JP2008170172A - 位置検出方法及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】マークパターンの探索範囲を観察範囲よりも内側に狭く設定することなく、マークパターンの位置を効率的に検出することが可能な位置検出方法を提供すること。
【解決手段】探索対象画像内にテンプレート画像全体が対応するか否かを判定する第１の判定工程と、テンプレート画像の一部を削減して削減テンプレート画像を作成する削減工程と、第１の判定工程によりテンプレート画像の一部が探索対象画像と対応しないと判断した場合に、削減の前のテンプレート画像を用いて照合を行った削減前照合結果と削減テンプレート画像を用いて照合を行った削減後照合結果とを求める照合結果取得工程と、照合結果取得工程で取得した削減前照合結果と削減後照合結果との差が所定の許容範囲内の場合は、削減前照合結果または削減後照合結果を用いて前記マークパターンの位置を検出する位置検出工程を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、画像処理のテンプレートマッチングにより被検査物（例えば半導体ウエハ）上のマークパターンの位置を検出する位置検出方法及びこの位置検出方法を実行させるプログラムを記録した記録媒体に関する。

マークパターンを有する被検査物の画像を取り込み、この画像の中から既知のテンプレート画像に合致するターゲット部分を探索し（テンプレートマッチング）、マークパターンの位置を検出（計測）する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−１５５０１１号公報

上述した位置検出方法では、マークパターンが被検査物画像の観察範囲（視野範囲）内の外周部に位置するか或いは中央部に位置するかにかかわらず、テンプレート画像と合致するターゲット部分を探索するテンプレートマッチングの計算結果に基づいてマークパターンの位置を検出していた。

このため、観察範囲の外周部付近において検出されたマークパターンの一部が観察範囲から外れていた場合には、テンプレート画像と観察範囲を外れた部分を除くマークパターンとの間でテンプレートマッチングの計算が実行されてしまい、誤った計算結果に基づいてマークパターンの位置が検出される問題があった。

このような問題が生じるのを回避するため、例えば、マークパターンの探索範囲を観察範囲よりも内側に狭く設定して、観察範囲の外周部に位置するマークパターンを探索対象から除外する為に、探索範囲の中央部にマークパターンが位置する新たな観察範囲を設定して、再度マークパターンの位置を検出する方法が提案されている。

しかし、観察範囲を外れた部分を除くマークパターンとテンプレート画像との間でテンプレートマッチングの計算をしても殆ど誤差がなく、実質的に問題が生じない場合（マークパターンの一部が観察範囲から僅かに外れた場合）であっても探索対象から外されてしまい探索に長時間を要する事態が生じることが指摘されている。

本発明は、マークパターンの探索範囲を観察範囲よりも内側に狭く設定することなく、マークパターンの位置を効率的に検出することが可能な位置検出方法及びこの位置検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の位置検出方法は、マークパターンを有する被検出物から得た探索対象画像とテンプレート画像とを照合して、前記マークパターンの位置を検出する位置検出方法であって、前記探索対象画像内に前記テンプレート画像全体が対応するか否かを判定する第１の判定工程と、前記テンプレート画像の一部を削減して削減テンプレート画像を作成する削減工程と、前記第１の判定工程により前記テンプレート画像の一部が前記探索対象画像と対応しないと判断した場合に、前記削減の前の前記テンプレート画像を用いて前記照合を行った削減前照合結果と前記削減テンプレート画像を用いて前記照合を行った削減後照合結果とを求める照合結果取得工程と、前記照合結果取得工程で取得した前記削減前照合結果と前記削減後照合結果との差が所定の許容範囲内の場合は、前記削減前照合結果または前記削減後照合結果を用いて前記マークパターンの位置を検出する位置検出工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の位置検出方法は、前記削減工程が、前記マークパターンのどの方向が前記探索対象画像と対応しないのかを推定する推定工程と、前記推定工程によって推定された方向に対応する部分の前記テンプレート画像を削減する工程と、を更に含むことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の位置検出方法は、前記探索対象画像と前記削減後の前記テンプレート画像全体とが対応するか否かを判定する第２の判定工程と、前記削減テンプレート画像の一部を削減する再削減工程とを有し、前記照合結果取得工程が、前記第２の判定工程により前記テンプレート画像の一部が前記探索対象画像と対応しないと判断した場合に、前記削減の前のテンプレート画像を用いて前記照合を行った削減前照合結果と前記削減後のテンプレート画像を用いて前記照合を行った削減後照合結果とを求めることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の位置検出方法は、前記削減前照合結果と前記削減後照合結果との差が前記許容範囲内にない場合（前記許容範囲内に至らない場合）に前記位置検出結果を変更するか否かを判定する検出結果変更判定工程を更に備え、前記検出結果変更判定工程で前記位置検出結果を変更すると判定したとき、前記削減後照合結果に変更、又は、前記削減前照合結果に変更して得られた前記マークパターンの位置を最終検出結果として採用することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の記録媒体は、コンピュータに請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置検出方法中の各工程を実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。

本発明によれば、マークパターンの探索範囲を観察範囲よりも内側に狭く設定することなく、マークパターンの位置を効率的に検出することが可能である。

以下本発明の位置検出方法及びこの位置検出方法を実行させるプログラムを記録した記録媒体の実施形態について図１〜図６を参照して説明する。

図１は本発明の位置検出方法を実行する位置検出装置の概略図である。

図１に示すように、本発明の位置検出方法を実行する位置検出装置１０は、例えば被検査物である半導体ウエハ（以下ウエハと略記する）１１を支持するステージ１２と、光学系１３と、カメラ１４と、画像処理部１５と、本発明の記録媒体１７を含む記憶部１６を具備する。

位置検出装置１０は、画像処理のテンプレートマッチング（照合）によりウエハ１１上に形成されたアライメントマーク（マークパターン 不図示）の位置を検出する。

ステージ１２は、不図示の搬送系によってウエハカセットから搬送されてきたウエハ１１を上面に載置し、例えば真空吸着により固定保持する。ステージ１１は、少なくとも水平面内で２次元的に移動可能であり、位置検出の際にはウエハ１１上のアライメントマーク（マークパターン）を順に所定の視野（カメラ１４の撮像視野）内に位置決めする。

ステージ１２は露光装置のステージと共通である。このため、位置検出装置１０によるマークパターンの位置検出が終わると、ウエハ１１をステージ１２に載置させた状態で位置合わせが行われ、レジスト層に対する露光工程に進む。そして、露光工程が終わると、そのウエハ１１はステージ１２から搬出され、別のウエハ１１がステージ１２に載置されて、同様の処理、すなわち、アライメントマーク（マークパターン）の位置検出、次いで位置合わせ、この後露光工程が繰り返される。

カメラ１４は、光学系１３を介して不図示の撮像素子によりステージ１２上のウエハ１１の局所領域（例えばアライメントマーク（マークパターン）およびその近傍領域）を撮像する。カメラ１４は、撮像信号を画像処理部１５に出力する。画像処理部１５は、カメラ１４から撮像信号を取り込むと、これを所定ビットのディジタル画像に変換し、必要に応じて所定の前処理を行い、探索対象の入力画像２１（図２参照）を生成する。

記憶部１６は、探索対象の入力画像２１（図２参照）に対するテンプレートマッチング用のテンプレート画像４４（図５(ａ)参照）を記憶する。記憶部１６に予め（位置検出前に）記憶されるテンプレート画像４４は、レシピ作成時に作成したものである。テンプレート画像４４の作成は、例えばテストウエハ上に形成されたアライメントマーク（マークパターン）の画像を位置検出装置１０の画像処理部１５によって取り込み、その画像からマニュアルでマーク部分を切り出すことにより行われる。テストウエハは、設計値に近い状態のウエハである。また、ＣＡＤデータなどの寸法値（設計情報）からテンプレート画像を作成してもよい。

記憶部１６には、図３のフォローチャートで示される位置検出プログラムを記録した記録媒体１７が接続され、この位置検出プログラムにしたがって画像処理部１５がマークパターンの位置検出の処理を行う。

図４は観察範囲（視野）の外周部の説明図である。観察範囲（視野）３０の最も左上のテンプレートの位置３１が示すように、この観察範囲３０でのマーク位置座標をマークの中心と定義した場合のマークパターンの探索結果としてのマークパターンの位置は、検出可能な最も外側のマーク位置座標範囲線３２よりも内側になる。

ここで、外周部のサイズをテンプレート分の大きさと規定すると、この外周部はマーク位置座標範囲線３２から最も外側マーク位置座標範囲よりもテンプレートサイズ分内側に位置する範囲線３３との間になる。

また、外周部上にない最も左上のテンプレートの位置３４と観察範囲（視野）３０の最も左上のテンプレートの位置３１とはテンプレート一つ分の距離がある。外周部をテンプレートサイズ分の大きさと規定したのは、テンプレートが観察範囲（視野）から外れて部分的にマッチングする可能性がある範囲がテンプレートサイズだからである。

図５（ａ）〜（ｃ）はマッチング計算に使う有効領域をテンプレート画像全体にした場合の説明図である。

マッチング計算に使う有効領域をテンプレート画像全体にした場合、マッチング計算結果のマークパターンの位置４０ｂ（図５（ｃ）参照）が実際のマークパターンの位置４１ｂ（図５（ｂ）参照）よりも視野の内側（右側）となる。

テンプレートマッチングでは、図５（ａ）に示すように、テンプレート画像４４の中に探索対象マーク４４ａがあり、マークの中心４４ｂがマーク位置座標に相当する。

図５（ｂ）に示すように、探索対象の観察範囲（視野）４２には探索対象のマークパターン４１ａがあり、これに相当するテンプレート画像の位置は位置４１となり、観察範囲（視野）４２から左に外れている。この条件でテンプレートマッチング（照合）を実行すると、照合結果は図５（ｃ）に示すように、観察範囲（視野）４３中のマークパターン４０ａの位置は位置４０ｂとなり、求めたいマークパターンの位置４１ｂよりも内側（右側）に存在する。これはテンプレート画像の位置４０が観察範囲（視野）４３のぎりぎりの位置に収まろうとするためであり、マッチング結果としてのマークパターン４０ａは実際の位置４１ｂよりも内側（右側）の位置４０ｂに位置している。これはここが計算上もっともマッチングスコアが高いことの結果である。

図６（ａ）〜（ｅ）はマッチング計算に使う有効領域を削減したテンプレート画像によるマッチング計算を説明する説明図である。

観察範囲（視野）５０から約２０％左側に外れた位置にマークパターン（図６（ａ）ではマークパターンの代わりにテンプレート画像５１で示している）が存在していると仮定する。この場合にテンプレートマッチングに有効領域を全体としたテンプレート画像５２（図６（ｂ）参照）を使用してテンプレートマッチングを実行した場合には、上述した図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、実際のマークパターンの位置よりも観察範囲（視野）５０の内側にマークパターンの探索結果が得られる。

そこで、テンプレート画像５２の有効領域のうち、観察範囲（視野）から外れていると推定される、有効領域の左側部分を１２．５％減らしたテンプレート画像５３（図６（ｃ）参照）を使用してテンプレートマッチングを実行すると、実際のマークパターンの位置よりも観察範囲（視野）５０の内側にマークパターンのテンプレートマッチング（照合）結果が得られるものの、図６（ｂ）に示すテンプレート画像５２を使用した場合よりも実際のマークパターンの位置に近い値が得られてマッチングスコアもテンプレート画像５２を使用した場合よりも高くなる。

続いて、有効領域を２５．０％減らしたテンプレート画像５４（図６（ｄ）参照）と、有効領域を３７．５％減らしたテンプレート画像５５（図６（ｅ）参照）を使用してテンプレートマッチングを実行した場合は実際のマークパターンの位置にマッチング結果が得られ、マッチングスコアも最高になる。

このことは、テンプレート画像５３を使用した結果とテンプレート画像５４を使用した結果との間に最適なテンプレート画像の有効領域があることを示している。

上述したように、観察範囲（視野）の内側にマークパターンの探索範囲を設定しなくても、マークパターンの観察範囲（視野）からはみ出た部分に対応する箇所のテンプレート画像の有効領域の一部を削減してテンプレートマッチングを行うことにより、観察範囲（視野）の外周部にあるマークパターンであってもその位置を正確に検出することが可能となる。

これには、マークパターン像を有する探索対象の入力画像とテンプレート画像とをテンプレートマッチング（照合）してマークパターンの位置を検出するに際して、先ず、探索対象の入力画像内にテンプレート画像の全体が対応するか否かを判定するための第１の判定工程（ステップ）を実行する。

また、テンプレート画像５２の一部を削減して削減テンプレート画像（図６（ｃ）〜（ｅ）のテンプレート画像５３，５４，５５を参照）を作成する削減工程（ステップ）を実行する。なお、マークパターンが観察範囲の左側にあり、マッチングスコアが悪い場合はテンプレート画像の左側の一部を削減し、マークパターンが観察範囲の下側にあり、マッチングスコアが悪い場合はテンプレート画像の下側の一部を削減する。

第１の判定工程によりテンプレート画像の一部が探索対象の入力画像と対応しないと判断した場合に、削減の前のテンプレート画像（図６（ｂ）のテンプレート５２を参照）を用いてテンプレートマッチング（照合）を行った照合結果と、削減したテンプレート画像（図６（ｃ）〜（ｅ）のテンプレート画像５３，５４，５５を参照）を用いてテンプレートマッチング（照合）を行った照合結果とを求める。

そして、テンプレート画像の削減前の照合結果とテンプレート画像の削減後の照合結果との差が所定の許容範囲内にある場合にあっては、何れかの照合結果を用いてマークパターンの位置を検出する。

ここで、テンプレート画像の削減は、上述したように、マークパターンのどの方向が探索対象の入力画像と対応しないのかを推定し、この推定された方向に対応する部分のテンプレート画像の有効領域を削減して実行する。

また、マークパターンの位置を検出するために、テンプレート画像の削減を繰り返す場合にあっては、探索対象の入力画像と削減後のテンプレート画像５３，５４，５５（図６（ｃ）〜（ｅ）参照）全体とが対応するか否かを順次判定する第２の判定工程（ステップ）を実行し、この第２の判定工程によりテンプレート画像の一部が探索対象の入力画像と対応しないと判断した場合に、削減の前のテンプレート画像を用いてテンプレートマッチング（照合）を行った照合結果と、前記削減テンプレート画像を用いてテンプレートマッチング（照合）を行った照合結果を求める。

さらに、テンプレート画像の削減前の照合結果と削減後の照合結果との差が許容範囲内にない場合（許容範囲内に至らない場合）、すなわちテンプレート画像の削減を繰り返してテンプレートマッチングを繰り返しても所望の結果が得られない場合にあっては、位置検出結果を変更するか否かを判定する検出結果変更判定工程（ステップ）を実行し、この検出結果変更判定工程で位置検出結果を変更すると判定したときには、テンプレート画像の削減後の照合結果に変更、又は、テンプレート画像の削減前の照合結果に変更して得られたマークパターンの位置を最終検出結果として採用する。次に、図３を参照してこれを具体的に説明する。

図３は本発明の位置検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１でマッチング計算に使う有功領域をテンプレート画像全体としたマッチング処理によるマークパターンの位置検出を実行する。

ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１での実行結果について、検出したマークパターンの位置が視野の外周部であるか否かの判定を実行する。この判定の結果、外周部では無いと判定された場合（マッチングスコアが高い場合）には、ステップＳ３０１の結果を正当な結果として処理を終了する。

一方、外周部であると判定された場合には、ステップＳ３０３に移行し、マッチング計算に使う有効領域をテンプレート画像の一部とした（テンプレート画像の一部を削減して行った）マッチング処理によるマークパターンの位置検出を実行する。このステップＳ３０３の実行結果から、マークパターンの位置とマッチングスコアが得られる。

次に、ステップＳ３０４に移行して、ステップＳ３０１でのマークパターンの検出位置とステップＳ３０３でのマークパターンの検出位置の差の計算を実行する。この計算の結果、ステップＳ３０１での検出位置がステップＳ３０３での検出位置よりも許容値を超えて内側にあるかの判定を実行する。

ステップＳ３０５で、判定結果が、内側では無いと判定された場合には、ステップＳ３０１の結果を正当な結果として処理を終了する。

一方、内側であると判定された場合には、ステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０１によるマッチングスコアとステップＳ３０３によるマッチングスコアの差の計算を実行する。この計算結果から、ステップＳ３０１のマッチングスコアがステップＳ３０３のマッチングスコアより許容値を超えて低いかの判定を実行する。

ステップＳ３０７で、判定結果が、マッチングスコアは低くないと判定された場合には正当な結果として処理を終了する。

一方、マッチングスコアが低いと判定された場合には、ステップＳ３０１の結果が誤りであることになり、ステップＳ３０８に移行し、検出結果を変更するかの判定を行う。この判定は、指定された方法で処理手順を分岐する為にある。

検出結果を変更すると指定されていない場合には、ステップＳ３０９に移行し、検出結果をエラーとして処理を終了する。

一方、検出結果を変更すると指定されていた場合には、ステップＳ３１０に移行し、ステップＳ３０３の結果を最終的な検出結果としてステップＳ３０１の結果と入れ替える。

本発明は上記実施形態に示すものに限定されるものではない。例えば、図３に示す位置検出のフローチャートにおいて、ステップＳ３０４とステップＳ３０６とを合体させ、またステップＳ３０５とステップＳ３０７とを合体させるようにしてもよい。

本発明の位置検出方法を実行する位置検出装置の概略図である。 探索対象の入力画像の説明図である。 本発明の位置検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。 観察範囲（視野）の外周部の説明図である。 マッチング計算に使う有効領域をテンプレート画像全体にした場合の説明図で、図５（ａ）はテンプレート画像の説明図、同図（ｂ）は観察範囲（視野）の外周部にマークパターン位置しているときのテンプレート画像の位置を示す説明図、同図（ｃ）は同図（ｂ）でテンプレートマッチングを実行した結果の説明図である。 マッチング計算に使う有効領域を削減したテンプレート画像によるマッチング計算を説明する説明図で、図６（ａ）は観察範囲（視野）５０から約２０％左側に外れた位置にマークパターンが存在している場合の説明図、同図（ｂ）は削減前のテンプレート画像の説明図、同図（ｃ）〜（ｅ）はそれぞれ削減後のテンプレート画像の説明図である。

符号の説明

１０ 位置検出装置
１１ ウエハ（被検査物）
１５ 画像処理部
１７ 記録媒体
２１ 探索対象の入力画像
３０ 観察範囲（視野）
３１、３４ テンプレートの位置
３２ マーク位置座標範囲線
３３ 範囲線
４０、４１ テンプレート画像の位置
４０ａ、４１ａ マークパターン
４２、４３ 探索対象の観察範囲（視野）
４０ｂ、４１ｂ テンプレート画像の位置
５０ 観察範囲（視野）
５２ 削減前のテンプレート画像
５３ 削減後のテンプレート画像
５４ 削減後のテンプレート画像
５５ 削減後のテンプレート画像

Claims (5)

1. マークパターンを有する被検出物から得た探索対象画像とテンプレート画像とを照合して、前記マークパターンの位置を検出する位置検出方法であって、
   前記探索対象画像内に前記テンプレート画像全体が対応するか否かを判定する第１の判定工程と、
   前記テンプレート画像の一部を削減して削減テンプレート画像を作成する削減工程と、
   前記第１の判定工程により前記テンプレート画像の一部が前記探索対象画像と対応しないと判断した場合に、前記削減の前の前記テンプレート画像を用いて前記照合を行った削減前照合結果と前記削減テンプレート画像を用いて前記照合を行った削減後照合結果とを求める照合結果取得工程と、
   前記照合結果取得工程で取得した前記削減前照合結果と前記削減後照合結果との差が所定の許容範囲内の場合は、前記削減前照合結果または前記削減後照合結果を用いて前記マークパターンの位置を検出する位置検出工程と、
   を備えたことを特徴とする位置検出方法。
2. 請求項１に記載の位置検出方法において、
   前記削減工程は、
   前記マークパターンのどの方向が前記探索対象画像と対応しないのかを推定する推定工程と、
   前記推定工程によって推定された方向に対応する部分の前記テンプレート画像を削減する工程と、
   を更に含むことを特徴とする位置検出方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の位置検出方法において、
   前記探索対象画像と前記削減後の前記テンプレート画像全体とが対応するか否かを判定する第２の判定工程と、前記削減テンプレート画像の一部を削減する再削減工程とを有し、
   前記照合結果取得工程は、前記第２の判定工程により前記テンプレート画像の一部が前記探索対象画像と対応しないと判断した場合に、前記削減の前のテンプレート画像を用いて前記照合を行った削減前照合結果と前記削減後のテンプレート画像を用いて前記照合を行った削減後照合結果とを求める
   ことを特徴とする位置検出方法。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の位置検出方法において、
   前記削減前照合結果と前記削減後照合結果との差が前記許容範囲内にない場合に前記位置検出結果を変更するか否かを判定する検出結果変更判定工程を更に備え、
   前記検出結果変更判定工程で前記位置検出結果を変更すると判定したとき、
   前記削減後照合結果に変更、又は、前記削減前照合結果に変更して得られた前記マークパターンの位置を最終検出結果として採用することを特徴とする位置検出方法。
5. コンピュータに請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置検出方法中の各工程を実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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