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JP7587359B2 - Alignment apparatus, method for determining position of mark, program, lithography apparatus, and article manufacturing method - Google Patents
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Alignment apparatus, method for determining position of mark, program, lithography apparatus, and article manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、位置合わせ装置、マークの位置を求める方法、プログラム、リソグラフィ装置、および物品製造方法に関する。 The present invention relates to an alignment apparatus, a method for determining the position of a mark, a program, a lithography apparatus, and an article manufacturing method.

半導体デバイス製造用の露光装置等のリソグラフィ装置において、原版に描画された回路パターンを基板に露光する際、原版と基板とを精密に位置合わせ(以下、アライメント)する必要がある。 In lithography equipment, such as exposure devices used in semiconductor device manufacturing, precise alignment between the master and the substrate is required when exposing a circuit pattern drawn on the master onto the substrate.

アライメントは通常、計測光学系(以下、アライメントスコープ)によって、基板上に形成されたアライメント用マークおよびパターンを観察し、撮像したパターンの画像信号を処理することによって行われる。パターン位置計測のための画像信号処理には、パターンマッチングが広く用いられている。パターンマッチングは、計測対象の画像信号とテンプレートパターンとの間で相関度演算を行い、最も相関度の高いマッチング点を求める手法である。 Alignment is usually performed by observing the alignment marks and patterns formed on the substrate using a measurement optical system (hereafter referred to as an alignment scope) and processing the image signal of the captured pattern. Pattern matching is widely used in image signal processing for pattern position measurement. Pattern matching is a method of calculating the degree of correlation between the image signal of the measurement target and a template pattern to find the matching point with the highest degree of correlation.

一方、露光前に基板に塗布されるフォトレジストの厚みや塗布むら、露光前の半導体製造プロセスによっては、位置計測の対象とするパターンをアライメントスコープで精度よく観察することが困難となる場合がある。アライメントスコープの観察精度が低下する原因としては、撮像されるパターンの画像信号のコントラストの低下が挙げられる。ここで、コントラストが低下した状態とは、画像の輝度分布が、利用している階調の範囲内で、ある輝度の周辺に偏っていることをいう。コントラストが低いパターン画像信号を用いた位置計測においては、画像のエッジの情報量が少なく、コントラストが良いパターン画像信号を用いた場合に比べて、パターンマッチングの位置計測精度が著しく低下する場合がある。パターンマッチングによる位置計測精度が低下することにより、基板と原版のアライメント精度が低下しうる。 On the other hand, depending on the thickness and coating unevenness of the photoresist applied to the substrate before exposure, and the semiconductor manufacturing process before exposure, it may be difficult to accurately observe the pattern to be measured using an alignment scope. One cause of the decrease in the observation accuracy of the alignment scope is a decrease in the contrast of the image signal of the captured pattern. Here, a state in which the contrast is decreased means that the brightness distribution of the image is biased toward a certain brightness within the range of gradations being used. In position measurement using a pattern image signal with low contrast, the amount of information on the edges of the image is small, and the position measurement accuracy of pattern matching may be significantly decreased compared to when a pattern image signal with good contrast is used. The decrease in position measurement accuracy by pattern matching may decrease the alignment accuracy between the substrate and the original.

この場合、パターン画像信号のコントラストを信号処理によって向上させることにより、位置計測精度を向上させることができる。コントラスト向上のための処理手法として、ヒストグラム拡張が一般的に知られている(特許文献1)。ヒストグラム拡張は、偏った輝度分布を、利用している階調の範囲内で引き延ばす方法であり、信号のコントラスト向上が期待できる。特許文献2では、ヒストグラム平坦化を行うことで、画像のコントラストが低い場合においても、演算の精度を低下させずにアライメントを行う手法が提案されている。また、ヒストグラム拡張には、画像信号の階調が粗くなる問題点があるが、特許文献3においては、ヒストグラムの拡張範囲を限定して、ヒストグラム拡張によって階調が粗くなることを抑制している。 In this case, the position measurement accuracy can be improved by improving the contrast of the pattern image signal through signal processing. Histogram expansion is a commonly known processing method for improving contrast (Patent Document 1). Histogram expansion is a method of stretching biased luminance distribution within the range of gradations being used, and is expected to improve the contrast of the signal. Patent Document 2 proposes a method of performing alignment without reducing the accuracy of calculations by performing histogram flattening, even when the image contrast is low. Furthermore, histogram expansion has the problem that the gradations of the image signal become coarse, but Patent Document 3 limits the range of histogram expansion to prevent the gradations from becoming coarse due to histogram expansion.

特開昭61-45667号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-45667 特許第3506200号公報Patent No. 3506200 特許第4532640号公報Patent No. 4532640

特許文献1および特許文献2では、ヒストグラム拡張を行って画像のコントラストを向上させる際、利用している階調の範囲内で輝度が断続的に分布するようになり、演算に利用可能な階調を実質的に低下させている。上記処理は、演算精度を保ちながら意図的に階調を落としたい場合には有効であるが、演算精度向上に対しては有効ではない。 In Patent Documents 1 and 2, when the histogram is expanded to improve the contrast of an image, the luminance is distributed intermittently within the range of gradations being used, which effectively reduces the gradations available for calculation. The above process is effective when you want to intentionally reduce the gradations while maintaining calculation accuracy, but is not effective for improving calculation accuracy.

特許文献3では、ヒストグラム拡張の上限および下限を設定して、階調の低下を抑制している。一方、ヒストグラム拡張範囲に制限を設けるため、画像信号のコントラストを最大限向上させているとは言えない。 In Patent Document 3, the upper and lower limits of the histogram expansion are set to suppress the decrease in gradation. However, because a limit is placed on the histogram expansion range, it cannot be said that the contrast of the image signal is improved to the maximum.

本発明は、例えば、マーク位置計測の精度の向上に有利な位置合わせ装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an alignment device that is advantageous for improving the accuracy of mark position measurement, for example.

本発明の一側面によれば、基板に形成されたマークを検出することにより前記基板の位置合わせを行う位置合わせ装置であって、前記基板を保持して移動するステージと、前記ステージによって保持された前記基板に形成された前記マークを撮像して前記マークの画像を得る撮像部と、前記画像を処理して前記マークの位置を求める処理を行う処理部と、を有し、前記処理部は、前記撮像部により前記マークを撮像して得られた複数の第1画像のそれぞれに対してコントラスト強調処理を行い、前記複数の第1画像のそれぞれよりも階調が粗い第2画像を得て、複数の前記第2画像を積算して生成された、前記第2画像よりも階調が細かい第3画像に基づいて前記マークの位置を求める、ことを特徴とする位置合わせ装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an alignment device that aligns a substrate by detecting a mark formed on the substrate, the alignment device comprising: a stage that holds and moves the substrate; an imaging unit that images the mark formed on the substrate held by the stage to obtain an image of the mark; and a processing unit that processes the image to determine a position of the mark, wherein the processing unit performs contrast enhancement processing on each of a plurality of first images obtained by imaging the mark with the imaging unit to obtain a second image having a coarser gradation than each of the plurality of first images, and determines the position of the mark based on a third image having a finer gradation than the second images, which is generated by accumulating a plurality of the second images.

本発明によれば、例えば、マーク位置計測の精度の向上に有利な位置合わせ装置を提供することができる。 The present invention can provide, for example, an alignment device that is advantageous in improving the accuracy of mark position measurement.

露光装置の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an exposure apparatus. アライメント処理のフローチャート。13 is a flowchart of an alignment process. コントラスト強調処理のフローチャート。13 is a flowchart of a contrast enhancement process. コントラスト強調処理を説明する図。5A to 5C are diagrams illustrating contrast enhancement processing. ヒストグラム拡張処理を説明する図。6A to 6C are diagrams for explaining a histogram extension process. コントラスト強調処理のフローチャート。13 is a flowchart of a contrast enhancement process.

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。 The following embodiments are described in detail with reference to the attached drawings. Note that the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Although the embodiments describe multiple features, not all of these multiple features are necessarily essential to the invention, and multiple features may be combined in any manner. Furthermore, in the attached drawings, the same reference numbers are used for the same or similar configurations, and duplicate explanations are omitted.

<第1実施形態>
本発明の一側面は、基板に形成されたマークを検出することにより基板の位置合わせを行う位置合わせ装置に関する。本発明に係る位置合わせ装置は、露光装置やインプリント装置等のリソグラフィ装置における原版と基板との位置合わせに適用されうるが、加工装置、検査装置、顕微鏡等の他の装置にも適用可能である。以下では、本発明に係る位置合わせ装置が露光装置に適用された例を説明する。
First Embodiment
One aspect of the present invention relates to an alignment apparatus that aligns a substrate by detecting a mark formed on the substrate. The alignment apparatus according to the present invention can be applied to alignment between an original and a substrate in a lithography apparatus such as an exposure apparatus or an imprint apparatus, but can also be applied to other apparatuses such as a processing apparatus, an inspection apparatus, and a microscope. An example in which the alignment apparatus according to the present invention is applied to an exposure apparatus will be described below.

図1は、第1実施形態における露光装置100の構成を示す図である。露光装置100は、基板Wを保持する基板チャックWCと、基板チャックWCを支持して基板Wを所定の位置にアライメントする基板ステージWSとを備える。露光装置100は、更に、原版Rのパターンを基板Wに転写するための露光光を射出する照明光学系ILと、露光光を基板W上に投影する投影光学系POとを備える。原版Rには回路パターンが描画されており、原版Rは、不図示の原版ステージによって支持されている。露光装置100は、更に、基板Wと原版Rの位置を計測するアライメント検出系Aを備える。アライメント検出系Aは、基板ステージWSによって保持された基板Wに形成されたマークを撮像してマークの画像を得る撮像部を含みうる。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an exposure apparatus 100 in the first embodiment. The exposure apparatus 100 includes a substrate chuck WC that holds a substrate W, and a substrate stage WS that supports the substrate chuck WC and aligns the substrate W to a predetermined position. The exposure apparatus 100 further includes an illumination optical system IL that emits exposure light for transferring a pattern of an original R onto the substrate W, and a projection optical system PO that projects the exposure light onto the substrate W. A circuit pattern is drawn on the original R, and the original R is supported by an original stage (not shown). The exposure apparatus 100 further includes an alignment detection system A that measures the positions of the substrate W and the original R. The alignment detection system A may include an imaging unit that captures an image of a mark formed on the substrate W held by the substrate stage WS to obtain an image of the mark.

アライメント処理装置APは、アライメント検出系A(撮像部)により得られた画像を処理してマークの位置を求める処理を行う処理部として機能する。アライメント処理装置APは、後述の位置検出処理を実行して基板Wに形成されたマークのパターンPの位置を検出する。制御装置CPは、露光処理を統括的に制御する。アライメント処理装置APおよび制御装置CPはそれぞれ、CPUとメモリとを含むコンピュータによって実現されうる。なお、アライメント処理装置APと制御装置CPは、独立した装置構成ではなくてもよい。例えば、アライメント処理装置APの機能は、制御装置CPが担う構成であってもよい。 The alignment processing device AP functions as a processing unit that processes the image obtained by the alignment detection system A (imaging unit) to determine the position of the mark. The alignment processing device AP detects the position of the mark pattern P formed on the substrate W by executing a position detection process described below. The control device CP performs overall control of the exposure process. The alignment processing device AP and the control device CP can each be realized by a computer including a CPU and memory. Note that the alignment processing device AP and the control device CP do not need to be independent device configurations. For example, the functions of the alignment processing device AP may be performed by the control device CP.

一例において、アライメント処理装置APがアライメント検出系Aを用いて原版Rと基板Wの相対的な位置を検出し、その検出結果に基づいて基板ステージWSを制御することにより、アライメントが行われる。その後、制御装置CPは、照明光学系ILを制御して露光光を射出し、原版Rに描画されたパターンを、投影光学系POを通して基板ステージWSに載置された基板W上に露光する。 In one example, the alignment processing device AP detects the relative positions of the original R and the substrate W using the alignment detection system A, and performs alignment by controlling the substrate stage WS based on the detection results. The control device CP then controls the illumination optical system IL to emit exposure light, and exposes the pattern drawn on the original R onto the substrate W placed on the substrate stage WS through the projection optical system PO.

次に、アライメント検出系Aによる原版Rと基板Wのアライメントについて説明する。光源LSからの照明光は、ビームスプリッタBSによって反射し、基板Wに形成されたマークのパターンPを照明する。パターンPからの回折光は、結像光学系LOによって所定の倍率に拡大され、センサS上にパターンPの像を形成する。センサSは形成された像を画像信号に光電変換し、アライメント処理装置APに入力する。アライメント処理装置APは、後述の位置検出処理によってパターンPの位置を計測する。以上のパターン位置計測を基板W上の複数点にわたって行い、計測したパターン位置情報を基に、基板ステージWSの位置を原版Rに対して合わせる。 Next, the alignment of the original R and the substrate W by the alignment detection system A will be described. Illumination light from the light source LS is reflected by the beam splitter BS and illuminates the pattern P of the mark formed on the substrate W. Diffracted light from the pattern P is magnified to a predetermined magnification by the imaging optical system LO, forming an image of the pattern P on the sensor S. The sensor S photoelectrically converts the formed image into an image signal and inputs it to the alignment processing device AP. The alignment processing device AP measures the position of the pattern P by a position detection process described below. The above pattern position measurement is performed for multiple points on the substrate W, and the position of the substrate stage WS is adjusted with respect to the original R based on the measured pattern position information.

次に、本実施形態の位置計測処理フローについて説明する。図2は、実施形態におけるアライメント処理のフローチャートである。S102で、制御装置CPは、不図示の基板搬送装置を制御して、基板Wを基板ステージWS上に搬入する。S103で、制御装置CPは、パターンPのプリアライメント位置(予め制御装置CPにおけるメモリに記憶されている)まで基板ステージWSを移動する。S104で、アライメント処理装置APは、基板ステージWSを止めた状態でアライメント検出系Aを制御して、基板WのマークのパターンPの領域を含む同一位置を複数回撮像する。この複数回の撮像により得られた複数の画像を、「パターン画像群1」とよぶ。パターン画像群1は、例えばアライメント処理装置APのメモリに格納される。 Next, the position measurement process flow of this embodiment will be described. FIG. 2 is a flow chart of the alignment process in this embodiment. In S102, the control device CP controls the substrate transport device (not shown) to load the substrate W onto the substrate stage WS. In S103, the control device CP moves the substrate stage WS to the pre-alignment position of the pattern P (prestored in the memory of the control device CP). In S104, the alignment processing device AP controls the alignment detection system A with the substrate stage WS stopped to capture multiple images of the same position including the area of the pattern P of the mark on the substrate W. The multiple images obtained by capturing these multiple images are called "pattern image group 1". Pattern image group 1 is stored, for example, in the memory of the alignment processing device AP.

S105で、アライメント処理装置APは、パターン画像群1に対してコントラスト強調処理を実行するか否かを判定する。例えば、コントラスト強調処理を実行するか否かの設定値がデフォルトで規定されており、その設定値はユーザによる操作によって変更されうる。コントラスト強調処理を実行する場合は、S106で、アライメント処理装置APはパターン画像群1に対してコントラスト強調処理を実行する。コントラスト強調処理によって得られた画像を、「パターン画像3」とよぶ。パターン画像3は、例えばアライメント処理装置APのメモリに格納される。なお、コントラスト強調処理を実行しない場合は、アライメント処理装置APは、パターン画像群1から所定の1枚の画像を選択する、または、パターン画像群1のうちの所定の複数枚を合成することにより、パターン画像3を得る。 In S105, the alignment processing device AP determines whether or not to perform contrast enhancement processing on the pattern image group 1. For example, a setting value for whether or not to perform contrast enhancement processing is specified by default, and the setting value can be changed by a user operation. If contrast enhancement processing is to be performed, in S106, the alignment processing device AP performs contrast enhancement processing on the pattern image group 1. The image obtained by the contrast enhancement processing is called "pattern image 3." Pattern image 3 is stored, for example, in the memory of the alignment processing device AP. Note that, if contrast enhancement processing is not to be performed, the alignment processing device AP obtains pattern image 3 by selecting a specific image from the pattern image group 1, or by combining a specific number of images from the pattern image group 1.

S107で、アライメント処理装置APは、パターン画像3に対して、予めアライメント処理装置APのメモリに記憶されているテンプレートを用いてパターンマッチング(テンプレートマッチング)処理を実行する。パターンマッチング処理は、基板WのマークのパターンPの理想形状が離散的な複数の特徴点で表されたテンプレートを用いて、パターン画像3内でパターンPの位置を探索し、パターンPの位置を求める処理である。具体的には、相関度(類似度)が最大となる位置が探索され、その位置がプリアライメント位置(計測値)として決定される。求められたパターンPのプリアライメント位置の情報は、制御処理装置CPに転送される。 In S107, the alignment processing device AP performs pattern matching (template matching) processing on the pattern image 3 using a template previously stored in the memory of the alignment processing device AP. The pattern matching processing is a process of searching for and determining the position of the pattern P in the pattern image 3 using a template in which the ideal shape of the pattern P of the mark on the substrate W is represented by a plurality of discrete feature points. Specifically, the position at which the degree of correlation (similarity) is maximum is searched for, and this position is determined as the pre-alignment position (measurement value). Information on the determined pre-alignment position of the pattern P is transferred to the control processing device CP.

S108で、制御処理装置CPは、プリアライメント位置の情報に基づいて、基板ステージWSを、ファインアライメント計測を行う位置に移動する。その後、S109で、アライメント処理装置APは、基板Wのファインアライメントを実行し、算出されるパターンPの位置情報から、基板Wの位置情報を求める。 In S108, the control processing device CP moves the substrate stage WS to a position where fine alignment measurement is performed based on the pre-alignment position information. Then, in S109, the alignment processing device AP performs fine alignment of the substrate W, and obtains position information of the substrate W from the calculated position information of the pattern P.

以上のアライメント処理の終了後、制御装置CPは、ファインアライメントにより算出された基板Wの位置情報と、原版Rの位置情報とに基づいて、基板ステージWSを移動し、露光を行う。 After the above alignment process is completed, the control device CP moves the substrate stage WS and performs exposure based on the position information of the substrate W calculated by fine alignment and the position information of the original R.

なお、本発明におけるコントラスト強調処理およびパターンマッチング処理は、上記のようにプリアライメント位置の算出処理においてのみ行われるとは限らない。コントラスト強調処理およびパターンマッチング処理は、ファインアライメントにおいて行われてもよい。また、プリアライメントは必ずしも行われる必要はなく、プリアライメントを行わずにファインアライメントが行われてもよい。 The contrast enhancement process and pattern matching process in the present invention are not necessarily performed only in the calculation process of the prealignment position as described above. The contrast enhancement process and pattern matching process may be performed in fine alignment. Also, prealignment does not necessarily have to be performed, and fine alignment may be performed without prealignment.

また、本実施形態における位置計測演算は、必ずしも画像のパターンマッチング処理でなくともよく、パターン画像の位置計測を行うことができる位置計測演算であればよい。例えば、コントラスト強調処理が行われた画像を、非計測方向(例えば位置計測方向と直交する方向)に積算して得られる一次元信号に対して、一次元信号パターンとのマッチングにより位置計測演算を行ってもよい。 The position measurement calculation in this embodiment does not necessarily have to be a pattern matching process of an image, but may be any position measurement calculation that can measure the position of a pattern image. For example, a position measurement calculation may be performed by matching a one-dimensional signal pattern to a one-dimensional signal obtained by integrating an image that has been subjected to contrast enhancement processing in a non-measurement direction (e.g., a direction perpendicular to the position measurement direction).

次に、図3のフローチャートを参照して、S106におけるコントラスト強調処理を説明する。S202で、アライメント処理装置APは、S104で得られたパターン画像群1のうち、後述のヒストグラム拡張処理が済んでいるパターン画像の枚数をカウントする。S203で、アライメント処理装置APは、S202でカウントされた画像枚数から、パターン画像群1の全てにヒストグラム拡張処理を実行したか否かを判定する。 Next, the contrast enhancement process in S106 will be described with reference to the flowchart in FIG. 3. In S202, the alignment processing device AP counts the number of pattern images in the pattern image group 1 obtained in S104 that have undergone the histogram expansion process described below. In S203, the alignment processing device AP determines, from the number of images counted in S202, whether or not the histogram expansion process has been performed on all of the pattern image group 1.

ヒストグラム拡張処理が実行されていないパターン画像がある場合は、S204で、アライメント処理装置APは、そのうちの1枚のパターン画像内の最大画素値および最小画素値を算出する。S205で、アライメント処理装置APは、算出された最大画素値および最小画素値に基づいて、パターン画像のヒストグラム拡張を行う。 If there are pattern images for which the histogram expansion process has not been performed, in S204, the alignment processing device AP calculates the maximum pixel value and the minimum pixel value in one of the pattern images. In S205, the alignment processing device AP performs histogram expansion of the pattern image based on the calculated maximum pixel value and minimum pixel value.

その後、S202で再度、アライメント処理装置APは、ヒストグラム拡張処理済みのパターン画像の枚数をカウントし、パターン画像群1の全てに対してヒストグラム拡張処理が行われるまで上記処理を繰り返す。これにより、パターン画像群1に対してヒストグラム拡張処理が行われた画像群であるパターン画像群2が生成される。 Then, in S202, the alignment processing device AP again counts the number of pattern images that have been subjected to the histogram expansion process, and repeats the above process until the histogram expansion process has been performed on all of the pattern image group 1. This generates pattern image group 2, which is an image group in which the histogram expansion process has been performed on the pattern image group 1.

S203でパターン画像群1の全てに対してヒストグラム拡張処理が実行されたと判定された後、S206で、アライメント処理装置APは、パターン画像群2を合成して合成画像を生成する。合成画像の生成は、例えば、パターン画像群2の全ての画像の各画素の画素値を積算することにより行われうる。あるいは、合成画像の生成は、パターン画像群2のうちの所定の複数枚の画像の各画素の画素値を積算することにより行われてもよい。 After it is determined in S203 that the histogram extension process has been performed on all of the pattern image group 1, in S206 the alignment processing device AP synthesizes the pattern image group 2 to generate a composite image. The composite image can be generated, for example, by accumulating the pixel values of each pixel of all the images in the pattern image group 2. Alternatively, the composite image can be generated by accumulating the pixel values of each pixel of a predetermined number of images in the pattern image group 2.

上記の例において、コントラスト強調処理は、パターン画像群1のそれぞれについてヒストグラムにおける輝度領域を拡張するヒストグラム拡張処理である。図4には、本実施形態のコントラスト強調処理であるヒストグラム拡張処理によって、パターン画像群1(またはそのうちの複数枚の画像)から、高コントラストのパターン画像3を生成する工程における、画像ヒストグラムの変化が示されている。ヒストグラム拡張が行われる前の複数枚(図4ではN枚)のパターン画像群1はそれぞれコントラストが低く、輝度分布がある輝度に偏ったヒストグラムになっている。例えば、N=5で、画像の階調は0~255の8bit階調とし、各画像の画素1の画素値がそれぞれ19,19,23,18,18であり、画素2の画素がそれぞれ19,22,17,22,19であるとする。また、5枚の画像の最大画素値はそれぞれ43,43,44,44,45であり、最小画素値はそれぞれ8,9,9,9,7であるとする。各画像の同一画素で画素値がばらつく理由は、撮像時に生じるノイズが原因である。 In the above example, the contrast enhancement process is a histogram expansion process that expands the luminance region in the histogram for each of the pattern image group 1. FIG. 4 shows the change in the image histogram in the process of generating a high-contrast pattern image 3 from the pattern image group 1 (or a plurality of images therein) by the histogram expansion process, which is the contrast enhancement process of this embodiment. Each of the plurality of pattern image groups 1 (N images in FIG. 4) before the histogram expansion is performed has a low contrast and a histogram biased toward a certain luminance distribution. For example, assume that N=5, the image gradation is 8-bit gradation from 0 to 255, the pixel values of pixel 1 of each image are 19, 19, 23, 18, 18, and the pixel values of pixel 2 of each image are 19, 22, 17, 22, 19, respectively. Also assume that the maximum pixel values of the five images are 43, 43, 44, 44, 45, and the minimum pixel values are 8, 9, 9, 9, 7, respectively. The pixel values vary for the same pixel in each image due to noise that occurs during imaging.

N枚のパターン画像群1の各々に対してヒストグラム拡張処理を行うと、ヒストグラムが引き延ばされ、コントラストが向上したN枚のパターン画像群2が生成される。一方、個々の画像のヒストグラムは、輝度が断続的に分布しており、階調が粗くなっている。上記具体例においては、後述の線形変換によるヒストグラム拡張を行うと、5枚のパターン画像群2の画素1の画素値はそれぞれ、例えば80,75,102,18,65となり、画素2の画素値はそれぞれ80,97,58,94,80となる。1枚目の画素1、画素2の画素値はヒストグラム拡張前、ヒストグラム拡張後で同じになる。したがって、ヒストグラム拡張後の輝度は断続的に分布するようになり、階調が粗くなる。一方、ノイズの影響で2枚目以降は異なる画素値をとる。最後に、N枚のヒストグラム拡張処理実行後のパターン画像群を積算することで、コントラストが高く、階調が細かいパターン画像3が得られる。 When the histogram expansion process is performed on each of the N pattern image groups 1, the histogram is stretched, and N pattern image groups 2 with improved contrast are generated. On the other hand, the histograms of the individual images have intermittent luminance distribution and coarse gradation. In the above specific example, when the histogram expansion is performed by linear conversion described below, the pixel values of pixel 1 of the five pattern image groups 2 are, for example, 80, 75, 102, 18, and 65, and the pixel values of pixel 2 are 80, 97, 58, 94, and 80, respectively. The pixel values of pixel 1 and pixel 2 of the first image are the same before and after the histogram expansion. Therefore, the luminance after the histogram expansion is distributed intermittently, and the gradation becomes coarse. On the other hand, due to the influence of noise, the second and subsequent images have different pixel values. Finally, by accumulating the N pattern image groups after the histogram expansion process, a pattern image 3 with high contrast and fine gradation is obtained.

上記具体例においては、パターン画像群2の画素1の平均値は79であり、画素2の平均値は82となり、1枚目では同じ画素値であった画素同士が異なる画素値になる。上記2画素同士の例について、全画素で同じことが言える。積算後の各画素の画素値は、積算後の同一画素における画素値の、ノイズによるばらつきを反映しており、積算前には同じ画素値であった画素同士が、積算後に異なる画素値をとるようになるため、コントラストが高く、階調が細かい画像が生成される。 In the above specific example, the average value of pixel 1 in pattern image group 2 is 79, and the average value of pixel 2 is 82, so that pixels that had the same pixel value in the first image now have different pixel values. The same can be said for all pixels in the above example of two pixels. The pixel value of each pixel after accumulation reflects the variation in pixel value of the same pixel after accumulation due to noise, and pixels that had the same pixel value before accumulation now have different pixel values after accumulation, resulting in an image with high contrast and fine gradation.

なお、上記の例では複数の画像の数を表すNを5としたが、これは説明を簡単にするための例示にすぎない。 Note that in the above example, N, which represents the number of images, is set to 5, but this is merely an example to simplify the explanation.

次に、図3のS204、S205に示すヒストグラム拡張処理について、画素値を直接、線形変換する方法を例にとって説明する。 Next, the histogram expansion process shown in S204 and S205 of FIG. 3 will be explained using an example of a method for directly linearly converting pixel values.

まず、入力された画像の注目領域の、最大画素値と最小画素値が算出される。次に、例えば、算出された最大画素値が当該画像の階調の最大値に、算出された最小画素値が当該画像の階調の最小値に変換される輝度変換式が求められる。そして、当該画像の各画素の画素値が、算出された輝度変換式に従って変換される。ただし、変換後の最大画素値と最小画素値は、利用している階調の最大値と最小値を必ずしもとらなくてよい。最大画素値がそれよりも大きい値に変換され、最小画素値がそれよりも小さい値に変換される輝度変換式が求められればよい。 First, the maximum pixel value and minimum pixel value of the region of interest of the input image are calculated. Next, a luminance conversion equation is found that converts, for example, the calculated maximum pixel value into the maximum value of the gradation of the image, and the calculated minimum pixel value into the minimum value of the gradation of the image. The pixel values of each pixel of the image are then converted according to the calculated luminance conversion equation. However, the maximum pixel value and minimum pixel value after conversion do not necessarily have to be the maximum and minimum values of the gradation being used. It is sufficient to find a luminance conversion equation that converts the maximum pixel value into a value larger than that, and the minimum pixel value into a value smaller than that.

図5の(A)、(B)、(C)には、輝度変換式によって、入力画像の輝度が変換される様子が示されている。図5において、(A)は入力画像のヒストグラム、(B)はヒストグラム拡張処理後の出力画像のヒストグラムであり、横軸は輝度、縦軸はある輝度が画像内に出現する頻度を示している。(C)は、入力画像と出力画像の輝度値を対応付ける輝度変換式の特性を示すグラフであり、縦軸が入力画像の輝度値、横軸が出力画像の輝度値に対応する。 Figure 5 (A), (B), and (C) show how the luminance of an input image is converted by the luminance conversion formula. In Figure 5, (A) is a histogram of the input image, and (B) is a histogram of the output image after histogram expansion processing, with the horizontal axis representing luminance and the vertical axis representing the frequency with which a certain luminance appears in the image. (C) is a graph showing the characteristics of the luminance conversion formula that associates the luminance values of the input image and the output image, with the vertical axis corresponding to the luminance value of the input image and the horizontal axis corresponding to the luminance value of the output image.

なお、上記したヒストグラム拡張処理はコントラスト強調処理の一例であり、本発明は上記のヒストグラム拡張処理に限定するものではない。上記ヒストグラム拡張処理に代えて、ヒストグラムのレベルを平坦化するヒストグラム平坦化処理が用いられてもよい。 The above-described histogram expansion process is an example of a contrast enhancement process, and the present invention is not limited to the above-described histogram expansion process. Instead of the above-described histogram expansion process, a histogram flattening process that flattens the histogram levels may be used.

<第2実施形態>
上述の第1実施形態では、二次元信号のパターンマッチング処理が行われることを前提としていたが、第2実施形態では、一次元信号のパターンマッチング処理が行われることを前提とする。そのため、第2実施形態では、図2のS104において、基板WのマークのパターンPの画像を複数枚撮像する替わりに、単一の画像(以下「パターン画像4」)を撮像する処理が行われる。また、図2のS106のコントラスト強調処理として、図3に示す処理の替わりに、図6のフローチャートに示す処理が行われる。本実施形態では、単一のパターン画像4から計測方向の一次元信号を生成し、パターンPのXY位置を計測することで、原版Rと基板Wとのアライメントが行われる。なお、本実施形態におけるヒストグラム拡張処理は、第1実施形態で説明したヒストグラム拡張処理において、処理対象を二次元の画像信号から一次元信号に置き換えた処理である。
Second Embodiment
In the first embodiment described above, it is assumed that a pattern matching process of a two-dimensional signal is performed, but in the second embodiment, it is assumed that a pattern matching process of a one-dimensional signal is performed. Therefore, in the second embodiment, instead of capturing a plurality of images of the pattern P of the mark on the substrate W in S104 of FIG. 2, a process of capturing a single image (hereinafter, "pattern image 4") is performed. In addition, as the contrast enhancement process in S106 of FIG. 2, the process shown in the flowchart of FIG. 6 is performed instead of the process shown in FIG. 3. In this embodiment, a one-dimensional signal in the measurement direction is generated from the single pattern image 4, and the XY position of the pattern P is measured, thereby performing alignment between the original R and the substrate W. Note that the histogram extension process in this embodiment is a process in which the processing target is replaced from a two-dimensional image signal to a one-dimensional signal in the histogram extension process described in the first embodiment.

図6のフローチャートを参照して、本実施形態におけるS106のコントラスト強調処理を説明する。この処理においては、パターンPの第1方向およびそれと直交する第2方向(例えば、X方向およびY方向)それぞれの、位置計測用の一次元信号を生成し、それぞれの一次元信号に対してヒストグラム拡張処理が行われる。以下では、ここで生成される一次元信号の方向(X方向/Y方向)を「信号生成方向」という。 The contrast enhancement process of S106 in this embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG. 6. In this process, one-dimensional signals for position measurement are generated in each of the first direction of the pattern P and the second direction perpendicular thereto (e.g., the X direction and the Y direction), and histogram extension processing is performed on each one-dimensional signal. Hereinafter, the direction (X direction/Y direction) of the one-dimensional signal generated here will be referred to as the "signal generation direction."

S302で、アライメント処理装置APは、S104で得られたパターン画像4の信号生成方向(第1方向、例えばX方向)に関して、所定の画素範囲内におけるヒストグラム拡張処理済みの画素列数をカウントする。S303で、アライメント処理装置APは、S302でカウントされたヒストグラム拡張処理済みの画素列数が規定数に達したか否かを判定する。 In S302, the alignment processing device AP counts the number of pixel columns that have undergone histogram expansion processing within a predetermined pixel range in the signal generation direction (first direction, for example, X direction) of the pattern image 4 obtained in S104. In S303, the alignment processing device AP determines whether the number of pixel columns that have undergone histogram expansion processing counted in S302 has reached a specified number.

カウントされたヒストグラム拡張処理済みの画素列数が規定数に達していない場合は、S304およびS305におけるヒストグラム拡張処理が実行される。S304では、アライメント処理装置APは、所定の画素範囲内における、ヒストグラム拡張処理を行っていない1列の画素列(注目画素列)内の最大画素値および最小画素値を算出する。S305で、アライメント処理装置APは、算出された最大画素値および最小画素値に基づいて、注目画素列のヒストグラム拡張を行う。 If the counted number of pixel columns that have undergone histogram expansion processing does not reach a specified number, histogram expansion processing is performed in S304 and S305. In S304, the alignment processing device AP calculates the maximum pixel value and minimum pixel value in one pixel column (a pixel column of interest) within a specified pixel range that has not undergone histogram expansion processing. In S305, the alignment processing device AP performs histogram expansion of the pixel column of interest based on the calculated maximum pixel value and minimum pixel value.

その後、S302で再度、アライメント処理装置APは、ヒストグラム拡張処理済みの画素列数をカウントし、規定数の画素列に対してヒストグラム拡張処理が行われるまで上記処理を繰り返す。これにより、撮像により得られたパターン画像4の所定の画素範囲内に対して第1方向(X方向)の画素列ごとにヒストグラム拡張処理が行われた画像信号群であるパターン画像信号群5が生成される。 Then, in S302, the alignment processing device AP again counts the number of pixel columns that have been subjected to the histogram expansion process, and repeats the above process until the histogram expansion process has been performed on a prescribed number of pixel columns. This generates a pattern image signal group 5, which is an image signal group in which the histogram expansion process has been performed for each pixel column in the first direction (X direction) within a predetermined pixel range of the pattern image 4 obtained by imaging.

なお、ヒストグラム拡張処理の内容は第1実施形態と同様であり、第1方向(X方向)の複数の画素列および第2方向(Y方向)の複数の画素列のそれぞれについて、S304で最大画素値および最小画素値が求められる。次に、最大画素値がそれよりも大きい値に変換され、最小画素値がそれよりも小さい値に変換される輝度変換式が求められる。その後、各画素の画素値が輝度変換式に従って変換される。また、上記ヒストグラム拡張処理に代えて、ヒストグラムのレベルを平坦化するヒストグラム平坦化処理が用いられてもよい。 The contents of the histogram expansion process are the same as those in the first embodiment, and the maximum pixel value and the minimum pixel value are found in S304 for each of a plurality of pixel rows in the first direction (X direction) and a plurality of pixel rows in the second direction (Y direction). Next, a luminance conversion equation is found that converts the maximum pixel value to a value greater than the maximum pixel value and the minimum pixel value to a value less than the maximum pixel value. After that, the pixel value of each pixel is converted according to the luminance conversion equation. Also, instead of the above histogram expansion process, a histogram flattening process that flattens the histogram levels may be used.

S303でパターン画像4の所定の画素範囲内に対してヒストグラム拡張処理が実行されたと判定された後、S306が実行される。S306では、アライメント処理装置APは、パターン画像信号群5を非信号生成方向(第2方向、例えばY方向)に積算して、信号生成方向の一次元の画像信号である第1画像信号(「パターン画像信号6」という。)を生成する。 After it is determined in S303 that the histogram extension process has been performed on a predetermined pixel range of the pattern image 4, S306 is executed. In S306, the alignment processing device AP accumulates the pattern image signal group 5 in the non-signal generation direction (second direction, for example, the Y direction) to generate a first image signal (referred to as "pattern image signal 6"), which is a one-dimensional image signal in the signal generation direction.

その後、S307で、アライメント処理装置APは、全ての信号生成方向(X方向およびY方向)に対して信号の生成が完了したか否かを判定する。全ての信号生成方向に対して信号生成が終了していなければ、S308で、アライメント処理装置APは、信号生成方向を変更して、上記処理(S302~S306)を、全ての信号生成方向の信号生成が終了するまで繰り返す。以上により、最終的に、X方向およびY方向の位置計測用の一次元信号が生成される。これにより、ヒストグラム拡張処理が行われた第2方向(Y方向)の複数の画素列の画像信号が第1方向(X方向)に積算されて得た一次元の画像信号である第2画像信号が生成される。 Then, in S307, the alignment processing device AP determines whether signal generation has been completed for all signal generation directions (X direction and Y direction). If signal generation has not been completed for all signal generation directions, in S308, the alignment processing device AP changes the signal generation direction and repeats the above process (S302 to S306) until signal generation has been completed for all signal generation directions. As a result, one-dimensional signals for position measurement in the X direction and Y direction are finally generated. This generates a second image signal, which is a one-dimensional image signal obtained by integrating the image signals of multiple pixel columns in the second direction (Y direction) for which histogram extension processing has been performed in the first direction (X direction).

その後、第1実施形態で説明したように、処理はS107に進む。S107では、第1画像信号および第2画像信号に基づいてマークの位置を求める処理が行われる。 Then, as described in the first embodiment, the process proceeds to S107. In S107, the process determines the position of the mark based on the first image signal and the second image signal.

なお、S306で行う非信号生成方向への一次元信号群の積算は、必ずしもS303で既定の画素列数に達したことを判定した後に行われなくてもよい。例えば、S305でヒストグラム拡張された画素列を逐次積算して生成した信号を、最終的な計測信号としてもよい。 The accumulation of the one-dimensional signal group in the non-signal generating direction performed in S306 does not necessarily have to be performed after it is determined in S303 that the number of pixel columns has reached the preset number. For example, the signal generated by sequentially accumulating the pixel columns whose histograms have been expanded in S305 may be used as the final measurement signal.

<物品製造方法の実施形態>
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
<Embodiment of an article manufacturing method>
The article manufacturing method according to the embodiment of the present invention is suitable for manufacturing articles such as microdevices such as semiconductor devices and elements having fine structures. The article manufacturing method according to the present embodiment includes a step of forming a latent image pattern on a photosensitive agent applied to a substrate using the above-mentioned exposure apparatus (a step of exposing the substrate) and a step of developing the substrate on which the latent image pattern has been formed in the step. Furthermore, the manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, etc.). The article manufacturing method according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article compared to conventional methods.

(他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Other Embodiments
The present invention can also be realized by a process in which a program for implementing one or more of the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or device read and execute the program. The present invention can also be realized by a circuit (e.g., ASIC) for implementing one or more of the functions.

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。 The invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following claims are appended to disclose the scope of the invention.

100:露光装置、W:基板、R:原版、WC:基板チャック、WS:基板ステージ、A:アライメント検出系、IL:照明光学系、PO:投影光学系、BS:ビームスプリッタ、LS:光源、AP:アライメント処理装置、CP:制御処理装置 100: exposure device, W: substrate, R: original, WC: substrate chuck, WS: substrate stage, A: alignment detection system, IL: illumination optical system, PO: projection optical system, BS: beam splitter, LS: light source, AP: alignment processing device, CP: control processing device

Claims (10)

基板に形成されたマークを検出することにより前記基板の位置合わせを行う位置合わせ装置であって、
前記基板を保持して移動するステージと、
前記ステージによって保持された前記基板に形成された前記マークを撮像して前記マークの画像を得る撮像部と、
前記画像を処理して前記マークの位置を求める処理を行う処理部と、を有し、
前記処理部は、
前記撮像部により前記マークを撮像して得られた複数の第1画像のそれぞれに対してコントラスト強調処理を行い、前記複数の第1画像のそれぞれよりも階調が粗い第2画像を得て、
複数の前記第2画像を積算して生成された、前記第2画像よりも階調が細かい第3画像に基づいて前記マークの位置を求める、
ことを特徴とする位置合わせ装置。
1. An alignment apparatus for aligning a substrate by detecting a mark formed on the substrate, comprising:
a stage for holding and moving the substrate;
an imaging unit that captures an image of the mark formed on the substrate held by the stage to obtain an image of the mark;
a processing unit for processing the image to determine the position of the mark,
The processing unit includes:
performing contrast enhancement processing on each of a plurality of first images obtained by imaging the mark with the imaging unit, thereby obtaining a second image having a coarser gradation than each of the plurality of first images;
determining the position of the mark based on a third image which is generated by integrating a plurality of the second images and has finer gradations than the second images;
An alignment device comprising:
前記コントラスト強調処理は、前記複数の第1画像のそれぞれについて、ヒストグラムにおける輝度領域を拡張するヒストグラム拡張処理であることを特徴とする請求項1に記載の位置合わせ装置。 2 . The alignment apparatus according to claim 1 , wherein the contrast enhancement process is a histogram expansion process that expands a luminance region in a histogram for each of the plurality of first images. 前記ヒストグラム拡張処理は、前記複数の第1画像のそれぞれについて、
最大画素値および最小画素値を求め、
前記最大画素値がそれよりも大きい値に変換され、前記最小画素値がそれよりも小さい値に変換される輝度変換式を求め、
各画素の画素値を前記輝度変換式に従って変換する処理を含む、ことを特徴とする請求項2に記載の位置合わせ装置。
The histogram extension process includes, for each of the plurality of first images,
Find the maximum and minimum pixel values,
determining a luminance conversion formula for converting the maximum pixel value to a value greater than the maximum pixel value and converting the minimum pixel value to a value smaller than the minimum pixel value;
3. The alignment apparatus according to claim 2, further comprising a process for converting a pixel value of each pixel in accordance with the luminance conversion formula.
前記コントラスト強調処理は、前記複数の第1画像のそれぞれについて、ヒストグラムのレベルを平坦化するヒストグラム平坦化処理である、ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせ装置。 2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein the contrast enhancement processing is a histogram equalization processing for equalizing a histogram level for each of the plurality of first images. 前記第1画像は、前記ステージを止めた状態で前記撮像部により撮像して得られる、ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせ装置。 The alignment device according to claim 1, characterized in that the first image is obtained by capturing an image with the imaging unit while the stage is stopped. 複数の前記2画像は、前記撮像部により前記マークを複数回撮像して得られた前記複数の1画像のそれぞれに対してコントラスト強調処理を行うことにより得られる、ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせ装置。 2. The alignment device according to claim 1, wherein the second images are obtained by performing contrast enhancement processing on each of the first images obtained by imaging the mark a plurality of times with the imaging unit. 基板に形成されたマークの位置を求める方法であって、
前記基板の前記マークを撮像して得られた複数の第1画像のそれぞれに対してコントラスト強調処理を行い、前記複数の第1画像のそれぞれよりも階調が粗い第2画像を得る工程と、
複数の前記第2画像を積算して生成された、前記第2画像よりも階調が細かい第3画像を得る工程と、
前記第3画像に基づいて前記マークの位置を求める工程と、
を有することを特徴とする方法。
1. A method for determining a position of a mark formed on a substrate, comprising the steps of:
performing contrast enhancement processing on each of a plurality of first images obtained by capturing images of the mark on the substrate, to obtain a second image having a coarser gradation than each of the plurality of first images;
obtaining a third image having finer gradations than the second images, the third image being generated by integrating a plurality of the second images;
determining a position of the mark based on the third image;
The method according to claim 1, further comprising:
コンピュータに請求項7に記載の方法の各工程を実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute each step of the method according to claim 7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の位置合わせ装置を備え、
前記位置合わせ装置のステージによって保持された基板に、原版のパターンを転写するように構成されている、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
An alignment device according to any one of claims 1 to 6,
A lithography apparatus configured to transfer a pattern of an original onto a substrate held by a stage of the alignment apparatus.
請求項9に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
前記パターンが形成された基板を加工する工程と、を有し、前記加工された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。
forming a pattern on a substrate using a lithographic apparatus according to claim 9;
a step of processing the substrate on which the pattern is formed, wherein the method for manufacturing an article is characterized by manufacturing an article from the processed substrate.
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