JP2010117632A - アライメントマークの検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメント顕微鏡の撮像素子に写し出されるワークマークの見え方が異なったとしても、ワークマークを正しく検出することができるようにすること。
【解決手段】アライメント顕微鏡１０を使って、ワークＷの表面画像を受像し、ワークマークＷＡＭとして登録すべき見え方（形状や明暗や色調）の異なる複数のパターンを、ワークマークＷＡＭ１〜ｎとして制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。ワークマークを検出する際には、このワークマークＷＡＭ１〜ｎを使って、検索領域内のパターンを検索し、比較・評価部１１ｃで、登録されているワークマークＷＡＭ１〜ｎと検索領域内のパターンとを比較して一致度のスコアを求め、スコアが例えば一定値を越えていると、このパターンをワークＷ上のワークマークＷＡＭと判定する。このワークマークＷＡＭを使って位置合わせ制御部１１ｅはマスクＭとワークＷの位置合せを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マスクに形成されたマスク・アライメントマーク（マスクマーク）と、ワークに形成されたワーク・アライメントマーク（ワークマーク）とを検出して、両者が、あらかじめ設定した位置関係になるように位置合せ（アライメント）を行い、マスクを介してワークに光を照射する露光装置において、ワーク・アライメントマークを検出するための検出方法及び検出装置に関する。

半導体素子、プリント基板、液晶基板等のパターンをフォトリソグラフィにより製造する工程においては、露光装置が使用される。露光装置は、マスクパターンを形成したマスクと、そのパターンが転写されるワークを所定の位置関係に位置合わせし、その後、マスクを介して露光光を含む光を照射する。これにより、マスクパターンがワークに転写（露光）される。
露光装置におけるマスクとワークの位置合せは、一般に次のようにして行なわれる。
マスクに形成されたマスクマークと、ワークに形成されたワークマークとを、アライメント顕微鏡によって検出する。検出データを画像処理し、それぞれの位置座標を求め、両者の位置があらかじめ設定された位置関係になるように、マスクまたはワークを移動させて行なう。マスクとワークは、平面内の２方向（Ｘ方向とＹ方向）及び回転方向（θ方向）の位置合せを行わねばならない。したがって、マスクマークとワークマークは、それぞれ２ヶ所以上形成される。

図９に、ワークマークを検出するアライメント顕微鏡１０の概略構成を示す。なお、上記したように、マスクマークとワークマークはそれぞれ２ヶ所以上形成されており、したがって、アライメント顕微鏡１０もそれに応じて２ヶ所以上設けられるが、同図では、１個（１ヶ所）のみ示している。アライメント顕微鏡１０は、ハーフミラー１０ａ、レンズＬ１、Ｌ２とＣＣＤカメラ１０ｂから構成されている。
１１は画像処理等を行なう制御部、１２はモニタ、ＷはワークマークＷＡＭが形成されたワークである。同図において、ワークマークＷＡＭの検出（パターンサーチ）は以下のようにして行なう。

Ａ）ワークマークの登録
ワークマークＷＡＭの検出に先立って、まず、検出するワークマークのパターンを制御部１１に登録する。
ワークマークＷＡＭとしては、例えば図１０（ａ）に示す十字形のマークが使用され、制御部１１には、図１０（ｂ）に示すように、モニタの１画素を単位とし、十字形のワークマークとその背景とを含めてひとつのパターンとして登録される。即ち、同図では説明を容易にするために、画素数を５×５としているが、画面中央の５画素が十字形に黒く、その周辺の２０画素が白いというパターンが登録される。
具体的には、検出したいワークマークＷＡＭを形成したサンプル基板をアライメント顕微鏡の下に置き、照明光を当てて照明する。
アライメント顕微鏡（例えば倍率３倍）１０によって、登録するワークマークＷＡＭを検出する。モニタ１２には、アライメント顕微鏡１０が取り込んで制御部１１が画像処理できる範囲（例えば図１１に示すように１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）が写し出される。

次に、登録するワークマークＷＡＭ全体が入るように、モニタ１２上でワークマーク登録用の仮想線（図１１の点線）によってワークマークＷＡＭを囲み、制御部１１にワークマークＷＡＭを登録する。制御部１１は上記仮想線に囲まれた画素を単位として、そのコントラストによりワークマークＷＡＭを記憶する。これにより、ワークマークＷＡＭの登録作業が終了する。
ワークマークＷＡＭの大きさは、ワークの種類、ユーザ、工程によって様々であるが、例えば、ワークマークＷＡＭを囲む仮想線の大きさが、図１１に示すように２００μｍ〜７００μｍになるものがしばしば使われる。
ワークマークＷＡＭの形状もまた、上記と同じ理由でさまざまであり図１０に示したような十字型には限られない。図１２（ａ）に示すように丸型のものや、同図（ｂ）に示すように規則的なパターンを１組としてアライメントマークにしたものなど多数ある。いずれにせよ、１つのワークマークのパターン全体が含まれるように登録範囲を設定する。

Ｂ）パターンサーチ
次に、実際のワークマークＷＡＭを検出する。アライメント顕微鏡の下から、ワークマークのパターン登録に使用したサンプル基板を取り除き、実際にパターンが形成された基板（ワーク）を置く。顕微鏡の倍率は、上記でパターンを登録した同じ倍率（３倍）である。
図９に示すように、アライメントユニット１０のハーフミラー１０ａを介して照明光をワークＷ上のワークマークＷＡＭに照射し、ＣＣＤカメラ１０ｂによりワークマークＷＡＭを受像する。そしてモニタ１２に映し出されたワークマークＷＡＭの像を制御部１１に入力し、モニタ１２の画素を単位として座標データに変換する。
制御部１１は、前記した登録パターンと、受像したワークマークＷＡＭの像を比較する。例えば、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１０（ｃ）に示す検出パターンＡである場合、登録パターンと６０％一致しているので、スコア（相関値）６０として認識する。
また同様に、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１０（ｄ）に示す検出パターンＢである場合、登録パターンと８０％一致しているので、スコア８０として認識する。さらに、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１０（ｅ）に示す検出パターンＣの場合、１００％一致しているので、スコア１００として認識する。

上記のようにして、モニタに映し出された全領域をパターンサーチし、スコアが最も１００に近い（最も高い）位置を、ワークマークＷＡＭの位置（ワークマークＷＡＭが検出されている位置）として認識し、その位置座標をワークマークの位置座標として記憶する。
具体的には、ワーク上ＷのワークマークＷＡＭが設けられている付近を、アライメントユニット１０によって観察する。図１３は、そのときモニタ１２によって写し出されている実際のワークの領域を示す図である。上記したように、アライメント顕微鏡の倍率は、ワークマークのパターンを登録した時の倍率と同じ３倍である。
したがって、モニタ１２には、図１１と同じ範囲（１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）が写し出される。この範囲を全領域にわたって、上記の仮想線で囲い登録した範囲が１画素ずつ移動（スキャン）し、その各々の位置においてスコアを求める。
図１３のワークマークを検索する領域内（１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）には、例えば、（Ｂ）のようにワークマーク以外のパターンが形成されている場合もあるし、また、（Ｃ）のようにごみが付着している場合もある。パターンやごみの形状が、たまたま登録されているワークマークのパターンに似ていることもある。そのような場合、比較的スコアの高い位置が、画像処理領域内に複数検出されることがある。

しかし、上記したように、制御部１１は仮想線に囲まれた画素を単位として、そのコントラストによりワークマークＷＡＭを記憶している。したがって、図１３の領域内に、ワークマークＷＡＭが存在すれば、その位置（Ａ）でのスコアが最も高くなる。したがって、最も高いスコアが検出された位置をワークマークの位置として検出するように設定する。
なお、上記のように入力された画像と、予め用意されたテンプレート画像を比較してその類似度を判定する手法は種々知られており、必要なら例えば、非特許文献１などを参照されたい。
江尻正員監修「画像処理産業応用総覧、上巻、（基礎・システム技術編）」、１９９４年１月１７日、株式会社フジ・テクノシステム発行、初版、ｐ２６−ｐ２７，ｐ５０−ｐ５２ 特開平９−８２６１５号公報

半導体ウエハの露光装置においては、ワークであるウエハに形成されるワークマークは、同じ面に形成される回路パターンと同様に、フォトリソグラフィにより形成されることが多い。
一方、プリント基板の露光装置においては、プリント基板にレーザ照射やドリルなどの機械加工により形成した、φ１００μｍ程度の貫通していない孔（へこみ）を、ワークマークとして使用する場合がある。
このような基板に形成された孔の検出には、暗視野照明と呼ばれる照明方法が使われる。暗視野照明は、基板に対して斜めから照明光を照射し、基板の上方に撮像素子を配置する。真上からの照明では孔は検出しづらい。
図１４（ａ）は、図９のアライメント顕微鏡により、基板１００に形成された孔１０１を、暗視野照明により撮像する様子を模式的に示した図である。なお、同図では、照明光１０３は図面の右側と左側からしか示していないが、実際は、孔１０１に対して３６０°全方向から照明されている。

照明光１０３は、プリント基板１００に対し、斜めに入射する。プリント基板１００の表面は拡散面であり、基板の表面や孔の底の部分に照射された照明光１０３は、拡散して反射し、その一部は、反射ミラー１０２に反射され撮像素子（ＣＣＤ、図示せず）に入射する。
一方、孔１０１の壁面に入射した光は、拡散して反射するものの、壁面で反射された光が直接撮像素子（ＣＣＤ）には入射しない。
そのため、撮像素子には、孔１０１は、壁の部分と、それ以外の部分（プリント基板の表面と孔の底の部分）とでは異なった明るさで写る。例えば図１４（ｂ）に示すように、壁の部分は黒く縁取りされたリング状に、孔の底の部分は基板の表面と同様にグレーに写ることがある。
したがって、底のある孔が理想的に形成されている場合は、ワークマークＷＡＭの登録画像として、図１４（ｂ）のようなリング状のパターンが登録されることになる。

しかし、例えば同じ形の孔を加工したっもりであっても、アライメント顕微鏡で検出した場合、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方（形状や明暗や色調）が異なることがある。
その理由の一つは、出来上がった孔の形状が偶然に異なってしまう場合である。
図１５は、プリント基板にレーザやドリルで加工して形成した孔の形状の一例である。 同図は、孔の断面図である。
図１５（ａ）は、理想的な孔の形状である。しかし、レーザやドリルの先端の形状により、図１５（ｂ）に示すように、孔の壁が斜めになる（すり鉢状）になることもある。また、図１５（ｃ）に示すように、孔のエッジ部分にバリ１０４が生じることもある。
このように、プリント基板１００に機械加工により形成される孔は、その形状にふぞろいが生じることがある。そのため、このような孔をワークマークとしてアライメント顕微鏡で検出すると、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。

撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる他の理由は、孔形成後に施される処理によるものがある。
例えば、図１５（ｄ）に示すように、プリント基板には、表面に銅１０５などの金属箔がめっきされることがあり、孔の中もめっきされる。金属めっきにより表面の反射率が変化するので、めっきの有無により、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
また、図１５（ｅ）に示すように、金属めっきされたその上にレジストフィルムが貼られることもある。レジストフィルム１０６の厚さは数十μｍであり、これを貼り付けると、孔の側面や底面に沿って貼り付けることはできず、孔の開口を塞ぐかたちになる。
そのため、孔の部分では、レジストフィルムにより照明光の反射率や光の反射する方向が変化し、レジストフィルムが貼られていない場合と貼られている場合とでは撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
例えば、図１５（ｅ）のように、レジストフィルムが貼られた場合、アライメント顕微鏡により検出される孔の形状は、全体が黒い丸に見えることがある。
また、レジストフィルムの貼り具合によっては、孔の中へのフィルムのたるみ具合も変わるので、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。

ワークマークの見え方が異なると、実際に撮像されているワークマーク画像が、制御部に記憶されているワークマークの画像とは、異なることとなる。このようなことが起きると、ワークマークが存在する位置でのスコアが低くなり、ワークマークを正しく検出できなくなる。
図１６を用いて説明する。図１６（ａ）に示すリング状のパターンが、制御部に登録されたワークマークの画像とする。
図１６（ｂ）は、基板のワークマークを検索（サーチ）する領域内に、ワークマークが存在し、かつ登録された画像とほぼ同等の見え方をしている場合である。この場合、図１６（ａ）の登録マークは、図１６（ｂ）の四角で囲った位置でほとんど一致し、そのスコアは、例えば、９０００点（１００００満点）である。
図１６（ｃ）が本案件の課題となる場合である。サーチする領域内に、ワークマークが存在するが、上記したような原因により見え方が登録マークとは異なり黒丸状に見える場合である。リングは中央部が白いが、黒丸は中央部が黒いので、図１６（ｃ）の四角で囲った位置におけるスコアは低く、例えば２０００点程度である。

図１６（ｄ）は、検索領域内に、ワークマークではない配線等の黒四角の輪郭のパターンが存在する場合である。この場合、形状は異なるが、真ん中が黒く周辺部が白いという明暗のパターンが似ているので、図１６（ｄ）の四角で囲った位置におけるスコアは、図１６（ｃ）場合よりも高く、例えば５０００点になることがある。
図１６（ｃ）は、登録されたマークとは見え方が異なるが、ワークマークであるので検出しなければならない。しかし、図１６（ｄ）は、ワークマークではないので、ワークマークとして検出しないようにしなければならない。
しかし、図１６（ｃ）をワークマークとして検出するために、制御部において、例えば「スコアが２０００点以上の場合はワークマークとする」と設定すると、ワークマークではない図１６（ｄ）をワークマークとして検出してしまう。一方、図１６（ｄ）をワークマークとして検出しないために「スコアが６０００点以上の場合をワークマークとする」と設定すると、図１６（ｃ）をワークマークとして検出できない。
したがって、ワークマークを正しく検出することができない。

以上のように、同一形状としてワーク上に形成したワークマークが、ワークマークの加工の条件やプリント基板の製造工程上の処理により、撮像素子により写し出される見え方（形状や明暗や色調）が異なることがある。この場合には、登録したワークマークで実際のワークマークを検出しようとしても、検出できないことがある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、アライメント顕微鏡の撮像素子に写し出されるワークマークの見え方が異なったとしても、ワークマークを正しく検出することができるワークマークの検出方法及び装置を提供することである。

突起またはへこみ（貫通孔も含む）としてワーク上に形成されたワーク・アライメントマーク（ワークマーク）をアライメント顕微鏡で観察すると、同様の輪郭を有するが、一部が欠けたり、色調・色の濃度・明暗が異なる等、見え方が異なる複数のパターンが観察される。このような複数のパターンのうち、同様の輪郭を有し色調・色の濃度・明暗が異なるワーク・アライメントマークとして検出すべき複数パターンを記憶部に登録する。
そして、ワーク上に形成されたワークマークを検出する際、ワーク・アライメントマークとして検出すべき上記複数の登録パターンを一つずつ読み出し、受像したワーク上のパターンと、上記読み出した登録パターンとを比較し、両者の一致度を評価する。
即ち、まず、登録した第１のパターンで検索領域をサーチし、ワーク上のパターンと比較してスコアを求める。次に、同様に登録した第２のパターンで検索領域をサーチしスコアを求める。これを繰り返し、あらかじめ設定された値以上のスコアを示した登録パターンが検出されたら、この登録パターンをワークマークに対応したパターンとして採用する。あるいは、上記比較を繰り返し、最も高い値のスコアを示した登録パターンが検出されたら、この登録パターンをワークマークに対応したパターンとして採用してもよい。
上記のように最も高い一致度が得られた登録パターン、もしくは予め設定された値以上の一致度が得られた登録パターンが見つかったら、該登録パターンとの一致度が高い受像パターンを、ワークアライメントマークとして検出し、その位置を記憶する。
投影露光装置などの露光装置においては、上記のように検出したパターンをワークマークとして、マスクとワークの位置合わせを行い、マスク上に形成されたマスクパターンをワーク上に転写する。
マスクとワークの位置合わせは、上記検出されたワークマークの位置座標が、例えば予め検出して登録されているマスクアライメントマーク（マスクマーク）の位置座標に、一致するように、ワークステージをＸＹ方向に移動させるとともに、ＸＹ平面に垂直な軸を中心に回転させることにより行われる。

本発明においては、ワーク・アライメントマークとして検出すべき複数の登録パターンと、受像したワーク上のパターンとを比較して、一致度を評価し、この評価結果に基づき、受像したワーク上のパターンをワーク・アライメントマークとして検出するようにしたので、一部が欠けたり、色の濃度・明暗が異なるため、同じ形状のワークマークが異なった見え方になるようなことがあっても、ワークマークを確実に検出することができる。
このため、ワークマークが突起またはへこみとしてワーク上に形成されたものであっても、ワークマークを確実に検出し、精度よく位置合わせを行うことができる。

図１は、本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。
同図において、ＭＳはマスクステージである。マスクステージＭＳには、マスクマークＭＡＭとマスクパターンＭＰが形成されたマスクＭが置かれて保持される。
光照射装置１から露光光が出射する。出射した露光光は、マスクＭ、投影レンズ２を介して、ワークステージＷＳ上に載置されたワークＷ上に照射され、マスクパターンＭＰがワークＷ上に投影され露光される。
投影レンズ２とワークＷの間には、同図の矢印方向に移動可能なアライメント顕微鏡１０が２個所に設けられている。マスクパターンＭＰをワークＷ上に露光する前に、アライメント顕微鏡１０を図示の位置に挿入し、マスクマークＭＡＭとワークに形成されているワークマークＷＡＭとを検出し、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。位置合せ後、アライメント顕微鏡１０は、ワークＷ上から退避する。なお、図１においては、２個所設けられている内の一方のアライメント顕微鏡のみを示す。
アライメント顕微鏡１０は、前記したように、ハーフミラー１０ａ、レンズＬ１、Ｌ２とＣＣＤカメラ１０ｂから構成されている。アライメント顕微鏡１０には、前記図１４に示した暗視野照明を行うため、基板に対して斜めから照明光を照射するための照明手段１０ｃが設けられている。

アライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより受像したマスクマークＭＡＭ像、ワークマーク像などは、制御部１１に送られる。
制御部１１は上記ＣＣＤカメラで受像した画像を処理する画像処理部１１ａと、ワークマークとして検出すべき複数の登録パターン、マスクマーク等の位置座標情報、各種パラメータ等を記憶する記憶部１１ｂを備える。
さらに、制御部１１は、ＣＣＤカメラ１０ｂで受像し画像処理部１１ａで画像処理したパターン像と記憶部１１ｂに登録されたパターン像とを比較して一致度を求めてスコアを計算する比較・評価部１１ｃと、比較・評価部１１ｃにより得た一致度に基づき、受像したワーク上のパターンが、ワークマークとして検出するパターンであるかを判定する判定部１１ｄと、ワークマークとして検出されたパターンの位置座標が、記憶部１１ｂに記憶されたマスクマーク像の位置座標に一致するようにワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳ（あるいはその両方）を移動させる位置合わせ制御部１１ｅと、作業者の指示によりワークマーク等を記憶部１１ｂに登録するための登録部１１ｆを備える。
ワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳは、上記位置合わせ制御部１１ｅにより制御されるワークステージ駆動機構４、マスクステージ駆動機構３により駆動され、ＸＹ方向（Ｘ，Ｙ：マスクステージＭＳ、ワークステージＷＳ面に平行で互いに直交するに方向）移動させるとともに、ＸＹ平面に垂直な軸を中心に回転する。
上記制御部１１には、モニタ１２が接続され、上記画像処理部１１ａで画像処理された画像はモニタ１２の画面に表示される。

図１において、マスクＭとワークＷの位置合わせは、次のように行われる。
光照射装置１もしくは図示しないアライメント光源から照明光をマスクＭに照射して、マスクマークＭＡＭ像をアライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより受像し、制御部１１に送る。制御部１１の画像処理部１１ａは上記マスクマークＭＡＭ像を位置座標に変換し記憶部１１ｂに記憶する。
なお、マスクマークの検出方法は種々の方法が提案されており、必要なら例えば特許文献１等を参照されたい。
次いで、ワークＷにアライメント顕微鏡１０の照明手段１０ｃから照明光を照射し、前記したようにパターンサーチを行い、ワークＷ上のワークマークＷＡＭを検出し、制御部１１はその位置座標を求める。
制御部１１は、記憶しているマスクマークＭＡＭの位置座標と、検出したワークマークＷＡＭの位置座標が所定の位置関係になるように、ワークステージＷＳ（もしくはマスクステージＭＳ、あるいはその両方）を移動し、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。

次にワークマークの検出手順と、マスクとの位置合わせについて図２、図３、図４により具体的に説明する。
（１）まず、マスクマークＭＡＭの位置を検出する。このため、図２（ａ）に示すようにアライメント顕微鏡１０の視野内（視角の範囲内）におけるマスクマークＭＡＭの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ２）を求める。
すなわち、アライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂで撮像した画像を、制御部１１の画像処理部１１ａで処理し、マスクマークＭＡＭの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ２）を求めて、記憶部１１ｂに記憶する。
（２）ワークマークを制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。この登録は、次のようにして、作業者が目視で行う。
実際のワークＷ１をワークステージＷＳ上に置き、アライメント顕微鏡１０を使って、ワークＷ１の表面画像を受像し、画像処理部１１ａで処理して、モニタ１２上にワークＷ１の表面を写し出す。
この時のアライメント顕微鏡１０は、実際にワークマークＷＡＭを検出する場合と同じライメント顕微鏡１０であり、アライメント顕微鏡１０の倍率は、実際にワークマークＷＡＭを検出する場合と同じ倍率（例えば３倍）である。また、アライメント顕微鏡１０は、マスクマークを検出した時の位置と同じ位置に保たれており、アライメント顕微鏡１０の視野（視角）も同じである。

作業者は、写し出されたワークＷ１の画像を見て、ワークマークＷＡＭを探す。ワークマークＷＡＭとして登録すべきパターンが見つかれば、上記「ワークマークの登録」での説明と同様に、図２（ｂ−１）に示すように、ワークマークＷＡＭ全体が入るように、モニタ１２上でワークマーク登録用の仮想線によってワークマークＷＡＭを囲み、例えば目視でその中心位置を特定し、＋などのマークをつける。
例えばワークマークＷＡＭが、丸印の場合、アライメント顕微鏡１０で観察される画像は例えば、図３（ｂ−２）に示すように、円や黒丸等に見えることがあるが、作業者はこれらのパターンから、ワークマークＷＡＭとして登録すべきパターンを選択する。
そして、ワークマークＷＡＭとして登録すべきパターンについて、ワークマーク登録用の仮想線によってパターンを囲み、この仮想線により囲まれる領域をワークマークＷＡＭ１のパターン像として、登録部１１ｆに登録指令を与えて記憶部１１ｂに登録する。
また、目視でパターンの中心位置を特定し、仮想線で形成される四角形の例えば左上角からパターンの中心位置までの距離ｄｘ、ｄｙをパターンの位置座標として記憶手段１１ｂに登録する。
ここで、図３（ｂ−３）に示すように、パターンの中心位置の設定が正しくないと、その誤った位置（＋の位置）がワークマーク位置として登録されることとなる。
なお、パターンの中心位置を演算などにより自動的に求める手法は従来から種々知られており、パターンの中心位置の設定を目視ではなく、画像処理部１１ａで画像処理することにより自動的に求めるようにしてもよい。

従来では上記のように、ワークマークを一つ登録するだけで、ワークマークＷＡＭの登録は終了していた。しかし、本発明においては、ワークマークとして登録すべき見え方の異なる複数のパターンをワークマークとして登録する。
このため、続けてワークマークを登録する場合には、今のワークＷ１をワークステージＷＳから下ろし、同じ形状のワークマークＷＡＭが形成されているはずの別の２番目のワークＷ２をワークステージＷＳに載置する。
そして、上記と同様に、アライメント顕微鏡１０により、ワークＷ２の表面をモニタ１２上に写し出し、ワークマークＷＡＭを探す。見つかったワークマークＷＡＭが、先ほど登録したワークマークＷＡＭと見え方（形状や明暗や色調）が異なっていれば、上記と同様にしてワークマーク登録用の仮想線で囲み、第２のワークマークＷＡＭ２として制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。

続いて、ワークＷ２をワークステージＷＳから下ろし、３番目のワークＷ３をワークステージＷＳに載置する。アライメント顕微鏡１０により、ワークＷ３の表面をモニタ１２上に写し出し、ワークマークＷＡＭを探す。見つかったワークマークＷＡＭが、今まで登録したワークマークＷＡＭ１やＷＡＭ２と見え方（形状や明暗や色調）が異なっていれば、上記と同様にしてワークマーク登録用の仮想線で囲み、第３のワークマークＷＡＭ３として制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。
以下、これを繰り返し、ワークマークＷＡＭの見え方の異なるパターンを、それぞれすべて制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。

（３）次に、登録したワークマークと、ワーク上のパターンとを比較して、ワークＷ上のワークマークを検出する。
ワークマークを検出する際には、制御部１１の記憶部１１ｂに登録したすべてのワークマークＷＡＭ１〜ｎを使って、検索領域内のパターンを検索（サーチ）する。比較・評価部１１ｃは、上記登録されているワークマークＷＡＭ１〜ｎと検索領域内のパターンとを比較して一致度のスコアを求める。判定部１１ｄはこのスコアが例えば一定値を越えているか、あるいは、最も高いスコアであると、上記登録されているワークマークＷＡＭ１〜ｎの中からこのワークマークを採用する。
そして、最も高い一致度が得られたワークマーク、もしくは予め設定された値以上の一致度が得られたワークマークに対応する検索領域内のパターンを、ワークＷ上のワークマークとして検出し、その位置を記憶する。
例えば、ワークマークの見え方が二種類あり、第１のワークマークＷＡＭ１がリング状のパターンであり、第２のワークマークＷＡＭ２が黒丸状のパターンであれば、その二つのワークマークＷＡＭ１とＷＡＭ２とを使ってサーチする。
即ち、まず第１のワークマークＷＡＭ１で検索領域をサーチしスコアを得る。次に第２のワークマークＷＡＭ２で検索領域をサーチしスコアを得る。そして、予め設定された値以上のスコアのワークマークを使って、あるいは、最も高いスコアを検出したワークマークを使って位置合わせ制御部１１ｅはマスクとワークの位置合せを行う。

ワークマークのサーチは、例えば図４のように行なわれる。
例えば図４（ｃ−１）に示す矩形領域Ｐが検索すべきワークマークとして記憶部１１ｂに登録されているとする。
ワークマークをサーチするには、図４（ｃ−２）に示すように、アライメント顕微鏡１０の視野内で、例えば視野の左上端角から、上記図４（ｃ−１）に示すワークマークＷＡＭのパターンを含む縦Ｙ、横Ｘの矩形領域Ｐを少しずつずらしながら重ねて行き一致度の高い場所を探す。
そして、アライメント顕微鏡の視野内で一致度の高い領域が検索されると、そのときの、矩形領域Ｐの左上の角の座標（ｘ１，ｙ１）を求め、領域Ｐ内のパターンの中心位置を示す（ｄｘ，ｄｙ）と加算して、（ｘ１＋ｄｘ，ｙ１＋ｄｙ）を検出されたワークマークの位置座標（ｘｗ１，ｙｗ１）とする。
（４）以上のようにしてワークマークの位置座標が検出されると、位置合わせ制御部１１ｅは図４（ｄ）に示すように、検出されたワークマークＷＡＭの位置座標（ｘｗ１，ｙｗ１）が、予め記憶されているマスクマークの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）に一致するように、ワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳ（あるいはその両方）を移動させ、両者を一致させる。

なお、上記説明では、複数のワークマークＷＡＭを一括して登録し、これらのワークマークＷＡＭ１〜ｎ使って、検索領域を検索（サーチ）する場合について説明したが、ワークマークの検出とマスクＭとワークＷの位置合わせを行ないながら、ワークマークとして登録すべきパターンが検出されたら、その都度、そのパターンをワークマークとして登録するようにしてもよい。
すなわち、まず、第１のワークマークＷＡＭを登録して、登録されたこのワークマークを使って、ワークＷ上のワークマークを検出し、検出されたワークマークを使って位置合わせを行なう。そして、このワークマークを検出する過程で、新たに異なった見え方をするワークマークとして登録すべきパターンが検出されたら、このパターンを上記したようにワークマークＷＡＭとして記憶部１１ｂに登録する。
次のワークマークの検出では、先に登録されているワークマークとして登録すべきパターンと、新たに登録されたパターンを用いてワークマークの検出を行なう。

次に、図５と図６のフローチャートを使って、ワークマークの検出について具体的に説明する。
ここでは、登録したワークマークのパターン（登録マーク）はＷＡＭ１とＷＡＭ２の２個（ｎ＝２）であり、第１登録マークＷＡＭ１は、図５（ａ）に示すようにリング状のパターンであり、第２の登録マークＷＡＭ２は、図５（ｂ）に示すように黒丸状のパター ンとする。
（１）図５（ｃ）に示すように、ワークマークの検索領域にリング状に見えるワークマークがある場合。
(i) サーチの開始。まず、ｉ＝１番目の登録パターン、即ち、第１の登録パターンＷＡＭ１で検索領域をサーチする（図６のステップＳ１，Ｓ２）。図５（ｃ）のパターンが検出されると、制御部１１の比較・評価部１１ｃで第１の登録パターンＷＡＭ１と図５（ｃ）のパターンを比較・評価して、スコアを求める。
第１の登録マークＷＡＭ１は、実際に見えている図５（ｃ）のワークマークとパターンがほぼ一致するので、高いスコア、例えば９０００点が得られる。この値を第１の登録マークＷＡＭ１のスコアとして制御部１１の記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ３）。

(ii)ステップＳ４に行き、ｉに１を加えｉ＝２とする。ｎ＝２であり、ｉ＞ｎではないので、ｉ＝２である第２の登録マークＷＡＭ２で検索領域をサーチする（ステップＳ１，Ｓ２）。
(iii) 第２の登録パターンＷＡＭ２が黒丸であるのに対して、見えているワークマークのパターンが図５（ｃ）に示すリングであると、スコアは低く、例えば２０００点になる。この値を第２の登録マークＷＡＭ２のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ３）。
(iv)ステップＳ４に行き、ｉに１を加えｉ＝３とする。ｉ＞ｎとなるので、制御部１１の判定部１１ｄにおいて、第１の登録マークＷＡＭ₁ のスコア９０００点と、第２の登録マークＷＡＭ２のスコア２０００点とを較する。そして高いスコアが得られた、第１の登録マークＷＡＭ１を、図５（ｃ）のパターンを有するワークにおけるワークマークとして採用する。以上でサーチが終了する。

（２）図５（ｄ）に示すように、ワークマークが黒丸状に見える場合は、次のようになる。なお、上記と重複する部分は説明を省略する。
(i) まず、第１の登録パターンＷＡＭ１で検索領域をサーチする。両者のパターンは似ておらず、スコアは低く２０００点である。この値を第１の登録マークＷＭ１のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
(ii)次に、第２の登録マークＷＡＭ２で検索領域をサーチする。第２の登録マークＷＡＭは、見えているワークマークとパターン良く似ているので、高いスコア（９０００点）が得られる。この値を第２の登録マークＷＡＭ２のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。(iii) 制御部１１の判定部１１ｄは、第１の登録マークＷＡＭ１のスコア２０００点と、第２の登録マークＷＡＭ２のスコア９０００点とを比較する。そして高いスコアが得られた、第２の登録マークＷＡＭ２を、図５（ｄ）のワークにおけるワークマークとして採用する。

（３）図５（ｅ）に示す配線等の黒四角のリング状のワークマークではないワークパターンが、図５（ｃ）や図５（ｄ）のワークマークとともに混在する場合。このような場合であっても、正しくワークマークを検出できる。以下に説明する。
（ａ）図５（ｃ）のリング状のワークマークと、図５（ｅ）の黒四角のリング状のワークパターンが混在する場合。
(i) まず、第１の登録パターンＷＡＭ１で検索領域をサーチする。図５（ｅ）のパターンに対するスコアは５０００点であり、図５（ｃ）のパターンに対するスコアは９０００点である。制御部１１の比較・評価部１１ｃは、高い方の９０００点のスコアを、第１の登録マークＷＡＭ１のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
(ii)次に、第２の登録パターンＷＡＭ２で検索領域をサーチする。図５（ｅ）のパターンに対するスコアは１５００点であり、図５（ｃ）のパターンに対するスコアは２０００点である。比較・評価部１１ｃは、高い２０００点のスコアを、第２の登録マークＷＡＭ１のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
(iii) 制御部１１の判定部１１ｄは、第１の登録マークＷＡＭ１のスコア９０００点と、第２の登録マークＷＡＭ２のスコア２０００点とを比較する。そして高いスコアが得られた、第１の登録マークＷＡＭ１によるサーチ結果である図５（ｃ）のパターンをワークマークとして採用する。

（ｂ）図５（ｄ）の黒丸のワークマークと、図５（ｅ）の黒四角のリング状のワークパターンが混在する場合。
(i) 第１の登録パターンＷＡＭ１で検索領域をサーチする。図５（ｅ）のパターンに対するスコアは５０００点であり、図５（ｄ）のパターンに対するスコアは２０００点である。比較・評価部１１ｃは、高い方の５０００点のスコアを、第１の登録マークＷＡＭ１のスコアとして記憶部１１ｄに記憶する。
(ii)第２の登録パターンＷＡＭ２で検索領域をサーチする。図５（ｅ）のパターンに対するスコアは１５００点であり、図５（ｄ）のパターンに対するスコアは９０００点である。比較・評価部１１ｃは、高い方の９０００点のスコアを、第２の登録マークＷＡＭ１のスコアとして記憶部１１ｄに記憶する。
(iii) 判定部１１ｄは、第１の登録マークＷＡＭ１のスコア５０００点と、第２の登録マークＷＡＭ２のスコア９０００点とを比較する。そして高いスコアが得られた、第２の登録マークＷＡＭ２によるサーチ結果である図５（ｄ）のパターンをワークマークとして採用する。

以上のように、制御部１１において、最も高いスコアが得られた登録マークをワークマークとして採用するというように設定しておけば、例えば上記のような黒四角のリング状のパターンを、誤ってワークマークとして検出することがない。
なお、検索領域に、実際にワークマークが存在しない（黒丸も円環もない）場合は、スコアが５０００点である四角で黒いワークパターンを誤ってワークマークとして検出することも考えられる。その対策として、制御部１１に、例えば「スコアが９０００点以上の場合のみ、ワークマークとして採用する」と設定しておけばよい。

上記のように、ワークマークの見え方（形状や明暗や色調）が様々に異なる場合、その見え方の異なるパターンをすべて登録することになる。
しかし、登録するパターン（登録マーク）の数が増えると、露光装置において、マスクとワークの位置合せごとに、図６のフローチャートに示す処理（ｉ＞ｎとなるまで、すべての登録マークについてサーチを行い、スコアを求める）を繰り返すと、ワークマーク検出に時間がかかり、その結果露光処理の時間が全体として長くなる。すなわち、スループットが悪くなる。
そこで、例えば、登録マークｉ（ｉ番目の登録マーク）であらかじめ設定した点数以上のスコアが得られたら、その段階でサーチを終了し、次のｉ＋１番目以降の登録マークでのサーチをスキップして、次の手順（ワークマークの位置検出とマスクとワークの位置合せ）に進むよう設定することが考えられる。
この、次の登録マークでのサーチに進まないようにするスコア値のことを、「中断しきい値」と呼ぶ。

上記「あらかじめ設定した点数以上のスコアが得られたら、その段階でサーチを終了する処理」をフローチャートとして示すと、図７のようになる。
図７において、ワークマークの検出処理は次のように行われる。
ここでは、予めｎ個のワークマークのパターン（登録マーク）が登録されているとする。予め、制御部１１の記憶部１１ｂに中断しきい値（例えば９０００点）を設定する。中断しきい値は、正しくワークマークを検出できているはずのスコア値であり、あらかじめ実験等により求めておく。
(i) サーチの開始。ｉ＝１番目の登録パターンである第１の登録パターンＷＡＭ１で検索領域をサーチする（ステップＳ１，Ｓ２）。比較・評価部１１ｃは、サーチした中で最も高いスコアを、第１の登録マークＷＡＭ１により検出されたパターンのスコアとして記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ３）。
(ii)判定部１１ｄにおいて、記憶した第１の登録マークＷＡＭ１により検出されたパターンのスコアと、中断しきい値（例えば９０００点）とを比較する（ステップＳ４）。
第１の登録マークＷＡＭ１のスコアが９０００点以上であれば、第２の登録マークＷＡＭ₂ 以降によるサーチを行わず、第１の登録マークＷＡＭ１により検出されたパターンををワークマークとして採用し、サーチを終了する（ステップＳ６）。

(iii) 第１の登録マークＷＡＭ１のスコアが９０００点未満であれば、ステップＳ５に行き、ｉに１を加算して、ｉ＝２として第２の登録マークＷＡＭ２で検索領域をサーチする（ステップＳ１，Ｓ２）。
サーチした中で最も高いスコアを第２の登録マークＷＡＭ２により検出されたパターンのスコアとして記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ３）。
(iv)判定部１１ｄにおいて、記憶した第２の登録マークＷＡＭ２により検出されたパターンのスコアと、中断しきい値（９０００点）とを比較する（ステップＳ４）。第２の登録マークＷＡＭ２により検出されたパターンのスコアが９０００点以上であれば、第３の登録マークＷＡＭ３以降によるサーチを行わず、第２の登録マークＷＡＭ２により検出されたパターンをワークマークとして採用しサーチを終了する（ステップＳ６）。

(v) 第２の登録マークＷＡＭ２により検出されたパターンのスコアも９０００点未満であれば、第３の登録マークＷＡＭ３で検索領域をサーチする。
これをｉ＝ｎまで繰り返し、中断しきい値を超えるパターンが検出されれば、そのパターンをワークマークとして採用する（ステップＳ６）。
中断しきい値を超えるパターンがなければ、第１の登録マークＷＡＭ１から第ｎの登録マークＷＡＭｎにより検出されたパターンの各スコアを比較する。そして最も高いスコアが得られた、第ｉの登録マークＷＡＭｉにより検出されたパターンを、ワークマークとして採用し（ステップＳ７）、サーチを終了する。

このように、中断しきい値を設定しておけば、マスクとワークの位置合せ毎にすべての登録パターンについてサーチを行なうことがなくなるので、ワークマークの検出時間を短縮することができる。
また、中断しきい値の設定に加えて、各登録マークの使用回数を蓄積しておき、使用回数の多い登録マークから順番にサーチを行うようにしたり、直近（最近）に使われたマークから順番にサーチを行うようにしたりするなど、制御部１１に学習機能を付加しておけば、高いスコアの登録マークをより早く見つけられる可能性が高くなるので、ワークマークの検出時間の短縮を図ることができる。

なお、本発明においては、基板に形成した底つきの孔（凹部、へこみ）をワーク・アライメントマーク（ワークマーク）として使用する場合、その孔にめっきやレジストフィルムの貼り付けにより、アライメント顕徴鏡によって検出されるワークマークの見え方（形状や明暗や色調）が異なることを例に説明した。
しかし、孔の場合に限らず、図８（ａ）に示すように基板１００に形成した突起１０７（凸部、ふくらみ）をワーク・アライメントマークとして使用する場合であっても、ワークマークの見え方が変化するので、本発明を適用することができる。
また、例えば、図８（ｂ）に示すような、銅１０５等のめっきの有無により表面の反射率が変化して見え方が変化する場合もある。
さらに、図８（ｃ）に示すように突起に対してレジストフィルム１０６を貼り付けると、突起の側面に沿って貼り付けることはできず、突起の側面に空間ができる。そのため、照明光の反射率や光の反射する方向が変化し、レジストフィルムが貼られていない場合と貼られている場合とでは撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
さらに、レジストフィルムの貼り付け具合によっては、フィルムのたるみ具合も変わるので、見え方が変化するが、これらの場合にも本発明を適用することができる。

本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例のワークマークの検出手順とマスクとワークの位置合わせを説明する図（１）である。 本発明の実施例のワークマークの検出手順とマスクとワークの位置合わせを説明する図（２）である。 本発明の実施例のワークマークの検出手順とマスクとワークの位置合わせを説明する図（３）である。 登録されたワークマークとアライメント顕微鏡で撮像された入力画像の例を示す図である。 ワークマークの検出処理手順を示すフローチャートである。 ワークマークの他の検出処理手順を示すフローチャートである。 ワークマークの見え方が異なるその他の例を示す図である。 アライメント顕微鏡の概略構成を示す図である。 登録パターンと検出パターンの一例を示す図である。 モニタに表示される画像の一例を示す図である。 ワークマークの形状例を示す図である。 パターンサーチを説明する図である。 アライメント顕微鏡により、基板に形成された孔を暗視野照明で撮像する様子を模式的に示した図である。 プリント基板に、レーザやドリルで加工して形成した孔の形状の例を示す図である。 登録されたワークマークと、検索領域の画像の例を示す図である。

符号の説明

１ 光照射装置
２ 投影レンズ
３ マスクステージ駆動機構
４ ワークステージ駆動機構
１０ アライメント顕微鏡
１０ａ ハーフミラー
１０ｂ ＣＣＤカメラ
１０ｃ 照明手段
１１ 制御部
１１ａ 画像処理部
１１ｂ 記憶部
１１ｃ 比較・評価部
１１ｄ 判定部
１１ｅ 位置合わせ制御部
１１ｆ 登録部
１２ モニタ
Ｌ１，Ｌ２ レンズ
Ｍ マスク
ＭＡＭ マスク・アライメントマーク（マスクマーク）
ＭＳ マスクステージ
Ｗ ワーク
ＷＡＭ ワーク・アライメントマーク（ワークマーク）
ＷＳ ワークステージ

Claims (2)

1. 突起またはへこみとしてワーク上に形成されたワーク・アライメントマークの検出方法であって、
   ワーク上のパターンを受像する第１の工程と、
   予め記憶部に登録されたワーク・アライメントマークとして検出すべき複数の登録パターンを一つずつ読み出し、上記受像したワーク上のパターンと、上記読み出した登録パターンとを比較して、両者の一致度を評価する第２の工程と、
   上記受像したワーク上のパターンと、最も高い一致度が得られた上記登録パターン、もしくは予め設定された値以上の一致度が得られた上記登録パターンを採用し、該登録パターンとの一致度が高い受像パターンを、ワークアライメントマークとして検出する第３の工程とを含む
   ことを特徴とするワーク・アライメントマークの検出方法。
2. 突起またはへこみとしてワーク上に形成されたワーク・アライメントマークの検出装置であって、
   ワーク上のパターンを受像する受像手段と、
   ワーク・アライメントマークとして検出すべき複数のパターンを登録した記憶部と、
   上記記憶部に記憶された登録パターンを一つずつ読み出し、上記受像手段により受像したワーク上のパターンと、上記読み出した登録パターンとを比較し、両者の一致度を評価する比較・評価手段と、
   上記比較・評価手段により得た一致度に基づき、上記受像したワーク上のパターンが、ワーク・アライメントマークとして検出するパターンであるか否かを判定する判定手段とを備えた
   ことを特徴とするワーク・アライメントマークの検出装置。

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