アライメントマークの検出装置
【課題】ワーク・アライメントマーク（ワークマーク）の見え方が異なったとしても、ワークマークを正しく検出することができるようにすること。
【解決手段】作業者は、暗視野照明手段である照明手段１０ｃの高さをワークマークがクリアに見える位置に設定し、アライメント顕微鏡１０によりワークＷ上のワークマークＷＡＭ像を撮像し、登録パターンとして制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。ワークマークを検出する際、制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃは、照明手段移動手段５により照明手段１０ｃの高さを変化させながら、アライメント顕微鏡１０によりワークＷ上をサーチし、ワークＷ上のパターンと登録パターンとを比較して一致度を求め、一致度が高いパターンが見つかると、このパターンをワークマークとして検出する。このワークマークを使って位置合わせ制御部１１ｅはマスクＭとワークＷの位置合せを行う。
【解決手段】作業者は、暗視野照明手段である照明手段１０ｃの高さをワークマークがクリアに見える位置に設定し、アライメント顕微鏡１０によりワークＷ上のワークマークＷＡＭ像を撮像し、登録パターンとして制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。ワークマークを検出する際、制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃは、照明手段移動手段５により照明手段１０ｃの高さを変化させながら、アライメント顕微鏡１０によりワークＷ上をサーチし、ワークＷ上のパターンと登録パターンとを比較して一致度を求め、一致度が高いパターンが見つかると、このパターンをワークマークとして検出する。このワークマークを使って位置合わせ制御部１１ｅはマスクＭとワークＷの位置合せを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクに形成されたマスク・アライメントマーク（マスクマーク）と、ワークに形成されたワーク・アライメントマーク（ワークマーク）とを検出して、両者が、あらかじめ設定した位置関係になるように位置合せ（アライメント）を行い、マスクを介してワークに光を照射する露光装置などに用いられる、ワーク・アライメントマークを検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、プリント基板、液晶基板等のパターンをフォトリソグラフィにより製造する工程においては、露光装置が使用される。露光装置は、マスクパターンを形成したマスクと、そのパターンが転写されるワークを所定の位置関係に位置合わせし、その後、マスクを介して露光光を含む光を照射する。これにより、マスクパターンがワークに転写（露光）される。
露光装置におけるマスクとワークの位置合せは、一般に次のようにして行なわれる（例えば特許文献１参照）。
マスクに形成されたマスクマークと、ワークに形成されたワークマークとを、アライメント顕微鏡によって検出する。検出データを画像処理し、それぞれの位置座標を求め、両者の位置があらかじめ設定された位置関係になるように、マスクまたはワークを移動させて行なう。マスクとワークは、平面内の２方向（Ｘ方向とＹ方向）及び回転方向（θ方向）の位置合せを行わねばならない。したがって、マスクマークとワークマークは、それぞれ２ヶ所以上形成される。
【０００３】
図１０に、ワークマークを検出するアライメント顕微鏡１０の概略構成を示す。なお、上記したように、マスクマークとワークマークはそれぞれ２ヶ所以上形成されており、したがって、アライメント顕微鏡１０もそれに応じて２ヶ所以上設けられるが、同図では、１個（１ヶ所）のみ示している。アライメント顕微鏡１０は、ハーフミラー１０ａ、レンズＬ１、Ｌ２とＣＣＤカメラ１０ｂから構成されている。
１１は画像処理等を行なう制御部、１２はモニタ、ＷはワークマークＷＡＭが形成されたワークである。
同図において、ワークマークＷＡＭの検出（パターンサーチ）は以下のようにして行なう。
【０００４】
Ａ）ワークマークの登録
ワークマークＷＡＭの検出に先立って、まず、検出するワークマークのパターンを制御部１１に登録する。
ワークマークＷＡＭとしては、例えば図１１（ａ）に示す十字形のマークが使用され、制御部１１には、図１１（ｂ）に示すように、モニタの１画素を単位とし、十字形のワークマークとその背景とを含めてひとつのパターンとして登録される。即ち、同図では説明を容易にするために、画素数を５×５としているが、画面中央の５画素が十字形に黒く、その周辺の２０画素が白いというパターンが登録される。
具体的には、検出したいワークマークＷＡＭを形成したサンプル基板をアライメント顕微鏡の下に置き、照明光を当てて照明する。
アライメント顕微鏡（例えば倍率３倍）１０によって、登録するワークマークＷＡＭを検出する。モニタ１２には、アライメント顕微鏡１０が取り込んで制御部１１が画像処理できる範囲（例えば図１２に示すように１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）が写し出される。
【０００５】
次に、登録するワークマークＷＡＭ全体が入るように、モニタ１２上でワークマーク登録用の仮想線（図１２の点線）によってワークマークＷＡＭを囲み、制御部１１にワークマークＷＡＭを登録する。制御部１１は上記仮想線に囲まれた画素を単位として、そのコントラストによりワークマークＷＡＭを記憶する。これにより、ワークマークＷＡＭの登録作業が終了する。
ワークマークＷＡＭの大きさは、ワークの種類、ユーザ、工程によって様々であるが、例えば、ワークマークＷＡＭを囲む仮想線の大きさが、図１２に示すように２００μｍ〜７００μｍになるものがしばしば使われる。
ワークマークＷＡＭの形状もまた、上記と同じ理由でさまざまであり図１１に示したような十字型には限られない。図１３（ａ）に示すように丸型のものや、同図（ｂ）に示すように規則的なパターンを１組としてアライメントマークにしたものなど多数ある。いずれにせよ、１つのワークマークのパターン全体が含まれるように登録範囲を設定する。
【０００６】
Ｂ）パターンサーチ
次に、実際のワークマークＷＡＭを検出する。アライメント顕微鏡の下から、ワークマークのパターン登録に使用したサンプル基板を取り除き、実際にパターンが形成された基板（ワーク）を置く。顕微鏡の倍率は、上記でパターンを登録した同じ倍率（３倍）である。
図１０に示すように、アライメントユニット１０のハーフミラー１０ａを介して照明光をワークＷ上のワークマークＷＡＭに照射し、ＣＣＤカメラ１０ｂによりワークマークＷＡＭを受像する。そしてモニタ１２に映し出されたワークマークＷＡＭの像を制御部１１に入力し、モニタ１２の画素を単位として座標データに変換する。
制御部１１は、前記した登録パターンと、受像したワークマークＷＡＭの像を比較する。例えば、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１１（ｃ）に示す検出パターンＡである場合、登録パターンと６０％一致しているので、スコア（相関値）６０として認識する。
また同様に、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１１（ｄ）に示す検出パターンＢである場合、登録パターンと８０％一致しているので、スコア８０として認識する。さらに、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１１（ｅ）に示す検出パターンＣの場合、１００％一致しているので、スコア１００として認識する。
【０００７】
上記のようにして、モニタに映し出された全領域をパターンサーチし、スコアが最も１００に近い（最も高い）位置を、ワークマークＷＡＭの位置（ワークマークＷＡＭが検出されている位置）として認識し、その位置座標をワークマークの位置座標として記憶する。
具体的には、ワーク上ＷのワークマークＷＡＭが設けられている付近を、アライメントユニット１０によって観察する。図１４は、そのときモニタ１２によって写し出されている実際のワークの領域を示す図である。上記したように、アライメント顕微鏡の倍率は、ワークマークのパターンを登録した時の倍率と同じ３倍である。
したがって、モニタ１２には、図１２と同じ範囲（１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）が写し出される。この範囲を全領域にわたって、上記の仮想線で囲い登録した範囲が１画素ずつ移動（スキャン）し、その各々の位置においてスコアを求める。
図１４のワークマークを検索する領域内（１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）には、例えば、（Ｂ）のようにワークマーク以外のパターンが形成されている場合もあるし、また、（Ｃ）のようにごみが付着している場合もある。パターンやごみの形状が、たまたま登録されているワークマークのパターンに似ていることもある。そのような場合、比較的スコアの高い位置が、画像処理領域内に複数検出されることがある。
しかし、上記したように、制御部１１は仮想線に囲まれた画素を単位として、そのコントラストによりワークマークＷＡＭを記憶している。したがって、図１４の領域内にワークマークＷＡＭが存在すれば、その位置（Ａ）でのスコアが最も高くなる。したがって、最も高いスコアが検出された位置をワークマークの位置として検出するように設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１１７６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体ウエハの露光装置においては、ワークであるウエハに形成されるワークマークは、同じ面に形成される回路パターンと同様に、フォトリソグラフィにより形成されることが多い。
一方、プリント基板の露光装置においては、プリント基板にレーザ照射やドリルなどの機械加工により形成した、φ１００μｍ程度の貫通していない孔（へこみ）を、ワークマークとして使用する場合がある。
このような基板に形成された孔の検出には、暗視野照明と呼ばれる照明方法が使われる。暗視野照明は、基板に対して斜めから照明光を照射し、基板の上方に撮像素子を配置する。真上からの照明では孔は検出しづらい。
図１５（ａ）は、図１０のアライメント顕微鏡により、プリント基板１００に形成された孔１０１を、暗視野照明により撮像する様子を模式的に示した図である。なお、同図では、照明光１０３は図面の右側と左側からしか示していないが、実際は、孔１０１に対して３６０°全方向から照明されている。
【００１０】
照明光１０３は、プリント基板１００に対し、斜めに入射する。プリント基板１００の表面は拡散面であり、基板の表面や孔の底の部分に照射された照明光１０３は、拡散して反射し、その一部は、反射ミラー１０２に反射され撮像素子（ＣＣＤ、図示せず）に入射する。
一方、孔１０１の壁面に入射した光は、拡散して反射するものの、壁面で反射された光が直接撮像素子（ＣＣＤ）には入射しない。
そのため、撮像素子には、孔１０１は、壁の部分と、それ以外の部分（プリント基板の表面と孔の底の部分）とでは異なった明るさで写る。例えば図１５（ｂ）に示すように、壁の部分は黒く縁取りされたリング状に、孔の底の部分は基板の表面と同様にグレーに写ることがある。
したがって、底のある孔が理想的に形成されている場合は、ワークマークＷＡＭの登録画像として、図１５（ｂ）のようなリング状のパターンが登録されることになる。
【００１１】
しかし、例えば同じ形の孔を加工したつもりであっても、アライメント顕微鏡で検出した場合、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方（形状や明暗や色調）が異なることがある。
その理由の一つは、出来上がった孔の形状が偶然に異なってしまう場合である。
図１６は、プリント基板にレーザやドリルで加工して形成した孔の形状の一例である。 同図は、孔の断面図である。
図１６（ａ）は、理想的な孔の形状である。しかし、レーザやドリルの先端の形状により、図１６（ｂ）に示すように、孔の壁が斜めになる（すり鉢状）になることもある。また、図１６（ｃ）に示すように、孔のエッジ部分にバリ１０４が生じることもある。
このように、プリント基板１００に機械加工により形成される孔は、その形状にふぞろいが生じることがある。そのため、このような孔をワークマークとしてアライメント顕微鏡で検出すると、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
【００１２】
撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる他の理由は、孔形成後に施される処理によるものがある。
例えば、図１６（ｄ）に示すように、プリント基板には、表面に銅１０５などの金属箔がめっきされることがあり、孔の中もめっきされる。金属めっきにより表面の反射率が変化するので、めっきの有無により、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
また、図１６（ｅ）に示すように、金属めっきされたその上にレジストフィルムが貼られることもある。レジストフィルム１０６の厚さは数十μｍであり、これを貼り付けると、孔の側面や底面に沿って貼り付けることはできず、孔の開口を塞ぐかたちになる。
そのため、孔の部分では、レジストフィルムにより照明光の反射率や光の反射する方向が変化し、レジストフィルムが貼られていない場合と貼られている場合とでは撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
例えば、図１６（ｅ）のように、レジストフィルムが貼られた場合、アライメント顕微鏡により検出される孔の形状は、全体が黒い丸に見えることがある。
また、レジストフィルムの貼り具合によっては、孔の中へのフィルムのたるみ具合も変わるので、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
【００１３】
ワークマークの見え方が異なると、実際に撮像されているワークマーク画像が、制御部に記憶されているワークマークの画像とは、異なることとなる。このようなことが起きると、ワークマークが存在する位置でのスコアが低くなり、ワークマークを正しく検出できなくなる。
図１７を用いて説明する。図１７（ａ）に示すリング状のパターンが、制御部に登録されたワークマークの画像とする。
図１７（ｂ）は、基板のワークマークを検索（サーチ）する領域内に、ワークマークが存在し、かつ登録された画像とほぼ同等の見え方をしている場合である。この場合、図１７（ａ）の登録マークは、図１７（ｂ）の四角で囲った位置でほとんど一致し、そのスコアは、例えば、９０００点（１００００満点）である。
図１７（ｃ）が本案件の課題となる場合である。サーチする領域内に、ワークマークが存在するが、上記したような原因により見え方が登録マークとは異なり黒丸状に見える場合である。リングは中央部が白いが、黒丸は中央部が黒いので、図１７（ｃ）の四角で囲った位置におけるスコアは低く、例えば２０００点程度である。
【００１４】
図１７（ｄ）は、検索領域内に、ワークマークではない配線等の黒四角の輪郭のパターンが存在する場合である。この場合、形状は異なるが、真ん中が黒く周辺部が白いという明暗のパターンが似ているので、図１７（ｄ）の四角で囲った位置におけるスコアは、図１７（ｃ）場合よりも高く、例えば５０００点になることがある。
図１７（ｃ）は、登録されたマークとは見え方が異なるが、ワークマークであるので検出しなければならない。しかし、図１７（ｄ）は、ワークマークではないので、ワークマークとして検出しないようにしなければならない。
しかし、図１７（ｃ）をワークマークとして検出するために、制御部において、例えば「スコアが２０００点以上の場合はワークマークとする」と設定すると、ワークマークではない図１７（ｄ）をワークマークとして検出してしまう。一方、図１７（ｄ）をワークマークとして検出しないために「スコアが６０００点以上の場合をワークマークとする」と設定すると、図１７（ｃ）をワークマークとして検出できない。
したがって、ワークマークを正しく検出することができない。
【００１５】
以上のように、同一形状としてワーク上に形成したワークマークが、ワークマークの加工の条件やプリント基板の製造工程上の処理により、撮像素子により写し出される見え方（形状や明暗や色調）が異なることがある。この場合には、登録したワークマークで実際のワークマークを検出しようとしても、検出できないことがある。
上記特許文献１においては、見え方の異なる複数のパターンを記憶部に登録し、この登録パターンと検索領域内のパターンとを比較し、一致度のスコアを求め、スコアが一定値を越えているとき、このパターンをワークマークとして判定するようにしている。
本発明は上記のように複数のパターンを登録することなく、ワークマークを検出できるようにしたものであり、アライメント顕微鏡の撮像素子に写し出されるワークマークの見え方（形状や明暗や色調）が異なったとしても、ワークマークを正しく検出することができるワークマークの検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の発明者は、鋭意検討の結果、ワーク表面をアライメント顕微鏡により撮像する際に、ワーク（ワークマーク）を照明するアライメント照明手段からワーク表面までの距離（ワークに対する照明光の高さ）を変化させると、アライメント顕微鏡の撮像素子に写し出されるワークマークの像の見え方（形状や明暗や色調）が変化することを見出した。
図４に、ワークに形成した貫通していない孔（へこみ）であるワークマークを、ワークから照明手段までの間隔（照明光の高さ）を変えて撮像した画像と、予め登録したワークマークのパターン（登録パターン）で各画像のパターンをサーチしたときのスコア（登録パターンと各画像のパターンの一致度を示す値、ここでは９９９９満点）を示す。
ワークマークは、各画像において左列からφ１４０μｍのへこみ、φ１２０μｍのへこみ、φ１００μｍのへこみ、φ８０μｍのへこみ、φ２００μｍのへこみの計５種類を作成した。
ワークから照明手段までの間隔（照明光の高さ）は、図左から１１.０ｍｍ、８.５ｍｍ、５．５ｍｍ、４.０ｍｍ、２.５ｍｍ、１.０ｍｍの６種類で撮像した。
同図を見れば明らかなように、照明光の高さを変えると、撮像したワークマークの見え方が変化し、スコアも変化する。
【００１７】
このように照明光の高さによりワークマークの見え方が変化するのは、暗視野照明の照明光が、ワークに入射する角度が変化するためと考えられる。
図５は暗視野照明手段（リング状の照明手段１０ｃ）の高さを変えたときの状態と各状態における撮像画像の輝度分布を示す図であり、同図に示すグラフの横軸は画像上の位置、縦軸は輝度（相対値）を示す。
同図に示すように、ワークＷから照明手段１０ｃまでの間隔が広がる（照明光の高さが高くなる）と、照明光の入射角度は小さくなり、ワークＷから照明手段１０ｃまでの間隔が狭まる（照明光の高さが低くなる）と、照明光の入射角度は大きくなる。
【００１８】
図４に戻り、φ２００μｍ（最右列）のへこみ（ワークマーク）を例に取ると、照明光の高さが１１．０ｍｍ、８．５ｍｍの場合は、内側（中央）に白い部分のある円環状に見える。しかし、照明光の高さが５．５ｍｍ、４．０ｍｍ、２．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合は、黒丸に見える。
また、φ１４０μｍ（最左列）の場合は、照明光の高さが１１．０ｍｍの場合は内側（中央）に白い部分のある円環状に見え、照明光の高さが８.５ｍｍの場合は、灰色の丸に見える。そして、照明光の高さが５.５ｍｍ、４．０ｍｍ、２．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合は、色の濃い黒丸に見える。
図４の下段に、ワークマークとして、それぞれφ１４０μｍの黒丸、φ１２０μｍの黒丸、φ１００μｍの黒丸、φ８０μｍの黒丸、φ２００μｍの黒丸を登録し、各画像のワークマークをサーチした場合のスコア（９９９９点満点）を示す。なお、７０００点以上が一般的に安定してサーチできるレベルである。
【００１９】
φ２００μｍのワークマークの場合、照明光の高さが１１．０ｍｍでの画像では、ワークマークはサーチできず、照明光の高さが８．５ｍｍでは、スコアが１４８９であった。しかし、照明光の高さが５．５ｍｍ、４．０ｍｍ、２．５ｍｍの場合は、スコアは８０００以上になった。このスコアであれば、ワークマークとして検出し位置合せに使用できる。そして、スコアが最も高いのは照明光の高さが４．０ｍｍの場合なので、この時の画像に基づいて位置合せを行うことが望ましい。しかし、照明光の高さを１．０ｍｍにすると、スコアは５９４７と再び低下した。
同様に、φ１４０μｍ、φ１２０μｍのワークマークの場合も、照明光の高さが４．０ｍｍの場合に、スコアが最も高くなる。一方、φ１００μｍ、φ８０μｍのワークマークの場合は、照明光の高さが５．５ｍｍの場合に、スコアが最も高くなる。
このように、ワークマークの大きさ（形状）により、最も高いスコアが得られる照明の高さは異なる。
【００２０】
そこで、予めワークマークのパターンを登録しておき（以下このパターンを登録パターンという）、アライメント顕微鏡によりワークマークを撮像する際に、暗視野照明手段の高さを変化させてワーク上を撮像し、登録パターンを用いてサーチする。
例えば、まず、第１の照明光の高さで撮像したワーク上のパターンと、登録パターンとを比較しながらスコアを求めてワークマーク像をサーチする。次に、第２の照明光の高さで撮像したパターンと登録パターンとを比較しながらスコアを求めてワークマーク像をサーチする。
これを繰り返し、あらかじめ設定された値以上のスコアを示したパターンがあれば、これをワークマーク像として、ワークマークが検出されたものとする。そして、そのワークマーク像を使用して位置合せを行う。または、最も高い値のスコアを示した照明光の高さのワークマーク像をワークマークとして使用して位置合せを行う。
【００２１】
本発明においては、上記のようにして前記課題を解決するものであり、以下のようにワーク・アライメントマーク検出装置を構成する。
（１）ワーク上のパターンを照明する暗視野照明手段と、この暗視野照明手段をワーク表面に対して直交する方向に移動させる照明手段移動手段と、上記暗視野照明手段により照明したワーク上のパターンを撮像する撮像手段と、上記照明手段移動手段と撮像手段を制御して、ワーク上のアライメントマークを検出する制御部とを設け、上記制御部には、ワーク・アライメントマークとして検出すべきパターンを登録パターンとして記憶した記憶部と、アライメントマーク検出部とを設ける。
上記アライメントマーク検出部は、上記撮像手段により撮像したワーク上のパターンと、上記登録パターンとを比較して一致度を求め、一致度が予め設定された値以上のとき、上記ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出し、求めた一致度が低い場合に、上記照明手段移動手段により上記暗視野照明手段を移動させ、上記撮像手段によりワーク上のパターンを再度撮像し、再度撮像されたワーク上のパターンと登録パターンとを比較して一致度を求め、求めた一致度が予め設定された値以上になったとき、ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出する。
（２）上記（１）において、撮像手段を内蔵し上記暗視野照明手段により照明されたワーク上のパターンを受像するアライメント顕微鏡と、該アライメント顕微鏡をワーク表面に対して直交する方向に移動させるアライメント顕微鏡移動手段を設ける。
そして、上記照明手段移動手段を上記アライメント顕微鏡に取り付けて一体で移動するように構成し、上記照明手段移動手段により、上記暗視野照明手段を上記アライメント顕微鏡に対して相対的に移動させる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）暗視野照明手段を移動させる手段を設け、異なった高さから暗視野照明手段によりワークを照明してワーク上のパターンを撮像し、撮像したワーク上のパターンと登録パターンとを比較してワーク・アライメントマークを検出するようにしたので、ワーク・アライメントマークが、条件によって異なった見え方になるようなことがあっても、ワーク・アライメントマークを確実に検出することができる。
（２）照明手段移動手段を上記アライメント顕微鏡に取り付けて一体で移動するように構成し、上記照明手段移動手段により、上記暗視野照明手段を上記アライメント顕微鏡に対して相対的に移動させるように構成することで、ワークステージ上に異なった厚さのワークが載せられて、ピント合わせのためにアライメント顕微鏡を移動させたとき、アライメント顕微鏡の移動に合わせて、暗視野照明手段も移動させることができる。
このため、暗視野照明手段の高さがワーク面に対して適切な高さに設定されていれば、ワークの厚さが変わっても、ピント合わせのためにアライメント顕微鏡を移動させることで、暗視野照明手段の高さがワーク面に対して適切な高さに設定される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示すリング照明手段（暗視野照明手段）の構成例を示す図である。
【図３】図１に示すアライメント顕微鏡と照明手段移動機構の取り付け構造を示す図である。
【図４】ワークに形成したワークマークを照明光の高さを変えて撮像した画像およびそのスコアを示す図である。
【図５】照明手段の高さを変えたときの状態と各状態における撮像画像の輝度分布を示す図である。
【図６】マスクマークとワークマークの登録を説明する図である。
【図７】ワークマークの検出とマスクとワークの位置合わせを説明する図である。
【図８】ワークマークの検出の一例を説明する図である。
【図９】ワークマークの見え方が異なる他の例を示す図である。
【図１０】アライメント顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図１１】登録パターンと検出パターンの一例を示す図である。
【図１２】モニタに表示される画像の一例を示す図である。
【図１３】ワークマークの形状例を示す図である。
【図１４】パターンサーチを説明する図である。
【図１５】アライメント顕微鏡により基板に形成された孔を暗視野照明で撮像する様子を模式的に示した図である。
【図１６】プリント基板にレーザやドリルで加工して形成した孔の形状例を示す図である。
【図１７】登録されたワークマーク像とアライメント顕微鏡で撮像された画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。
同図において、ＭＳはマスクステージである。マスクステージＭＳには、マスクマークＭＡＭとマスクパターンＭＰが形成されたマスクＭが置かれて保持される。
光照射装置１から露光光が出射する。出射した露光光は、マスクＭ、投影レンズ２を介して、ワークステージＷＳ上に載置されたワークＷ上に照射され、マスクパターンＭＰがワークＷ上に投影され露光される。
投影レンズ２とワークＷの間には、同図の矢印Ａ方向（図面左右方向）に移動可能なアライメント顕微鏡１０が４個所に設けられている。マスクパターンＭＰをワークＷ上に露光する前に、アライメント顕微鏡１０を図示の位置に挿入し、マスクマークＭＡＭとワークに形成されているワークマークＷＡＭとを検出し、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。位置合せ後、アライメント顕微鏡１０は、ワークＷ上から退避する。なお、図１においては、４個所設けられている内の一方のアライメント顕微鏡のみを示す。
【００２５】
アライメント顕微鏡１０は、前記したように、ハーフミラー１０ａ、レンズＬ１、Ｌ２と撮像手段としてのＣＣＤカメラ１０ｂから構成されている。アライメント顕微鏡１０には、前記図１５に示した暗視野照明を行うため、基板に対して斜めから照明光を照射するための照明手段１０ｃが設けられている。照明手段１０ｃは、ＬＥＤのような照明光源を複数リング状に配置して構成されている。
図２に上記のように検査対象に対し全方向から斜めに照明光を照射（暗視野照明）するためのリング照明手段（暗視野照明手段）の構成例を示す。
リング照明手段は、図２（ａ）に示すように、薄い円筒ドーナツ状の本体容器２１の中に多数のＬＥＤ２２を同心円上に配列したものである。各ＬＥＤ２２は、同図（ａ）のイ矢視図である同図（ｂ）、及びロ矢視図である同図（ｃ）に示したように、円の中心Ｏ方向に角度を持って配置されており、検査を行なうワークに対し、斜めから照明光が照射できるように構成されている。
【００２６】
また照明手段１０ｃには、図１に示すように照明手段移動機構（照明手段移動手段）５が取り付けられている。照明手段移動機構５は、照明手段１０ｃをワークＷの表面に対して直交する方向（同図の矢印Ｂ方向：図面上下方向）に移動させる。即ち、照明手段移動機構５が動作することにより、ワークＷと照明手段１０ｃとの間隔が変化する。なお、アライメント顕微鏡１０とワークＷの間隔は変化しない。
図３にアライメント顕微鏡１０と上記照明手段移動機構５の取り付け構造を示す。
同図に示すように、アライメント顕微鏡１０は、アライメント顕微鏡移動機構（アライメント顕微鏡移動手段）６を介して支持部材６ａに取り付けられ、支持部材６ａは、ベース６ｂに取り付けられている。このため、アライメント顕微鏡移動機構６により、アライメント顕微鏡１０は、ベース６ｂに対して上下方向に移動可能である。
また、照明手段１０ｃは、照明手段移動機構５を介しては支持部材５ａに取り付けられ、支持部材５ａはアライメント顕微鏡１０に取り付けられている。
【００２７】
したがって、照明手段移動機構５は上記アライメント顕微鏡１０と一体で移動し、また、上記照明手段移動機構５により、上記照明手段１０ｃを上記アライメント顕微鏡１０に対して相対的に移動させることができる。このため、ワークステージＷＳ上に異なった厚さのワークが載せられピント合わせのためにアライメント顕微鏡１０を上下方向に移動させたとき、アライメント顕微鏡の移動に合わせて、照明手段１０ｃも上下方向に移動する。したがって、照明手段１０ｃの高さをワーク面に対して適切な位置に設定しておけば、ワークの厚さが変わっても、照明手段１０ｃとワーク面との距離は一定に保たれ、照明手段１０ｃの高さを適切な高さに維持することができる。
【００２８】
図１に戻り、アライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより撮像したマスクマークＭＡＭ像やワークマークＷＡＭ像などは、制御部１１に送られる。制御部１１は上記ＣＣＤカメラ１０ｂで撮像した画像を処理する画像処理部１１ａと、ワークマークやマスクマーク等の位置座標情報、各種パラメータ等を記憶する記憶部１１ｂを備える。
さらに、制御部１１は、ＣＣＤカメラ１０ｂで撮像し画像処理部１１ａで画像処理したワーク上のパターン像と、後述するように記憶部１１ｂに登録されたワークマーク像（登録パターン）とを比較して一致度を示すスコアを計算し、このスコアに基づき、撮像したワーク上のパターンが、ワークマークとして検出するパターンであるかを判定するアライメントマーク検出部１１ｃと、上記アライメントマークの検出に際して、上記照明手段１０ｃを上下方向（Ｂ方向）に移動させるため、照明手段移動機構５の駆動を制御する照明手段移動機構制御部１１ｄを備える。
また、制御部１１は、ワークマークとして検出されたワーク上のパターンの位置座標が、記憶部１１ｂに記憶したマスクマーク像の位置座標に一致するようにワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳ（あるいはその両方）を移動させる位置合わせ制御部１１ｅと、作業者の指示により上記ワークマーク像（登録パターン）を記憶部１１ｂに登緑するための登緑部１１ｆとを備える。
【００２９】
ワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳは、上記位置合わせ制御部１１ｅにより制御されるワークステージ駆動機構４、マスクステージ駆動機構３により駆動され、ＸＹ方向（Ｘ，Ｙ：マスクステージＭＳ、ワークステージＷＳ面に平行で互いに直交するに方向）移動させるとともに、ＸＹ平面に垂直な軸を中心に回転する。
上記制御部１１には、モニタ１２が接続され、上記画像処理部１１ａで画像処理された画像はモニタ１２の画面に表示される。
【００３０】
図１の露光装置において、ワークマークの検出とマスクＭとワークＷの位置合わせは、次のように行なわれる。
光照射装置１もしくは図示しないアライメント光源から照明光をマスクＭに照射して、マスクマークＭＡＭ像をアライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより受像し、制御部１１に送る。制御部１１の画像処理部１１ａは上記マスクマークＭＡＭ像を位置座標に変換し記憶部１１ｂに記憶する。
なお、マスクマークの検出方法は種々の方法が提案されており、必要なら例えば特許文献１等を参照されたい。
【００３１】
次いで、ワークＷにアライメント顕微鏡１０の照明手段１０ｃから照明光を照射し、ワークＷ上のパターンを撮像しパターンサーチを行う。すなわち、アライメントマーク検出部１１ｃにおいて、撮像されたパターンと、記憶部１１ｂに登録されたワークマーク像である登録パターンとを比較して、ワークＷ上のワークマークＷＡＭを検出する。制御部１１はその位置座標を求める。
制御部１１の位置合わせ制御部１１ｅは、記憶しているマスクマークＭＡＭの位置座標と、検出したワークマークＷＡＭの位置座標が所定の位置関係になるように、ワークステージＷＳ（もしくはマスクステージＭＳ、あるいはその両方）を移動し、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。
【００３２】
以下、本発明の実施例であるワークマークの検出手順とマスクとの位置合わせ手順について、具体的に説明する。
（１）マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの登録
まず、マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの登録の手順について、図６により説明する。
まず、マスクマークＭＡＭの位置を検出する。このため、図６（ａ）に示すようにアライメント顕微鏡１０の視野内におけるマスクマークＭＡＭの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）を求める。
すなわち、アライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂで撮像したマスクマークＭＡＭ画像を、制御部１１の画像処理部１１ａで処理し、マスクマークＭＡＭの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）を求めて、記憶部１１ｂに記憶する。
【００３３】
次に、ワークマーク像を制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。この登緑は、次のようにして、作業者が目視で行う。
実際のワークＷ１（例えば、露光処理を行う一連のワークの内の１枚目のワーク）をワークステージＷＳ上に置き、照明手段１０ｃから照明光をワークＷ１に照射する。アライメント顕微鏡１０を使って、ワークＷ１の表面画像を受像し、画像処理部１１ａで処理して、モニタ１２上にワークＷ１の表面を写し出す。
この時のアライメント顕微鏡１０は、実際にワークマークＷＡＭを検出する場合と同じアライメント顕微鏡１０であり、アライメント顕微鏡１０の倍率は、実際にワークマークＷＡＭを検出する場合と同じ倍率（例えば３倍）である。また、アライメント顕微鏡１０は、マスクマークを検出した時の位置と同じ位置に保たれており、アライメント顕微鏡１０の視野も同じである。
【００３４】
作業者は、写し出されたワークＷ１の画像を見て、ワークマークＷＡＭを探す。ワークマークＷＡＭが見つかれば、図６（ｂ）に示すように、ワークマークＷＡＭ全体が入るように、モニタ１２上でワークマーク登録用の仮想線によってワークマークＷＡＭを囲み、例えば目視でその中心位置を特定し、＋などのマークをつける。
その際、作業者は照明手段１０ｃを上下方向に移動させ、ワークマークが最もクリアに見える照明位置で受像された画像を、ワークマークのパターンとする。
なお、上記ワークマークが最もクリアに見える照明手段１０ｃの位置を記憶部１１ｂに記憶しておけば、後述する、制御部１１によりワークマークを自動的に検出する際の照明手段１０ｃの初期位置とすることができる。
【００３５】
そして、ワークマーク登録用の仮想線によって囲まれた領域をワークマークＷＡＭのパターン像として、登録部１１ｆに登緑指令を与えて記憶部１１ｂに「登録パターン」として登録する。
また、目視でワークマーク像の中心位置を特定し、仮想線で形成される四角形の例えば左上角からワークマーク像の中心位置までの距離ｄｘ、ｄｙをワークマーク像の位置座標として記憶手段１１ｂに登緑する。
なお、ワークマーク像の中心位置を演算などにより自動的に求める手法は従来から種々知られており、ワークマーク像の中心位置の設定を目視ではなく、画像処理部１１ａで画像処理することにより自動的に求めるようにしてもよい。
【００３６】
（２）ワークマークの検出手順とマスクとの位置合わせ
ワークマークの検出手順とマスクとの位置合わせについて、図７を使って説明する。
制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃは、登録したワークマーク像と、ワーク上のパターンとを比較して、ワークＷ上のワークマークを検出する。この時、照明手段１０ｃのワークＷに対する高さ（照明手段１０ｃとワークＷとの間隔）を変えてワーク上のパターンを撮像する。
すなわち、アライメントマーク検出部１１ｃは、照明手段移動機構制御部１１ｄにより、照明手段移動機構５を制御して、照明手段１０ｃをまず第１の高さに設定し、登録パターン（登録したワークマーク像）と検索領域内のパターンとを比較して、一致度のスコアを求め、次いで、照明手段１０ｃを第２の高さに設定し、登録パターン（登録したワークマーク像）と検索領域内のパターンとを比較して、一致度のスコアを求める。
以下同様に、照明手段１０ｃの高さを変えながら、一致度のスコアを求め、このスコアが例えば一定値を越えている画像か、あるいは、最も高いスコアが得られた照明光の高さ画像を採用し、その検索領域内のパターンを、ワークＷ上のワークマークとして検出する。
ここで、上記第１の高さを、前記ワークマークのパターン像である「登録パターン」を撮像したときの照明光の高さとすれば、照明手段１０ｃを第１の高さにした状態で、ワークマークを検出できる可能性を高くすることができる。
【００３７】
例えば、登録パターンは黒丸状のものであり、第１の照明光の高さで撮像したワーク上のパターン（ワークマークＷＡＭ１）が、リング状に見えるものであり、第２の照明光の高さで撮像したワーク上のパターン（ワークマークＷＡＭ２）が黒丸状に見えるものであるとする。
登録パターンを使って、まず第１の照明光の高さで撮像したワークの検索領域をサーチし、ワークマークＷＡＭ１のスコアを得る。次に第２の照明光の高さで撮像したワークの検索領域をサーチし、ワークマークＷＡＭ２のスコアを得る。そして、予め設定された値以上のスコアが得られたワークマークを使って、あるいは、最も高いスコアが得られたワークマークを使って、位置合わせ制御部１１ｅはマスクとワークの位置合せを行う。
上記例の場合、登録したワークマークＷＡＭが黒丸状のものであれば、第２の照明光の高さで撮像したワークマークＷＡＭ２との一致度が高くスコアも高くなる。したがって、そのような場合であれば、第２の照明光の高さで撮像したワークマークＷＡＭ２を使ってマスクとワークの位置合せを行う。
【００３８】
ワークマークのサーチは、例えば図７のように行なわれる。
例えば図７（ａ）に示す矩形領域Ｐが登録パターン（ワークマーク像）として記憶部１１ｂに登録されているとする。
ワークマークをサーチするには、図７（ｂ）に示すように、アライメント顕微鏡１０の視野内で、例えば視野の左上端角から、上記図７（ａ）に示す登録パータンを含む縦Ｙ、横Ｘの矩形領域Ｐを少しずつずらしながら重ねて行き、一致度の高い場所を探す。
そして、アライメント顕微鏡の視野内で一致度の高い領域が検索されると、そのときの、矩形領域Ｐの左上の角の座標（ｘ１，ｙ１）を求め、領域Ｐ内のパターンの中心位置を示す（ｄｘ，ｄｙ）と加算して、（ｘ１＋ｄｘ，ｙ１＋ｄｙ）を検出されたワークマークの位置座標（ｘｗ１，ｙｗ１）とする。
【００３９】
以上のようにしてワークマークの位置座標が検出されると、位置合わせ制御部１１ｅは図７（ｃ）に示すように、検出されたワークマークＷＡＭの位置座標（ｘｗ１，ｙｗ１）が、予め記憶されているマスクマークの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）に一致するように、（もしくは予め設定された位置関係になるように）、ワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳ（あるいはその両方）を移動させる。
【００４０】
ワークマークの検出について、図８を用いて説明する。
ここでは、登録したワークマークのパターン（登録パターン）ＷＡＭは、図８（ａ）に示すように黒丸状のパターンとする。そして、照明光の高さを３段階に切り替えてワーク（ワークマーク）を照明する。
照明光が第１の高さである場合のワーク上のワークマークの見え方が図８（ｂ）、第２の高さである場合のワークマークの見え方が図８（ｃ）、第３の高さである場合のワークマークの見え方が図８（ｄ）であるとする。
（１）サーチの開始。
まず、第１の照明光の高さでワーク上のパターンを照明して撮像し、登緑パターンで検索領域をサーチする。制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃで登録パターンＷＡＭと図８（ｂ）のパターンを比較してスコアを求める。
登緑マークが黒丸であるのに対して、見えているワークマークは図８（ｂ）に示すリング状である。したがって両者の一致度は低く、スコアも低くなる（この場合のスコアを２０００点とする）。この値を第１の照明光の高さの場合のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
【００４１】
続いて、照明光の高さを変え、第２の照明光の高さでワーク上のパターンを照明して撮俵し、登録パターンＷＡＭで検索領域をサーチする。アライメントマーク検出部１１ｃで登録パターンＷＡＭと図８（ｃ）のパターンを比較してスコアを求める。
登録パターンＷＡＭは、見えているワークマークの形状と良く似ているので一致度が高く、高いスコアが得られる（この場合のスコアを９０００点とする）。この値を第２の照明光の高さの場合のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
さらに、照明光の高さを変え、第３の照明光の高さでワーク上のパターンを照明して撮像し、登緑マークで検索領域をサーチする。アライメントマーク検出部１１ｃで登録パターンＷＡＭと図８（ｄ）のパターンを比較してスコアを求める。
登緑パターンＷＡＭは、見えているワークマークの形状と似ていないで一致度が低く、低いスコアになる（この場合のスコアを１５００点とする）。この値を第３の照明光の高さの場合のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃは、第１の照明光の高さの場合のスコア２０００点と、第２の照明光の高さの場合のスコア９０００点と、第３の照明光の高さの場合のスコア１５００点とを比較する。そして最も高いスコアが得られた、第２の照明光の高さの場合の図８（ｃ）のパターンをワークマークとして採用する。
【００４２】
なお、照明光の高さを変えて何度もワーク上のパターンを撮像しサーチを行うと、ワークマーク検出に時間がかかり、その結果露光処理の時間が全体として長くなる。
その問題の解決方法としては、例えば、ある照明光の高さであらかじめ設定した点数以上のスコアが得られたら、その段階で照明光の高さを変えての撮像を終了し、その照明光の高さで、次の手順（ワークマークの位置検出とマスクとワークの位置合せ）に進むよう設定することが考えられる。
上記図８の例で言えば、例えば８０００以上のスコアが得られれば、ワークマークが検出できたとし、次の手順（マスクとワークの位置合せ）に進むように制御部１１に設定しておく。そのようにしておけば、第３の照明光の高さでの撮像を行わないので、ワークマーク検出時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
なお、本発明においては、基板に形成した底つきの孔（凹部、へこみ）をワーク・アライメントマーク（ワークマーク）として使用する場合、その孔にめっきやレジストフィルムの貼り付けにより、アライメント顕微鏡によって検出されるワークマークの見え方（形状や明暗や色調）が異なることを例に説明した。
しかし、孔の場合に限らず、図９（ａ）に示すように基板１００に形成した突起１０７（凸部、ふくらみ）をワーク・アライメントマークとして使用する場合であっても、ワークマークの見え方が変化するので、本発明を適用することができる。
また、例えば、図９（ｂ）に示すような、銅１０５等のめっきの有無により表面の反射率が変化して見え方が変化する場合もある。
さらに、図９（ｃ）に示すように突起に対してレジストフィルム１０６を貼り付けると、突起の側面に沿って貼り付けることはできず、突起の側面に空間ができる。そのため、照明光の反射率や光の反射する方向が変化し、レジストフィルムが貼られていない場合と貼られている場合とでは撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
さらに、レジストフィルムの貼り付け具合によっては、フィルムのたるみ具合も変わるので、見え方が変化するが、これらの場合にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 光照射装置
２ 投影レンズ
３ マスクステージ駆動機構
４ ワークステージ駆動機構
５ 照明手段移動機構
５ａ 支持部材
６ アライメント顕微鏡移動機構
６ａ 支持部材
６ｂ ベース
１０ アライメント顕微鏡
１０ａ ハーフミラー
１０ｂ 撮像手段（ＣＣＤカメラ）
１０ｃ 照明手段（暗視野照明手段）
２１ 本体容器
２２ ＬＥＤ
１１ 制御部
１１ａ 画像処理部
１１ｂ 記憶部
１１ｃ アライメントマーク検出部
１１ｄ 照明手段移動機構制御部
１１ｅ 位置合わせ制御部と、
１１ｆ 登緑部
１２ モニタ
ＭＳ マスクステージ
ＭＡＭ マスク・アライメントマーク（マスクマーク）
ＭＰ マスクパターン
Ｍ マスク
ＷＳ ワークステージ
Ｗ ワーク
ＷＡＭ ワーク・アライメントマーク（ワークマーク）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクに形成されたマスク・アライメントマーク（マスクマーク）と、ワークに形成されたワーク・アライメントマーク（ワークマーク）とを検出して、両者が、あらかじめ設定した位置関係になるように位置合せ（アライメント）を行い、マスクを介してワークに光を照射する露光装置などに用いられる、ワーク・アライメントマークを検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、プリント基板、液晶基板等のパターンをフォトリソグラフィにより製造する工程においては、露光装置が使用される。露光装置は、マスクパターンを形成したマスクと、そのパターンが転写されるワークを所定の位置関係に位置合わせし、その後、マスクを介して露光光を含む光を照射する。これにより、マスクパターンがワークに転写（露光）される。
露光装置におけるマスクとワークの位置合せは、一般に次のようにして行なわれる（例えば特許文献１参照）。
マスクに形成されたマスクマークと、ワークに形成されたワークマークとを、アライメント顕微鏡によって検出する。検出データを画像処理し、それぞれの位置座標を求め、両者の位置があらかじめ設定された位置関係になるように、マスクまたはワークを移動させて行なう。マスクとワークは、平面内の２方向（Ｘ方向とＹ方向）及び回転方向（θ方向）の位置合せを行わねばならない。したがって、マスクマークとワークマークは、それぞれ２ヶ所以上形成される。
【０００３】
図１０に、ワークマークを検出するアライメント顕微鏡１０の概略構成を示す。なお、上記したように、マスクマークとワークマークはそれぞれ２ヶ所以上形成されており、したがって、アライメント顕微鏡１０もそれに応じて２ヶ所以上設けられるが、同図では、１個（１ヶ所）のみ示している。アライメント顕微鏡１０は、ハーフミラー１０ａ、レンズＬ１、Ｌ２とＣＣＤカメラ１０ｂから構成されている。
１１は画像処理等を行なう制御部、１２はモニタ、ＷはワークマークＷＡＭが形成されたワークである。
同図において、ワークマークＷＡＭの検出（パターンサーチ）は以下のようにして行なう。
【０００４】
Ａ）ワークマークの登録
ワークマークＷＡＭの検出に先立って、まず、検出するワークマークのパターンを制御部１１に登録する。
ワークマークＷＡＭとしては、例えば図１１（ａ）に示す十字形のマークが使用され、制御部１１には、図１１（ｂ）に示すように、モニタの１画素を単位とし、十字形のワークマークとその背景とを含めてひとつのパターンとして登録される。即ち、同図では説明を容易にするために、画素数を５×５としているが、画面中央の５画素が十字形に黒く、その周辺の２０画素が白いというパターンが登録される。
具体的には、検出したいワークマークＷＡＭを形成したサンプル基板をアライメント顕微鏡の下に置き、照明光を当てて照明する。
アライメント顕微鏡（例えば倍率３倍）１０によって、登録するワークマークＷＡＭを検出する。モニタ１２には、アライメント顕微鏡１０が取り込んで制御部１１が画像処理できる範囲（例えば図１２に示すように１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）が写し出される。
【０００５】
次に、登録するワークマークＷＡＭ全体が入るように、モニタ１２上でワークマーク登録用の仮想線（図１２の点線）によってワークマークＷＡＭを囲み、制御部１１にワークマークＷＡＭを登録する。制御部１１は上記仮想線に囲まれた画素を単位として、そのコントラストによりワークマークＷＡＭを記憶する。これにより、ワークマークＷＡＭの登録作業が終了する。
ワークマークＷＡＭの大きさは、ワークの種類、ユーザ、工程によって様々であるが、例えば、ワークマークＷＡＭを囲む仮想線の大きさが、図１２に示すように２００μｍ〜７００μｍになるものがしばしば使われる。
ワークマークＷＡＭの形状もまた、上記と同じ理由でさまざまであり図１１に示したような十字型には限られない。図１３（ａ）に示すように丸型のものや、同図（ｂ）に示すように規則的なパターンを１組としてアライメントマークにしたものなど多数ある。いずれにせよ、１つのワークマークのパターン全体が含まれるように登録範囲を設定する。
【０００６】
Ｂ）パターンサーチ
次に、実際のワークマークＷＡＭを検出する。アライメント顕微鏡の下から、ワークマークのパターン登録に使用したサンプル基板を取り除き、実際にパターンが形成された基板（ワーク）を置く。顕微鏡の倍率は、上記でパターンを登録した同じ倍率（３倍）である。
図１０に示すように、アライメントユニット１０のハーフミラー１０ａを介して照明光をワークＷ上のワークマークＷＡＭに照射し、ＣＣＤカメラ１０ｂによりワークマークＷＡＭを受像する。そしてモニタ１２に映し出されたワークマークＷＡＭの像を制御部１１に入力し、モニタ１２の画素を単位として座標データに変換する。
制御部１１は、前記した登録パターンと、受像したワークマークＷＡＭの像を比較する。例えば、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１１（ｃ）に示す検出パターンＡである場合、登録パターンと６０％一致しているので、スコア（相関値）６０として認識する。
また同様に、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１１（ｄ）に示す検出パターンＢである場合、登録パターンと８０％一致しているので、スコア８０として認識する。さらに、受像したワークマークＷＡＭの像（検出パターン）が、図１１（ｅ）に示す検出パターンＣの場合、１００％一致しているので、スコア１００として認識する。
【０００７】
上記のようにして、モニタに映し出された全領域をパターンサーチし、スコアが最も１００に近い（最も高い）位置を、ワークマークＷＡＭの位置（ワークマークＷＡＭが検出されている位置）として認識し、その位置座標をワークマークの位置座標として記憶する。
具体的には、ワーク上ＷのワークマークＷＡＭが設けられている付近を、アライメントユニット１０によって観察する。図１４は、そのときモニタ１２によって写し出されている実際のワークの領域を示す図である。上記したように、アライメント顕微鏡の倍率は、ワークマークのパターンを登録した時の倍率と同じ３倍である。
したがって、モニタ１２には、図１２と同じ範囲（１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）が写し出される。この範囲を全領域にわたって、上記の仮想線で囲い登録した範囲が１画素ずつ移動（スキャン）し、その各々の位置においてスコアを求める。
図１４のワークマークを検索する領域内（１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲）には、例えば、（Ｂ）のようにワークマーク以外のパターンが形成されている場合もあるし、また、（Ｃ）のようにごみが付着している場合もある。パターンやごみの形状が、たまたま登録されているワークマークのパターンに似ていることもある。そのような場合、比較的スコアの高い位置が、画像処理領域内に複数検出されることがある。
しかし、上記したように、制御部１１は仮想線に囲まれた画素を単位として、そのコントラストによりワークマークＷＡＭを記憶している。したがって、図１４の領域内にワークマークＷＡＭが存在すれば、その位置（Ａ）でのスコアが最も高くなる。したがって、最も高いスコアが検出された位置をワークマークの位置として検出するように設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１１７６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体ウエハの露光装置においては、ワークであるウエハに形成されるワークマークは、同じ面に形成される回路パターンと同様に、フォトリソグラフィにより形成されることが多い。
一方、プリント基板の露光装置においては、プリント基板にレーザ照射やドリルなどの機械加工により形成した、φ１００μｍ程度の貫通していない孔（へこみ）を、ワークマークとして使用する場合がある。
このような基板に形成された孔の検出には、暗視野照明と呼ばれる照明方法が使われる。暗視野照明は、基板に対して斜めから照明光を照射し、基板の上方に撮像素子を配置する。真上からの照明では孔は検出しづらい。
図１５（ａ）は、図１０のアライメント顕微鏡により、プリント基板１００に形成された孔１０１を、暗視野照明により撮像する様子を模式的に示した図である。なお、同図では、照明光１０３は図面の右側と左側からしか示していないが、実際は、孔１０１に対して３６０°全方向から照明されている。
【００１０】
照明光１０３は、プリント基板１００に対し、斜めに入射する。プリント基板１００の表面は拡散面であり、基板の表面や孔の底の部分に照射された照明光１０３は、拡散して反射し、その一部は、反射ミラー１０２に反射され撮像素子（ＣＣＤ、図示せず）に入射する。
一方、孔１０１の壁面に入射した光は、拡散して反射するものの、壁面で反射された光が直接撮像素子（ＣＣＤ）には入射しない。
そのため、撮像素子には、孔１０１は、壁の部分と、それ以外の部分（プリント基板の表面と孔の底の部分）とでは異なった明るさで写る。例えば図１５（ｂ）に示すように、壁の部分は黒く縁取りされたリング状に、孔の底の部分は基板の表面と同様にグレーに写ることがある。
したがって、底のある孔が理想的に形成されている場合は、ワークマークＷＡＭの登録画像として、図１５（ｂ）のようなリング状のパターンが登録されることになる。
【００１１】
しかし、例えば同じ形の孔を加工したつもりであっても、アライメント顕微鏡で検出した場合、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方（形状や明暗や色調）が異なることがある。
その理由の一つは、出来上がった孔の形状が偶然に異なってしまう場合である。
図１６は、プリント基板にレーザやドリルで加工して形成した孔の形状の一例である。 同図は、孔の断面図である。
図１６（ａ）は、理想的な孔の形状である。しかし、レーザやドリルの先端の形状により、図１６（ｂ）に示すように、孔の壁が斜めになる（すり鉢状）になることもある。また、図１６（ｃ）に示すように、孔のエッジ部分にバリ１０４が生じることもある。
このように、プリント基板１００に機械加工により形成される孔は、その形状にふぞろいが生じることがある。そのため、このような孔をワークマークとしてアライメント顕微鏡で検出すると、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
【００１２】
撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる他の理由は、孔形成後に施される処理によるものがある。
例えば、図１６（ｄ）に示すように、プリント基板には、表面に銅１０５などの金属箔がめっきされることがあり、孔の中もめっきされる。金属めっきにより表面の反射率が変化するので、めっきの有無により、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
また、図１６（ｅ）に示すように、金属めっきされたその上にレジストフィルムが貼られることもある。レジストフィルム１０６の厚さは数十μｍであり、これを貼り付けると、孔の側面や底面に沿って貼り付けることはできず、孔の開口を塞ぐかたちになる。
そのため、孔の部分では、レジストフィルムにより照明光の反射率や光の反射する方向が変化し、レジストフィルムが貼られていない場合と貼られている場合とでは撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
例えば、図１６（ｅ）のように、レジストフィルムが貼られた場合、アライメント顕微鏡により検出される孔の形状は、全体が黒い丸に見えることがある。
また、レジストフィルムの貼り具合によっては、孔の中へのフィルムのたるみ具合も変わるので、撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
【００１３】
ワークマークの見え方が異なると、実際に撮像されているワークマーク画像が、制御部に記憶されているワークマークの画像とは、異なることとなる。このようなことが起きると、ワークマークが存在する位置でのスコアが低くなり、ワークマークを正しく検出できなくなる。
図１７を用いて説明する。図１７（ａ）に示すリング状のパターンが、制御部に登録されたワークマークの画像とする。
図１７（ｂ）は、基板のワークマークを検索（サーチ）する領域内に、ワークマークが存在し、かつ登録された画像とほぼ同等の見え方をしている場合である。この場合、図１７（ａ）の登録マークは、図１７（ｂ）の四角で囲った位置でほとんど一致し、そのスコアは、例えば、９０００点（１００００満点）である。
図１７（ｃ）が本案件の課題となる場合である。サーチする領域内に、ワークマークが存在するが、上記したような原因により見え方が登録マークとは異なり黒丸状に見える場合である。リングは中央部が白いが、黒丸は中央部が黒いので、図１７（ｃ）の四角で囲った位置におけるスコアは低く、例えば２０００点程度である。
【００１４】
図１７（ｄ）は、検索領域内に、ワークマークではない配線等の黒四角の輪郭のパターンが存在する場合である。この場合、形状は異なるが、真ん中が黒く周辺部が白いという明暗のパターンが似ているので、図１７（ｄ）の四角で囲った位置におけるスコアは、図１７（ｃ）場合よりも高く、例えば５０００点になることがある。
図１７（ｃ）は、登録されたマークとは見え方が異なるが、ワークマークであるので検出しなければならない。しかし、図１７（ｄ）は、ワークマークではないので、ワークマークとして検出しないようにしなければならない。
しかし、図１７（ｃ）をワークマークとして検出するために、制御部において、例えば「スコアが２０００点以上の場合はワークマークとする」と設定すると、ワークマークではない図１７（ｄ）をワークマークとして検出してしまう。一方、図１７（ｄ）をワークマークとして検出しないために「スコアが６０００点以上の場合をワークマークとする」と設定すると、図１７（ｃ）をワークマークとして検出できない。
したがって、ワークマークを正しく検出することができない。
【００１５】
以上のように、同一形状としてワーク上に形成したワークマークが、ワークマークの加工の条件やプリント基板の製造工程上の処理により、撮像素子により写し出される見え方（形状や明暗や色調）が異なることがある。この場合には、登録したワークマークで実際のワークマークを検出しようとしても、検出できないことがある。
上記特許文献１においては、見え方の異なる複数のパターンを記憶部に登録し、この登録パターンと検索領域内のパターンとを比較し、一致度のスコアを求め、スコアが一定値を越えているとき、このパターンをワークマークとして判定するようにしている。
本発明は上記のように複数のパターンを登録することなく、ワークマークを検出できるようにしたものであり、アライメント顕微鏡の撮像素子に写し出されるワークマークの見え方（形状や明暗や色調）が異なったとしても、ワークマークを正しく検出することができるワークマークの検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の発明者は、鋭意検討の結果、ワーク表面をアライメント顕微鏡により撮像する際に、ワーク（ワークマーク）を照明するアライメント照明手段からワーク表面までの距離（ワークに対する照明光の高さ）を変化させると、アライメント顕微鏡の撮像素子に写し出されるワークマークの像の見え方（形状や明暗や色調）が変化することを見出した。
図４に、ワークに形成した貫通していない孔（へこみ）であるワークマークを、ワークから照明手段までの間隔（照明光の高さ）を変えて撮像した画像と、予め登録したワークマークのパターン（登録パターン）で各画像のパターンをサーチしたときのスコア（登録パターンと各画像のパターンの一致度を示す値、ここでは９９９９満点）を示す。
ワークマークは、各画像において左列からφ１４０μｍのへこみ、φ１２０μｍのへこみ、φ１００μｍのへこみ、φ８０μｍのへこみ、φ２００μｍのへこみの計５種類を作成した。
ワークから照明手段までの間隔（照明光の高さ）は、図左から１１.０ｍｍ、８.５ｍｍ、５．５ｍｍ、４.０ｍｍ、２.５ｍｍ、１.０ｍｍの６種類で撮像した。
同図を見れば明らかなように、照明光の高さを変えると、撮像したワークマークの見え方が変化し、スコアも変化する。
【００１７】
このように照明光の高さによりワークマークの見え方が変化するのは、暗視野照明の照明光が、ワークに入射する角度が変化するためと考えられる。
図５は暗視野照明手段（リング状の照明手段１０ｃ）の高さを変えたときの状態と各状態における撮像画像の輝度分布を示す図であり、同図に示すグラフの横軸は画像上の位置、縦軸は輝度（相対値）を示す。
同図に示すように、ワークＷから照明手段１０ｃまでの間隔が広がる（照明光の高さが高くなる）と、照明光の入射角度は小さくなり、ワークＷから照明手段１０ｃまでの間隔が狭まる（照明光の高さが低くなる）と、照明光の入射角度は大きくなる。
【００１８】
図４に戻り、φ２００μｍ（最右列）のへこみ（ワークマーク）を例に取ると、照明光の高さが１１．０ｍｍ、８．５ｍｍの場合は、内側（中央）に白い部分のある円環状に見える。しかし、照明光の高さが５．５ｍｍ、４．０ｍｍ、２．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合は、黒丸に見える。
また、φ１４０μｍ（最左列）の場合は、照明光の高さが１１．０ｍｍの場合は内側（中央）に白い部分のある円環状に見え、照明光の高さが８.５ｍｍの場合は、灰色の丸に見える。そして、照明光の高さが５.５ｍｍ、４．０ｍｍ、２．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合は、色の濃い黒丸に見える。
図４の下段に、ワークマークとして、それぞれφ１４０μｍの黒丸、φ１２０μｍの黒丸、φ１００μｍの黒丸、φ８０μｍの黒丸、φ２００μｍの黒丸を登録し、各画像のワークマークをサーチした場合のスコア（９９９９点満点）を示す。なお、７０００点以上が一般的に安定してサーチできるレベルである。
【００１９】
φ２００μｍのワークマークの場合、照明光の高さが１１．０ｍｍでの画像では、ワークマークはサーチできず、照明光の高さが８．５ｍｍでは、スコアが１４８９であった。しかし、照明光の高さが５．５ｍｍ、４．０ｍｍ、２．５ｍｍの場合は、スコアは８０００以上になった。このスコアであれば、ワークマークとして検出し位置合せに使用できる。そして、スコアが最も高いのは照明光の高さが４．０ｍｍの場合なので、この時の画像に基づいて位置合せを行うことが望ましい。しかし、照明光の高さを１．０ｍｍにすると、スコアは５９４７と再び低下した。
同様に、φ１４０μｍ、φ１２０μｍのワークマークの場合も、照明光の高さが４．０ｍｍの場合に、スコアが最も高くなる。一方、φ１００μｍ、φ８０μｍのワークマークの場合は、照明光の高さが５．５ｍｍの場合に、スコアが最も高くなる。
このように、ワークマークの大きさ（形状）により、最も高いスコアが得られる照明の高さは異なる。
【００２０】
そこで、予めワークマークのパターンを登録しておき（以下このパターンを登録パターンという）、アライメント顕微鏡によりワークマークを撮像する際に、暗視野照明手段の高さを変化させてワーク上を撮像し、登録パターンを用いてサーチする。
例えば、まず、第１の照明光の高さで撮像したワーク上のパターンと、登録パターンとを比較しながらスコアを求めてワークマーク像をサーチする。次に、第２の照明光の高さで撮像したパターンと登録パターンとを比較しながらスコアを求めてワークマーク像をサーチする。
これを繰り返し、あらかじめ設定された値以上のスコアを示したパターンがあれば、これをワークマーク像として、ワークマークが検出されたものとする。そして、そのワークマーク像を使用して位置合せを行う。または、最も高い値のスコアを示した照明光の高さのワークマーク像をワークマークとして使用して位置合せを行う。
【００２１】
本発明においては、上記のようにして前記課題を解決するものであり、以下のようにワーク・アライメントマーク検出装置を構成する。
（１）ワーク上のパターンを照明する暗視野照明手段と、この暗視野照明手段をワーク表面に対して直交する方向に移動させる照明手段移動手段と、上記暗視野照明手段により照明したワーク上のパターンを撮像する撮像手段と、上記照明手段移動手段と撮像手段を制御して、ワーク上のアライメントマークを検出する制御部とを設け、上記制御部には、ワーク・アライメントマークとして検出すべきパターンを登録パターンとして記憶した記憶部と、アライメントマーク検出部とを設ける。
上記アライメントマーク検出部は、上記撮像手段により撮像したワーク上のパターンと、上記登録パターンとを比較して一致度を求め、一致度が予め設定された値以上のとき、上記ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出し、求めた一致度が低い場合に、上記照明手段移動手段により上記暗視野照明手段を移動させ、上記撮像手段によりワーク上のパターンを再度撮像し、再度撮像されたワーク上のパターンと登録パターンとを比較して一致度を求め、求めた一致度が予め設定された値以上になったとき、ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出する。
（２）上記（１）において、撮像手段を内蔵し上記暗視野照明手段により照明されたワーク上のパターンを受像するアライメント顕微鏡と、該アライメント顕微鏡をワーク表面に対して直交する方向に移動させるアライメント顕微鏡移動手段を設ける。
そして、上記照明手段移動手段を上記アライメント顕微鏡に取り付けて一体で移動するように構成し、上記照明手段移動手段により、上記暗視野照明手段を上記アライメント顕微鏡に対して相対的に移動させる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）暗視野照明手段を移動させる手段を設け、異なった高さから暗視野照明手段によりワークを照明してワーク上のパターンを撮像し、撮像したワーク上のパターンと登録パターンとを比較してワーク・アライメントマークを検出するようにしたので、ワーク・アライメントマークが、条件によって異なった見え方になるようなことがあっても、ワーク・アライメントマークを確実に検出することができる。
（２）照明手段移動手段を上記アライメント顕微鏡に取り付けて一体で移動するように構成し、上記照明手段移動手段により、上記暗視野照明手段を上記アライメント顕微鏡に対して相対的に移動させるように構成することで、ワークステージ上に異なった厚さのワークが載せられて、ピント合わせのためにアライメント顕微鏡を移動させたとき、アライメント顕微鏡の移動に合わせて、暗視野照明手段も移動させることができる。
このため、暗視野照明手段の高さがワーク面に対して適切な高さに設定されていれば、ワークの厚さが変わっても、ピント合わせのためにアライメント顕微鏡を移動させることで、暗視野照明手段の高さがワーク面に対して適切な高さに設定される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示すリング照明手段（暗視野照明手段）の構成例を示す図である。
【図３】図１に示すアライメント顕微鏡と照明手段移動機構の取り付け構造を示す図である。
【図４】ワークに形成したワークマークを照明光の高さを変えて撮像した画像およびそのスコアを示す図である。
【図５】照明手段の高さを変えたときの状態と各状態における撮像画像の輝度分布を示す図である。
【図６】マスクマークとワークマークの登録を説明する図である。
【図７】ワークマークの検出とマスクとワークの位置合わせを説明する図である。
【図８】ワークマークの検出の一例を説明する図である。
【図９】ワークマークの見え方が異なる他の例を示す図である。
【図１０】アライメント顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図１１】登録パターンと検出パターンの一例を示す図である。
【図１２】モニタに表示される画像の一例を示す図である。
【図１３】ワークマークの形状例を示す図である。
【図１４】パターンサーチを説明する図である。
【図１５】アライメント顕微鏡により基板に形成された孔を暗視野照明で撮像する様子を模式的に示した図である。
【図１６】プリント基板にレーザやドリルで加工して形成した孔の形状例を示す図である。
【図１７】登録されたワークマーク像とアライメント顕微鏡で撮像された画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の適用対象の一つである投影露光装置の構成例を示す図である。
同図において、ＭＳはマスクステージである。マスクステージＭＳには、マスクマークＭＡＭとマスクパターンＭＰが形成されたマスクＭが置かれて保持される。
光照射装置１から露光光が出射する。出射した露光光は、マスクＭ、投影レンズ２を介して、ワークステージＷＳ上に載置されたワークＷ上に照射され、マスクパターンＭＰがワークＷ上に投影され露光される。
投影レンズ２とワークＷの間には、同図の矢印Ａ方向（図面左右方向）に移動可能なアライメント顕微鏡１０が４個所に設けられている。マスクパターンＭＰをワークＷ上に露光する前に、アライメント顕微鏡１０を図示の位置に挿入し、マスクマークＭＡＭとワークに形成されているワークマークＷＡＭとを検出し、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。位置合せ後、アライメント顕微鏡１０は、ワークＷ上から退避する。なお、図１においては、４個所設けられている内の一方のアライメント顕微鏡のみを示す。
【００２５】
アライメント顕微鏡１０は、前記したように、ハーフミラー１０ａ、レンズＬ１、Ｌ２と撮像手段としてのＣＣＤカメラ１０ｂから構成されている。アライメント顕微鏡１０には、前記図１５に示した暗視野照明を行うため、基板に対して斜めから照明光を照射するための照明手段１０ｃが設けられている。照明手段１０ｃは、ＬＥＤのような照明光源を複数リング状に配置して構成されている。
図２に上記のように検査対象に対し全方向から斜めに照明光を照射（暗視野照明）するためのリング照明手段（暗視野照明手段）の構成例を示す。
リング照明手段は、図２（ａ）に示すように、薄い円筒ドーナツ状の本体容器２１の中に多数のＬＥＤ２２を同心円上に配列したものである。各ＬＥＤ２２は、同図（ａ）のイ矢視図である同図（ｂ）、及びロ矢視図である同図（ｃ）に示したように、円の中心Ｏ方向に角度を持って配置されており、検査を行なうワークに対し、斜めから照明光が照射できるように構成されている。
【００２６】
また照明手段１０ｃには、図１に示すように照明手段移動機構（照明手段移動手段）５が取り付けられている。照明手段移動機構５は、照明手段１０ｃをワークＷの表面に対して直交する方向（同図の矢印Ｂ方向：図面上下方向）に移動させる。即ち、照明手段移動機構５が動作することにより、ワークＷと照明手段１０ｃとの間隔が変化する。なお、アライメント顕微鏡１０とワークＷの間隔は変化しない。
図３にアライメント顕微鏡１０と上記照明手段移動機構５の取り付け構造を示す。
同図に示すように、アライメント顕微鏡１０は、アライメント顕微鏡移動機構（アライメント顕微鏡移動手段）６を介して支持部材６ａに取り付けられ、支持部材６ａは、ベース６ｂに取り付けられている。このため、アライメント顕微鏡移動機構６により、アライメント顕微鏡１０は、ベース６ｂに対して上下方向に移動可能である。
また、照明手段１０ｃは、照明手段移動機構５を介しては支持部材５ａに取り付けられ、支持部材５ａはアライメント顕微鏡１０に取り付けられている。
【００２７】
したがって、照明手段移動機構５は上記アライメント顕微鏡１０と一体で移動し、また、上記照明手段移動機構５により、上記照明手段１０ｃを上記アライメント顕微鏡１０に対して相対的に移動させることができる。このため、ワークステージＷＳ上に異なった厚さのワークが載せられピント合わせのためにアライメント顕微鏡１０を上下方向に移動させたとき、アライメント顕微鏡の移動に合わせて、照明手段１０ｃも上下方向に移動する。したがって、照明手段１０ｃの高さをワーク面に対して適切な位置に設定しておけば、ワークの厚さが変わっても、照明手段１０ｃとワーク面との距離は一定に保たれ、照明手段１０ｃの高さを適切な高さに維持することができる。
【００２８】
図１に戻り、アライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより撮像したマスクマークＭＡＭ像やワークマークＷＡＭ像などは、制御部１１に送られる。制御部１１は上記ＣＣＤカメラ１０ｂで撮像した画像を処理する画像処理部１１ａと、ワークマークやマスクマーク等の位置座標情報、各種パラメータ等を記憶する記憶部１１ｂを備える。
さらに、制御部１１は、ＣＣＤカメラ１０ｂで撮像し画像処理部１１ａで画像処理したワーク上のパターン像と、後述するように記憶部１１ｂに登録されたワークマーク像（登録パターン）とを比較して一致度を示すスコアを計算し、このスコアに基づき、撮像したワーク上のパターンが、ワークマークとして検出するパターンであるかを判定するアライメントマーク検出部１１ｃと、上記アライメントマークの検出に際して、上記照明手段１０ｃを上下方向（Ｂ方向）に移動させるため、照明手段移動機構５の駆動を制御する照明手段移動機構制御部１１ｄを備える。
また、制御部１１は、ワークマークとして検出されたワーク上のパターンの位置座標が、記憶部１１ｂに記憶したマスクマーク像の位置座標に一致するようにワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳ（あるいはその両方）を移動させる位置合わせ制御部１１ｅと、作業者の指示により上記ワークマーク像（登録パターン）を記憶部１１ｂに登緑するための登緑部１１ｆとを備える。
【００２９】
ワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳは、上記位置合わせ制御部１１ｅにより制御されるワークステージ駆動機構４、マスクステージ駆動機構３により駆動され、ＸＹ方向（Ｘ，Ｙ：マスクステージＭＳ、ワークステージＷＳ面に平行で互いに直交するに方向）移動させるとともに、ＸＹ平面に垂直な軸を中心に回転する。
上記制御部１１には、モニタ１２が接続され、上記画像処理部１１ａで画像処理された画像はモニタ１２の画面に表示される。
【００３０】
図１の露光装置において、ワークマークの検出とマスクＭとワークＷの位置合わせは、次のように行なわれる。
光照射装置１もしくは図示しないアライメント光源から照明光をマスクＭに照射して、マスクマークＭＡＭ像をアライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂにより受像し、制御部１１に送る。制御部１１の画像処理部１１ａは上記マスクマークＭＡＭ像を位置座標に変換し記憶部１１ｂに記憶する。
なお、マスクマークの検出方法は種々の方法が提案されており、必要なら例えば特許文献１等を参照されたい。
【００３１】
次いで、ワークＷにアライメント顕微鏡１０の照明手段１０ｃから照明光を照射し、ワークＷ上のパターンを撮像しパターンサーチを行う。すなわち、アライメントマーク検出部１１ｃにおいて、撮像されたパターンと、記憶部１１ｂに登録されたワークマーク像である登録パターンとを比較して、ワークＷ上のワークマークＷＡＭを検出する。制御部１１はその位置座標を求める。
制御部１１の位置合わせ制御部１１ｅは、記憶しているマスクマークＭＡＭの位置座標と、検出したワークマークＷＡＭの位置座標が所定の位置関係になるように、ワークステージＷＳ（もしくはマスクステージＭＳ、あるいはその両方）を移動し、マスクＭとワークＷの位置合わせを行う。
【００３２】
以下、本発明の実施例であるワークマークの検出手順とマスクとの位置合わせ手順について、具体的に説明する。
（１）マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの登録
まず、マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの登録の手順について、図６により説明する。
まず、マスクマークＭＡＭの位置を検出する。このため、図６（ａ）に示すようにアライメント顕微鏡１０の視野内におけるマスクマークＭＡＭの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）を求める。
すなわち、アライメント顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１０ｂで撮像したマスクマークＭＡＭ画像を、制御部１１の画像処理部１１ａで処理し、マスクマークＭＡＭの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）を求めて、記憶部１１ｂに記憶する。
【００３３】
次に、ワークマーク像を制御部１１の記憶部１１ｂに登録する。この登緑は、次のようにして、作業者が目視で行う。
実際のワークＷ１（例えば、露光処理を行う一連のワークの内の１枚目のワーク）をワークステージＷＳ上に置き、照明手段１０ｃから照明光をワークＷ１に照射する。アライメント顕微鏡１０を使って、ワークＷ１の表面画像を受像し、画像処理部１１ａで処理して、モニタ１２上にワークＷ１の表面を写し出す。
この時のアライメント顕微鏡１０は、実際にワークマークＷＡＭを検出する場合と同じアライメント顕微鏡１０であり、アライメント顕微鏡１０の倍率は、実際にワークマークＷＡＭを検出する場合と同じ倍率（例えば３倍）である。また、アライメント顕微鏡１０は、マスクマークを検出した時の位置と同じ位置に保たれており、アライメント顕微鏡１０の視野も同じである。
【００３４】
作業者は、写し出されたワークＷ１の画像を見て、ワークマークＷＡＭを探す。ワークマークＷＡＭが見つかれば、図６（ｂ）に示すように、ワークマークＷＡＭ全体が入るように、モニタ１２上でワークマーク登録用の仮想線によってワークマークＷＡＭを囲み、例えば目視でその中心位置を特定し、＋などのマークをつける。
その際、作業者は照明手段１０ｃを上下方向に移動させ、ワークマークが最もクリアに見える照明位置で受像された画像を、ワークマークのパターンとする。
なお、上記ワークマークが最もクリアに見える照明手段１０ｃの位置を記憶部１１ｂに記憶しておけば、後述する、制御部１１によりワークマークを自動的に検出する際の照明手段１０ｃの初期位置とすることができる。
【００３５】
そして、ワークマーク登録用の仮想線によって囲まれた領域をワークマークＷＡＭのパターン像として、登録部１１ｆに登緑指令を与えて記憶部１１ｂに「登録パターン」として登録する。
また、目視でワークマーク像の中心位置を特定し、仮想線で形成される四角形の例えば左上角からワークマーク像の中心位置までの距離ｄｘ、ｄｙをワークマーク像の位置座標として記憶手段１１ｂに登緑する。
なお、ワークマーク像の中心位置を演算などにより自動的に求める手法は従来から種々知られており、ワークマーク像の中心位置の設定を目視ではなく、画像処理部１１ａで画像処理することにより自動的に求めるようにしてもよい。
【００３６】
（２）ワークマークの検出手順とマスクとの位置合わせ
ワークマークの検出手順とマスクとの位置合わせについて、図７を使って説明する。
制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃは、登録したワークマーク像と、ワーク上のパターンとを比較して、ワークＷ上のワークマークを検出する。この時、照明手段１０ｃのワークＷに対する高さ（照明手段１０ｃとワークＷとの間隔）を変えてワーク上のパターンを撮像する。
すなわち、アライメントマーク検出部１１ｃは、照明手段移動機構制御部１１ｄにより、照明手段移動機構５を制御して、照明手段１０ｃをまず第１の高さに設定し、登録パターン（登録したワークマーク像）と検索領域内のパターンとを比較して、一致度のスコアを求め、次いで、照明手段１０ｃを第２の高さに設定し、登録パターン（登録したワークマーク像）と検索領域内のパターンとを比較して、一致度のスコアを求める。
以下同様に、照明手段１０ｃの高さを変えながら、一致度のスコアを求め、このスコアが例えば一定値を越えている画像か、あるいは、最も高いスコアが得られた照明光の高さ画像を採用し、その検索領域内のパターンを、ワークＷ上のワークマークとして検出する。
ここで、上記第１の高さを、前記ワークマークのパターン像である「登録パターン」を撮像したときの照明光の高さとすれば、照明手段１０ｃを第１の高さにした状態で、ワークマークを検出できる可能性を高くすることができる。
【００３７】
例えば、登録パターンは黒丸状のものであり、第１の照明光の高さで撮像したワーク上のパターン（ワークマークＷＡＭ１）が、リング状に見えるものであり、第２の照明光の高さで撮像したワーク上のパターン（ワークマークＷＡＭ２）が黒丸状に見えるものであるとする。
登録パターンを使って、まず第１の照明光の高さで撮像したワークの検索領域をサーチし、ワークマークＷＡＭ１のスコアを得る。次に第２の照明光の高さで撮像したワークの検索領域をサーチし、ワークマークＷＡＭ２のスコアを得る。そして、予め設定された値以上のスコアが得られたワークマークを使って、あるいは、最も高いスコアが得られたワークマークを使って、位置合わせ制御部１１ｅはマスクとワークの位置合せを行う。
上記例の場合、登録したワークマークＷＡＭが黒丸状のものであれば、第２の照明光の高さで撮像したワークマークＷＡＭ２との一致度が高くスコアも高くなる。したがって、そのような場合であれば、第２の照明光の高さで撮像したワークマークＷＡＭ２を使ってマスクとワークの位置合せを行う。
【００３８】
ワークマークのサーチは、例えば図７のように行なわれる。
例えば図７（ａ）に示す矩形領域Ｐが登録パターン（ワークマーク像）として記憶部１１ｂに登録されているとする。
ワークマークをサーチするには、図７（ｂ）に示すように、アライメント顕微鏡１０の視野内で、例えば視野の左上端角から、上記図７（ａ）に示す登録パータンを含む縦Ｙ、横Ｘの矩形領域Ｐを少しずつずらしながら重ねて行き、一致度の高い場所を探す。
そして、アライメント顕微鏡の視野内で一致度の高い領域が検索されると、そのときの、矩形領域Ｐの左上の角の座標（ｘ１，ｙ１）を求め、領域Ｐ内のパターンの中心位置を示す（ｄｘ，ｄｙ）と加算して、（ｘ１＋ｄｘ，ｙ１＋ｄｙ）を検出されたワークマークの位置座標（ｘｗ１，ｙｗ１）とする。
【００３９】
以上のようにしてワークマークの位置座標が検出されると、位置合わせ制御部１１ｅは図７（ｃ）に示すように、検出されたワークマークＷＡＭの位置座標（ｘｗ１，ｙｗ１）が、予め記憶されているマスクマークの位置座標（ｘｍ１，ｙｍ１）に一致するように、（もしくは予め設定された位置関係になるように）、ワークステージＷＳあるいはマスクステージＭＳ（あるいはその両方）を移動させる。
【００４０】
ワークマークの検出について、図８を用いて説明する。
ここでは、登録したワークマークのパターン（登録パターン）ＷＡＭは、図８（ａ）に示すように黒丸状のパターンとする。そして、照明光の高さを３段階に切り替えてワーク（ワークマーク）を照明する。
照明光が第１の高さである場合のワーク上のワークマークの見え方が図８（ｂ）、第２の高さである場合のワークマークの見え方が図８（ｃ）、第３の高さである場合のワークマークの見え方が図８（ｄ）であるとする。
（１）サーチの開始。
まず、第１の照明光の高さでワーク上のパターンを照明して撮像し、登緑パターンで検索領域をサーチする。制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃで登録パターンＷＡＭと図８（ｂ）のパターンを比較してスコアを求める。
登緑マークが黒丸であるのに対して、見えているワークマークは図８（ｂ）に示すリング状である。したがって両者の一致度は低く、スコアも低くなる（この場合のスコアを２０００点とする）。この値を第１の照明光の高さの場合のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
【００４１】
続いて、照明光の高さを変え、第２の照明光の高さでワーク上のパターンを照明して撮俵し、登録パターンＷＡＭで検索領域をサーチする。アライメントマーク検出部１１ｃで登録パターンＷＡＭと図８（ｃ）のパターンを比較してスコアを求める。
登録パターンＷＡＭは、見えているワークマークの形状と良く似ているので一致度が高く、高いスコアが得られる（この場合のスコアを９０００点とする）。この値を第２の照明光の高さの場合のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
さらに、照明光の高さを変え、第３の照明光の高さでワーク上のパターンを照明して撮像し、登緑マークで検索領域をサーチする。アライメントマーク検出部１１ｃで登録パターンＷＡＭと図８（ｄ）のパターンを比較してスコアを求める。
登緑パターンＷＡＭは、見えているワークマークの形状と似ていないで一致度が低く、低いスコアになる（この場合のスコアを１５００点とする）。この値を第３の照明光の高さの場合のスコアとして記憶部１１ｂに記憶する。
制御部１１のアライメントマーク検出部１１ｃは、第１の照明光の高さの場合のスコア２０００点と、第２の照明光の高さの場合のスコア９０００点と、第３の照明光の高さの場合のスコア１５００点とを比較する。そして最も高いスコアが得られた、第２の照明光の高さの場合の図８（ｃ）のパターンをワークマークとして採用する。
【００４２】
なお、照明光の高さを変えて何度もワーク上のパターンを撮像しサーチを行うと、ワークマーク検出に時間がかかり、その結果露光処理の時間が全体として長くなる。
その問題の解決方法としては、例えば、ある照明光の高さであらかじめ設定した点数以上のスコアが得られたら、その段階で照明光の高さを変えての撮像を終了し、その照明光の高さで、次の手順（ワークマークの位置検出とマスクとワークの位置合せ）に進むよう設定することが考えられる。
上記図８の例で言えば、例えば８０００以上のスコアが得られれば、ワークマークが検出できたとし、次の手順（マスクとワークの位置合せ）に進むように制御部１１に設定しておく。そのようにしておけば、第３の照明光の高さでの撮像を行わないので、ワークマーク検出時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
なお、本発明においては、基板に形成した底つきの孔（凹部、へこみ）をワーク・アライメントマーク（ワークマーク）として使用する場合、その孔にめっきやレジストフィルムの貼り付けにより、アライメント顕微鏡によって検出されるワークマークの見え方（形状や明暗や色調）が異なることを例に説明した。
しかし、孔の場合に限らず、図９（ａ）に示すように基板１００に形成した突起１０７（凸部、ふくらみ）をワーク・アライメントマークとして使用する場合であっても、ワークマークの見え方が変化するので、本発明を適用することができる。
また、例えば、図９（ｂ）に示すような、銅１０５等のめっきの有無により表面の反射率が変化して見え方が変化する場合もある。
さらに、図９（ｃ）に示すように突起に対してレジストフィルム１０６を貼り付けると、突起の側面に沿って貼り付けることはできず、突起の側面に空間ができる。そのため、照明光の反射率や光の反射する方向が変化し、レジストフィルムが貼られていない場合と貼られている場合とでは撮像手段（ＣＣＤ）での見え方が異なる。
さらに、レジストフィルムの貼り付け具合によっては、フィルムのたるみ具合も変わるので、見え方が変化するが、これらの場合にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 光照射装置
２ 投影レンズ
３ マスクステージ駆動機構
４ ワークステージ駆動機構
５ 照明手段移動機構
５ａ 支持部材
６ アライメント顕微鏡移動機構
６ａ 支持部材
６ｂ ベース
１０ アライメント顕微鏡
１０ａ ハーフミラー
１０ｂ 撮像手段（ＣＣＤカメラ）
１０ｃ 照明手段（暗視野照明手段）
２１ 本体容器
２２ ＬＥＤ
１１ 制御部
１１ａ 画像処理部
１１ｂ 記憶部
１１ｃ アライメントマーク検出部
１１ｄ 照明手段移動機構制御部
１１ｅ 位置合わせ制御部と、
１１ｆ 登緑部
１２ モニタ
ＭＳ マスクステージ
ＭＡＭ マスク・アライメントマーク（マスクマーク）
ＭＰ マスクパターン
Ｍ マスク
ＷＳ ワークステージ
Ｗ ワーク
ＷＡＭ ワーク・アライメントマーク（ワークマーク）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起またはへこみとしてワーク上に形成されたワーク・アライメントマークの検出装置であって、
ワーク上のパターンを照明する暗視野照明手段と、
上記暗視野照明手段をワーク表面に対して直交する方向に移動させる照明手段移動手段と、
上記暗視野照明手段により照明したワーク上のパターンを撮像する撮像手段と、
上記照明手段移動手段と撮像手段を制御して、ワーク上のアライメントマークを検出する制御部とを備え、
上記制御部は、
ワーク・アライメントマークとして検出すべきパターンを登録パターンとして記憶した記憶部と、アライメントマーク検出部とを有し、
上記アライメントマーク検出部は、上記撮像手段により撮像したワーク上のパターンと、上記登録パターンとを比較して一致度を求め、一致度が予め設定された値以上のとき、上記ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出し、
求めた一致度が低い場合に、上記照明手段移動手段により上記暗視野照明手段を移動させ、上記撮像手段によりワーク上のパターンを再度撮像し、再度撮像されたワーク上のパターンと登録パターンとを比較して一致度を求め、求めた一致度が予め設定された値以上になったとき、ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出する
ことを特徴とするワーク・アライメントマークの検出装置。
【請求項２】
上記撮像手段を内蔵し上記暗視野照明手段により照明されたワーク上のパターンを受像するアライメント顕微鏡と、該アライメント顕微鏡をワーク表面に対して直交する方向に移動させるアライメント顕微鏡移動手段を備え、
上記照明手段移動手段は上記アライメント顕微鏡と一体で移動し、上記暗視野照明手段を、上記アライメント顕微鏡に対して相対的に移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載のワーク・アライメントマークの検出装置。
【請求項１】
突起またはへこみとしてワーク上に形成されたワーク・アライメントマークの検出装置であって、
ワーク上のパターンを照明する暗視野照明手段と、
上記暗視野照明手段をワーク表面に対して直交する方向に移動させる照明手段移動手段と、
上記暗視野照明手段により照明したワーク上のパターンを撮像する撮像手段と、
上記照明手段移動手段と撮像手段を制御して、ワーク上のアライメントマークを検出する制御部とを備え、
上記制御部は、
ワーク・アライメントマークとして検出すべきパターンを登録パターンとして記憶した記憶部と、アライメントマーク検出部とを有し、
上記アライメントマーク検出部は、上記撮像手段により撮像したワーク上のパターンと、上記登録パターンとを比較して一致度を求め、一致度が予め設定された値以上のとき、上記ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出し、
求めた一致度が低い場合に、上記照明手段移動手段により上記暗視野照明手段を移動させ、上記撮像手段によりワーク上のパターンを再度撮像し、再度撮像されたワーク上のパターンと登録パターンとを比較して一致度を求め、求めた一致度が予め設定された値以上になったとき、ワーク上のパターンをアライメントマークとして検出する
ことを特徴とするワーク・アライメントマークの検出装置。
【請求項２】
上記撮像手段を内蔵し上記暗視野照明手段により照明されたワーク上のパターンを受像するアライメント顕微鏡と、該アライメント顕微鏡をワーク表面に対して直交する方向に移動させるアライメント顕微鏡移動手段を備え、
上記照明手段移動手段は上記アライメント顕微鏡と一体で移動し、上記暗視野照明手段を、上記アライメント顕微鏡に対して相対的に移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載のワーク・アライメントマークの検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−２１１６４（Ｐ２０１３−２１１６４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３８４１（Ｐ２０１１−１５３８４１）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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