JP2013197334A - 基準マーク生成方法及び基準マーク生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセス変動によりパターン変形等による検出ノイズが大きい画像でも位置検出を高精度に行うことができるようにする。
【解決手段】試料上の位置を検知するためのアライメントマークを光学的手段で検出し、該アライメントマークの位置を求める。テンプレートとして用いる基準マークを初期マークとして予め保存しておき、この初期マークを所定のパラメータに基づいて変形させたシミュレーションマークを生成する。そして、実画像マークとミュレーションマークとを比較照合し、その結果が所定の閾値以下（相関が低い）と判断された場合には、シミュレーションマークを生成するためのパラメータを最適化する制御を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、特に半導体装置や液晶表示装置などの製造工程における基板等の位置合わせに用いられる基準マークを生成するための基準マーク生成方法及び基準マーク生成装置に関する。

従来、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程においては、その露光工程や現像工程が設けられているが、これら全ての工程において、基板等の位置合わせのために、基準位置を示す基準マークを生成することが不可欠である。
例えば、基板上のパターンの位置をより精度よく検出する技術として、テンプレート画像を用意し、この用意したテンプレート画像を実画像と比較してテンプレートマッチング処理を行うものが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術は、特に、テンプレート画像と実画像のサブピクセル単位のずれを修正してテンプレート画像の更新処理を行うものである。

一般に、光学式アライメントマーク検出機構においては、検出したマーク画像と基準登録マーク（テンプレートマーク）のマッチングによってマーク位置を演算する。検出画像中で背景輝度と検出マークとの輝度差が少ない場合、つまりコントラストが低い場合には、位置検出精度が低下する問題がある。また、設計データなどから作成した基準登録マークと検出したマークとの差異を見る場合でも、特にコントラストが低い場合には、位置検出精度の低下を招くという問題があった。

このような低コントラストでマークが認識しにくい画像の場合には、画像処理でコントラストを強調する処理を施すか、マークエッジを検出してマッチング処理を行うなどの方法が知られている。
しかし、低コントラスト画像では、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が低下している場合が殆どであり、またエッジ状態も光学系の特性によって鈍っているため、マーク検出を適切に行い、それを処理することは決して簡単ではなかった。また、基準マークとして実際に検出したマーク画像を用いることも実施されているが、設計データによるものと比較すると、Ｓ／Ｎが低く、量産工程の多様性に欠けるなどの問題があった。

また、半導体製造のためのリソグラフィ工程等において、被露光基板であるウェハまたはマスクなどのマークなどの位置計測に使用する基準パターン情報を、アライメントマークや回路パターンの一部などを用いて生成する方法も提案されている（特許文献２参照）。特に、特許文献２に記載される技術では、照明条件等の位置計測の計測条件の変化に対応して、アライメントマークや回路パターンの一部からなる基準パターンを、いわゆる計測条件毎に作成し、位置計測に最適な計測条件を考慮したテンプレートを作成している。

特開２００６−２１４８１６号公報 特開２００６−２１６７９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、実画像を基準マークとしているため、画像を取得する際に生じるノイズや、製造プロセス変動におけるアライメントマークの変形や輝度変化により基準マークが変化してしまう。そして、位置検出誤差を生じさせてしまうという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術においても、実サンプルの製造プロセス変動によるマークの変形や輝度変化については、考慮されていないものであった。例えば、特許文献２に記載のものでは、マークの変形が生じると、一致度が低下するので、位置検出誤差が生じるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、基板等のアライメントマークとして用いられる基準マークの生成に際して、製造プロセス変動によるマークの変形や輝度変化を考慮した基準マーク生成方法及び基準マーク生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の基準マーク生成装置は、予めユーザが設定する条件に基づいて、基板上の所定の箇所に描かれているアライメントマークを実画像マークとして検出する画像入力部を備える。また、テンプレートとして用いる基準マークを初期マークとして予め保存する画像保存部と、この初期マークを所定のパラメータに基づいて変形させたシミュレーションマークを生成するシミュレーションマーク生成部を備える。更に、画像入力部から取り込んだ実画像マークとシミュレーションマーク生成部で作成されたシミュレーションマークとの相関度をとって、比較照合する一致度演算部を備える。
そして、一致度演算部におけるシミュレーションマークと実画像マークとの相関度が予め設定した閾値より低いと判断されたときに、パラメータ最適化部でパラメータの最適化を行うようにする。

本発明の基準マーク生成方法の第１の方法は、基板上の任意の設計マーク形状をアライメントマークとして光学系で検出し、該アライメントマークの位置を求める基準マーク生成方法であり、以下の工程(a)〜(e)を含む。
(a) 予めユーザが設定する条件に基づいて、試料である基板上の所定の箇所に描かれているアライメントマークを実画像マークとして検出する工程、
(b)テンプレートとして用いる基準マークを初期マークとして保存する工程、
(c) 初期マークを所定のパラメータに基づいて変形させたシミュレーションマークを生成する工程、
(d)検出した実画像マークとシミュレーションマークとの相関度をとって、比較照合する工程、
(e)この比較照合の結果、シミュレーションマークと実画像マークとの相関が所定の閾値以下であった時、パラメータを最適化する工程。

本発明の基準マーク生成方法の第２の方法は、基板上の任意の設計マーク形状をアライメントマークとして光学系で検出し、該アライメントマークの位置を求める基準マーク生成方法であり、以下の工程(A)〜(E)を含む。
(A) 基板上の所定の設計マーク形状を実画像マークとして検出する工程、
(B) 検出した実画像マークを初期マークとして保存する工程、
(C) 初期マークとしての設計マーク形状を所定のパラメータを用いた画像処理によって変形させて、テンプレートとして用いるシミュレーションマークを生成する工程、
(D) 光学系によって検出された実画像マークと画像処理によって変形されたシミュレーションマークを比較照合する工程、
(E)比較照合の結果、実画像マークとシミュレーションマークとの一致度が所定の閾値以下である場合には、所定のパラメータを最適化する工程。

本発明の基準マーク生成装置及び基準マーク生成方法によれば、予め最適なテンプレートパターンを生成するようにしている。このため、プロセス変動によりパターン変形を生じている場合や、パターンコントラストが低い場合のように、検出ノイズが大きいＳ／Ｎが低い画像でも、この最適なテンプレートパターンを用いて高精度に位置検出を行うことができる。また、テンプレートパターンの生成は、予め条件設定（レシピ作成）時に実施するため、量産時の処理時間を削る必要がない。そして、従来のパターンマッチング処理を変更する必要がないので、既に稼働しているシステムに対する親和性も高いという利点がある。

本発明の実施の形態例に用いられるアライメントマーク位置検出装置の構成図の例である。 アライメントマークの断面図と上面図及び輝度プロファイルの例である。 光学系条件の違いによるアライメントマークの輝度プロファイルの変化の例である。 本発明の実施の形態例の基準マーク生成装置の概略を説明するためのブロック構成図である。 本発明の第１の実施の形態例の基準マーク生成方法の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態例における画像処理の流れを示すフローチャートである。 図６に示す画像処理において、アライメントマークが変形していく様子を説明するための図である。 試料上のアライメントマーク領域の検出画像とインタフェースを表示した操作画面の例である。

以下、図１〜図８を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態例を説明する。
図１は、本発明の第１及び第２の実施の形態例に共通に用いられる基準パターン生成装置と基準パターン生成方法を実施するためのアライメントマーク位置検出装置の構成図である。

［アライメントマーク位置検出装置の構成］
図１に示すように、アライメントマーク位置検出装置１００（以下、簡易的に「位置検出装置」という）は、基板サンプル１３０上に形成されたアライメントマーク１３１の位置を検出する装置である。位置検出装置１００は、基板サンプル１３０を保持して移動する試料ステージ１２０を備える。また、位置検出装置１００には、基板サンプル１３０上のアライメントマーク１３１を検出するための光学系１０１と、検出した光学像を電気信号に変換する光電変換部１１０と、電気信号をデジタル画像に変換する画像入力部１１２が設けられる。なお、光学系１０１は、白色光源１０２、反射鏡１０３、光学フィルタ１０４、光源レンズ１０５、ハーフミラー１０６，絞り１０７、対物レンズ１０８及び結像レンズ１０９から構成されている。光電変換部１１０は、例えばＣＣＤカメラなどで構成される。

位置検出装置１００は、光電変換部１１０から入力されるアライメントマークを予め保存されている基準マークと照合する画像処理部１１４と、テンプレートとなる基準マークを実画像として予め保存する画像保存部１１５を備える。また、位置検出装置１００は、画像及び設定画面を作業者に表示する画像表示部１１６、作業者がデータ及び設定値を入力する作業者入力部１１７、及び画像処理部１１４において照合に使うための基準マークを生成する基準マーク生成部１１８を備えている。

更に、位置検出装置１００は、試料ステージ１２０の移動を制御するステージ制御部１１９と、光学系１０１を制御する光学系制御部１１１と、位置検出装置１００の全体の制御を司る装置制御部１１３を備える。

［アライメントマーク位置検出装置の動作説明］
以上のように構成された位置検出装置１００におけるアライメントマークの検出は、以下のような手順で行われる。
まず、光学系１０１において、白色光源１０２から照射された白色光は反射鏡１０３で反射された後、光学フィルタ１０４を介して光源レンズ１０５で集光される。

そして、集光された光がハーフミラー１０６で照明方向（照射方向）に曲げられ、対物レンズ１０８を通って基板サンプル１３０に照射される。基板サンプル１３０からの反射光（検出光）は、対物レンズ１０８を経由して、絞り１０７に入射し、この絞り１０７で、視野領域が制限される。絞り１０７で視野領域が制限された検出光は、ハーフミラー１０６を通過して、結像レンズ１０９で結像され、光電変換部（ＣＣＤカメラ）１１０に送られる。そして、光電変換部１１０で電気信号に変換され、画像入力部１１２でデジタル画像に変換されて画像処理部１１４に供給される。

ここで、光学系１０１の光学フィルタ１０４と絞り１０７は、基板サンプル１３０とアライメントマーク１３１の形状や反射率に応じて、アライメントマーク１３１のコントラストが最も高くなるように、光学系制御部１１１によって調整される。光学フィルタ１０４は、例えば、レボルバ変更式の波長制限フィルタとすることにより、照明波長を変更することができる。レボルバ変更式というのは、複数種類の波長制限フィルタを回転させて切り替える方式のことである。また、光学フィルタ１０４は、波長制限するいわゆる干渉フィルタの他に、照明の偏光方向を可変する偏光フィルタを用いることもできる。

次に、図２を参照して、本例のアライメントマークの検出手順を更に詳しく説明する。図２（Ａ）は、検出対象パターンの断面構造を示し、図２（Ｂ）はその上面図を示す。図２（Ｃ）は、光学系１０１及び光電変換部１１０を用いて検出した場合のアライメントマーク１３１の位置２１１（図２（Ｂ）参照）における輝度プロファイル２２０を示したものである。なお、ここでは絞り２０７は全開放としている。

図２から分かるように、ベース基板２０３上に矩形形状パターン２０２が形成され、その上部をカバー層２０１が覆っている。図２（Ｂ）はこれを上側から見た上面図（２１０）である。この上面図は、材質２０１の上部から基板２０３の上面２０１ｂを透過してみた図であり、矩形形状パターン２０２の上面２０２ｂとその枠部分２０２ａが観察されている。以降、この矩形形状パターン２０２をアライメントマーク２０２と呼ぶことにする。

ここで、カバー層２０１の上面２０１ｂ、及びアライメントマーク２０２等の反射率あるいは透過率は、通常照明光の波長によって変化する。このような場合には、光学フィルタ１０４によって照明光の波長を変えることにより、位置２１１における輝度プロファイルを変化させることができる。すなわち、光学フィルタ１０４を変えることにより、図２（Ｃ）に示すように輝度プロファイルを変えることができる。これは、照明光が光の波動性のために、カバー層２０１表面で反射する成分とカバー層内を通過して基板上面２０１ｂにて反射して膜外に出て行く成分、あるいはパターン上面２０２ｂにて反射して膜外に出て行く成分とが互いに干渉して、膜厚と波長に依存して弱め合ったり、強め合ったりするためである。例えば、カバー層２０１の厚さに応じて照明光の波長を適当に変えることによって、輝度プロファイルは、２２１から２２２へ，更に２２２から２２３に変化する。

図２（Ｃ）に示すように、照明光の輝度プロファイルが２２１となるように光学フィルタ１０４を選定することが望ましい。

例えば、図１の光学系１０１において、絞り１０７を、全開放とすればレンズの開口数（ＮＡ）が最大となるため、アライメントマークの輪郭がはっきりした、明るく解像度の高いパターン像となる。逆に、絞り１０７を絞ると解像度は低下する（輪郭がぼける）が、被写界深度が深くなるため、基板サンプル１３０のＺ方向の高さ変動に対して変化の少ないパターン像が得られる。

図３は、光学フィルタ１０４を調整して輝度プロファイル２２１を得た場合に、更に絞り１０７を調整した例を示す。図３に示すように、絞り１０７を変えて断面構造２００に示すようなアライメントマークを検出した場合の輝度プロファイルは絞りの開口度によって変化する。すなわち、輝度プロファイル３００は絞り１０７が全開の場合、輝度プロファイル３０１は絞り１０７が中程度の開口度である場合、輝度プロファイル３０３は絞り１０７の開口度が３０１よりも少ない状態を示している。通常、アライメントマーク２０２を検出する際には、パターンコントラストの高い輝度プロファイル３００が選択されるが、Ｚ方向の被写界深度を高く取りたい場合などには、パターンコントラストに拘わらず輝度プロファイル３０３を用いる場合もある。

一般に、解像度（Ｒ）と焦点深度（Ｄ）は、対物レンズに入射する光線の光軸に対する最大角度θによって決まる開口数(NA＝sinθ)と波長λによって、式（１）、（２）のように定式化される。
解像度（Ｒ） ： R=0.61λ／NA・・・・・・（１）
焦点深度（Ｄ）： D=±0.5λ／NA^２・・・・・（２）

式（１）に示すように、絞り１０７を絞って開口数NAが小さくなるほど、解像度（Ｒ）は大きくなり（粗くなり）、輪郭がぼけた画像になる。したがって、絞り１０７を絞るほど、図３に示すように、輝度プロファイルは、３００→３０１→３０３と変化し、エッジ部がなだらかになる。図３の上面図（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ）はアライメントマーク２０２を上面から見た図であり、この図からも絞り１０７の変化に応じてマークエッジが変化していることが分かる。つまり、解像度（Ｒ）の変化とマークエッジの状態変化とは高い相関を持っていることが分かる。

このように絞り１０７の設定により、検出画像のエッジ状態が異なり、例えば、Ｚ方向（高さ方向）の被写界深度を高く取りたい場合などには、輝度プロファイル３０３が用いられる。
例えば、Z方向（基板サンプル１３０に垂直な方向）に異なる位置にある複数のアライメントマークを一度に見たい場合には、被写界深度の深い光学系を使うことが必要になる。つまり、絞り１０７を絞って、像をぼかして撮影することが必要になる。つまり、結果として式（１）の開口NAが小さくなるため、解像度Ｒは大きくなる（粗くなる）。

［基準マーク生成装置の概要］
図４は、本実施形態例の基準マーク生成装置を具体的に実現するための機能ブロック図であり、図５はその動作説明のためのフローチャートとマーク画像を示す。図１で説明した基準マーク生成部１１８は、設計パターン画像生成部４００、エッジ情報パラメータ設定部４０１、光学シミュレーション部４０２及びパラメータ最適化部４０４を備える。
なお、この設計パターン画像生成部４００、エッジ情報パラメータ設定部４０１及び光学シミュレーション部４０２を合わせてシミュレーションマーク生成部と呼ぶこととする。

ここで、エッジ情報パラメータ設定部４０１で用いられるパラメータの種類としては、背景輝度、パターン輝度、エッジ強度、エッジプロファイルなどが考えられる。
エッジ強度とは、例えば図２の四角形で表される上面２０２ｂの輪郭部分２０２ｂの輝度変化をいう。つまり、図２（Ｃ）において３種類の輝度プロファイル２２１，２２２、２２３が示されているが、輝度プロファイル２２１はエッジ強度が高く、輝度プロファイル２２３はエッジ強度が低いということができる。ここでいうエッジプロファイルとは図２（Ｃ）、図３に示す輝度プロファイルのパターンエッジ部の輝度変化である。

設計パターン画像生成部４００は、例えば、エッジ情報パラメータ設定部４０１から供給される上述したパラメータに関する情報（例えば、エッジ強度情報など）に基づいて、ＣＡＤデータ等の設計データからテンプレートマークとなるマーク画像を生成する。このテンプレートマークは、最適化処理が行われる前の初期マーク画像であり、必ずしも実際のマーク（実画像マーク）と一致していなくてもよい。しかし、初期マーク（テンプレートマーク）と実画像マークとの一致度が高ければ高いほど、最適化への収束が早くなることは言うまでもない。

図４の光学シミュレーション部４０２は、設計パターン画像生成部４００において所定のパラメータに基づいて生成されたマーク画像（初期マーク画像）に対して光学シミュレーションを行う。この光学シミュレーションでは、図７で後述する光学的条件パラメータとしての絞り１０７の開口度ＮＡや照明光の波長を変えることにより、シミュレーションマーク画像を作成する。つまり、設計パターン画像生成部４００で作成されたマーク画像（初期マーク画像）を、実際の光学系で検出した画像に近い輝度プロファイルを持つマーク画像（シミュレーションマーク画像）に変形する。なお、シミュレーションマーク画像とは、本来このようなパターンの画像になるであろうと思われるマーク画像に変形して近づけた画像である。そして、光学シミュレーション部４０２は、このシミュレーションマーク画像を画像処理部１１４の一致度演算部４０３に供給する。

画像処理部１１４の一致度演算部４０３は、光学シミュレーション部４０２で生成されたシミュレーションマーク画像と、図１の画像保存部１１５に予め登録されているテンプレートマークを比較し、その一致度を演算する。この一致度演算のためのアルゴリズムとしては、様々なアルゴリズムが知られているが、ここでは、比較的よく使われるアルゴリズムである正規化相関アルゴリズム（ＮＣＣ：Normalized Cross- Correlation）を用いて説明する。

正規化相関においては、２枚の画像を構成するすべての画素を比較し、その平均と分散を計算する。そして、２枚の画像の対応する画素の分散同士及び平均同士を加算して、全画素の相関度を求める。この相関度が所定の閾値（例えば７５％）以上であれば、相関度が高く、所定の閾値以下であれば相関度が低いということになる。

一致度演算部４０３では、このような相関度を求める演算が行われ、この演算の結果、相関度が低い、つまり所定の閾値以下の場合には、この演算結果が基準マーク生成部１１８のパラメータ最適化部４０４に送られる。パラメータ最適化部４０４は、これを受けてエッジ情報パラメータ設定部４０１にパラメータを変更するための信号を送る。
そして、エッジ情報パラメータ設定部４０１で変更されたパラメータが、設計パターン画像生成部４００に送られて、より本来の実画像パターンに近づいた新たな設定パターンが得られる。これが設計パターンの最適化である。

ここで、上述した例では、光学系１０１で検出した特定の１枚の実画像マークについて、保存されているテンプレートマーク（アライメントマーク）との一致度演算を行っている。しかし、複数枚の実画像マークを画像保存部１１５に保存しておき、これらの実画像マークとテンプレートマークの一致度演算を行うことで、複数枚の基板の実画像マーク全てについて、一致度が所定の閾値を超えるようにパラメータを設定してもよい。

図５は、本発明の実施形態例の基準マーク生成方法を実現するためのフローチャートであり、量産時のアライメントマークの検出及びその位置の算出に先立って行う処理を示している。
まず、設計パターン画像生成部４００において、例えばＣＡＤデータ等の設計データあるいは実画像マークを参考にして、テンプレートマークとして用いる初期マーク４００ａを生成する（ステップＳ４００）。なお、この段階での初期マーク４００ａの生成では、エッジの状態を正確に生成する必要はない。

次に、エッジ情報パラメータ設定部４０１において、マークの輝度コントラスト、エッジ強度、エッジプロファイルなどからパラメータを選定して、初期マーク４００ａに変形を生じさせた変形マーク画像４０１ａを生成する（ステップＳ４０１）。この変形の度合いはパラメータ最適化部４０４で決定される。

次に、既にユーザが入力し決定している光学的条件（図７で後述）に基づいて、光学シミュレーション部４０２により、変形マーク画像４０１ａからシミュレーションマーク画像４０２ａを生成する（ステップＳ４０２）。その後、一致度演算部４０３において、ステップＳ４０２で生成したシミュレーションマーク画像４０２ａと、光学系１０１で読み込み画像保存部１１５に保存されている実画像マーク４０３ａとの一致度を比較する（ステップＳ４０３）。この一致度演算は、上述した正規化相関法により行われる。なお、一致度演算を行う手法（アルゴリズム）としては、正規化相関法アルゴリズム以外にも、幾何学マッチング法や位相限定相関法等の周知のアルゴリズムを代用して用いることも可能である。

次に、一致度演算部４０３において、正規化相関を行った結果、２つのマーク画像の相関度が所望の閾値（７５％）以上になった場合には、その時点でのシミュレーションマーク画像４０２ａを基準マークとして出力する（ステップＳ４０５）。そして、このシミュレーションマークを新たなテンプレートマーク（次の照合の初期マーク）として画像保存部１１５に登録する。

この相関度の閾値（例えば７５％）についても、図７で後述するように、ユーザが作業者入力部１１７より予め入力する値である。ステップＳ４０５において、２つの画像の相関度が所望の閾値未満である場合には、パラメータ最適化部４０４で、それ以前のシミュレーションマークを設定した際のパラメータを変更して、新しいパラメータを設定する（ステップＳ４０４）。

そして、この設定した新しいパラメータに基づいて、エッジ情報パラメータ設定部４０１において、エッジ情報パラメータを変更し、設計パターン画像生成部４００で変形マーク画像４０１ａを生成する。なお、パラメータ最適化部４０４では、例えば一致度を評価関数とした遺伝的アルゴリズム（ＧＡ：Genetic Algorithm）によりパラメータ変更を行うようにしてもよい。遺伝的アルゴリズムについては、当該技術分野でよく用いられる技術なのでここでは説明を省略する。

ここでエッジ情報パラメータ設定部４０１及び光学シミュレーション部４０２におけるシミュレーションマークの生成方法について、再び図２に戻って説明する。アライメントマーク２０２の設計データが分かっている場合には、ベース基板２０３上のカバー層２０１及びマーク上面２０２ｂなどの反射率、及びマークエッジに相当する枠部分２０２ａの幅等から断面構造２００の上面２０２ｂが設定される。この際、プロセス変動パラメータとして、マーク上面２０２ｂの大きさ及び輝度値、枠部分２０２ａの幅及び輝度値、そして基板２０３の上面２０１ｂの輝度値が定義される。そして、最後にこれらのプロセス変動パラメータを変更することにより、プロセス変動に対応した変形マークを、シミュレーションマークとして生成することができる。また、予め設計されたアライメントマークの特性として通常、左右上下の対称性を有することから、プロセス変動パラメータにおいても同様な対称性の制限を加えることとしても良い。

＜第２の実施形態例の説明＞
図６、図７は、プリント基板上の特定の箇所の実画像をアライメントマークとして取り込んで利用する手順とそれに対応して変化するアライメントマークを示したものである。
図６は、図５とは別のアライメントマークを生成する第２の実施形態例の流れを説明するためのフローチャートであり、例えば、アライメントマークとして、配線などの設計パターンの一部を用いる場合を示している。図７に示すような複雑なパターンをアライメントマークとして用いる場合には、設計データを基にプロセス変動パラメータを設定することは極めて煩雑である。

図６に示す初期マーク検出工程（ステップＳ６０１）では、図７に示すように、初期マーク６００を実画像あるいは設計データなどから画像データとして描画する。ここで、初期マーク６００上の配線パターン６０１のコーナーエッジ６０３をマーク基準点と定義する。次に画像のエッジ検出工程（ステップＳ６０４）で、初期マーク６００のエッジ部分の画像（エッジ画像）６０４を得る。そして、エッジ変形画像作成工程（ステップＳ６０５）で、画像のエッジ部６０５ａのエッジ幅及び輝度を強調したエッジ変形画像６０５を得る。このエッジ変形画像６０５を作成するに際しても、エッジ幅及びエッジ輝度が一種のプロセス変動パラメータとなる。

一方、ステップＳ６０１で得られる初期マーク６００は、２値化工程（ステップＳ６０６）で２値化されて、２値画像６０６となる。この２値画像６０６は、パターン領域６０７ｂの他に、非パターン領域６０７ａを有している。そして、輝度変化画像作成工程（ステップＳ６０７）において、この非パターン領域６０７ａの輝度をプロセス変動パラメータとして定義し、輝度変化画像６０７を得る。最後にステップＳ６０５で得られたエッジ変形画像６０５とステップＳ６０７で得られた輝度変化画像６０７が合成されて、合成変化画像６０８が得られる。

図６、図７の例では２種類の画像処理パラメータ（エッジ輝度と非パターン領域の輝度）をプロセス変動パラメータとして輝度変化画像を作成した。このように、いくつかの画像処理パラメータをプロセス変動パラメータとすることで、変形マーク画像を生成することができる。
その後、図４に示す光学シミュレーション部４０２によってシミュレーションマーク画像が生成され、一致度演算部４０３でシミュレーションマーク画像と実画像とのマッチング処理が行われる。この実画像とのマッチング処理では、実画像に対応する変形画像が分かっているので、光学的なボケを生じる前のパターンで、マーク基準点を正確に知ることができる。

なお、図４に示す光学シミュレーション部４０２では、例えば結像光学系を簡略化したＦＦＴ−逆ＦＦＴシミュレーションを行うようにしてもよい。つまり、変形画像パターンを２次元ＦＦＴ変換して、ＦＦＴ変換後のデータの一部を、絞り形状にマスクする。そして、マスクした画像を逆ＦＦＴによって元の画像に復元することで、絞り開度とパターンエッジのボケ度合いをシミュレーションすることができる。

また、図４の一致度演算部４０３では、シミュレーションマーク画像４０２ａと１枚の実画像マーク４０３ａとの一致度演算だけではなく、プロセス変動による影響を考慮して、複数の実画像マークとの総合的な一致度の演算を行うようにしてもよい。その場合、複数の実画像マークに対して平均的に一致度が高くなる基準マークを採用してもよい。但し、少なくとも一致度が閾値以上となるような基準マークを採用する必要がある。ここで、プロセス変動による影響とは、具体的には、パターン製造装置によって、図２のパターンエッジ部２０２aの傾斜角度がばらついたり、膜塗布装置によってカバー層２０１の膜厚が変化することによって、前述した照明光の干渉の影響で輝度プロファイルが変化したりすることである。

図８は、本例の基準マーク生成方法に用いられるユーザーインターフェイス（操作画面）の例を示したものである。試料上のアライメントマークの検出画像を表示する表示エリア７００を操作画面上に設け、この操作画面上にアライメントマーク７０１を表示する。アライメントマーク７０１を含むエリア７０２は、実アライメント画像とされ、画像データとして保存される。そして、このユーザーインターフェイス画像を用いて、作業者入力部１１７（図１参照）から、基準マーク最適化のための条件パラメータ７０３、光学系条件パラメータ７０４及びサンプル条件パラメータ７０５等がユーザによって入力される。

基準マーク最適化条件パラメータ７０３としては、反復回数（例えば１００００回）、終了しきい値（例えば７５％）、及び評価アルゴリズム（例えば、正規化相互相関アルゴリズム（ＮＣＣ））等がユーザによって入力される。ここで、反復回数が１００００回というのは、図５に示したパラメータ最適化を一致度判定がＯＫに成らずとも最大１００００回繰り返したら停止する条件である。これは無限ループを防止するためである。反復回数以下で最適化が完了しない場合には、他の条件を変えて再度最適化を実行する必要がある。終了しきい値７５％とは、比較する２つのマークの画像の一致度が７５％以上とすることを意味する。

また、光学的条件パラメータ７０４としては、絞り（開口度）の大きさ（例えば、５０％）、光源の波長（例えば、白色光、緑光等）が入力される。更に、サンプル条件パラメータ７０５として、アライメントマークの線幅、エッジ強度、パターン反射率、バック反射率などが用いられる。ここでは、アライメントマークの線幅を１０μｍ、エッジ強度５０％、パターン反射率２０％、バック反射率５０％をユーザが入力した例が示されている。エッジ強度５０％とは、例えば図２の四角形の枠部分２０２ａの傾斜が５０％、つまり直線の傾きが１／２であることを示している。
このように、ユーザが図７に示すように、各種のパラメータを入力することで、図５のフローチャートで示すような処理が行われ、基準マーク画像の最適化がなされ、最適基準マーク７０６が表示される。

このようにして、プロセス変動や光学系に対応した最適な基準マークの生成が行われる。実際に試料上のマーク位置を検出する際に、この生成した基準マークを用いることにより、高精度な位置検出が可能となる。

本発明の基準マーク生成装置及び基準マーク生成方法によれば、低コントラストの基準マークを用いても、アライメントマークを安定して高精度に位置検出することができる。また、予め基準登録マーク（テンプレート）を最適化することにより、量産工程での多様性にも対応可能である。
更に、本発明では、ＣＡＤデータ等の設計データから得た初期マーク（テンプレートマーク）を使うため、ノイズの影響を考慮する必要がない。更に、光学シミュレーションを適用したシミュレーションマーク画像を得て、これを実画像と比較している。このため、類似度が最大となるようにマークコントラストやエッジ強度を最適化することができる。

以上、本発明の実施の形態例について図面に基づいて説明したが、本発明の基準マーク生成装置及び基準マーク生成方法は、上述の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形例及び応用例を含むものである。

１００・・・アライメントマーク位置検出装置、１３０・・・基板、１３１・・・アライメントマーク、１０１・・・光学系、１０２・・・光源、１０３・・・反射鏡、１０４・・・光学フィルタ、１０６・・・ハーフミラー、１０７・・・絞り、１１０・・・光電変換部（カメラ）、１１１・・・光学系制御部、１１２・・・画像入力部、１１３・・・装置制御部、１１４・・・画像処理部、１１５・・・画像保存部、１１６・・・画像表示部、１１７・・・作業者入力部、１１８・・・基準マーク生成部、１１９・・・ステージ制御部、１２０・・・試料ステージ、２００・・・パターンの断面構造、２１０・・・パターンの上面図、２２０、３００、３０１、３０３・・・輝度プロファイル、４００・・・設計パターン画像生成部、４０１・・・エッジ情報パラメータ設定部、４０２・・・光学シミュレーション部、４０３・・・一致度演算部、４０４・・・パラメータ最適化部、６０１・・・配線パターン、６０３・・・コーナーエッジ、６０４・・・エッジ画像、６０５・・・エッジ変形画像、６０６・・・２値画像、６０７・・・輝度変化画像、６０８・・・合成変化画像、７００・・・表示エリア、７０１・・・アライメントマーク、７０３・・・基準マーク最適化のための条件パラメータ、７０４・・・光学系条件パラメータ、７０５・・・サンプル条件パラメータ、７０６・・・最適マーク

Claims (10)

1. 予めユーザが設定する条件に基づいて、基板上の所定の箇所に描かれているアライメントマークを実画像マークとして検出する画像入力部と、
   テンプレートとして用いる基準マークを初期マークとして予め保存する画像保存部と、
   前記初期マークを所定のパラメータに基づいて変形させたシミュレーションマークを生成するシミュレーションマーク生成部と、
   前記画像入力部から取り込んだ実画像マークと前記シミュレーションマーク生成部で作成された前記シミュレーションマークとの相関度をとって、比較照合する一致度演算部と、
   前記一致度演算部における前記シミュレーションマークと前記実画像マークとの相関度が予め設定した閾値より低いと判断されたときに、前記パラメータの最適化を行うパラメータ最適化部と、
   を備えることを特徴とする基準マーク生成装置。
2. 前記シミュレーションマーク生成部は、
   前記画像保存部に予めテンプレートとして保存されている前記初期マークを変形させるための所定のパラメータを生成するエッジ情報パラメータ設定部と、
   前記エッジ情報パラメータ設定部からのパラメータに基づいて前記初期マークを変形させる設計パターン画像生成部と、
   前記パターン画像生成部において変形された初期マークに対して、光学的条件を考慮して更に変形を加えたシミュレーションマークを生成する光学シミュレーション部と、
   を含む、請求項１に記載の基準マーク生成装置。
3. 前記パラメータの変更は、前記パラメータ最適化部からの信号を前記エッジ情報パラメータ設定部に供給することによって行う、請求項２に記載の基準マーク生成装置。
4. 前記エッジ情報パラメータ設定部からのパラメータは、前記実画像マークの背景輝度、パターン輝度、エッジ強度あるいはエッジプロファイルのいずれか又は複数の組み合わせである、請求項２または３に記載の基準マーク生成装置。
5. 前記光学的条件は、照明光学系の波長及び／又は絞りの開口値である、請求項２に記載の基準マーク生成装置。
6. 試料である基板上の位置を検知するために、基板上の任意の設計マーク形状をアライメントマークとして光学系で検出し、該アライメントマークの位置を求める基準マーク生成方法において、
   予めユーザが設定する条件に基づいて、試料である基板上の所定の箇所に描かれているアライメントマークを実画像マークとして検出する工程と、
   テンプレートとして用いる基準マークを初期マークとして保存する工程と、
   前記初期マークを所定のパラメータに基づいて変形させたシミュレーションマークを生成する工程と、
   検出した前記実画像マークと前記シミュレーションマークとの相関度をとって、比較照合する工程と、
   前記比較照合の結果、前記シミュレーションマークと前記実画像マークとの相関が所定の閾値以下であった時、前記所定のパラメータを最適化する工程と、 を含む、基準マーク生成方法。
7. 前記シミュレーションマークを生成する工程は、
   前記テンプレートとして用いる初期マークをエッジ情報パラメータに基づいて変形させた変形マークを生成する工程と、
   前記変形マークに対して、光学的条件を考慮して更に変形したシミュレーションマークを生成する工程と、
   を含む請求項６に記載の基準マーク生成方法。
8. 試料である基板上の位置を検知するために、基板上の任意の設計マーク形状をアライメントマークとして光学系で検出し、該アライメントマークの位置を求める基準マーク生成方法において、
   前記基板上の設計マーク形状を実画像マークとして検出する工程と、
   検出した前記実画像マークを初期マークとして保存する工程と、
   前記初期マークとしての設計マーク形状を所定のパラメータを用いた画像処理によって変形させて、テンプレートとして用いるシミュレーションマークを生成する工程と、
   光学系によって検出された前記実画像マークと前記画像処理によって変形された前記シミュレーションマークを比較照合する工程と、
   前記比較照合の結果、前記実画像マークと前記シミュレーションマークとの一致度が所定の閾値以下である場合には、前記所定のパラメータを変更する最適化処理を行う工程と、
   を含む基準マーク生成方法。
9. 前記所定のパラメータは、前記実画像マークのエッジ情報または輝度情報である、請求項８に記載の基準マーク生成方法。
10. 前記設計マーク形状を画像処理によって変形させる工程は、
    前記設計マーク形状のエッジ情報を検出してエッジ変形画像を作成する工程と、
    前記設計マーク形状を２値化して輝度変化画像を作成する工程と、
    前記エッジ変形画像と前記輝度変化画像を合成して合成変化画像を作成する工程と、
    を含む請求項８又は９に記載の基準マーク生成方法。