JP4696574B2

JP4696574B2 - 半導体検査装置

Info

Publication number: JP4696574B2
Application number: JP2005026597A
Authority: JP
Inventors: 秀夫高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: JP2006214817A

Description

本発明は、半導体検査装置に関し、特に、基板に形成されたパターンの位置検出を行う半導体検査装置に関する。

半導体検査装置のアライメントにおいては、ウエハを載せたステージ位置を得るために、ウエハ上のアライメントマークの位置を画像処理のパターンマッチングによって検出する方法がある。この方法は、予めアライメントマークをテンプレートとして登録し、次にアライメントの対象となるウエハを撮影した画像の中からテンプレートと一致する画像領域を検出する。その際、アライメントマークとして、数本の線で構成される線列パターンがよく使用される。そして、線列パターンの検出は、相関法によるテンプレートマッチングにより行われるのが一般的である（特許文献１参照）。

特開２００３−９２２４６号公報

ところで、上記のようなテンプレートマッチングでは、理想的な条件で撮像したとしても、線列パターンの真の位置と、線の数本ずれた位置とで、相関値（テンプレートとの類似度）に大きな差がでない。また、ウエハ上に形成される線列パターンがウエハ製作上理想的な形状を持たない場合もあり、ノイズやコントラスト、または周辺のパターンの影響などによって、真の位置よりも数本ずれた位置の方が相関値が高くなる場合もある。したがって、相関法を用いた線列パターンの検出では、真の位置から数本分ずれた位置を線列パターンの位置として誤検出することがある。

本発明の目的は、線列パターンを用いたテンプレートマッチングにおいて、より精度よく線列パターンの位置検出を行う技術を提供することにある。

また、請求項１に記載の発明によれば、半導体検査装置であって、線列パターンからなるテンプレート画像データを記憶する記憶手段と、検査対象物に形成された線列パターンを含む所定領域を撮像し、実画像データを取得する手段と、前記実画像データについて、前記所定領域をずらしながら前記テンプレート画像データを用いて相関法によりテンプレートマッチングを行い相関値が最大の領域を特定するマッチング手段と、前記マッチング手段で特定した領域を前記線列パターンの線の列方向に拡張し、当該拡張された領域の前記実画像データから前記線列パターンの最も離れた両側の一対のエッジデータを取得する取得手段と、前記取得手段で取得された前記一対のエッジデータの中点を求める手段と、求めた中点を前記線列パターンの位置とする手段とを有することを特徴とする半導体検査装置が提供される。

また、請求項３に記載の発明によれば、半導体検査装置であって、中間の線列が抜けた線列パターンからなるテンプレート画像データを記憶する記憶手段と、検査対象物に形成された中間の線列が抜けた線列パターンを含む所定領域を撮像し、実画像データを取得する手段と、前記実画像データについて前記テンプレート画像データを用いて相関法によりテンプレートマッチングを行い相関値が最大の領域を特定するマッチング手段と、前記マッチング手段で特定した領域の中心から最も近い位置にある前記実画像データから前記線列パターンの一対のエッジデータを取得する手段と、前記一対のエッジデータの中点を求める手段と、求めた中点を前記線列パターンの位置とする手段とを有することを特徴とする半導体検査装置が提供される。

また、請求項２に記載の発明によれば、半導体検査装置の半導体検査方法であって、前記半導体検査装置は、線列パターンからなるテンプレート画像データを記憶する記憶手段を有し、検査対象物に形成された線列パターンを含む所定領域を撮像し、実画像データを取得するステップと、前記実画像データについて、前記所定領域をずらしながら前記テンプレート画像データを用いて相関法によりテンプレートマッチングを行い相関値が最大の領域を特定するマッチングステップと、前記マッチングステップで特定した領域を前記線列パターンの線の列方向に拡張し、当該拡張された領域の前記実画像データから前記線列パターンの最も離れた両側の一対のエッジデータを取得する取得ステップと、前記取得ステップで取得された前記一対のエッジデータの中点を求めるステップと、求めた中点を前記線列パターンの位置とするステップとを行うことを特徴とする半導体検査方法が提供される。

また、請求項６に記載の発明によれば、半導体検査装置の半導体検査方法であって、前記半導体検査装置は、中間の線列が抜けた線列パターンからなるテンプレート画像データを記憶する記憶手段を有し、検査対象物に形成された中間の線列が抜けた線列パターンを含む所定領域を撮像し、実画像データを取得するステップと、前記実画像データについて前記テンプレート画像データを用いて相関法によりテンプレートマッチングを行い相関値が最大の領域を特定するマッチングステップと、前記マッチングステップで特定した領域の中心から最も近い位置にある前記実画像データから前記線列パターンの一対のエッジデータを取得するステップと、前記一対のエッジデータの中点を求めるステップと、求めた中点を前記線列パターンの位置とするステップとを行うことを特徴とする半導体検査方法が提供される。

以下に、本発明の半導体検査装置について説明する。本発明の半導体検査装置は、基板上に設けられた線列パターン（アライメントマーク）の位置検出装置を備えている。

図１は、本発明の一実施形態が適用された半導体検査装置における線列パターンの位置検出装置の概略構成図である。

位置検出装置１０は、ウエハ１０Ａを支持するステージ１１と、光学系１２と、カメラ１３と、画像処理部１４と、記憶部１５とを有する。

ウエハ１０Ａには、線列パターンが形成されている。線列パターンは、位置検出装置１０による位置検出の対象である。

位置検出装置１０のステージ１１は、不図示の搬送系によってウエハカセットから搬送されてきたウエハ１０Ａを上面に載置し、例えば真空吸着により固定保持する。ステージ１１は、少なくとも水平面内で2次元的に移動可能であり、位置検出の際にウエハ１０Ａの、線列パターンを所定の視野(カメラ１３の撮像視野)内に位置決めする。このステージ１１は、露光装置のステージと共通である。位置検出装置１０による、線列パターンの位置検出が終わると、ウエハ１０Ａのアライメントが行われる。そのウエハ１０Ａはステージ１１から回収され、別のウエハ１０Ａがステージ１１に載置される。そして、同様の処理（位置検出、アライメント）が繰り返される。

位置検出装置１０の光学系１２は、ステージ１１上のウエハ１０Ａの局所領域(例えば図３の、線列パターン２０を含む領域３１)の光像を形成する。

カメラ１３は、不図示の撮像素子によりウエハ１０Ａの局所領域の光像を撮像し、撮像信号を画像処理部１４に出力する。なお、線列パターンを含むおよその局所領域については、予め記憶部１５に記憶されている。

画像処理部１４は、カメラ１３から撮像信号を取り込むと、これを所定ビットのディジタル画像に変換し、得られた入力画像に対して後述のテンプレートマッチングなどの画像処理を行う。

記憶部１５は、入力画像に対するテンプレートマッチング用のテンプレート画像である、線列パターンを記憶する。図２は、複数の線３０Ａからなる線列パターンで構成されるテンプレート画像３０の例を示す。

なお、画像処理部１４および記憶部１５は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ、バスからなるコンピュータシステムにより構成できる。画像処理部１４の機能は、ＣＰＵがメモリにロードしたプログラムを実行することにより達成できる。また、記憶部１５は、メモリやＨＤＤなどで構成することができる。

（動作の説明）つぎに、半導体検査装置の動作について線列パターンの位置検出を中心に説明する。

画像処理部１４は、ステージ１１の上にウエハ１０Ａが載置されると、記憶部１５からテンプレート画像３０を読み出す。

ステージ１１の移動により、ウエハ１０Ａの線列パターン２０が、カメラ１３の撮像視野内に位置決めされると、画像処理部１４は、入力画像（実画像）３１を取り込む。この入力画像３１には、図３に示すように、線列パターン２０の像が含まれている。

次に、画像処理部１４は、テンプレート画像３０を用いて、入力画像３１に対するテンプレートマッチングを行う。

具体的には、入力画像３１の中でテンプレート画像３０に最も合う部分（マッチング部分）３２を探索する。

テンプレートマッチングの演算には、例えば周知の相互相関法が用いられる。ここで、テンプレートマッチングの際の二次元正規化相関の計算について説明する。相関値を求める計算式として下記数式１を用いる。

（ｉ，ｊ）：画像内の位置
Ｒ（ｉ，ｊ）：相関値（最小値：−1 最大値：１）
Ｉ_ｉ，ｊ：画像内の位置（ｉ，ｊ）での相関計算領域データ
Ｉ_ｉ，ｊ＝Ｉ（ｉ＋ｘ，ｊ＋ｙ）
Ｔ：テンプレートデータＴ＝Ｔ（ｘ，ｙ）
ｎ：テンプレートデータ数
画像処理部１４は、図３に示すように、範囲をずらしながら、入力画像３１からテンプレート画像３０に対応する大きさの画像３１Ａを抽出する。そして、抽出した画像３１Ａとテンプレート画像３０との相関値Ｒを上記数式１により求めていく。

つぎに、画像処理部１４は、相関値が最大となる領域を求める。そして、その領域を、入力画像においてテンプレート画像と最も合う（近似する）部分であるとして、ベストマッチング部分３２と特定する。

つぎに、画像処理部１４は、線列パターン２０の位置を求める。図４は、位置を求める方法を説明するための図である。

まず、画像処理部１４は、マッチング部分３２の領域を線列の列方向に拡張する。そして、拡張した部分の画像３３について、線方向に投影し、投影波形３４を取得する。さらに、投影波形３４に対して、微分処理を行い中心から最も離れた両側のエッジペア３４Ｌ、３４Ｒを検出する。そして、検出したエッジペア間の中点３７を求める。テンプレートとして登録した線列パターンは左右対称であるので、中点３７が、線列パターンの真の中心である。なお、投影波形は、線列パターンの線方向に、画素の濃度値を累積することで得られる。

こうして、画像処理部１４は、入力画像３１上の線列パターン２０の真の位置を求めることができる。その後、画像処理部１４は、ウエハ１０Ａの線列パターン２０の位置検出の結果として、中心位置３７の位置(X1,Y1)に関する情報を記憶部15に記憶させる。

また、現在のステージ１１の位置に関する情報も併せて保存する。これらの位置情報は、ウエハ１０Ａのアライメントに用いられる。

以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態によれば、相関法により線列パターンのマッチングを行う場合でも、より精度よく線列パターンの位置を検出できる。

上記実施形態は、本発明の要旨の範囲内で様々な変形が可能である。

例えば、線列パターンが図６の符号２２に示すように、中間が抜けた複数の線からなる線列パターンの場合についても適用できる。

かかる場合、記憶部１５にはテンプレート画像として、図５に示すように、中間が抜けた複数の線４０Ａからなる線列パターンのテンプレート画像４０が登録されている。

そして、画像処理部１４は、ステージ１１の上にウエハ１０Ａが載置されると、記憶部１５からテンプレート画像４０を読み出す。

ステージ１１の移動により、ウエハ１０Ａの線列パターン２２が、カメラ１３の撮像視野内に位置決めされると、画像処理部１４は、入力画像（実画像）３１を取り込む。この入力画像３１には、図６に示すように、線列パターン２２の像が含まれている。

次に、画像処理部１４は、テンプレート画像４０を用いて、入力画像３１に対するテンプレートマッチングを行う。具体的には、入力画像３１の中でテンプレート画像４０に最も合う部分（マッチング部分）３２を探索する。

具体的には、画像処理部１４は、図６に示すように、範囲をずらしながら、入力画像３１からテンプレート画像４０に対応する大きさの画像３１Ａを抽出する。そして、抽出した画像３１Ａとテンプレート画像３０との相関値Ｒを上記数式１により求めていく。

つぎに、画像処理部１４は、相関値が最大となる部分を求める。そして、その部分を、入力画像においてテンプレート画像と最も合う（近似する）部分であるとして、ベストマッチング部分３２と特定する。

つぎに、画像処理部１４は、線列パターン２２の位置を求める。図７は、位置を求める方法を説明するための図である。

まず、画像処理部１４は、マッチング部分３２の領域の画像について、線方向に投影し、投影波形３５を取得する。さらに、投影波形３５に対して、微分処理を行い中心３２Ａから最も近い両側のエッジペア３５Ｌ、３５Ｒを検出する。そして、検出したエッジペア間の中点３７を求める。テンプレートとして登録した線列パターンは左右対称であるので、中点３７が、線列パターン２２の真の中心である。

こうして、画像処理部１４は、入力画像３１上の線列パターン２２の真の位置を求めることができる。その後、画像処理部１４は、ウエハ１０Ａの線列パターン２２の位置検出の結果として、中心位置３７の位置(X1,Y1)に関する情報を記憶部15に記憶させる。

このようにすれば、中間の線列が抜けた線列パターンについても、精度良く位置を検出することができる。

位置検出装置の概略図である。線列パターンからなるテンプレート画像の構成例を示す図である。相関法によりベストマッチング部分を抽出する様子を示す図である。線列パターンの位置の修正方法を説明するための図である。線列パターンからなるテンプレート画像の構成例を示す図である。相関法によりベストマッチング部分を抽出する様子を示す図である。線列パターンの位置の修正方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…位置検出装置
１０Ａ…ウエハ
１１…ステージ
１３…カメラ
１４…画像処理部
１５…記憶部
２０，２２…線列パターン
３０，４０…テンプレート画像
３１…入力画像
３２…ベストマッチング部分

Claims

半導体検査装置であって、
線列パターンからなるテンプレート画像データを記憶する記憶手段と、
検査対象物に形成された線列パターンを含む所定領域を撮像し、実画像データを取得する手段と、
前記実画像データについて、前記所定領域をずらしながら前記テンプレート画像データを用いて相関法によりテンプレートマッチングを行い相関値が最大の領域を特定するマッチング手段と、
前記マッチング手段で特定した領域を前記線列パターンの線の列方向に拡張し、当該拡張された領域の前記実画像データから前記線列パターンの最も離れた両側の一対のエッジデータを取得する取得手段と、
前記取得手段で取得された前記一対のエッジデータの中点を求める手段と、
求めた中点を前記線列パターンの位置とする手段とを有することを特徴とする半導体検査装置。
半導体検査装置の半導体検査方法であって、
前記半導体検査装置は、
線列パターンからなるテンプレート画像データを記憶する記憶手段を有し、
検査対象物に形成された線列パターンを含む所定領域を撮像し、実画像データを取得するステップと、
前記実画像データについて、前記所定領域をずらしながら前記テンプレート画像データを用いて相関法によりテンプレートマッチングを行い相関値が最大の領域を特定するマッチングステップと、
前記マッチングステップで特定した領域を前記線列パターンの線の列方向に拡張し、当該拡張された領域の前記実画像データから前記線列パターンの最も離れた両側の一対のエッジデータを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記一対のエッジデータの中点を求めるステップと、
求めた中点を前記線列パターンの位置とするステップとを行うことを特徴とする半導体検査方法。