JP3590809B2 - 重ね合わせ誤差の測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路製造のフォトリソグラフィ工程において、半導体ウェハ上に形成された工程毎の回路パターンの重ね合わせ精度を検査する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子の高集積化に伴い、素子製造のフォトリソグラフィ工程ではその工程毎の回路パターン同士を精度良く重ね合わせる必要性が増しつつある。そのためには、回路パターンとは別に重ね合わせ誤差を測定するための測定用マークをウェハ上に設け、例えば、第1の工程で作られた四角形の測定用マーク(以下、第1ボックスマークという)と第1ボックスマークより小さめの第2の工程で作られた四角形の測定用マーク(以下、第2ボックスマークという)との2つのボックスマークの顕微鏡像の重ね合わせ誤差を測定している。重ね合わせ誤差すなわち2つのボックスマークの中心間距離の値が、許容範囲内にある場合はその半導体ウェハを良品として次工程に投入し、許容範囲を越えている場合は不良品として製造工程から除外していた。
【0003】
従来、この重ね合わせ誤差の測定には、重ね合わせ測定機が用いられており、バーニアマークの顕微鏡像をオペレータの眼で観察し、その顕微鏡像により目視にて重ね合わせ誤差を測定するマニュアル式と、受光素子を用いて2つのボックスマークのエッジ付近の正反射光強度の差からエッジを自動認識して中心間距離を自動測定する方式とがあった。エッジ位置を決定するには、先ず各エッジの周辺に、図6の斜線部で表示するような測定範囲を決め、その測定範囲に基づいて各エッジの正確な位置を検出している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の方法において、マニュアル式の場合は、バーニアマークの顕微鏡像の目盛りの認識には、オペレータにより或いは顕微鏡像の見え方により、差異が生じ易いために、測定が不正確になっていた。一方、自動測定方式の場合は、エッジが鋭角でないときには正反射光のコントラストが弱いために、エッジ周辺に別のパターンやグレインが存在するときには特にノイズの影響を受け、エッジを正確に認識し難くなり、適正な測定範囲を決める際に支障があった。そして、結果的に、2つのボックスマークの中心間距離の測定が不正確になる恐れがあった。この自動測定方式においてマニュアルで測定範囲を決めるためには、オペレータにはある程度の経験と熟練を要するが、それでも測定範囲の再現性が良くなかったり、ボックスマークの相対するエッジの測定範囲が非対称になったりする不都合が生じていた。
【0005】
そこで本発明は、自動測定方式において、エッジからの正反射光のコントラストが弱くとも、ノイズの原因となる別のパターンやグレインが存在していても、ボックスマーク像のエッジを正確に認識し、測定範囲を決めるための方法を提供することを目的とする。これにより、最終的に、正確且つ再現性の良い重ね合わせ誤差の測定が可能となる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の発明は、半導体ウェハ上に重ね合わせて形成された2つの大きさの異なるボックスマークを顕微鏡で観察し、前記ボックスマークの顕微鏡像を撮影し、デジタル画像に変換し、画像処理を行い、ボックスマークの重ね合わせ誤差を測定する方法において、前記2つのうちいずれかのボックスマークの画像の中心位置をxy直交座標の原点とし、x及びy方向にそれぞれ画像の強度を積算してx及びy方向の積算強度プロファイルを得、各積算強度の値をその原点からの距離に応じて規格化することによって前記ボックスマークの各エッジを自動認識し、各エッジに対応する測定範囲を自動的に決定することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の実施例に係る重ね合わせ誤差の測定に用いられる重ね合わせ測定機の主要部分の概略構成を示す図である。図2は、測定用ステージ3、顕微鏡4、画像処理部5、システム制御部6、ステージ駆動制御部7、焦点位置検出部8及び光源部9から成る。さらに、測定用ステージ3は、ウェハ10を載置してX方向及びY方向(図中、紙面に垂直な方向)に直線移動可能なXYステージ3a、Z方向に直線移動可能なZステージ3b及びZ軸廻りに回転可能なθステージ3cとから成る。画像処理部5は、ボックスマークの顕微鏡像を撮影するCCDカメラ5aと、その顕微鏡像をデジタル画像に変換するA/D変換器5bと、そのデジタル画像を処理する画像処理装置5cとから成る。画像処理装置5cにより処理された画像データは、例えばLANによってシステム制御部6に転送される。ステージ駆動制御部7は、XYステージ3aの移動制御を行うXY駆動制御部7a、Zステージ3bの移動制御を行うZ駆動制御部7b及びθステージ3cの回転制御を行うθ駆動制御部7cから成る。XY駆動制御部7a及びθ駆動制御部7cは、システム制御部6からの指令により、それぞれXYステージ3aの移動制御及びθステージ3cの回転制御を行う。焦点位置検出部8は、検出値をZ駆動制御部7bに送り、Zステージ3bのZ方向の移動制御すなわち焦点調整を行う。又、光源部9から発する光は、半透過鏡11、12及び顕微鏡4を通してウェハ10を照明し、ウェハ10からの反射光は、顕微鏡4、半透過鏡12、11を順次通過して、CCDカメラ5aにより画像として撮影される。光源部9の光源には、例えばメタルハライドランプが用いられる。
【0008】
次に、本発明の重ね合わせ誤差測定の手順を説明する。
ウェハ10は、不図示の非接触プリアライメント部により偏心量算出と回転補正がなされた後に測定用ステージ3の上に載置される。ウェハ10は、顕微鏡4の視野中心にボックスマークが位置するように、測定用ステージ3のXYステージ3aによりXY方向に動かされ、焦点を合わせるためにZ方向に動かされる。ウェハ10は、ウェハ上の予め登録された2点のボックスマークを用いて、いわゆるグローバルアライメントを行い、θステージ3cによりウェハ10の精密な回転補正を行う。これによりボックスマークのエッジはXYステージ3aのX、Y方向に平行となる。
【0009】
ボックスマークの顕微鏡像はCCDカメラ5aで撮影され、A/D変換機5bでデジタル化された後に、画像処理装置5cの記憶媒体に記憶される。画像処理装置5cは、この画像データをシステム制御部6に転送するとともに、以下に述べるシーケンスに従って演算処理を行う。
図1は、本発明の実施態様に係る重ね合わせ誤差測定の手順を説明するためのフローチャートである。
【0010】
S01において、図3に示すボックスマーク1及び2のデジタル化された像がシステム制御部6から読み出される。ボックスマーク1の中心がxy座標の原点となるように位置合わせが行われ、x、y軸は各々、XYステージ3aのX、Y方向に平行となる。図3には、ボックスマーク以外にも別のパターンや、ランダムに発生するグレインが存在する。これは後述するようにノイズの原因になる。
【0011】
S02において、図3に示すxy座標のx≠0のうちの1本のラインx=kについて、y方向にkの長さ分だけ画像の強度を積算する。このようにしてx≠0の複数のラインについて積算強度をとり、xラインに対してプロットすると、図4の積算強度プロファイルが得られる。しかし、これだけでは、xy座標の原点からの距離によって同一の画像でも積算強度が異なってしまう。例えば、図4の積算強度プロファイルでは、ボックスマークの外側のエッジの方が内側のエッジジよりも積算強度が大きくなっている。このままではボックスマークのエッジ位置(ボトム)を認識できない場合がある。又、ボックスマークの中心から遠距離に存在するパターン20やグレイン30は、積算強度が過大に表されるために、ボックスマークのエッジ位置を認識する際の障害となる。そこで、積算強度を規格化する必要がある。
【0012】
S03において、積算強度を規格化する。その方法は、積算強度をx方向の原点からの距離の2倍で除することによって行われる。例えば、ラインx=k上にある画像では、その積算強度を2kの長さで除する。
一般には、ボックスマーク1の中心位置をxy座標における(ic,jc ) とすると、座標(k, j) の画像の規格化された積算強度F(k)は数式1によって表すことができる。
【0013】
【数1】
【0014】
本実施の形態では、数式1において、ic =0,jc =0としている。このようにしてx≠0の複数のラインについて規格化された積算強度を計算する。その計算値をxラインに対してプロットすると、図5に示すラインプロファイルが得られる。これにより、例えばボックスマークのエッジ部分の積算強度は大体同じになる。又、ボックスマークの中心から遠距離に存在するパターン20やグレイン30の積算強度が減少するので、ボックスマークのエッジ位置を認識する際の障害になり難くなる。
【0015】
S04において、図5のラインプロファイルから、ボックスマークのエッジ位置となり得る候補を選択する。
S05において、ボックスマークのエッジ位置となり得る候補について、ペアとなるエッジ位置(ボトム)を見つける。
S06において、各エッジについて測定範囲が自動的に決定される。この測定範囲は、例えば、エッジの急峻性や直線性及びエッジ周辺の状況に応じて適切な広さに定められる。測定範囲が広い方がエッジ位置の再現性は向上するが、確率的にノイズは増加するので、適切な広さを選ぶ必要がある。図6に概念的に示すように、重ね合わせて形成された第1ボックスマーク1、第2ボックスマーク2の各エッジに対応する測定範囲(図中、斜線部で示す)が決定される。
【0016】
以上のS01からS06までの各動作はyラインについても同様に行われ、最終的に2つのボックスマークの全部のエッジに対応する測定範囲が自動的に決定される。
この後、上述の測定範囲に基づいてボックスマーク1及び2の全エッジの位置が正確に検出され、それにより重ね合わせ誤差量の測定が以下の手順で行われる。先ず、2つのボックスマークのエッジ位置が測定され、次に、2つのボックスマークのx方向の中点位置が算出され、その中点間距離がx方向の重ね合わせ誤差量Δxとなる。同様に、y方向についても、重ね合わせ誤差量Δyが求められる。従って、ΔxとΔyから2つのボックスマークの重ね合わせ誤差量が得られる。
【0017】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、ウェハの重ね合わせ誤差量を測定するために設けられたボックスマークのエッジが正確に自動認識でき、エッジ毎の測定範囲が自動的に決定できるので、エッジのプロフィールが不鮮明であっても適正な測定範囲が得られる。又、オペレーターに熟練を必要としなくなる。その結果、x方向の重ね合わせ誤差量Δx、y方向の重ね合わせ誤差量Δy及び2つのボックスマークの重ね合わせ誤差量が高精度且つ再現性良く測定できる。
【0018】
さらに、ボックスマークのエッジとXYステージの移動方向とが多少合致していない場合でも、本発明は、画像の強度を積算しその積算値を規格化しているので、エッジ位置を正確に認識でき、測定範囲を適正に決定することができる。又、ボックスマークの近隣に別のパターンが存在していたり、ボックスマークの周辺にグレインが存在していたとしても、本発明によれば、これらはボックスマークのエッジ位置を認識する際の障害になり難いので、測定範囲を適正に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る測定範囲を決定するための手順を示すフローチャート。
【図2】本発明の実施の形態に係る重ね合わせ誤差測定のための重ね合わせ測定機の主要部分の概略構成図。
【図3】本発明の実施の形態に係る2つのボックスマーク及びその周辺の状態を示す概念図。
【図4】図3に関する積算強度プロファイル。
【図5】図3に関する規格化された積算強度プロファイル。
【図6】2つのボックスマークと測定範囲を示す概念図。
【符号の説明】
1 ・・・第1の工程で作られたボックスマーク
2 ・・・第2の工程で作られたボックスマーク
3 ・・・測定用ステージ
4 ・・・顕微鏡
5 ・・・画像処理部
5a ・・・CCDカメラ
5b ・・・A/D変換器
5c ・・・画像処理装置
6 ・・・システム制御部
7 ・・・ステージ駆動制御部
8 ・・・焦点位置検出部
9 ・・・光源部
10 ・・・ウェハ
Claims (1)
- 半導体ウェハ上に重ね合わせて形成された2つの大きさの異なるボックスマークを顕微鏡で観察し、前記ボックスマークの顕微鏡像を撮影し、デジタル画像に変換し、画像処理を行い、前記ボックスマークの各エッジの位置を決定し、前記ボックスマークの重ね合わせ誤差を測定する方法において、
前記2つのうちいずれかのボックスマークの画像の中心位置をxy直交座標の原点とし、x及びy方向にそれぞれ画像の強度を積算してx及びy方向の積算強度プロファイルを得、各積算強度の値をその原点からの距離に応じて規格化することによって前記ボックスマークの各エッジを自動的に認識し、各エッジに対応する測定範囲を自動的に決定することを特徴とする、重ね合わせ誤差の測定方法。
Priority Applications (1)
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JP09450796A JP3590809B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | 重ね合わせ誤差の測定方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH09283580A JPH09283580A (ja) | 1997-10-31 |
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Family
ID=14112239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP09450796A Expired - Lifetime JP3590809B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | 重ね合わせ誤差の測定方法 |
Country Status (1)
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-
1996
- 1996-04-16 JP JP09450796A patent/JP3590809B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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