JP2004356553A

JP2004356553A - Superposition inspection method and superposition inspection device

Info

Publication number: JP2004356553A
Application number: JP2003155182A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takagi; 誠高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP4599810B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely discriminate erroneous measured data from measured data of superposition displacement. <P>SOLUTION: A superposition inspecting method for inspecting superposition displacement of patterns exposed and transcribed on a semiconductor wafer comprises the steps of measuring the superposition displacement by a plurality of superposition marks on the semiconductor wafer respectively, fitting each measured data at each superposition mark obtained by the measurement for a fitting model which shows the superposition displacement(S1), calculating a residual error due to fitting at every measured data (S2), calculating the average of the residual errors of measured data among shots at every coordinate (S3), and judging the data whose residual error is away from the average among shots by a prescribed value or more as erroneous measured data among the measured data (S4, S5). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの露光工程に適用され、露光転写されたパターンの重ね合わせ誤差を測定する重ね合わせ検査方法、及び重ね合わせ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハの露光工程では、露光機がその半導体ウエハに露光転写したパターンとその半導体ウエハ上に先に形成されていたパターンとのずれ（重ね合わせずれ）を測定する重ね合わせ検査が行われている（特許文献１など）。
【０００３】
重ね合わせ検査の結果は、半導体ウエハ上の個々のショットへの露光がプロセスマージン内に収まっているか否かの判定に利用される。
さらには、重ね合わせずれの測定データから、ウエハオフセット成分、ウエハスケーリング成分、ウエハローテーション成分、ウエハ直交度成分、ショットスケーリング成分、ショットローテーション成分・・・などの各種成分を求め、露光機にフィードバックし、露光転写の精度向上に利用する。
【０００４】
重ね合わせ検査においてこれら各成分を算出するに当たっては、重ね合わせずれの測定データを、所定のフィッティングモデルにフィッティングする。
このフィッティングモデルは、重ね合わせずれの測定データの間の規則性に基づいて構築されるので、それらデータの中に仮に「とび」（誤測定データ）があったとしても、その誤測定データが算出精度に与える影響は比較的小さかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５１５１４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハの高集積化に伴いこの重ね合わせ検査に要求される精度は高まっているので、この誤測定データによる微細な影響までもが無視できなくなってきた。
【０００７】
そこで本発明は、重ね合わせずれの測定データから誤測定データを確実に峻別することのできる重ね合わせ検査方法、及び重ね合わせ検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の重ね合わせ検査方法は、基板上に形成された複数のパターンの重ね合わせを検査する重ね合わせ検査方法において、前記基板上に前記パターンとともに形成された複数の重ね合わせマークにより重ね合わせずれを測定し、前記測定により得られた複数の測定データを、前記重ね合わせずれの成分を表すフィッティングモデルに対してフィッティングし、前記フィッティングによる残留誤差を前記複数の測定データそれぞれについて求め、前記複数の測定データのうち、その残留誤差が基準値以上のものを誤測定データとみなすとを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の重ね合わせ検査方法は、請求項１に記載の重ね合わせ検査方法において、前記複数の測定データから前記誤測定データを除去したものを前記フィッティングモデルに対して再びフィッティングし、前記フィッティングの結果に基づいて前記重ね合わせずれの各成分を求めることを特徴とする。
請求項３に記載の重ね合わせ検査方法は、請求項１または２に記載の重ね合わせ検査方法において、前記基板は半導体ウエハであり、前記パターンは複数ショットにより露光されて形成されたものであり、前記重ね合わせマークは、前記複数ショットの各ショット領域内の所定位置に複数形成されており、前記残留誤差を求めた後、前記残留誤差のショット間平均を前記所定位置ごとに求め、前記基準値は、前記ショット間平均に基づいて決めることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の重ね合わせ検査装置は、基板上に複数形成された重ね合わせマークのそれぞれの画像を取得する画像取得手段と、前記画像に基づき、重ね合わせずれを求める演算手段とを備え、前記演算手段は、前記測定により得られた複数の測定データを、前記重ね合わせずれの成分を表すフィッティングモデルに対してフィッティングし、前記フィッティングによる残留誤差を前記複数の測定データそれぞれについて求め、前記複数の測定データのうち、その残留誤差が基準値以上のものを誤測定データとみなすことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の重ね合わせ検査装置は、請求項４に記載の重ね合わせ検査装置において、前記演算手段は、前記複数の測定データから前記誤測定データを除去したものを前記フィッティングモデルに対して再びフィッティングし、前記フィッティングの結果に基づいて前記重ね合わせずれの各成分を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の重ね合わせ検査装置は、請求項４または５に記載の重ね合わせ検査装置において、前記基板は半導体ウエハであり、前記パターンは複数ショットにより露光されて形成されたものであり、前記重ね合わせマークは、前記複数ショットの各ショット領域内の所定位置に複数形成されており、前記演算手段は、前記残留誤差を求めた後、前記残留誤差のショット間平均を前記所定位置ごとに求め、前記ショット間平均に基づいて前記基準値を決めることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、重ね合わせ検査装置の実施形態である。
図１は、本実施形態の重ね合わせ検査装置の構成図である。
【００１４】
重ね合わせ検査装置には、被検物としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）１０Ａを載置すると共にそのウエハ１０Ａを移動させるステージ１１、ステージ１１を駆動するステージ制御用回路１８、ウエハ１０Ａの表面の重ね合わせマークＭ（後述する図２参照）の拡大像を形成するための対物レンズ１２、その対物レンズ１２を装着した顕微鏡本体１３、その拡大像を撮像するカメラ１５、カメラ１５の撮像した拡大像をリアルタイムで表示するモニタ２０、カメラ１５の出力する拡大像の画像データを一時的に格納するフレームメモリ１６、フレームメモリ１６に格納された画像データに基づき重ね合わせマークＭ（後述する図２，図４参照）のずれ量を算出する信号生成回路１７、コンピュータ１９、及び重ね合わせずれの測定・解析結果を表示するモニタ２１が備えられる。
【００１５】
なお、図１において符号１３ａ，１３ｂで示すのはそれぞれ、顕微鏡本体１３の光源、その光源１３ａからの射出光を対物レンズ１２へ導入するハーフミラーである。また、符号１５ａは、カメラ１５内の撮像素子である。
コンピュータ１９は、ステージ制御用回路１８に制御信号を与えてステージ１１の位置を制御すると共に、信号生成回路１７の出力信号に基づき各種の演算を行う。
【００１６】
また、測定結果、解析結果は、コンピュータ１９に接続されたモニタ２１に表示される。
以下、重ね合わせ検査装置による重ね合わせ検査について説明する。重ね合わせ検査では、最初に測定が行われる。
図２は、測定対象となる重ね合わせマークを説明する図である。
【００１７】
測定の対象は、所定の複数ショットＳｉ（ｉ：ショット番号。ｉ＝１，２，・・）に配置された各重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｊ：ショット内座標番号。ｊ＝１，２，・・）である。
以下、図２に示す５つのショットＳｉ（ｉ＝１〜５）内の四隅に配置された各重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｊ＝１〜４）が測定対象になった場合を説明する。
【００１８】
これら重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）のそれぞれのウエハ１０Ａにおける設計座標（ｘ，ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）は、コンピュータ１９に予め登録されている。
コンピュータ１９は、予め求められたウエハ１０Ａとステージ１１との位置関係と、その設計座標（ｘ，ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）とに基づき、ステージ制御用回路１８に制御信号を与えてステージ１１を移動させ、対物レンズ１２の視野で各重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）を順次捉える。
【００１９】
このとき、設計座標から多少ずれた位置に重ね合わせマークＭ_ｉｊが露光されて形成されていたとしても、対物レンズ１２の視野内に入る程度のずれであれば、問題なく捉えることができる。
【００２０】
そして、各重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）が視野に捉えられているときにカメラ１５が撮像した画像は順次フレームメモリ１６に格納される。
図４（ａ）は、それぞれの重ね合わせマークＭ_ｉｊの平面図、図４（ｂ）は断面図である。
【００２１】
重ね合わせマークＭ_ｉｊは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、大きさが異なる矩形状の下地マーク３１とレジストマーク３２とからなる。
下地マーク３１は、下地パターンと同時に形成され、下地パターンの基準位置を示す。レジストマーク３２は、レジストパターンと同時に形成され、レジストパターンの基準位置を示す。ここでは、下地マーク３１が外マーク、レジストマーク３２が内マークの例を図示した。
【００２２】
なお、図示省略したが、レジストマーク３２およびレジストパターンと、下地マーク３１および下地パターンとの間には、加工対象となる材料膜が形成されている。この材料膜は、重ね合わせ検査装置による重ね合わせ状態の検査後、レジストマーク３２が下地マーク３１に対して正確に重ね合わされ、レジストパターンが下地パターンに対して正確に重ね合わされている場合に、レジストパターンを介して実際に加工される。これが上地パターンとなる。
【００２３】
下地マーク３１とレジストマーク３２とは、その中心位置が一致するように形成される。したがって、下地マーク３１とレジストマーク３２との中心位置のずれを測定することにより、重ね合わせずれ量を求めることができる。
コンピュータ１９は、以下に説明するようにして、重ね合わせずれの測定を行う。
【００２４】
フレームメモリ１６に格納された画像信号を読み出し、画像信号における輝度分布のエッジ情報を抽出する。輝度分布のエッジ情報とは、重ね合わせマークＭ_ｉｊの構造に対応して画像信号に現れた明暗情報であり、輝度分布の中で輝度値が急激に変化する箇所である。エッジ情報には、重ね合わせマークＭ_ｉｊの構造に応じて、複数のエッジが含まれる場合もある。
【００２５】
さらに、画像信号の輝度分布から抽出したエッジ情報に基づいて、重ね合わせマークＭ_ｉｊを構成する下地マーク３１、レジストマーク３２（図４）の中心位置Ｃ１，Ｃ２を各々算出する。これら中心位置Ｃ１，Ｃ２の算出に際しては、例えば相関演算法が用いられる。ちなみに、算出された中心位置Ｃ１，Ｃ２とは、重ね合わせ検査装置の視野領域に設定された座標系の原点に対する位置である。
【００２６】
このような下地マーク３１、レジストマーク３２の中心位置Ｃ１，Ｃ２の差（ずれ量）に基づいて、重ね合わせずれの測定値Ｒ（図４）を算出する。
このような測定を図４におけるＸ方向、Ｙ方向両方に対して行うことにより、それぞれの方向の重ね合わせずれを求めることができる。
以上のようにして、コンピュータ１９は、重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）のそれぞれについての重ね合わせずれの測定値を算出する。
【００２７】
各重ね合わせマークＭ_ｉｊのそれぞれにおける重ね合わせずれの方向と大きさを可視化して示すと、例えば図３の矢印で示すようになる。
次に、以上の測定で得られた重ね合わせずれの測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）に対して演算が施される。
図５は、コンピュータ１９による演算手順を示すフローチャートである。
【００２８】
コンピュータ１９は、すべての測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）を、所定のフィッティングモデルにフィッティングする（図５ステップＳ１）。このフィッティングモデルとしては、例えば線形の式（１）が用いられる。
【数１】

この式（１）において、（Ｘｃ，Ｙｃ）は、重ね合わせマークＭ_ｉｊの配置されたショット中心の設計座標（ウエハ中心を原点とした座標値）である。この座標値は設計値から求めることができる。
【００２９】
（Ｘ，Ｙ）は、重ね合わせマークＭ_ｉｊの上地マーク（すなわち図４のレジストマーク３２）の中心位置の座標（ウエハ中心を原点とした座標値）である。この座標は、重ね合わせマークＭ_ｉｊの下地マーク（図４の下地マーク３１）が配置されたショットの中心位置の座標（Ｘｃ，Ｙｃ）と、前述のようにして算出した重ね合わせマークＭ_ｉｊにおける重ね合わせずれの測定値Ｒとから求めることができる。
【００３０】
（Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍ）は、重ね合わせマークＭ_ｉｊのショット内の設計座標（ショット中心を原点とした座標値）である。この座標値は設計値から求めることができる。
（Ａ，Ｄ）は、重ね合わせずれのウエハスケーリング成分を表わし、（Ｃ，Ｂ）は、ウエハローテーション成分と、ウエハ直交度成分を表わしている。（Ｉ，Ｊ）は、ウエハオフセット成分を表わし、（Ｅ，Ｈ）は、ショットスケーリング成分を表わし、（Ｇ，Ｈ）は、ショットローテーション成分とショット直交度成分とを表わしている。
【００３１】
また、式（１）において、（ε_ｘ，ε_ｙ）は、残留誤差である。
ちなみに、ウエハスケーリング成分は、露光工程で発生する熱に起因するウエハ１０Ａ上の重ね合わせずれの成分であり、露光領域全体のサイズずれの成分である。
ウエハローテーション成分は、露光工程におけるステージへのウエハ１０Ａの載置ずれに起因するウエハ１０Ａ上の重ね合わせずれの成分であり、露光領域全体の回転ずれの成分である。
【００３２】
ウエハ直交度成分は、露光工程におけるステージの直交度に起因するウエハ１０Ａ上の重ね合わせずれの成分であり、露光領域全体の縦横方向の直交からのずれの成分である。
ウエハオフセット成分は、露光工程のオフアクシスアライメントに起因するウエハ１０Ａ上の重ね合わせずれの成分であり、露光領域全体の位置ずれの成分である。
【００３３】
ショットスケーリング成分は、露光工程で発生する熱やレンズの倍率制御に起因するショット内の重ね合わせずれの成分であり、ショットのサイズずれの成分である。
ショットローテーション成分は、露光工程におけるレチクルの載置ずれに起因するショット内の重ね合わせずれの成分であり、ショットの回転ずれの成分である。
【００３４】
ショット直交度成分は、露光工程におけるステージの直交度に起因するショット内の重ね合わせずれの成分であり、ショットの縦横方向の直交からのずれの成分である。
上述したフィッティングには、以上のフィッティングモデルを用いた最小二乗法が適用される。つまり、このフィッティングモデルの実測座標（Ｘ，Ｙ）に対して各測定データから求めた上地マーク座標（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）がそれぞれ当てはめられ、全測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）について式（２）で表される残留誤差の二乗和Ｌが最小となるような（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ）の各値が算出される（以上、図５ステップＳ１）。
【数２】

次に、求めた各値に対する各測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）の残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）がそれぞれ求められる（図５ステップＳ２）。
この残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）を可視化すると、例えば図６に矢印で示すようになる。
【００３５】
次に、図７に示すごとく、ショット内座標番号ｊの等しいもの同士で残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）の平均値を算出し、それをショット間平均値（Ａε_ｘ，Ａε_ｙ）_ｊ（ｊ＝１〜４）とする（図５ステップＳ３）。
【００３６】
さらに、図８に示すごとく、各測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）と、それに対応するショット間平均値（Ａε_ｘ，Ａε_ｙ）_ｊ（ｊ＝１，２，３，４の何れか）との差（Δｘ，Δｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）が算出される（図５ステップＳ４）。図８の矢印は、差（Δｘ，Δｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）を可視化したものである。図８では、差（Δｘ，Δｙ）_４２が大きく、それ以外の差（Δｘ，Δｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）については、略０である様子を示した。
【００３７】
その後、差（Δｘ，Δｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）の絶対値が所定の閾値と比較され、その閾値よりも大きいもの（以下、差（Δｘ，Δｙ）_４２とする。）に対応する測定データ（ここでは測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）が、誤測定データとみなされる（図５ステップＳ５）。
そして、誤測定データ（ここでは測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）に対し誤測定データである旨のマークを付した上で、各測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）がモニタ２１などに表示される（図５ステップＳ６）。
【００３８】
その後、誤測定データ（ここでは測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）を除いた各測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）は、式（１）で表されるフィッティングモデルに再び当てはめられ、誤測定データ（ここでは測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）を除いた各測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）について式（２）で表される残留誤差の二乗和Ｌが最小となるような（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ）の各値が求められる（図５ステップＳ７）。
【００３９】
それら（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ）の各値、及び／又は、それら各値から求まるウエハスケーリング成分、ウエハローテーション成分、ウエハ直交度成分、ウエハオフセット成分、ショットスケーリング成分、ショットローテーション成分、ショット直交度成分などを示すファイルがコンピュータ１９内に構築され、重ね合わせ検査が終了する。そのファイルは、その後、露光機による露光精度の向上に利用される。
【００４０】
以下、本実施形態の重ね合わせ検査の効果を説明する。
図９（ａ）は、上述したステップＳ１におけるフィッティングを示す模式図、図９（ｂ）は、上述したステップＳ７におけるフィッティングを示す模式図である。
図９（ａ）に示す１回目のフィッティングによれば、ウエハ１０Ａに実際に生じている重ね合わせずれ（点線の曲線）は、それに最も近い線形の近似式（実線の直線）で表される。
【００４１】
図９（ａ）において、測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊのうち、誤測定データ（以下、測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２とする。）は、点線の曲線から外れている。
その誤測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２の残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_４２は、誤測定による「とび」のため、大きくなる。
しかし、近似式（実線の直線）は、実際の重ね合わせずれ（点線の曲線）を線形に単純化したものに過ぎないので、誤測定データではない正常データ（以下、測定データ（Ｘ，Ｙ）_３２，（Ｘ，Ｙ）_５２とする。）であっても、その残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_３２，（ε_ｘ，ε_ｙ）_５２は、実際の重ね合わせずれ（点線の曲線）の有している「非線形量」のために大きくなることがある。
【００４２】
つまり、残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_ｉｊの大きさだけでは、その大きさが「非線形量」によるものか、「とび」によるものか峻別できない。
よって、残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_ｉｊの大きさだけでは、誤測定データと正常データとの峻別はできない。
ところが、露光機の特性上、各ショット内の重ね合わせずれの傾向は類似しているので、ショット内の座標番号ｊが同じである正常データ同士であれば、その「非線形量」は略等しくなると考えられる。
【００４３】
したがって、誤測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２の残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_４２は、ショット内の座標番号ｊの同じ正常データ（Ｘ，Ｙ）_３２，（Ｘ，Ｙ）_５２などの残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_３２，（ε_ｘ，ε_ｙ）_５２と比較すると「とび」の影響で大きくずれているが、正常データ（Ｘ，Ｙ）_３２，（Ｘ，Ｙ）_５２の残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_３２，（ε_ｘ，ε_ｙ）_５２は、「非線形量」しか含まないので、互いにほとんど同じである。
【００４４】
本実施形態ではこのような誤測定データと正常データとの相違が利用され、１回目のフィッティングの後に、「非線形量」として、各測定データ（Ｘ，Ｙ）_ｉｊの残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_ｉｊのショット間平均値（Ａε_ｘ，Ａε_ｙ）ｊを求める（図５ステップＳ２，Ｓ３）。そして、「とび」として、「非線形量」からの差（Δｘ，Δｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）を算出し、図８に示すようにその「とび」（Δｘ，Δｙ）_ｉｊの絶対値が所定の閾値より大きい測定データ（図８では、測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）を、誤測定データとみなす（図５ステップＳ４，Ｓ５）。
【００４５】
このように、本実施形態の重ね合わせ検査によれば、誤測定データ（測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）と、正常データ（測定データ（Ｘ，Ｙ）_３２，（Ｘ，Ｙ）_５２など）とが確実に峻別される。
そして、峻別された誤測定データ（測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）の除去された２回目のフィッティング（図５ステップＳ７）では、図９（ｂ）に示すとおり、その誤測定データ（測定データ（Ｘ，Ｙ）_４２）の影響を何ら受けずに、精度高く近似式（実線の直線）が求まる。
【００４６】
その結果、重ね合わせずれのウエハ成分、ショット成分はそれぞれ精度高く求まり、ひいては露光転写の精度が向上する。
なお、本実施形態の重ね合わせ検査において、誤測定データと正常データとの峻別に用いられる閾値は、その峻別の精度が十分に高まるような値に実験又は理論に基づき選定されることが望ましい。
【００４７】
また、本実施形態の重ね合わせ検査では、フィッティングモデルとして、ウエハスケーリング成分及びショットスケーリング成分、ウエハローテーション成分、ウエハ直交度成分、ウエハオフセット成分、ショットローテーション成分、ショット直交度成分の各成分を表すフィッティングモデルが用いられたが、重ね合わせずれの他の成分を表すフィッティングモデルや、各成分の一部のみを表すフィッティングモデルを用いてもよい。
【００４８】
また、本実施形態の重ね合わせ検査では、フィッティングモデルとして、一次の線形の式（１）が用いられたが、２次以上の高次のフィッティングモデルを用いてもよい。
また、本実施形態で説明したのは、一枚のウエハ１０Ａの重ね合わせ検査のみであるが、複数枚のウエハ１０Ａから測定した測定データの平均を用いた重ね合わせ検査も実施可能である。その場合にも同様に、複数の測定データから誤測定データを峻別することができる。
【００４９】
また、本実施形態の重ね合わせ検査は、その演算の全てがコンピュータ１９により自動的に行われたが、演算の一部又は全部が手計算によって行われるようコンピュータ１９を構成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、重ね合わせずれの測定データから誤測定データを確実に峻別することのできる重ね合わせ検査方法、及び重ね合わせ検査装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の重ね合わせ検査装置の構成図である。
【図２】測定対象となる重ね合わせマークを説明する図である。
【図３】各重ね合わせマークＭ_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）の重ね合わせずれの分布（一例）を可視化した図である。
【図４】ウエハ１０Ａ上に形成された重ね合わせマークの平面図及び断面図である。
【図５】コンピュータ１９による演算手順を示す動作フローチャートである。
【図６】残留誤差（ε_ｘ，ε_ｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）の分布（一例）を可視化した図である。
【図７】ショット間平均値（Ａε_ｘ，Ａε_ｙ）_ｊ（ｊ＝１〜４）の算出方法を説明する図である。
【図８】差（Δｘ，Δｙ）_ｉｊ（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜４）の分布（一例）を可視化した図である。
【図９】（ａ）は、上述したステップＳ１におけるフィッティングを示す模式図、（ｂ）は、上述したステップＳ７におけるフィッティングを示す模式図である。
【符号の説明】
１１ステージ
１２対物レンズ
１３顕微鏡本体
１５カメラ
１６フレームメモリ
１７信号生成回路
１８ステージ制御用回路
１９コンピュータ
２０，２１モニタ
３１下地マーク
３２上地マーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an overlay inspection method and an overlay inspection apparatus applied to an exposure process of a semiconductor wafer and measuring an overlay error of an exposure-transferred pattern.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an exposure process of a semiconductor wafer, an overlay inspection for measuring a shift (overlay shift) between a pattern exposed and transferred to the semiconductor wafer by an exposure machine and a pattern previously formed on the semiconductor wafer is performed. (Patent Document 1 etc.).
[0003]
The result of the overlay inspection is used to determine whether or not exposure to individual shots on the semiconductor wafer falls within a process margin.
Further, from the overlay displacement measurement data, various components such as a wafer offset component, a wafer scaling component, a wafer rotation component, a wafer orthogonality component, a shot scaling component, a shot rotation component, etc. are obtained and fed back to the exposure apparatus. It is used for improving the accuracy of exposure transfer.
[0004]
In calculating each of these components in the overlay inspection, the measurement data of the overlay shift is fitted to a predetermined fitting model.
Since this fitting model is constructed based on the regularity between the measurement data of the overlay misalignment, even if "jumps" (erroneous measurement data) exist in the data, the erroneous measurement data is calculated. The effect on accuracy was relatively small.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-151514
[Problems to be solved by the invention]
However, since the accuracy required for the overlay inspection has been increased with the increase in the degree of integration of the semiconductor wafer, even the minute influence of the erroneous measurement data cannot be ignored.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide an overlay inspection method and an overlay inspection apparatus that can reliably distinguish erroneously measured data from overlay offset measurement data.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The overlay inspection method according to claim 1, wherein in the overlay inspection method for inspecting the overlay of a plurality of patterns formed on a substrate, the overlay inspection method is performed by using a plurality of overlay marks formed together with the patterns on the substrate. The misalignment is measured, a plurality of measurement data obtained by the measurement is fitted to a fitting model representing a component of the overlay misalignment, and a residual error due to the fitting is obtained for each of the plurality of measurement data, Among a plurality of measurement data, a data whose residual error is equal to or more than a reference value is regarded as erroneous measurement data.
[0009]
The overlay inspection method according to claim 2 is the overlay inspection method according to claim 1, wherein the data obtained by removing the erroneous measurement data from the plurality of measurement data is fitted again to the fitting model. It is characterized in that each component of the overlay shift is obtained based on a fitting result.
The overlay inspection method according to claim 3 is the overlay inspection method according to claim 1 or 2, wherein the substrate is a semiconductor wafer, and the pattern is formed by exposing with a plurality of shots, A plurality of the overlay marks are formed at predetermined positions in each shot area of the plurality of shots. After obtaining the residual error, an inter-shot average of the residual error is obtained for each of the predetermined positions, and the reference value is obtained. Is determined based on the average between shots.
[0010]
The overlay inspection apparatus according to claim 4, further comprising: an image acquisition unit configured to acquire an image of each of a plurality of overlay marks formed on the substrate; and an arithmetic unit configured to determine an overlay shift based on the image. The calculating means fits a plurality of measurement data obtained by the measurement to a fitting model representing a component of the overlay shift, obtains a residual error due to the fitting for each of the plurality of measurement data, The measurement data of which the residual error is equal to or larger than the reference value is regarded as erroneous measurement data.
[0011]
The overlay inspection apparatus according to claim 5 is the overlay inspection apparatus according to claim 4, wherein the arithmetic unit removes the erroneous measurement data from the plurality of measurement data with respect to the fitting model. Fitting is performed again, and each component of the overlay shift is obtained based on the result of the fitting.
[0012]
The overlay inspection apparatus according to claim 6 is the overlay inspection apparatus according to

claim

4 or 5, wherein the substrate is a semiconductor wafer, and the pattern is formed by being exposed by a plurality of shots, A plurality of the overlay marks are formed at predetermined positions in each shot area of the plurality of shots, and after calculating the residual error, the calculating means calculates an average of the residual errors between shots for each of the predetermined positions. And determining the reference value based on the average between shots.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, and 9.
This embodiment is an embodiment of an overlay inspection apparatus.
FIG. 1 is a configuration diagram of the overlay inspection apparatus of the present embodiment.
[0014]
In the overlay inspection apparatus, a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as “wafer”) 10A as a test object is placed and a stage 11 for moving the wafer 10A, a stage control circuit 18 for driving the stage 11, An objective lens 12 for forming an enlarged image of an overlay mark M (see FIG. 2 described later) on the surface of the wafer 10A, a microscope body 13 equipped with the objective lens 12, a camera 15 for capturing the enlarged image, and a camera 15 The monitor 20 displays the enlarged image captured by the camera 15 in real time, the frame memory 16 temporarily stores the image data of the enlarged image output from the camera 15, and the overlay mark M (described later) based on the image data stored in the frame memory 16. 2 and 4), a signal generation circuit 17 for calculating the amount of deviation, a computer 19, and no superposition. Monitor 21 for displaying a measurement and analysis result of the is provided.
[0015]
In FIG. 1,

reference numerals

13a and 13b denote a light source of the microscope main body 13 and a half mirror for introducing light emitted from the light source 13a to the objective lens 12, respectively. Reference numeral 15a denotes an image sensor in the camera 15.
The computer 19 supplies a control signal to the stage control circuit 18 to control the position of the stage 11, and performs various calculations based on the output signal of the signal generation circuit 17.
[0016]
The measurement result and the analysis result are displayed on a monitor 21 connected to the computer 19.
Hereinafter, the overlay inspection by the overlay inspection apparatus will be described. In the overlay inspection, measurement is first performed.
FIG. 2 is a diagram illustrating an overlay mark to be measured.
[0017]
The measurement target is each superimposition mark M _ij (j: coordinate number within a shot; j = 1, 2,...) Arranged on a plurality of predetermined shots Si (i: shot number; i = 1, 2,...).・).
Hereinafter, a case will be described in which the respective overlay marks M _ij (j = 1 to 4) arranged at the four corners in the five shots Si (i = 1 to 5) shown in FIG.
[0018]
The design coordinates (x, y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) of these superposition marks M _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) on the respective wafers 10A are calculated by the computer 19. Is registered in advance.
The computer 19 determines the stage control circuit 18 based on the positional relationship between the wafer 10A and the stage 11 obtained in advance and the design coordinates (x, y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4). , The stage 11 is moved, and the respective overlay marks M _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) are sequentially captured in the field of view of the objective lens 12.
[0019]
At this time, even if the overlay mark M _ij is formed by exposure at a position slightly deviated from the design coordinates, the overlay mark M _ij can be captured without any problem as long as it is within the field of view of the objective lens 12.
[0020]
Then, images captured by the camera 15 when the respective overlay marks M _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) are captured in the field of view are sequentially stored in the frame memory 16.
FIG. 4A is a plan view of each overlay mark M _ij , and FIG. 4B is a cross-sectional view.
[0021]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the overlay mark M _ij includes a rectangular base mark 31 and a resist mark 32 having different sizes.
The base mark 31 is formed simultaneously with the base pattern and indicates a reference position of the base pattern. The resist mark 32 is formed simultaneously with the resist pattern, and indicates a reference position of the resist pattern. Here, an example is shown in which the base mark 31 is an outer mark and the registration mark 32 is an inner mark.
[0022]
Although not shown, a material film to be processed is formed between the resist mark 32 and the resist pattern and the base mark 31 and the base pattern. After the inspection of the overlay state by the overlay inspection apparatus, the resist film 32 is accurately superimposed on the underlying mark 31. It is actually processed through the pattern. This is the upper ground pattern.
[0023]
The base mark 31 and the registration mark 32 are formed such that their center positions coincide. Therefore, by measuring the shift of the center position between the base mark 31 and the registration mark 32, the overlay shift amount can be obtained.
The computer 19 measures the overlay displacement as described below.
[0024]
The image signal stored in the frame memory 16 is read, and edge information of the luminance distribution in the image signal is extracted. The edge information of the luminance distribution is light / dark information appearing in an image signal corresponding to the structure of the overlay mark M _ij , and is a point in the luminance distribution where the luminance value changes rapidly. The edge information may include a plurality of edges depending on the structure of the overlay mark M _ij .
[0025]
Further, based on the edge information extracted from the luminance distribution of the image signal, the center positions C1 and C2 of the base mark 31 and the registration mark 32 (FIG. 4) forming the overlay mark _Mij are calculated. In calculating these center positions C1 and C2, for example, a correlation calculation method is used. Incidentally, the calculated center positions C1 and C2 are positions with respect to the origin of the coordinate system set in the field of view of the overlay inspection apparatus.
[0026]
Based on the difference (shift amount) between the center positions C1 and C2 of the base mark 31 and the registration mark 32, a measurement value R (FIG. 4) of the overlay shift is calculated.
By performing such a measurement in both the X direction and the Y direction in FIG. 4, it is possible to determine the overlay displacement in each direction.
As described above, the computer 19 calculates the measurement value of the overlay shift for each of the overlay marks M _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4).
[0027]
Visualizing and indicating the direction and magnitude of the overlay deviation in each of the overlay marks M _ij are, for example, indicated by arrows in FIG.
Next, calculation is performed on the measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) of the overlay deviation obtained by the above measurement.
FIG. 5 is a flowchart showing a calculation procedure by the computer 19.
[0028]
The computer 19 _fits all the measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) to a predetermined fitting model (step S1 in FIG. 5). As this fitting model, for example, a linear equation (1) is used.
(Equation 1)

In this equation (1), (Xc, Yc) is the design coordinate of the center of the shot where the overlay mark M _ij is arranged (the coordinate value with the center of the wafer as the origin). This coordinate value can be obtained from the design value.
[0029]
(X, Y) is the coordinates of the center position of the top mark of the superposition mark _Mij (that is, the registration mark 32 in FIG. 4) (coordinate value with the wafer center as the origin). These coordinates are the coordinates (Xc, Yc) of the center position of the shot where the base mark (base mark 31 in FIG. 4) of the overlay mark M _ij is arranged, and the coordinates of the overlay mark M _ij calculated as described above. It can be obtained from the measured value R of the overlay displacement.
[0030]
(X _m , Y _m ) are design coordinates (coordinate values with the origin at the shot center) of the overlay mark M _ij within the shot. This coordinate value can be obtained from the design value.
(A, D) represents a wafer scaling component of misalignment, and (C, B) represents a wafer rotation component and a wafer orthogonality component. (I, J) represents a wafer offset component, (E, H) represents a shot scaling component, and (G, H) represents a shot rotation component and a shot orthogonality component.
[0031]
In Expression (1), (ε _x , ε _y ) is a residual error.
Incidentally, the wafer scaling component is a component of overlay shift on the wafer 10A due to heat generated in the exposure step, and is a component of size shift of the entire exposure area.
The wafer rotation component is a component of the overlay displacement on the wafer 10A due to the placement displacement of the wafer 10A on the stage in the exposure process, and is a component of the rotational displacement of the entire exposure area.
[0032]
The wafer orthogonality component is a component of overlay shift on the wafer 10A due to the orthogonality of the stage in the exposure process, and is a component of shift of the entire exposure region from vertical and horizontal orthogonality.
The wafer offset component is a component of overlay shift on the wafer 10A due to off-axis alignment in the exposure process, and is a component of position shift of the entire exposure region.
[0033]
The shot scaling component is a component of misregistration in a shot due to heat generated in an exposure process or magnification control of a lens, and is a component of a size deviation of a shot.
The shot rotation component is a component of a misalignment in a shot caused by a misalignment of a reticle in an exposure process, and is a component of a rotation misalignment of a shot.
[0034]
The shot orthogonality component is a component of misalignment in a shot caused by the orthogonality of the stage in the exposure process, and is a component of misalignment of the shot in the vertical and horizontal directions.
The least square method using the above-described fitting model is applied to the fitting described above. In other words, the ground mark coordinates (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) obtained from each measurement data are applied to the actually measured coordinates (X, Y) of the fitting model, respectively. For all the measured data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4), the sum of squares L of the residual error represented by the equation (2) is minimized (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J) are calculated (step S1 in FIG. 5).
(Equation 2)

Next, a residual error (ε _x , ε _y ) _ij (i = 1 to 5, j =) of each measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) with respect to each obtained value. 1 to 4) are obtained (step S2 in FIG. 5).
When this residual error (ε _x , ε _y ) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) is visualized, for example, an arrow shown in FIG. 6 is obtained.
[0035]
Next, as shown in FIG. 7, the average value of the residual errors (ε _x , ε _y ) is calculated for those having the same coordinate number j in the shot, and the average value between shots (A ε _x , Aε _y ) _j ( j = 1 to 4) (step S3 in FIG. 5).
[0036]
Further, as shown in FIG. 8, each measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) and the corresponding inter-shot average value (Aε _x , Aε _y ) _j (j = The difference (Δx, Δy) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) is calculated (step S4 in FIG. 5). The arrows in FIG. 8 visualize the difference (Δx, Δy) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4). FIG. 8 shows that the difference (Δx, Δy) ₄₂ is large, and the other differences (Δx, Δy) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) are substantially zero.
[0037]
Thereafter, the absolute value of the difference (Δx, Δy) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) is compared with a predetermined threshold value, and the absolute value greater than the threshold value (hereinafter, the difference (Δx, Δy) ₄₂ and The measurement data (here, the measurement data (X, Y) ₄₂ ) corresponding to the measurement data is regarded as erroneous measurement data (step S5 in FIG. 5).
Then, after marking the erroneous measurement data (here, the measurement data (X, Y) ₄₂ ) as erroneous measurement data, each measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) are displayed on the monitor 21 or the like (step S6 in FIG. 5).
[0038]
Thereafter, each measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) excluding the erroneous measurement data (here, the measurement data (X, Y) ₄₂ ) is expressed by Expression (1). For each measurement data (X, Y) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) excluding erroneous measurement data (here, measurement data (X, Y) ₄₂ ) Each value of (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J) that minimizes the sum of squares L of the residual error represented by equation (2) is obtained (FIG. 5). Step S7).
[0039]
Each of these values (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J) and / or a wafer scaling component, a wafer rotation component, a wafer orthogonality component, and a wafer offset obtained from those values Files indicating components, shot scaling components, shot rotation components, shot orthogonality components, and the like are constructed in the computer 19, and the overlay inspection ends. The file is then used to improve exposure accuracy by the exposure device.
[0040]
Hereinafter, the effect of the overlay inspection of the present embodiment will be described.
FIG. 9A is a schematic diagram illustrating the fitting in step S1 described above, and FIG. 9B is a schematic diagram illustrating the fitting in step S7 described above.
According to the first fitting shown in FIG. 9A, the overlay displacement (dotted curve) actually occurring on the wafer 10A is represented by the closest linear approximation formula (solid straight line).
[0041]
In FIG. 9A, among the measurement data (X, Y) _ij , erroneous measurement data (hereinafter, referred to as measurement data (X, Y) ₄₂ ) is out of the dotted line curve.
The residual error (ε _x , ε _y ) ₄₂ of the erroneously measured data (X, Y) ₄₂ becomes large due to “jump” due to erroneous measurement.
However, since the approximation formula (solid straight line) is merely a linear simplification of the actual overlay deviation (dotted curve), normal data that is not erroneous measurement data (hereinafter, measurement data (X, Y)) ₃₂ , (X, Y) ₅₂ ), the residual errors (ε _x , ε _y ) ₃₂ , (ε _x , ε _y ) ₅₂ are the actual overlay deviation (dotted curve). It can be large due to the “non-linear amount” that it has.
[0042]
That is, the magnitude of the residual error (ε _x , ε _y ) _ij alone cannot be used to determine whether the magnitude is due to “non-linear amount” or “skip”.
Therefore, it is not possible to distinguish erroneously measured data from normal data only by the magnitude of the residual error (ε _x , ε _y ) _ij .
However, due to the characteristics of the exposure machine, the tendency of misalignment in each shot is similar, so that if the normal data have the same coordinate number j in the shots, the "non-linear amount" will be substantially equal. Conceivable.
[0043]
Therefore, the residual error (ε _x , ε _y ) ₄₂ of the erroneously measured data (X, Y) _{42 is} the residual error of the same normal data (X, Y) ₃₂ , (X, Y) _{52 with} the same coordinate number j in the shot Compared to the errors (ε _x , ε _y ) ₃₂ and (ε _x , ε _y ) ₅₂ , there is a large deviation due to the effect of “jump”, but the residual of the normal data (X, Y) ₃₂ , (X, Y) ₅₂ The errors (ε _x , ε _y ) ₃₂ and (ε _x , ε _y ) ₅₂ are almost the same as each other because they include only “non-linear quantities”.
[0044]
In the present embodiment, such a difference between the erroneously measured data and the normal data is used, and after the first fitting, the residual error (ε _x , ε) of each measurement data (X, Y) _ij is defined as a “non-linear amount”. _y ) An average value between shots (Aε _x , Aε _y ) j of _ij is obtained (steps S2 and S3 in FIG. 5). Then, a difference (Δx, Δy) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4) from the “non-linear amount” is calculated as “jump”, and as shown in FIG. 8, the “jump” (Δx, Δy) Measurement data (the measurement data (X, Y) _{42 in} FIG. 8) in which the absolute value of _ij is larger than the predetermined threshold value is regarded as erroneous measurement data (steps S4 and S5 in FIG. 5).
[0045]
As described above, according to the overlay inspection of this embodiment, erroneous measurement data (measurement data (X, Y) ₄₂ ) and normal data (measurement data (X, Y) ₃₂ , (X, Y) _52, etc.) Are surely distinguished.
Then, in the second fitting (step S7 in FIG. 5) from which the erroneously measured data (measured data (X, Y) ₄₂ ) that has been distinguished is removed, as shown in FIG. The approximate expression (solid line) can be obtained with high accuracy without being affected by (X, Y) ₄₂ ).
[0046]
As a result, the wafer component and the shot component of the misalignment are determined with high accuracy, and the accuracy of the exposure transfer is improved.
In the overlay inspection of the present embodiment, it is desirable that the threshold value used to distinguish between erroneously measured data and normal data be selected based on experiments or theory so that the accuracy of the distinction is sufficiently increased.
[0047]
In the overlay inspection according to the present embodiment, fitting models representing each of a wafer scaling component and a shot scaling component, a wafer rotation component, a wafer orthogonality component, a wafer offset component, a shot rotation component, and a shot orthogonality component are used as fitting models. Although the model is used, a fitting model representing other components of the overlay deviation or a fitting model representing only a part of each component may be used.
[0048]
In addition, in the overlay inspection of the present embodiment, a first-order linear equation (1) is used as a fitting model, but a second-order or higher-order fitting model may be used.
Further, although only the overlay inspection of one wafer 10A has been described in the present embodiment, an overlay inspection using an average of measurement data measured from a plurality of wafers 10A can also be performed. In this case, similarly, erroneous measurement data can be distinguished from a plurality of measurement data.
[0049]
In addition, in the overlay inspection according to the present embodiment, all of the calculations are automatically performed by the computer 19, but the computer 19 may be configured so that some or all of the calculations are performed by manual calculation.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an overlay inspection method and an overlay inspection apparatus capable of reliably distinguishing erroneous measurement data from overlay offset measurement data are realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an overlay inspection apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an overlay mark to be measured.
FIG. 3 is a diagram visualizing a distribution (one example) of overlay deviation of each overlay mark M _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4).
FIG. 4 is a plan view and a sectional view of an overlay mark formed on a wafer 10A.
FIG. 5 is an operation flowchart showing a calculation procedure by the computer 19;
FIG. 6 is a diagram visualizing a distribution (an example) of a residual error (ε _x , ε _y ) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4).
FIG. 7 is a diagram illustrating a method of calculating an average value between shots (Aε _x , Aε _y ) _j (j = 1 to 4).
FIG. 8 is a diagram visualizing a distribution (an example) of a difference (Δx, Δy) _ij (i = 1 to 5, j = 1 to 4).
FIG. 9A is a schematic diagram showing the fitting in step S1 described above, and FIG. 9B is a schematic diagram showing the fitting in step S7 described above.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 11 Stage 12 Objective lens 13 Microscope main body 15 Camera 16 Frame memory 17 Signal generation circuit 18 Stage control circuit 19

Computer

20, 21 Monitor 31 Base mark 32 Upper mark

Claims

In an overlay inspection method for inspecting the overlay of a plurality of patterns formed on a substrate,
Measuring overlay deviation by a plurality of overlay marks formed together with the pattern on the substrate,
A plurality of measurement data obtained by the measurement, fitting to a fitting model representing the component of the overlay deviation,
Determine the residual error due to the fitting for each of the plurality of measurement data,
An overlay inspection method, wherein, among the plurality of measurement data, data whose residual error is equal to or larger than a reference value is regarded as erroneous measurement data.

The overlay inspection method according to claim 1,
Refitting the fitting model with the erroneous measurement data removed from the plurality of measurement data,
An overlay inspection method, wherein each component of the overlay deviation is obtained based on the result of the fitting.

The overlay inspection method according to claim 1 or 2,
The substrate is a semiconductor wafer, the pattern is formed by exposing with a plurality of shots, a plurality of the overlay marks are formed at predetermined positions in each shot area of the plurality of shots, An overlay inspection method, wherein after determining an error, an average between shots of the residual error is determined for each of the predetermined positions, and the reference value is determined based on the average between shots.

Image acquisition means for acquiring each image of a plurality of overlay marks formed on the substrate,
Computing means for calculating the overlay deviation based on the image,
The calculating means includes:
A plurality of measurement data obtained by the measurement, fitting to a fitting model representing the component of the overlay deviation,
Determine the residual error due to the fitting for each of the plurality of measurement data,
An overlay inspection apparatus, wherein, among the plurality of measurement data, a data whose residual error is equal to or more than a reference value is regarded as erroneous measurement data.

The overlay inspection apparatus according to claim 4,
The calculating means includes:
Refitting the fitting model with the erroneous measurement data removed from the plurality of measurement data,
An overlay inspection apparatus, wherein each component of the overlay deviation is obtained based on a result of the fitting.

The overlay inspection apparatus according to claim 4 or 5,
The substrate is a semiconductor wafer, the pattern is formed by exposure by a plurality of shots, a plurality of the overlay marks are formed at predetermined positions in each shot region of the plurality of shots,
The overlay inspection apparatus, wherein the calculating means obtains the residual error, calculates an inter-shot average of the residual error for each of the predetermined positions, and determines the reference value based on the inter-shot average.