JP2004184411A

JP2004184411A - 位置認識方法

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Publication number: JP2004184411A
Application number: JP2003391764A
Authority: JP
Inventors: Shogo Kosuge; 正吾小菅; Masaru Nogami; 大野上; Kiyoshi Iyori; 潔伊従
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP4313162B2

Abstract

【課題】
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

本発明は、線幅測定装置等の検査装置の検査対称物である基板等の検査基準の位置等を認識する方法及びそれを用いた検査装置に関するものである。

図３によって、従来の線幅測定方法を説明する。図３は、従来の線幅測定装置の構成の一例を示すブロック図である。

基板上に形成された薄膜、薄膜パターンの幅や間隔等を測定するための線幅測定装置や基板上の欠陥やきず等を検査する検査装置では、測定対象である個々の基板それぞれに寸法誤差やパターン形成のずれ等があるため、検査開始前に、これらの誤差を検出することが必要となる。このため検査対象基板上に、測定するパターンと同一のプロセスでまたは同時に生成した基準パターン、例えば、アライメントマーク等の位置を認識する。そしてこの認識した装置の基準位置に対する検査位置を修正するによって、仮に基板等のずれがあった場合でも、正常な検査を行うことができる（特許文献１および２参照。）。

特開平８−２２２６１１号公報（第５−６頁、第１図）特開２００１−２２１６２８号公報

図５(a) 〜(f) は、アライメントマークの撮像画像の一例である。従来は、図５(b) に示すように、破線の範囲 113 内の画像を登録画像 114 としている。従来技術においては、図５(e) や図５(f) のように、目視で登録するアライメントマーク 111（または 112 ）の一部しか見えていない場合には、アライメントマーク、が検出不能となることがある。これは、登録画像 114 と所定の割合で一致した画像を認識した（例えば、パターンマッチングなどの手法により、登録画像114 と画素毎の輝度値について類似度が 60 ％以上である）時に、アライメントマークを検出したこととしているからである。アライメントマークが全く検出できない時、または、アライメントマークの一部しか検出できない時には、検出装置は、その周辺にアライメントマークがあると仮定し、例えばスパイラル状に、その部分を中心とした周辺の探索を始め、登録画像 114 と一致した形のパターンが見つかるまで探索される。これは、長い探索時間を要するという欠点がある。

アライメントマークの検出が不能となる原因の一つとして複数の倍率の異なる対物レンズ等を使用する必要があることである。即ち、アライメントマークを検出するためには、低倍率の対物レンズを使用すれば良いが、検出対象物の中の検査箇所（例えば、回路パターンの線幅）の大きさはアライメントマークの比較して非常に小さいため、対応する倍率にするため高倍率の対物レンズに切り換える必要がある。また、対物レンズの倍率の選択を誤ると、アライメントマークを正しく検出するのに時間を要することになり、全体としての探索時間も増え、総じて検査時間が増えることになる。
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。

上記の目的を達成するために、本発明による検査対象物の検査基準の位置を認識する方法では、アライメントマークの撮像画像の一部でも認識することでアライメントマークの位置を検出可能とすることを特徴とする。また、顕微鏡の倍率を変更することなく、アライメントマークの検出範囲を実質的に拡大することも特徴である。これにより、検査対象基板でアライメントマークの検出不能がないようにする。アライメントマークの検出範囲を拡大するために、アライメントマークのほぼ中央のパターンまたは全体のパターンを登録するだけでなく、アライメントマークの四方または一部の特徴あるパターンをそれぞれ登録する。

また、本発明の位置認識方法の別の面によれば、顕微鏡を通して拡大した画像を取得して測定を行う自動線幅測定装置等の検査装置において、アライメントマークのほぼ中央部のパターンの画像を代表画像として登録すると共に、アライメントマークの四方部（周辺（縁辺）部）または一部のパターンを部分画像として少なくとも１つ登録する。そして、検査対象物の撮像画像中から、登録された代表画像または部分画像のいずれか１つと一致する画像を認識（検出）することによって、当該アライメントマークの検出範囲を顕微鏡の倍率を変更することなく、即ち、高倍率の検査対物レンズを用いたままで、アライメントマークの検出不能がおきないようにしたものである。

即ち、本発明の位置認識方法の一面によれば、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、基板の所定箇所を撮像する撮像部と、撮像部からの映像信号を処理する信号処理部および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、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、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、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、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ステップとを有するものである。

また、本発明の位置認識方法の別の面によれば、更に、撮像部が基準となる第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、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、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検出するステップにおいて、第１のアライメントマークのいずれのアライメントマークでも第２のアライメントマークが検出されない場合、信号処理部は、エラー情報を出力するものである。
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は、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、基板の所定箇所を撮像する撮像部と、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載置台に載置される基板の所定箇所を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、撮像部は、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、記憶部に撮像された第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、信号処理部は、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、視野範囲を調節する制御部は、基準となる基板を移動し、撮像部は、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、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記憶部に登録するものである。
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、第１のアライメントマークのいずれのアライメントマークでも第２のアライメントマークが検出されないとき、信号処理部は、エラー情報を出力するものである。
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、本発明の位置認識方法の更に別の面によれば、本発明は基板等の線幅の検査に用いることができる。線幅の検査装置は、一般に回路パターンまたは回路要素パターンの線幅や線間隔を検査または測定するために、画像認識や画像処理の手法を用いることが多い。本発明の位置認識方法は、線幅の検査時に用いる画像認識や画像処理と同様な公知の手法を用いることによって、アライメントマークの位置認識を実現することができる。よって、アライメントマークを認識するためだけに、新たなハードウェアを追加することは必要ではない。
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。

以上述べたように、本発明によれば、代表画像の他に、代表画像の一部分の部分画像を登録することで、検出範囲を大幅に広げることができた。
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。

以下に、本発明による検査対象物上の検査基準の位置を認識する位置認識方法及びその方法を用いた検査装置の実施例を説明する。
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。

以下に、本発明における、画像の登録方法および認識方法について説明する。
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。

照明電源（ ILLUMINATING POWER SUPPLY ）6 は、ライトガイド（ LIGHT GUIDE ）9 で光を光学顕微鏡 8 に導入するよう構成されている。光は検査対物レンズ 11 を介し検査対象物 1 上に投射される。投射された光は検査対象物 1 、中間レンズ 14 を介し、撮像素子 15 に入射する。撮像素子 15 は、入射光を電気信号に変換して測定制御部（ MEASUREMENT CONTROL UNIT ）16 に出力する。撮像素子 15 は、可視光、赤外線、紫外線、X 線、等の光を電気信号に変換できるCCD カメラ等である。

変倍機構（レボルバ：CHANGE MECHANISM ）10 は、目的に応じて検査対物レンズ（ INSPECTION OBJECTIVE LENS ）11 を倍率の異なる別の対物レンズ（予備対物レンズ：PRELIMINARY OBJECTIVE LENS）12 と交換する。検査対物レンズ 11 は主に線幅等の検査のために用いられる。予備対物レンズ 12 で、検査対物レンズ 11 より低倍率のものが、主にアライメントマークを認識及び検出するために用いられる。光軸（ Z 軸）移動ステージ（ OPTICAL AXIS MOVING STAGE ）13 は、焦点を合せるために、検査対物レンズ 11 を装着した光学顕微鏡 8 全体を光軸（ Z 軸）方向に移動する。中間レンズ（ INTERMEDIATE LENS ）14 は、検査対物レンズ 11 からの像を拡大して CCD カメラ 15 に投影するものである。CCD カメラ（ CCD CAMERA ）15 が撮像した映像は、測定制御部（検査制御部）16 内の画像取込・表示部（ IMAGE FETCH/DISPLAY UNIT ）161 に入力される。
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。

光軸（ Z 軸）移動・オートフォーカス制御部（ OPTICAL AXIS MOVEMENT/AUTO-FOCUS CONTROL UNIT ）162 は検査対物レンズ 11 の焦点距離を合せるために、検査対物レンズ 11 を装着した光学顕微鏡 8 全体を光軸（ Z 軸）方向に移動させるための制御部である。CPU 163 は、制御全体を実行するプログラムを含む。表示装置であるビデオモニタ（ DISPLAY UNIT ）17 は、検査箇所やアライメントマーク等の画像及び GUI（ Graphical User Interface ）環境で動作する操作スイッチを表示する。

検査位置座標の登録方法を、図４に示すように、検査対象物 1 とその対象物内部の位置関係を示して説明する。‥‥‥図４では、検査対象物 1 の中から任意の１つを選択し、基板 1 として説明する。
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。

まず、任意の検査基板を一枚選定して、以下の手順でアライメントマークの座標および各検査座標を登録する。この検査基板は予め用意した標準基板でもよく、各製造ロットの中の任意の一枚の基板でも良い。この例では、基板は左右２つのアライメントマークを有するものについて説明するが、本発明は任意の数のアライメントマークを備えた基板にも適用可能である。
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。

次に、検査したい位置座標（査箇所の位置座標）S₁₂₁ 〜 S₁₂₈ を前述の左側アライメントマーク 111 、右側アライメントマーク 112 と同様に以下の手順で登録する。
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。

即ち、検査したい基板について、左側アライメントマーク 111 および右側アライメントマーク 112 を検出した後に、基板 1 の傾きとオフセットを再計算する。検査したい場所（検査箇所）S₁₂₁ 〜 S₁₂₈の位置座標値から修正後の検査箇所 S₁₂₁〜 S₁₂₈ の位置座標（以下、検査位置座標と称す）への移動は、X 軸移動ステージ 3 、Y 軸移動ステージ 4 のそれぞれの誤差である数μm 以内で行うことができる。即ち、検査対物レンズ 11 の倍率として 50 倍が使用できる。この場合、視野は、6 mm ÷（ 50 倍× 3.3 倍）＝ 36 μm である。よって、誤差が数μm しか出ないので、視野 36 μm 内の範囲に検査箇所が必ず存在するため確実な検査ができる。

次に、左側アライメントマーク 111 、右側アライメントマーク 112 の画像登録方法と画像検出方法を、図１(b) 〜(g) 、図５(a) 〜(f) を参照して、より具体的に説明する。
（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。

次に、登録時にビデオモニタ 17 の画面に表示される位置座標認識ボタン（図示せず）を押し、アライメントマーク 111 の中心位置座標（ XY 座標（ X ，Y ））を AL1（ X ，Y ）＝（ Xs₁ ，Ys₁ ）として登録する。ここで、（ Xs ，Ys ）は、図４の基板の基準座標（ X₀ ，Y₀ ）を基準とした位置座標は、XY ステージ座標である。
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。

次に、図１(c) に示すように、破線マーク枠 113 をドラッグしてアライメントマーク111 の角部（例えば、右下下部）に合せ、同様に、アライメントマーク 111 の右下側画像だけ登録する（図１(c) 被線枠内）。これを登録画像（部分画像）114-1 とする。次に、図１(d) に示すように、左側アライメントマーク 111 の右上側画像だけ登録する（図１(d) 被線枠内）。これを登録画像（部分画像）114-2 とする。次に、図１(e) に示すように、左側アライメントマーク 111 の左下側画像だけ登録する。これを登録画像（部分画像）114-3 とする(図１(e) 破線枠内)。次に、図１(f) に示すように、左側アライメントマーク 111 の左上側画像だけ登録する。これを登録画像（部分画像）114-4 とする（図１(f) 破線枠内）。
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。

前述と同様にして、右側アライメントマーク 112 を登録する。そして、そのアライメントマーク 112 の中心位置座標（ XY 座標（ X ，Y ））を AL2（ X ，Y ）＝（ Xs₂ ，Ys₂ ）として登録する。
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。

（２）画像検出手段
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。

アライメントマーク位置座標 AL1（ X ，Y ）において、画面全体をオートフォーカスする。
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。

AL1R と AL2R から、後述する登録された画像の位置座標に対する傾きθR とオフセット OFR（ X ，Y ）を求める。
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 S_121R（ X_121R ，Y_121R ）、S_122R（ X_122R ，Y_122R ），‥‥‥，S_128R（ X_128R ，Y_128R ）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。

（２）画像検出方法
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。

図２(a) 〜(f) Fの画像と図７のフローチャートを用いて、更に検出の方法を詳細に説明する。図７は、本発明の位置認識方法の一実施例の処理を示すフローチャートであり、CPU 部 163 内のプログラムに従って実行される。
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。

以下は同様のステップを行う。すなわち、ステップ 1012 では、アライメントマークの画像 114 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 114-1 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 114-1 が検出されなかった場合は、ステップ 1013 に進む。

ステップ 1013 では、アライメントマークの画像 114-2 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 114-2 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 114-2 が検出されなかった場合は、ステップ 1014 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 1016 では、左側アライメントマークの検出の失敗をアラーム等をモニタ画面に表示又はアラーム音等を出力することで操作者に知らせて、処理を中断する。このステップによって、アライメントマークが一定の誤差範囲内に存在しなかったことをユーザに知らせる。この場合、アライメントマークは検査規格の範囲に入っていなかったとすることもできる。即ち、この基板を不良品として検出することができる。
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。

次に、同様にして、右側アライメントマークの認識を行ない位置座標 AL2（ X ，Y ）を得る。即ち、ステップ1018 において、左右両方のアライメントマークの位置座標が算出されたかどうかを確認する。もし、右側アライメントマークの位置座標が算出されてなければ、ステップ 1019 において、ステップ 1001 と同様の処理を行って、右側アライメントマークを認織する。以降は、前述したように、右側アライメントマークを認識および検出をして、位置座標を算出する。

上記の認識作業により、実際の当該基板の左側アライメントマークおよび右側アライメントマークの位置が認識される。これにより、最初に登録された基板に対する当該基板の相対的な座標誤差がわかる。よって、これらの座標誤差を基に、各検査座標の位置も算出することができる。例えば、位置座標 AL1（ X ，Y ）と AL2（ X ，Y ）とから、傾きθR とオフセット OFR（ X ，Y ）を求める。ここで、傾きθR は AL1（ X ，Y ）とAL2（ X ，Y ）との間の傾きを示し、オフセット OFR（ X ，Y ）は AL1（ X ，Y ）と登録された座標との差を示す（ステップ 1020 ）。
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 S_121R（ X_121R ，Y_121R ）、S_122R（ X_122R ，Y_122R ）、‥‥‥、S_128R（ X_128R ，Y_128R ）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。

次に、本発明によって、アライメントマークの検出範囲がどの程度改善されたかを検証する。
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。

図６(b) に示す本発明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
＝ 0.51 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。

また従来は、アライメントマーク検出範囲が広い（アライメントマークが大きい）と検出可能範囲が狭かったが、本発明では、アライメントマーク検出範囲間の距離が長い（アライメントマークが大きい）と検出可能範囲が広くできる利点がある。
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。

また、対物レンズの焦点深度は、
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。

上述の実施例では、アライメントマーク１個の登録作業について、操作者に５回の登録作業を負担させることになる。これを解消するため、予めエリアを設定しておき、自動認識させるようにすることもできる。
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。

本発明の一実施例を説明するための図。本発明の一実施例を説明するための図。従来の線幅測定装置の構成の一例を示すブロック図。検査対象物とその内部の位置関係を説明するための図。従来のアライメントマークの画像登録手段と画像検出手段を説明するための図。従来と本発明との違いを説明するための図。本発明の位置認識方法の一実施例の処理を示すフローチャート。線幅測定装置において、従来の線幅測定方法の一例について説明するための図。図８の線幅測定によって得られたデータを示した図。

符号の説明

1：検査対象物、 2：基板クランプ台、 3：X 軸移動ステージ、 4：Y 軸移動ステージ、 5：除振台、 6：照明電源、 7：XY 移動制御部、 8：光学顕微鏡、 9：ライトガイド、 10：変倍機構（レボルバ）、 11：検査対物レンズ。、 12：予備対物レンズ、 13：光軸（ Z 軸）移動ステージ、 14：中間レンズ、 15：CCD カメラ、 16：測定制御部（検査制御部）、 161:画像取込・表示部、 162：光軸（Ｚ軸）移動・オートフォーカス制御部、 163：CPU 及びプログラム、 17：CRT、 101：X 方向基準面、 102：Y 方向基準面、 111，112：アライメントマーク、 113：マーク枠、 114：、 121 〜 128：検査箇所、 201:X 方向固定ローラ A、 202:X 方向固定ローラ B、 203:X 方向押し当てローラ A、 204:X 方向押し当てローラ B、 212:Y 方向押し当てローラ、 111：左側アライメントマーク、 112：右側アライメントマーク、 121〜128：検査個所。

Claims

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。