JP5476938B2 - Alignment mark detection method - Google Patents
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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と、ワークに形成されたワーク・アライメント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に関し、特に、ワーク・アライメントマークとして、プリント基板などのワークに形成された円形のくぼみを使用する場合の、ワーク・アライメントマークの検出方法に関するものである。 The present invention detects a mask alignment mark formed on a mask and a work alignment mark formed on a workpiece, performs alignment so that the two are in a preset positional relationship, and passes through the mask. In the exposure apparatus that irradiates the workpiece with light, the detection method for detecting the workpiece alignment mark, in particular, when using a circular recess formed on the workpiece such as a printed circuit board as the workpiece alignment mark, The present invention relates to a method for detecting a work alignment mark.
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、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（アライメント）し、その後、レジストを塗布したワークにマスクを介して露光光を照射する。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、一般に次のように行なわれる。
（１）マスクに形成されたアライメントマーク（以下マスクマーク）と、ワークに形成されたアライメントマーク（以下ワークマーク）とを、アライメント顕微鏡によって検出する。
（２）アライメント顕微鏡により検出したマスクマークとワークマークを装置の制御部において画像処理し、それぞれの（アライメント顕微鏡の視野における）位置座標を求める。
（３）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る。
なお、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（８方向）の位置合せを行わなければならない。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。
An exposure apparatus is used in a process of manufacturing a pattern of a semiconductor element, a printed circuit board, a liquid crystal substrate or the like by photolithography. The exposure apparatus aligns (aligns) the mask on which the mask pattern is formed and the work to which the pattern is transferred in a predetermined positional relationship, and then irradiates the work coated with the resist with exposure light through the mask. As a result, the mask pattern is transferred (exposed) to the workpiece.
The alignment of the mask and the workpiece in the exposure apparatus is generally performed as follows.
(1) An alignment mark (hereinafter referred to as a mask mark) formed on a mask and an alignment mark (hereinafter referred to as a work mark) formed on a workpiece are detected by an alignment microscope.
(2) The mask mark and work mark detected by the alignment microscope are image-processed by the control unit of the apparatus, and the respective position coordinates (in the visual field of the alignment microscope) are obtained.
(3) The mask or workpiece is moved so that the positions of the two are in a preset positional relationship.
Note that the mask and workpiece must be aligned in two directions (X direction and Y direction) and in the rotational direction (eight directions) in the plane. Therefore, two or more mask marks and work marks are formed.
図６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演算装置、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。
ワークマークＷＡＭを検出する方法としてよく知られているものに、パターンマッチングによる検出と、エッジ検出による検出がある。なお、ここで言う検出とは、単にアライメントマーク画像を取り込むだけではなく、その位置（座標）の検出まで含むものとする。
FIG. 6 shows a schematic configuration of the alignment microscope 10 that detects a workpiece mark. As described above, two or more mask marks and work marks are formed, and accordingly, two or more alignment microscopes 10 are provided accordingly. In the figure, only one (one) is provided. Show.
The alignment microscope 10 includes a half mirror 10a, lenses L1 and L2, and a
Well-known methods for detecting the work mark WAM include detection by pattern matching and detection by edge detection. In addition, the detection referred to here includes not only capturing the alignment mark image but also detecting the position (coordinates).
パターンマッチングについては、例えば特許文献１の段落０００４〜０００９に簡単な説明がされている。
この方法は、例えば、ワークＷの表面をアライメント顕微鏡１０により拡大してＣＣＤカメラにより撮像する。制御部１１は、撮像画像内を走査し、登録しているワークマークの画像と一致する個所（パターン）を検出して、その位置を求める画像処理を行う。
エッジ検出は、撮像画像内で、輝度の変化が大きい部分をパターンのエッジと考えてパターンを検出する方法である。図７を使って簡単に説明する。
図７（ａ）は、アライメント顕微鏡のＣＣＤにより撮像したワーク表面の画像の例である。ワークの表面にパターンが形成されていると、その部分は照明光の反射率が変化し、他の部分とは明るさ（輝度）が異なる。図中ハッチングを付した楕円形の部分がパターンである。
The pattern matching is briefly described in paragraphs 0004 to 0009 of Patent Document 1, for example.
In this method, for example, the surface of the workpiece W is magnified by the alignment microscope 10 and imaged by a CCD camera. The control unit 11 scans the captured image, detects a location (pattern) that matches the registered image of the work mark, and performs image processing for obtaining the position.
Edge detection is a method of detecting a pattern by considering a portion having a large luminance change in the captured image as a pattern edge. This will be briefly described with reference to FIG.
FIG. 7A is an example of an image of the workpiece surface taken by the CCD of the alignment microscope. If a pattern is formed on the surface of the workpiece, the reflectance of the illumination light changes in that portion, and the brightness (luminance) differs from the other portions. In the figure, the hatched oval part is the pattern.
上記で撮像した画像において、図７（ｂ）に示すように、一定の間隔で一方向（図中矢印の方向）に画像の輝度分布を微分し、微分値（輝度変化）の最も大きい部分をパターンのエッジ（図中の黒丸●）とする。
これを撮像画像全体で繰り返し行い、図７（ｃ）に示すように、求めたエッジどうしを結んでいき得られた図形をパターンとする。そして、このパターンの例えば重心を演算し、パターンの位置とする。
In the image captured above, as shown in FIG. 7B, the luminance distribution of the image is differentiated in one direction (in the direction of the arrow in the figure) at a constant interval, and the portion with the largest differential value (luminance change) is determined. The edge of the pattern (black circle in the figure).
This is repeated for the entire captured image, and as shown in FIG. 7C, a figure obtained by connecting the obtained edges is used as a pattern. Then, for example, the center of gravity of this pattern is calculated and set as the position of the pattern.
ワークがプリント基板の場合、ワークマークとして、レーザ照射により基板に形成した孔（くぼみ 以下ビアホール）を利用することがある。その理由は次の通りである。
プリント基板の製造においては、多層に形成した配線の層間の結合を取るために、レーザ照射によりφ１００μｍ程度のビアホール（層間を貫通する孔）を多数形成する。そのため、層間結合用のビアホールを形成するついでに、ワークマークを、例えばワークの周辺部に形成すれば、別途アライメントマークを形成するための工程が不要になる。
しかし、プリント基板１００は、ビアホール１０１形成後、図８（ａ）に示すように、表面に銅１０２などの金属めっきがなされ、その後、露光のために、図８（ｂ）に示すように、ドライフィルムレジストと呼ばれる厚さ数十μｍフィルム状のレジスト（レジストフィルム）１０３が貼られる。そのため、ワークマークとして形成されたビアホール１０１は、レジストフィルム１０３により覆われることとなる。
ワークマークとしてのビアホールは、このように貼り付けられたレジストフィルム１０３越しに、アライメント顕微鏡により観察される。この時、ビアホール１０１の開口部分でのレジストフィルム１０３のたるみの具合で、アライメント顕微鏡の撮像手段（ＣＣＤ）でのビアホール１０１の見え方（形状や明暗や色調）が様々に変化する。
When the workpiece is a printed circuit board, a hole (a recess or a via hole) formed in the substrate by laser irradiation may be used as a workpiece mark. The reason is as follows.
In the production of a printed circuit board, a number of via holes (holes penetrating between the layers) of about φ100 μm are formed by laser irradiation in order to obtain coupling between layers of wiring formed in multiple layers. For this reason, if the work mark is formed, for example, in the peripheral portion of the work in connection with the formation of the interlayer coupling via hole, a separate process for forming the alignment mark becomes unnecessary.
However, after forming the via hole 101, the printed circuit board 100 is subjected to metal plating such as copper 102 on the surface as shown in FIG. 8A, and then for exposure, as shown in FIG. A film-like resist (resist film) 103 called a dry film resist is stuck. Therefore, the via hole 101 formed as a work mark is covered with the resist film 103.
A via hole as a work mark is observed with an alignment microscope through the resist film 103 attached in this way. At this time, the appearance (shape, brightness, and color tone) of the via hole 101 on the imaging means (CCD) of the alignment microscope varies depending on the degree of slack of the resist film 103 at the opening of the via hole 101.
図９（ａ）〜（ｆ）は、レジストフィルムに覆われたビアホールを撮像した画像例である。同図に示すように、ビアホールは、白く見えたり、薄い灰色から濃い灰色に見えたり、あるいは白の中に黒い点が見えたりと、見え方が多種多様である。
このように、ビアホール即ちワークマークの見え方が変化すると、登録している画像と一致するパターンを検索するパターンマッチングでは、ワークマークを検出できない場合がある。
そのため、このようなワークマークの検出において、われわれはパターンマッチングではなく、エッジ検出によるパターンの検出を行おうと考えた。エッジ検出であれば、ワークマークの見え方が異なっていても、ビアホールのエッジの部分で輝度の変化が生じているので、ワークマーク（ビアホール）の検出ができると考えたからである。
上記したように、エッジ検出においては、画像の中の輝度の変化が最も大きい部分をエッジとしてとらえ、そのエッジをつないでパターンを検出する。パターンがビアホールのように円形の場合は、検出した各エッジを円に近似してつなぎ、該円の中心位置を演算してパターンの位置とする。
ところが、従来のエッジ検出方法をそのまま適用すると、ワークマークの正確な位置を検出できない場合があることが分かった。
FIGS. 9A to 9F are examples of images obtained by capturing images of via holes covered with a resist film. As shown in the figure, the via hole has various appearances such as white, a light gray to a dark gray, or a black dot in the white.
As described above, when the appearance of the via hole, that is, the work mark changes, the work mark may not be detected by pattern matching that searches for a pattern that matches the registered image.
Therefore, in detection of such a work mark, we decided to detect the pattern by edge detection instead of pattern matching. This is because, in the case of edge detection, it is considered that the work mark (via hole) can be detected because the luminance changes at the edge of the via hole even if the work mark looks different.
As described above, in edge detection, a portion having the largest change in luminance in an image is regarded as an edge, and the pattern is detected by connecting the edges. When the pattern is circular like a via hole, each detected edge is approximated and connected to a circle, and the center position of the circle is calculated to obtain the pattern position.
However, it has been found that if the conventional edge detection method is applied as it is, the exact position of the work mark may not be detected.
本発明は、レジストフィルムに覆われたビアホールなどのように、状況によって見え方の異なるパターンをワークマークとして用いた場合に、従来のエッジ検出ではワークマークなどのパターンの正確な位置を検出できない原因を明らかにし、それに基づき、パターンの正確な位置を検出することを可能としたものであって、本発明の目的は、エッジ検出方法を用いながら、見え方が多種多様なワークマークなどのパターンの位置を、正しく検出することができるアライメントマークの検出方法を提供することにある。 In the present invention, when a pattern having a different appearance depending on the situation such as a via hole covered with a resist film is used as a work mark, the conventional edge detection cannot detect the exact position of the pattern such as the work mark. It is possible to detect an accurate position of a pattern based on this, and an object of the present invention is to detect patterns of patterns such as work marks having various appearances using an edge detection method. An object of the present invention is to provide an alignment mark detection method capable of correctly detecting the position.
従来のエッジ検出においてワークマークの正確な位置を検出できない場合があることについて、鋭意検討した結果、その原因の一つに以下のような理由があることを発見した。
上記のように、従来においてエッジ検出によるパターンの位置検出は、輝度の変化が最大の部分をエッジとして検出し、検出したエッジをつないで円近似し、該円の中心位置を演算という手順を取っていた。
図９に示すように、ビアホールは、その上に貼られたレジストフィルムにより見え方が様々に異なるが、概ね、孔の中は白または薄い灰色、ワーク（基板）の部分は濃い灰色、ビアホールのエッジの部分が黒色である。
ここで、図１０（ａ）に示すように、ビアホール１０１を覆うレジストフィルム１０３が、左右均等な状態で孔の中に垂れ下がっていれば、白く見える部分の中心とビアホールの中心とはほぼ一致する。
As a result of intensive studies on the fact that the accurate position of the work mark may not be detected in the conventional edge detection, it was discovered that one of the causes is as follows.
As described above, conventionally, pattern position detection by edge detection is performed by detecting a portion having the largest change in luminance as an edge, connecting the detected edges, approximating a circle, and calculating the center position of the circle. It was.
As shown in FIG. 9, the appearance of the via hole varies depending on the resist film affixed thereon, but in general, the hole is white or light gray, the work (substrate) portion is dark gray, and the via hole The edge portion is black.
Here, as shown in FIG. 10A, if the resist film 103 covering the via hole 101 hangs down in the hole in the left and right state, the center of the portion that appears white and the center of the via hole substantially coincide. .
しかし、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、レジストフィルム１０３がビアホール１０１の中で片方に寄って垂れてしまうと、白く見える部分の中心とビアホールの中心とは一致しなくなる。このような現象は、レジストフィルム１０３がビアホール１０１の中でしわが寄った状態になっても生じる。
上記のように、エッジ検出においては、輝度変化の最大の部分をエッジとして検出する。図１０のように見えるビアホール（ワークマーク）１０１において、輝度変化の最大の部分は、白く見える部分と黒く見える部分の境界部分であり、このことは即ち、白く見える部分をワークマークとして検出することになる。
しかし、本来のワークマークの位置はビアホール１０１の位置であり、図１０（ａ）のようにビアホール１０１の中心と白く見える部分の中心とが一致している場合は良いが、図９（ｂ）（ｃ）のように白く見える部分の中心とビアホール１０１の中心とが一致していない場合は、ワークマーク（ビアホール）１０１の正確な位置を検出できない。
However, as shown in FIGS. 10B and 10C, if the resist film 103 hangs down in one direction in the via hole 101, the center of the portion that appears white does not coincide with the center of the via hole. Such a phenomenon occurs even when the resist film 103 is wrinkled in the via hole 101.
As described above, in edge detection, the maximum luminance change portion is detected as an edge. In the via hole (work mark) 101 that looks like FIG. 10, the largest part of the luminance change is the boundary part between the part that appears white and the part that appears black, which means that the part that appears white is detected as a work mark. become.
However, the position of the original work mark is the position of the via hole 101, and it is good if the center of the via hole 101 and the center of the part that looks white are coincident as shown in FIG. When the center of the portion that appears white as shown in FIG. 5C does not coincide with the center of the via hole 101, the exact position of the work mark (via hole) 101 cannot be detected.
上記の発見に基づき、この問題を解決するために、われわれはさらに検討を重ね、次のように考えた。ビアホールのエッジは画像の中で最も黒く、その周辺の基板の素地の濃い灰色部分との間に、わずかではあるが輝度の変化がある。
したがって、例えばビアホールの中心から周辺に向かって色の変化を観察していったとき、この黒から濃い灰色に変化する部分をエッジとしてとらえ、この複数のエッジの位置を結んで形成される閉曲線に近似する円の中心を求めれば、正確にビアホール（ワークマーク）の位置を検出できる。
これを実現するために、以下のような手順でエッジ検出を行う。
従来と同様に、アライメント顕微鏡により撮像したワークの画像の輝度の分布を求め、その輝度を所定の方向に関して微分して輝度の変化を求める。
しかし、従来のように輝度変化（微分値）の最も大きい部分をエッジするのではなく、
パターンの画像について、複数の放射方向に距離に対する輝度の分布を求め、輝度変化の極大値または極小値の位置を、各方向についてそれぞれ一つずつ抽出して組み合わせる。 そして、上記極大値または極小値の位置を通る閉曲線に近似した円を複数求め、この複数の円の内、半径（直径でもよい）がワーク・アライメントマークの半径（直径でもよい）と最も近い円を選び、その中心位置を求める。
例えば、パターンの画像の中心付近から周辺に向かって色の変化を観察し、輝度変化の微分値があらかじめ設定された値以上であって上に凸である部分（黒→白の変化の場合に微分値が正であるとした場合）の微分値の位置をエッジとし、このようにして求めたエッジどうしを結んだ閉曲線をパターンとする。
そして、このようにして得られたパターンの大きさが、ワークマーク（ビアホール）の設計値の大きさとほぼ一致すれば、これをワークマークとし、その中心位置を演算して求める。
Based on the above findings, in order to solve this problem, we further studied and thought as follows. The edge of the via hole is the blackest in the image, and there is a slight change in luminance between the edge of the via hole and the dark gray portion of the substrate on the periphery.
Therefore, for example, when observing a color change from the center of the via hole toward the periphery, the portion that changes from black to dark gray is regarded as an edge, and the closed curve formed by connecting the positions of the plurality of edges is used. If the center of the approximate circle is obtained, the position of the via hole (work mark) can be accurately detected.
In order to realize this, edge detection is performed in the following procedure.
As in the prior art, the luminance distribution of the image of the workpiece imaged by the alignment microscope is obtained, and the luminance change is obtained by differentiating the luminance with respect to a predetermined direction.
However, instead of the edge of the largest luminance change (differential value) as in the past,
With respect to the pattern image, the luminance distribution with respect to the distance is obtained in a plurality of radiation directions, and the positions of the maximum value or the minimum value of the luminance change are extracted and combined one by one for each direction. Then, a plurality of circles approximating a closed curve passing through the position of the maximum value or the minimum value are obtained, and a circle (which may be a diameter) of the plurality of circles is closest to the radius (or diameter) of the work alignment mark. And find the center position.
For example, the color change is observed from near the center of the pattern image to the periphery, and the portion where the differential value of the luminance change is greater than or equal to a preset value and is convex upward (in the case of a change from black to white) The position of the differential value (when the differential value is positive) is defined as an edge, and a closed curve connecting the edges thus obtained is defined as a pattern.
If the size of the pattern obtained in this way substantially coincides with the design value of the work mark (via hole), this is used as the work mark, and the center position is calculated.
すなわち、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）ワークに形成されたパターンの画像を取得する。
（２）上記取得したパターンの画像の中心付近から、あるいは中心方向に向かう複数の放射方向について、距離に対する輝度の分布を求める。
（３）上記求めた輝度分布を微分し、距離に対する輝度の変化である微分値を求め、該微分値の極大値または極小値の位置を、上記各放射方向について求める。
（４）上記各放射方向について求めた上記極大値または極小値の位置を、それぞれ一つずつ抽出して組み合わせた位置を通る閉曲線に近似した円を複数求める。
（５）上記複数の円の半径（直径）と、円形であるワーク・アライメントマークの半径（直径）とを比較し、上記複数の円のなかから、ワーク・アライメントマークの半径（直径）と最も近い円を選択する。
（６）上記選択した円の中心位置を演算し、該中心位置をワーク・アライメントマークの位置とする。
That is, in the present invention, the above problem is solved as follows.
(1) An image of a pattern formed on a work is acquired.
(2) The luminance distribution with respect to the distance is obtained from the vicinity of the center of the image of the acquired pattern or a plurality of radiation directions toward the center.
(3) Differentiating the obtained luminance distribution, obtaining a differential value which is a change in luminance with respect to the distance, and obtaining the position of the maximum value or the minimum value of the differential value for each radiation direction.
(4) A plurality of circles approximating a closed curve passing through the positions where the positions of the maximum value or the minimum value obtained for each radiation direction are extracted and combined one by one are obtained.
(5) The radius (diameter) of the plurality of circles is compared with the radius (diameter) of the workpiece alignment mark that is circular, and the radius (diameter) of the workpiece alignment mark is the largest of the plurality of circles. Select a close circle.
(6) The center position of the selected circle is calculated, and the center position is set as the position of the work alignment mark.
本発明においては、輝度変化の微分値の極大値または極小値の位置を通る閉曲線に近似した円を複数求め、ワーク・アライメントマークの大きさに最も近い円を選択してワーク・アライメントマークの位置を求めるようにしたので、ワークにレジストフィルムが貼り付けられていても、ワークマークであるビアホールの、正確な位置を検出することができる。 In the present invention, a plurality of circles approximating a closed curve passing through the position of the maximum value or minimum value of the differential value of luminance change are obtained, and the circle closest to the size of the work alignment mark is selected to select the position of the work alignment mark. Therefore, even if a resist film is affixed to the workpiece, the exact position of the via hole that is the workpiece mark can be detected.
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、レジストを塗布したワーク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。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a projection exposure apparatus that is one of the objects to which the present invention is applied.
In the figure, MS is a mask stage. On the mask stage MS, a mask M on which a mask mark MAM and a mask pattern MP are formed is placed and held.
Exposure light is emitted from the light irradiation device 1. The emitted exposure light is irradiated onto the workpiece W coated with a resist, which is placed on the workpiece stage WS, through the mask M and the projection lens 2, and the mask pattern MP is projected onto the workpiece W and exposed. .
Between the projection lens 2 and the workpiece W, there are two alignment microscopes 10 that can move in the direction of the arrow in FIG. Before the mask pattern MP is exposed on the workpiece W, the alignment microscope 10 is inserted into the position shown in the figure, the mask mark MAM and the workpiece mark WAM formed on the workpiece are detected, and the mask M and the workpiece W are aligned. I do. After the alignment, the alignment microscope 10 is retracted from the workpiece W. In FIG. 1, only one of the two alignment microscopes provided is shown.
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、撮像するワークＷの表面を照明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ＷＡＭ像などは、制御部１１に送られる。
制御部１１は上記ＣＣＤカメラ１０ｂで受像した画像を処理する画像処理部１１ａ、ワークマークの大きさ、マスクマークの位置座標情報、エッジ検出のためのパラメータなどの各種パラメータを記憶する記憶部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で画像処理した画像からエッジ検出を行い、エッジ検出により得られたパターンの形状を、あらかじめ登緑されたワークマークの形状と比較評価し、このパターンが、ワークマークとして検出するパターンであるかを判定し、中心位置座標を検出するワークマーク中心位置検出部１１ｃ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１１ｄと、作業者の指示によりワークマークの大きさや、エッジ検出の条件（後述する微分閾値）等を記憶部１１ｂに登録するための登緑部１１ｅを備える。
As described above, the alignment microscope 10 includes the half mirror 10a, the lenses L1 and L2, and the
The mask mark MAM image, work mark WAM image, etc. received by the
The control unit 11 includes an image processing unit 11a that processes an image received by the
Furthermore, the control unit 11 performs edge detection from the image received by the
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１１ｄ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２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、例えば図４のように表示される。
The work stage WS or the mask stage MS is driven by the work
A
上記図４と図１、図２、図３を用いて、制御部にて行うエッジ検出によるワークマーク検出の方法について説明する。
なお、図２は、検出された画像（模式図であり際の画像とは異なる）と、この画像の放射方向の輝度分布とその微分値を示し、図３は検出された画像の輝度の微分値の極大値または極小値の位置を結ぶ閉曲線に近似した複数の円を示す。
図１において、制御部１１は、図４のように表示された画像の中から、ワークマークを検索する。この検索には例えばブロブ検出と呼ばれる方法を使う。ブロブ検出は、２値（白黒）画像内で同一の濃度を持った画素の集合体（例えば丸や四角といった形状の部分）を検出するのに、一般的に使われる方法である。なお、ワークマークを検索するのに、ブロブ検出以外の検出方法を使ってもよい。
A method for detecting a work mark by edge detection performed by the control unit will be described with reference to FIG. 4 and FIGS.
2 shows a detected image (which is a schematic diagram and different from the original image), a luminance distribution in the radial direction of this image, and its differential value, and FIG. 3 shows a differential of the luminance of the detected image. A plurality of circles approximating a closed curve connecting positions of local maximum or minimum values.
In FIG. 1, the control unit 11 searches for a work mark from the images displayed as shown in FIG. For this search, for example, a method called blob detection is used. Blob detection is a commonly used method for detecting a collection of pixels having the same density in a binary (black and white) image (for example, a part having a shape such as a circle or square). Note that a detection method other than blob detection may be used to search for the work mark.
即ち、制御部１１は、ブロブ検出により、アラィメント顕微鏡１０により検出された、図４のような画像から、ワークマークの形状である円形の形状を示す部分を選び出す。そして、その円形の形状を示す部分が、アライメント顕微鏡１０の視野の中心になるようにワークステージＷＳを移動し、また、アライメント顕微鏡１０の倍率を切換え、拡大してＣＣＤカメラ１０ｂに受像する。
That is, the control unit 11 selects a portion indicating a circular shape, which is the shape of the work mark, from the image shown in FIG. 4 detected by the alignment microscope 10 by blob detection. Then, the work stage WS is moved so that the portion showing the circular shape becomes the center of the field of view of the alignment microscope 10, and the magnification of the alignment microscope 10 is switched and enlarged to be received by the
図２（ａ）は、上記のようにしてアライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより受像した、ワークマークＷＡＭであるビアホールの画像の模式図である。ワークにはレジストフィルムが貼られ、ビアホールの上を覆っている。
同図の白い部分がビアホールの孔の部分、その周りの色の濃い部分がビアホールのエッジ部分、さらにその周りのやや色の薄い部分がワーク（基板）の部分である。
FIG. 2A is a schematic diagram of an image of a via hole, which is a work mark WAM, received by the
The white portion in the figure is the hole portion of the via hole, the dark portion around it is the edge portion of the via hole, and the slightly lighter portion around it is the workpiece (substrate) portion.
まず、制御部１１のワークマーク中心位置検出部１１ｃは、図２（ａ）のように受像したパターンの画像の中心付近から、同図の破線Ａで示すように複数の放射方向について、距離に対する画像の輝度の分布を求める。なお、パターン画像の大体の中心位置は、前記ブロブ検出により求めておく。
図２（ｂ）に、ある方向に関する輝度分布を示す。横軸が放射（走査）方向の距離、縦軸が輝度である。同図に示すように、ビアホールの内側（孔の部分）は白く映っており輝度は高い。そこから外側に向かって進むと、ビアホールのエッジに達して黒くなり、輝度は急激に低下する。ビアホールのエッジから基板の部分に移ると、輝度はやや上昇する。
続いて、ワークマーク中心位置検出部１１ｃは、図２（ｂ）のように得られた輝度分布の曲線を微分する。その結果が図２（ｃ）である。横軸が放射（走査）方向の距離、縦軸は微分値、即ち輝度変化である。
First, the work mark center
FIG. 2B shows the luminance distribution in a certain direction. The horizontal axis is the distance in the radiation (scanning) direction, and the vertical axis is the luminance. As shown in the figure, the inner side of the via hole (hole portion) is reflected in white, and the brightness is high. When going outward from there, it reaches the edge of the via hole and becomes black, and the brightness decreases rapidly. When moving from the edge of the via hole to the portion of the substrate, the brightness increases slightly.
Subsequently, the work mark center
同図に示されるとおり、輝度の変化は、輝度が明から暗（白から黒）に変化する部分（図中白エッジ１：微分値の極小値）が最も大きい。従来はこの輝度変化が最も大きい白エッジ１の部分をワークマーク（ビアホール）のエッジとして検出していた。
しかし、本発明においては、この白エッジ１だけでなく、輝度が暗から明（黒から白）に変化する黒エッジも検出する。そのために次のような手順を取る。
白エッジ１を無視するために、あらかじめ制御部に、微分値の閾値を設定し、ある値以下（負の値）の微分値は無視するようにする。白から黒に変化する部分は微分値が負になる。したがって、白エッジは無視される。
そして、微分値が閾値以上であって上に凸である極大値の部分、即ち輝度が黒から白に変化する部分（黒エッジ）を、エッジの候補点として検出する。図２（ｃ）においては、黒エッジ（極大値）は黒エッジ１，２，３で示す３ヶ所ある。図２（ｄ）に、画像における白エッジと黒エッジの個所を示す。
As shown in the figure, the change in luminance is greatest at the portion where the luminance changes from light to dark (white to black) (white edge 1 in the figure: the minimum value of the differential value). Conventionally, the portion of the white edge 1 having the largest luminance change has been detected as the edge of a work mark (via hole).
However, in the present invention, not only the white edge 1 but also a black edge whose luminance changes from dark to light (black to white) is detected. To do so, take the following steps:
In order to ignore the white edge 1, a threshold value of a differential value is set in the control unit in advance, and a differential value less than a certain value (negative value) is ignored. The differential value of the part that changes from white to black is negative. Therefore, white edges are ignored.
Then, a maximum value portion whose differential value is equal to or greater than a threshold value and is convex upward, that is, a portion where the luminance changes from black to white (black edge) is detected as an edge candidate point. In FIG. 2C, there are three black edges (maximum values) indicated by
このようにして、各放射方向について黒エッジの位置を求める。そして検出した各黒エッジについて、図３に示すように、最も近い黒エッジどうしを結んで円で近似する。
すなわち、輝度変化の極大値の位置を、各放射方向についてそれぞれ一つずつ抽出して組み合わせ、上記極大値位置を通る閉曲線に近似した円を複数求める。
そして、得られた各円からそれぞれの半径ｒ（あるいは直径）を計算する。制御部には、あらかじめワークマークであるビアホールの半径（あるいは直径）（設計値）が入力されており、各円の半径ｒ（あるいは直径）をビアホールの半径（あるいは直径）と比較し、ビアホールの半径（あるいは直径）と最も近い値を有する円を、ビアホールのエッジ、すなわちワークマークのパターンとする。そして、その円の中心位置を求め、これをワークマークの位置とする。
In this way, the position of the black edge is obtained for each radial direction. Each detected black edge is approximated by a circle by connecting the nearest black edges as shown in FIG.
That is, the maximum value position of the luminance change is extracted and combined one by one for each radiation direction, and a plurality of circles approximating a closed curve passing through the maximum value position are obtained.
And each radius r (or diameter) is calculated from each obtained circle. The radius (or diameter) (design value) of the via hole, which is a work mark, is input to the control unit in advance. The radius r (or diameter) of each circle is compared with the radius (or diameter) of the via hole, and the via hole A circle having a value closest to the radius (or diameter) is defined as the edge of the via hole, that is, the work mark pattern. Then, the center position of the circle is obtained and used as the position of the work mark.
図３においては、円は黒エッジ１を結んだ円Ｃ１、黒エッジ２を結んだ円Ｃ２、黒エッジ３を結んだ円Ｃ３の３種類が示されているが、この３種類の円だけでなく、例えば同図に示すように、円Ｃ１〜Ｃ３以外の円Ｃ４、円Ｃ５などが描かれる場合もある。
これは、同図に示すように、例えば黒エッジ１〜３の内の一部を検出できなかったり、画像上のノイズを黒エッジとして検出したりするなど、各放射方向において、必ずしも正しい黒エッジ１〜３の位置が求まらない場合があるためである。
そこで、輝度変化の極大値の位置を各放射方向についてそれぞれ一つずつ抽出して組み合わせて前記したように複数の円を近似し、各円について前記したように以下の（ａ）のような半径スコアを求めてエッジ位置をあらわす円を推定する。
また、必要に応じて以下の（ｂ）〜（ｄ）のようなスコアを求めて合計し、最もスコアの高い円を、ワークマーク（ビアホール）のエッジ位置をあらわす円と推定する。
In FIG. 3, three types of circles are shown: a circle C1 that connects the black edge 1, a circle C2 that connects the black edge 2, and a circle C3 that connects the
This is because, as shown in the figure, for example, some of the black edges 1 to 3 cannot be detected, or noise on the image is detected as a black edge. This is because the positions 1 to 3 may not be obtained.
Therefore, the position of the maximum value of the luminance change is extracted one by one for each radiation direction and combined to approximate a plurality of circles as described above, and the radius as in (a) below as described above for each circle A circle representing the edge position is estimated by obtaining a score.
Further, if necessary, scores such as the following (b) to (d) are obtained and summed, and the circle with the highest score is estimated as the circle representing the edge position of the work mark (via hole).
（ａ）半径スコア
前記したように円の半径ｒがどれだけ設計値に近いかを指標として半径スコアを求める。すなわち、半径ｒが設計値と同じなら一点、所定値以上はなれていたら０点のように評価する。具体的には例えば以下式により半径スコアを求める。
半径スコア＝１−｜近似円半径−設計半径｜／ａ
（ｂ）エッジ数スコア
何個のエッジを用いて円近似したかを指標としてエッジ数スコアを求める。すなわち、用いたエッジ数が多いほどスコアは高くなる。具体的には、例えば以下の式によりエッジ数スコアを求める。
エッジ数スコア＝近似したエッジ数／ｂ
（ｃ）エッジ位置範囲スコア
近似円の円周からエッジがどれだけ離れているかを指標としてエッジ位置範囲スコアを求める。例えば図５（ａ）に示すように、全エッジが円周上に乗っている場合にスコアは満点となり、図５（ｂ）に示すように円周上にエッジが乗っていない場合、スコアは低くなる。具体的には例えば以下の式によりエッジ位置範囲スコアを求める。
エッジ位置範囲スコア＝１−（円周からの距離の最大最小の差）／ｃ
（ｄ）エッジ対称性スコア
向かいあったエッジがどれだけ検出されているかを指標としてエッジ対称性スコアを求める。例えば放射方向が６方向の場合、図５（ｃ）に示すように、３つのペアが全て存在すればスコアは高くなり、図５（ｄ）に示すように、ペアが存在しない場合、スコアは低くなる。具体的には例えば以下の式によりエッジ対称性スコアを求める。
エッジ対称性スコア＝（α＋両方検出ペア数／β＋片方検出ペア数／γ）／ｄ
(A) Radius score As described above, the radius score is obtained using as an index how close the radius r of the circle is to the design value. That is, if the radius r is the same as the design value, one point is evaluated. Specifically, for example, the radius score is obtained by the following equation.
Radius score = 1- | approximate circle radius-design radius | / a
(B) Edge number score An edge number score is obtained using as an index how many edges are used to approximate a circle. That is, the score increases as the number of edges used increases. Specifically, for example, the edge number score is obtained by the following equation.
Edge number score = approximate number of edges / b
(C) Edge position range score An edge position range score is obtained using as an index how far the edge is from the circumference of the approximate circle. For example, as shown in FIG. 5A, the score is full when all edges are on the circumference, and when no edge is on the circumference as shown in FIG. 5B, the score is Lower. Specifically, for example, the edge position range score is obtained by the following equation.
Edge position range score = 1- (maximum and minimum difference in distance from the circumference) / c
(D) Edge symmetry score An edge symmetry score is obtained using as an index how many opposite edges are detected. For example, when the radiation direction is 6 directions, the score is high if all three pairs exist as shown in FIG. 5 (c), and when there are no pairs as shown in FIG. 5 (d), the score is Lower. Specifically, for example, the edge symmetry score is obtained by the following equation.
Edge symmetry score = (α + number of both detection pairs / β + number of one-side detection pairs / γ) / d
なお、上記図２（ｃ）では、白から黒への変化が極小値、黒から白への変化が極大値である例を示したが、輝度変化の捉え方を変えれば、白から黒への変化が極小値、黒から白への変化が極小値となることもある。その場合は、極大値の位置を白エッジ、極小値の位置を黒エッジの位置として検出する。 In FIG. 2C, the example in which the change from white to black is the minimum value and the change from black to white is the maximum value is shown. May be a minimum value, and a change from black to white may be a minimum value. In this case, the position of the maximum value is detected as the white edge, and the position of the minimum value is detected as the black edge position.
図１の装置においては、ワークマーク中心位置検出部１１ｃにおいて上記のようにしてワークマークの位置を求め、これに基づきマスクＭとワークＷの位置合わせを行なう。
マスクＭとワークＷの位置合わせは、次のように行なわれる。
（１）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。
（２）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、前記したようにエッジ検出を行い、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。
（３）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。
In the apparatus of FIG. 1, the work mark
The alignment of the mask M and the workpiece W is performed as follows.
(1) The mask M is irradiated with illumination light from the light irradiation device 1 or an alignment light source (not shown), and the mask mark MAM image is received by the
Various methods for detecting a mask mark have been proposed. For example, refer to Patent Document 1 if necessary.
(2) Next, the work W is irradiated with illumination light from the illumination means 10c of the alignment microscope 10, edge detection is performed as described above, the work mark WAM on the work W is detected, and the control unit 11 determines the position coordinates. Ask.
(3) The control unit 11 sets the work stage WS (or the mask stage MS or both) so that the stored position coordinates of the mask mark MAM and the detected position coordinates of the work mark WAM have a predetermined positional relationship. ) To align the mask M and the workpiece W.
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 ワークマーク中心位置検出部
１１ｄ 位置合わせ制御部
１１ｅ 登緑部
１２ モニタ
Ｌ１，Ｌ２ レンズ
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＭＡＭ マスクマーク（マスク・アライメントマーク）
ＭＰ マスクパターン
Ｗ ワーク
ＷＳ ワークステージ
ＷＡＭ ワークマーク（ワーク・アライメントマーク）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light irradiation apparatus 2
MP Mask pattern W Work WS Work stage WAM Work mark (work alignment mark)
Claims (1)
ワークに形成されたパターンの画像を取得する第１の工程と、
上記取得したパターンの画像の中心付近から、あるいは中心方向に向かう複数の放射方向について、距離に対する輝度の分布を求める第２の工程と、
上記求めた輝度分布を微分し、距離に対する輝度の変化である微分値を求め、該微分値の極大値または極小値の位置を、上記各放射方向について求める第３の工程と、
上記各放射方向について求めた上記極大値または極小値の位置を、それぞれ一つずつ抽出して組み合わせ、近似される円を複数求める第４の工程と、
上記複数の円の半径または直径と、円形であるワーク・アライメントマークの半径または直径とを比較し、上記複数の円のなかから、ワーク・アライメントマークの半径または直径と最も近い円を選択する第５の工程と、
上記選択した円の中心位置を演算し、該中心位置をワーク・アライメントマークの位置とする第６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。 A workpiece alignment mark detection method for detecting a circular recess formed on a workpiece as a workpiece alignment mark,
A first step of acquiring an image of a pattern formed on the workpiece;
A second step of obtaining a luminance distribution with respect to a distance for a plurality of radiation directions from the vicinity of the center of the image of the acquired pattern or toward the center direction;
A third step of differentiating the obtained luminance distribution, obtaining a differential value which is a change in luminance with respect to a distance, and obtaining a position of a maximum value or a minimum value of the differential value with respect to each radiation direction;
A fourth step of extracting a plurality of approximate circles by extracting and combining the positions of the maximum value or the minimum value obtained for each radiation direction one by one;
The radius or diameter of the plurality of circles is compared with the radius or diameter of a circular workpiece alignment mark, and a circle closest to the radius or diameter of the workpiece alignment mark is selected from the plurality of circles. 5 steps,
And a sixth step of calculating the center position of the selected circle and setting the center position as the position of the work alignment mark.
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