JP4442130B2

JP4442130B2 - Overlay measuring apparatus and method

Info

Publication number: JP4442130B2
Application number: JP2003192828A
Authority: JP
Inventors: 洋青木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005030776A

Description

【０００１】
【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】
請求項１に記載の発明は、基板に形成された複数の測定点を撮像し、前記各測定点において前記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信号波形を仮の中心座標で折り返して第１反転波形を生成し、前記第１信号波形と前記第１反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ算出すると共に、前記画像のうち前記第２マークに関わる部分の第２信号波形を仮の中心座標で折り返して第２反転波形を生成し、前記第２信号波形と前記第２反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ算出する相関演算手段と、前記各測定点において、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判断された前記測定点において、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、基板に形成された複数の測定点を撮像し、前記各測定点において前記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信号波形を仮の中心座標で折り返して第１反転波形を生成し、前記第１信号波形と前記第１反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ算出すると共に、前記画像のうち前記第２マークに関わる部分の第２信号波形を仮の中心座標で折り返して第２反転波形を生成し、前記第２信号波形と前記第２反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ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、前記各測定点において前記第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、前記各測定点において、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前記測定点の前記重ね合わせずれ量を選択し、前記閾値以下の前記測定点の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、基板に形成された複数の測定点を撮像し、前記各測定点において前記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信号波形を仮の中心座標で折り返して第１反転波形を生成し、前記第１信号波形と前記第１反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ算出すると共に、前記画像のうち前記第２マークに関わる部分の第２信号波形を仮の中心座標で折り返して第２反転波形を生成し、前記第２信号波形と前記第２反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ算出する相関演算工程と、前記各測定点において、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判断された前記測定点において、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、基板に形成された複数の測定点を撮像し、前記各測定点において前記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信号波形を仮の中心座標で折り返して第１反転波形を生成し、前記第１信号波形と前記第１反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ算出すると共に、前記画像のうち前記第２マークに関わる部分の第２信号波形を仮の中心座標で折り返して第２反転波形を生成し、前記第２信号波形と前記第２反転波形との相関関数における最大相関値を前記仮の中心座標をシフトしつつ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、前記各測定点において前記第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、前記各測定点において、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前記測定点の前記重ね合わせずれ量を選択し、前記閾値以下の前記測定点の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Ｅ１_Lと右側のエッジＥ１_R）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Ｅ２_Lと右側のエッジＥ２_R）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Ｆ１_L,Ｆ２_L,Ｆ２_R,Ｆ１_R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Ｆ１_L,Ｆ１_Rは、図２に示す外側マーク３１のエッジ対(Ｅ１_L,Ｅ１_R)に対応し、内側の２本のエッジ像Ｆ２_L,Ｆ２_Rは、内側マーク３２のエッジ(Ｅ２_L,Ｅ２_R)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Ｆ１_L,Ｆ１_R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Ｆ２_L,Ｆ２_R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Ｆ１_L,Ｆ１_Rを広く含むような測定枠４１_L,４１_R（図５(ａ)）を各々指定する。測定枠４１_L,４１_R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Ｆ２_L,Ｆ２_Rを広く含むような測定枠４２_L,４２_Rも各々指定する。この測定枠４２_L,４２_R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４１_L,４１_R,４２_L,４２_R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４１_L,４１_R内でのプロジェクション処理により得られた代表波形４３_L,４３_R（第１信号波形）と、測定枠４２_L,４２_R内でのプロジェクション処理により得られた代表波形４４_L,４４_R（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４３_L,４３_R,４４_L,４４_R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４３_L,４３_R,４４_L,４４_R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Ｆ１_L,Ｆ２_L,Ｆ２_R,Ｆ１_Rに対応する。
【００３９】
次いで、画像処理部１９は、代表波形４３_L,４３_Rを用いて外側マーク３１の中心座標Ａを算出し、代表波形４４_L,４４_R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４４_L,４４_R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４４_L,４４_R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４４_L,４４_Rを折り返し、図６(ｂ)のような反転波形４５_L,４５_R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４４_L,４４_Rに対して反転波形４５_L,４５_R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４４_L,４４_Rと反転波形４５_L,４５_Rとの相関関数（図６(ｅ)）を計算する。相関関数とは、反転波形４５_L,４５_R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４４_L,４４_Rと反転波形４５_L,４５_R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Ｍ_Bを算出し、最大相関値Ｍ_Bに対応するシフト量ｄ_Bを算出する（ステップＳ６）。そして、シフト量ｄ_B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ｄ_B/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４３_L,４３_Rにも同様に行う。その結果、代表波形４３_L,４３_Rとその反転波形との相関関数における最大相関値Ｍ_A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ｄ_A/２）が算出される。
ところで、上記の相関法は、代表波形４３_L,４３_Rと代表波形４４_L,４４_R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４３_L,４３_R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Ｍ_Aが小さくなり、最大相関値Ｍ_Aに対応するシフト量ｄ_A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ｄ_A/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４３_L,４３_Rや代表波形４４_L,４４_R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Ｅ１_L,Ｅ１_R)や、内側マーク３２のエッジ対(Ｅ２_L,Ｅ２_R)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４３_L,４３_Rや代表波形４４_L,４４_R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Ｍ_Aと最大相関値Ｍ_B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Ｍ_Bと閾値との比較を図９(ａ)に示す。図８の最大相関値Ｍ_Aと閾値との比較を図９(ｂ)に示す。
最大相関値Ｍ_Aは、代表波形４３_L,４３_Rの対称性を表す指標である。最大相関値Ｍ_Bは、代表波形４４_L,４４_Rの対称性を表す指標である。閾値は、代表波形４３_L,４３_Rの対称性と代表波形４４_L,４４_R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Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_Bが閾値より大きいため、代表波形４３_L,４３_Rも代表波形４４_L,４４_Rも十分に左右対称と考えられる。したがって、最大相関値Ｍ_A,Ｍ_Bに対応するシフト量ｄ_A,ｄ_B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Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_Bが閾値以下のため、代表波形４３_L,４３_Rも代表波形４４_L,４４_R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Ｍ_A,Ｍ_Bに対応するシフト量ｄ_A,ｄ_B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４３_L,４３_Rと代表波形４４_L,４４_R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４３_L,４３_Rと代表波形４４_L,４４_R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４３_L,４３_Rと代表波形４４_L,４４_Rが左右非対称となるもの）が存在しても、最大相関値Ｍ_A,Ｍ_B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４３_L,４３_Rと代表波形４４_L,４４_R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Ｍ_A,Ｍ_Bと閾値との比較を行い、最大相関値Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_Bと閾値との比較を行い、最大相関値Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_Bと閾値との比較を行い、最大相関値Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_A,Ｍ_B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Ｍ_Aの閾値と最大相関値Ｍ_Bの閾値を別にしてもよい。２つの最大相関値Ｍ_A,Ｍ_B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４４_L,４４_R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４３_L,４３_R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４３_L,４３_R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Ｍ_A,Ｍ_B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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an overlay measurement apparatus and method for measuring an overlay state of a plurality of patterns formed on different layers of a substrate in a manufacturing process of a semiconductor element or a liquid crystal display element.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in the manufacturing process of a semiconductor element or a liquid crystal display element, an exposure process in which a circuit pattern formed on a mask (reticle) is baked on a resist film, and a development process in which an exposed or unexposed part of the resist film is dissolved. After that, the circuit pattern (resist pattern) is transferred to the resist film, and the resist pattern is used as a mask to perform etching and vapor deposition (machining process) to form a circuit on a predetermined material film adjacent to the resist film. A pattern is transferred (pattern formation process).
[0003]
Next, in order to form another circuit pattern on the circuit pattern formed on the predetermined material film, the same pattern forming process is repeated. By repeatedly executing the pattern forming process many times, circuit patterns of various material films are stacked on a substrate (semiconductor wafer or liquid crystal substrate), and a circuit of a semiconductor element or a liquid crystal display element is formed.
[0004]
By the way, in the above manufacturing process, in order to accurately overlay circuit patterns of various material films, the resist patterns on the substrate are superimposed after the development process and before the processing process in each pattern formation process. The state of the product is measured to improve the product yield. This is an overlay inspection of a resist pattern with respect to a circuit pattern (hereinafter referred to as a “base pattern”) formed in the previous pattern formation step.
[0005]
In overlay inspection, a base mark indicating the reference position of the base pattern and a resist mark indicating the reference position of the resist pattern are usually used. These base marks and resist marks are concavo-convex structures formed simultaneously with the base pattern and resist pattern in the pattern forming process. A material film to be processed is formed between the base mark and the resist mark as in the case between the base pattern and the resist pattern.
[0006]
At the time of overlay inspection using the base mark and the resist mark on the substrate, the observation area including these marks is positioned in the field of view of the apparatus, and an image of this observation area is captured using an imaging device such as a CCD camera ( For example, see Patent Document 1).
Then, using a well-known algorithm called correlation method, the correlation between the center coordinates of the base mark and the registration mark is calculated by correlating the signal waveform of the edge part (part related to each mark, where the brightness value changes suddenly) in the image of the observation area. The difference (that is, the overlay deviation amount) is calculated. In the correlation method, since the correlation calculation is performed using the entire signal waveform at the edge portion, the overlay deviation amount can be calculated with good reproducibility without being affected by the signal noise.
[0007]
Further, the calculation of the overlay deviation amount on one substrate is normally performed in order at a plurality of measurement points designated in advance (for example, 100 points). A measurement point is a formation place (observation area) of a base mark and a resist mark. When calculation of the overlay deviation amount is completed at all designated measurement points, correction data for the exposure apparatus is generated based on all the obtained overlay deviation amounts. The exposure apparatus is an apparatus used in the above-described exposure process.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-25879 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the correlation method used to calculate the overlay deviation amount at each measurement point is an algorithm on the premise that the signal waveform of the edge portion is symmetrical. For this reason, at each measurement point, the error (offset) included in the calculation result of the overlay deviation amount increases as the symmetry of the signal waveform at the edge portion decreases.
[0010]
Then, if a set of calculation results (a plurality of overlay deviation amounts) at all measurement points specified in advance is regarded as one measurement value, the accuracy of this measurement value increases the error at each measurement point. It decreases with it. Since the measurement value (a set of a plurality of overlay deviation amounts) is used to generate correction data for the exposure apparatus described above, it is desired to improve the accuracy as much as possible.
[0011]
An object of the present invention is to obtain a measurement value (a set of a plurality of overlay deviation amounts) with high accuracy even when a plurality of measurement points on a substrate have an asymmetric signal waveform at an edge. An object of the present invention is to provide an overlay measurement apparatus and method.
[0012]
The invention described in claim 1 Image a plurality of measurement points formed on the substrate, and at each of the measurement points, Image capturing means for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate, and a first signal waveform of a portion related to the first mark in the image With temporary center coordinates Turn around The first inverted waveform Generate The first signal waveform and the first inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates And calculating a second signal waveform of a portion related to the second mark in the image. With temporary center coordinates Turn around The second inverted waveform Generate The second signal waveform and the second inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates Correlation calculating means for calculating; At each measurement point, Comparison means for comparing at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform by the correlation calculation means with a predetermined threshold value, and a comparison target by the comparison means The maximum correlation value of is greater than the threshold At the measurement point determined as Based on the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform by the correlation calculation means, the overlay deviation amount between the first mark and the second mark is calculated. And a calculating means for calculating.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the overlay measurement apparatus according to the first aspect of the present invention, the overlay measurement apparatus includes a generation unit that generates correction data for the exposure apparatus based on the overlay deviation amount calculated by the calculation unit. Is.
The invention according to claim 3 Image a plurality of measurement points formed on the substrate, and at each of the measurement points, Image capturing means for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate, and a first signal waveform of a portion related to the first mark in the image With temporary center coordinates Turn around The first inverted waveform Generate The first signal waveform and the first inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates And calculating a second signal waveform of a portion related to the second mark in the image. With temporary center coordinates Turn around The second inverted waveform Generate The second signal waveform and the second inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates Based on the correlation calculation means for calculating, the maximum correlation value calculated from the first signal waveform by the correlation calculation means, and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform, At each measurement point Calculating means for calculating an overlay deviation amount between the first mark and the second mark; At each measurement point, Comparison means for comparing at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform by the correlation calculation means with a predetermined threshold value, and a comparison target by the comparison means The maximum correlation value of is greater than the threshold Of the measurement point Select the overlay deviation amount and below the threshold Of the measurement point Screening means for excluding the overlay deviation amount.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the overlay measurement apparatus according to the third aspect, a generation unit that generates correction data for the exposure apparatus based on the overlay deviation amount selected by the selection unit is provided. Is.
[0015]
The invention described in claim 5 Image a plurality of measurement points formed on the substrate, and at each of the measurement points, An image capturing process for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate, and a first signal waveform of a portion related to the first mark in the image With temporary center coordinates Turn around The first inverted waveform Generate The first signal waveform and the first inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates And calculating a second signal waveform of a portion related to the second mark in the image. With temporary center coordinates Turn around The second inverted waveform Generate The second signal waveform and the second inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates A correlation calculation step to be calculated; At each measurement point, A comparison step in which at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform in the correlation calculation step is compared with a predetermined threshold value, and a comparison in the comparison step Target maximum correlation value is greater than the threshold At the measurement point determined as Based on the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform in the correlation calculation step, the overlay deviation amount between the first mark and the second mark is calculated. And a calculating step for calculating.
[0016]
The invention described in claim 6 Imaging a plurality of measurement points formed on the substrate, and at each measurement point An image capturing process for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate, and a first signal waveform of a portion related to the first mark in the image With temporary center coordinates Turn around The first inverted waveform Generate The first signal waveform and the first inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates And calculating a second signal waveform of a portion related to the second mark in the image. With temporary center coordinates Turn around The second inverted waveform Generate The second signal waveform and the second inverted waveform The maximum correlation value in the correlation function with While shifting the temporary center coordinates Based on the correlation calculation step to calculate, the maximum correlation value calculated from the first signal waveform in the correlation calculation step and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform, At each measurement point A calculation step of calculating an overlay deviation amount between the first mark and the second mark; At each measurement point, A comparison step in which at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform in the correlation calculation step is compared with a predetermined threshold value, and a comparison in the comparison step Target maximum correlation value is greater than the threshold Of the measurement point Select the overlay deviation amount and below the threshold Of the measurement point And a sorting step for excluding the overlay displacement amount.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment includes an inspection stage 12 that supports the wafer 11, an illumination optical system (13 to 15) that emits illumination light L <b> 1 toward the wafer 11, and An imaging optical system (16, 17) for forming an image of the wafer 11, an image sensor 18, an image processing unit 19, and a control unit 20 are included.
[0018]
Before specifically describing the overlay measurement apparatus 10, the wafer 11 (substrate) will be described.
On the wafer 11, a plurality of circuit patterns (all not shown) are formed in different layers. The uppermost circuit pattern is a resist pattern transferred to a resist film. That is, the wafer 11 is in the process of forming another circuit pattern on the base pattern formed in the previous pattern forming process (after exposure / development of the resist film and before etching processing of the material film). Is in a state.
[0019]
Then, the overlay measurement apparatus 10 inspects the overlay state of the resist pattern on the underlying pattern of the wafer 11. For this reason, an overlay mark 30 (FIG. 2) used for measuring the overlay state is formed on the surface of the wafer 11. FIG. 2 is a plan view of the overlay mark 30.
The overlay mark 30 is composed of two rectangular marks having different sizes (that is, an outer mark 31 and an inner mark 32). The outer mark 31 and the inner mark 32 have a box-shaped uneven structure. The overlay mark 30 is a box-in-box mark.
[0020]
For this reason, the outer mark 31 is a pair of edges (that is, the left edge E1) opposed to each other in the X direction. _L And right edge E1 _R ) And the inner mark 32 is also one edge pair (ie, the left edge E2) opposed to each other in the X direction. _L And right edge E2 _R )including. The same applies to the Y direction of the outer mark 31 and the inner mark 32. One of the outer mark 31 and the inner mark 32 is a base mark and the other is a resist mark. The ground mark and the resist mark are formed simultaneously with the ground pattern and the resist pattern, respectively, and indicate the reference positions of the ground pattern and the resist pattern. The base mark 31 and the registration mark 32 correspond to “first mark” and “second mark” in the claims.
[0021]
Although not shown, a material film (not shown) to be processed is formed between the resist mark and resist pattern and the base mark and base pattern. This material film is actually processed after the overlay inspection by the overlay measurement apparatus 10 when the registration mark, the ground mark of the resist pattern, and the overlay state of the ground pattern are accurate.
[0022]
The overlay inspection by the overlay measuring apparatus 10 was obtained by measuring the difference (overlay deviation amount R) between the center coordinate A of the outer mark 31 and the center coordinate B of the inner mark 32, as will be described in detail later. This is performed by determining whether or not the overlay deviation amount R is within the allowable range.
The following four components (1) to (4) are mainly considered as the cause of the overlay deviation amount R. The four components (1) to (4) are all error components during exposure of the uppermost resist film of the wafer 11 and are linear components that can be corrected by feeding back to the exposure apparatus. In this specification, these four components (1) to (4) are collectively referred to as “correction data for the exposure apparatus”.
[0023]
Component (1) is a displacement component in the parallel direction due to off-axis alignment (alignment without a projection lens) of the exposure apparatus (referred to as “offset component” as appropriate).
Component (2) is a misalignment component (referred to as a “scaling component” as appropriate) due to shrinkage / expansion of the wafer 11 caused by the light irradiated to the resist film being changed into heat in the exposure process for the wafer 11.
[0024]
The component (3) is a rotational displacement component (referred to as “rotation component” as appropriate) when the wafer 11 is placed on the wafer stage of the exposure apparatus before the exposure process for the wafer 11.
[0025]
Component (4) is a misalignment component (appropriately “orthogonal” caused by the orthogonality of the wafer stage when the wafer stage of the exposure apparatus is a biaxial stage and the wafer stage is stepped in the XY directions. "Degree component").
Usually, the calculation of the overlay deviation amount R in one wafer 11 is performed in order at a plurality of measurement points designated in advance (for example, 100 points). The measurement point is a place where the overlay mark 30 (FIG. 2) is formed. When the calculation process of the overlay deviation amount R at all designated measurement points (see FIG. 4) (described later) is completed, the above-described overlay deviation amount R is obtained based on the set (measurement value). Data for correcting the exposure apparatus composed of the four components (1) to (4) is generated.
[0026]
Next, a specific configuration of the overlay measurement apparatus 10 (FIG. 1) will be described.
Although not shown, the inspection stage 12 includes a holder that supports the wafer 11 while maintaining a horizontal state, and an XY drive unit that drives the holder in the horizontal direction (XY direction). The normal direction of the holder of the inspection stage 12 is taken as the Z direction.
By moving the holder of the inspection stage 12 in the X and Y directions, an observation region (measurement point) in which the overlay mark 30 (FIG. 2) is formed on the wafer 11 is changed to a visual field region of the imaging optical system (16, 17). Can be positioned within.
[0027]
The illumination optical system (13 to 15) includes a light source 13, an illumination lens 14, and a prism 15 that are sequentially arranged along the optical axis O1. The prism 15 has a reflection / transmission surface 15a inclined at about 45 ° with respect to the optical axis O1, and is also disposed on the optical axis O2 of the imaging optical system (16, 17). The optical axis O1 of the illumination optical system (13 to 15) is perpendicular to the optical axis O2 of the imaging optical system (16, 17).
[0028]
The imaging optical system (16, 17) includes an objective lens 16 and an imaging lens 17 arranged in order along the optical axis O2 (optical microscope section). The optical axis O2 of the imaging optical system (16, 17) is parallel to the Z direction. The imaging lens 17 functions as a second objective lens. Note that the prism 15 of the illumination optical system (13 to 15) is disposed between the objective lens 16 and the imaging lens 17.
[0029]
In the illumination optical system (13 to 15) and the imaging optical system (16, 17), the light emitted from the light source 13 is guided to the prism 15 via the illumination lens 14, and reflected by the reflection / transmission surface 15a. (Illumination light L1) is then guided to the objective lens 16 side. Then, after passing through the objective lens 16 (illumination light L <b> 2), it enters the wafer 11 on the inspection stage 12. At this time, the observation region (including the overlay mark 30 (FIG. 2)) positioned in the visual field region is illuminated substantially vertically by the illumination light L2.
[0030]
Then, reflected light L3 is generated from the observation region of the wafer 11 irradiated with the illumination light L2 in accordance with the uneven structure (overlapping mark 30) there. The reflected light L3 is guided to the imaging lens 17 via the objective lens 16 and the prism 15, and is imaged on the imaging surface of the imaging element 18 by the action of the objective lens 16 and the imaging lens 17. As a result, an enlarged image (reflected image) of the observation region based on the reflected light L3 is formed on the imaging surface of the image sensor 18.
[0031]
The image sensor 18 is an area sensor (for example, a CCD camera) in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged. The image sensor 18 captures an enlarged image on the imaging surface and outputs an image signal to the image processing unit 19. The image signal is composed of a plurality of sample points, and represents a distribution (luminance distribution) relating to the luminance value for each pixel on the imaging surface of the imaging element 18.
Based on the image signal from the image sensor 18, the image processing unit 19 captures an enlarged image of the observation area (including the overlay mark 30) of the wafer 11 as an image. Here, the image of the overlay mark 30 (hereinafter referred to as “mark image 40”) included in the observation area of the wafer 11 includes four edge images F1 along the X direction as shown in FIG. _L , F2 _L , F2 _R , F1 _R Appears. The X direction in the mark image 40 corresponds to the X direction on the wafer 11. Two outer edge images F1 _L , F1 _R Is the edge pair (E1 of the outer mark 31 shown in FIG. _L , E1 _R ) And two inner edge images F2 _L , F2 _R Is the edge of the inner mark 32 (E2 _L , E2 _R ).
[0032]
Then, the image processing unit 19 includes the edge image F1 related to the outer mark 31 in the mark image 40. _L , F1 _R , The center coordinate A in the X direction of the outer mark 31 is detected, and the edge image F2 related to the inner mark 32 is detected. _L , F2 _R Based on the above, the center coordinate B in the X direction of the inner mark 32 is detected (described later), and then the overlay deviation amount R in the X direction between the outer mark 31 and the inner mark 32 is calculated.
[0033]
Note that the edge images of the outer mark 31 and the inner mark 32 appear in the mark image 40 in the observation area of the wafer 11 along the Y direction (direction perpendicular to the X direction in the mark image 40). The center coordinates A and B in the Y direction of the outer mark 31 and the inner mark 32 and the overlay deviation amount can also be calculated in the same procedure as in the X direction. For this reason, only the description about the “X direction” will be described below, and the description about the “Y direction” will be omitted.
[0034]
The control unit 20 creates a recipe before overlay inspection in the overlay measuring apparatus 10 and stores it in an internal memory (not shown). The contents of the recipe include position coordinates and measurement order information of a large number of measurement points (observation areas including the overlay mark 30) designated by the user. The control unit 20 controls the XY drive unit of the inspection stage 12 to move the holder (wafer 11) in the XY directions, and positions the observation regions of the wafer 11 one by one in the visual field region of the overlay measurement apparatus 10 one by one. To do.
[0035]
The illumination optical system (13 to 15), the imaging optical system (16, 17), the image sensor 18 and the image processing unit 19 generally correspond to “image capturing means” in the claims. The image processing unit 19 corresponds to “correlation calculation means”, “comparison means”, “calculation means”, and “generation means” in the claims.
In the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment, the detection processing of the center coordinates A and B in the X direction of the outer mark 31 and the inner mark 32 and the calculation processing of the overlay deviation amount R are performed according to the procedure of the flowchart of FIG. Is called.
[0036]
One of the processing objects among a number of measurement points specified in advance (observation area including the overlay mark 30) is determined by the control unit 20 and positioned in the visual field area of the overlay measurement apparatus 10.
The image processor 19 captures the mark image 40 (FIG. 3) in step S1, and the edge image F1 that appears in the mark image 40 in step S2. _L , F1 _R A measurement frame 41 that widely includes _L , 41 _R (FIG. 5A) is designated. Measurement frame 41 _L , 41 _R Is a frame used for detecting the center coordinate A in the X direction of the outer mark 31 (FIG. 2).
[0037]
In the same step S2, the image processing unit 19 similarly similarly uses the edge image F2 that appears in the mark image 40. _L , F2 _R A measurement frame 42 that widely includes _L , 42 _R Are also specified. This measurement frame 42 _L , 42 _R Is a frame used for detecting the center coordinate B of the inner mark 32 in the X direction.
Then, in the next step S3, the image processing unit 19 performs the measurement frame 41. _L , 41 _R , 42 _L , 42 _R Are integrated along the direction (Y direction) perpendicular to the detection direction (X direction) of the center coordinates A and B, respectively. This is a process for reducing signal noise. The waveform of the luminance signal after integration generated by this projection processing is referred to as “representative waveform”.
[0038]
FIG. 5B shows a measurement frame 41. _L , 41 _R The representative waveform 43 obtained by the projection processing within _L , 43 _R (First signal waveform) and measurement frame 42 _L , 42 _R Waveform 44 obtained by the projection processing within _L , 44 _R (Second signal waveform) are shown side by side. The horizontal axis of FIG. _L , 43 _R , 44 _L , 44 _R Represents the position of the sample point (pixel), and the vertical axis represents the luminance value. In FIG. 5B, the representative waveform 43 _L , 43 _R , 44 _L , 44 _R In the vicinity of the bottom where the luminance value of the image becomes the minimum, the edge image F1 in FIG. _L , F2 _L , F2 _R , F1 _R Corresponding to
[0039]
Next, the image processing unit 19 displays the representative waveform 43. _L , 43 _R The center coordinate A of the outer mark 31 is calculated using _L , 44 _R Is used to calculate the center coordinate B of the inner mark 32. Here, the representative waveform 44 _L , 44 _R A specific explanation will be given for the case of using. The image processing unit 19 displays the representative waveform 44 _L , 44 _R A temporary center coordinate C as shown in FIG. 6 (a) is set (step S4). _L , 44 _R , And an inverted waveform 45 as shown in FIG. _L , 45 _R Is generated.
[0040]
In the next step S5, a representative waveform 44 is used by using a known algorithm called a correlation method. _L , 44 _R Inverse waveform 45 _L , 45 _R Is shifted in both positive and negative directions (FIGS. 6C and 6D), and correlation calculation is performed. That is, the representative waveform 44 _L , 44 _R And inverted waveform 45 _L , 45 _R The correlation function (Fig. 6 (e)) is calculated. The correlation function is the inverted waveform 45 _L , 45 _R This represents the relationship between the amount of shift and the correlation value at that time. The correlation value takes a value of “0 to 1”.
[0041]
Here, when calculating the correlation function (FIG. 6E), the representative waveform 44 _L , 44 _R And inverted waveform 45 _L , 45 _R These discrete pixel data are preferably interpolated by the least square method (for example, the interval between the pixel data is 10 points), and the shift amount per time is preferably set in units of 1 point. One shift amount may be set for each pixel.
Next, the image processing unit 19 calculates the maximum correlation value M in the correlation function (FIG. 6 (e)). _B And the maximum correlation value M _B Shift amount d corresponding to _B Is calculated (step S6). And the shift amount d _B 2 and the provisional center coordinate C, the center coordinate B in the X direction of the inner mark 32 shown in FIG. _B / 2) is calculated (step S7).
[0042]
Further, the image processing unit 19 performs the processing of the above steps S4 to S7 as the representative waveform 43. _L , 43 _R Do the same. As a result, the representative waveform 43 _L , 43 _R Correlation value M in the correlation function between the waveform and its inverted waveform _A And the center coordinate A in the X direction of the outer mark 31 (= temporary center coordinate + shift amount d) _A / 2) is calculated.
By the way, the above correlation method uses the representative waveform 43. _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R Is an algorithm based on the assumption that each is symmetrical. For this reason, for example, as shown in FIG. _L , 43 _R Is reduced, the maximum correlation value M as shown in the correlation function of FIG. _A Becomes smaller and the maximum correlation value M _A Shift amount d corresponding to _A The error of the calculation result of A increases, and the center coordinate A (= temporary center coordinate + shift amount d) of the outer mark 31 is increased by the error. _A The error of the calculation result of / 2) also increases. Further, the error in the overlay deviation amount R to be calculated from now increases.
[0043]
Representative waveform 43 _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R The phenomenon of the lowering of the symmetry of the outer mark 31 is caused by uneven deposition of the metal film in the sputtering process, deformation or destruction of the mark shape in the CMP (Chemical Mechanical Polishing) process, and the like. Edge pair (E1 in FIG. 2) _L , E1 _R ) And edge pairs of the inner mark 32 (E2 _L , E2 _R This occurs when the shape of) becomes asymmetric. Even when the shape of the edge pair of the outer mark 31 and the inner mark 32 is bilaterally symmetrical, if dust or the like is attached to the edge pair, the representative waveform 43 _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R The symmetry of is reduced.
[0044]
Therefore, in step S8 of FIG. 4, the maximum correlation value M calculated in step S6. _A And the maximum correlation value M _B Is compared with a predetermined threshold (for example, 0.5). Maximum correlation value M in FIG. _B FIG. 9A shows a comparison between the threshold value and the threshold value. Maximum correlation value M in FIG. _A FIG. 9B shows a comparison between the threshold value and the threshold value.
Maximum correlation value M _A Is representative waveform 43 _L , 43 _R It is an index representing the symmetry of. Maximum correlation value M _B Is representative waveform 44 _L , 44 _R It is an index representing the symmetry of. The threshold is the representative waveform 43. _L , 43 _R Symmetry and representative waveform 44 _L , 44 _R This corresponds to the criterion for symmetry. Further, it is stored in the memory or file of the image processing unit 19 and is referred to in the process of step S8.
[0045]
Then, the image processing unit 19 obtains the maximum correlation value M as a result of the comparison in step S8. _A , M _B Is greater than the threshold value (S8 is Yes, see FIG. 9A), the process proceeds to step S9. In step S9, the overlay deviation amount R is calculated based on the difference between the center coordinate A of the outer mark 31 and the center coordinate B of the inner mark 32 calculated in step S7.
[0046]
In this case, the maximum correlation value M _A , M _B Is larger than the threshold value, the representative waveform 43 _L , 43 _R The representative waveform 44 _L , 44 _R Is considered to be sufficiently symmetrical. Therefore, the maximum correlation value M _A , M _B Shift amount d corresponding to _A , d _B It is considered that the error of the calculation result is extremely small, the error of the calculation result of the center coordinates A and B is very small, and the error of the overlay deviation amount R finally calculated is also very small.
[0047]
On the other hand, as a result of the comparison in step S8, the maximum correlation value M _A , M _B Is equal to or less than the threshold (S8 is No, see FIG. 9B), the image processing unit 19 ends the process without executing Step S9, that is, without calculating the overlay deviation amount R.
In this case, the maximum correlation value M _A , M _B Is less than the threshold value, the representative waveform 43 _L , 43 _R The representative waveform 44 _L , 44 _R Is also considered asymmetrical (see FIG. 7). Therefore, the maximum correlation value M _A , M _B Shift amount d corresponding to _A , d _B It is considered that the error of the calculation result of is large, the error of the calculation result of the center coordinates A and B is large, and the error of the overlay deviation amount R that is not finally calculated is also large.
[0048]
That is, in the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment, the representative waveform 43 _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R Only when the left and right are sufficiently symmetrical, the overlay deviation amount R between the outer mark 31 and the inner mark 32 is calculated, and the representative waveform 43 is calculated. _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R Is not calculated, the overlay deviation amount R is not calculated. For this reason, when the calculation result of the overlay deviation amount R is obtained when the processing of FIG. 4 (S1 to S9) is completed at one measurement point (observation region including the overlay mark 30), the overlap is performed. The misalignment amount R has a very small error.
[0049]
When the next measurement point (observation region including the overlay mark 30) is positioned in the visual field region of the apparatus, the image processing unit 19 repeats the processing (S1 to S9) in FIG. The processes (S1 to S9) in FIG. 4 are sequentially performed at a number of measurement points designated in advance. Then, when the processing (S1 to S9) in FIG. 4 at all the designated measurement points is completed, when a plurality of calculation results of the overlay deviation amount R are obtained, the plurality of overlay deviation amounts R are obtained. Are all very small in error.
[0050]
As described above, in the overlay measurement apparatus 10 according to the present embodiment, a large number of designated measurement points have a large calculation result error (representative waveform 43). _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R Even if there is a left-right asymmetry) _A , M _B And the threshold value (see FIG. 9), it is possible to selectively obtain only the overlay deviation amount R having a very small error as the calculation result.
[0051]
Accordingly, after the processing (S1 to S9) in FIG. 4 at all designated measurement points is completed, a set of a plurality of overlay deviation amounts R obtained is regarded as one measurement value, and each overlay deviation is obtained. Since the error of the quantity R is very small, a highly accurate measurement value can be obtained.
Finally, the image processing unit 19 performs correction data (offset component, scaling component, rotation) of the exposure apparatus in a well-known statistical processing mode based on highly accurate measurement values (a set of a plurality of overlay deviation amounts R). Component, orthogonality component). Since the measurement value (a set of a plurality of overlay deviation amounts R) is highly accurate, the accuracy of the correction data of the exposure apparatus is also improved. By feeding back highly accurate correction data to the exposure apparatus, the exposure apparatus can be corrected accurately, and the yield of products can be improved with certainty.
[0052]
In the above-described embodiment, the representative waveform 43 _L , 43 _R And representative waveform 44 _L , 44 _R For example, 0.5 is used as the threshold value of the determination criterion when determining the symmetry of S4 (S8 in FIG. 4), but the present invention is not limited to this. The threshold value can be set to any value greater than 0 and less than 1.
As the threshold value is closer to 1, the set of overlay deviation amounts R included in the measurement value can be selected more carefully with a smaller error, and the accuracy of the measurement value is further improved. However, if the threshold value is too large, the number of overlay deviation amounts R included in the measurement value is decreased, so that the accuracy of the correction data of the exposure apparatus may be reduced and the yield may be reduced. Therefore, the threshold value of the determination criterion may be set so that the yield (non-defective product rate) is high.
[0053]
Furthermore, the overlay measurement apparatus 10 is provided with a function for calculating a correlation function (FIG. 6 (e). FIG. 8), and a plurality of standard overlays of registered wafers (representative wafers of the process to be measured) are created at the time of recipe creation. The maximum correlation value of the alignment mark 30 may be automatically obtained, and the threshold value may be set based on individual numerical values, average values, minimum values, and the like.
In the embodiment described above, the maximum correlation value M is calculated after calculating the center coordinates A and B and before calculating the overlay deviation amount R. _A , M _B And the threshold value, and the maximum correlation value M _A , M _B Although the overlay deviation amount R is calculated only when is larger than the threshold, the present invention is not limited to this. Before calculating the center coordinates A and B, the maximum correlation value M _A , M _B And the threshold value, and the maximum correlation value M _A , M _B Only when A is larger than the threshold value, the center coordinates A and B may be calculated, and the overlay deviation amount R may be calculated.
[0054]
Further, in the above-described embodiment, the maximum correlation value M is calculated before calculating the overlay deviation amount R. _A , M _B And the threshold value, and the maximum correlation value M _A , M _B Although the overlay deviation amount R is calculated only when is larger than the threshold, the present invention is not limited to this. For example, after calculating the overlay deviation amount R, the maximum correlation value M _A , M _B And the threshold value may be compared, and the overlay deviation amount R may be selected based on the comparison result. In this case, the sorting process is performed using the maximum correlation value M _A , M _B Corresponds to the process of selecting the overlay deviation amount R only when the threshold value is larger than the threshold value and excluding the overlay deviation amount R when it is less than the threshold value. Then, as a result of the selection process, the image processing unit 19 generates correction data for the exposure apparatus based on the set (measurement value) of the selected overlay deviation amount R.
[0055]
In the above-described embodiment, the maximum correlation value M _A , M _B A common threshold value was used in the comparison between the threshold value and the threshold value. _A Threshold and maximum correlation value M _B The threshold value may be different. Two maximum correlation values M _A , M _B However, only one of them may be compared with the threshold value.
Furthermore, in the above-described embodiment, an example (both one edge pair) in which the outer mark 31 and the inner mark 32 constituting the overlay mark 30 are both box-shaped uneven structures has been described. The present invention can also be applied when there are two edge pairs as shown in FIG. Two types of combinations of box shape, frame shape, and bar shape may be used.
[0056]
Further, in the above-described embodiment, the image processing unit 19 of the overlay measurement apparatus 10 performs the overlay displacement amount R calculation process, the exposure apparatus correction data generation process, and the like, but is connected to the overlay measurement apparatus 10. Even when an external computer is used, the same effect can be obtained.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when a plurality of measurement points on the substrate have an asymmetric signal waveform at the edge portion, the measured value (a plurality of overlay deviation amounts) can be accurately measured. Set).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an overlay measurement apparatus 10;
FIG. 2 is a plan view of an overlay mark 30 formed on the wafer 11. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an image of an overlay mark 30. FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for overlay measurement in the overlay measurement apparatus 10;
FIG. 5 is a diagram for explaining an image (a) and a representative waveform (b) of an overlay mark 30;
FIG. 6 Representative waveform 44 _L , 44 _R FIG. 6 is a diagram for explaining signal processing using (a) to (d) and a correlation function (e).
FIG. 7 Representative waveform 43 _L , 43 _R It is a figure explaining the state from which the symmetry of was reduced.
8 is a representative waveform 43 of FIG. _L , 43 _R It is a figure explaining the correlation function at the time of using.
FIG. 9: Maximum correlation value M _A , M _B It is a figure explaining the comparison with a threshold value.
[Explanation of symbols]
10 Overlay measuring device
11 Wafer
12 Inspection stage
13 Light source
14 Lighting lens
15 Prism
16 Objective lens
17 Imaging lens
18 Image sensor
19 Image processing device
20 Control unit
30 Overlay mark
40 mark image

Claims

Image capturing means for capturing a plurality of measurement points formed on the substrate and capturing images of first and second marks formed on different layers of the substrate at each measurement point ;
A first signal waveform of a portion related to the first mark in the image is folded back at a temporary center coordinate to generate a first inverted waveform, and a maximum correlation in a correlation function between the first signal waveform and the first inverted waveform The value is calculated while shifting the temporary center coordinate, and the second signal waveform of the portion related to the second mark in the image is folded back at the temporary center coordinate to generate a second inverted waveform, and the second Correlation calculating means for calculating a maximum correlation value in a correlation function between a signal waveform and the second inverted waveform while shifting the temporary central coordinates ;
Comparison means for comparing at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform by the correlation calculation means at each measurement point with a predetermined threshold value;
The maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the first signal waveform by the correlation calculation unit at the measurement point where the maximum correlation value to be compared by the comparison unit is determined to be larger than the threshold. An overlay measuring apparatus comprising: a calculation unit that calculates an overlay deviation amount between the first mark and the second mark based on a correlation value.

The overlay measurement apparatus according to claim 1,
An overlay measuring apparatus comprising: a generating unit that generates correction data for an exposure apparatus based on the overlay deviation amount calculated by the calculating unit.

Image capturing means for capturing a plurality of measurement points formed on the substrate and capturing images of first and second marks formed on different layers of the substrate at each measurement point ;
A first signal waveform of a portion related to the first mark in the image is folded back at a temporary center coordinate to generate a first inverted waveform, and a maximum correlation in a correlation function between the first signal waveform and the first inverted waveform The value is calculated while shifting the temporary center coordinate, and the second signal waveform of the portion related to the second mark in the image is folded back at the temporary center coordinate to generate a second inverted waveform, and the second Correlation calculating means for calculating a maximum correlation value in a correlation function between a signal waveform and the second inverted waveform while shifting the temporary central coordinates ;
Based on the maximum correlation value calculated from the first signal waveform by the correlation calculation means and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform , the first mark and the second mark are overlapped at each measurement point. A calculation means for calculating a misalignment amount;
Comparison means for comparing at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform by the correlation calculation means at each measurement point with a predetermined threshold value;
Selecting means for selecting the amount of overlay deviation at the measurement point where the maximum correlation value to be compared by the comparison means is greater than the threshold value, and excluding the amount of overlay deviation at the measurement point equal to or less than the threshold value. An overlay measuring apparatus characterized by that.

In the overlay measurement apparatus according to claim 3,
An overlay measuring apparatus comprising: a generating unit that generates correction data for an exposure apparatus based on the overlay deviation amount selected by the selecting unit.

An image capturing step of capturing a plurality of measurement points formed on the substrate and capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate at each measurement point ;
A first signal waveform of a portion related to the first mark in the image is folded back at a temporary center coordinate to generate a first inverted waveform, and a maximum correlation in a correlation function between the first signal waveform and the first inverted waveform The value is calculated while shifting the temporary center coordinate, and the second signal waveform of the portion related to the second mark in the image is folded back at the temporary center coordinate to generate a second inverted waveform, and the second A correlation calculation step of calculating a maximum correlation value in a correlation function between a signal waveform and the second inverted waveform while shifting the temporary central coordinates ;
A comparison step of comparing at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform with the predetermined threshold at each measurement point ;
Calculated from the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the second signal waveform in the correlation calculation step at the measurement point where the maximum correlation value to be compared in the comparison step is determined to be larger than the threshold. An overlay measurement method comprising: a calculation step of calculating an overlay deviation amount between the first mark and the second mark based on a maximum correlation value.

An image capturing step of capturing a plurality of measurement points formed on the substrate and capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate at each measurement point ;
A first signal waveform of a portion related to the first mark in the image is folded back at a temporary center coordinate to generate a first inverted waveform, and a maximum correlation in a correlation function between the first signal waveform and the first inverted waveform The value is calculated while shifting the temporary center coordinate, and the second signal waveform of the portion related to the second mark in the image is folded back at the temporary center coordinate to generate a second inverted waveform, and the second A correlation calculation step of calculating a maximum correlation value in a correlation function between a signal waveform and the second inverted waveform while shifting the temporary central coordinates ;
Based on the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform in the correlation calculation step, the first mark and the second mark are overlapped at each measurement point. A calculation step for calculating a misalignment amount;
A comparison step of comparing at least one of the maximum correlation value calculated from the first signal waveform and the maximum correlation value calculated from the second signal waveform with the predetermined threshold at each measurement point ;
Maximum correlation value to be compared in the comparison step selects the overlay displacement of the threshold is greater than the measurement point, and a exclude sorting process the overlay displacement of the measurement point of less than or equal to the threshold value An overlay measurement method characterized by that.