KR20220122489A - 검출장치, 검출방법, 프로그램, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법 - Google Patents

검출장치, 검출방법, 프로그램, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법 Download PDF

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KR20220122489A
KR20220122489A KR1020220009642A KR20220009642A KR20220122489A KR 20220122489 A KR20220122489 A KR 20220122489A KR 1020220009642 A KR1020220009642 A KR 1020220009642A KR 20220009642 A KR20220009642 A KR 20220009642A KR 20220122489 A KR20220122489 A KR 20220122489A
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겐키 무라야마
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

패턴 매칭의 고정밀도화에 유리한 검출장치를 제공한다. 기판에 형성된 마크의 위치를 검출하는 검출장치는, 상기 기판에 형성된 상기 마크를 촬상해서 상기 마크의 화상을 얻는 촬상부와, 템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해 상기 마크의 위치를 검출하는 처리를 행하는 처리부와 갖고, 상기 처리부는, 상기 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 상기 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행하고, 상기 패턴 매칭에 의해 얻어진 상기 화상과 상기 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 상기 반복처리를 종료한다.

Description

검출장치, 검출방법, 프로그램, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법{DETECTION APPARATUS, DETECTION METHOD, PROGRAM, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 검출장치, 검출방법, 프로그램, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법에 관한 것이다.
원판의 패턴을 기판에 전사해서 기판에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치에 있어서는, 원판과 기판의 위치맞춤이 필요하다. 위치맞춤은 일반적으로, 기판에 형성된 마크의 위치의 계측을 포함하고, 그 계측은, 템플릿을 사용한 패턴 매칭(템플릿 매칭)에 의해 행해질 수 있다.
기판의 프로세스에 따라서는 마크의 형상의 보이는 방식이 변화할 수 있기 때문에, 계측 정밀도를 유지하기 위해서는 템플릿의 적절한 조정이 필요하다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 템플릿을 배율 방향으로 변형함으로써 얼라인먼트 마크의 검출율을 향상시키는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개 2011-155300호 공보
기판의 다양한 프로세스를 거치는 것에 의해, 마크의 보이는 방식은 다양하게 변화할 수 있다. 경우에 따라서는, 마크의 형상 자체가 변화하는 경우도 있을 수 있다. 일반적으로는, 기판 반송장치는 기판의 외형을 기준으로 하여 기판을 기판 스테이지에 보내주는 것 뿐으로, 마크의 보이는 방식의 변화나 마크의 변형이 보정되도록 기판 반송장치에 의한 기판의 반송을 제어하는 것은 곤란하다.
또한, 특허문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은 템플릿의 배율 방향의 변형만으로는, 마크의 보이는 방식이나 마크의 형상의 다양한 변화에는 대응할 수 없어, 패턴 매칭의 정밀도를 향상시키는 것에는 한계가 있다.
본 발명은, 예를 들면, 패턴 매칭의 고정밀도화에 유리한 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 형성된 마크의 위치를 검출하는 검출장치로서, 상기 기판에 형성된 상기 마크를 촬상해서 상기 마크의 화상을 얻는 촬상부와, 템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해 상기 마크의 위치를 검출하는 처리를 행하는 처리부를 갖고, 상기 처리부는, 상기 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 상기 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행하고, 상기 패턴 매칭에 의해 얻어진 상기 화상과 상기 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 상기 반복처리를 종료하는 것을 특징으로 하는 검출장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 예를 들면, 패턴 매칭의 고정밀도화에 유리한 검출장치를 제공할 수 있다.
도1은 노광장치의 구성을 도시한 도면.
도2는 기판 위치 계측의 처리 절차의 플로우차트.
도3은 얼라인먼트 마크 화상의 일례를 도시한 도면.
도4는 템플릿의 일례를 도시한 도면.
도5는 얼라인먼트 마크와 템플릿이 일치하지 않는 예를 도시한 도면.
도6은 회전후의 템플릿의 일례를 도시한 도면.
도7은 기판 위치 계측의 처리 절차의 플로우차트.
도8은 얼라인먼트 마크 화상의 일례를 도시한 도면.
도9는 템플릿의 일례를 도시한 도면.
도10은 템플릿 작성처리를 나타낸 플로우차트.
도11은 디바이스 패턴 화상의 일례를 도시한 도면.
도12는 템플릿의 일례를 도시한 도면.
도13은 복수의 기판에 대한 기판 위치 계측의 처리 절차의 플로우차트.
도14는 재구성 기판을 설명하는 도면.
이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세하게 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관련되는 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것은 아니며, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 더구나, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복한 설명은 생략한다.
<제1실시형태>
본 발명의 일 측면은, 기판의 위치를 검출하는 검출장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 검출장치는, 전형적으로는, 노광장치나 임프린트 장치 등의 리소그래피 장치에 있어서 원판과 기판의 위치맞춤에 적용될 수 있지만, 가공장치, 검사장치, 현미경 등의 다른 장치에도 적용가능하다. 이때, 노광장치는, 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판에 투영해서 기판에 패턴을 형성하는 장치다. 임프린트 장치는, 원판의 패턴면을 기판 위의 임프린트 재와 접촉시켜 기판 위에 패턴을 형성하는 장치다. 이하에서는, 본 발명에 따른 검출장치가 리소그래피 장치의 한개인 노광장치에 적용된 예를 설명한다.
도1은, 본 발명의 검출장치(2)가 적용된 노광장치(1)의 구성을 도시한 도면이다. 본 명세서 및 도면에 있어서는, 수평면을 XY 평면으로 하는 XYZ 좌표계에 있어서 방향이 표시된다. 일반적으로는, 피노광 기판인 기판 W는 그것의 표면이 수평면(XY 평면)과 평행하게 되도록 스테이지 STG 위에 놓인다. 따라서, 이하에서는, 기판 W의 표면을 따르는 평면 내에서 서로 직교하는 방향을 X축 및 Y축으로 하고, X축 및 Y축에 수직한 방향을 Z축으로 한다. 또한, 이하에서는, XYZ 좌표계에 있어서의 X축, Y축, Z축에 각각 평행한 방향을 X방향, Y방향, Z방향이라고 하고, X축 주위의 회전 방향, Y축 주위의 회전 방향, Z축 주위의 회전 방향을 각각 θx 방향, θy 방향, θz 방향이라고 한다.
노광장치(1)는, 원판인 레티클 R과 기판 W를 위치맞춤(얼라인먼트)한 후에, 조명계 IL에서 레티클 R에 노광 광을 조사하고, 투영 광학계 PO에 의해, 레티클 R의 패턴을 기판 W에 투영함으로써, 이 패턴을 기판 W에 전사하는 장치다. 기판 W는, 기판을 고정하는 척 CH를 거쳐 XY 방향으로 이동가능한 스테이지 STG에 탑재되어 있다. 스테이지 STG은, 노광 광의 포커스 조정을 위해 Z방향으로도 이동가능하도록 구성되어 있어도 된다. 기판 W 위에는, 얼라인먼트 마크 AM이 형성되어 있어, 얼라인먼트 마크 AM을 목표로 얼라인먼트가 행해진다. 검출장치(2)는, 얼라인먼트 마크 AM을 관찰하기 위한 얼라인먼트 스코프 SC을 구비하고 있다. 얼라인먼트 스코프 SC은, 스테이지 STG에 의해 유지된 기판 W에 형성된 얼라인먼트 마크 AM을 촬상해서 얼라인먼트 마크 AM의 화상을 얻는 촬상부를 포함할 수 있다. 광원 LI로부터 나온 빛은, ND 필터 ND를 거쳐 광량이 조정되고, 파이버나 전용 광학계로 하프미러 M으로 이끌어져, 투영 광학계 등을 거쳐 얼라인먼트 마크 AM을 조명한다. 광원 LI나 ND 필터 ND의 제어는, 광량 조정부 LP에서 행해진다. 얼라인먼트 마크 AM의 상은, 하프미러 M을 통과해서 카메라 CAM 내의 포토 센서 S에 투영된다.
포토 센서 S에서 수광된 얼라인먼트 마크 AM의 상은 광전변환된다. 포토 센서 S에서 빛을 축적하는 시간은, 센서 제어장치 AMP에 의해 제어될 수 있다. 이 시간은, 호스트 제어장치 HP로부터, 얼라인먼트 계측장치 AC 내의 얼라인먼트 처리장치 AP를 거쳐, 센서 제어장치 AMP에 지시된다. 또한, 빛을 축적하는 타이밍은, 스테이지 제어장치 STC 내의 스테이지 처리장치 SP로부터, 얼라인먼트 처리장치 AP를 거쳐, 센서 제어장치 AMP에 지시된다. 스테이지 STG은, 모터 MOT에 의해 구동된다. 스테이지 처리장치 SP은, 스테이지 STG의 위치를 간섭계 PM을 사용해서 계측하고, 이 계측의 결과에 근거하여 모터 MOT를 제어한다.
포토 센서 S에서 광전변환된 신호는, 센서 제어장치 AMP에서 A/D변환되어, 디지털 신호 정보인 화상으로서 메모리 MEM에 기억된다. 얼라인먼트 처리장치 AP은, 메모리 MEM에 기억된 화상을 처리해서 얼라인먼트 마크 AM의 위치를 검출하는 처리부로서 기능할 수 있다. 얼라인먼트 마크 AM의 위치 검출의 수법으로서, 패턴 매칭이 사용된다. 연산기 CMP은, 메모리 MEM에 기억된 화상과 얼라인먼트 처리장치 AP이 보존하고 있는 템플릿 TP의 상관도를 계산하고, 템플릿의 형상에 관해 상관도의 높은 얼라인먼트 마크 AM의 위치를 검출한다. 검출된 얼라인먼트 마크 AM의 위치는, 호스트 제어장치 HP에 전송된다. 호스트 제어장치 HP은, 얼라인먼트 마크 AM의 위치에 근거하여 스테이지 제어장치 STC을 제어한다. 이에 따라, 스테이지 STG의 위치맞춤이 행해진다.
호스트 제어장치 HP은, 검출장치(2)의 각 부를 총괄적으로 제어하는 제어부로서 기능한다. 호스트 제어장치 HP은, 노광장치(1)의 노광처리를 제어하는 기능도 포함하고 있어도 된다. 호스트 제어장치 HP은, 전형적으로는, 프로세서 및 기억장치(메모리)를 포함한 컴퓨터(정보 처리장치)로서 구성될 수 있는 것이다. 본 실시형태에서는, 상기한 것과 같이, 얼라인먼트 처리장치 AP이, 패턴 매칭에 의해 얼라인먼트 마크 AM의 위치를 얻는 처리를 행하는 처리부로서 기능하지만, 얼라인먼트 처리장치 AP과 호스트 제어장치 HP은, 독립된 장치 구성이 아니어도 된다. 예를 들면, 얼라인먼트 처리장치 AP의 기능은, 호스트 제어장치 HP가 담당하는 구성이어도 된다.
본 실시형태에 있어서의 노광장치(1)의 구성은 대략 이상에서 설명한 것과 같다. 노광장치(1)를 반도체 디바이스 제조용의 노광장치로서 사용하는 경우, 회로 패턴이 형성되어 있는 원판인 레티클 R과, 레티클 R의 회로 패턴이 투영되는 기판 W를 고정밀도로 위치맞춤하는 것이 중요하다. 위치맞춤 기술로서, 기판 W 위에 설치된 얼라인먼트 마크 AM을 사용하여, 프리얼라인먼트, 파인얼라인먼트의 2종류의 얼라인먼트를 실행하는 방법이 있다. 프리얼라인먼트의 역할은, 기판 반송장치로부터 스테이지 STG 위에 기판 W를 보냈을 때의 반송 어긋남 량을 검출하고, 파인얼라인먼트가 정상으로 처리할 수 있도록, 기판 W의 위치를 대략적으로 위치맞춤하는 것이다. 파인얼라인먼트의 역할은, 스테이지 STG 위에 놓인 기판 W의 위치를 정확하게 계측하고, 레티클 R과의 위치맞춤 오차가 허용범위 내가 되도록 정밀하게 위치맞춤하는 것이다.
상기한 것과 같이 프리얼라인먼트에서는, 기판 반송장치로부터 스테이지 STG 위에 기판 W를 보냈을 때에 발생하는 반송 어긋남을 검출하지 않으면 안된다. 그 때문에, 프리얼라인먼트에 있어서 얼라인먼트 스코프 SC은, 마크 사이즈에 대해 광범위한 검출 범위를 갖고 있다. 이러한 광범위한 검출 범위 중에 있는 얼라인먼트 마크를 검출하여 XY 좌표를 산출하는 방법으로서, 패턴 매칭 처리가 사용된다. 이때, 이 기술분야에 있어서 사용되는 패턴 매칭 처리는, 크게 나누면 2종류가 있다. 1개는 축적형 광전 변환소자를 구비한 카메라로 얼라인먼트 마크를 촬상한 화상을 2값화하고, 미리 갖고 있는 템플릿과의 매칭을 행하여, 가장 상관도가 높은 위치를 마크 위치로 하는 방법이다. 또 한개는, 농담 화상인 채로, 농담 정보를 갖는 템플릿과의 상관 연산을 행하는 방법이다. 후자에는, 정규화 상호 상관법 등이 자주 사용되고 있다.
도2의 플로우차트를 참조하여, 제1실시형태에 있어서의 기판 위치 계측의 처리 절차를 설명한다. 도2는, 얼라인먼트 마크 디자인 또는 디바이스 디자인으로부터 사전에 작성된 템플릿을 사용해서 기판 위치 계측을 행하는 방법의 플로우차트다.
S101에서 이 방법이 개시되고, S102에서, 기판 W가 장치 내에 반입되어 스테이지 STG에 탑재된다. S103에서, 스테이지 처리장치 SP은, 기판 W의 프리얼라인먼트 위치로 스테이지 STG을 이동한다. 프리얼라인먼트 위치는, 얼라인먼트 마크 디자인에 근거하여 사전에 작성된 템플릿과 같은 얼라인먼트 마크가 얼라인먼트 스코프 SC의 촬상 시야 내에 들어가는 위치다.
S104에서, 얼라인먼트 스코프 SC은, 기판 W의 얼라인먼트 마크의 촬상을 행하여, 화상을 취득한다. 얼라인먼트 마크의 촬상 조건, 예를 들면, 얼라인먼트 마크에 조사하는 광량, 포커스 위치 등은 사전 계측에 의해 결정되어 있는 것으로 한다.
촬상에 의해 얻어진 얼라인먼트 마크 화상의 일례를 도3에 나타낸다. 도3에 있어서, XY 좌표계의 중심 O를 (0,0)으로 한다. 화상 내의 검출 범위 AR(촬상 시야)에 얼라인먼트 마크 AM이 존재하고 있다. 일례에 있어서, 얼라인먼트 마크 AM은, X방향(제1방향)으로 뻗는 제1 마크 부분 AMX와 Y방향(제2방향)으로 뻗는 제2 마크 부분 AMY로 구성되는 크로스 형상 마크다. S105에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, S104에서 취득된 얼라인먼트 마크 화상으로부터, 사전 작성된 템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해, 얼라인먼트 마크 AM의 위치를 검출한다.
도4에, 도3의 얼라인먼트 마크 AM을 검출하기 위한 템플릿 TP의 일례를 나타낸다. 얼라인먼트 마크 AM의 중심을 XY 좌표계 중심 OT(0,0)로 하고, 사전에 결정되어 있는 얼라인먼트 마크 AM의 디자인에 따라 복수의 특징점이 설정된다. 이들 설정된 복수의 특징점이 템플릿 TP을 구성한다. 이 예에서는, 20점의 특징점에 의해 템플릿 TP이 구성되어 있다. 여기에서는, 템플릿 TP은, 얼라인먼트 마크 AM(크로스 형상 마크)에 대응시켜, X방향으로 뻗는 제1 부분 TPX와, Y방향으로 뻗는 제2 부분 TPY를 포함하고 있다. 연산기 CMP은, 패턴 매칭 처리에 있어서, 메모리 MEM에 기억된 화상의 검출 범위 AR 내의 각 화소에 대해서 템플릿 TP과의 상관도를 계산한다. 연산기 CMP은, 각 화소의 상관도로부터, 검출 범위 AR 내의, 얼라인먼트 마크 AM과 서로 닮은 위치를 얼라인먼트 마크 위치로서 검출한다.
도5에, 템플릿 TP을 사용한 패턴 매칭에 의한 얼라인먼트 마크 위치의 검출의 일례를 나타낸다. 실선으로 나타낸 얼라인먼트 마크 AM'은, 도3의 얼라인먼트 마크 AM이 얼라인먼트 마크 중심 O의 주위로 10° 좌측 방향으로 회전한 상태에서 촬영되고 있다. 점선으로 나타낸 템플릿 TP과 얼라인먼트 마크 AM'의 회전각이 있지 않은 상태에서 패턴 매칭을 행하면, 강한 상관을 표시하는 것은, 특징점 TP1, TP2, TP3의 3점 뿐이다. 실제의 얼라인먼트 마크 중심은 화상 중심인 O이지만, 특징점 TP1, TP2, TP3 만으로 검출된 템플릿 중심 OT가 위치로서 검출된다. 또는, 상관도가 지나치게 낮아 검출할 수 없다.
따라서, S106에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿과 얼라인먼트 마크의 상관도가 소정의 임계값을 초과하고 있는지 아닌지를 판정한다. 상관도가 임계값을 초과하고 있으면 위치 검출 결과는 정상으로 판정되고, 그렇지 않으면 위치 검출 결과는 정상이 아니라고 판정된다. 상관도가 임계값을 초과하지 않고 있으면, S107에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿의 전체를 θz 방향으로 회전시켜, S105에서, 회전후의 템플릿을 사용한 패턴 매칭을 행한다. 이것을 S106에서 위치 검출 결과가 정상으로 판정될 때까지 반복한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿을 회전시키면서 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행한다. 그리고, 패턴 매칭에 의해 얻어진 화상과 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 이 반복처리를 중지한다(종료한다). 단, 패턴 매칭이 반복됨으로써 연산량은 증대하기 때문에, 연산량 저감을 위한 방책이 도입되어도 된다. 예를 들면, S106에서 계산된 상관도와 임계값의 차이에 따라, 템플릿의 회전 방향 및 회전량을 결정하는 처리가 행해져도 된다. 예를 들면, 상관도와 임계값의 차이와 템플릿의 회전 방향 및 회전량과의 관계를 나타내는 테이블을 미리 작성해 둔다. S107에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 테이블을 참조하여, S106에서 계산된 차이에 대응하는 템플릿의 회전 방향 및 회전량을 결정한다.
템플릿의 특징점의 좌표 (xn, yn)을 회전량 θ 이동시킨 후의 좌표 (xn', yn')은, 상한별로, 다음 식 (1)로 표시된다.
Figure pat00001
도6에, 도3의 템플릿 TP을 템플릿 중심 OT를 중심으로 10° 좌측 방향으로 회전시킨 후의 템플릿 TP'의 예를 나타낸다. 도6의 예에서는, 템플릿 TP'과 얼라인먼트 마크 AM'이 일치하고, 얼라인먼트 마크 중심 O와 검출할 템플릿 중심 OT가 중첩한 이상적인 일례로 되어 있다. S108에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿의 회전에 의해 얻어진 상관도가 높은 상태에서 산출한 위치 계측 결과로부터 파인얼라인먼트 위치를 결정하고, 호스트 제어장치 HP은, 그 위치로 스테이지 STG을 이동한다. 그후, S109에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 파인얼라인먼트를 실행한다. 이때, 파인얼라인먼트를 실시하지 않아도, 패턴 매칭의 결과 만으로 기판 위치 계측을 종료해도 된다.
<제2실시형태>
도7의 플로우차트를 참조하여, 제2실시형태에 있어서의 기판 위치 계측의 처리 절차를 설명한다. 도7은, 얼라인먼트 마크 디자인 또는 디바이스 디자인으로부터 사전에 작성된 템플릿을 사용해서 기판 위치 계측을 행하는 방법의 플로우차트다. 제2실시형태에서는, 크로스 형상 마크에 있어서의 제1 마크 부분과 제2 마크 부분의 교차 각도가 직각이 되지 않도록 하는 것 같은 변형에 대응해서 템플릿이 변형될 수 있다.
도7에서는, 도2의 플로우차트와 비교하여, 같은 공정에는 같은 참조 부호를 붙이고, 그것들의 설명은 생략한다. 도7에 있어서 도2와의 차이는, S107 대신에 S207이 실행되는 점이다. 이하, 이 점에 관해 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 있어서 S104에서의 촬상에 의해 얻어진 얼라인먼트 마크 화상의 일례를 도8에 나타낸다. 도8의 얼라인먼트 마크 AM"은, 제1 마크 부분 AMX'과, 제1 마크 부분 AMX'과 교차하는 제2 마크 부분 AMY'으로 구성되는 크로스 형상 마크다. 도3의 얼라인먼트 마크 AM과 비교하면, 얼라인먼트 마크 AM"은, 그것의 직교도가 무너져 있다. 구체적으로는, 제2 마크 부분 AMY'이, 도3의 얼라인먼트 마크 AM의 Y방향으로 뻗는 제2 마크 부분 AMY에 대해, 얼라인먼트 마크 중심 O를 중심으로 좌측 방향으로 10°회전하고 있다. 얼라인먼트 처리장치 AP은, S205에 있어서, 이러한 얼라인먼트 마크 화상으로부터, 사전 작성된 템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해, 얼라인먼트 마크 AM"의 위치를 검출하게 된다. 도8에 나타낸 얼라인먼트 마크 AM"의 경우, 도4의 템플릿 TP과는 형상이 맞지 않기 때문에, 사전작성된 템플릿에서는, 임계값보다도 상관도는 낮은 것으로 된다. 또한, 제1실시형태와 같은 템플릿 전체의 회전 만으로는 얼라인먼트 마크 AM"의 형상에는 대응할 수 없다.
얼라인먼트 처리장치 AP은, 제1실시형태와 마찬가지로, 도3의 얼라인먼트 마크 AM에 대응시켜 제1 부분 TPX와 제2 부분 TPY가 직교한 템플릿을 초기 템플릿으로서 사용한다. 제2실시형태에서는, S207에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 제1 부분 TPX와 제2 부분 TPY를 개별적으로 회전시켜, 직교도가 무너진 템플릿을 회전후의 템플릿으로 한다. 그후, S105에서, 회전후의 템플릿을 사용한 패턴 매칭을 행한다. 이것을 S106에서 위치 검출 결과가 정상으로 판정될 때까지 반복한다.
이와 같이, 제2실시형태에서는, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿의 제1 부분과 제2 부분을 개별적으로 회전시키면서 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행한다. 그리고, 패턴 매칭에 의해 얻어진 화상과 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 이 반복처리를 중지한다. 단, 패턴 매칭이 반복됨으로써 연산량은 증대하기 때문에, 연산량 저감을 위한 방책이 도입되어도 된다. 예를 들면, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 제1 부분 TPX의 특징점에 관한 제1 상관도와, 제2 부분 TPY의 특징점에 관한 제2 상관도를 산출한다. 그후, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 제1 상관도와 임계값의 차이와 제2상관도와 임계값의 차이에 근거하여, 제1 부분 TPX 및 제2 부분 TPY 각각의 회전 방향 및 회전량을 결정한다.
식 (1)을 기초로, 템플릿의 특징점의 좌표(xn, yn)에 관해, X축에 대한 회전량을 θx, Y축에 대한 회전량을 θy로 하면, 이동후의 특징점의 좌표 (xn', yn')은, 상한별로, 다음 식 (2)로 표시된다.
Figure pat00002
도9에, 도3의 템플릿 TP에 대해, 제2 부분 TPY' 만 템플릿 중심 OT를 중심으로 10°회전시킨 후의 템플릿 TP"의 예를 나타낸다. 제1 부분 TPX'은 회전되지 않고, X축과 평행하게 뻗어 있다. 도9의 예에서는, 템플릿 TP"와 얼라인먼트 마크 AM"이 일치하여, 얼라인먼트 마크 중심 O와 검출할 템플릿 중심 OT가 중첩한 이상적인 일례로 되어 있다.
그후, 제1실시형태와 마찬가지로, S108, S109에 의해 파인얼라인먼트가 행해진다.
제1실시형태에서는, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿의 전체를 회전시키면서 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행한다. 제2실시형태에서는 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿의 제1 부분과 제2 부분을 개별적으로 회전시키면서 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행한다. 즉, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 패턴 매칭을 반복하여 실행한다.
그리고, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 패턴 매칭에 의해 얻어진 화상과 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과했을 때에 이 반복처리를 중지한다. 단, 상관도가 소정의 임계값을 초과하기 전에 반복처리의 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우, 이 반복처리를 중지하도록 하여도 된다. 또한, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 반복처리의 횟수가 소정 횟수에 도달한 것에 의해 반복을 중지한 경우, 마크의 위치를 얻는 처리에 관해 에러를 표시하는 정보를, 표시부에 표시하거나, 경고음을 발생하는 것 등의 출력을 행해도 된다.
<제3실시형태>
제3실시형태에서는 사전작성된 템플릿을 사용하는 것이 아니라, 실제 프로세스의 기판에 묘화되고 있는 얼라인먼트 마크 또는 디바이스 패턴으로부터 템플릿을 작성하고, 그것을 사용해서 패턴 매칭을 행한다.
도10은, 제3실시형태에 있어서의 템플릿 작성처리를 나타낸 플로우차트다. S302에서, 기판 W가 장치 내에 반입되어 스테이지 STG에 탑재된다. S303에서, 스테이지 처리장치 SP은, 기판 W에 있어서, 템플릿으로 하고 싶은 얼라인먼트 마크 또는 디바이스 패턴이 스코프 SC의 촬상 시야 내가 되도록 스테이지 STG을 이동한다.
S304로, 스코프 SC은, 기판 W의 얼라인먼트 마크 또는 디바이스 패턴의 촬상을 행하여, 화상을 취득한다. 촬상 조건은 제1실시형태와 마찬가지로, 사전계측에 의해 결정되어 있는 것으로 한다. 도11에는, 촬상 대상으로 하는 디바이스 패턴 화상의 일례가 표시되어 있다. 도11에 있어서, XY 좌표계에서 중심 O를 (0,0)으로 한다. 화상 내의 검출 범위 AR(촬상 시야)에 얼라인먼트의 목표로 하는 디바이스 패턴 군 DA1∼DA5가 존재한다. 일례에 있어서, 디바이스 패턴 군 DA1∼DA5는, 기판간 접속용의 스루홀이며, 디바이스 패턴을 이루는 스루홀은 원형 형상일 수 있다.
S305에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, S304에서 취득된 디바이스 패턴 화상으로부터, 템플릿의 패턴이 될 수 있는 특징점을 추출한다. 예를 들면, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 디바이스 패턴 군 DA1∼DA5를 촬상한 화상을 X방향, Y방향으로 미분함으로써, 디바이스 패턴의 엣지 부분을 강조한 화상을 생성한다. 얼라인먼트 처리장치 AP은, 그 화상으로부터, 신호 강도 및/또는 템플릿으로서 등록하고 싶은 점수의 간격에 근거하여 엣지 부분을 추출하고, 추출한 엣지 부분에 근거하여 특징점을 추출한다. 이때, 특징점의 추출방법은 상기에 한정되지 않고, 디바이스의 특징을 나타내는 지표를 추출할 수 있으면 된다.
S306에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 특징점을 배치한 템플릿을 작성한다. 도11의 디바이스 패턴 화상으로부터 작성된 템플릿의 일례를, 도12에 나타낸다. S305에서는, 오검지 방지용으로 TP1∼TP20과 같이 엣지를 다점 추출하고, 화상 중심 O를 템플릿 중심 OT로 하고, 추출한 TP1∼TP20을 XY 좌표계에 배치한다. 이 특징점 군을 템플릿 TP로 한다.
S307에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 작성한 템플릿 TP을 얼라인먼트 계측장치 AC 또는 호스트 제어장치 HP내 의 기억부에 보존한다.
변형예로서, 템플릿으로 할 1 또는 2 이상의 디바이스 패턴 화상을 화상 메모리 MEM에 로드해 두고, S305 이후의 공정에 있어서, 화상 메모리 MEM으로부터 판독한 화상으로부터 템플릿을 작성해도 된다. 작성한 템플릿에 근거하여 기판의 위치 계측을 행하는 처리는, 제1실시형태 혹은 제2실시형태와 같다.
<제4실시형태>
전술한 제1실시형태에 관한 도2의 플로우차트는, 1매의 기판에 대한 처리를 나타낸 것이었지만, 여기에서는, 복수의 기판에 대한 얼라인먼트 처리에 대해 설명한다. 도13은, 각각 같은 얼라인먼트 마크가 설치된 복수의 기판을 처리하는 경우의 플로우차트다. 템플릿은 얼라인먼트 마크 디자인으로부터 사전작성된 것이어도 되고, 도10의 절차에서 작성된 것이어도 된다. 도13에서는, 도2, 도7의 플로우차트와 비교하여, 같은 공정에는 같은 참조 부호를 붙이고, 그것들의 설명은 생략한다.
도13에 있어서, S106에서 템플릿과 얼라인먼트 마크의 상관도가 임계값을 초과하였다고 판정된 후, S408이 실행된다. S408에서는, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 그 때의 S107에서 변형된 템플릿을, 다음에 처리할 기판에 대한 패턴 매칭의 초기 템플릿으로서 등록(갱신)한다. 이것은, 다음에 처리할 기판의 얼라인먼트 마크에서도 마찬가지인 템플릿 변형이 행해질 가능성이 높기 때문이다. 이에 따라, 다음의 기판처리에 있어서, 템플릿의 변형 횟수를 적게 하고, 처리 시간을 단축할 수 있다.
S109에서의 파인얼라인먼트가 행해진 후, S411에서, 얼라인먼트 처리장치 AP은, 현재 처리중인 기판이 최종의 기판인지 아닌지를 판정한다. 현재 처리중인 기판이 최종의 기판이 아닌 경우에는, 처리는 S102로 되돌아가, 다음의 기판에 대해 처리를 반복한다. 현재 처리중인 기판이 최종의 기판인 경우, 처리는 종료한다.
<제5실시형태>
최근, FOWLP(Fan Out Wafer Level Packaging)으로 불리는 반도체 디바이스의 패키징 방법이, 반도체 디바이스 제조공정에 도입되기 시작하고 있다. FOWLP 공정에 있어서는, 도14에 나타낸 것과 같은, 전공정처리가 끝나고, 잘라낸(다이싱된) 복수의 반도체 칩(101)을 배치해서 몰드재(고정재)(102)로 굳힌 기판(100)이 구성된다. 이러한 기판(100)은 재구성 기판으로 불린다. 그리고, 이 기판(100)에 대해, 노광장치 등에 의한 마이크로리소그래피 기술을 사용하여, 배선층, 전극 패드 등도 형성된다.
이와 같이, FOWLP 공정에서는, 복수의 반도체 칩이 개편화되어 기판 위에 재배치된다. 기판 반송장치는 기판의 외형 기준으로 스테이지로 보내기 때문에, 각각의 반도체 칩의 재배치 어긋남은 스테이지 반송시에 보정되지 않는다. 따라서, 개편화된 반도체 칩이 기판의 외형 기준에 대해 회전 방향으로 어긋나 배치되어 있는 경우, 프리얼라인먼트에서의 얼라인먼트 마크 화상도 회전 방향으로 어긋나 취득된다. 회전 방향의 어긋남은 기판 반송장치에 의해 보정되어 있는 전제이기 때문에, 미리 얼라인먼트 마크 디자인에 근거하여 작성된 템플릿에서는, 회전하고 있는 얼라인먼트 마크와의 형상 차이가 커져 버린다.
따라서, 얼라인먼트 처리부 AP은, 복수의 반도체 칩 중 1개의 반도체 칩이 배치된 기판의 부분 영역마다, 전술한 실시형태에 따라, 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 패턴 매칭을 반복하여 처리를 행한다. 이에 따라, 개편화된 반도체 칩이 기판의 외형 기준에 대해 회전 방향으로 어긋나 배치되어 있어도, 얼라인먼트 처리를 고정밀도로 행할 수 있다.
<물품 제조방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 있어서의 물품 제조방법은, 예를 들면, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 본 실시형태의 물품 제조방법은, 상기한 리소그래피 장치(노광장치나 임프린트 장치, 묘화장치 등)를 사용해서 기판에 원판의 패턴을 전사하는 공정과, 이러한 공정에서 패턴이 전사된 기판을 가공하는 공정을 포함한다. 또한, 이러한 제조방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시형태의 물품 제조방법은, 종래의 방법에 비해, 물품의 성능·품질·생산성·생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다.
<프로그램의 실시형태>
본 발명은, 전술한 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억매체를 거쳐 시스템 또는 장치에 공급하고, 그 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 있어서의 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 판독하여 실행하는 처리에서도 실현가능하다. 또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들면, ASIC)에 의해서도 실현가능하다.
발명은 상기 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 발명의 정신 및 범위에서 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 발명의 범위를 밝히기 위해 청구항을 첨부한다.
1: 노광장치, 2: 검출장치, STG: 스테이지, SC: 얼라인먼트 스코프, AP: 얼라인먼트 처리장치, STC: 스테이지 제어장치, HP: 호스트 제어장치

Claims (15)

  1. 기판에 형성된 마크의 위치를 검출하는 검출장치로서,
    상기 기판에 형성된 상기 마크를 촬상해서 상기 마크의 화상을 얻는 촬상부와,
    템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해 상기 마크의 위치를 검출하는 처리를 행하는 처리부를 갖고,
    상기 처리부는, 상기 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 상기 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행하고, 상기 패턴 매칭에 의해 얻어진 상기 화상과 상기 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 상기 반복처리를 종료하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 템플릿의 전체를 회전시키면서 상기 반복처리를 행하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 상관도와 상기 소정의 임계값의 차이에 근거하여, 상기 템플릿의 회전 방향 및 회전량을 결정하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 템플릿의 제1방향으로 뻗는 제1 부분과 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 뻗는 제2 부분을 개별적으로 회전시키면서 상기 반복처리를 행하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 마크는, 제1 마크 부분과 이 제1 마크 부분과 교차하는 제2 마크 부분으로 구성되는 크로스 형상 마크이고,
    상기 처리부는, 상기 크로스 형상 마크에 대응시켜 상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 직교한 템플릿을 초기 템플릿으로서 사용하고, 상기 반복처리에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 직교도가 무너진 템플릿을 회전후의 템플릿으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 제1 부분의 특징점에 관한 제1 상관도와, 상기 제2 부분의 특징점에 관한 제2 상관도를 산출하고, 상기 제1 상관도 및 상기 제2 상관도에 근거하여, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 각각의 회전 방향 및 회전량을 결정하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 상관도가 상기 소정의 임계값을 초과하기 전에 상기 반복처리의 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우, 상기 반복처리를 종료하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 반복처리의 횟수가 상기 소정 횟수에 도달한 것에 의해 상기 반복처리를 종료한 경우, 상기 처리에 관해 에러를 표시하는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 마크는, 디바이스 패턴을 포함하고,
    상기 처리부는, 상기 촬상부를 사용해서 상기 기판에 형성된 디바이스 패턴의 화상을 취득하고, 이 화상에 근거하여 상기 템플릿을 작성하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 상관도가 상기 소정의 임계값을 초과했을 때에 사용된 템플릿을, 다음에 처리할 기판에 대한 상기 패턴 매칭의 초기 템플릿으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은, 잘라낸 복수의 반도체 칩이 배치되어 고정재에 의해 고정된 재구성 기판이고,
    상기 처리부는, 상기 복수의 반도체 칩 중 1개의 반도체 칩이 배치된 상기 기판의 부분 영역마다, 상기 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 상기 반복처리를 행하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  12. 기판에 형성된 마크의 위치를 검출하는 검출방법으로서,
    상기 기판에 형성된 상기 마크를 촬상해서 상기 마크의 화상을 얻는 촬상공정과,
    템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해 상기 마크의 위치를 검출하는 처리를 행하는 처리공정을 갖고,
    상기 처리공정은, 상기 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 상기 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행하고, 상기 패턴 매칭에 의해 얻어진 상기 화상과 상기 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 상기 반복처리를 종료하는 것을 특징으로 하는 검출방법.
  13. 기판에 형성된 마크의 위치를 검출하는 검출방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한, 컴퓨터 판독가능한 기억매체에 기억된 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터에,
    상기 기판에 형성된 상기 마크를 촬상해서 상기 마크의 화상을 얻는 촬상공정과,
    템플릿을 사용한 패턴 매칭에 의해 상기 마크의 위치를 검출하는 처리를 행하는 처리공정을 실행시키고,
    상기 처리공정은, 상기 템플릿을 적어도 부분적으로 회전시키면서 상기 패턴 매칭을 반복하는 반복처리를 행하고, 상기 패턴 매칭에 의해 얻어진 상기 화상과 상기 템플릿 사이의 상관도가 소정의 임계값을 초과한 경우에 상기 반복처리를 종료하는 것을 특징으로 하는 프로그램.
  14. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 검출장치와,
    기판을 유지해서 이동하는 스테이지를 구비하고,
    상기 검출장치에 의해 검출된 상기 마크의 위치에 근거하여 상기 스테이지를 위치맞춤하고,
    위치맞춤된 상기 스테이지에 의해 유지된 상기 기판에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  15. 청구항 12에 기재된 검출방법에 의해 기판에 형성된 마크의 위치를 검출하는 검출공정과,
    검출된 상기 마크의 위치에 근거하여, 상기 기판을 유지해서 이동하는 스테이지를 위치맞춤하는 위치맞춤공정과,
    위치맞춤된 상기 스테이지에 의해 유지된 기판에 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 패턴이 형성된 상기 기판의 가공을 행하는 공정을 갖고,
    상기 가공이 행해진 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 것을 특징으로 하는 물품 제조방법.
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