JP2005030776A - 重ね合わせ測定装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像のうち、第1マークに関わる部分の代表波形と反転波形との相関関数における最大相関値MAを算出すると共に、第2マークに関わる部分の代表波形と反転波形との相関関数における最大相関値MBを算出し(S2〜S6)、最大相関値MA,MBを予め定めた閾値と比較し(S8)、最大相関値MA,MBが閾値より大きいときに、最大相関値MA,MBに基づいて、第1マークと第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する(S7,S9)。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程において、基板の異なる層に形成された複数のパターンの重ね合わせ状態を測定する重ね合わせ測定装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、半導体素子や液晶表示素子の製造工程では、マスク(レチクル)に形成された回路パターンをレジスト膜に焼き付ける露光工程と、レジスト膜の露光部分または未露光部分を溶解する現像工程とを経て、レジスト膜に回路パターン(レジストパターン)が転写され、このレジストパターンをマスクとしてエッチングや蒸着などを行うことにより(加工工程)、レジスト膜の直下に隣接している所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。
【0003】
次いで、上記所定の材料膜に形成された回路パターンの上に別の回路パターンを形成するには、同様のパターン形成工程が繰り返される。パターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板(半導体ウエハや液晶基板)の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。
【0004】
ところで、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため、各々のパターン形成工程のうち、現像工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合わせ状態の測定を行い、製品の歩留まり向上を図っている。これは、1つ前のパターン形成工程で形成された回路パターン(以下「下地パターン」という)に対するレジストパターンの重ね合わせ検査である。
【0005】
重ね合わせ検査においては、通常、下地パターンの基準位置を示す下地マークと、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークとが用いられる。これらの下地マーク,レジストマークは、上記のパターン形成工程で下地パターン,レジストパターンと同時に形成された凹凸構造である。なお、下地マークとレジストマークの間には、下地パターンとレジストパターンの間と同様、加工対象となる材料膜が形成されている。
【0006】
基板上の下地マークとレジストマークを用いた重ね合わせ検査時、これらのマークを含む観察領域が装置の視野内に位置決めされ、この観察領域の画像がCCDカメラなどの撮像素子を用いて取り込まれる(例えば特許文献1を参照)。
そして、周知の相関法というアルゴリズムを用い、観察領域の画像のうちエッジ部(各マークに関わる部分,輝度値が急変する箇所)の信号波形の相関演算により、下地マークとレジストマークの中心座標の差(つまり重ね合わせずれ量)が算出される。相関法では、エッジ部の信号波形の全体を使って相関演算を行うため、信号ノイズの影響を受け難く、重ね合わせずれ量を再現性よく算出できる。
【0007】
また、1つの基板における重ね合わせずれ量の算出は、通常、予め指定された複数の測定点で順に行われる(例えば100点)。測定点とは、下地マークとレジストマークの形成箇所(観察領域)である。そして、指定された全ての測定点で重ね合わせずれ量を算出し終えると、得られた重ね合わせずれ量の全てに基づいて、露光装置の補正用データが生成される。露光装置は、前述の露光工程で使用される装置である。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−25879号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、個々の測定点での重ね合わせずれ量の算出に用いた相関法は、エッジ部の信号波形が左右対称であることを前提としたアルゴリズムである。このため、個々の測定点では、エッジ部の信号波形の対称性が低下するほど、重ね合わせずれ量の算出結果に含まれる誤差(オフセット)が増大することになる。
【0010】
そして、予め指定された全ての測定点での算出結果(複数の重ね合わせずれ量)の集合を1つの測定値として捉えると、この測定値の精度は、個々の測定点での誤差の増大に伴って低下する。測定値(複数の重ね合わせずれ量の集合)は、上記した露光装置の補正用データの生成に用いられるため、できるだけ精度を向上させることが望まれる。
【0011】
本発明の目的は、基板上の複数の測定点の中にエッジ部の信号波形が非対称となるものが存在しても、精度よく測定値(複数の重ね合わせずれ量の集合)を取得可能な重ね合わせ測定装置および方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込手段と、前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算手段と、前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに、前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出手段とを備えたものである。
【0013】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の重ね合わせ測定装置において、前記算出手段が算出した前記重ね合わせずれ量に基づいて、露光装置の補正用データを生成する生成手段を備えたものである。
請求項3に記載の発明は、基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込手段と、前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算手段と、前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出手段と、前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに前記重ね合わせずれ量を選択し、前記閾値以下のときに前記重ね合わせずれ量を除外する選別手段とを備えたものである。
【0014】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の重ね合わせ測定装置において、前記選別手段が選択した前記重ね合わせずれ量に基づいて、露光装置の補正用データを生成する生成手段を備えたものである。
【0015】
請求項5に記載の発明は、基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込工程と、前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算工程と、前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較工程と、前記比較工程での比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに、前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出工程とを備えたものである。
【0016】
請求項6に記載の発明は、基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込工程と、前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算工程と、前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出工程と、関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較工程と、前記比較工程での比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに前記重ね合わせずれ量を選択し、前記閾値以下のときに前記重ね合わせずれ量を除外する選別工程とを備えたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の重ね合わせ測定装置10は、図1に示すように、ウエハ11を支持する検査ステージ12と、ウエハ11側に向けて照明光L1を射出する照明光学系(13〜15)と、ウエハ11の像を形成する結像光学系(16,17)と、撮像素子18と、画像処理部19と、制御部20とで構成されている。
【0018】
この重ね合わせ測定装置10について具体的に説明する前に、ウエハ11(基板)の説明を行う。
ウエハ11には、複数の回路パターン(何れも不図示)が異なる層に形成されている。最上層の回路パターンは、レジスト膜に転写されたレジストパターンである。つまり、ウエハ11は、1つ前のパターン形成工程で形成された下地パターンの上に別の回路パターンを形成する工程の途中(レジスト膜に対する露光・現像後で且つ材料膜に対するエッチング加工前)の状態にある。
【0019】
そして、ウエハ11の下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ状態が重ね合わせ測定装置10によって検査される。このため、ウエハ11の表面には、重ね合わせ状態の測定に用いられる重ね合わせマーク30(図2)が形成されている。図2は重ね合わせマーク30の平面図である。
重ね合わせマーク30は、大きさが異なる2つの矩形マーク(つまり外側マーク31と内側マーク32)により構成されている。また、外側マーク31,内側マーク32はボックス状の凹凸構造である。重ね合わせマーク30は、ボックス・イン・ボックスマークである。
【0020】
このため、外側マーク31は、X方向に対向配置された1つのエッジ対(つまり左側のエッジE1Lと右側のエッジE1R)を含み、内側マーク32も、X方向に対向配置された1つのエッジ対(つまり左側のエッジE2Lと右側のエッジE2R)を含む。外側マーク31,内側マーク32のY方向に関しても同様である。
また、外側マーク31,内側マーク32は、一方が下地マーク、他方がレジストマークである。下地マーク,レジストマークは、各々、下地パターン,レジストパターンと同時に形成され、下地パターン,レジストパターンの基準位置を示す。上記の下地マーク31,レジストマーク32は、請求項の「第1マーク」「第2マーク」に対応する。
【0021】
図示省略したが、レジストマーク,レジストパターンと、下地マーク,下地パターンとの間には、加工対象となる材料膜(不図示)が形成されている。この材料膜は、重ね合わせ測定装置10による重ね合わせ検査後、レジストマーク,レジストパターンの下地マーク,下地パターンに対する重ね合わせ状態が正確な場合に、実際に加工される。
【0022】
重ね合わせ測定装置10による重ね合わせ検査は、詳細は後述するように、外側マーク31の中心座標Aと内側マーク32の中心座標Bとの差(重ね合わせずれ量R)を測定し、得られた重ね合わせずれ量Rが許容範囲内に含まれるか否かの判断により行われる。
重ね合わせずれ量Rの原因として考えられるのは、主に、次の4つの成分(1)〜(4)である。4つの成分(1)〜(4)は、何れも、ウエハ11の最上層のレジスト膜に対する露光時の誤差成分であり、露光装置にフィードバックすることで補正可能な線形成分である。本明細書では、これらの4つの成分(1)〜(4)を総じて「露光装置の補正用データ」という。
【0023】
なお、成分(1)は、露光装置のオフアクシスアライメント(投影レンズを介さないアライメント)に起因する平行方向の位置ずれ成分(適宜「オフセット成分」という)である。
成分(2)は、ウエハ11に対する露光工程で、レジスト膜に照射された光が熱に変わって引き起こされるウエハ11の収縮/膨張による位置ずれ成分(適宜「スケーリング成分」という)である。
【0024】
成分(3)は、ウエハ11に対する露光工程の前に、ウエハ11を露光装置のウエハステージに載置するときの回転方向の位置ずれ成分(適宜「ローテーション成分」という)である。
【0025】
成分(4)は、露光装置のウエハステージが2軸ステージの場合で、ウエハステージをXY方向にステップ移動させたときに、ウエハステージの直交度に起因して引き起こされる位置ずれ成分(適宜「直交度成分」という)である。
通常、1つのウエハ11における重ね合わせずれ量Rの算出は、予め指定された複数の測定点で順に行われる(例えば100点)。測定点とは、重ね合わせマーク30(図2)の形成箇所である。そして、指定された全ての測定点での重ね合わせずれ量Rの算出処理(図4参照)(後述)が終了すると、得られた重ね合わせずれ量Rの集合(測定値)に基づいて、上記した4つの成分(1)〜(4)からなる露光装置の補正用データが生成される。
【0026】
さて次に、重ね合わせ測定装置10(図1)の具体的な構成説明を行う。
検査ステージ12は、図示省略したが、ウエハ11を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(XY方向)に駆動するXY駆動部とで構成されている。検査ステージ12のホルダの法線方向をZ方向とする。
検査ステージ12のホルダをXY方向に移動させることにより、ウエハ11のうち重ね合わせマーク30(図2)が形成された観察領域(測定点)を、結像光学系(16,17)の視野領域内に位置決めすることができる。
【0027】
照明光学系(13〜15)は、光軸O1に沿って順に配置された光源13と照明レンズ14とプリズム15とで構成されている。プリズム15は、反射透過面15aが光軸O1に対して略45°傾けられ、結像光学系(16,17)の光軸O2上にも配置されている。照明光学系(13〜15)の光軸O1は、結像光学系(16,17)の光軸O2に垂直である。
【0028】
結像光学系(16,17)は、光軸O2に沿って順に配置された対物レンズ16と結像レンズ17とで構成されている(光学顕微鏡部)。結像光学系(16,17)の光軸O2は、Z方向に平行である。結像レンズ17は、第2対物レンズとして機能する。なお、対物レンズ16と結像レンズ17との間には、照明光学系(13〜15)のプリズム15が配置されている。
【0029】
上記の照明光学系(13〜15)および結像光学系(16,17)において、光源13から射出された光は、照明レンズ14を介してプリズム15に導かれ、その反射透過面15aで反射した後(照明光L1)、対物レンズ16側に導かれる。そして、対物レンズ16を通過した後(照明光L2)、検査ステージ12上のウエハ11に入射する。このとき、視野領域内に位置決めされた観察領域(重ね合わせマーク30(図2)を含む)は、照明光L2により略垂直に照明される。
【0030】
そして、照明光L2が照射されたウエハ11の観察領域からは、そこでの凹凸構造(重ね合わせマーク30)に応じて反射光L3が発生する。この反射光L3は、対物レンズ16とプリズム15とを介して結像レンズ17に導かれ、対物レンズ16と結像レンズ17の作用によって撮像素子18の撮像面上に結像される。その結果、撮像素子18の撮像面上には、反射光L3に基づく観察領域の拡大像(反射像)が形成される。
【0031】
撮像素子18は、複数の画素が2次元配列されたエリアセンサ(例えばCCDカメラ)であり、撮像面上の拡大像を撮像し、画像信号を画像処理部19に出力する。画像信号は、複数のサンプル点からなり、撮像素子18の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布(輝度分布)を表している。
画像処理部19は、撮像素子18からの画像信号に基づいて、ウエハ11の観察領域(重ね合わせマーク30を含む)の拡大像を画像として取り込む。ここで、ウエハ11の観察領域に含まれる重ね合わせマーク30の画像(以下「マーク画像40」という)には、図3に示すように、X方向に沿って4本のエッジ像F1L,F2L,F2R,F1Rが現れる。マーク画像40中でのX方向は、ウエハ11上でのX方向に対応する。外側の2本のエッジ像F1L,F1Rは、図2に示す外側マーク31のエッジ対(E1L,E1R)に対応し、内側の2本のエッジ像F2L,F2Rは、内側マーク32のエッジ(E2L,E2R)に対応する。
【0032】
そして、画像処理部19は、マーク画像40のうち、外側マーク31に関わるエッジ像F1L,F1Rに基づいて外側マーク31のX方向の中心座標Aを検出すると共に、内側マーク32に関わるエッジ像F2L,F2Rに基づいて内側マーク32のX方向の中心座標Bを検出し(後述する)、その後、外側マーク31と内側マーク32とのX方向の重ね合わせずれ量Rを算出する。
【0033】
なお、ウエハ11の観察領域のマーク画像40には、Y方向(マーク画像40中でのX方向に垂直な方向)に沿って、外側マーク31,内側マーク32のエッジ像が同様に現れる。そして、外側マーク31,内側マーク32のY方向の中心座標A,Bおよび重ね合わせずれ量も、X方向と同じ手順で算出可能である。このため、以下では、「X方向」に関する説明のみを行い、「Y方向」に関する説明を省略する。
【0034】
制御部20は、重ね合わせ測定装置10における重ね合わせ検査前にレシピを作成し、これを内部のメモリ(不図示)に記憶している。レシピの内容には、ユーザによって指定された多数の測定点(重ね合わせマーク30を含む観察領域)の位置座標や測定順序の情報が含まれる。制御部20は、検査ステージ12のXY駆動部を制御して、ホルダ(ウエハ11)をXY方向に移動させ、ウエハ11の観察領域を1つずつ順に重ね合わせ測定装置10の視野領域内に位置決めする。
【0035】
上記の照明光学系(13〜15)と結像光学系(16,17)と撮像素子18と画像処理部19とは、総じて請求項の「画像取込手段」に対応する。画像処理部19は、請求項の「相関演算手段」,「比較手段」,「算出手段」,「生成手段」に対応する。
本実施形態の重ね合わせ測定装置10において、外側マーク31,内側マーク32のX方向の中心座標A,Bの検出処理と重ね合わせずれ量Rの算出処理は、図4のフローチャートの手順にしたがって行われる。
【0036】
予め指定された多数の測定点(重ね合わせマーク30を含む観察領域)のうち処理対象の1つは、制御部20によって決定され、重ね合わせ測定装置10の視野領域内に位置決めされる。
画像処理部19は、ステップS1で、マーク画像40(図3)を取り込み、ステップS2で、マーク画像40中に現れたエッジ像F1L,F1Rを広く含むような測定枠41L,41R(図5(a))を各々指定する。測定枠41L,41Rは、外側マーク31(図2)のX方向の中心座標Aの検出に用いられる枠である。
【0037】
また同じステップS2において、画像処理部19は、同様に、マーク画像40中に現れたエッジ像F2L,F2Rを広く含むような測定枠42L,42Rも各々指定する。この測定枠42L,42Rは、内側マーク32のX方向の中心座標Bの検出に用いられる枠である。
そして、次のステップS3において、画像処理部19は、測定枠41L,41R,42L,42Rの中の輝度信号を中心座標A,Bの検出方向(X方向)とは垂直な方向(Y方向)に沿って各々積算する。これは、信号ノイズを低減させるための処理である。このプロジェクション処理によって生成される積算後の輝度信号の波形を「代表波形」という。
【0038】
図5(b)には、測定枠41L,41R内でのプロジェクション処理により得られた代表波形43L,43R(第1信号波形)と、測定枠42L,42R内でのプロジェクション処理により得られた代表波形44L,44R(第2信号波形)とを、並べて図示した。図5(b)の横軸は、代表波形43L,43R,44L,44Rのサンプル点(画素)の位置を表し、縦軸は輝度値を表している。図5(b)において、代表波形43L,43R,44L,44Rの輝度値が極小となるボトム付近は、各々、図3(a)のエッジ像F1L,F2L,F2R,F1Rに対応する。
【0039】
次いで、画像処理部19は、代表波形43L,43Rを用いて外側マーク31の中心座標Aを算出し、代表波形44L,44Rを用いて内側マーク32の中心座標Bを算出する。ここでは、代表波形44L,44Rを用いた場合の説明を具体的に行う。画像処理部19は、代表波形44L,44Rの間に図6(a)のような仮中心座標Cを設定し(ステップS4)、この仮中心座標Cで代表波形44L,44Rを折り返し、図6(b)のような反転波形45L,45Rを生成する。
【0040】
そして次のステップS5では、周知の相関法というアルゴリズムを用い、代表波形44L,44Rに対して反転波形45L,45Rを正負の両方にシフトさせながら(図6(c),(d))、相関演算を行う。つまり、代表波形44L,44Rと反転波形45L,45Rとの相関関数(図6(e))を計算する。相関関数とは、反転波形45L,45Rのシフト量と、そのときの相関値との関係を表したものである。相関値は「0〜1」の値をとる。
【0041】
ここで、相関関数(図6(e))の計算の際、代表波形44L,44Rと反転波形45L,45Rの離散的な画素データを最小二乗法により内挿補間し(例えば画素データ間を10ポイントとする)、1回のシフト量を1ポイント単位に設定することが好ましい。なお、1回のシフト量は1画素単位に設定してもよい。
次に、画像処理部19は、相関関数(図6(e))における最大相関値MBを算出し、最大相関値MBに対応するシフト量dBを算出する(ステップS6)。そして、シフト量dBの1/2と仮中心座標Cとの加算により、図2に示す内側マーク32のX方向の中心座標B(=仮中心座標C+シフト量dB/2)を算出する(ステップS7)。
【0042】
さらに、画像処理部19は、上記ステップS4〜S7の処理を代表波形43L,43Rにも同様に行う。その結果、代表波形43L,43Rとその反転波形との相関関数における最大相関値MAと、外側マーク31のX方向の中心座標A(=仮中心座標+シフト量dA/2)が算出される。
ところで、上記の相関法は、代表波形43L,43Rと代表波形44L,44Rがそれぞれ左右対称であることが前提のアルゴリズムである。このため、例えば図7に示すように代表波形43L,43Rの対称性が低下していると、図8の相関関数のように最大相関値MAが小さくなり、最大相関値MAに対応するシフト量dAの算出結果の誤差が増大し、その誤差分だけ、外側マーク31の中心座標A(=仮中心座標+シフト量dA/2)の算出結果の誤差も増大する。さらに、これから算出しようとしている重ね合わせずれ量Rにおける誤差も増大する。
【0043】
代表波形43L,43Rや代表波形44L,44Rの対称性が低下する事態(例えば図7)は、スパッタ工程での金属膜の不均一な堆積、CMP(Chemical Mechanical Polishing)工程でのマーク形状の変形や破壊などに起因して、外側マーク31のエッジ対(図2のE1L,E1R)や、内側マーク32のエッジ対(E2L,E2R)の形状が非対称になったときに発生する。また、外側マーク31や内側マーク32のエッジ対の形状が左右対称な場合でも、エッジ対にゴミなどが付着していると、代表波形43L,43Rや代表波形44L,44Rの対称性は低下してしまう。
【0044】
そこで、図4のステップS8では、ステップS6で算出した最大相関値MAと最大相関値MBを予め定めた閾値(例えば0.5)と比較する。図6(e)の最大相関値MBと閾値との比較を図9(a)に示す。図8の最大相関値MAと閾値との比較を図9(b)に示す。
最大相関値MAは、代表波形43L,43Rの対称性を表す指標である。最大相関値MBは、代表波形44L,44Rの対称性を表す指標である。閾値は、代表波形43L,43Rの対称性と代表波形44L,44Rの対称性の判定基準に相当する。また、画像処理部19のメモリまたはファイルに保存され、ステップS8の処理で参照される。
【0045】
そして画像処理部19は、ステップS8における比較の結果、最大相関値MA,MBが閾値より大きいときに(S8がYes,図9(a)参照)、ステップS9の処理に進む。ステップS9では、ステップS7で算出した外側マーク31の中心座標Aと内側マーク32の中心座標Bとの差に基づいて、重ね合わせずれ量Rを計算する。
【0046】
この場合、最大相関値MA,MBが閾値より大きいため、代表波形43L,43Rも代表波形44L,44Rも十分に左右対称と考えられる。したがって、最大相関値MA,MBに対応するシフト量dA,dBの算出結果の誤差は非常に小さく、中心座標A,Bの算出結果の誤差も非常に小さく、最終的に算出された重ね合わせずれ量Rの誤差も非常に小さいと考えられる。
【0047】
一方、ステップS8における比較の結果、最大相関値MA,MBが閾値以下のとき(S8がNo,図9(b)参照)、画像処理部19は、ステップS9を実行せずに、つまり重ね合わせずれ量Rを算出せずに、処理を終了する。
この場合、最大相関値MA,MBが閾値以下のため、代表波形43L,43Rも代表波形44L,44Rも左右非対称と考えられる(図7参照)。したがって、最大相関値MA,MBに対応するシフト量dA,dBの算出結果の誤差は大きく、中心座標A,Bの算出結果の誤差も大きく、最終的に算出されなかった重ね合わせずれ量Rの誤差も大きいと考えられる。
【0048】
つまり、本実施形態の重ね合わせ測定装置10では、代表波形43L,43Rと代表波形44L,44Rが十分に左右対称なときのみ、外側マーク31と内側マーク32との重ね合わせずれ量Rを算出し、代表波形43L,43Rと代表波形44L,44Rが左右非対称なときには、重ね合わせずれ量Rを算出しない。このため、1つの測定点(重ね合わせマーク30を含む観察領域)で、図4の処理(S1〜S9)を終えたときに、重ね合わせずれ量Rの算出結果が得られた場合、その重ね合わせずれ量Rは誤差の非常に小さいものである。
【0049】
画像処理部19は、次の測定点(重ね合わせマーク30を含む観察領域)が装置の視野領域内に位置決めされると、図4の処理(S1〜S9)を繰り返す。図4の処理(S1〜S9)は、予め指定された多数の測定点で順に行われる。そして、指定された全ての測定点における図4の処理(S1〜S9)が終了したときに、複数の重ね合わせずれ量Rの算出結果が得られた場合、それらの複数の重ね合わせずれ量Rは全て誤差の非常に小さいものとなる。
【0050】
このように、本実施形態の重ね合わせ測定装置10では、指定された多数の測定点の中に、算出結果の誤差が大きいもの(代表波形43L,43Rと代表波形44L,44Rが左右非対称となるもの)が存在しても、最大相関値MA,MBと閾値との比較により(図9参照)、誤差の非常に小さい重ね合わせずれ量Rのみを算出結果として選択的に得ることができる。
【0051】
したがって、指定された全ての測定点における図4の処理(S1〜S9)が終了した後、得られた複数の重ね合わせずれ量Rの集合を1つの測定値として捉えると、個々の重ね合わせずれ量Rの誤差が非常に小さいため、高精度な測定値を取得できたことになる。
最後に、画像処理部19は、高精度な測定値(複数の重ね合わせずれ量Rの集合)に基づいて、周知の統計処理モードにより、露光装置の補正用データ(オフセット成分,スケーリング成分,ローテーション成分,直交度成分)を生成する。測定値(複数の重ね合わせずれ量Rの集合)が高精度なため、露光装置の補正用データの精度も向上する。そして、高精度な補正用データを露光装置にフィードバックすることで、露光装置を正確に補正することができ、製品の歩留まりを確実に向上させることができる。
【0052】
なお、上記した実施形態では、代表波形43L,43Rと代表波形44L,44Rの対称性を判定するときに(図4のS8)、判定基準の閾値として例えば0.5を用いたが、本発明はこれに限定されない。閾値は0より大きく1より小さい任意の値に設定することができる。
閾値が1に近いほど、測定値に含まれる重ね合わせずれ量Rの集合として、さらに誤差の小さなものに厳選することができ、測定値の精度がさらに向上する。ただし、閾値が大きすぎると、測定値に含まれる重ね合わせずれ量Rの数が減少するため、露光装置の補正用データの精度が低下し、歩留まりが低下する可能性がある。したがって、判定基準の閾値は、歩留まり(良品率)が高くなるように設定すればよい。
【0053】
さらに、重ね合わせ測定装置10に相関関数(図6(e).図8)の計算機能を設けて、レシピ作成時に、登録ウエハ(測定したい工程の代表的なウエハ)の複数の標準的な重ね合わせマーク30の最大相関値を自動的に求め、個々の数値、平均値、最小値などに基づいて、閾値を設定してもよい。
また、上記した実施形態では、中心座標A,Bを算出した後でかつ重ね合わせずれ量Rを算出する前に最大相関値MA,MBと閾値との比較を行い、最大相関値MA,MBが閾値より大きい場合のみ重ね合わせずれ量Rを算出したが、本発明はこれに限定されない。中心座標A,Bを算出する前に最大相関値MA,MBと閾値との比較を行い、最大相関値MA,MBが閾値より大きい場合のみ中心座標A,Bを算出し、重ね合わせずれ量Rを算出してもよい。
【0054】
さらに、上記した実施形態では、重ね合わせずれ量Rを算出する前に最大相関値MA,MBと閾値との比較を行い、最大相関値MA,MBが閾値より大きい場合のみ重ね合わせずれ量Rを算出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、重ね合わせずれ量Rの算出を行った後で、最大相関値MA,MBと閾値との比較を行い、比較結果に基づいて重ね合わせずれ量Rを選別してもよい。この場合の選別処理は、最大相関値MA,MBが閾値より大きい場合のみ重ね合わせずれ量Rを選択し、閾値以下の場合に重ね合わせずれ量Rを除外する処理に対応する。そして画像処理部19は、選別処理の結果、選択した重ね合わせずれ量Rの集合(測定値)に基づいて、露光装置の補正用データを生成する。
【0055】
また、上記した実施形態では、最大相関値MA,MBと閾値との比較において共通の閾値を用いたが、最大相関値MAの閾値と最大相関値MBの閾値を別にしてもよい。2つの最大相関値MA,MBを閾値と比較したが、何れか一方のみを閾値と比較してもよい。
さらに、上記した実施形態では、重ね合わせマーク30を構成する外側マーク31と内側マーク32が共にボックス状の凹凸構造である例(エッジ対が1つ)を説明したが、例えばフレーム状の凹凸構造のようにエッジ対が2つ存在する場合にも、本発明は適用できる。ボックス状とフレーム状とバー状のうち2種類の組み合わせでも良い。
【0056】
また、上記した実施形態では、重ね合わせ測定装置10の画像処理部19によって重ね合わせずれ量Rの算出処理や露光装置の補正用データの生成処理などを行ったが、重ね合わせ測定装置10に接続された外部のコンピュータを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上の複数の測定点の中にエッジ部の信号波形が非対称となるものが存在しても、精度よく測定値(複数の重ね合わせずれ量の集合)を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】重ね合わせ測定装置10の全体構成を示す図である。
【図2】ウエハ11に形成された重ね合わせマーク30の平面図である。
【図3】重ね合わせマーク30の画像を説明する図である。
【図4】重ね合わせ測定装置10における重ね合わせ測定の手順を示すフローチャートである。
【図5】重ね合わせマーク30の画像(a)と代表波形(b)を説明する図である。
【図6】代表波形44L,44Rを用いた信号処理の説明図(a)〜(d)と相関関数(e)を説明する図である。
【図7】代表波形43L,43Rの対称性が低下した状態を説明する図である。
【図8】図7の代表波形43L,43Rを用いた場合の相関関数を説明する図である。
【図9】最大相関値MA,MBと閾値との比較について説明する図である。
【符号の説明】
10 重ね合わせ測定装置
11 ウエハ
12 検査ステージ
13 光源
14 照明レンズ
15 プリズム
16 対物レンズ
17 結像レンズ
18 撮像素子
19 画像処理装置
20 制御部
30 重ね合わせマーク
40 マーク画像
Claims (6)
- 基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込手段と、
前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算手段と、
前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに、前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出手段とを備えた
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。 - 請求項1に記載の重ね合わせ測定装置において、
前記算出手段が算出した前記重ね合わせずれ量に基づいて、露光装置の補正用データを生成する生成手段を備えた
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。 - 基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込手段と、
前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算手段と、
前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出手段と、
前記相関演算手段が前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに前記重ね合わせずれ量を選択し、前記閾値以下のときに前記重ね合わせずれ量を除外する選別手段とを備えた
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。 - 請求項3に記載の重ね合わせ測定装置において、
前記選別手段が選択した前記重ね合わせずれ量に基づいて、露光装置の補正用データを生成する生成手段を備えた
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。 - 基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込工程と、
前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算工程と、
前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較工程と、
前記比較工程での比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに、前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出工程とを備えた
ことを特徴とする重ね合わせ測定方法。 - 基板の異なる層に形成された第1マークと第2マークの画像を取り込む画像取込工程と、
前記画像のうち前記第1マークに関わる部分の第1信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出すると共に、前記画像のうち前記第2マークに関わる部分の第2信号波形と該波形を折り返して生成した波形との相関関数における最大相関値を算出する相関演算工程と、
前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値とに基づいて、前記第1マークと前記第2マークとの重ね合わせずれ量を算出する算出工程と、
前記相関演算工程で前記第1信号波形から算出した最大相関値と前記第2信号波形から算出した最大相関値との少なくとも一方を予め定めた閾値と比較する比較工程と、
前記比較工程での比較対象の最大相関値が前記閾値より大きいときに前記重ね合わせずれ量を選択し、前記閾値以下のときに前記重ね合わせずれ量を除外する選別工程とを備えた
ことを特徴とする重ね合わせ測定方法。
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