KR0139380B1 - 합초점위치 검출방법 - Google Patents

합초점위치 검출방법

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KR0139380B1
KR0139380B1 KR1019940018549A KR19940018549A KR0139380B1 KR 0139380 B1 KR0139380 B1 KR 0139380B1 KR 1019940018549 A KR1019940018549 A KR 1019940018549A KR 19940018549 A KR19940018549 A KR 19940018549A KR 0139380 B1 KR0139380 B1 KR 0139380B1
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노리아키 유카와
사토루 키무라
타케오 사토
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 예를들면 반도체노광장치에 있어서 십자선과 장치, 및 웨이퍼와 장치의 위치를 검출할때에 위치맞춤마아크의 최적광학위치를 자동적으로 맞추는 경우등, 광학계렌즈를 이용해서 촬상하는데 있어서 초점맞춤을 행하는 것이 필요한 장치에 호적하게 이용할 수 있는 합초점위치 검출방법에 관한 것으로서, 조명장치의 광량변화등에 의해 대국적인 농도변동이 있어도, 복잡한 산법을 필요로하는 일 없이, 대상물의 광학계에 대한 합초점위치를 고정밀도로 검출하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 부분화상을 설정하는 공정과, 주목화소에 대해서 특정방향선상에 좌우영역을 설정하는 공정과, 좌우영역에 있어서의 각 화소에 대한 농도데이터를 각각 일정방법에 의해 연산하는 공정과, 좌우영역의 연산결과의 비를 농담비로서 구하는 공정과, 농담비연산공정을 영역내에서 반복해서 누적농담비를 구하는 공정을 행하고, 대상물의 광학적위치를 변화시키고 이들 순서를 반복해서 합초점위치를 구하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

합초점위치 검출방법
제 1 도는 본 발명의 합초점(合樵点) 검출방법에 있어서의 일실시에 있어서 사용하는 장치의 구성도.
제 2 도는 동 실시예의 동작의 주요부의 순서도.
제 3 도는 동 실시예에 있어서의 부분화상을 표시한 도면.
제 4 도는 동 실시예에 있어서의 주목화소의 연산결과를 표시한 도면.
제 5 도는 동 실시예에 있어서의 대상물화상을 표시한 도면,
제 6 도는 동 실시예에 있어서의 위치와 누적농담비(濃淡比)와의 관계를 표시한 도면.
제 7 도는 동 실시예에 있어서의 근사곡선을 표시한 도면.
제 8 도는 동 실시예에 있어서 설정되는 부분화상의 구성도.
제 9 도는 동 실시예에 있어서 설정되는 다른 부분화상의 구성도.
제 10 도는 본 발명의 적용대상의 일예로서의 반도체제조 노광장치의 개략구성을 표시한 사시도.
제 11 도는 종래예에 있어서의 부분화상과 농도데이터를 표시한 도면.
제 12 도는 종래예에 있어서의 부분화상과 상이된 농도 데이터를 표시한 도면.
제 13 도는 종래예의 미분처리에서 사용되는 계수매트릭스의 구성도.
제 14 도는 종래예에 있어서의 부분화상의 농도데이터의 설명도.
제 15 도는 종래예에 있어서의 광량변동시의 부분화상의 농도데이터의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 스테이지 2: 촬상장치
3: 연산장치 4: 대상물
6: 조명장치 10: 부분화상
11: 주목화소 20: 부분화상
21: 주목화소 53: 각 위치에서의 누적농담비
본 발명은, 예를들면 반도체노광장치에 있어서 십자선(reticle)과 장치, 및 웨이퍼와 장치의 위치를 검출할 때에 위치맞춤마크의 최적광학위치를 자동적으로 맞추는 경우등, 광학계렌즈를 이용해서 촬상하는데 있어서 초점맞춤을 행하는 것이 필요한 장치에 호적하게 이용할 수 있는 합초점위치 검출방법에 관한 것이다.
종래의 자동초점맞춤장치 혹은 방법에 있어서는 촬상해서 얻어진 화상데이터를 미분하고, 미분화상데이터를 이용해서 평가함수를 만들고, 각 광학위치에 있어서의 평가함수의 극치를 부여하는 위치를 합초점으로 하는 것이 있었다. 그 평가함수로서는, 미분화상데이터의 절대치의 최대치나, 미분화상데이터의 절대치의 총계
이나, 미분화상데이터의 절대치의 자승합계
(단, Dn은 미분화상데이터의 절대치, n은 화면내 또는 어느창내의 전체화소에 대한 어드레스에 대응하는 지표)를 사용하는 것이 있다(일본국 특개소 62-277216호 공보참조).
구체적으로 설명하면, 먼저 비데오카메라등의 화상입력장치의 출력(영상신호)으로부터 대상화상의 각 화소에 있어서의 농도 데이터를 얻는다. 제 11 도에 표시한바와 같이, 대상물의 화상의 각화소에 대응하는 화소농도데이터 a, b, c...를 얻는 것이다.
다음에, 예를들면 제 11 도에 표시한바와 같이, 주목화소 b와 그 주위의 3개의 화소로 이루어진 1×3의 부분화상(60)을 설정해서 미분처리를 한다. 이 미분처리는, 구체적으로는 제 13도에 표시한바와 같은 1렬, 3행의 계수매트릭스를 사용한 필터처리에 의해 행하여 진다.
제 13도의 계수매트릭스를 사용하는경우, 주목화소에 대하여 검출선상의 좌영역 화소의 농도데이터와, 검출선상의 우역역 화소의 농도데이터의 차이를 낸다.
제 13도의 처리를 수식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
연산결과 = [c] - [a]
부분화상(60)에 있어서의 처리가 완료하면, 가로로 1화소분 비켜놓아, 화소 a가 없어지고, 대신에 화소 d가 우측에 가해진 부분화상(61)을 설정하여, 마찬가지의 처리를 행하고, 종료하면, 다시 1화소분 비켜놓고 동일한 처리를 반복해가고, 차례 차례로, 추출처리해간다.
이렇게해서 얻어진 미분화상데이터를 사용해서 상기와 같은 평가함수를 연산하고, 이어서 대상물에 대한 광학위치를 달라지게하고, 상기 처리를 행하여서 평가함수를 연산한다. 이 동작을 대상물에 대한 광학위치를 순차적으로 다르게해서 행하고, 평가 함수의 극치를 부여하는 위치를 합초점위치로 하고있다.
그러나, 상기 종래예의 미분화상데이터를 이용해서 평가함수를 만드는 방법에서는 이하의 문제가 있다.
예를들면, 대상물 및 대상물에 대한 광학위치는 제 11도의 경우와 동일하나 광량이 달라진 결과, 제 12도에 표시한바와 같이 화소농도데이터 A, B, C, ... 가 얻어진 것으로 한다. 여기서 제 11도에 있어서의 부분화상(60)과, 제 12도에 있어서의 부분화상(62)에 속하는 농도데이터가 각각 제 14도, 제 15도에 표시한바와 같이 되었을 경우, 어느것이나 모두 주목화소에 대해서 검출선상의 좌·우영역의 사이에 대해서 2배의 콘트라스트(농담차)가 있으며, 화상상에 있어서는 시각적으로는 잘 눈에띄는 것이다.
그러나, 부분화상(60)(제 14도)의 경우, 연산결과=20이고, 다른쪽 부분화상(62)(제 15도)의 경우, 연산결과=40이며, 갑절이나 상이 되기 때문에 평가함수의 값이 크게 달라져버린다. 이예는 극단이지만, 합초점위치검출을 위하여 대상물에 대한 광학위치를 순차적으로 다르게해서 촬상하는 사이에 대상물을 조사하는 조명의 광량이 변동하고, 그 결과 평가함수의 값이 달라진 경우에는 합초점위치의 검출정밀도에 큰 영향을 부여하게 된다. 이와같은 광량변동등에 따르는 농도변동을 대국적 농도변동이라고 호칭하면, 동일한 광학위치에서도 이와같은 대극적 농도변동에 의해서 평가함수가 좌우되면, 합초점위치의 검출정밀도가 저하하고, 반복 재현성이 저하하여 버리게 된다.
이에 대해서, 광량변동의 정도에 맞추어서 평가함수를 자동적으로 변동시키는 것도 생각할 수 있으나, 광량변동을 정확하게 인식하고, 평가함수를 자동적으로 변동하는 루틴을 짜 넣으면, 처리산법(算法)이 대단히 복잡하게 되고, 추출단계에서 너무 시간이 걸려서 실용적이지 않게 되어버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점에 비추어, 대국적인 농도변동이 있는 경우에도, 복잡한 처리산법을 필요로 하지 않고서, 대상의 농담화상으로 부터 정밀도 좋게 대상물의 광학계에 대한 합초점위치를 얻을 수 있는 합초점위치 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 합초점위치 검출방법은, 광학계에 대해서 합초되어야할 대상물을 포함한 양자화된 2차원화상데이터를 그 광학계를 통해서 촬상하므로서 얻는 공정과, 이 2차원 화상데이터내에 소정영역을 설정하는 공정과, 소정영역내의 주목화소와 그 특정 방향선상의 주변의 화소로 이루어진 부분화상을 설정하는 부분화상 설정공정과, 주목화소에 대하여 특정방향선상의 좌우에 좌영역과 우영역을 설정하는 좌우영역 설정공정과, 좌영역의 각화소의 농도데이터를 좌영역용으로 설정한 일정방법에 의해 연산하는 좌영역연산공정과, 우영역의 각화소의 농도데이터를 우영역용으로 설정한 일정방법에 의해 연산하는 우영역연산공정과, 좌, 우영역연산공정의 연산결과의 비를 농담비로서 구하는 농담비연산공정과, 농담비 연산공정을 소정영역내에서 반복해서 농담비를 사용한 평가함수를 연산하는 공정과 대상물의 광학적위치를 변화시키고 상기 공정을 반복하므로서 각 광학적위치에 있어서의 복수의 평가함수연산치를 구하는 공정과, 그 결과에 의거해서 대상물의 광학계에 대한 합초점위치를 얻는 공정을 구비한것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 농도데이터의 연산결과의 비를 취하기 때문에, 화상의 대국적 농도변동의 영향을 없앴을 수 있다. 즉, 대국적 농도변동의 영향은, 짙거나 열거나 부분화상에 속하는 전체농도데이터에 동일계수(α)가 걸린다고하는 형으로 나타난다.
예를들면, 주목화소에 대해서 특정방향선상의 좌·우영역중, 우영역에 속하는 농도데이터중의 최고의 농도데이터 M=αm, 좌영역에 속하는 농도데이터중의 최저의 농도데이터 N=αn으로하면, 비를 취하면, M/N=αm/αn=m/n가 되고, 대국적 농도 변동의 영향에 의한 α는 관계하지 않게 된다. 이것은, 평균치에서도 최빈치(最頻値)의 경우에서도 동일한 것이다.
따라서, 대국적 농도변동이 있는 화상이라도, 대국적 농도 변동에 영향받지 않고서 필요한 화소의 추출이 정확하게 행할 수 있게 된다. 더우기, 단순히 비를 취하는 것 뿐이기 때문에 처리 산법이 복잡화 된다고 하는 일도 없다. 또한, 대국적 농도변동에 관해서는 대상물이 변동되어도 동일현상이 나오는 것을 말할 것도 없다.
또, 주목화소뿐만아니라 특정방향으로 배열되는 화소의 몫의 농도데이타가 가미되어 있기 때문에, 예를들면 일부의 농도데이타가 높은 점적인 것의 영향은 적게되고 추출이 정확하게 이루어진다.
또, 대상이 되는 화상으로서는, 예를들면 반도체웨이퍼등의 공업제품의 표면의 합초점검출용 마크를 비데오카메라등으로 촬상한 화상뿐만아니라, 완전히 인공적으로 만들은 화상도 들 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예의 합초점 위치 검출방법에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않는 것은 말할것도 없다.
제 1 도에 본 실시예의 합초점위치 검출방법을 실시하는 장치의 구성을, 제 2 도에 합초점위치 검출동작의 주요부의 순서도를, 제 3 도에 부분화상을 표시한다.
제 1 도에 있어서, 상하의 Z방향으로 이동가능한 스테이지(1)상의 대상물(4)의 표면을 향하여 하프미러(5)를 개재해서 조명장치(6)의 광을 조하사는 동시에 하프미러(5)를 개재해서 촬상장치(2)에 의해 대상물(4)의 표면을 촬상한다. 이 촬상장치(2)는 CCD센서를 구비하고 있으며, 각 화소마다의 농담신호가 얻어지고, 이것은 디지틀화된 형으로 연산장치(3)에 보내진다. 연산장치(3)중에서는, 화소의 행과 열에 대응한 형으로, 예를들면 8비트의 농도데이터로서 기억부에 격납된다. 또한, 연산장치(3)에 이하에 설명하는 처리를 실행하는 프로그램이 설정되어 있는 것은 말할 것도 없다.
여기서는, 연산장치(3)에 의해 초점이 맞추어지는 상태를 인식하면서 스테이지(1)를 이동시키고, 최종적으로 가장 맞추어지는 Z방향의 위치를 검출한다.
다음에, 합초점위치의 검출동작을 설명한다. 제 2 도에 있어서, 먼저 스텝 #1의 대상물의 촬상공정에 의해, 대상물화상의 각화소의 농담의 정도를 나타내는 농도 데이터를 작성한다.
다음에, 스텝 #2의 촬상된 화상데이터에 대한 누적농담비 연산공정으로 이행한다. 이 공정은 다음의 스텝 #3~#7의 공정으로 이루어진다. 즉, 먼저 스텝 #3의 부분화상 설정공정을 행한다. 본 실시예의 경우에는, 제 3도에 표시한바와 같이, 부분화상(10)은 1×5의 5화소구성이다. 다음에, 스텝 #4의 영역설정공정을 행한다. 부분화상의 중심의 주목화소(11)에 대하여, 좌영역 2화소, 우영역 2화소를 설정하고 있다. 그리고, 스텝 #5, #6, #7로 진행한다. 제 3도에 따라서 주목화소(11)에 대해서 우영역에 속하는 농도 데이터의 평균치 AV1을 구하는 동시에, 좌영역에 속하는 농도데이터의 평균치 AV2를 구한후, 평균치, AV1, AV2의 농담비를 취한다. 또한, 농담비는 평균치 AV1과 AV2의 크기를 비교하고, 이하와 같이 정한다.
AV1 AV2의 경우 : 농담비 = AV1/AV2
AV1 AV2의 경우 : 농담비 = AV2/AV1
AV1 = AV2의 경우 : 농담비 = 1.0
부분화상(10)에서는, 농도비의 값은, 1.18이 된다.
다음에, 가로로 1개 주목화소를 이동시켜서 마찬가지의 처리를 행하고, 이하 마찬가지의 동작을 반복해서 농담비를 구한다. 제 4도에 표시한 바와 같이, 농담비의 값은 차례로 1.29, 1.27, 1.18, 1.02가 된다.
이와같은 처리를, 제 5도에 표시한 바와 같이, 대상물화상(40)중의 합초점검출용마크(41)부분에 설정한 소정의 영역(42)의 범위에서 행하고, 이 설정영역내에서 복수의 농담비를 추출한 후 이들의 누적농담비를 구한다.
그후, 제 1 도의 스테이지(1)를 초점이동방향(Z방향)으로 순차적으로 적당량씩 이동시키면서, 각각의 위치에서 상기 제 2도의 처리를 행하고, 각 위치에서의 누적농담비를 구한다. 제 6도는 가로축에 Z방향위치, 세로축에 누적농담비를 표시하고 있다. 여기서는, 하한위치(50)와 상한위치(51) 사이의 범위에서 10점의 누적농담비(53)를 구하고 있다.
합초점위치로서는 가장 큰 누적농담비의 값을 가진 위치(52)가 선택된다.
또, 제 7도에 표시한 바와같이, 북수추출한 위치와 그 위치에 누적농담비(53)로 부터 근사곡선(55)을 계산하고, 근사곡선(55)의 가장 큰 값을 가진 위치(56)를 합초점위치로 하는 경우도 생각할 수 있다. 이 경우에는, 검출위치 정밀도는 대단히 높아진다.
상기 실시예에서는, 평가함수로서 누적농담비를 사용하였으나, 농담비를 자승해서 누적한것등 임의의 평가함수를 채용할 수 있다.
또 상기 실시예의 경우, 화소를 1개씩 이동시켜서 부분화상의 설정을 행하고, 매우 세세한 주사를 하도록 하였으나, 화상에 따라서는, 부분화상의 설정에 있으서, 화소를 1개 뛰어(혹은 2개뛰어)서 이동시키고, 뛰어 넘어 주사하도록 해도 된다. 뛰어 넘어 주사하는 경우에는, 처리시간이 적게 걸려서 된다.
또, 부분화상의 설정에 있어서는, 제 8도에 표시한바와같이, 검출선방향에 대해서 좌영역 L2, 우영역 L3, 두께 L4를 설정하나, 이 폭은 한정되지 않는다.
또, 제 9도에 표시한바와 같이, 불감대영역 L1을 설정해도 된다. 이 경우, 처리시간이 적게 걸려서 된다.
또, 보통, 주목화소와 그 주위의 화소로 이루어진 직사각형의 것을 들 수 있으나, 이것에 한정되지 않고 크기나 형이 달라도 된다. 예를들면, 원형등의 형이라도 된다. 또 보통, 주목화소는 부분화상의 중심에 위치하나, 예를들면 2×6 화소수의 부분화상을 설정한 경우등과 같이, 부분화상의 중심과 완전히는 일치하지 않는 경우도 있으나, 본 발명의 경우에는 이와같은 불완전일치의 경우라도 된다.
또, 영역의 연산방법의 종류로서는, ① 평균치를 산출하는, ② 최빈치를 선출하는, ③ 좌영역은 최고치를, 우영역은 최저치를 각각 선출하는, ④ 좌영역은 최저치를, 우영역은 최고치를 각각 선출하는, ⑤ 총계를 산출하는 등을 들 수 있으나, 한정되는 것은 아니다.
또, 복수추출한 위치와 누적농담비로부터 근사곡선을 구하는 경우의 방법은, 중회기(重回歸) 분석에 의한 포물선(抛物線)의 들어맞춤, 스플라인함수의 적용등, 여러가지의 방법을 생각할 수 있으나, 그 방법은 한정되지 않는다.
마지막으로, 본 발명의 합초점 위치검출방법의 적용대상의 하나인 반도체 노광장치의 전체구성을 제 10도에 표시한다. 제 10도에 있어서, (100)은 십자선정렬광학계, (101)은 십자선(포토마스크), (102)는 투영렌즈, (103)은 웨이퍼, (104)는 웨이퍼스테이지, (105)는 레이저광원, (106)은 제어장치, (107)은 웨이퍼정렬 광학계이다.
본 발명에 관계되는 구성은, 십자선정렬광학계(100), 웨이퍼정렬광학계(107)의 카메라, 조명장치, 광학렌즈, 및 제어장치(106)의 화상처리장치이고, 십자선(101)과 십자선정렬광학계(100), 및 웨이퍼스테이지(104)와 웨이퍼정렬광학계(107)의 위치를 검출할 때에, 위치맞춤 마크의 최정광학위치를 자동적으로 맞추는데, 본 발명의 합초점위치 검출방법이 적용된다. 그리고, 본 발명을 적용하므로서, 조명장치의 광량변동이 ±20% 존재하는 환경속에 있어서도, 초점심도의 1/13의 정밀도(초점심도 2㎛에 대하여, 정밀도 평가 36에서 150㎚의 위치정밀도)로 합초점위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 합초점검출방법에 의하면, 이상과 같이, 부분화상중의 주목화소의 특정 방향의 좌우영역에 있어서의 농도데이터로부터 얻은 연산결과의 비를 취하고 있기 때문에, 산법의 복잡화를 수반하는 일없이, 화상의 대국적농도변동의 영향을 없앨 수 있고, 또한 주목화소뿐만아니라 특정방향으로 배열하는 화소몫의 농도데이터를 가미하기 때문에, 일부의 농도데이터가 높은 집적인 것이 영향이 적어지고, 추출이 정확하게 이루어진다. 따라서, 대국적 농도치가 다른 복수화상간에 있어서 농도량 변동의 정도에 맞추어서 평가 함수를 변동시키는 일없이, 복잡한 처리산법을 필요로하지 않고서, 합초점위치를 정확하게 추출할 수 있다.

Claims (3)

  1. 광학계에 대해서 합초되어야할 대상물을 포함한 양자화된 2차원화상데이터를 그 광학계를 통해서 촬상하므로서 얻는 공정과, 이 2차원화상데이터내에 소정영역을 설정하는 공정과, 소정영역내의 주목화소와 그 특정방향선상의 주변의 화소로 이루어진 부분화상을 설정하는 부분화상설정공정과, 주목화소에 대하여 특정방향선상의 좌우에 좌영역과 우영역을 설정하는 좌우영역 설정공정과, 좌영역의 각화소의 농도데이터를 좌영역용으로 설정한 일정방법에 의해 연산하는 좌영역 연산공정과, 우영역의 각화소의 농도데이터를 우영역용으로 설정한 일정방법에 의해 연산하는 우영역 연산공정과, 좌, 우영역연산공정의 연산결과의 비를 농담비로서 구하는 농담비연산공정과, 농담비연산공정을 소정영역에서 반복해서 농담비를 사용한 평가함수를 연산하는 공정과, 대상물의 광학적위치를 변화시켜서 상기 공정을 반복하므로서 각 광학적위치에 있어서의 복수의 평가함수연산치를 구하는 공정과, 그 결과에 의거해서 대상물의 광학계에 대한 합초점위치를 얻는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 합초점위치 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 평가함수로서, 농담비 또는 그 제곱치의 소정영역에 있어서의 누적치를 사용하는 것을 특징으로 하는 합초점위치 검출방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 복수의 광학적 위치에 있어서의 복수의 평가함수 연산치에 대해서 보간데이터를 구하고, 보간데이터를 포함한 결과에 의거해서 대상물의 광학계에 대한 합초점위치를 얻는 것을 특징으로 하는 합초점위치 검출방법.
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