JPH104044A - パターン検出方法ならびにアライメントマーク検出方法およびそれを用いた光学装置 - Google Patents

パターン検出方法ならびにアライメントマーク検出方法およびそれを用いた光学装置

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JPH104044A
JPH104044A JP8152723A JP15272396A JPH104044A JP H104044 A JPH104044 A JP H104044A JP 8152723 A JP8152723 A JP 8152723A JP 15272396 A JP15272396 A JP 15272396A JP H104044 A JPH104044 A JP H104044A
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alignment mark
pattern
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correlation coefficient
scanning point
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Application number
JP8152723A
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English (en)
Inventor
Susumu Komoriya
進 小森谷
Toshiharu Nagatsuka
俊治 永塚
Yoshiyuki Miyamoto
佳幸 宮本
Hisafumi Iwata
尚史 岩田
Osamu Suga
治 須賀
Shinji Kuniyoshi
伸治 国吉
Nobuyuki Irikita
信行 入来
Takeshi Kato
毅 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントマークを高速且つ高信頼度で検
出する。 【解決手段】 アライメントマーク17を特定し得るた
とえば7箇所の領域A0〜A6 を規定し、アライメント
マーク17を含む検出画像を得て、領域A0 〜A6 の位
置関係を保持しつつ検出画像を走査して領域A0 に対す
る他の各領域A1〜A6 の画像信号の相関係数を走査ポ
イント毎に求め、相関係数の総和が最大となる走査ポイ
ントをアライメントマーク17の位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はパターン検出方法な
らびにアライメントマーク検出方法およびそれを用いた
光学装置に関し、特に、フォトマスクの回路パターンを
半導体ウェハに転写するに先立ってそれぞれに形成され
たアライメントマークに基づいて両者の位置合わせを行
う際におけるアライメントマークの検出に適用して有効
な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化、微細化の傾向が
著しい今日、ステッパなどの露光装置を用いて複数種の
レチクル(フォトマスク)に形成された回路パターンを
半導体ウェハに転写するフォトリソグラフィ工程におい
てもアライメントずれ量の許容範囲が一層厳しくなって
きている。そして、転写された回路パターン相互間のず
れを防止してアライメント精度を向上させることが露光
における重要なテーマの一つとなっている。
【0003】このような半導体ウェハとレチクルとのア
ライメント技術としては、たとえば、株式会社工業調査
会発行、「最新LSIプロセス技術」(1983年 7月25日
発行)、P251〜P254、P575に記載されているように、レ
チクルにアライメントマークを形成しておき、半導体ウ
ェハ上に形成された前工程の1層の回路パターンに対応
するアライメントマークを光学的手法により位置計測
し、これに対して次工程の回路パターンが形成されたレ
チクルの最適位置を決めるものが知られている。
【0004】ここで、回路パターンを半導体ウェハ上に
形成する投影露光装置は、前記した刊行物のP262〜P264
に記載されているように、レチクルのパターンを投影す
る投影レンズ、被処理物である半導体ウェハが搭載され
るXYステージ、アライメントマークを検出してレチク
ルと半導体ウェハとのアライメントを行う検出光学系等
から構成されている。
【0005】そして、位置合わせのために、半導体ウェ
ハは先ず方位検出部でそのオリフラを基準にして方位合
わせが行われる。次に検出対象物であるアライメントマ
ークが検出され、該マークを介してレチクルと半導体ウ
ェハとのアライメントが行われる。そして、位置合わせ
後、露光が実行される。
【0006】ここで、アライメントマークを粗検出用と
精検出用とに分けて形成し、粗検出で大まかな位置合わ
せを行い、精検出で最終的に位置を確定するようにすれ
ば、粗検出でアライメントマークを高速走査することが
でき好ましい。そして、アライメントマークは半導体の
回路パターンと接近して配置されるため、マーク検出に
おいてはアライメントマークと半導体の回路パターンと
を識別することが必要である。
【0007】この検出技術としては、たとえば東京大学
出版会発行「画像解析ハンドブック」(1991年初版発
行)に記載のように、正規化テンプレートマッチング法
が知られている。この方法は、アライメントマークを含
む検出画像を走査し、テンプレート画像にマッチングし
た位置としてアライメントマークを求めるものである。
これを具体的に説明すれば、次のようなものである。
【0008】すなわち、テンプレート画像をF、検出画
像におけるテンプレート画像に対応した広さの走査エリ
アをGとする。そして、画像の明暗をたとえば0〜25
5の256階調でとらえ、たとえば512×512の画
素で構成されるFおよびGの各画素に相当階調の数字を
ふる。これによりFとGとが数値で規定される。検出画
像のどこかにテンプレート画像と同じアライメントマー
クが存在するのであるから、アライメントマークとテン
プレート画像とが一致したときのFとGとのマッチング
度つまり相関係数は最大となる。したがって、その最大
となった走査ポイントをアライメントマークの位置とす
る、というものである。
【0009】これを数式で記述すると、
【0010】
【数1】
【0011】で表すことができる。実際の検出には、上
記演算式(1)を変形して、
【0012】
【数2】
【0013】が用いられる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハを高信頼
度に位置合わせするためには、この半導体ウェハに形成
されたアライメントマークをコントラストよく検出して
安定した信号を得ることが必要となる。
【0015】ここで、アライメントマークは多層膜の無
地の領域に転写され、エッチングにより段差がつけられ
ている。そして、この上に多層膜がデポされ、さらにレ
ジストが塗布されている。
【0016】アライメントマークがこのように形成され
ていると、レジストやデポ膜での光の多重反射が生じ
る。すると、検出しようとしているアライメントマーク
の明暗がテンプレート画像のそれと異なってしまった
り、ときには、反転してしまうことがある。このような
状態になると、検出した画像信号が変化してしまい、ア
ライメントマークとテンプレート画像とが一致してもF
とGとのマッチング度が最大とならなくなる。すなわ
ち、予め登録あるいは記憶しておいたテンプレート画像
と検出した画像信号の相関係数を求めてマッチングを図
る正規化テンプレートマッチング法では、光の干渉によ
り検出信号が変化した場合に高信頼度な位置合わせがで
きなくなるという問題がある。
【0017】また、前記した演算式(1)、(2)によ
れば、演算エリアはテンプレート画像全体、およびこの
テンプレート画像に対応した走査エリアであるので、演
算量が多くなってマーク検出に時間がかかることにな
る。演算量の多いΣFG、ΣG、ΣG2 等を専用ツール
により高速計算し、その他をソフトウェアを組んで計算
することも考えられるが、圧倒的な時間の短縮化は期待
できない。
【0018】そこで、本発明の目的は、アライメントマ
ークなどのパターンを、光の干渉等の影響を受けること
なく高信頼度で検出することのできる技術を提供するこ
とにある。
【0019】本発明の他の目的は、アライメントマーク
などのパターンを、高速で検出することのできる技術を
提供することにある。
【0020】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0022】すなわち、本発明によるパターン検出方法
は、所定のパターンを特定し得る複数の領域を規定し、
パターンを含む検出画像を得て、複数の領域の位置関係
を保持しつつ検出画像を走査して何れか1の領域に対す
る他の各領域の画像信号の相関係数を走査ポイント毎に
求め、相関係数の総和が最大となる走査ポイントをパタ
ーンの位置とすることを特徴とするものである。また、
周期性を有するパターンの周期を求め、このパターンを
含む検出画像を得て、検出画像を走査してパターンの周
期間隔における画像信号の相関係数を走査ポイント毎に
求め、相関係数が最大となる走査ポイントをパターンの
位置とすることを特徴とするものである。
【0023】また、本発明によるアライメントマークの
検出方法は、フォトマスクの回路パターンをプレート状
ワークに転写するに先立ってアライメントマークに基づ
いて両者の位置合わせを行う際におけるもので、アライ
メントマークを特定し得る複数の領域を規定し、アライ
メントマークを含む検出画像を得て、複数の領域の位置
関係を保持しつつ検出画像を走査して何れか1の領域に
対する他の各領域の画像信号の相関係数を走査ポイント
毎に求め、相関係数の総和が最大となる走査ポイントを
アライメントマークの位置とすることを特徴とするもの
である。また、周期性を有するアライメントマークの周
期を求め、このアライメントマークを含む検出画像を得
て、検出画像を走査してアライメントマークの周期間隔
における画像信号の相関係数を走査ポイント毎に求め、
相関係数が最大となる走査ポイントをアライメントマー
クの位置とすることを特徴とするものである。
【0024】このアライメントマーク検出方法におい
て、アライメントマークは、このアライメントマークと
ともに形成された回路パターンに含まれない形状とされ
ていることが望ましい。また、相関係数は正規化されて
いない値で用いることが可能である。プレート状ワーク
は集積回路を形成する半導体ウェハまたは液晶ディスプ
レイのガラスプレートとすることができる。
【0025】このようなアライメントマーク検出方法を
用いてアライメントマークの粗検出を行い、次に、対称
性パターンマッチング法を用いてアライメントマークの
精検出を行うようにしてもよい。
【0026】そして、本発明による光学装置は、前記し
たアライメントマーク検出方法が用いられているもので
ある。
【0027】上記した手段によれば、光の干渉等により
パターンのコントラストが変化しても、その変化条件は
同じなので、それぞれの領域相互間では常に同じコント
ラストになる。したがって、各領域の画像信号は相互に
同様に変化することになるので相関係数はその影響を受
けることがなく、パターンを高信頼度で検出することが
可能になる。
【0028】また、規定された領域について走査を行う
ことでパターンの位置を検出することが可能になるの
で、パターン全体の広さで検出画像を走査する場合と比
較して走査中における演算量を大幅に低減することがで
き、パターンを高速で検出することが可能になる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号が付されており、その繰り返しの説明は省略さ
れている。
【0030】(実施の形態1)図1は本発明の一実施の
形態であるアライメントマークの検出技術が適用された
露光装置を示す概略図である。
【0031】図1に示す露光装置は半導体ウェハ(プレ
ート状ワーク)1の主平面に所定の回路パターンを形成
するものであり、レチクル(フォトマスク)2に形成さ
れた回路パターンを半導体ウェハ1に転写する投影光学
系10、半導体ウェハ1の外周に設けられたオリフラを
合わせて結晶方位を整列させる方位検出光学系11、半
導体ウェハ1に形成されたアライメントマーク(パター
ン)の検出を行うマーク検出光学系12とから構成され
ている。
【0032】投影光学系10は、露光光を集光して均等
照明を実現するコンデンサレンズ4と、このコンデンサ
レンズ4で瞳内に結像されたレチクル2の回路パターン
を半導体ウェハ1の上に投影する投影レンズ5とで構成
されており、これらは露光光源からXYステージ3に支
持された半導体ウェハ1に至る光路上に順次配列されて
いる。
【0033】また、方位検出光学系11は、検出ステー
ジ6に搭載された半導体ウェハ1をその中心回りに回転
させるモータ7と、半導体ウェハ1の外周を照射する方
位検出用照明8およびこの方位検出用照明8からの照射
光を受光する方位検出部9とで構成されている。そし
て、回転している半導体ウェハ1に形成されたオリフラ
が所定位置に位置した場合の照射光を方位検出部9が受
光することによって、半導体ウェハ1の方位が合わされ
るようになっている。
【0034】図示するように、アライメントマークを検
出するマーク検出光学系12は、検出用照明13の照射
光を屈折して半導体ウェハ1へ導くとともに反射光を直
進させるハーフミラー14、照射光を半導体ウェハ1へ
投影する投影レンズ15を有しており、さらに、半導体
ウェハ1からの反射光が入射する撮像カメラ16が設け
られている。これによって半導体ウェハ1に形成された
アライメントマークを含む画像が検出画像として撮像カ
メラ16に得られる。
【0035】ここで、半導体ウェハ1に形成されたアラ
イメントマーク17を図2に、図1に示すマーク検出光
学系12により得られた検出画像を図3にそれぞれ示
す。
【0036】図示するように、検出画像にはアライメン
トマーク17が取り込まれており、マーク検出は図3の
検出画像のどの位置に図2に示すアライメントマーク1
7が位置しているかを検出するものである。なお、アラ
イメントマーク17はたとえばスクライブエリアに形成
されており、図示する場合にはその上下に半導体チップ
の一部となる回路パターン18が現れている。
【0037】位置検出されている検出画像上のアライメ
ントマーク17を図4に示す。
【0038】図4によれば、正方形とこれに囲まれた十
字からなるアライメントマーク17に重なるようにし
て、所定の距離関係を有するたとえば7箇所の領域A0
〜A6が規定されている。これらの領域A0 〜A6 は検
出対称のアライメントマーク17の形状に対応して設定
されて予め露光装置のメモリに格納されているもので、
アライメントマーク17に対してのみ全てが重なり合
い、回路パターンなどアライメントマーク以外の箇所で
は一部しか重なり合わない位置関係が成立するように設
定されている。したがって、検出画像を走査して全領域
0 〜A6 のコントラストが相互に同一となる走査ポイ
ントになれば、そこがアライメントマーク17の位置と
なる。
【0039】ここで、アライメントマーク17を特定し
得るように領域を規定するには、アライメントマーク1
7の形状がこのアライメントマーク17とともに形成さ
れた回路パターンつまり周辺パターンに含まれないよう
な形状になっていることが望ましい。これを具体的に説
明すると、たとえば図5(a)に示すアライメントマー
ク17に規定された領域A2 ,A4 ,A6 、領域A0
領域A1 ,A3 ,A5相互間の間隔Lと図5(b)に示
す回路パターン18のピッチPとの間に、L≠nP(n
は自然数)の関係が成立するような設計としたり、アラ
イメントマーク17を非対称とすることが考えられる。
このようにすれば、図5(b)に示すように、回路パタ
ーン18では一部の領域A1 ,A3 ,A5 をパターン上
に合わせると、必ず他の領域A0 ,A2 ,A4 ,A6
パターン上から外れることになるので、アライメントマ
ーク17以外の箇所において全領域A0 〜A6 のコント
ラストが同一となる事態は発生し得なくなるからであ
る。また、図6に示すたとえば円形マークや楕円、長円
といった環状マークに代表されるような、回路パターン
に取り入れられていないアライメントマーク17を採用
することが考えられる。このようなアライメントマーク
17であれば、その特異な形状に沿って領域A0 〜A7
が設定されるために、これらが全て同時に回路パターン
と重なり合うことはなくなるからである。なお、領域数
は7箇所(図4、図5)あるいは8箇所(図6)に限定
されるものではなく、アライメントマーク17を特定し
得る数だけ設定されていればよい。また、設定箇所もこ
れらに限定されるものではない。
【0040】図4のVII −VII 線に沿う断面図を図7
(a)に、その画像信号の信号波形を図7(b)に示
す。
【0041】図7では相互に間隔Lだけ離反した3箇所
の領域A0 〜A2 について抽出されており、図7(a)
に示すように、これらの領域A0 〜A2 はアライメント
マーク17(図4)を構成する段差の低くなった部分に
対応している。そして、図7(b)に示すように、画像
信号はこの箇所において変化している。そこで、領域A
0 に対応する箇所の画像信号をG0 、ここにおけるx軸
(横方向)の座標値をi、y軸(縦方向)の座標値をj
とすると、G0 =G(i,j)で表されるので、領域A
1 ,A2 にそれぞれ対応する画像信号G1 ,G2 は、信
号間距離をLとすると、G1 =G(i+L,j),G2
=G(i−L,j)で表すことができる。そして、この
ようにして、他の領域A3 〜A6 に対応する画像信号G
3 〜G6もG0 との関係で規定する。
【0042】ここで、検出画像を構成する各画素のコン
トラストをたとえば0〜255の256階調(“0”が
最も暗く、数字が大きくなるにしたがって明るくなり、
“255”が最も明るいものとする)でとらえ、相当階
調の数字を各画素に割り当てる。そして、規定された領
域A0 〜A6 の位置関係を保持しつつ検出画像を走査し
て領域A0 に対する領域A1 〜A6 の画像信号の相関係
数つまりマッチング度を求めて行く。
【0043】領域A0 とA1 に対応した画像信号G0
1 とのマッチング度(M0-1 )は、
【0044】
【数3】
【0045】で表される。同様にして、画像信号G0
対するG2 〜G6 のマッチング度(M0-2 )〜
(M0-6 )を演算式で表す。なお、(3)式にて例示さ
れるマッチング度の式は、演算しやすいように変形する
ことができる。
【0046】回路パターンの走査ポイントが、領域A0
とA1 とがパターン上に位置し、他の領域A2 〜A6
パターンから外れたものであったとする(前述のよう
に、領域A0 〜A6 はアライメントマーク17に対して
のみ全てが重なり合うようになっているので、それ以外
の箇所ではこのように一部しか重なり合わない)。この
とき、領域A0 とA1 とは同一のコントラストになるの
でそのマッチング度(M0-1 )は最大値になる。一方、
領域A0 と領域A2 〜A6 とは相互に異なるコントラス
トになるので、マッチング度(M0-2 )〜(M0-6 )は
最大値とはならない。したがって、マッチング度の総和
(M=M0-1 +M0-2 +・・・+M0-6 )は必然的に最
大値とはならない。
【0047】すなわち、一部の領域A0 ,A1 のみが同
一コントラストの場合には、検出信号G0 〜G6 のマッ
チング度の総和(M)が最大値を採ることはない。な
お、領域A0 に対する領域A1 〜A6 が相互に異なるコ
ントラストの場合には、何れのマッチング度(M0-1
〜(M0-6 )も最大値とならないので、やはりマッチン
グ度の総和(M)が最大値を採ることはない。
【0048】そして、規定された7箇所の領域A0 〜A
6 の全てがアライメントマーク17と重なり合った走査
ポイントに到達したとき、全領域A0 〜A6 が同一コン
トラストになるのであるから、各マッチング度
(M0-1 )〜(M0-6 )は何れも最大の値をとる。よっ
て、マッチング度の総和(M)は最大となる。したがっ
て、検出画像を走査して領域A0 に対する領域A1 〜A
6 のマッチング度を走査ポイント毎に求めて行き、その
マッチング度の総和(M)が最大となる走査ポイントが
得られれば、そこがアライメントマーク17の位置と特
定される。
【0049】このように、本実施の形態に示す検出方法
によれば、検出画像に対し、規定された領域A0 〜A6
について走査を行うことによりアライメントマーク17
の位置を検出することが可能になる。これにより、アラ
イメントマーク17全体の広さで検出画像を走査する場
合と比較して走査中における演算量を圧倒的に低減する
ことができ、極めて短時間のうちに(本発明者の行った
ところによれば、従来の正規化テンプレートマッチング
法で要した時間の 1/5以下という短時間で)アライメン
トマーク17を高速検出することができる。なお、演算
処理に専用画像処理回路や専用LSIを用いると高速化
が可能であるが、汎用のコンピュータを用いてもよい。
【0050】以上では、x軸(横)方向についてのみの
例が説明されているが、同様にしてy軸(縦)方向のマ
ッチング度を求め、最終的にx軸およびy軸方向のマッ
チング度の総和(M)が最大値を採る走査ポイントがア
ライメントマーク17の位置になる。
【0051】なお、(3)式では標準偏差を用いて正規
化しているが、正規化しない、つまりσG0 ,σG1
割らない通常の相関係数をマッチング度とすることも可
能である。これは、画像信号G0 に対する画像信号G2
〜G6 のマッチング度(M0- 2 )〜(M0-6 )を求める
演算式、および実施の形態2に示す(4)式においても
同様である。
【0052】正規化されていないマッチング度を用いる
ことのメリットは次の点にある。つまり、パターンの存
在しない場所を走査した場合には、領域A0 〜A6 のコ
ントラストは同一となってマッチング度の総和(M)は
最大になってしまう。すなわち、アライメントマーク1
7の存在しない箇所を存在する箇所と誤検出してしま
う。しかし、正規化しなければパターンのない箇所では
各マッチング度(M0-1)〜(M0-6 )は何れも“0”
に近づくので、総和(M)が最大値を採ることがなくな
り、誤検出を防止することが可能になるからである。な
お、本発明者によれば、このように正規化しないマッチ
ング度を用いることによりアライメントマーク17の誤
認識率を従来の 1/5以下にすることができた。
【0053】ここで、反射した状態でのアライメントマ
ーク17の位置検出について説明する。前述のように、
アライメントマーク17は段差により形成され、その上
には多層膜、レジストが位置しているので、照射光がこ
れら透明性を有する膜で多重反射する。アライメントマ
ーク17が多重反射した場合の検出画像を図8に示す。
図示するように、検出画像中のアライメントマーク17
のコントラストは本来の正規のアライメントマーク17
(図2)のコントラストとは反転した関係になってい
る。アライメントマーク17のコントラストがこのよう
になれば、得られる画像信号は本来の信号波形から大き
く変化してしまう。
【0054】しかし、多重反射によりアライメントマー
ク17のコントラストが変化しても、その変化条件自体
は同じなので、規定された領域A0 〜A6 相互間では常
に同じコントラストを有することになる。したがって、
本実施の形態で得られる各領域A0 〜A6 の画像信号G
0 〜G6 は相互に同様に変化することになるのでマッチ
ング度(M)つまり相関係数は光の干渉等の影響を受け
ることがない。これにより、確実にアライメントマーク
17を検出することが可能になる。
【0055】(実施の形態2)図9は本発明の他の実施
の形態により形成されたアライメントマークを示す説明
図、図10(a)は図9のX −X 線に沿う断面図、図1
0(b)はその画像信号の信号波形を示すグラフであ
る。
【0056】図9に示すように、本実施の形態のアライ
メントマーク(パターン)17は一定の周期Pのもとに
繰り返し形成された周期性を有するものが横3列にわた
って形成されたものである。したがって、アライメント
マーク17aの断面図である図10(a)に表されてい
るように、パターンを形成する半導体ウェハの段差は周
期Pに沿って構成されている。そして、図10(b)に
示すように、画像信号の波形も周期Pの周期性波形とな
っている。
【0057】このように、周期性を有する場合、アライ
メントマーク17aについて画像信号(G)のx軸(横
方向)の座標値をi、y軸(縦方向)の座標値をjとす
ると、x軸方向について周期性を有しているから、G
(i)=G(i+P)、の関係式が成立する。そして、
検出画像を走査して周期Pの間隔での画像信号の相関係
数つまりマッチング度を走査ポイント毎に求めて行け
ば、最大となる箇所がアライメントマーク17aの箇所
となる。
【0058】つまり、任意のjについてのy軸方向のマ
ッチング度(Mj )は、
【0059】
【数4】
【0060】で表すことができ、周期性パターンが存在
する位置でマッチング度(Mj )は最大となる。また、
周期性パターンが無い位置でマッチング度(Mj )は最
小となる。
【0061】このようにして図9の上段、中断、下段に
それぞれ示す各アライメントマーク17b,17a,1
7cについてマッチング度(M)を求めた結果を図11
に示す。
【0062】図示するように、アライメントマーク17
が存在する位置においてマッチング度(M)は大、無い
位置において小となって極めてS/N比の良好な信号に
変換される。さらに、各アライメントマーク17の間隔
の違い(アライメントマーク17bと17aとの間隔よ
り、アライメントマーク17aと17cとの間隔の方が
広くなっている)が波形に反映されているので、閾値法
等を用いることにより容易に何れのアライメントマーク
17a〜17cかを特定することができる。なお、周期
性を有するアライメントマーク17が一列のみで形成さ
れている場合には、このように何れの列のものかを求め
る必要がないのは勿論であるが、周期性を有する複数列
のアライメントマーク17a,17b・・・の周期が相
互に異なっている場合にも、周期による特定が可能にな
るので前記したマーク列の特定作業は不要になる。
【0063】このように、アライメントマーク17が周
期性を有している本実施の形態の場合には、検出画像を
走査してその周期間隔における画像信号のマッチング度
が最大となる箇所を検出すれば、そこがアライメントマ
ーク17の位置と特定することができる。
【0064】以上、本発明者によってなされた発明をそ
の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前
記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもな
い。
【0065】たとえば、粗検出用および精検出用に異な
るアライメントマーク17を設け、先ず高速で粗検出を
行い、次に精検出で最終的な検出を行うことが考えられ
るが、その際、たとえば実施の形態1に示す形状のアラ
イメントマーク17で粗検出を、実施の形態2に示す形
状のアライメントマーク17で精検出を、何れも本検出
技術を適用して行うことができる。
【0066】また、本発明による検出技術を用いて粗検
出を行い、対称性パターンマッチング法を用いて精検出
を行ってもよい。ここで、対称性パターンマッチング法
とは、仮想中心位置xの左右の折り返し幅wにおいて、
仮想中心位置xから等距離jにある左右の信号値の差の
二乗値を積算したものであり、回路パターンの中心位置
で信号が左右対称となり、
【0067】
【数5】
【0068】で与えられた評価関数F(x)の最小値を
とるものである。
【0069】この場合、各領域の幅は広めに設定するこ
とが望ましい。このようにすれば、アライメントマーク
17が領域内に入ってマッチング度が大きくなる状態が
広い範囲に亙って得られるために高速走査が可能になる
からである。但し、これにより検出分解能は低くなる
が、その後、前記した対称性パターンマッチング法によ
り精検出が行われるので問題はない。
【0070】なお、本実施の形態では、半導体ウェハ上
に形成されたアライメントマーク17を検出する場合が
説明されているが、レチクルに形成されたアライメント
マークもこれによって検出することができる。
【0071】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である露光
装置に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、たとえば液晶表示パネルの製造のよ
うに微細な回路パターンを形成する光学装置におけるア
ライメントマークの検出に適用することができる。した
がって、この場合のプレート状ワークは液晶ディスプレ
イのガラスプレートになる。さらに、半導体の製造にお
いて半導体チップをリードフレームに搭載する際に用い
られるダイボンダや両者を電気的に接続するワイヤボン
ダ、あるいは、各種検査装置やID(Identity)認識装
置、文字読み取り装置など、光学系と画像信号処理機能
を有する種々の装置におけるパターンの検出技術に適用
することができる。
【0072】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
【0073】(1).すなわち、本発明の検出技術によれ
ば、規定された領域について走査を行うことでパターン
の位置を検出することが可能になるので、パターン全体
の広さで検出画像を走査する場合と比較して走査中にお
ける演算量を大幅に低減することができる。これによ
り、パターンを高速で検出することが可能になる。
【0074】(2).また、光の干渉等によりパターンのコ
ントラストが変化しても、その変化条件は同じなので、
それぞれの領域相互間では常に同じコントラストにな
る。したがって、各領域の画像信号は相互に同様に変化
することになるので相関係数はその影響を受けることが
ない。これにより、パターンを高信頼度で検出すること
が可能になる。
【0075】(3).前記した(2) により、本発明を半導体
製造に用いられる露光装置に適用すれば、良好な品質を
有する半導体装置を製造することができる。
【0076】(4).検出対称のパターンが周辺パターンに
含まれない形状になっていれば、パターンを特定するた
めの領域設定が容易になる。
【0077】(5).正規化されていない相関係数を用いて
パターン検出を行えば、パターンの存在しない場所での
相関係数が最大とはならず、パターンの誤検出を未然に
防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるアライメントマー
クの検出技術が適用された露光装置を示す概略図であ
る。
【図2】半導体ウェハに形成されたアライメントマーク
を示す平面図である。
【図3】図1に示すマーク検出光学系により得られた検
出画像を示す平面図である。
【図4】位置検出されている検出画像上のアライメント
マークを示す平面図である。
【図5】(a)は考えられる形状のアライメントマーク
とそのアライメントマークに対応した領域を示す説明
図、(b)は領域と配線パターンとの関係を示す説明図
である。
【図6】考えられる他の形状のアライメントマークを示
す説明図である。
【図7】(a)は図4のVII −VII 線に沿う断面図、
(b)はその画像信号の信号波形を示すグラフである。
【図8】コントラストが変化したアライメントマークが
取り込まれた検出画像を示す平面図である。
【図9】本発明の実施の形態2によるアライメントマー
クを示す平面図である。
【図10】(a)は図9のX −X 線に沿う断面図、
(b)はその画像信号の信号波形を示すグラフである。
【図11】図9のアライメントマークについてのマッチ
ング度を示すグラフである。
【符号の説明】
1 半導体ウェハ(プレート状ワーク) 2 レチクル(フォトマスク) 3 XYステージ 4 コンデンサレンズ 5 投影レンズ 6 検出ステージ 7 モータ 8 方位検出用照明 9 方位検出部 10 投影光学系 11 方位検出光学系 12 マーク検出光学系 13 検出用照明 14 ハーフミラー 15 投影レンズ 16 撮像カメラ 17,17a〜17c アライメントマーク(パター
ン) 18 回路パターン A0 〜A8 領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 尚史 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 須賀 治 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 国吉 伸治 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 入来 信行 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 加藤 毅 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定のパターンを特定し得る複数の領域
    を規定し、 前記パターンを含む検出画像を得て、 複数の前記領域の位置関係を保持しつつ前記検出画像を
    走査して何れか1の前記領域に対する他の前記各領域の
    画像信号の相関係数を走査ポイント毎に求め、前記相関
    係数の総和が最大となる走査ポイントを前記パターンの
    位置とすることを特徴とするパターン検出方法。
  2. 【請求項2】 周期性を有するパターンの周期を求め、 前記パターンを含む検出画像を得て、 前記検出画像を走査して前記パターンの周期間隔におけ
    る画像信号の相関係数を走査ポイント毎に求め、 前記相関係数が最大となる走査ポイントを前記パターン
    の位置とすることを特徴とするパターン検出方法。
  3. 【請求項3】 フォトマスクの回路パターンをプレート
    状ワークに転写するに先立ってアライメントマークに基
    づいて両者の位置合わせを行う際におけるアライメント
    マーク検出方法であって、 前記アライメントマークを特定し得る複数の領域を規定
    し、 前記アライメントマークを含む検出画像を得て、 複数の前記領域の位置関係を保持しつつ前記検出画像を
    走査して何れか1の前記領域に対する他の前記各領域の
    画像信号の相関係数を走査ポイント毎に求め、 前記相関係数の総和が最大となる走査ポイントを前記ア
    ライメントマークの位置とすることを特徴とするアライ
    メントマーク検出方法。
  4. 【請求項4】 フォトマスクの回路パターンをプレート
    状ワークに転写するに先立ってアライメントマークに基
    づいて両者の位置合わせを行う際におけるアライメント
    マーク検出方法であって、 周期性を有するアライメントマークの周期を求め、 前記アライメントマークを含む検出画像を得て、 前記検出画像を走査して前記アライメントマークの周期
    間隔における画像信号の相関係数を走査ポイント毎に求
    め、 前記相関係数が最大となる走査ポイントを前記アライメ
    ントマークの位置とすることを特徴とするアライメント
    マーク検出方法。
  5. 【請求項5】 請求項3または4記載のアライメントマ
    ーク検出方法において、前記アライメントマークは、こ
    のアライメントマークとともに形成された回路パターン
    に含まれない形状とされていることを特徴とするアライ
    メントマーク検出方法。
  6. 【請求項6】 請求項3、4または5記載のアライメン
    トマーク検出方法において、前記相関係数は正規化され
    ていない値であることを特徴とするアライメントマーク
    検出方法。
  7. 【請求項7】 請求項3、4、5または6記載のアライ
    メントマーク検出方法において、前記プレート状ワーク
    は集積回路を形成する半導体ウェハまたは液晶ディスプ
    レイのガラスプレートであることを特徴とするアライメ
    ントマーク検出方法。
  8. 【請求項8】 請求項3、4、5、6または7記載のア
    ライメントマーク検出方法を用いて前記アライメントマ
    ークの粗検出を行い、次に、対称性パターンマッチング
    法を用いて前記アライメントマークの精検出を行うこと
    を特徴とするアライメントマーク検出方法。
  9. 【請求項9】 請求項3、4、5、6、7または8記載
    のアライメントマーク検出方法が用いられていることを
    特徴とする光学装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004019389A1 (ja) * 2002-08-22 2004-03-04 Nikon Corporation マ−ク位置検出装置、マ−ク位置検出方法、重ね合わせ測定装置、および、重ね合わせ測定方法
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US7466414B2 (en) 2002-03-15 2008-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Position detection apparatus and method
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JP2011155300A (ja) * 2002-03-15 2011-08-11 Canon Inc 位置検出装置及び方法、露光装置、デバイス製造方法

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