JP2000077323A - Method for detecting alignment mark in semiconductor- manufacturing device - Google Patents
Method for detecting alignment mark in semiconductor- manufacturing deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線描画装置や
光露光装置等の半導体製造装置を用いて微細パターンを
試料上に重ね合わせて描画あるいは露光する際などに行
われる合わせマークの検出方法、及び合わせマークを用
いたパターンの描画あるいは露光方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of detecting a registration mark which is performed when a fine pattern is superimposed on a sample and drawn or exposed by using a semiconductor manufacturing apparatus such as an electron beam drawing apparatus or a light exposure apparatus. And a method of drawing or exposing a pattern using an alignment mark.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体製造工程では、電子線描画装置や
光露光装置等の微細パターン形成装置を用いて、半導体
ウェハ等の試料上に素子のパターンや回路パターン等の
微細パターンを形成することが行われる。これらのデバ
イスパターンの形成に当たっては、試料上に既に形成さ
れているパターンに対して次の層のパターンを高精度に
位置合わせして形成することが必要とされ、この位置合
わせのために合わせマークが使用される。また、半導体
ウェハ等に形成したパターンが設計通りのものであるか
どうかを検査するために、パターンの所定箇所の寸法を
電子顕微鏡を用いて計測することが行われるが、このよ
うな場合にも計測位置を特定するために合わせマークが
使用される。合わせマークはデバイスパターンとは別個
の専用のマークとして試料上に用意されることもある
し、デバイスパターンの一部が合わせマークとして利用
されることもある。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, a fine pattern such as an element pattern or a circuit pattern is formed on a sample such as a semiconductor wafer using a fine pattern forming apparatus such as an electron beam lithography apparatus or a light exposure apparatus. Done. In forming these device patterns, it is necessary to form the pattern of the next layer with high precision with respect to the pattern already formed on the sample. Is used. In addition, in order to inspect whether a pattern formed on a semiconductor wafer or the like is as designed, dimensions of a predetermined portion of the pattern are measured using an electron microscope. An alignment mark is used to specify the measurement position. The alignment mark may be prepared on the sample as a dedicated mark separate from the device pattern, or a part of the device pattern may be used as the alignment mark.
【0003】この合わせマーク検出方法として、試料上
の合わせマークに対応する像をテンプレート画像として
予め登録しておき、試料を電子線走査又は光学的に撮像
して得られる被検出画像から正規化相関を用いてテンプ
レート画像に含まれる合わせマークの基準位置を検出す
るテンプレートマッチングといわれる方法がある。ま
た、テンプレート画像を用いることなく、試料を電子線
走査又は光学的に撮像して得られた被検出画像から合わ
せマークを直接検出する方法もある。As a registration mark detection method, an image corresponding to a registration mark on a sample is registered in advance as a template image, and a normalized correlation is obtained from a detected image obtained by electron beam scanning or optical imaging of the sample. There is a method called template matching for detecting the reference position of the alignment mark included in the template image by using. There is also a method of directly detecting an alignment mark from a detected image obtained by electron beam scanning or optical imaging of a sample without using a template image.
【0004】特開平8−148402号公報には、検出
の対象となるマーク上を電子線で走査して得られるマー
ク波形とその波形を横反転して得られるマーク波形を用
いて相関演算を行い、その相関関数の極値位置から相対
的にマーク中心位置を検出する方法が記載されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148402 discloses that a correlation operation is performed using a mark waveform obtained by scanning a mark to be detected with an electron beam and a mark waveform obtained by horizontally inverting the waveform. Describes a method of detecting a mark center position relatively from an extreme value position of the correlation function.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図12は、従来の方法
で作業者により抽出されたテンプレート画像の説明図で
ある。作業者は、ステージ上の試料の画像から合わせマ
ークM1に対応した領域を任意に切出すことによってテ
ンプレート画像T1の登録を行う。ステージに保持され
た試料上に電子線描画あるいは露光によってパターンを
重ねて形成するためには、ステージ座標における合わせ
マークM1の絶対位置が必要となる。しかし、従来のテ
ンプレートマッチングの方法では、テンプレート画像T
1の登録は、作業者がステージ上の試料の画像から合わ
せマークM1に対応した領域を任意に切出すことによっ
て行うため、テンプレート画像T1に対する合わせマー
クM1の基準位置、例えばP1の座標(Xp1,Yp1)が
分からず、ステージ座標における合わせマークM1の絶
対位置を知ることができなかった。FIG. 12 is an explanatory diagram of a template image extracted by a worker by a conventional method. The operator registers the template image T1 by arbitrarily cutting out an area corresponding to the alignment mark M1 from the image of the sample on the stage. In order to form a pattern on the sample held by the stage by electron beam drawing or exposure, the absolute position of the alignment mark M1 in the stage coordinates is required. However, in the conventional template matching method, the template image T
1 is registered by the operator by arbitrarily cutting out an area corresponding to the alignment mark M1 from the image of the sample on the stage. Therefore, the reference position of the alignment mark M1 with respect to the template image T1, for example, the coordinates (X p1) of P1 , Y p1 ) was not known, and the absolute position of the alignment mark M1 in the stage coordinates could not be known.
【0006】この対策として、合わせマークの形状の特
徴を表す設計値に基づいて、図13に示す様な理想的な
テンプレート画像T2を形成して、合わせマークを検出
する方法がある。この方法では、テンプレート画像T2
の作成時に、テンプレート画像T2における合わせマー
クM1の基準位置、例えばP1の座標を、例えば(0,
0)と予め指定しているため、ステージ座標における合
わせマークの絶対位置を知ることができる。As a countermeasure, there is a method of detecting an alignment mark by forming an ideal template image T2 as shown in FIG. 13 based on a design value representing a feature of the shape of the alignment mark. In this method, the template image T2
At the time of creation, the reference position of the alignment mark M1 in the template image T2, for example, the coordinate of P1 is changed to, for example, (0,
0), the absolute position of the alignment mark in the stage coordinates can be known.
【0007】しかし、設計値に基づいて形成されたテン
プレート画像T2の場合、例えば、半導体製造プロセス
の影響により、工程毎に合わせマークの形状や段差構造
が異なることがある。図11は、この様子を模式的に示
すもので、試料上に形成された合わせマークは半導体製
造プロセス等において加工されて変形することがあり、
そのため実際の電子線走査あるいは光学的な撮像により
得られた試料上の合わせマークの画像110は、設計値
に基づいて形成されたテンプレート画像の合わせマーク
111と形状や段差構造が異なったものとなり、これが
原因となって正確な合わせマークの検出ができない場合
があった。However, in the case of the template image T2 formed based on the design values, for example, the shape of the alignment mark and the step structure may be different for each process due to the influence of the semiconductor manufacturing process. FIG. 11 schematically shows this state. The alignment mark formed on the sample may be deformed by being processed in a semiconductor manufacturing process or the like.
Therefore, the image 110 of the alignment mark on the sample obtained by actual electron beam scanning or optical imaging is different from the alignment mark 111 of the template image formed based on the design value in shape and step structure. As a result, there were cases where accurate alignment marks could not be detected.
【0008】また、テンプレート画像を用いることな
く、試料を電子線走査又は光学的に撮像して得られた被
検出画像から合わせマークを直接検出する方法において
も、発明者らの知る限り、検出された合わせマークの基
準位置を2次元画像の画像処理によって高精度に求める
方法は見当たらない。特開平8−148402号公報に
記載された方法では、電子線走査線上でのマーク中心位
置しか検出することはできない。また、マークが形成さ
れているウェハが回転したような場合には、ウェハの回
転に伴ってマーク上を電子線で走査して得られるマーク
波形のピーク位置がシフトするため、検出されるマーク
中心位置も誤差を含んだものになる。Further, in a method of directly detecting an alignment mark from a detected image obtained by electron beam scanning or optical imaging of a sample without using a template image, as far as the inventors know, the detected mark is not detected. There is no known method for determining the reference position of the alignment mark with high accuracy by image processing of a two-dimensional image. In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148402, only the mark center position on the electron beam scanning line can be detected. Further, when the wafer on which the mark is formed is rotated, the peak position of the mark waveform obtained by scanning the mark with an electron beam with the rotation of the wafer is shifted, so that the center of the detected mark is shifted. The position also includes an error.
【0009】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、ステージ座標系における合わせ
マークの基準位置の絶対座標を得ることができ、また、
半導体製造プロセスの影響を受けずに正しく合わせマー
クの基準位置を求めることができる新規な方法を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can obtain absolute coordinates of a reference position of an alignment mark in a stage coordinate system.
It is an object of the present invention to provide a novel method that can correctly determine a reference position of an alignment mark without being affected by a semiconductor manufacturing process.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明においては、試料
上に対称形の合わせマーク配置されている場合、その合
わせマークを含むようにして得られた画像及びその画像
を回転させた画像を用いて、合わせマークの基準位置を
求める。そして、その位置を基準にテンプレート画像を
作成し、テンプレート画像における合わせマークの基準
位置を既知とすることにより、ステージ座標系における
合わせマークの基準位置の絶対座標を得る。同様に、合
わせマークを含むようにして得られた被検出画像及びそ
の画像を回転させた画像を用いて合わせマークの基準位
置を直接求めることにより、ステージ座標系における合
わせマークの基準位置の絶対座標を得る。According to the present invention, when a symmetrical alignment mark is arranged on a sample, an image obtained by including the alignment mark and an image obtained by rotating the image are used. Find the reference position of the alignment mark. Then, a template image is created based on the position, and the reference position of the alignment mark in the template image is known, thereby obtaining the absolute coordinates of the reference position of the alignment mark in the stage coordinate system. Similarly, the absolute coordinates of the reference position of the alignment mark in the stage coordinate system are obtained by directly obtaining the reference position of the alignment mark using the detected image obtained so as to include the alignment mark and the image obtained by rotating the image. .
【0011】本明細書でいう対称なマークとは、回転対
称なマークである。合わせマークを含む試料の画像は、
例えば電子線描画装置の場合には試料に形成された合わ
せマーク上を電子線で走査することにより得られ、また
光露光装置の場合には、合わせマークを含む試料の領域
を光学的に撮像することによって得られる。すなわち、
本発明による合わせマーク検出方法は、試料に形成され
た対称な合わせマークを検出する合わせマーク検出方法
において、試料から合わせマークを含む被検出画像を取
得するステップと、被検出画像及び被検出画像を回転さ
せた回転画像を用いて被検出画像内における合わせマー
クの基準位置を検出するステップとを含むことを特徴と
する。[0011] The symmetric mark in this specification is a rotationally symmetric mark. The image of the sample including the alignment mark is
For example, in the case of an electron beam lithography apparatus, it is obtained by scanning an alignment mark formed on a sample with an electron beam, and in the case of a light exposure apparatus, an area of the sample including the alignment mark is optically imaged. Obtained by: That is,
An alignment mark detection method according to the present invention is a alignment mark detection method for detecting a symmetric alignment mark formed on a sample, wherein a step of acquiring a detected image including the alignment mark from the sample, Detecting the reference position of the alignment mark in the detected image using the rotated image.
【0012】被検出画像は、必ずしも合わせマークの全
体を完全に含んでいる必要はない。例えば、被検出画像
上の特定の点が、被検出画像を回転させたとき合わせマ
ークに対してどの位置に移動するかを求め、移動前後の
2点の中点を検出することで、合わせマークの対称中心
を求めることができる。このように、前記の画像操作に
よって直接求まるのは対称な合わせマークの対称中心位
置である。合わせマークの基準位置は、この対称中心の
位置であってもよいし、対称中心に方向及び長さが既知
のバイアスを加えた位置であってもよい。被検出画像と
被検出画像を各々異なる角度に回転した複数の回転画像
とを用いて基準位置を検出することもできる。The detected image does not necessarily need to completely include the entire alignment mark. For example, the position of a specific point on the detected image with respect to the alignment mark when the detected image is rotated is determined, and the midpoint between the two points before and after the movement is detected. Can be determined. Thus, what is directly obtained by the above-described image operation is the symmetric center position of the symmetrical alignment mark. The reference position of the alignment mark may be the position of this center of symmetry, or may be a position where a bias whose direction and length are known is applied to the center of symmetry. The reference position can also be detected using the detected image and a plurality of rotated images obtained by rotating the detected image at different angles.
【0013】本発明による合わせマーク検出方法は、ま
た、テンプレート画像を用いて試料に形成された合わせ
マークを検出する合わせマーク検出方法において、前述
の合わせマーク検出方法で検出された基準位置を基準と
して被検出画像からテンプレート画像を抽出することを
特徴とする。本発明による合わせマーク検出方法は、ま
た、試料に形成された合わせマークを検出する合わせマ
ーク検出方法において、試料から合わせマークを含む被
検出画像を取得するステップと、被検出画像のうち前記
合わせマークを含む部分領域の画像を仮のテンプレート
画像として被検出画像から合わせマークを検出する際に
得られる評価値のうち、最も高い評価値が得られるピク
セル位置及びその周囲のピクセル位置における評価値の
傾向から、被検出画像における合わせマークの基準位置
を推測するステップとを含み、合わせマークの基準位置
をピクセル以下の分解能で検出することを特徴とする。
合わせマークを含む被検出画像の部分領域の画像は、必
ずしも合わせマークの全体を完全に含んでいなくてもよ
い。According to another aspect of the present invention, there is provided an alignment mark detecting method for detecting an alignment mark formed on a sample using a template image, with reference to the reference position detected by the above-described alignment mark detection method. A template image is extracted from the detected image. The alignment mark detection method according to the present invention also includes a registration mark detection method for detecting an alignment mark formed on a sample, the method comprising: acquiring a detected image including the alignment mark from the sample; Among the evaluation values obtained when detecting the alignment mark from the detected image using the image of the partial area including the temporary region as the temporary template image, the tendency of the evaluation value at the pixel position at which the highest evaluation value is obtained and the pixel positions around the pixel position Estimating the reference position of the alignment mark in the detected image from the detected image, and detecting the reference position of the alignment mark with a resolution equal to or less than the pixel.
The image of the partial region of the detected image including the alignment mark does not necessarily need to completely include the entire alignment mark.
【0014】本発明による合わせマーク検出方法は、ま
た、テンプレート画像を用いて試料に形成された合わせ
マークを検出する合わせマーク検出方法において、前述
の方法によって試料に形成された合わせマークの基準位
置をピクセル以下の分解能で検出し、基準位置をピクセ
ル単位で丸め、その基準位置が含まれるピクセルを基準
にテンプレート画像を抽出するとともに丸めにより切捨
てた分を補正値として保持し、前記テンプレート画像及
び前記補正値を用いて試料に形成された合わせマークの
基準位置を検出することを特徴とする。補正値は、例え
ば電子線描画装置による描画時に描画制御系にオフセッ
トとして供給して描画位置を補正するためや、合わせマ
ーク検出を行った結果をオフセット補正するために用い
られる。According to a second aspect of the present invention, there is provided an alignment mark detecting method for detecting an alignment mark formed on a sample using a template image, wherein the reference position of the alignment mark formed on the sample by the above-described method is determined. The detection is performed with a resolution equal to or less than the pixel, the reference position is rounded in pixel units, a template image is extracted based on the pixel including the reference position, and the rounded-down portion is held as a correction value, and the template image and the correction are stored. The reference position of the alignment mark formed on the sample is detected using the value. The correction value is used, for example, to supply a drawing control system as an offset at the time of drawing by the electron beam drawing apparatus to correct the drawing position, and to correct the offset of the result of the alignment mark detection.
【0015】本発明による合わせマーク検出方法は、ま
た、テンプレート画像を用いて試料に形成された合わせ
マークを検出する合わせマーク検出方法において、前述
の方法によって試料に形成された合わせマークの基準位
置をピクセル以下の分解能で検出し、その基準位置がテ
ンプレート画像の基準位置となるように試料から合わせ
マークを含む被検出画像を再取得し、再取得した被検出
画像からテンプレート画像を抽出することを特徴とす
る。According to the alignment mark detecting method of the present invention, in the alignment mark detecting method for detecting an alignment mark formed on a sample using a template image, the reference position of the alignment mark formed on the sample by the above-described method is determined. Detection is performed with a resolution equal to or less than the pixel, the detected image including the alignment mark is reacquired from the sample such that the reference position is the reference position of the template image, and the template image is extracted from the reacquired detected image. And
【0016】以上の合わせマーク検出方法において、合
わせマークの設計値に基づいて予め形成したテンプレー
ト画像を用いて、合わせマークの基準位置を検出する前
に、合わせマークの基準位置を粗く求めるようにしても
よい。あるいは、合わせマークの特徴量を求めておき、
被検出画像から前記特徴量を含む領域を抽出することに
より、合わせマークの基準位置を検出する前に、合わせ
マークの基準位置を粗く求めるようにしてもよい。In the above-described alignment mark detection method, the reference position of the alignment mark is roughly determined before the reference position of the alignment mark is detected using a template image formed in advance based on the design value of the alignment mark. Is also good. Alternatively, determine the feature amount of the alignment mark,
By extracting a region including the feature amount from the detected image, the reference position of the alignment mark may be roughly determined before detecting the reference position of the alignment mark.
【0017】本発明によるパターン形成方法は、電子線
描画装置又は光露光装置を用いて試料にパターンを形成
するパターン形成方法において、前記したいずれかの本
発明による合わせマーク検出方法によって試料の合わせ
マークを検出し、検出された合わせマークに対して予め
定められた位置関係となるようにパターン形成を行うこ
とを特徴とする。A pattern forming method according to the present invention is directed to a pattern forming method for forming a pattern on a sample using an electron beam lithography apparatus or a light exposure apparatus. Is detected, and a pattern is formed so as to have a predetermined positional relationship with the detected alignment mark.
【0018】本発明の合わせマーク検出方法は、合わせ
マークを含む画像を回転させることにより合わせマーク
の基準位置を求めるため、半導体製造工程ごとの合わせ
マークの形状ばらつきの影響を受けずに、電子線描画装
置など装置内の絶対座標系における合わせマークの基準
位置を高精度に検出することができる。また、その高精
度に検出した基準位置に基づいてテンプレート画像を形
成することで、テンプレート画像における合わせマーク
の基準位置座標を既知とすることができるため、テンプ
レート画像を用いて検出した合わせマークのステージ座
標における絶対位置を知ることができる。According to the alignment mark detection method of the present invention, since the reference position of the alignment mark is obtained by rotating the image including the alignment mark, the electron beam is not affected by the variation in the shape of the alignment mark in each semiconductor manufacturing process. A reference position of an alignment mark in an absolute coordinate system in a device such as a drawing device can be detected with high accuracy. Further, by forming the template image based on the reference position detected with high accuracy, the reference position coordinates of the alignment mark in the template image can be known, so that the stage of the alignment mark detected using the template image You can know the absolute position in coordinates.
【0019】また、被検出画像を用いてマーク検出する
際に得られる評価値のうち、最も高い評価値が得られる
ピクセル位置における評価値及びそのピクセル位置の周
囲のピクセル位置における評価値の傾向から、合わせマ
ークの基準位置に一致した前記被検出画像における位置
を推測することにより、合わせマークの基準位置をピク
セル単位以下の分解能で求めることができ、高精度な合
わせマーク検出が可能となる。Also, among the evaluation values obtained when a mark is detected using an image to be detected, the evaluation value at a pixel position at which the highest evaluation value is obtained and the tendency of the evaluation values at pixel positions surrounding the pixel position are obtained. By estimating the position in the detected image that coincides with the reference position of the alignment mark, the reference position of the alignment mark can be obtained with a resolution equal to or less than the pixel unit, and highly accurate alignment mark detection becomes possible.
【0020】本発明によると、合わせマークの2次元の
基準位置を一度に高精度に検出することができる。ま
た、合わせマークが形成されているウェハ等が回転した
としても、その影響を受けることなく合わせマークの基
準位置を高精度に検出することができる。According to the present invention, the two-dimensional reference position of the alignment mark can be detected at once with high accuracy. Further, even if the wafer or the like on which the alignment mark is formed rotates, the reference position of the alignment mark can be detected with high accuracy without being affected by the rotation.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。ここでは、電子線描画装置におけ
るウェハの合わせマーク検出について説明する。また、
合わせマークの対称中心が基準位置であるとして説明を
行う。ただし、ここでの説明は単に本発明の一例につい
ての説明であり、これにより本発明を限定することを意
図するものではない。例えば、合わせマークの基準位置
は、合わせマークの対称中心と既知の関係にある任意の
位置を基準位置とすることが可能である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the detection of the alignment mark of the wafer in the electron beam lithography apparatus will be described. Also,
The description will be made on the assumption that the symmetry center of the alignment mark is the reference position. However, the description here is merely an example of the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, the reference position of the alignment mark can be any position that has a known relationship with the center of symmetry of the alignment mark.
【0022】図1は、本発明による合わせマーク位置検
出を行うための電子線描画装置の概略図である。電子銃
11から放射された電子線12は、偏向器13により偏
向され、図示しないレンズ系によって集束されて、ステ
ージ20上に保持されたウェハ19に照射される。この
電子線描画装置は、ウェハ19上に設けられた合わせマ
ーク18を画像として検出するための機構として、電子
検出器16、電子検出器16の出力を増幅する増幅器1
4、合わせマーク検出器15を備える。合わせマーク検
出器15で検出された合わせマークのデータは描画制御
系17に供給され、電子線描画の際に利用される。FIG. 1 is a schematic diagram of an electron beam drawing apparatus for detecting the position of a registration mark according to the present invention. The electron beam 12 emitted from the electron gun 11 is deflected by a deflector 13, focused by a lens system (not shown), and irradiated on a wafer 19 held on a stage 20. The electron beam lithography apparatus includes an electron detector 16 and an amplifier 1 for amplifying an output of the electron detector 16 as a mechanism for detecting an alignment mark 18 provided on a wafer 19 as an image.
4. An alignment mark detector 15 is provided. The data of the alignment mark detected by the alignment mark detector 15 is supplied to the drawing control system 17 and used for electron beam drawing.
【0023】図2は、本発明によるテンプレート画像作
成のための合わせマーク中心位置の検出処理を説明する
フローチャートである。まず、ステップ210におい
て、テンプレート画像を作成するための画像を取得す
る。テンプレート画像を作成するための画像取得に当た
っては、偏向器13を制御して、電子線12によりウェ
ハ19上に配置された十字や井桁の様な対称な合わせマ
ーク18が含まれる領域を走査する。この電子線照射に
よって電子線12が照射されたウェハ19上の位置から
発生される二次電子や反射電子を、電子検出器16によ
り検出する。電子検出器16の出力は、増幅器14によ
り増幅された後、画像データとして合わせマーク検出器
15に入力される。なお、増幅器14の出力は、合わせ
マーク検出器15に入力される前に、画像のコントラス
トなどを調整するためにレベル設定が行われる。FIG. 2 is a flowchart for explaining the process of detecting the center position of the alignment mark for creating a template image according to the present invention. First, in step 210, an image for creating a template image is obtained. In obtaining an image for creating a template image, the deflector 13 is controlled to scan an area including a symmetrical alignment mark 18 such as a cross or a cross arranged on the wafer 19 by the electron beam 12. Secondary electrons and reflected electrons generated from the position on the wafer 19 irradiated with the electron beam 12 by the electron beam irradiation are detected by the electron detector 16. The output of the electronic detector 16 is amplified by the amplifier 14 and then input to the alignment mark detector 15 as image data. Before the output of the amplifier 14 is input to the alignment mark detector 15, a level setting is performed to adjust the contrast of an image and the like.
【0024】次に、ステップ220において、テンプレ
ート画像を形成するための画像において合わせマーク位
置を粗く求める。このステップ220において、合わせ
マークの基準位置を粗く求めた後、その結果の周辺にお
いて、合わせマーク程度の領域の大きさでステップ23
0の処理を行うことにより、処理時間の短縮及び周囲の
パターンによらない正確な検出が可能となる。なお、ス
テップ220を省略して直ちにステップ230に進み、
テンプレート画像を作成する画像の全領域に対して、テ
ンプレートを作成するための画像における合わせマーク
の中心位置を求める処理を行うことも可能である。ステ
ップ220を実行する方法の例としては、次の2つの方
法がある。Next, in step 220, the position of the alignment mark is roughly determined in the image for forming the template image. In this step 220, after the reference position of the alignment mark is roughly determined, the size of the area around the alignment mark is set around step 23 around the result.
By performing the processing of 0, the processing time can be reduced and accurate detection can be performed regardless of the surrounding pattern. Step 220 is skipped and the process immediately proceeds to step 230.
It is also possible to perform processing for determining the center position of the alignment mark in the image for creating a template for the entire area of the image for creating the template image. The following two methods are examples of the method of performing step 220.
【0025】第1の方法は、合わせマークの形状の特徴
を表す設計値に基づいて理想的なテンプレート画像を予
め形成し、その画像を用いて合わせマークの中心位置を
絞り込む方法である。理想的なテンプレート画像とは、
例えば、合わせマークのマーク幅、マークの縦横の大き
さにより形状が決定され、さらに、合わせマークと背景
の画素値を2値化(多値化)して表すことによって作成
されるものである。合わせマークの中心位置の絞り込み
は、例えば、正規化相関により求める。The first method is a method in which an ideal template image is formed in advance based on design values representing the characteristics of the shape of the alignment mark, and the center position of the alignment mark is narrowed down using the image. What is an ideal template image?
For example, the shape is determined by the mark width of the alignment mark and the vertical and horizontal sizes of the mark, and further, it is created by expressing the pixel values of the alignment mark and the background in a binary (multi-valued) manner. The narrowing of the center position of the alignment mark is obtained by, for example, normalized correlation.
【0026】第2の方法は、合わせマークの特徴量を用
いる方法である。例えば、特徴量として分散を用い、分
散を求めるフィルタの大きさを合わせマークの大きさ程
度とし、このフィルタを画像の全ピクセルで移動させて
計算する。フィルタを移動させることにより、フィルタ
に含まれる合わせマークの領域が変化する。そのため、
合わせマークが含まれる領域が大きくなる程、分散値が
高くなる。これを利用して、分散値の大きさが最も高く
なる部分を合わせマークの中心位置として絞り込むこと
ができる。The second method is to use the feature amount of the alignment mark. For example, the variance is used as the feature quantity, the size of the filter for obtaining the variance is set to about the size of the alignment mark, and this filter is moved by all pixels of the image for calculation. By moving the filter, the area of the alignment mark included in the filter changes. for that reason,
The larger the area including the alignment mark, the higher the dispersion value. By utilizing this, it is possible to narrow down the portion where the magnitude of the variance value is the highest as the center position of the alignment mark.
【0027】なお、特徴量としては、分散以外に、例え
ば、微分値、エントロピー、パワースペクトルなどを用
いてもよいし、複数の特徴量を組み合わせて用いてもよ
い。また、合わせマークの特徴量の大きさとなる領域を
閾値法や予め与えておいた教師信号を基とした最短距離
法などを用いることで合わせマークのみを抽出した後、
合わせマークとして抽出された連結領域を取り出し、そ
の重心位置を合わせマークの中心位置として絞り込むこ
とができる。In addition to the variance, for example, a differential value, entropy, power spectrum, or the like may be used as the characteristic amount, or a plurality of characteristic amounts may be used in combination. In addition, after extracting only the alignment mark by using a threshold method or a shortest distance method based on a previously-provided teacher signal, an area having the size of the feature amount of the alignment mark is extracted.
The connected area extracted as the alignment mark is taken out, and the position of the center of gravity can be narrowed down as the center position of the alignment mark.
【0028】次に、図2のステップ230においてテン
プレート画像の作成を行う。テンプレート画像において
は、合わせマークの中心位置を求める必要がある。これ
を行う方法として、十字型や井桁型の様な180度回転
させた場合に重なる回転対称な合わせマークの場合、例
えば図4に示す方法がある。図4は、ステップ230に
おいて行われる、合わせマーク40の中心位置を求める
方法の一例を説明する図である。図5のフローチャート
を用いて、図4に示した方法について説明する。図4
(a)に示した画像42は、図2のステップ220で粗
く求めた合わせマーク位置に基づいて切り出した、テン
プレート画像を作成するための画像である。ステップ5
10において、テンプレート画像を作成するための画像
42の中心位置41を中心に、縦横大きさAとなる上下
左右対称な領域の画像43を図4(b)のように抽出す
る。次にステップ520において、その画像43を18
0度回転させて、図4(c)に示すように、仮のテンプ
レート画像44を作成する。Next, a template image is created in step 230 of FIG. In the template image, it is necessary to find the center position of the alignment mark. As a method for performing this, there is a method shown in FIG. 4, for example, in the case of a rotationally symmetric alignment mark that overlaps when rotated 180 degrees such as a cross shape or a cross girder shape. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a method of determining the center position of the alignment mark 40 performed in step 230. The method shown in FIG. 4 will be described with reference to the flowchart in FIG. FIG.
The image 42 shown in (a) is an image for creating a template image, which is cut out based on the alignment mark position roughly obtained in step 220 of FIG. Step 5
In FIG. 4, an image 43 of a vertically and horizontally symmetrical area having a vertical and horizontal size A is extracted as shown in FIG. 4B around a center position 41 of an image 42 for creating a template image. Next, in step 520, the image 43 is
By rotating it by 0 degrees, a temporary template image 44 is created as shown in FIG.
【0029】次にステップ530において、仮のテンプ
レート画像44とテンプレート画像を作成するための画
像42を正規化相関などでテンプレートマッチングさせ
て、図4(d)に示すように、最もマッチした位置(画
像42中において画像44の中心位置に相当する位置)
45を得る。続いて、ステップ540において、得られ
た位置45とテンプレート画像を作成するための画像4
2の中心位置41との中点を求める。この中点は合わせ
マークの中心位置46となり、ステップ550におい
て、この位置46を中心に上下左右対称な領域を抽出
し、これをテンプレート画像とする。Next, in step 530, the temporary template image 44 and the image 42 for creating the template image are subjected to template matching using normalized correlation or the like, and as shown in FIG. (Position corresponding to the center position of image 44 in image 42)
Get 45. Subsequently, in step 540, the obtained position 45 and the image 4 for creating the template image are set.
The midpoint between the center position 41 and the center position 2 is determined. The center point is the center position 46 of the alignment mark. In step 550, an area symmetrical in the vertical and horizontal directions around this position 46 is extracted and used as a template image.
【0030】ここでは、テンプレート画像を作成するた
めの画像42の中心位置41が、それを180゜回転さ
せた画像に基づく仮のテンプレート画像44と元の画像
42とのテンプレートマッチングで位置45に移動する
ことを検出し、位置41と位置45の中点46を合わせ
マーク40の対称中心として求めた。しかし、画像42
の中心位置41に代えて、画像42から抽出された画像
43中に含まれる任意の点、あるいは画像43と既知の
位置関係にある任意の点に着目し、その点が画像42を
180゜回転した画像44と元の画像42とのテンプレ
ートマッチングでどこに移動するかを検出し、テンプレ
ート画像を作成するための画像42上でその点の移動前
後の中点を合わせマークの対称中点としても同じ結果が
得られる。Here, the center position 41 of the image 42 for creating the template image is moved to a position 45 by template matching between the temporary template image 44 based on the image rotated by 180 ° and the original image 42. And the midpoint 46 between the position 41 and the position 45 was determined as the center of symmetry of the alignment mark 40. However, image 42
Instead of the center position 41 of the image 42, focus on an arbitrary point included in the image 43 extracted from the image 42 or an arbitrary point having a known positional relationship with the image 43, and the point rotates the image 42 by 180 °. The template matching between the image 44 and the original image 42 detects where to move, and the midpoint before and after the movement of the point on the image 42 for creating the template image is the same as the symmetrical midpoint of the alignment mark. The result is obtained.
【0031】図6は、同一画像を用いて合わせマークの
中心位置を求める他の方法の説明図である。先に、図4
及び図5により、同一画像を用いて合わせマーク中心位
置を求める方法について説明した。合わせマークが十字
や井桁の様な3回以上の回転対称なマークの場合、図6
に示す方法は、先に説明した画像を180度回転させる
方法よりもノイズに強く、また、合わせマークの中心位
置が正しく求められているかの検証が容易な方法であ
る。この方法について、図7に示すフローチャートを参
照して説明する。FIG. 6 is an explanatory diagram of another method for obtaining the center position of the alignment mark using the same image. First, FIG.
5A and 5B, the method of obtaining the alignment mark center position using the same image has been described. In the case where the alignment mark is a mark that is rotationally symmetric three or more times, such as a cross or a girder, FIG.
Is more resistant to noise than the above-described method of rotating the image by 180 degrees, and it is a method of easily verifying whether the center position of the alignment mark is correctly obtained. This method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
【0032】図7のステップ710において、テンプレ
ート画像を作成するための画像60の中心位置61から
縦横大きさAとなる画像を抽出する。次に、ステップ7
20において、その画像を90゜回転した仮のテンプレ
ート画像62を作成する。続くステップ730では、作
成した仮のテンプレート画像62とテンプレート画像を
作成するための画像60とを正規化相関などでテンプレ
ートマッチングさせ、ステップ740で最もマッチした
位置D1を求める。このステップ720〜740の処理
を3回繰り返し、180゜回転した画像、270゜回転
した画像をそれぞれ仮のテンプレート画像63,64と
した時のマッチング位置D2,D3を求める。次に、ス
テップ750からステップ760に進み、得られた3つ
の検出位置D1〜D3及びテンプレート画像を作成する
ための画像60の中心位置61からなる4点の重心位置
65を求める。ステップ770では、この重心位置65
を中心に上下左右対称な領域を抽出し、テンプレート画
像を作成する。In step 710 of FIG. 7, an image having a vertical and horizontal size A is extracted from the center position 61 of the image 60 for creating a template image. Next, step 7
At 20, a temporary template image 62 obtained by rotating the image by 90 ° is created. In the following step 730, the created provisional template image 62 and the image 60 for creating the template image are subjected to template matching using normalized correlation or the like, and in step 740, the position D1 at which the best match is obtained. The processing of steps 720 to 740 is repeated three times, and matching positions D2 and D3 when the images rotated 180 ° and the images rotated 270 ° are provisional template images 63 and 64, respectively, are obtained. Next, the process proceeds from step 750 to step 760, in which four center-of-gravity positions 65 including the obtained three detection positions D1 to D3 and the center position 61 of the image 60 for creating the template image are obtained. In step 770, the position of the center of gravity 65
A region symmetrical in the vertical and horizontal directions with respect to is extracted to create a template image.
【0033】この方法は、1回の合わせマークの撮像で
3回の合わせマーク検出を行うため、図4に示した18
0度回転させる方法と比較して、撮像時間を同等としな
がら、画像のノイズに強い合わせマーク中心位置検出を
可能とする効果がある。さらに、画像60の中心位置6
1と検出位置D1〜D3は、合わせマーク検出が正確に
行われている場合、正方形を形成することから、合わせ
マーク中心位置65が正しく求めることができたかを、
点61,D1〜D3で形成される正方形の形状により検
証することができる。In this method, since three alignment marks are detected by one imaging of the alignment mark, the method shown in FIG.
Compared with the method of rotating by 0 degrees, there is an effect that the alignment mark center position that is strong against image noise can be detected while making the imaging time equal. Further, the center position 6 of the image 60
1 and the detection positions D1 to D3 form a square when the alignment mark detection is accurately performed, so that it is determined whether the alignment mark center position 65 has been correctly obtained.
It can be verified by the square shape formed by the points 61 and D1 to D3.
【0034】また、ここでは、テンプレート画像を作成
するための画像60の中心位置61が、それを90゜,
180゜,270゜回転させた画像に基づく仮のテンプ
レート画像62,63,64と元の画像60とのテンプ
レートマッチングで位置D1,D2,D3に移動するこ
とを検出し、それらの重心位置65を合わせマークの対
称中心として求めた。しかし、画像60の中心位置61
に代えて、画像60から抽出された画像中に含まれる任
意の点、あるいはその抽出画像と既知の位置関係にある
任意の点に着目し、その点が仮のテンプレート画像6
2,63,64と元の画像60とのテンプレートマッチ
ングでどこに移動するかを検出し、それらの重心を合わ
せマークの対称中点としても同じ結果が得られる。Here, the center position 61 of the image 60 for creating the template image is 90 °,
The template matching between the tentative template images 62, 63, 64 based on the images rotated by 180 ° and 270 ° and the original image 60 is detected as moving to positions D1, D2, and D3, and their center of gravity position 65 is determined. It was determined as the center of symmetry of the alignment mark. However, the center position 61 of the image 60
Instead of focusing on an arbitrary point included in the image extracted from the image 60 or an arbitrary point having a known positional relationship with the extracted image, the point is used as the temporary template image 6.
The same result can be obtained by detecting where to move by template matching between 2, 63, 64 and the original image 60 and setting their centers of gravity as the symmetric midpoints of the alignment marks.
【0035】ここで、図2に戻る。ところで、合わせマ
ークの中心位置としては、描画又は露光の精度上、サブ
ピクセル単位以下の分解能が必要となる。しかし、図2
のステップ230に関して図4〜図7で説明した方法で
は、合わせマークの中心位置をピクセル単位の分解能で
しか求めることができない。一方、例えば、テンプレー
ト画像を作成するための画像から合わせマークを含む領
域を抽出してそれを仮のテンプレート画像とし、この仮
のテンプレート画像を用い、評価値として相関値を採用
して、テンプレート画像を作成するための画像とのテン
プレートマッチングを行うと、図8に示すように、相関
値は合わせマーク中心位置で最大となり、合わせマーク
中心位置から離れるに従い小さくなる。そこで、図2の
ステップ240において、この手法を用いてサブピクセ
ル以下の分解能で合わせマークの中心位置を求める。
ここでは、ステップ230で求められた合わせマークの
中心位置が含まれるピクセルとその周辺のピクセルに対
して、合わせマークを含む領域からなる仮のテンプレー
ト画像を用いてテンプレートマッチングを行い、図9に
示すように評価値を求める。こうして得られた評価値の
うち、合わせマークの中心位置として求められた評価値
が最も高いピクセル位置B0、及びその周辺のピクセル
位置Biにおいて求められた複数の評価値から、それら
の評価値の変化の傾向を、例えば、X軸方向及びY軸方
向を同時に2次元の2次式により近似し、その近似式よ
り、評価値が最大となる位置を求め、これを合わせマー
クの中心位置として推測することにより、合わせマーク
の中心位置をサブピクセル単位以下の分解能で求める。
なお、近似式は、2次元の2次式以外にも別の次数の式
や、X軸方向及びY軸方向を別々に1次元で近似する方
法、スプラインなどで近似する方法など種々の方法が考
えられ、そのいずれの方法を用いてもよい。Now, return to FIG. By the way, as the center position of the alignment mark, a resolution of a sub-pixel unit or less is required for the accuracy of drawing or exposure. However, FIG.
In the method described with reference to FIGS. 4 to 7 regarding the step 230, the center position of the alignment mark can be obtained only with the resolution of the pixel unit. On the other hand, for example, an area including an alignment mark is extracted from an image for creating a template image, and the extracted area is used as a temporary template image. The temporary template image is used, and a correlation value is adopted as an evaluation value. When template matching is performed with an image for creating the matching mark, the correlation value becomes maximum at the alignment mark center position and decreases as the distance from the alignment mark center position increases, as shown in FIG. Therefore, in step 240 of FIG. 2, the center position of the alignment mark is obtained at a resolution of sub-pixel or less using this method.
Here, template matching is performed on the pixel including the center position of the alignment mark obtained in step 230 and the surrounding pixels using a temporary template image including an area including the alignment mark, as shown in FIG. The evaluation value is obtained as follows. Among the evaluation values thus obtained, a change in the evaluation values is obtained from the plurality of evaluation values obtained at the pixel position B0 having the highest evaluation value as the center position of the alignment mark and the surrounding pixel positions Bi. Is approximated by, for example, a two-dimensional quadratic expression in the X-axis direction and the Y-axis direction at the same time, and from the approximate expression, a position at which the evaluation value is maximum is obtained, and this is estimated as the center position of the alignment mark. Thus, the center position of the alignment mark is obtained with a resolution of a subpixel unit or less.
In addition, the approximation formula includes various orders other than a two-dimensional quadratic formula, a formula of another order, a method of separately approximating the X-axis direction and the Y-axis direction in one dimension, a method of approximating by a spline, and the like. It is conceivable, and any of those methods may be used.
【0036】次のステップ250では、ステップ240
により求めたサブピクセル単位以下の分解能で表現され
た合わせマークの中心位置を基準に、テンプレート画像
を作成するための画像よりテンプレート画像を抽出す
る。テンプレート画像の抽出に当たっては、ステップ2
40で求めた結果の整数部を用いて、図10に示すよう
に、合わせマークの中心位置105をピクセル単位で丸
めて、このマーク中心位置105が含まれるピクセル1
00のピクセル位置101を中心に上下左右対称に画像
を抽出してテンプレート画像を形成する。小数部による
残差106は補正値として記憶保持しておき、この補正
値をパターン描画時にオフセットとしてフィードバック
をかけるためや、合わせマーク検出結果に対して補正を
行うために用いる。 あるいは、同様に、サブピクセル
単位以下の分解能で合わせマークの中心位置105を求
めた後、その位置が、テンプレート画像を作成するため
の画像の中心のピクセル位置となる様に、ステージ20
を移動させて合わせマーク18を再撮像し、テンプレー
ト画像を作成するための画像の中心位置から上下左右対
称な領域を抽出することにより最終的なテンプレート画
像を形成してもよい。In the next step 250, step 240
The template image is extracted from the image for creating the template image with reference to the center position of the alignment mark expressed with the resolution equal to or less than the sub-pixel unit obtained by the above. Step 2 in extracting the template image
Using the integer part of the result obtained in step 40, the center position 105 of the alignment mark is rounded in pixel units as shown in FIG.
An image is extracted symmetrically up, down, left and right around pixel position 101 of 00 to form a template image. The residual 106 due to the decimal part is stored and held as a correction value, and this correction value is used for applying feedback as an offset at the time of pattern drawing or for correcting the alignment mark detection result. Alternatively, similarly, after determining the center position 105 of the alignment mark at a resolution of sub-pixel unit or less, the stage 20 is adjusted so that the position becomes the center pixel position of the image for creating the template image.
May be moved to re-image the alignment mark 18, and a vertically symmetrical area may be extracted from the center position of the image for creating the template image to form the final template image.
【0037】ステップ210からステップ250までの
処理によって合わせマークの位置が既知のテンプレート
画像が得られると、次にステップ260に進み、そのテ
ンプレート画像を用いたマーク検出を行う。ステップ2
10〜250で形成されたテンプレート画像は合わせマ
ーク検出器15に保持され、マーク検出を行うとき、検
出の対象とする合わせマークを走査して、そこで得られ
た信号を被検出画像として合わせマーク検出器15に入
力する。その後、テンプレート画像と被検出画像を対象
として、例えば正規化相関を行い合わせマーク検出を行
う。ステップ270において全ての合わせマークの検出
が終了したと判定されるまで、ステップ260の処理を
繰り返す。なお、次のウェハで合わせマーク検出を行う
場合は、合わせマーク検出器15に保持されているテン
プレート画像を用いることによりステップ210〜25
0を省略し、ステップ260〜270の処理のみを行っ
てもよい。When a template image with a known position of the alignment mark is obtained by the processing from step 210 to step 250, the process proceeds to step 260 to perform mark detection using the template image. Step 2
The template images formed in 10 to 250 are held by the alignment mark detector 15, and when performing mark detection, the alignment mark to be detected is scanned, and a signal obtained therefrom is detected as an image to be detected. Input to the container 15. After that, for the template image and the detected image, for example, normalized correlation is performed to perform alignment mark detection. The process of step 260 is repeated until it is determined in step 270 that detection of all alignment marks has been completed. When the alignment mark is detected on the next wafer, the template images held in the alignment mark detector 15 are used to perform steps 210 to 25.
0 may be omitted, and only the processing of steps 260 to 270 may be performed.
【0038】これまで、テンプレート画像を作成するた
めに取得した画像から合わせマークの位置が既知のテン
プレート画像を形成する方法について説明してきた。と
ころで、これまで説明したテンプレート画像を作成する
ための画像及びこれと同一の画像を回転させて合わせマ
ークを検出する方法、及び複数の評価値を近似すること
により合わせマークの中心位置をサブピクセル単位以下
の分解能で求める方法は、上記説明の様にテンプレート
画像を形成するために合わせマークの中心位置を求める
ためのみではなく、描画や露光のために直接、合わせマ
ークの中心位置を検出するために利用することも可能で
ある。The method of forming a template image whose alignment mark position is known from an image acquired to create a template image has been described above. By the way, an image for creating a template image described above, a method of detecting an alignment mark by rotating the same image as the image, and a method of approximating a plurality of evaluation values to determine the center position of the alignment mark in sub-pixel units The method of obtaining with the following resolution is not only for obtaining the center position of the alignment mark to form the template image as described above, but also for directly detecting the center position of the alignment mark for drawing and exposure. It is also possible to use it.
【0039】この場合の基本的な処理は、図3のフロー
チャートに示す通りである。すなわち、最初にステップ
310において合わせマーク検出を行う被検出画像を取
得する。具体的には、マーク検出の対象とする合わせマ
ークを走査して、そこで得られた信号を被検出画像とし
て合わせマーク検出器15に入力する。次に、ステップ
320で被検出画像において合わせマーク位置を粗く求
め、ステップ330において被検出画像において合わせ
マーク位置を求める。次に、ステップ340において被
検出画像において合わせマーク位置をピクセル以下の分
解能で求める。この処理をステップ350において、全
マークの検出が終了したと判定されるまで繰り返す。The basic processing in this case is as shown in the flowchart of FIG. That is, first, in step 310, a detected image on which alignment marks are detected is acquired. Specifically, an alignment mark to be detected is scanned, and a signal obtained therefrom is input to the alignment mark detector 15 as a detected image. Next, in step 320, the position of the alignment mark is roughly determined in the detected image, and in step 330, the position of the alignment mark in the detected image is determined. Next, in step 340, the position of the alignment mark in the detected image is determined with a resolution of a pixel or less. This process is repeated until it is determined in step 350 that detection of all marks has been completed.
【0040】図3のステップ310,320,330,
340は、それぞれ図2のステップ210,220,2
30,240に対応し、図2の場合と同様の処理を行
う。ステップ330は、図5あるいは図7に詳細を示し
たフローチャートに従って行われることも同様である。
ただし、描画や露光のために合わせマークの中心位置を
検出する場合には、図5のステップ550の処理、図7
のステップ770の処理は除く。各ステップにおける具
体的な処理の方法は、テンプレート画像作成の場合と同
じであり、説明が重複するので省略する。Steps 310, 320, 330,
340 are steps 210, 220, 2 in FIG.
The same processing as in the case of FIG. Step 330 is similarly performed according to the flowchart shown in detail in FIG. 5 or FIG.
However, when the center position of the alignment mark is detected for drawing or exposure, the process of step 550 in FIG.
Step 770 is excluded. The specific processing method in each step is the same as that in the case of creating a template image, and a description thereof will be omitted.
【0041】以上、本発明を電子線描画装置におけるウ
ェハの合わせマーク検出に適用する場合について説明し
てきた。しかし、本発明の適用は電子線描画装置におけ
る合わせマークの検出だけに限られるわけではない。例
えば、図14に概略を示す光露光装置における合わせマ
ークの検出に適用することも勿論可能である。光露光装
置は、光源1401からの露光光で照明されたレチクル
1402の像を投影光学系1403によってフォトレジ
スト等の感光材が塗布された半導体ウェハ等の基板(試
料)1404上に投影露光する装置である。The case where the present invention is applied to the detection of alignment marks on a wafer in an electron beam lithography apparatus has been described above. However, the application of the present invention is not limited to the detection of alignment marks in an electron beam lithography apparatus. For example, the present invention can of course be applied to the detection of alignment marks in a light exposure apparatus schematically shown in FIG. The light exposure apparatus projects and exposes an image of a reticle 1402 illuminated with exposure light from a light source 1401 onto a substrate (sample) 1404 such as a semiconductor wafer coated with a photosensitive material such as a photoresist by a projection optical system 1403. It is.
【0042】基板1404は移動ステージ1405に保
持されており、レチクル1402の投影領域に対して基
板1404の露光領域が正確に一致するように移動ステ
ージ1405が精密制御される。基板1404には、合
わせマーク1406が形成されており、この合わせマー
ク1406の位置を基板アライメント顕微鏡1411、
CCDカメラ等の撮像装置1414を含むアライメント
光学系で検出することにより、移動ステージ1405の
制御が行われる。基板1404上の合わせマーク140
6は、基板アライメント顕微鏡1411、ミラー141
2、リレーレンズ1413を介して撮像装置1414で
撮像され、撮像装置から出力される画像データが合わせ
マーク検出器1415に供給される。合わせマーク検出
器1415では、今まで電子線描画装置に関連して説明
してきたのと同様の処理を行って合わせマーク1406
の位置を検出し、ステージ制御系1416はその検出結
果に基づいてステージ駆動部1417を制御し、基板1
404の位置合わせを行う。The substrate 1404 is held by a moving stage 1405, and the moving stage 1405 is precisely controlled so that the exposure area of the substrate 1404 exactly matches the projection area of the reticle 1402. An alignment mark 1406 is formed on the substrate 1404, and the position of the alignment mark 1406 is determined by using the substrate alignment microscope 1411,
The movement stage 1405 is controlled by detection by an alignment optical system including an imaging device 1414 such as a CCD camera. Alignment mark 140 on substrate 1404
6 is a substrate alignment microscope 1411, a mirror 141
2. Image data is captured by the imaging device 1414 via the relay lens 1413, and image data output from the imaging device is supplied to the alignment mark detector 1415. The alignment mark detector 1415 performs the same processing as that described above in relation to the electron beam lithography apparatus to perform the alignment mark 1406.
The stage control system 1416 controls the stage driving unit 1417 based on the detection result, and
404 is aligned.
【0043】上記の電子線描画装置や光露光装置以外に
も、合わせマークを検出する必要のある装置、例えばウ
ェハに形成されたパターンに対して合わせマークを基準
にして指定される箇所の寸法計測を行う走査型電子顕微
鏡、透過型電子顕微鏡、あるいは微細加工を行う集束イ
オンビーム加工装置などにおける電子線画像、イオンビ
ーム画像、X線画像などに対しても、本発明は同様に適
用することが可能である。In addition to the above-described electron beam lithography apparatus and light exposure apparatus, an apparatus which needs to detect an alignment mark, for example, dimensional measurement of a position specified on a pattern formed on a wafer with reference to the alignment mark The present invention can be similarly applied to an electron beam image, an ion beam image, an X-ray image, and the like in a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or a focused ion beam processing apparatus for performing fine processing. It is possible.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明によると、半導体製造工程による
合わせマークの形状のばらつきの影響を受けずに装置内
の絶対座標系における高精度な合わせマークの基準位置
検出が可能となる。また、合わせマークの基準位置をピ
クセル単位以下の分解能で求めることができるため、高
精度な合わせマーク検出が可能となる。According to the present invention, it is possible to detect a reference position of an alignment mark with high accuracy in an absolute coordinate system in the apparatus without being affected by variations in the shape of the alignment mark due to a semiconductor manufacturing process. Further, since the reference position of the alignment mark can be obtained with a resolution of a pixel unit or less, highly accurate alignment mark detection can be performed.
【図1】電子線描画装置の該略図。FIG. 1 is a schematic view of an electron beam drawing apparatus.
【図2】テンプレート画像作成のための合わせマーク中
心位置の検出フローチャート。FIG. 2 is a detection flowchart of a registration mark center position for creating a template image.
【図3】描画(露光)などのための合わせマーク中心位
置検出フローチャート。FIG. 3 is a flowchart for detecting a center position of an alignment mark for drawing (exposure) and the like.
【図4】合わせマークの中心位置を求める方法の一例の
説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a method for obtaining a center position of an alignment mark.
【図5】合わせマークの中心位置を求める方法の一例の
フローチャート。FIG. 5 is a flowchart of an example of a method for obtaining a center position of an alignment mark.
【図6】合わせマークの中心位置を求める方法の他の例
の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of another example of a method for obtaining the center position of the alignment mark.
【図7】合わせマークの中心位置を求める方法の他の例
のフローチャート。FIG. 7 is a flowchart of another example of a method for obtaining a center position of an alignment mark.
【図8】相関値の傾向例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of a tendency of a correlation value.
【図9】合わせマークの中心位置をピクセル単位以下の
分解能で求めるための説明図FIG. 9 is an explanatory diagram for obtaining a center position of an alignment mark at a resolution of a pixel unit or less.
【図10】合わせマークの中心位置をピクセル単位で丸
めた時に生じる残差の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a residual generated when the center position of the alignment mark is rounded in pixel units.
【図11】設計値に基づいて作成した合わせマークと実
際の合わせマークの説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of alignment marks created based on design values and actual alignment marks.
【図12】作業者により抽出されたテンプレートの説明
図。FIG. 12 is an explanatory diagram of a template extracted by an operator.
【図13】設計値に基づいて作成されたテンプレートの
説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of a template created based on design values.
【図14】光露光装置の概略図。FIG. 14 is a schematic view of a light exposure apparatus.
11…電子銃、12…電子線、13…偏向器、14…増
幅器、15…合わせマーク検出器、16…電子検出器、
17…描画制御系、18…合わせマーク、19…ウェ
ハ、20…ステージ、40…合わせマーク、41…画像
の中心位置、42…テンプレート画像を作成するための
画像又は被検出画像、43…中心位置から上下左右対称
に抽出した領域、44…仮のテンプレート画像、45…
最もマッチした位置、46…マーク中心位置、60…テ
ンプレート画像を作成するための画像又は被検出画像、
61…画像の中心位置、62〜64…仮のテンプレート
画像、65…重心位置、100…マーク中心位置が含ま
れるピクセル、101…ピクセル位置、105…マーク
中心位置、106…丸め誤差、110…実際の合わせマ
ーク、111…設計値に基づいて作成された合わせマー
ク、1401…光源、1402…レチクル、1403…
投影光学系、1404…基板、1405…移動ステー
ジ、1406…合わせマーク、1411…基板アライメ
ント顕微鏡、1412…ミラー、1413…リレーレン
ズ、1414…撮像装置、1415…合わせマーク検出
器、1416…ステージ制御系、1417…ステージ駆
動系、T1,T2…テンプレート画像、M1,M2…合
わせマーク、P1…合わせマークの中心位置11 electron gun, 12 electron beam, 13 deflector, 14 amplifier, 15 alignment mark detector, 16 electron detector,
17: Drawing control system, 18: alignment mark, 19: wafer, 20: stage, 40: alignment mark, 41: central position of image, 42: image or detected image for creating template image, 43: central position , A region extracted symmetrically from top to bottom, left and right, 44... A temporary template image, 45.
The most matched position, 46... The mark center position, 60... An image or a detected image for creating a template image,
61: Center position of image, 62 to 64: Temporary template image, 65: Center of gravity position, 100: Pixel including mark center position, 101: Pixel position, 105: Mark center position, 106: Rounding error, 110: Actual Alignment mark, 111 Alignment mark created based on design values, 1401 illuminant, 1402 reticle, 1403…
Projection optical system, 1404 substrate, 1405 moving stage, 1406 alignment mark, 1411 substrate alignment microscope, 1412 mirror, 1413 relay lens, 1414 imaging device, 1415 alignment mark detector, 1416 stage control system , 1417: stage drive system, T1, T2: template image, M1, M2: alignment mark, P1: center position of alignment mark
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 和喜 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 佐々木 実 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Fターム(参考) 5F046 AA26 DB05 EA02 EB01 ED01 FC06 5F056 BD02 BD05 CC10 FA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kazuki Onuki 882-mo, Oaza-shi, Hitachinaka-city, Ibaraki Pref. Inside the Measuring Instruments Division, Hitachi, Ltd. 5F046 AA26 DB05 EA02 EB01 ED01 FC06 5F056 BD02 BD05 CC10 FA06
Claims (9)
検出する合わせマーク検出方法において、試料から合わ
せマークを含む被検出画像を取得するステップと、前記
被検出画像及び前記被検出画像を回転させた回転画像を
用いて前記被検出画像内における合わせマークの基準位
置を検出するステップとを含むことを特徴とする合わせ
マーク検出方法。1. A method for detecting a symmetrical alignment mark formed on a sample, the method comprising: acquiring a detected image including the alignment mark from the sample; rotating the detected image and the detected image. Detecting the reference position of the alignment mark in the detected image using the rotated image.
おいて、前記被検出画像と前記被検出画像を各々異なる
角度に回転した複数の回転画像とを用いて前記基準位置
を検出することを特徴とする合わせマーク検出方法。2. The alignment mark detection method according to claim 1, wherein the reference position is detected using the detected image and a plurality of rotation images obtained by rotating the detected image at different angles. Alignment mark detection method.
れた合わせマークを検出する合わせマーク検出方法にお
いて、請求項1又は2記載の合わせマーク検出方法で検
出された基準位置を基準として前記被検出画像からテン
プレート画像を抽出することを特徴とする合わせマーク
検出方法。3. A registration mark detection method for detecting a registration mark formed on a sample using a template image, wherein the detected image is detected based on a reference position detected by the registration mark detection method according to claim 1 or 2. A matching mark detection method, wherein a template image is extracted from the image.
る合わせマーク検出方法において、試料から合わせマー
クを含む被検出画像を取得するステップと、前記被検出
画像のうち前記合わせマークを含む部分領域の画像を仮
のテンプレート画像として前記被検出画像から前記合わ
せマークを検出する際に得られる評価値のうち、最も高
い評価値が得られるピクセル位置及びその周囲のピクセ
ル位置における評価値の傾向から、前記被検出画像にお
ける前記合わせマークの基準位置を推測するステップと
を含み、前記合わせマークの基準位置をピクセル以下の
分解能で検出することを特徴とする合わせマーク検出方
法。4. A registration mark detection method for detecting a registration mark formed on a sample, wherein a step of obtaining a detection image including the registration mark from the sample includes a step of obtaining a partial area including the registration mark in the detection image. From the evaluation values obtained when detecting the alignment mark from the detected image using the image as a temporary template image, from the tendency of the evaluation value at the pixel position where the highest evaluation value is obtained and the surrounding pixel positions, Estimating the reference position of the alignment mark in the detected image, and detecting the reference position of the alignment mark at a resolution of not more than a pixel.
れた合わせマークを検出する合わせマーク検出方法にお
いて、請求項4記載の合わせマーク検出方法によって試
料に形成された合わせマークの基準位置をピクセル以下
の分解能で検出し、前記基準位置をピクセル単位で丸
め、前記基準位置が含まれるピクセルを基準にテンプレ
ート画像を抽出するとともに丸めにより切捨てた分を補
正値として保持し、前記テンプレート画像及び前記補正
値を用いて試料に形成された合わせマークの基準位置を
検出することを特徴とする合わせマーク検出方法。5. A registration mark detecting method for detecting a registration mark formed on a sample by using a template image, wherein the reference position of the registration mark formed on the sample by the registration mark detection method according to claim 4 is set to a pixel or less. Detected at a resolution, the reference position is rounded in pixel units, a template image is extracted based on the pixel including the reference position, and a portion rounded off by rounding is held as a correction value, and the template image and the correction value are stored. A method for detecting a reference position of an alignment mark formed on a sample using the method.
れた合わせマークを検出する合わせマーク検出方法にお
いて、請求項4記載の合わせマーク検出方法によって試
料に形成された合わせマークの基準位置をピクセル以下
の分解能で検出し、前記基準位置がテンプレート画像の
基準位置となるように試料から合わせマークを含む被検
出画像を再取得し、前記再取得した被検出画像からテン
プレート画像を抽出することを特徴とする合わせマーク
検出方法。6. A registration mark detection method for detecting a registration mark formed on a sample by using a template image, wherein the reference position of the registration mark formed on the sample by the registration mark detection method according to claim 4 is set to a pixel or less. Detecting at a resolution, re-acquiring a detected image including the alignment mark from the sample such that the reference position becomes the reference position of the template image, and extracting a template image from the re-acquired detected image. Alignment mark detection method.
せマーク検出方法において、前記合わせマークの設計値
に基づいて予め形成したテンプレート画像を用いて、前
記合わせマークの基準位置を検出する前に、前記合わせ
マークの基準位置を粗く求めることを特徴とする合わせ
マーク検出方法。7. The alignment mark detection method according to claim 1, wherein a reference position of the alignment mark is detected using a template image formed in advance based on a design value of the alignment mark. A registration mark detection method, wherein a reference position of the registration mark is roughly determined.
せマーク検出方法において、前記合わせマークの特徴量
を求めておき、前記被検出画像から前記特徴量を含む領
域を抽出することにより、前記合わせマークの基準位置
を検出する前に、前記合わせマークの基準位置を粗く求
めることを特徴とする合わせマーク検出方法。8. The alignment mark detection method according to claim 1, wherein a characteristic amount of the alignment mark is obtained, and a region including the characteristic amount is extracted from the detected image. Before detecting the reference position of the alignment mark, the reference position of the alignment mark is roughly determined.
試料にパターンを形成するパターン形成方法において、
請求項1〜8のいずれか1項記載の合わせマーク検出方
法によって試料の合わせマークを検出し、検出された合
わせマークに対して予め定められた位置関係となるよう
にパターン形成を行うことを特徴とするパターン形成方
法。9. A pattern forming method for forming a pattern on a sample using an electron beam drawing apparatus or a light exposure apparatus,
A method of detecting a registration mark of a sample by the registration mark detection method according to any one of claims 1 to 8, and performing pattern formation such that the detected registration mark has a predetermined positional relationship. Pattern forming method.
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