KR101333366B1 - 얼라인먼트 마크의 검출 방법 - Google Patents

Abstract

엣지 검출에 의해, 외관이 다종 다양한 워크·얼라인먼트 마크(워크 마크)의 패턴의 위치를, 올바르게 검출할 수 있도록 하는 것이다.
얼라인먼트 현미경에 의해 워크 마크의 패턴의 화상을 수상하여, 이 화상을 제어부에 보낸다. 제어부에서는, 취득한 패턴의 화상[(a)(d)］의 중심 부근으로부터 복수의 방사 방향에 대해서, 거리에 대한 휘도의 분포를 구한다[(b)]. 그리고, 구한 휘도 분포를 미분하여, 거리에 대한 휘도의 변화인 미분값을 구하고[(c)], 미분값의 극대값의 위치를, 각 방사 방향에 대해서 구한다. 구한 극대값의 위치를, 각각 하나씩 추출하여 조합하고, 극대값의 위치를 지나는 폐곡선에 근사한 원을 복수 구한다. 이 복수의 원의 반경과, 워크·얼라인먼트 마크의 반경을 비교하여, 상기 복수의 원 중에서 반경이 가장 가까운 원을 선택하여, 그 원의 중심 위치를 워크·얼라인먼트 마크의 위치로 한다.

Description

얼라인먼트 마크의 검출 방법 {METHOD FOR DETECTING ALIGNMENT MARK}

본 발명은, 마스크에 형성된 마스크·얼라인먼트 마크와, 워크에 형성된 워크·얼라인먼트 마크를 검출하여, 양자가, 미리 설정한 위치 관계가 되도록 위치 맞춤을 행하고, 마스크를 통하여 워크에 광을 조사하는 노광 장치에 있어서, 워크·얼라인먼트 마크를 검출하기 위한 검출 방법에 관한 것으로, 특히, 워크·얼라인먼트 마크로서, 프린트 기판 등의 워크에 형성된 원형의 움푹 패인 곳을 사용하는 경우의, 워크·얼라인먼트 마크의 검출 방법에 관한 것이다.

반도체 소자, 프린트 기판, 액정 기판 등의 패턴을 포토리소그래피에 의해 제조하는 공정에 있어서, 노광 장치가 사용된다. 노광 장치는, 마스크 패턴을 형성한 마스크와, 그 패턴이 전사되는 워크를 소정의 위치 관계로 위치 맞춤(얼라인먼트)하고, 그 후, 레지스트를 도포한 워크에 마스크를 통하여 노광광을 조사한다. 이것에 의해, 마스크 패턴이 워크에 전사(노광)된다.

노광 장치에 있어서의 마스크와 워크의 위치 맞춤은, 일반적으로 다음과 같이 행해진다.

(1) 마스크에 형성된 얼라인먼트 마크(이하 마스크 마크)와, 워크에 형성된 얼라인먼트 마크(이하 워크 마크)를, 얼라인먼트 현미경에 의해 검출한다.

(2) 얼라인먼트 현미경에 의해 검출한 마스크 마크와 워크 마크를 장치의 제어부에서 화상 처리하여, 각각의(얼라인먼트 현미경의 시야에 있어서의) 위치 좌표를 구한다.

(3) 양자의 위치가 미리 설정된 위치 관계가 되도록, 마스크 또는 워크를 이동시킨다.

또한, 마스크와 워크는, 평면 내의 2방향(X방향과 Y방향) 및 회전 방향(8방향)의 위치맞춤을 행하지 않으면 안 된다. 따라서, 마스크 마크와 워크 마크는, 각각 2개소 이상 형성된다.

도 6에, 워크 마크를 검출하는 얼라인먼트 현미경(10)의 개략 구성을 나타낸다. 또한, 상기한 바와 같이, 마스크 마크와, 워크 마크는 각각 2개소 이상 형성되어 있고, 따라서, 얼라인먼트 현미경(10)도 그에 따라 2개소 이상 설치되지만, 이 도면에서는, 1개(1개소)만 나타내고 있다.

얼라인먼트 현미경(10)은, 하프 미러(10a), 렌즈(L1, L2)와 CCD 카메라(10b)로 구성되어 있다. 11은 화상 처리 등을 행하는 연산 장치, 12는 모니터, W는 워크 마크 WAM이 형성된 워크이다.

워크 마크 WAM을 검출하는 방법으로서 잘 알려져 있는 것으로, 패턴 매칭에 의한 검출과, 엣지 검출에 의한 검출이 있다. 또한, 여기서 말하는 검출이란, 단지 얼라인먼트 마크 화상을 도입하는 것 만이 아니고, 그 위치(좌표)의 검출까지 포함하는 것으로 한다.

패턴 매칭에 대해서는, 예를 들면 특허 문헌 1의 단락 0004~0009에 간단한 설명이 되어 있다.

이 방법은, 예를 들면, 워크 W의 표면을 얼라인먼트 현미경(10)에 의해 확대하여 CCD 카메라에 의해 촬상한다. 제어부(11)는, 촬상 화상 내를 주사하여, 등록되어 있는 워크 마크의 화상과 일치하는 개소(패턴)를 검출하고, 그 위치를 구하는 화상 처리를 행한다.

엣지 검출은, 촬상 화상 내에서, 휘도의 변화가 큰 부분을 패턴의 엣지로 생각하여 패턴을 검출하는 방법이다. 도 7을 사용하여 간단하게 설명한다.

도 7(a)는, 얼라인먼트 현미경의 CCD에 의해 촬상한 워크 표면의 화상의 예이다. 워크의 표면에 패턴이 형성되어 있으면, 그 부분은 조명광의 반사율이 변화되어, 다른 부분과는 밝기(휘도)가 상이하다. 도면 중 헤칭한 타원형의 부분이 패턴이다.

상기에서 촬상한 화상에 있어서, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 일정한 간격으로 일방향(도면 중 화살표의 방향)으로 화상의 휘도 분포를 미분하고, 미분값(휘도 변화)이 가장 큰 부분을 패턴의 엣지(도면 중의 검은 동그라미 ●)로 한다.

이것을 촬상 화상 전체에서 반복하여 행하고, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 구한 엣지 끼리를 이어 가 얻어진 도형을 패턴으로 한다. 그리고, 이 패턴의 예를 들면 무게 중심을 연산하여, 패턴의 위치로 한다.

일본국 공개 특허 2001－110697호 공보

워크가 프린트 기판인 경우, 워크 마크로서, 레이저 조사에 의해 기판에 형성한 구멍(움푹 파인 곳 이하 비아 홀)을 이용하는 경우가 있다. 그 이유는 다음과 같다.

프린트 기판의 제조에서는, 다층으로 형성한 배선의 층간을 결합을 위해, 레이저 조사에 의해 φ100μm 정도의 비아 홀(층간을 관통하는 구멍)을 다수 형성한다. 그 때문에, 층간 결합용의 비아 홀을 형성하는 김에, 워크 마크를, 예를 들면 워크의 주변부에 형성하면, 별도의 얼라인먼트 마크를 형성하기 위한 공정이 불필요하게 된다.

그러나, 프린트 기판(100)은, 비아 홀(101) 형성 후, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 표면에 구리(102) 등의 금속 도금이 이루어지고, 그 후, 노광을 위해서, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 드라이 필름 레지스트로 불리는 두께 수십 μm 필름 형상의 레지스트(레지스트 필름)(103)가 붙여진다. 그 때문에, 워크 마크로서 형성된 비아 홀(101)은, 레지스트 필름(103)에 의해 덮이게 된다.

워크 마크로서의 비아 홀은, 이와 같이 붙여진 레지스트 필름(103) 너머로, 얼라인먼트 현미경에 의해 관찰된다. 이 때, 비아 홀(101)의 개구 부분에서의 레지스트 필름(103)의 처짐 정도에 따라, 얼라인먼트 현미경의 촬상 수단(CCD)에서의 비아 홀(101)의 외관(형상이나 명암이나 색조)이 다양하게 변화한다.

도 9(a)~(f)는, 레지스트 필름에 덮인 비아 홀을 촬상한 화상예이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 비아 홀은, 희게 보이거나, 옅은 회색에서 진한 회색으로 보이거나, 혹은 흰색 안에 검은 점이 보이거나, 외관이 다종 다양하다.

이와 같이, 비아 홀 즉 워크 마크의 외관이 변화되면, 등록되어 있는 화상과 일치하는 패턴을 검색하는 패턴 매칭에서는, 워크 마크를 검출할 수 없는 경우가 있다.

그 때문에, 이러한 워크 마크의 검출에서, 우리는 패턴 매칭이 아닌, 엣지 검출에 의한 패턴의 검출을 행하려고 생각했다. 엣지 검출이라면, 워크 마크의 외관이 상이해져 있어도, 비아 홀의 엣지의 부분에서 휘도의 변화가 발생하고 있으므로, 워크 마크(비아 홀)의 검출을 할 수 있다고 생각했기 때문이다.

상기한 바와 같이, 엣지 검출에 있어서는, 화상 중의 휘도의 변화가 가장 큰 부분을 엣지로서 파악하고, 그 엣지를 연결하여 패턴을 검출한다. 패턴이 비아 홀과 같이 원형인 경우는, 검출한 각 엣지를 원에 근사하게 연결하고, 그 원의 중심 위치를 연산하여 패턴의 위치로 한다.

그런데, 종래의 엣지 검출 방법을 그대로 적용하면, 워크 마크의 정확한 위치를 검출할 수 없는 경우가 있는 것을 알았다.

본 발명은, 레지스트 필름에 덮인 비아 홀 등과 같이, 상황에 따라 외관이 상이한 패턴을 워크 마크로서 이용한 경우에, 종래의 엣지 검출에서는 워크 마크 등의 패턴의 정확한 위치를 검출할 수 없는 원인을 분명히 하고, 그것에 기초하여, 패턴의 정확한 위치를 검출하는 것을 가능하게 한 것으로서, 본 발명의 목적은, 엣지 검출 방법을 이용하면서, 외관이 다종 다양한 워크 마크 등의 패턴의 위치를, 올바르게 검출할 수 있는 얼라인먼트 마크의 검출 방법을 제공하는 것에 있다.

종래의 엣지 검출에 있어서 워크 마크의 정확한 위치를 검출할 수 없는 경우가 있는 것에 대해서, 예의 검토한 결과, 그 원인의 하나로 이하와 같은 이유가 있는 것을 발견했다.

상기와 같이, 종래에 있어서 엣지 검출에 의한 패턴의 위치 검출은, 휘도의 변화가 최대인 부분을 엣지로서 검출하고, 검출한 엣지를 연결하여 원 근사하고, 그 원의 중심 위치를 연산하는 순서를 취하고 있었다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 비아 홀은, 그 위에 붙여진 레지스트 필름에 의해 외관이 다양하게 상이하지만, 대체로, 구멍 안은 흰색 또는 연한 회색, 워크(기판)의 부분은 진한 회색, 비아 홀의 엣지의 부분이 흑색이다.

여기서, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 비아 홀(101)을 덮는 레지스트 필름(103)이, 좌우 균등한 상태로 구멍 안으로 쳐져 있으면, 희게 보이는 부분의 중심과 비아 홀의 중심은 거의 일치한다.

그러나, 도 10(b)(c)에 나타내는 바와 같이, 레지스트 필름(103)이 비아 홀(101) 안에서 한쪽으로 치우쳐 쳐져 버리면, 희게 보이는 부분의 중심과 비아 홀의 중심은 일치하지 않게 된다. 이러한 현상은, 레지스트 필름(103)이 비아 홀(101) 안에서 주름이 생긴 상태가 되어도 발생한다.

상기와 같이, 엣지 검출에 있어서는, 휘도 변화의 최대의 부분을 엣지로서 검출한다. 도 10과 같이 보이는 비아 홀(워크 마크)(101)에 있어서, 휘도 변화의 최대의 부분은, 희게 보이는 부분과 검게 보이는 부분의 경계 부분이며, 이것은 즉, 희게 보이는 부분을 워크 마크로서 검출하게 된다.

그러나, 본래의 워크 마크의 위치는 비아 홀(101)의 위치이며, 도 10(a)와 같이 비아 홀(101)의 중심과 희게 보이는 부분의 중심이 일치하고 있는 경우는 바람직하지만, 도 9(b)(c)와 같이 희게 보이는 부분의 중심과 비아 홀(101)의 중심이 일치하고 있지 않은 경우는, 워크 마크(비아 홀)(101)의 정확한 위치를 검출할 수 없다.

상기의 발견에 기초하여, 이 문제를 해결하기 위해서, 우리는 검토를 더 거듭하여, 다음와 같이 생각했다. 비아 홀의 엣지는 화상 중에서 가장 검고, 그 주변의 기판의 소지(素地)의 진한 회색 부분과의 사이에, 약간이지만 휘도의 변화가 있다.

따라서, 예를 들면 비아 홀의 중심으로부터 주변을 향해 색의 변화를 관찰하고 있었을 때, 이 흑색에서 진한 회색으로 변화하는 부분을 엣지로서 파악하고, 이 복수의 엣지의 위치를 이어 형성되는 폐곡선에 근사하는 원의 중심을 구하면, 정확히 비아 홀(워크 마크)의 위치를 검출할 수 있다.

이것을 실현하기 위해서, 이하와 같은 순서로 엣지 검출을 행한다.

종래와 마찬가지로, 얼라인먼트 현미경에 의해 촬상한 워크의 화상의 휘도의 분포를 구하고, 그 휘도를 소정의 방향에 관해서 미분하여 휘도의 변화를 구한다.

그러나, 종래와 같이 휘도 변화(미분값)가 가장 큰 부분을 엣지하는 것이 아니라, 패턴의 화상에 대해서, 복수의 방사 방향으로 거리에 대한 휘도의 분포를 구하여, 휘도 변화의 극대값 또는 극소값의 위치를, 각 방향에 대해서 각각 하나씩 추출하여 조합한다.

그리고, 상기 극대값 또는 극소값의 위치를 지나는 폐곡선에 근사한 원을 복수 구하여, 이 복수의 원 중, 반경(직경이어도 된다)이 워크·얼라인먼트 마크의 반경(직경이어도 된다)과 가장 가까운 원을 선택하여, 그 중심 위치를 구한다.

예를 들면, 패턴의 화상의 중심 부근으로부터 주변을 향해 색의 변화를 관찰하여, 휘도 변화의 미분값이 미리 설정된 값 이상이며 위로 볼록한 부분(흑→백의 변화인 경우에 미분값이 양인 것으로 한 경우)의 미분값의 위치를 엣지로 하고, 이와 같이 하여 구한 엣지 끼리를 이은 폐곡선을 패턴으로 한다.

그리고, 이와 같이 하여 얻어진 패턴의 크기가, 워크 마크(비아 홀)의 설계값의 크기와 거의 일치하면, 이것을 워크 마크로 하고, 그 중심 위치를 연산하여 구한다.

즉, 본 발명에 있어서는, 다음과 같이 하여 상기 과제를 해결한다.

(1) 워크에 형성된 패턴의 화상을 취득한다.

(2) 상기 취득한 패턴의 화상의 중심 부근으로부터, 혹은 중심 방향을 향하는 복수의 방사 방향에 대해서, 거리에 대한 휘도의 분포를 구한다.

(3) 상기 구한 휘도 분포를 미분하여, 거리에 대한 휘도의 변화인 미분값을 구하고, 그 미분값의 극대값 또는 극소값의 위치를, 상기 각 방사 방향에 대해서 구한다.

(4) 상기 각 방사 방향에 대해서 구한 상기 극대값 또는 극소값의 위치를, 각각 하나씩 추출하여 조합한 위치를 지나는 폐곡선에 근사한 원을 복수 구한다.

(5) 상기 복수의 원의 반경(직경)과, 원형인 워크·얼라인먼트 마크의 반경(직경)을 비교하여, 상기 복수의 원 중에서, 워크·얼라인먼트 마크의 반경(직경)과 가장 가까운 원을 선택한다.

(6) 상기 선택한 원의 중심 위치를 연산하여, 그 중심 위치를 워크·얼라인먼트 마크의 위치로 한다.

본 발명에 있어서는, 휘도 변화의 미분값의 극대값 또는 극소값의 위치를 지나는 폐곡선에 근사한 원을 복수 구하고, 워크·얼라인먼트 마크의 크기에 가장 가까운 원을 선택하여 워크·얼라인먼트 마크의 위치를 구하도록 했으므로, 워크에 레지스트 필름이 붙여져 있어도, 워크 마크인 비아 홀의, 정확한 위치를 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 적용 대상의 하나인 투영 노광 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 2는 검출된 화상(모식도)과, 이 화상의 방사 방향의 휘도 분포와 그 미분값을 나타낸 도이다.
도 3은 화상의 휘도의 미분값의 극대값 또는 극소값의 위치를 잇는 폐곡선에 근사한 복수의 원을 나타낸 도이다.
도 4는 모니터 상에 표시되는 워크 마크 이미지를 나타낸 도이다.
도 5는 근사된 원의 스코어를 설명한 도이다.
도 6은 워크 마크를 검출하는 얼라인먼트 현미경(10)의 개략 구성을 나타낸 도이다.
도 7은 엣지 검출에 의한 패턴 검출 방법을 설명한 도이다.
도 8은 워크 마크로서 이용되는 비아 홀의 형상예를 나타낸 도이다.
도 9는 레지스트 필름에 덮인 비아 홀을 촬상한 화상예를 나타낸 도이다.
도 10은 레지스트 필름에 덮인 비아 홀의 외관을 설명한 도이다.

도 1은, 본 발명의 적용 대상의 하나인 투영 노광 장치의 구성을 나타낸 도이다.

이 도면에 있어서, MS는 마스크 스테이지이다. 마스크 스테이지 MS에는, 마스크 마크 MAM과 마스크 패턴 MP가 형성된 마스크 M이 놓여져 유지된다.

광조사 장치(1)로부터 노광광이 출사한다. 출사한 노광광은, 마스크 M, 투영 렌즈(2)를 통하여, 워크 스테이지 WS 상에 올려 놓아진, 레지스트를 도포한 워크 W 상에 조사되고, 마스크 패턴 MP가 워크 W 상에 투영되어 노광된다.

투영 렌즈(2)와 워크 W의 사이에는, 이 도면의 화살표 방향으로 이동 가능한 얼라인먼트 현미경(10)이 2개소에 설치되어 있다. 마스크 패턴 MP를 워크 W 상에 노광하기 전에, 얼라인먼트 현미경(10)을 도시한 위치에 삽입하여, 마스크 마크 MAM과, 워크에 형성되어 있는 워크 마크 WAM을 검출하여, 마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤을 행한다. 위치 맞춤 후, 얼라인먼트 현미경(10)은, 워크 W 상으로부터 퇴피한다. 또한, 도 1에 있어서는, 2개소 설치되어 있는 것 중의 한쪽의 얼라인먼트 현미경만을 나타낸다.

얼라인먼트 현미경(10)은, 상기한 바와 같이, 하프 미러(10a), 렌즈(L1, L2)와 CCD 카메라(10b)로 구성되어 있다. 얼라인먼트 현미경(10)에는, 촬상하는 워크 W의 표면을 조명하기 위한 조명 수단(10c)이 설치되어 있다.

얼라인먼트 현미경(10)의 CCD 카메라(10b)에 의해 수상(受像)한 마스크 마크 MAM 이미지, 워크 마크 WAM 이미지 등은, 제어부(11)에 보내진다.

제어부(11)는 상기 CCD 카메라(10b)로 수상한 화상을 처리하는 화상 처리부(11a), 워크 마크의 크기, 마스크 마크의 위치 좌표 정보, 엣지 검출을 위한 파라미터 등의 각종 파라미터를 기억하는 기억부(11b)를 구비한다.

또한, 제어부(11)는, CCD 카메라(10b)로 수상하여 화상 처리부(11a)에서 화상 처리한 화상으로부터 엣지 검출을 행하고, 엣지 검출에 의해 얻어진 패턴의 형상을, 미리 등록된 워크 마크의 형상과 비교 평가하여, 이 패턴이, 워크 마크로서 검출되는 패턴인지를 판정하고, 중심 위치 좌표를 검출하는 워크 마크 중심 위치 검출부(11c)와, 워크 마크로서 검출된 패턴의 위치 좌표가, 기억부(11b)에 기억된 마스크 마크 이미지의 위치 좌표에 일치하도록 워크 스테이지 WS 혹은 마스크 스테이지 MS(혹은 그 양쪽)를 이동시키는 위치 맞춤 제어부(11d)와, 작업자의 지시에 따라 워크 마크의 크기나, 엣지 검출의 조건(후술하는 미분 임계값) 등을 기억부(11b)에 등록하기 위한 등록부(11e)를 구비한다.

워크 스테이지 WS 혹은 마스크 스테이지 MS는, 상기 위치 맞춤 제어부(11d)에 의해 제어되는 워크 스테이지 구동 기구(4), 마스크 스테이지 구동 기구(3)에 의해 구동되고, XY 방향(X, Y: 마스크 스테이지 MS, 워크 스테이지 WS면에 평행하게 서로 직교하는 2방향) 이동시킴과 함께, XY 평면에 수직인 축을 중심으로 회전한다.

상기 제어부(11)에는, 모니터(12)가 접속되고, 상기 화상 처리부(11a)에서 화상 처리된 화상은 모니터(12)의 화면에, 예를 들면 도 4와 같이 표시된다.

상기 도 4와 도 1, 도 2, 도 3을 이용하여, 제어부에서 행하는 엣지 검출에 의한 워크 마크 검출의 방법에 대해서 설명한다.

또한, 도 2는, 검출된 화상(모식도일 때의 화상과는 상이함)과, 이 화상의 방사 방향의 휘도 분포와 그 미분값을 나타내고, 도 3은 검출된 화상의 휘도의 미분값의 극대값 또는 극소값의 위치를 잇는 폐곡선에 근사한 복수의 원을 나타낸다.

도 1에 있어서, 제어부(11)는, 도 4와 같이 표시된 화상 중에서, 워크 마크를 검색한다. 이 검색에는 예를 들면 프로브 검출로 불리는 방법을 사용한다. 프로브 검출은, 2값(흑백) 화상 내에서 동일한 농도를 가진 화소의 집합체(예를 들면 동그라미나 사각과 같은 형상의 부분)을 검출하는데, 일반적으로 사용되는 방법이다. 또한, 워크 마크를 검색하는데, 브로브 검출 이외의 검출 방법을 사용해도 된다.

즉, 제어부(11)는, 프로브 검출에 의해, 얼라인먼트 현미경(10)에 의해 검출된, 도 4와 같은 화상으로부터, 워크 마크의 형상인 원형의 형상을 나타내는 부분을 골라 낸다. 그리고, 그 원형의 형상을 나타내는 부분이, 얼라인먼트 현미경(10)의 시야의 중심이 되도록 워크 스테이지 WS를 이동시키고, 또, 얼라인먼트 현미경(10)의 배율을 전환, 확대하여 CCD 카메라(10b)에 수상한다.

도 2(a)는, 상기와 같이 하여 얼라인먼트 현미경(10)의 CCD 카메라(10b)에 의해 수상한, 워크 마크 WAM인 비아 홀의 화상의 모식도이다. 워크에는 레지스트 필름이 붙여져, 비아 홀의 위를 덮고 있다.

이 도면의 흰 부분이 비아 홀의 구멍의 부분, 그 주위의 색이 진한 부분이 비아 홀의 엣지 부분, 또한 그 주위의 약간 색이 연한 부분이 워크(기판)의 부분이다.

우선, 제어부(11)의 워크 마크 중심 위치 검출부(11c)는, 도 2(a)와 같이 수상한 패턴의 화상의 중심 부근으로부터, 이 도면의 파선 A로 나타내는 바와 같이 복수의 방사 방향에 대해서, 거리에 대한 화상의 휘도의 분포를 구한다. 또한, 패턴 화상의 대략의 중심 위치는, 상기 프로브 검출에 의해 구해 둔다.

도 2(b)에, 어느 방향에 관한 휘도 분포를 나타낸다. 횡축이 방사(주사) 방향의 거리, 종축이 휘도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 비아 홀의 내측(구멍의 부분)은 희게 나타나 있으며 휘도는 높다. 그곳으로부터 외측을 향해 나아가면, 비아 홀의 엣지에 이르러 검어지며, 휘도는 급격하게 저하된다. 비아 홀의 엣지로부터 기판의 부분으로 이동하면, 휘도는 약간 상승한다.

계속하여, 워크 마크 중심 위치 검출부(11c)는, 도 2(b)와 같이 얻어진 휘도 분포의 곡선을 미분한다. 그 결과가 도 2(c)이다. 횡축이 방사(주사) 방향의 거리, 종축은 미분값, 즉 휘도 변화이다.

이 도면에 나타내는 대로, 휘도의 변화는, 휘도가 명에서 암(백에서 흑)으로 변화하는 부분(도면 중 흰색 엣지 1：미분값의 극소값)이 가장 크다. 종래는 이 휘도 변화가 가장 큰 흰색 엣지 1의 부분을 워크 마크(비아 홀)의 엣지로서 검출하고 있었다.

그러나, 본 발명에 있어서는, 이 흰색 엣지 1뿐만이 아니라, 휘도가 암에서 명(흑에서 백)으로 변화하는 흑색 엣지도 검출한다. 그 때문에 다음과 같은 순서를 취한다.

흰색 엣지 1을 무시하기 위해서, 미리 제어부에, 미분값의 임계값을 설정하여, 어느 값 이하(음의 값)의 미분값은 무시하도록 한다. 백에서 흑으로 변화하는 부분은 미분값이 음이 된다. 따라서, 흰색 엣지는 무시된다.

그리고, 미분값이 임계값 이상이며 위로 볼록한 극대값의 부분, 즉 휘도가 흑에서 백으로 변화하는 부분(흑색 엣지)을, 엣지의 후보점으로서 검출한다. 도 2(c)에 있어서는, 흑색 엣지(극대값)는 흑색 엣지 1, 2, 3으로 나타내는 3개소 있다. 도 2(d)에, 화상에 있어서의 흰색 엣지와 흑색 엣지의 개소를 나타낸다.

이와 같이 하여, 각 방사 방향에 대해서 흑색 엣지의 위치를 구한다. 그리고 검출한 각 흑색 엣지에 대해서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가장 가까운 흑색 엣지 끼리를 이어 원으로 근사한다.

즉, 휘도 변화의 극대값의 위치를, 각 방사 방향에 대해서 각각 하나씩 추출하고 조합하여, 상기 극대값 위치를 지나는 폐곡선에 근사한 원을 복수 구한다.

그리고, 얻어진 각 원으로부터 각각의 반경 r(혹은 직경)을 계산한다. 제어부에는, 미리 워크 마크인 비아 홀의 반경(혹은 직경)(설계값)이 입력되어 있으며, 각 원의 반경 r(혹은 직경)을 비아 홀의 반경(혹은 직경)과 비교하여, 비아 홀의 반경(혹은 직경)과 가장 가까운 값을 가지는 원을, 비아 홀의 엣지, 즉 워크 마크의 패턴으로 한다. 그리고, 그 원의 중심 위치를 구하여, 이것을 워크 마크의 위치로 한다.

도 3에 있어서는, 원은 흑색 엣지 1을 이은 원 C1, 흑색 엣지 2를 이은 원 C2, 흑색 엣지 3을 이은 원 C3의 3종류가 나타나 있지만, 이 3종류의 원 뿐만이 아니라, 예를 들면 이 도면에 나타내는 바와 같이, 원 C1~C3 이외의 원 C4, 원 C5 등이 그려지는 경우도 있다.

이것은, 이 도면에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 흑색 엣지 1~ 3 중의 일부를 검출할 수 없거나, 화상 상의 노이즈를 흑색 엣지로서 검출하거나 하는 등, 각 방사 방향에 있어서, 반드시 올바른 흑색 엣지 1~3의 위치가 구해지지 않는 경우가 있기 때문이다.

그래서, 휘도 변화의 극대값의 위치를 각 방사 방향에 대해서 각각 하나씩 추출하고 조합하여 상기한 바와 같이 복수의 원을 근사하고, 각 원에 대해서 상기한 바와 같이 이하의 (a)와 같은 반경 스코어를 구하여 엣지 위치를 나타내는 원을 추정한다.

또, 필요에 따라 이하의 (b)~(d)와 같은 스코어를 구하여, 합계하고, 가장 스코어가 높은 원을, 워크 마크(비아 홀)의 엣지 위치를 나타내는 원으로 추정한다.

(a) 반경 스코어

상기한 바와 같이 원의 반경 r이 얼마나 설계값에 가까운지를 지표로 하여 반경 스코어를 구한다. 즉, 반경 r이 설계값과 같으면 1점, 소정값 이상 떨어져 있으면 0점과 같이 평가한다. 구체적으로는 예를 들면 이하 식에 의해 반경 스코어를 구한다.

반경 스코어=1－│근사 원 반경-설계 반경│/a

(b) 엣지수 스코어

몇개의 엣지를 이용하여 원 근사했는지를 지표로 하여 엣지수 스코어를 구한다. 즉, 이용한 엣지수가 많을 수록 스코어는 높아진다. 구체적으로는, 예를 들면 이하의 식에 의해 엣지수 스코어를 구한다.

엣지수 스코어= 근사한 엣지수/b

(c) 엣지 위치 범위 스코어

근사 원의 원주로부터 엣지가 얼마나 떨어져 있는지를 지표로 하여 엣지 위치 범위 스코어를 구한다. 예를 들면 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 전체 엣지가 원주 상을 올라가 있는 경우에 스코어는 만점이 되고, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 원주 상에 엣지가 올라가 있지 않은 경우, 스코어는 낮아진다. 구체적으로는 예를 들면 이하의 식에 의해 엣지 위치 범위 스코어를 구한다.

엣지 위치 범위 스코어= 1-(원주로부터의 거리의 최대 최소의 차)/c

(d) 엣지 대칭성 스코어

마주본 엣지가 얼마나 검출되고 있는지를 지표로 하여 엣지 대칭성 스코어를 구한다. 예를 들면 방사 방향이 6방향인 경우, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 3개의 페어가 모두 존재하면 스코어는 높아지고, 도 5(d)에 나타내는 바와 같이, 페어가 존재하지 않는 경우, 스코어는 낮아진다. 구체적으로는 예를 들면 이하의 식에 의해 엣지 대칭성 스코어를 구한다.

엣지 대칭성 스코어=(

+양쪽 검출 페어수/β+ 한쪽 검출 페어수/

)/d

또한, 상기 도 2(c)에서는, 백에서 흑으로의 변화가 극소값, 흑에서 백으로의 변화가 극대값인 예를 나타냈지만, 휘도 변화를 파악하는 방법을 바꾸면, 백에서 흑으로의 변화가 극소값, 흑에서 백으로의 변화가 극소값이 될 수도 있다. 그 경우는, 극대값의 위치를 흰색 엣지, 극소값의 위치를 흑색 엣지의 위치로서 검출한다.

도 1의 장치에 있어서는, 워크 마크 중심 위치 검출부(11c)에 있어서 상기와 같이 하여 워크 마크의 위치를 구하고, 이것에 기초하여 마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤을 행한다.

마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤은, 다음과 같이 행해진다.

(1) 광조사 장치(1) 혹은 도시하지 않은 얼라인먼트 광원으로부터 조명광을 마스크 M에 조사하고, 마스크 마크 MAM 이미지를 얼라인먼트 현미경(10)의 CCD 카메라(10b)에 의해 수상하여, 제어부(11)에 보낸다. 제어부(11)의 화상 처리부(11a)는 상기 마스크 마크 MAM 이미지를 위치 좌표로 변환하여 기억부(11b)에 기억한다.

또한, 마스크 마크의 검출 방법은 다양한 방법이 제안되고 있으며, 필요하다면 예를 들어 특허 문헌 1 등을 참조하기 바란다.

(2) 그 다음에, 워크 W에 얼라인먼트 현미경(10)의 조명 수단(10c)으로부터 조명광을 조사하고, 상기한 바와 같이 엣지 검출을 행하여, 워크 W 상의 워크 마크 WAM을 검출하고, 제어부(11)는 그 위치 좌표를 구한다.

(3) 제어부(11)는, 기억하고 있는 마스크 마크 MAM의 위치 좌표와, 검출한 워크 마크 WAM의 위치 좌표가 소정의 위치 관계가 되도록, 워크 스테이지 WS(혹은 마스크 스테이지 MS, 혹은 그 양쪽)를 이동시켜, 마스크 M과 워크 W의 위치 맞춤을 행한다.

1 광조사 장치 2 투영 렌즈
3 마스크 스테이지 구동 기구 4 워크 스테이지 구동 기구
10 얼라인먼트 현미경 10a 하프 미러
10b CCD 카메라 10c 조명 수단
11 제어부 1la 화상 처리부
11b 기억부 11c 워크 마크 중심 위치 검출부
11d 위치 맞춤 제어부 11e 등록부
12 모니터 L1, L2 렌즈
M 마스크 MS 마스크 스테이지
MAM 마스크 마크(마스크·얼라인먼트 마크)
MP 마스크 패턴 W 워크
WS 워크 스테이지
WAM 워크 마크(워크·얼라인먼트 마크)

Claims (1)

1. 워크 상에 형성한 원형의 움푹 패인 곳을 워크·얼라인먼트 마크로서 검출하는 워크·얼라인먼트 마크의 검출 방법으로서,
   워크에 형성된 패턴의 화상을 취득하는 제1 공정과,
   상기 취득한 패턴의 화상의 중심 부근으로부터, 혹은 중심 방향을 향하는 복수의 방사 방향에 대해서, 거리에 대한 휘도의 분포를 구하는 제2 공정과,
   상기 구한 휘도 분포를 미분하여, 거리에 대한 휘도의 변화인 미분값을 구하고, 그 미분값의 극대값 또는 극소값의 위치를, 상기 각 방사 방향에 대해서 구하는 제3 공정과,
   상기 각 방사 방향에 대해서 구한 상기 극대값 또는 극소값의 위치를, 각각 하나씩 추출하여 조합하고, 근사되는 원을 복수 구하는 제4 공정과,
   상기 복수의 원의 반경 또는 직경과, 원형인 워크·얼라인먼트 마크의 반경 또는 직경을 비교하여, 상기 복수의 원 중에서, 워크·얼라인먼트 마크의 반경 또는 직경과 가장 가까운 원을 선택하는 제5 공정과,
   상기 선택한 원의 중심 위치를 연산하여, 그 중심 위치를 워크·얼라인먼트 마크의 위치로 하는 제6 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 워크·얼라인먼트 마크의 검출 방법.

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