JP4433371B2 - Image measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はシリコンウエハ上の重ね合わせパターンを画像計測する画像計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程においては、レチクル又はマスクに形成された回路パターンを通してウエハ上に露光する。このとき、露光に先立って観察装置を用いてウエハ面を観察することによりウエハ上の重ね合わせマークを検出し、この検出結果に基いてマスクとウエハとの相対的な位置合わせを行う。この位置合わせは画像計測装置を用いて露光工程において投影されるマスクパターンと下地パターンとの重ね合わせずれ量を測定することにより行われる。
【0003】
また、露光工程及び現像工程を経たレジストパターンと1つ前のパターン形成工程で基板上に形成された回路パターンとのアライメントを行うため、各々の回路パターンの基準位置を示すマークとレジストパターンの基準位置を示すマークとが重ね合わせマークとして用いられる。
【0004】
この場合、重ね合わせマークに対して照明光を照射し、この重ね合わせマークからの反射光を対物レンズ等を介して所定面に結像させ、CCDカメラ等で撮像して画像処理を行ない、重ね合わせずれ量を測定する。
【0005】
【特許文献】
特開平7−151514号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この画像計測装置では、ウエハを載置したステージの位置決め完了を示す位置決め完了信号とオートフォーカス完了を示す合焦信号とをトリガ信号としてCCDカメラによる画像取得が行われる。
【0007】
しかし、ステージが移動したりウエハ搬送機構が作動したりした場合等に発生した振動はCCDカメラに伝わり、CCDカメラが振動する。
【0008】
CCDカメラが振動している状態で画像を取得したとき、位置決めやオートフォーカスが完了しているにもかかわらず、取得した画像がぶれる。また、取得した複数の画像を積算して重ね合わせマークの位置を画像計測したとき、CCDカメラのぶれによって画像位置の異なる複数の画像が積算される。
【0009】
その結果、重ね合わせマークのエッジがぼやけ、正確な画像計測を行えなくなるという問題がある。
【0010】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はステージの移動やウエハ搬送機構の作動等の揺れの影響を受けることなく重ね合わせマークの一部を確実に検出し、正確な画像計測を行うことができる画像計測装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項1記載の発明は、ウエハ上の重ね合わせマークを画像計測する画像計測装置であって、前記ウエハを載置するステージと、前記重ね合わせマークを拡大した拡大像を作る顕微鏡光学系と、前記重ね合わせマークの拡大像を撮像する撮像部と、前記撮像部の振動を検出する振動検出部と、複数の加速度における前記振動に対する前記重ね合わせマークの拡大像のエッジ部の濃度変化具合を記憶する記憶部と、前記重ね合わせマークの拡大像の一部を用いて、検出された撮像部の振動状態と前記記憶されたエッジ部の濃度変化具合に基づいて前記拡大像のエッジ位置を補正する画像補正部と を備えていることを特徴とする。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の画像計測装置において、前記画像補正部は、前記重ね合わせマークのエッジの像の劣化を補正することを特徴とする。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の画像計測装置において、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記撮像部の画像取得タイミングを制御する画像取得タイミング制御部をさらに備え、該画像取得タイミング制御部は、前記振動検出部の検出結果を加速度成分に変換し、その振動加速度が所定値以下のとき、前記撮像部に画像取得を開始させる制御信号を出力することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1はこの発明の一実施形態に係る画像計測装置のブロック図である。
【0021】
この画像計測装置は、ステージ20と、顕微鏡光学系30と、CCDカメラ(撮像部)40と、画像記憶部41と、画像処理部42と、加速度センサ(振動検出部)50と、タイミング制御部(画像取得タイミング制御部)60と、演算制御部10とを備える。
【0022】
ウエハ(測定対象物)5が載置されるステージ20は定盤21に載置され、X方向、Y方向及びZ方向へ移動可能であり、演算制御部10からの制御信号に基づいて所定の位置へ移動する。
【0023】
顕微鏡光学系30はCCDカメラ40と一体的に構成されている。顕微鏡光学系30はウエハ5に露光されている重ね合わせマーク(図示せず)の像をCCDカメラ40の撮像面上に結像させる。顕微鏡光学系30は光軸上に配置される。
【0024】
CCDカメラ40はCCDを用いたTVカメラである。CCDカメラ40の撮像面には顕微鏡光学系30によって拡大された重ね合わせマークの像が結像する。CCDは光の強弱の光学像をその強弱に応じた映像信号に変換して出力する。このCCDカメラ40はタイミング制御部60からの撮像トリガ信号(制御信号)60aに基づいて重ね合わせマークの画像を撮像する。
【0025】
顕微鏡光学系30及びCCDカメラ40は定盤21に固定された支持部材22に支持されている。
【0026】
画像記憶部41は、CCDカメラ40で撮像した重ね合わせマークの画像データをイメージ信号40aとして取り込み、記憶する。
【0027】
画像処理部42は画像記憶部41から出力された画像データであるイメージ信号41aを入力し、画像積算や画像補正等の画像処理を行う。画像処理部42は画像処理が終了したとき、処理終了信号42aを出力する。なお、図示しないが、画像処理部42はCCDカメラ40で取得された画像を補正する画像補正部(画像補正手段)を有する。
【0028】
加速度センサ50は、ステージ20の移動やウエハ搬送機構(図示せず)の作動等によって発生し、波形矢印で示すように支持部材22を介してCCDカメラ40に伝わる振動を加速度成分に変換し、振動信号50aとして出力する。加速度センサ50としては例えば圧電型のものを用いる。圧電型のセンサは小型・軽量であり、5Hz〜20kHz程度までの測定周波数範囲を得ることができる特徴を有する。
【0029】
タイミング制御部60は加速度センサ50から出力された振動信号50aを入力する。タイミング制御部60は振動信号50aを監視し、監視結果に基づいて画像取得を開始する撮像トリガ信号60aをCCDカメラ40へ出力する。
【0030】
また、タイミング制御部60は振動メモリ61を有する。振動メモリ61は振動信号50aを振動記録信号60bとして記憶する。
【0031】
更に、タイミング制御部60は後述するモード制御信号10aに基づく処理の結果を結果伝達信号60cとして出力する。
【0032】
演算制御部10は画像記憶部41に記憶された複数の画像データの内から任意の画像データをイメージ信号41aとして出力させるための画像処理制御信号10bを出力する。
【0033】
また、演算制御部10は撮像トリガ信号60aをCCDカメラ40へ出力するタイミングを決定し、画像を取得するモードを選択するためのモード制御信号10aを出力する。
【0034】
以下、各モードにおける画像取得方法を説明する。
【0035】
図2は第1の画像取得モードに係る画像取得タイミングを示す図であり、図2(a)は加速度センサの出力波形を示す図、図2(b)は画像取得のタイミングを示す図である。
【0036】
演算制御部10は、画像処理制御信号10bを画像処理部42へ出力するとともに、モード制御信号10aをタイミング制御部60へ出力し、タイミング制御部60を第1の画像取得モードにセットする。
【0037】
タイミング制御部60は加速度センサ50の出力である振動信号50aを監視する。
【0038】
タイミング制御部60は、加速度がほぼ0(振動が画像取得に影響を与えない値以下)に減衰した後(図2(a)参照)、CCDカメラ40へ撮像トリガ信号60aを出力する。
【0039】
CCDカメラ40は撮像トリガ信号60aに基づいて重ね合わせマークの画像を取得する。
【0040】
取得された画像は画像記憶部41に記憶されるとともに、画像処理部42で画像積算される。
【0041】
この第1のモードによれば、振動が画像取得に影響を与えない値以下に減衰した後に画像を取得するので、CCDカメラ40で取得した画像がぶれたり、取得した複数の画像を積算して重ね合わせマークの位置を画像計測するとき、画像位置が異なる複数の画像が積算されたりすることがなく、重ね合わせマークのエッジがぼやけることがない。
【0042】
図3は第2の画像取得モードに係る画像取得タイミングを示す図であり、図3(a)は加速度センサの出力波形を示す図、図3(b)は画像取得のタイミングを示す図である。
【0043】
演算制御部10は、画像処理制御信号10bを画像処理部42へ出力するとともに、モード制御信号10aをタイミング制御部60へ出力し、タイミング制御部60を第2の画像取得モードにセットする。
【0044】
タイミング制御部60は加速度センサ50の出力である振動信号50a(加速度)を監視する。
【0045】
タイミング制御部60は、加速度が所定値以下に減衰しているとき(図3(a)参照)、CCDカメラ40へ撮像トリガ信号60aを出力する。
【0046】
また、CCDカメラ40に伝わる振動は所定の固有振動をしながら減衰していくので、加速度センサ50で検出される振動の加速度が0になるタイミングに同期させてCCDカメラ40へ撮像トリガ信号60aを出力するようにしてもよい。
【0047】
CCDカメラ40は撮像トリガ信号60aに基づいて重ね合わせマークの画像を取得する。
【0048】
取得された画像は画像記憶部41に記憶されるとともに、画像取得に同期して振動信号50aが振動メモリ61に振動記録信号60bとして記憶される。
【0049】
取得された画像は画像処理部42で画像積算される。
【0050】
この第2のモードによれば、加速度が所定値以下に減衰したときに画像を取得するので、CCDカメラ40で取得した画像がぶれたり、取得した複数の画像を積算して重ね合わせマークの位置を画像計測するとき、大きく画像位置が異なる複数の画像が積算されたりすることがなく、重ね合わせマークのエッジのぼやけを大幅に改善することができる。
【0051】
図4は第3の画像取得モードに係る画像取得タイミングを示す図であり、図4(a)は加速度センサの出力波形を示す図、図4(b)は画像取得のタイミングを示す図である。
【0052】
演算制御部10は、画像処理制御信号10bを画像処理部42へ出力するとともに、モード制御信号10aをタイミング制御部60へ出力し、タイミング制御部60を第3の画像取得モードにセットする。
【0053】
ウエハの位置決めやオートフォーカスが完了した後、タイミング制御部60は重ね合わせマークの画像取得を開始する。また、この画像取得に同期して振動信号50aを振動メモリ61に振動記録信号60bとして記憶させる。
【0054】
全ての画像を取得した後、演算制御部10とタイミング制御部60とを用いて振動メモリ61に記憶された振動記録信号60bを参照するとともに、加速度が所定値以下に減衰している振動記録信号60bに対応する画像を画像記憶部41から選択する。
【0055】
選択された画像は画像処理部42で画像積算される。
【0056】
この第3の画像取得モードによれば、加速度が所定値以下に減衰した画像だけを計測に用いるので、CCDカメラ40で取得した画像がぶれたり、取得した複数の画像を積算して重ね合わせマークの位置を画像計測するとき、大きく画像位置が異なる複数の画像が積算されたりすることがなく、重ね合わせマークのエッジのぼやけを大幅に改善することができる。
【0057】
この実施形態によれば、ステージの移動やウエハ搬送機構の作動等の揺れの影響を受けることなく重ね合わせマークのエッジを確実に検出し、正確な画像計測を行うことができる。
【0058】
なお、上記第1〜3の画像取得モードのうち、第2の画像取得モード及び第3の画像取得モードでは加速度がほぼ0の状態で画像を取得していないため、振動に起因して取得された画像(プロジェクション波形)のエッジが劣化する。
【0059】
そこで、以下に述べるエッジの補正を行い、より信頼性の高い画像計測を行うことができるようにした。
【0060】
図5(a)は加速度がほぼ0の画像のプロジェクション波形を示す図、図5(b)は加速度2xの画像のプロジェクション波形を示す図、図5(c)は加速度2xの画像のプロジェクション波形を示す図である。
【0061】
図5はx方向(図1参照)へスキャンしたときのプロジェクション波形である。
【0062】
図5(a)は、振動の影響を受けていないエッジが急峻なプロジェクション波形である。重ね合わせマークのエッジがクリア(ぼやけのない)となり、プロジェクション波形の再現性が良い画像計測を行える。
【0063】
図5(b)及び図5(c)は振動の影響を受けてエッジが劣化したプロジェクション波形である。重ね合わせマークのエッジがなまり、プロジェクション波形の再現性が良い画像計測を行えない。図5(b)及び図5(c)からわかるように、エッジの劣化は振幅や加速度に比例する。
【0064】
そこで、加速度に対するエッジの傾きを予めデータとしてメモリ(図示せず)記憶させておき、例えば画像取得時に加速度センサ50で得られた加速度に対応するエッジの傾きの中心値でプロジェクション波形のエッジを補正する。このエッジの補正は画像処理部42の画像補正部で行われる。
【0065】
その結果、重ね合わせマークのエッジがクリアとなり、プロジェクション波形の再現性が良い画像計測を行えるようになる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、ステージの移動やウエハ搬送機構の作動等の揺れの影響を受けることなく重ね合わせマークの一部を確実に検出し、正確な画像計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施形態に係る画像計測装置のブロック図である。
【図2】図2は第1の画像取得モードに係る画像取得タイミングを示す図であり、図2(a)は加速度センサの出力波形を示す図、図2(b)は画像取得のタイミングを示す図である。
【図3】図3は第2の画像取得モードに係る画像取得タイミングを示す図であり、図3(a)は加速度センサの出力波形を示す図、図3(b)は画像取得のタイミングを示す図である。
【図4】図4は第3の画像取得モードに係る画像取得タイミングを示す図であり、図4(a)は加速度センサの出力波形を示す図、図4(b)は画像取得のタイミングを示す図である。
【図5】図5(a)は加速度がほぼ0の画像のプロジェクション波形を示す図、図5(b)は加速度2xの画像のプロジェクション波形を示す図、図5(c)は加速度2xの画像のプロジェクション波形を示す図である。
【符号の説明】
5 ウエハ
10 演算制御部
20 ステージ
30 顕微鏡光学系
40 CCDカメラ(撮像部)
50 加速度センサ(振動検出部)
60 タイミング制御部(画像取得タイミング制御部)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image measuring apparatus that measures an image of an overlay pattern on a silicon wafer.
[0002]
[Prior art]
In a photolithography process for manufacturing a semiconductor device, exposure is performed on a wafer through a circuit pattern formed on a reticle or a mask. At this time, prior to exposure, an overlay mark on the wafer is detected by observing the wafer surface using an observation device, and relative alignment between the mask and the wafer is performed based on the detection result. This alignment is performed by measuring the amount of overlay deviation between the mask pattern projected in the exposure process and the base pattern using an image measuring device.
[0003]
In addition, in order to align the resist pattern that has undergone the exposure process and the development process and the circuit pattern formed on the substrate in the previous pattern formation process, a mark indicating the reference position of each circuit pattern and the reference of the resist pattern A mark indicating the position is used as an overlay mark.
[0004]
In this case, the overlay mark is irradiated with illumination light, and the reflected light from the overlay mark is imaged on a predetermined surface via an objective lens or the like, imaged by a CCD camera or the like, image processing is performed, Measure misalignment.
[0005]
[Patent Literature]
JP-A-7-151514 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
In this image measuring apparatus, an image is acquired by a CCD camera using a positioning completion signal indicating completion of positioning of a stage on which a wafer is placed and a focusing signal indicating completion of autofocus as trigger signals.
[0007]
However, vibrations generated when the stage is moved or the wafer transfer mechanism is operated are transmitted to the CCD camera, and the CCD camera vibrates.
[0008]
When an image is acquired while the CCD camera is vibrating, the acquired image is blurred even though positioning and autofocus are completed. In addition, when the plurality of acquired images are integrated and the position of the overlay mark is measured, a plurality of images with different image positions are integrated due to the shaking of the CCD camera.
[0009]
As a result, there is a problem that the edge of the overlay mark is blurred and accurate image measurement cannot be performed.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its problem is to accurately detect a part of the overlay mark without being affected by the movement of the stage, the operation of the wafer transfer mechanism, etc. An object of the present invention is to provide an image measurement device capable of performing image measurement.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the image measuring apparatus according to the first aspect, the image correction unit corrects deterioration of an image of an edge of the overlay mark .
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the image measurement device according to the first aspect, the image measurement apparatus further includes an image acquisition timing control unit that controls an image acquisition timing of the imaging unit based on a detection result of the vibration detection unit. The timing control unit converts the detection result of the vibration detection unit into an acceleration component, and outputs a control signal that causes the imaging unit to start image acquisition when the vibration acceleration is equal to or less than a predetermined value.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 is a block diagram of an image measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0021]
This image measurement apparatus includes a
[0022]
A
[0023]
The microscope
[0024]
The
[0025]
The microscope
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
Further, the
[0031]
Further, the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
Hereinafter, an image acquisition method in each mode will be described.
[0035]
2A and 2B are diagrams illustrating image acquisition timing according to the first image acquisition mode, FIG. 2A is a diagram illustrating an output waveform of the acceleration sensor, and FIG. 2B is a diagram illustrating image acquisition timing. .
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The acquired image is stored in the
[0041]
According to the first mode, the image is acquired after the vibration is attenuated to a value that does not affect the image acquisition. Therefore, the image acquired by the
[0042]
3A and 3B are diagrams illustrating image acquisition timing according to the second image acquisition mode, in which FIG. 3A is a diagram illustrating an output waveform of the acceleration sensor, and FIG. 3B is a diagram illustrating image acquisition timing. .
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
Further, the vibration transmitted to the
[0047]
The
[0048]
The acquired image is stored in the
[0049]
The acquired images are integrated by the
[0050]
According to the second mode, an image is acquired when the acceleration is attenuated to a predetermined value or less. Therefore, the image acquired by the
[0051]
4A and 4B are diagrams illustrating image acquisition timing according to the third image acquisition mode. FIG. 4A is a diagram illustrating the output waveform of the acceleration sensor, and FIG. 4B is a diagram illustrating the timing of image acquisition. .
[0052]
The
[0053]
After the wafer positioning and autofocus are completed, the
[0054]
After acquiring all the images, the
[0055]
The selected image is integrated by the
[0056]
According to the third image acquisition mode, only an image whose acceleration is attenuated to a predetermined value or less is used for measurement. Therefore, an image acquired by the
[0057]
According to this embodiment, the edge of the overlay mark can be reliably detected and accurate image measurement can be performed without being affected by the movement of the stage or the operation of the wafer transfer mechanism.
[0058]
Of the first to third image acquisition modes, in the second image acquisition mode and the third image acquisition mode, no image is acquired in a state where the acceleration is almost zero. The edge of the projected image (projection waveform) deteriorates.
[0059]
Therefore, the edge correction described below is performed so that more reliable image measurement can be performed.
[0060]
5A shows a projection waveform of an image with almost zero acceleration, FIG. 5B shows a projection waveform of an image with
[0061]
FIG. 5 shows a projection waveform when scanning is performed in the x direction (see FIG. 1).
[0062]
FIG. 5A shows a projection waveform with sharp edges that are not affected by vibration. The edge of the overlay mark is clear (no blur), and image measurement with good reproducibility of the projection waveform can be performed.
[0063]
FIG. 5B and FIG. 5C are projection waveforms in which the edge deteriorates due to the influence of vibration. The edge of the overlay mark is rounded, and image measurement with good reproducibility of the projection waveform cannot be performed. As can be seen from FIGS. 5B and 5C, edge degradation is proportional to amplitude and acceleration.
[0064]
Therefore, the edge inclination with respect to the acceleration is stored in advance as data in a memory (not shown), and for example, the edge of the projection waveform is corrected by the center value of the edge inclination corresponding to the acceleration obtained by the
[0065]
As a result, the edge of the overlay mark is cleared, and image measurement with good reproducibility of the projection waveform can be performed.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably detect a part of the overlay mark and perform accurate image measurement without being affected by the movement of the stage or the operation of the wafer transfer mechanism. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an image measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams illustrating image acquisition timing according to a first image acquisition mode, in which FIG. 2A illustrates an output waveform of the acceleration sensor, and FIG. 2B illustrates image acquisition timing; FIG.
3A and 3B are diagrams illustrating image acquisition timing according to a second image acquisition mode, in which FIG. 3A illustrates an output waveform of an acceleration sensor, and FIG. 3B illustrates image acquisition timing; FIG.
4A and 4B are diagrams illustrating image acquisition timing according to a third image acquisition mode. FIG. 4A illustrates an output waveform of the acceleration sensor, and FIG. 4B illustrates image acquisition timing. FIG.
5A is a diagram showing a projection waveform of an image with almost zero acceleration, FIG. 5B is a diagram showing a projection waveform of an image with
[Explanation of symbols]
5
20 stages
30 microscope
50 acceleration sensor (vibration detection unit)
60 a timing control section (image acquisition timing controller)
Claims (3)
前記ウエハを載置するステージと、
前記重ね合わせマークを拡大した拡大像を作る顕微鏡光学系と、
前記重ね合わせマークの拡大像を撮像する撮像部と、
前記撮像部の振動を検出する振動検出部と、
複数の加速度における前記振動に対する前記重ね合わせマークの拡大像のエッジ部の濃度変化具合を記憶する記憶部と、
前記重ね合わせマークの拡大像の一部を用いて、検出された撮像部の振動状態と前記記憶されたエッジ部の濃度変化具合に基づいて前記拡大像のエッジ位置を補正する画像補正部と
を備えていることを特徴とする画像計測装置。An image measuring apparatus for measuring an overlay mark on a wafer,
A stage on which the wafer is placed;
A microscope optical system for creating an enlarged image in which the overlay mark is enlarged;
An imaging unit that captures an enlarged image of the overlay mark;
A vibration detection unit for detecting vibration of the imaging unit;
A storage unit for storing a density change state of an edge portion of the enlarged image of the overlay mark with respect to the vibration at a plurality of accelerations ;
An image correction unit that corrects the edge position of the magnified image based on the detected vibration state of the imaging unit and the stored density change state of the edge using a part of the magnified image of the overlay mark. An image measuring device characterized by comprising.
該画像取得タイミング制御部は、前記振動検出部の検出結果を加速度成分に変換し、その振動加速度が所定値以下のとき、前記撮像部に画像取得を開始させる制御信号を出力することを特徴とする請求項1記載の画像計測装置。An image acquisition timing control unit that controls the image acquisition timing of the imaging unit based on the detection result of the vibration detection unit;
The image acquisition timing control unit converts the detection result of the vibration detection unit into an acceleration component, and outputs a control signal for causing the imaging unit to start image acquisition when the vibration acceleration is equal to or less than a predetermined value. The image measurement apparatus according to claim 1.
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