登録した検査位置 S121( X121 ,Y121 )、S122( X122 ,Y122 )、‥‥‥、S128( X128 ,Y128 )を、傾きθR とオフセット OFR( X ,Y )で修正し、修正された検査位置座標 S121R( X121R ,Y121R )、S122R( X122R ,Y122R )、‥‥‥、S128R( X128R ,Y128R )を算出する(ステップ 1021 )。
その後、修正された正しい検査位置 S121( X121 ,Y121 )上の検査箇所を検査する。次に修正された正しい S122( X122 ,Y122 )上の検査箇所を検査し、以下同様に検査していって、検査位置 S128( X128 ,Y128 )上の検査箇所まで検査する。
まず、図6(a) に示す従来の検出範囲においては、
画面視野 0.36 mm
アライメントマーク検出範囲 0.16 mm であり、
従って、検出可能範囲は、
検出可能範囲=画面視野 − 検出範囲
= 0.36 −0.16
= 0.2 mm となる。
画面視野 0.36 mm
アライメントマーク検出範囲 0.16 mm であり、
従って、検出可能範囲は、
検出可能範囲=画面視野 + 検出範囲
= 0.36 + 0.16
= 0.51 mm となる。
従って、本発明を実施することによって、一方向当たりの検出範囲が 0.2 mm から 0.51 mm となり、約 2.5 倍に広がったことになる。
また、アライメントマークの画像認識に使用する対物レンズを極力高い倍率( 2.5 倍を使用し視野を広げず、5 倍で範囲拡大できる)で使用でき、更に高い検査倍率( 50 倍)への移行時に、XY 位置認識誤差が縮小できるという利点がある。
検査倍率が 2.5 倍で100 μm
5 倍で 20 μm
50 倍で 1 μm である。
検査倍率が 2.5 倍では 100 μm の範囲で焦点(中心座標)を検出する必要がある。しかし、検査倍率を 2.5 倍から 50 倍へ移行した時には、20 μm の範囲でアライメントマークの焦点を検出すれば良い。よって、焦点検出の範囲が狭い分だけアライメントマークの焦点検出時間の短縮にもなる。
以下、図1(c) 〜図1(f) を参照して、その方法の一実施例を説明する。
まず、移動距離 m1 〜 m4 とエリアの範囲 a1 〜 a4 を決定する。次に、全体の登録画像(代表画像)114 を指定するだけで、他の4点を自動的に登録することができる。即ち、以下に示す手順を行う。
(1)登録画像(部分画像)114-1 は、右下に所定の距離 m1 だけ移動して、エリアを所定の範囲 a1 とする。以下、同様に手順を繰り返す。
(2)登録画像(部分画像)114-2 は、右上に m2 だけ移動して、エリアを a2 とする。
(3)登録画像(部分画像)114-3 は、左下に m3 だけ移動して、エリアを a3 とする。
(4)登録画像(部分画像)114-4 は、左上に m4 だけ移動して、エリアを a4 とする。
尚、m1 〜 m4 は任意の長さであり、全て等しくても良い。
また、代表画像及び部分画像の数は任意に設定でき、登録画像 114-1 〜 114-4 毎に移動方向、移動距離、及び、エリア範囲を個々に設定することも可能である。
また登録の手間を省くために、複数の画像の登録データをフレキシブルディスク等の媒体に保存しておき、必要な時に読込むようにしても良い。
Claims (4)
- パターンが形成され、かつ、アライメントマークを有する基板を載置する載置台と、上記基板の所定箇所を撮像する撮像部と、上記撮像部からの映像信号を処理する信号処理部および上記載置台の動作を制御する制御部からなるパターン測定装置において、
上記撮像部により基準となる第1のアライメントマークを撮像するステップと、
上記撮像された第1のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと上記撮像された第1のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークを登録するステップと、
上記撮像部により測定すべき基板の第2のアライメントマークを撮像するステップおよび
上記撮像された第2のアライメントマークを上記登録された第1のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと上記撮像された第1のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークのいずれか1つのアライメントマークに基づいて上記第2のアライメントマークの位置を検出するステップとを有することを特徴とするパターン検出方法。 - 請求項1記載のパターン検出方法において、更に、上記撮像部が上記基準となる第1のアライメントマークとは異なる位置の第3のアライメントマークを撮像するステップと、上記撮像された第3のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと上記撮像された第3のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークを登録するステップを有することを特徴とするパターン検出方法。
- 配線パターンが形成され、かつ、アライメントマークを有する基板を載置する載置台と、上記基板の所定箇所を撮像する撮像部と、上記撮像部からの映像信号を処理する信号処理部と、映像データを記憶する記憶部および上記載置台に載置される上記基板の所定箇所を上記撮像部により撮像できるように視野範囲を調節する制御部からなり、上記撮像部は、上記撮像部により撮像された基準となる第1のアライメントマークと測定すべき基板の第2のアライメントマークを撮像すると共に、上記記憶部に上記撮像された第1のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと上記撮像された第1のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークを登録し、上記信号処理部は、上記撮像された第2のアライメントマークを上記登録された第1のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと上記撮像された第1のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークのいずれか1つのアライメントマークに基づいて上記第2のアライメントマークの位置を検出する機能を有することを特徴とするパターン検出装置。
- 請求項3記載のパターン検出装置において、上記視野範囲を調節する制御部は、上記基準となる基板を移動し、上記撮像部は、上記基準となる第1のアライメントマークとは異なる位置の第3のアライメントマークを撮像する機能を有し、上記撮像された第3のアライメントマークのほぼ全体のアライメントマークと上記撮像された第3のアライメントマークの少なくとも一部のアライメントマークを上記記憶部に登録することを特徴とするパターン検出装置。
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