JP4957027B2 - Overlay measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、基板の各層の重ね合わせ状態を測定する重ね合わせ測定装置に関する。   The present invention relates to an overlay measurement apparatus that measures the overlay state of each layer of a substrate.

半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、基板の各層の重ね合わせ状態の測定が行われている。各層の重ね合わせ状態は素子の歩留まりや完成デバイスの性能を左右する重要なパラメータであり、各層の重ね合わせ状態を測定する装置は重要な製造装置として認識されている。
重ね合わせ測定装置では、例えば、基板の下地層とレジスト層に形成された各マークの画像をカメラなどの撮像手段によって取り込み、この画像を処理して各マークの重ね合わせずれ量を求めている(例えば特許文献1を参照)。
In the manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, etc., the overlay state of each layer of the substrate is measured. The overlapping state of each layer is an important parameter that affects the yield of elements and the performance of a completed device, and an apparatus for measuring the overlapping state of each layer is recognized as an important manufacturing apparatus.
In the overlay measurement apparatus, for example, an image of each mark formed on the base layer and the resist layer of the substrate is captured by an imaging means such as a camera, and this image is processed to determine the overlay displacement amount of each mark ( For example, see Patent Document 1).

画像を処理する際には、画像上の座標軸に応じて重ね合わせずれ量の測定方向を設定した後、画像に現れた各マークの直線部から、測定方向と垂直な非測定方向に延びる直線部を選択し、この直線部の測定方向の明暗変化を非測定方向に積算して(プロジェクション処理)、信号ノイズを低減させることが一般的である。そして、プロジェクション処理によって得られた各マークの信号波形を用いて重ね合わせずれ量が求められる。
特開2004−108957号公報
When processing an image, after setting the measurement direction of the overlay displacement amount according to the coordinate axis on the image, the straight line portion extending in the non-measurement direction perpendicular to the measurement direction from the straight line portion of each mark appearing in the image In general, the change in brightness in the measurement direction of this straight line portion is integrated in the non-measurement direction (projection processing) to reduce signal noise. Then, the overlay deviation amount is obtained using the signal waveform of each mark obtained by the projection processing.
JP 2004-108957 A

しかし、上記の装置では、プロジェクション処理に起因して次のような問題があった。つまり、画像を処理する際に選択した直線部が測定方向に対して垂直でない(僅かに傾いた)ときに、選択した直線部の中で測定方向の明暗変化のコントラストが一定でないと、プロジェクション処理によって得られる信号波形は左右非対称になり、重ね合わせずれ量に誤差が発生することがあった。なお、上記した直線部の傾きは、画像の回転誤差に対応し、撮像手段の取り付け誤差などに起因する。また、直線部のコントラストの不均一は、基板上におけるマークの反射率の不均一などに起因する。   However, the above apparatus has the following problems due to the projection processing. In other words, when the straight line portion selected when processing the image is not perpendicular to the measurement direction (slightly tilted), the projection processing is performed if the contrast of the change in brightness in the measurement direction is not constant in the selected straight line portion. The signal waveform obtained by the above becomes asymmetrical, and an error may occur in the overlay deviation amount. Note that the inclination of the straight line portion described above corresponds to an image rotation error, and is caused by an attachment error of the imaging unit. Further, the non-uniformity of the contrast of the straight line portion is caused by the non-uniformity of the reflectance of the mark on the substrate.

本発明の目的は、プロジェクション処理による信号ノイズの低減を行う場合でも、画像から選択した直線部の傾きやコントラストの不均一に影響されず、正確に重ね合わせずれ量を求めることができる重ね合わせ測定装置を提供することにある。   The object of the present invention is to perform overlay measurement that can accurately determine the amount of misalignment without being affected by the inclination or contrast non-uniformity of the straight line selected from the image even when signal noise is reduced by projection processing. To provide an apparatus.

第1の発明に係る重ね合わせ測定装置は、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取込手段と、前記画像に現れた前記第1マークの直線部のうち、予め定めた測定方向と交差する第1直線部に基づいて、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第1信号波形として生成する第1処理手段と、前記画像に現れた前記第2マークの直線部のうち、前記測定方向と交差する第2直線部に基づいて、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第2信号波形として生成する第2処理手段と、前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて、前記第1マークと前記第2マークとの前記測定方向における重ね合わせずれ量を求める第3処理手段とを備え、前記第1処理手段は、前記第1直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化を前記測定方向と垂直な方向に積算することで、前記第1信号波形を生成し、前記第2処理手段は、前記第2直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化のコントラストを互いに揃えた後、該明暗変化を前記垂直な方向に積算することで、前記第2信号波形を生成するものである。
第2の発明は、第1の発明において、前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記明暗変化のコントラストの大きさを判断し、前記判断に基づいて、前記明暗変化のコントラストを揃えるか否かを判断する。
第3の発明は、第2の発明において、前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記複数の箇所のコントラストを平均値に揃える。
An overlay measuring apparatus according to a first aspect of the present invention is an apparatus for taking in images of first marks and second marks formed on different layers of a substrate, and among straight portions of the first marks appearing in the images. First processing means for generating, as a first signal waveform, a signal waveform related to a change in brightness when the first straight line section is crossed in the measurement direction based on a first straight line section that intersects a predetermined measurement direction. Based on the second straight line portion that intersects the measurement direction among the straight line portions of the second mark that appear in the image, a signal waveform relating to a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction. Using the second processing means for generating the second signal waveform, and the first signal waveform and the second signal waveform, the overlay deviation amount in the measurement direction between the first mark and the second mark is determined. Third processing means to be obtained, The first processing means extracts a light / dark change when the first straight portion is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations on the first straight portion, and the light / dark change is perpendicular to the measurement direction. The second signal processing unit crosses the second straight line portion in the measurement direction at a plurality of different locations of the second straight line portion, respectively. The brightness change at the time is extracted, the contrast of the brightness change is aligned with each other, and then the brightness change is integrated in the vertical direction to generate the second signal waveform.
In a second aspect based on the first aspect, the second processing means determines a contrast magnitude of the light / dark change of the second straight line portion, and aligns the contrast of the light / dark change based on the determination. Determine whether or not.
In a third aspect based on the second aspect, the second processing means aligns the contrast of the plurality of portions of the second straight line portion to an average value.

第4の発明に係る重ね合わせ測定装置は、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取込手段と、前記画像に現れた前記第1マークの直線部のうち、予め定めた測定方向と交差する第1直線部に基づいて、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第1信号波形として生成する第1処理手段と、前記画像に現れた前記第2マークの直線部のうち、前記測定方向と交差する第2直線部に基づいて、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第2信号波形として生成する第2処理手段と、前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて、前記第1マークと前記第2マークとの前記測定方向における重ね合わせずれ量を求める第3処理手段とを備え、前記第1処理手段は、前記第1直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化のコントラストを互いに揃えた後、該明暗変化を前記測定方向と垂直な方向に積算することで、前記第1信号波形を生成し、前記第2処理手段は、前記第2直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化のコントラストを互いに揃えた後、該明暗変化を前記垂直な方向に積算することで、前記第2信号波形を生成するものである。
第5の発明は、第4の発明において、前記第1処理手段は、前記第1直線部の前記明暗変化のコントラストの大きさを判断し、前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記明暗変化のコントラストの大きさを判断し、前記第1、第2処理手段の判断に基づいて、前記第1、第2直線部の明暗変化のコントラストを揃えるか否かを判断する。
第6の発明は、第5の発明において、前記第1処理手段は、前記第1直線部の前記複数の箇所のコントラストを平均値に揃え、前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記複数の箇所のコントラストを平均値に揃える。
第7の発明は、第1から第6の発明の何れかにおいて、前記第1マークと前記第2マークとの少なくとも一方は、前記第1、第2マークの内で、前記積算する方向にて、コントラストが異なる。
第8の発明は、第1から第7の発明の何れかにおいて、前記第1マークと前記第2マークとの少なくとも一方は、前記積算する方向と交差する。
第9の発明は、第1から第8の発明の何れかにおいて、前記第1、第2直線部の複数の異なる箇所は、前記積算する方向に沿って設定される。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an overlay measurement apparatus including: a capturing unit that captures images of a first mark and a second mark formed on different layers of a substrate; and a linear portion of the first mark that appears in the image. First processing means for generating, as a first signal waveform, a signal waveform related to a change in brightness when the first straight line section is crossed in the measurement direction based on a first straight line section that intersects a predetermined measurement direction. Based on the second straight line portion that intersects the measurement direction among the straight line portions of the second mark that appear in the image, a signal waveform relating to a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction. Using the second processing means for generating the second signal waveform, and the first signal waveform and the second signal waveform, the overlay deviation amount in the measurement direction between the first mark and the second mark is determined. Third processing means to be obtained, The first processing means extracts a change in brightness when the first straight line portion is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations of the first straight line portion, and aligns the contrast of the light-dark change with each other. Thereafter, the change in brightness is integrated in a direction perpendicular to the measurement direction to generate the first signal waveform, and the second processing means is configured to respectively apply the plurality of different portions of the second straight line portion to the second linear portion. After extracting the change in brightness when the second straight line section is crossed in the measurement direction, and aligning the contrast of the brightness change with each other, the brightness change is integrated in the vertical direction to obtain the second signal waveform. Is to be generated.
In a fifth aspect based on the fourth aspect, the first processing means determines a contrast magnitude of the brightness change of the first straight line portion, and the second processing means is the second straight line portion. The magnitude of the contrast of the light / dark change is determined, and based on the determination of the first and second processing means, it is determined whether or not the contrast of the light / dark change of the first and second linear portions is to be made uniform.
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the first processing means aligns the contrasts of the plurality of portions of the first straight line portion to an average value, and the second processing means includes the second straight line portion. The contrast of the plurality of locations is made equal to the average value.
According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, at least one of the first mark and the second mark is in the direction of integration in the first and second marks. The contrast is different.
In an eighth invention according to any one of the first to seventh inventions, at least one of the first mark and the second mark intersects the integrating direction.
According to a ninth aspect, in any one of the first to eighth aspects, the plurality of different portions of the first and second linear portions are set along the direction of integration.

第10の発明に係る重ね合わせ測定装置は、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取込手段と、前記画像に現れた前記第1マークの直線部のうち、予め定めた測定方向と交差する第1直線部に基づいて、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第1信号波形として生成する第1処理手段と、前記画像に現れた前記第2マークの直線部のうち、前記測定方向と交差する第2直線部に基づいて、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第2信号波形として生成する第2処理手段と、前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて、前記第1マークと前記第2マークとの前記測定方向における重ね合わせずれ量を求める第3処理手段とを備え、前記第1処理手段は、前記第1直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化を前記測定方向と垂直な方向に積算することで、前記第1信号波形を生成し、前記第2処理手段は、前記第2直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化を前記垂直な方向に積算することで、前記第2信号波形を生成し、前記第3処理手段は、前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて前記重ね合わせずれ量を求めた後、前記第1直線部から抽出された各々の明暗変化のコントラストと前記第2直線部から抽出された各々の明暗変化のコントラストとに基づいて、前記重ね合わせずれ量を補正するものである。 An overlay measuring apparatus according to a tenth aspect of the present invention is an apparatus for taking in images of a first mark and a second mark formed on different layers of a substrate, and a linear portion of the first mark that appears in the image. First processing means for generating, as a first signal waveform, a signal waveform related to a change in brightness when the first straight line section is crossed in the measurement direction based on a first straight line section that intersects a predetermined measurement direction. Based on the second straight line portion that intersects the measurement direction among the straight line portions of the second mark that appear in the image, a signal waveform relating to a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction. Using the second processing means for generating the second signal waveform, and the first signal waveform and the second signal waveform, the overlay deviation amount in the measurement direction between the first mark and the second mark is determined. Third processing means to be obtained The first processing means extracts a light / dark change when the first straight part is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations on the first straight part, and the light / dark change is perpendicular to the measurement direction. The second signal processing unit crosses the second straight line portion in the measurement direction at a plurality of different locations of the second straight line portion, respectively. And the third signal processing unit generates the second signal waveform by integrating the light and dark changes in the vertical direction, and the third processing unit includes the first signal waveform and the second signal waveform. After determining the amount of overlay deviation using, based on the contrast of each light and dark change extracted from the first straight line portion and the contrast of each light and dark change extracted from the second straight line portion, It corrects the amount of misalignment. .

本発明の重ね合わせ測定装置によれば、プロジェクション処理による信号ノイズの低減を行う場合でも、画像から選択した直線部の傾きやコントラストの不均一に影響されず、正確に重ね合わせずれ量を求めることができる。   According to the overlay measurement apparatus of the present invention, even when signal noise is reduced by projection processing, the overlay displacement amount can be accurately obtained without being affected by the inclination of the straight line portion selected from the image or the unevenness of contrast. Can do.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
本実施形態の重ね合わせ測定装置10(図1)は、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において、基板11の各層の重ね合わせ状態を測定する装置である。基板11は、半導体ウエハや液晶基板などであり、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工(エッチング処理)前の状態にある。基板11には重ね合わせ検査のために多数の測定点が用意され、各測定点には図2に示す重ね合わせマーク11Aが形成されている。図2(a)は平面図、図2(b)は断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
The overlay measurement apparatus 10 (FIG. 1) of this embodiment is an apparatus that measures the overlay state of each layer of the substrate 11 in the manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like. The substrate 11 is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or the like, and is in a state after exposure / development on the resist layer and before processing (etching process) on a predetermined material film. A large number of measurement points are prepared on the substrate 11 for overlay inspection, and an overlay mark 11A shown in FIG. 2 is formed at each measurement point. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view.

重ね合わせマーク11Aは、二重マークであり、レジスト層の基準位置を示す正方形状のレジストマーク31と、下地層の基準位置を示す正方形状の下地マーク32とで構成される。レジストマーク31と下地マーク32は、基板11の異なる層に形成され、互いに大きさが異なる。重ね合わせ状態の測定(重ね合わせ検査)では、各マークの位置検出や、下地マーク32とレジストマーク31との重ね合わせずれ量の算出が行われる。   The overlay mark 11A is a double mark, and includes a square-shaped resist mark 31 indicating the reference position of the resist layer, and a square-shaped base mark 32 indicating the reference position of the base layer. The resist mark 31 and the base mark 32 are formed on different layers of the substrate 11 and have different sizes. In the measurement of the overlay state (overlay inspection), the position of each mark is detected, and the overlay deviation amount between the base mark 32 and the registration mark 31 is calculated.

本実施形態の重ね合わせ測定装置10には、図1に示す通り、基板11を支持するステージ12と、照明光学系(13〜19)と、結像光学系(18〜25)と、カメラ26と、制御部27と、瞳分割方式の焦点検出部28とが設けられる。瞳分割方式の焦点検出部28の詳細は例えば特開2002−40322号公報に記載されているため、ここでの説明を省略する。   As shown in FIG. 1, the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment includes a stage 12 that supports a substrate 11, illumination optical systems (13 to 19), an imaging optical system (18 to 25), and a camera 26. A control unit 27 and a pupil division type focus detection unit 28 are provided. Details of the pupil division type focus detection unit 28 are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-40322, and thus the description thereof is omitted here.

ステージ12は、重ね合わせ検査用のレシピに基づいて、基板11を水平方向に移動させ、基板11の各測定点の重ね合わせマーク11A(図2)を順に視野領域内(例えば視野中心)に位置決めする。また、ステージ12は、同様のレシピや焦点検出部28からのフォーカス信号に基づいて、基板11を鉛直方向に移動させ、視野領域内に位置決めされた重ね合わせマーク11Aをカメラ26の撮像面に対して合焦させる。   The stage 12 moves the substrate 11 in the horizontal direction based on the overlay inspection recipe, and sequentially positions the overlay marks 11A (FIG. 2) at the respective measurement points on the substrate 11 within the field of view (for example, the center of the field of view). To do. In addition, the stage 12 moves the substrate 11 in the vertical direction based on the same recipe and the focus signal from the focus detection unit 28, so that the overlay mark 11 </ b> A positioned in the visual field region is placed on the imaging surface of the camera 26. To focus.

照明光学系(13〜19)は、光源部13と、開口絞り14と、コンデンサーレンズ15と、視野絞り16と、照明リレーレンズ17と、ビームスプリッタ18と、第1対物レンズ19とで構成される。また、光源部13は、波長帯域の広い光(例えば白色光)を射出する光源3Aと、波長切替機構3Bと、レンズ3Cと、ライトガイドファイバ3Dとで構成される。   The illumination optical system (13 to 19) includes a light source unit 13, an aperture stop 14, a condenser lens 15, a field stop 16, an illumination relay lens 17, a beam splitter 18, and a first objective lens 19. The The light source unit 13 includes a light source 3A that emits light having a wide wavelength band (for example, white light), a wavelength switching mechanism 3B, a lens 3C, and a light guide fiber 3D.

波長切替機構3Bの光学フィルタを切り替えて照明光路に挿入することで、光源3Aから射出された広帯域波長の光のうち、光学フィルタの透過特性に応じた所定の波長域の光を選択することができる。波長切替機構3Bの光学フィルタを透過した後の光は、レンズ3Cとライトガイドファイバ3Dとを介して、開口絞り14に導かれる。
開口絞り14は、光源部13から射出された光の径を特定の径に制限する。コンデンサーレンズ15は、開口絞り14からの光を集光する。視野絞り16は、重ね合わせ測定装置10の視野領域を制限する光学素子である。照明リレーレンズ17は、視野絞り16からの光をコリメートする。ビームスプリッタ18は、照明リレーレンズ17からの光を下向きに(第1対物レンズ19に向けて)反射する。
By switching the optical filter of the wavelength switching mechanism 3B and inserting it into the illumination optical path, it is possible to select light in a predetermined wavelength range corresponding to the transmission characteristics of the optical filter from light having a broad wavelength emitted from the light source 3A. it can. The light after passing through the optical filter of the wavelength switching mechanism 3B is guided to the aperture stop 14 via the lens 3C and the light guide fiber 3D.
The aperture stop 14 limits the diameter of the light emitted from the light source unit 13 to a specific diameter. The condenser lens 15 condenses the light from the aperture stop 14. The field stop 16 is an optical element that limits the field area of the overlay measurement apparatus 10. The illumination relay lens 17 collimates the light from the field stop 16. The beam splitter 18 reflects light from the illumination relay lens 17 downward (toward the first objective lens 19).

上記の構成において、光源部13からの光は、開口絞り14とコンデンサーレンズ15を介して、視野絞り16を均一に照明する。そして、視野絞り16を通過した光は、照明リレーレンズ17を介してビームスプリッタ18に導かれ、その反射透過面で反射した後、第1対物レンズ19に導かれる。第1対物レンズ19は、ビームスプリッタ18からの光を入射して、ステージ12上の基板11に集光する。   In the above configuration, the light from the light source unit 13 uniformly illuminates the field stop 16 via the aperture stop 14 and the condenser lens 15. The light passing through the field stop 16 is guided to the beam splitter 18 via the illumination relay lens 17, reflected by the reflection / transmission surface thereof, and then guided to the first objective lens 19. The first objective lens 19 receives light from the beam splitter 18 and focuses it on the substrate 11 on the stage 12.

これにより、基板11の中で視野領域内に位置決めされた重ね合わせマーク11A(図2)は、第1対物レンズ19を透過した所定の波長域の光によって垂直に照明される(落射照明)。そして、基板11の照明領域から回折光が発生する。回折光には、0次回折光(つまり反射光)や、±1次回折光などが含まれる。基板11からの回折光は、後述の結像光学系(18〜25)に導かれる。   As a result, the overlay mark 11A (FIG. 2) positioned in the field of view within the substrate 11 is vertically illuminated by the light in the predetermined wavelength range that has passed through the first objective lens 19 (epi-illumination). Then, diffracted light is generated from the illumination region of the substrate 11. Diffracted light includes zero-order diffracted light (that is, reflected light), ± first-order diffracted light, and the like. Diffracted light from the substrate 11 is guided to an imaging optical system (18 to 25) described later.

結像光学系(18〜25)は、上記のビームスプリッタ18および第1対物レンズ19の他、第2対物レンズ20と、ビームスプリッタ21と、視野絞り22と、第1結像リレーレンズ23と、開口絞り24と、第2結像リレーレンズ25とで構成されている。なお、ビームスプリッタ18,21は、光の振幅分離を行うハーフプリズムである。
基板11から発生した回折光は、第1対物レンズ19でコリメートされ、上記のビームスプリッタ18を透過して第2対物レンズ20に入射する。第2対物レンズ20は、ビームスプリッタ18からの回折光を集光する。ビームスプリッタ21は、第2対物レンズ20からの回折光の一部を透過すると共に、残りの一部を反射する。ビームスプリッタ21を透過した光は、焦点検出部28に導かれる。
In addition to the beam splitter 18 and the first objective lens 19, the imaging optical system (18 to 25) includes a second objective lens 20, a beam splitter 21, a field stop 22, a first imaging relay lens 23, and the like. The aperture stop 24 and the second imaging relay lens 25 are configured. The beam splitters 18 and 21 are half prisms that perform light amplitude separation.
The diffracted light generated from the substrate 11 is collimated by the first objective lens 19, passes through the beam splitter 18, and enters the second objective lens 20. The second objective lens 20 condenses the diffracted light from the beam splitter 18. The beam splitter 21 transmits a part of the diffracted light from the second objective lens 20 and reflects the remaining part. The light transmitted through the beam splitter 21 is guided to the focus detection unit 28.

ビームスプリッタ21で反射した光は、結像光学系(18〜25)の視野絞り22に集光され、第1結像リレーレンズ23に導かれる。第1結像リレーレンズ23は、視野絞り22からの光をコリメートする。開口絞り24は、第1対物レンズ19の仮想瞳面と共役な面に配置され、第1結像リレーレンズ23からの光の径を特定の径に制限する。第2結像リレーレンズ25は、開口絞り24からの光をカメラ26の撮像面に再結像する。   The light reflected by the beam splitter 21 is condensed on the field stop 22 of the imaging optical system (18-25) and guided to the first imaging relay lens 23. The first imaging relay lens 23 collimates the light from the field stop 22. The aperture stop 24 is disposed on a plane conjugate with the virtual pupil plane of the first objective lens 19 and limits the diameter of light from the first imaging relay lens 23 to a specific diameter. The second imaging relay lens 25 re-images the light from the aperture stop 24 on the imaging surface of the camera 26.

上記の結像光学系(18〜25)では、視野領域内に基板11の重ね合わせマーク11A(図2)が位置決めされているとき、そのマークの光学像をカメラ26の撮像面に形成する。
カメラ26は、その撮像面が結像光学系(18〜25)の像面と一致するように配置される。カメラ26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センサ)を備え、基板11上の重ね合わせマーク11Aの光学像を撮像して、画像信号を制御部27に出力する。画像信号は、カメラ26の撮像面における光学像の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。
In the imaging optical system (18 to 25), when the overlay mark 11A (FIG. 2) of the substrate 11 is positioned in the visual field region, an optical image of the mark is formed on the imaging surface of the camera 26.
The camera 26 is arranged so that its imaging surface coincides with the image plane of the imaging optical system (18-25). The camera 26 includes an area sensor (for example, a CCD sensor) in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, captures an optical image of the overlay mark 11A on the substrate 11, and outputs an image signal to the control unit 27. The image signal represents a distribution (luminance distribution) related to the luminance value for each pixel of the optical image on the imaging surface of the camera 26.

制御部27は、重ね合わせ検査の際に、カメラ26からの画像信号に基づいて、基板11上の重ね合わせマーク11Aの画像(2次元画像)を取り込み、その画像に対して重ね合わせ検査用の画像処理を施す。つまり、重ね合わせマーク11Aを構成するレジストマーク31および下地マーク32の各々の位置検出を行い、レジストマーク31と下地マーク32との重ね合わせずれ量を算出する。   The control unit 27 captures an image (two-dimensional image) of the overlay mark 11A on the substrate 11 based on an image signal from the camera 26 during overlay inspection, and performs overlay inspection on the image. Apply image processing. That is, the position of each of the registration mark 31 and the background mark 32 constituting the overlay mark 11A is detected, and the overlay deviation amount between the registration mark 31 and the background mark 32 is calculated.

この重ね合わせずれ量は、各マークの重心位置の相対的なずれ量であり、基板11上の下地層に対するレジスト層の重ね合わせずれ量を表している。この重ね合わせずれ量は「重ね合わせ測定値」とも呼ばれる。重ね合わせずれ量の算出の後には、WIS(Wafer Induced Shift)と呼ばれる基板起因の測定誤差の補正を行い、エッチング処理後の実際の重ね合わせずれ量に近い値を得ることが好ましい。   This overlay displacement amount is a relative displacement amount of the center of gravity position of each mark, and represents the overlay displacement amount of the resist layer with respect to the base layer on the substrate 11. This overlay deviation amount is also referred to as a “superposition measurement value”. After calculation of the overlay deviation amount, it is preferable to correct a measurement error caused by the substrate called WIS (Wafer Induced Shift) to obtain a value close to the actual overlay deviation amount after the etching process.

次に、重ね合わせマーク11Aの画像(以下「検査用の画像」)を処理する手順の具体例などを説明する。
検査用の画像には、例えば図3(a)に示す通り、背景と比較して低輝度の直線部41〜48が現れる。これらの直線部41〜48の各々は重ね合わせマーク11A(図2(a))の各エッジ部に対応する。検査用の画像の中で、レジストマーク31の直線部41〜44と下地マーク32の直線部45〜48とは、互いに異なる位置に現れる。
Next, a specific example of a procedure for processing an image of the overlay mark 11A (hereinafter, “inspection image”) will be described.
For example, as shown in FIG. 3A, straight lines 41 to 48 having lower luminance than the background appear in the inspection image. Each of these linear portions 41 to 48 corresponds to each edge portion of the overlay mark 11A (FIG. 2A). In the inspection image, the straight portions 41 to 44 of the registration mark 31 and the straight portions 45 to 48 of the base mark 32 appear at different positions.

そして、検査用の画像(図3(a))に対する処理は、画像上の座標軸(x軸,y軸)ごとに行われる。つまり、画像を処理する際には、画像上の座標軸(x軸,y軸)に応じて重ね合わせずれ量の測定方向が設定され、この測定方向にしたがって処理が行われる。なお、座標軸(x軸,y軸)のうち、x軸の方向は、例えば走査線の方向に対応する。y軸の方向は、例えば走査線に垂直な方向に対応する。   Then, the processing for the inspection image (FIG. 3A) is performed for each coordinate axis (x axis, y axis) on the image. That is, when an image is processed, the measurement direction of the overlay deviation amount is set according to the coordinate axes (x axis, y axis) on the image, and the process is performed according to this measurement direction. Of the coordinate axes (x axis, y axis), the direction of the x axis corresponds to, for example, the direction of the scanning line. The direction of the y axis corresponds to, for example, a direction perpendicular to the scanning line.

そして、x軸の方向を測定方向とする場合には、図3(b)に示すx軸用の測定枠51〜54の各々によって、直線部42,44,46,48の信号処理範囲をそれぞれ指定し、信号処理範囲に含まれる各画素の輝度値を用いて例えば周知の相関演算などを行う。さらに、y軸の方向を測定方向とする場合には、図3(c)に示すy軸用の測定枠54〜58の各々によって、直線部41,43,45,47の信号処理範囲をそれぞれ指定し、信号処理範囲で同様の相関演算などを行う。以下、x軸方向を測定方向とする場合について説明する。   When the x-axis direction is set as the measurement direction, the signal processing ranges of the straight portions 42, 44, 46, and 48 are respectively set by the x-axis measurement frames 51 to 54 shown in FIG. For example, a known correlation operation is performed using the luminance value of each pixel included in the signal processing range. Furthermore, when the direction of the y-axis is the measurement direction, the signal processing ranges of the linear portions 41, 43, 45, and 47 are respectively set by the y-axis measurement frames 54 to 58 shown in FIG. Designate and perform the same correlation calculation in the signal processing range. Hereinafter, the case where the x-axis direction is the measurement direction will be described.

x軸方向の測定では、検査用の画像(図3(a))に現れたレジストマーク31の直線部41〜44のうち、予め定めた測定方向(x軸方向)と垂直な非測定方向(y軸方向)に延びる直線部42,44を選択して、この直線部42,44に測定枠51,52(図3(b))を設定する。次に、測定枠51,52の中で、直線部42,44を測定方向に横切ったときの明暗変化を非測定方向に積算し(プロジェクション処理)、図4(a)に示すようなレジストマーク31の信号波形31L,31Rを生成する。   In the measurement in the x-axis direction, among the linear portions 41 to 44 of the registration mark 31 appearing in the inspection image (FIG. 3A), a non-measurement direction (vertical direction) perpendicular to a predetermined measurement direction (x-axis direction) ( The straight portions 42 and 44 extending in the y-axis direction) are selected, and the measurement frames 51 and 52 (FIG. 3B) are set in the straight portions 42 and 44. Next, in the measurement frames 51 and 52, the change in brightness when the straight portions 42 and 44 are crossed in the measurement direction is integrated in the non-measurement direction (projection process), and a registration mark as shown in FIG. 31 signal waveforms 31L and 31R are generated.

また同様に、検査用の画像(図3(a))に現れた下地マーク32の直線部45〜48のうち、非測定方向(y軸方向)に延びる直線部46,48を選択し、この直線部46,48に測定枠53,54(図3(b))を設定する。次に、測定枠53,54の中で、直線部46,48の測定方向の明暗変化を非測定方向に積算し(プロジェクション処理)、図4(b)に示すような下地マーク32の信号波形32L,32Rを生成する。   Similarly, the straight portions 46 and 48 extending in the non-measurement direction (y-axis direction) are selected from the straight portions 45 to 48 of the base mark 32 appearing in the inspection image (FIG. 3A). Measurement frames 53 and 54 (FIG. 3B) are set on the straight portions 46 and 48, respectively. Next, in the measurement frames 53 and 54, the light and dark changes in the measurement direction of the straight portions 46 and 48 are integrated in the non-measurement direction (projection processing), and the signal waveform of the ground mark 32 as shown in FIG. 32L and 32R are generated.

その後、レジストマーク31の信号波形31L,31R(図4(a))とその自己反転波形との重ね合わせ相関を求め、相関値が最大になる位置をレジストマーク31のx軸方向の重心位置C1とする。下地マーク32の信号波形32L,32R(図4(b))に対する演算処理も同様に行われ、その結果、下地マーク32のx軸方向の重心位置C2が検出される。そして、位置検出の結果を用いて、レジストマーク31と下地マーク32との測定方向における重ね合わせずれ量Lが算出される。 Thereafter, a superposition correlation between the signal waveforms 31L and 31R (FIG. 4A) of the registration mark 31 and its self-reversal waveform is obtained, and the position where the correlation value is maximized is the barycentric position C of the registration mark 31 in the x-axis direction. Set to 1 . Underlying mark 32 of the signal waveform 32L, operation to 32R (FIG. 4 (b)) is also performed in the same manner, as a result, the center-of-gravity position C 2 in the x-axis direction of the underlying mark 32 is detected. Then, using the result of position detection, an overlay deviation amount L in the measurement direction between the registration mark 31 and the base mark 32 is calculated.

このような処理は、図3(a)に示す検査用の画像のように、そこに現れた直線部41〜48が画像上の座標軸(x軸,y軸)に対して水平または垂直なときに有効であり、正確に重ね合わせずれ量Lを求めることができる。しかし、図3(a)のような画像が得られるのは、カメラ26の取り付け誤差がなく、基板11に対してカメラ26が傾いていない理想的な場合である。   Such processing is performed when the linear portions 41 to 48 appearing there are horizontal or vertical with respect to the coordinate axes (x axis, y axis) on the image, as in the inspection image shown in FIG. Therefore, it is possible to accurately obtain the overlay deviation amount L. However, the image as shown in FIG. 3A is obtained in an ideal case where there is no mounting error of the camera 26 and the camera 26 is not inclined with respect to the substrate 11.

ところが、実際の装置では、カメラ26の取り付け誤差がゼロにはならないため、基板11に対してカメラ26が傾いてしまう。カメラ26の傾きとは、カメラ26の光軸(すなわち結像光学系(18〜25)の光軸)を中心とした回転方向の傾きである。
そして、このような傾きの影響で、検査用の画像には、図5(a)に示すような回転誤差δθが発生し、座標軸(x軸,y軸)に対して直線部41〜48が傾くことになる。なお、回転誤差δθは、基板11に対するカメラ26の傾き角と等しく、例えば数分程度である。図5(a)では分かりやすくするために回転誤差δθを実際より大きく図示した。
However, in an actual apparatus, since the mounting error of the camera 26 is not zero, the camera 26 is inclined with respect to the substrate 11. The tilt of the camera 26 is a tilt in the rotation direction about the optical axis of the camera 26 (that is, the optical axis of the imaging optical system (18 to 25)).
Then, due to the influence of the inclination, a rotation error δθ as shown in FIG. 5A occurs in the inspection image, and the linear portions 41 to 48 are present with respect to the coordinate axes (x axis, y axis). Will tilt. The rotation error δθ is equal to the tilt angle of the camera 26 with respect to the substrate 11 and is, for example, about several minutes. In FIG. 5 (a), the rotation error δθ is shown larger than the actual value for easy understanding.

検査用の画像の回転誤差δθ(図5(a))は、重ね合わせ測定装置10の機差(つまり装置の調整誤差に起因する測定誤差)の要因の1つである。重ね合わせ測定装置10は、機差要因をできるだけ排除しようと開発が進められているが、上記の回転誤差δθの低減には限界がある。
そこで、本実施形態の重ね合わせ測定装置10では、検査用の画像に図5(a)のような回転誤差δθが発生し、直線部41〜48が座標軸(x軸,y軸)に対して傾くような場合でも、その影響を受けずに測定を行い、画像の回転誤差δθによる測定誤差(重ね合わせずれ量Lの誤差)を低減できるようにする。
The rotation error δθ (FIG. 5A) of the inspection image is one of the factors of the machine difference of the overlay measurement apparatus 10 (that is, the measurement error caused by the apparatus adjustment error). The overlay measuring apparatus 10 is under development to eliminate machine difference factors as much as possible, but there is a limit to reducing the rotation error δθ.
Therefore, in the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment, a rotation error δθ as shown in FIG. 5A is generated in the inspection image, and the linear portions 41 to 48 are relative to the coordinate axes (x axis, y axis). Even in the case of tilting, measurement is performed without being affected by this, and the measurement error due to the rotation error δθ of the image (error of the overlay deviation amount L) can be reduced.

ただし、画像の回転誤差δθによる測定誤差の大きさは、基板11における重ね合わせマーク11Aの反射率の不均一などに依存する。傾向としては、重ね合わせマーク11Aの反射率の不均一が小さく、図5(b)に示す測定枠51〜54(図3(b)と同様)の中で、直線部42,44,46,48の測定方向の明暗変化のコントラスト差が小さければ、回転誤差δθによる測定誤差も小さく抑えられる。   However, the magnitude of the measurement error due to the image rotation error δθ depends on the nonuniformity of the reflectance of the overlay mark 11A on the substrate 11, and the like. As a tendency, the non-uniformity of the reflectance of the overlay mark 11A is small, and in the measurement frames 51 to 54 shown in FIG. 5B (similar to FIG. 3B), the straight portions 42, 44, 46, If the contrast difference between the light and dark changes in the 48 measurement directions is small, the measurement error due to the rotation error δθ can also be suppressed.

この様子を図示して説明すると、測定枠53,54の中の直線部46,48の測定方向の明暗変化は、図5(c)に示す非測定方向の位置y1〜y3ごとに、例えば図6に示すようになる。ここでは位置y2を測定枠53,54の中心とする。図6において、各位置y1〜y3の明暗変化は、直線部46,48の傾き(回転誤差δθ)を反映して測定方向にシフトしている(位置x1〜x3)が、そのコントラストCO(y1)〜CO(y3)は殆ど差がない。 When this state is illustrated and described, the change in brightness in the measurement direction of the straight portions 46 and 48 in the measurement frames 53 and 54 is determined for each position y 1 to y 3 in the non-measurement direction shown in FIG. For example, as shown in FIG. Here, the position y 2 is the center of the measurement frames 53 and 54. In FIG. 6, the change in brightness at each of the positions y 1 to y 3 is shifted in the measurement direction (positions x 1 to x 3 ) reflecting the inclination (rotational error δθ) of the straight portions 46 and 48. The contrasts C O (y 1 ) to C O (y 3 ) have almost no difference.

このような場合、上記のプロジェクション処理によって測定方向の明暗変化(図6)を非測定方向に積算して信号波形(図4(b)の信号波形32L,32R参照)を生成すると、得られた信号波形から相関演算などにより求めた重心位置C2は、測定枠53,54の中心(位置y2)における明暗変化を仮の信号波形として同様に求めた重心位置C2(y2)に一致することになる。 In such a case, when the signal waveform (see the signal waveforms 32L and 32R in FIG. 4B) is generated by integrating the light-dark changes in the measurement direction (FIG. 6) in the non-measurement direction by the projection processing described above, it was obtained. The center-of-gravity position C 2 obtained from the signal waveform by correlation calculation or the like coincides with the center-of-gravity position C 2 (y 2 ) obtained in the same manner as a provisional signal waveform with the change in brightness at the center (position y 2 ) of the measurement frames 53 and 54. Will do.

また、測定枠51,52の中の直線部42,44についても同様であり、図7に示すように、各位置y4,y2,y5の測定方向の明暗変化が直線部42,44の傾き(回転誤差δθ)を反映して測定方向にシフトし(位置x4〜x6)、コントラストCi(y4),Ci(y2),Ci(y5)に殆ど差がない場合は、プロジェクション処理による積算後の信号波形(図4(a)の信号波形31L,31R参照)から求めた重心位置C1と、測定枠51,52の中心(位置y2)における明暗変化を仮の信号波形として求めた重心位置C1(y2)とが一致する。 The same applies to the straight portions 42 and 44 in the measurement frames 51 and 52. As shown in FIG. 7, the change in brightness in the measurement direction at each position y 4 , y 2 and y 5 is the straight portions 42 and 44. Is reflected in the measurement direction (positions x 4 to x 6 ) reflecting the inclination of the image (rotation error δθ), and the contrasts C i (y 4 ), C i (y 2 ), C i (y 5 ) are almost different. If not, the center-of-gravity position C 1 obtained from the signal waveform after integration by projection processing (see the signal waveforms 31L and 31R in FIG. 4A) and the change in brightness at the center (position y 2 ) of the measurement frames 51 and 52 Centroid position C 1 (y 2 ) determined as a temporary signal waveform.

したがって、重ね合わせマーク11Aの反射率の不均一が小さく、測定枠51〜54の中で、直線部42,44,46,48の測定方向の明暗変化のコントラスト差が小さければ、プロジェクション処理による積算後の信号波形(図4(a),(b))を用いて相関演算などを行うことにより、正確に重ね合わせずれ量Lを求めることができる。すなわち、検査用の画像の回転誤差δθによる測定誤差が小さく抑えられる。   Therefore, if the non-uniformity of the reflectance of the overlay mark 11A is small and the contrast difference of the change in brightness in the measurement direction of the linear portions 42, 44, 46, 48 is small in the measurement frames 51 to 54, the integration by the projection process is performed. By performing correlation calculation using the subsequent signal waveforms (FIGS. 4A and 4B), the overlay deviation amount L can be accurately obtained. That is, the measurement error due to the rotation error δθ of the inspection image can be kept small.

これに対し、基板11における重ね合わせマーク11Aの反射率の不均一が大きく、測定枠51〜54(図5(b))の中で、直線部42,44および/または直線部46,48の測定方向の明暗変化のコントラスト差が大きければ、このコントラスト差を反映して回転誤差δθによる測定誤差も大きくなる。
例えば、測定枠51,52の中で直線部42,44の測定方向の明暗変化は図7と同様にコントラスト差が非常に小さく、測定枠53,54の中で直線部46,48の測定方向の明暗変化においてコントラスト差が大きい場合を考える。
On the other hand, the nonuniformity of the reflectance of the overlay mark 11A on the substrate 11 is large, and the straight portions 42 and 44 and / or the straight portions 46 and 48 in the measurement frames 51 to 54 (FIG. 5B). If the contrast difference between light and dark changes in the measurement direction is large, the measurement error due to the rotation error δθ also increases reflecting this contrast difference.
For example, the contrast change in the measurement direction of the straight portions 42 and 44 in the measurement frames 51 and 52 has a very small difference in contrast as in FIG. 7, and the measurement direction of the straight portions 46 and 48 in the measurement frames 53 and 54. Let us consider a case where the contrast difference is large in the light-dark change.

この場合、測定枠53,54の中の直線部46,48の測定方向の明暗変化は、図5(c)に示す非測定方向の位置y1〜y3ごとに、例えば図8に示すようになる。図8において、各位置y1〜y3の明暗変化は、直線部46,48の傾き(回転誤差δθ)を反映して測定方向にシフトし(位置x1〜x3)、そのコントラストCO(y1)〜CO(y3)は大きく異なっている。 In this case, the change in brightness in the measurement direction of the straight portions 46 and 48 in the measurement frames 53 and 54 is, for example, as shown in FIG. 8 for each position y 1 to y 3 in the non-measurement direction shown in FIG. become. In FIG. 8, the change in brightness at each of the positions y 1 to y 3 is shifted in the measurement direction (positions x 1 to x 3 ) reflecting the inclination (rotation error δθ) of the straight portions 46 and 48, and the contrast C O (y 1 ) to C O (y 3 ) are greatly different.

このような明暗変化(図8)をそのまま非測定方向に積算し(プロジェクション処理)、信号波形(図4(b)の信号波形32L,32Rと同様)を生成すると、得られた信号波形は左右非対称になり、この信号波形から相関演算などによって求めた重心位置C2は、測定枠53,54の中心(位置y2)における明暗変化を仮の信号波形として同様に求めた重心位置C2(y2)とは一致しなくなる。 When such light-dark changes (FIG. 8) are integrated in the non-measurement direction as they are (projection processing) to generate signal waveforms (similar to the signal waveforms 32L and 32R in FIG. 4B), the obtained signal waveforms are left and right. becomes asymmetric, the center-of-gravity position C 2 as determined by such a correlation calculation from the signal waveform, the center of gravity was determined in the same manner the light-dark change in the central (position y 2) of the measurement area 53 as the temporary signal waveform position C 2 ( y 2 ) no longer matches.

つまり、プロジェクション処理による積算後の信号波形から求めた重心位置C2は、測定枠53,54の中心(位置y2)から外れた位置(例えば位置y3)における明暗変化を仮の信号波形として同様に求めた重心位置C2(y3)に一致することになる。
したがって、上記のように、測定枠51,52の中で直線部42,44の測定方向の明暗変化のコントラスト差は小さい(図7)とすれば、図8における測定枠53,54の中心(位置y2)における明暗変化を仮の信号波形として求めた重心位置C2(y2)と、測定枠53,54の中心(位置y2)から外れた位置(例えば位置y3)における明暗変化を仮の信号波形として求めた重心位置C2(y3)との差δx(=C2(y3)−C2(y2))が、重ね合わせずれ量Lの誤差(以下「測定誤差δx」)となる。
That is, the barycentric position C 2 obtained from the signal waveform after the integration by the projection processing uses a change in light and dark at a position (eg, position y 3 ) deviated from the center (position y 2 ) of the measurement frames 53 and 54 as a temporary signal waveform. Similarly, it coincides with the obtained center-of-gravity position C 2 (y 3 ).
Therefore, as described above, if the contrast difference of the change in brightness in the measurement direction of the linear portions 42 and 44 in the measurement frames 51 and 52 is small (FIG. 7), the center of the measurement frames 53 and 54 in FIG. The center-of-gravity position C 2 (y 2 ) obtained from the change in brightness at the position y 2 ) as a tentative signal waveform, and the change in brightness at a position (for example, position y 3 ) deviated from the center (position y 2 ) of the measurement frames 53 and 54. Is a difference δx (= C 2 (y 3 ) −C 2 (y 2 )) from the center of gravity position C 2 (y 3 ) obtained as a temporary signal waveform is an error of overlay deviation L (hereinafter referred to as “measurement error”). δx ”).

なお、検査用の画像(図5(a))において直線部41〜48が高コントラストであれば、測定枠51〜58の中でのコントラスト差が相対的に小さくなり、測定誤差δxは小さくなる。逆に、直線部41〜48が低コントラストであれば、上記のコントラスト差が相対的に大きくなり、測定誤差δxも大きくなってしまう。このように、各マークの直線部におけるコントラストの表れ方の違いによって不確定性のある誤差要因となりうる。   If the linear portions 41 to 48 have a high contrast in the inspection image (FIG. 5A), the contrast difference in the measurement frames 51 to 58 is relatively small, and the measurement error δx is small. . On the contrary, if the linear portions 41 to 48 are low contrast, the contrast difference is relatively large, and the measurement error δx is also large. As described above, the difference in contrast in the straight line portion of each mark can cause an uncertain error factor.

ここで、ITRS2004年版(International Technology Roadmap for Semiconductors 2004 Edition)は、2007年量産開始と目されるハーフピッチ65nmに対する総合測定精度(TMU)として2.3nmを要求している。この場合、総合測定精度(TMU)は次式(1)のように定義され、重ね合わせ測定装置10に求められる機差は1nm以下である。   Here, the ITRS 2004 edition (International Technology Roadmap for Semiconductors 2004 Edition) requires 2.3 nm as total measurement accuracy (TMU) for a half pitch of 65 nm, which is expected to start mass production in 2007. In this case, the total measurement accuracy (TMU) is defined as the following equation (1), and the machine difference required for the overlay measurement apparatus 10 is 1 nm or less.

Figure 0004957027
本実施形態の重ね合わせ測定装置10では、上記のような測定誤差δxを低減して正確に(つまり機差1nm以下で)重ね合わせずれ量Lを求めるために、次のような手順で検査用の画像(図5(a))を処理する。ここでも、x軸方向を測定方向とする例で説明する。
Figure 0004957027
In the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment, in order to accurately determine the overlay error L by reducing the measurement error δx as described above (that is, with a machine difference of 1 nm or less), the overlay measurement apparatus 10 is used for inspection in the following procedure. The image (FIG. 5A) is processed. Here again, an example in which the x-axis direction is the measurement direction will be described.

また、検査用の画像(図5(a))に現れたレジストマーク31の直線部41〜44のうち、測定方向(x軸方向)と交差する直線部42,44は、測定枠51,52(図5(b))の中でのコントラスト差が非常に小さいとする。
この場合は、図3(a)の画像を用いて説明した手順と同様に、直線部42,44の異なる複数の箇所の各々で測定方向の明暗変化を抽出して(図7参照)、この明暗変化を非測定方向に積算し(プロジェクション処理)、レジストマーク31の信号波形(図4(a))を生成する。
Of the straight portions 41 to 44 of the registration mark 31 that appear in the inspection image (FIG. 5A), the straight portions 42 and 44 that intersect the measurement direction (x-axis direction) are the measurement frames 51 and 52. Assume that the contrast difference in FIG. 5B is very small.
In this case, similar to the procedure described using the image of FIG. 3A, the change in brightness in the measurement direction is extracted at each of a plurality of different portions of the linear portions 42 and 44 (see FIG. 7). The change in brightness is integrated in the non-measurement direction (projection process), and the signal waveform of the registration mark 31 (FIG. 4A) is generated.

そして、検査用の画像(図5(a))に現れた下地マーク32の直線部45〜48のうち、測定方向(x軸方向)と交差する直線部46,48は、測定枠53,54(図5(b))の中でのコントラスト差が大きいとする。この場合には、図3(a)の画像を用いて説明した手順で下地マーク32の信号波形(図4(b))を生成すると、上記の測定誤差δxが大きくなってしまう。   Of the straight portions 45 to 48 of the base mark 32 that appear in the inspection image (FIG. 5A), the straight portions 46 and 48 that intersect the measurement direction (x-axis direction) are the measurement frames 53 and 54. It is assumed that the contrast difference in FIG. 5B is large. In this case, if the signal waveform (FIG. 4B) of the ground mark 32 is generated by the procedure described using the image of FIG. 3A, the measurement error δx becomes large.

このため、本実施形態の重ね合わせ測定装置10では、直線部46,48の異なる複数の箇所の各々で(例えば各走査線ごとに)測定方向の明暗変化を抽出し(図8参照)、各々の明暗変化のコントラスト(CO(y1)〜CO(y3)など)を算出する。なお、コントラストは、明暗変化の最高階調値と最小階調値との差に等しい。
次に、算出した各々のコントラスト(CO(y1)〜CO(y3)など)から平均値Caveを求め、この平均値Caveを用いて、抽出した各々の明暗変化(図8)の階調値をCave/CO(y)倍する。その結果、各々の明暗変化(図8)は、図9に示すような一定のコントラスト(=平均値Cave)の明暗変化に変換される。
For this reason, in the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment, the change in brightness in the measurement direction is extracted at each of a plurality of different locations of the straight portions 46 and 48 (for example, for each scanning line) (see FIG. 8). The contrast (C O (y 1 ) to C O (y 3 ) etc.) is calculated. The contrast is equal to the difference between the maximum gradation value and the minimum gradation value of the change in brightness.
Next, an average value Cave is obtained from each calculated contrast (C O (y 1 ) to C O (y 3 ), etc.), and using this average value Cave, each of the extracted light-dark changes (FIG. 8) is obtained. The gradation value is multiplied by Cave / C O (y). As a result, each change in brightness (FIG. 8) is converted into a change in brightness with a constant contrast (= average value Cave) as shown in FIG.

そして、このようにして各明暗変化のコントラストを互いに揃えた後(図8→図9)、得られた一定のコントラスト(=平均値Cave)の明暗変化を非測定方向に積算して(プロジェクション処理)、下地マーク32の信号波形(図4(b))を生成する。
したがって、レジストマーク31と下地マーク32の各信号波形(図4(a),(b))から相関演算などにより求めた重心位置C1,C2は、共に、測定枠51〜54の中心(すなわち図5(c),図7(a)の位置y2)における明暗変化を仮の信号波形として同様に求めた重心位置C1(y2),C2(y2)に一致することになる。
Then, after the contrasts of the respective light / dark changes are aligned with each other (FIG. 8 → FIG. 9), the obtained light / dark changes of the constant contrast (= average value Cave) are integrated in the non-measurement direction (projection processing). ), A signal waveform of the base mark 32 (FIG. 4B) is generated.
Therefore, the center-of-gravity positions C 1 and C 2 obtained from the respective signal waveforms (FIGS. 4A and 4B) of the registration mark 31 and the base mark 32 by the correlation calculation or the like are both the centers of the measurement frames 51 to 54 ( In other words, the change in brightness at the position y 2 ) in FIGS. 5C and 7A coincides with the center-of-gravity positions C 1 (y 2 ) and C 2 (y 2 ) obtained similarly as temporary signal waveforms. Become.

このため、プロジェクション処理による信号ノイズの低減を行う場合でも、検査用の画像(図5(a))から選択した直線部41〜48の傾き(回転誤差δθ)やコントラストの不均一に影響されず、正確に重ね合わせずれ量Lを求めることができる。
つまり、本実施形態の重ね合わせ測定装置10では、上記の手順で検査用の画像(図5(a))を処理するため、回転誤差δθによる測定誤差δxを低減して正確に(つまり機差1nm以下で)重ね合わせずれ量Lを求めることができる。その結果、測定値である重ね合わせずれ量Lの信頼性が高まり、半導体製造における歩留まりの向上に資する。
For this reason, even when the signal noise is reduced by the projection processing, it is not affected by the inclination (rotation error δθ) of the linear portions 41 to 48 selected from the inspection image (FIG. 5A) and non-uniform contrast. Thus, the overlay deviation amount L can be obtained accurately.
That is, in the overlay measurement apparatus 10 of the present embodiment, the inspection image (FIG. 5A) is processed by the above-described procedure, so that the measurement error δx due to the rotation error δθ is reduced and accurately (that is, machine difference). The overlay deviation amount L can be determined (below 1 nm). As a result, the reliability of the overlay deviation amount L, which is a measured value, is increased, which contributes to an improvement in yield in semiconductor manufacturing.

なお、上記した第1実施形態では、検査用の画像(図5(a))に現れたレジストマーク31の直線部42,44のコントラスト差が非常に小さい場合(図7)を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。この直線部42,44のコントラスト差が大きい場合には、直線部42,44から抽出した測定方向の各明暗変化についてもコントラストを互いに揃える処理(図8→図9)を行い、その後、プロジェクション処理による積算を行って信号波形(図4(a))を生成すればよい。   In the first embodiment described above, the case where the contrast difference between the linear portions 42 and 44 of the registration mark 31 appearing in the inspection image (FIG. 5A) is very small (FIG. 7) has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. When the contrast difference between the linear portions 42 and 44 is large, processing for aligning the contrast with each other for each change in brightness in the measurement direction extracted from the linear portions 42 and 44 (FIG. 8 → FIG. 9) is performed, and then the projection processing is performed. The signal waveform (FIG. 4A) may be generated by performing integration according to the above.

さらに、レジストマーク31の直線部42,44のコントラスト差が大きく、逆に、下地マーク32の直線部46,48のコントラスト差が小さい場合にも、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
また、各明暗変化のコントラストを互いに揃える処理(図8→図9)は、検査用の画像(図5(a))から抽出した明暗変化そのものに対して個別に行ってもよいが、この方法に限定されない。例えば、各測定枠を非測定方向の位置が異なる複数の領域に分割し、分割領域内の複数の隣接する明暗変化を積算した後で、各分割領域の明暗変化ごとに、コントラストを互いに揃える処理(図8→図9)を行ってもよい。
Further, when the contrast difference between the linear portions 42 and 44 of the registration mark 31 is large and conversely the contrast difference between the linear portions 46 and 48 of the base mark 32 is small, the same effect can be obtained by applying the present invention. Can do.
Further, the process of aligning the contrast of each light / dark change (FIG. 8 → FIG. 9) may be performed individually for the light / dark change itself extracted from the inspection image (FIG. 5 (a)). It is not limited to. For example, after dividing each measurement frame into multiple areas with different positions in the non-measurement direction, integrating multiple adjacent light and dark changes in the divided areas, and aligning the contrast with each other for each light and dark change in each divided area (FIG. 8 → FIG. 9) may be performed.

(第2実施形態)
ここでは、第1実施形態で説明したコントラストの均一化(図8→図9)を行わずに、次のような手順で検査用の画像(図5(a))を処理する。ここでも、x軸方向を測定方向とする例で説明する。
検査用の画像(図5(a))に現れたレジストマーク31の直線部41〜44のうち、測定方向(x軸方向)と交差する直線部42,44から、測定方向の明暗変化を複数抽出し(例えば図7参照)、この明暗変化を非測定方向に積算して(プロジェクション処理)、レジストマーク31の信号波形(図4(a))を生成する。
(Second Embodiment)
Here, the inspection image (FIG. 5A) is processed in the following procedure without performing the uniform contrast (FIG. 8 → FIG. 9) described in the first embodiment. Here again, an example in which the x-axis direction is the measurement direction will be described.
Among the straight line portions 41 to 44 of the registration mark 31 appearing in the inspection image (FIG. 5A), a plurality of brightness changes in the measurement direction are obtained from the straight line portions 42 and 44 intersecting the measurement direction (x-axis direction). Extraction is performed (see, for example, FIG. 7), and this light / dark change is integrated in the non-measurement direction (projection processing) to generate a signal waveform of the registration mark 31 (FIG. 4A).

同様に、検査用の画像(図5(a))に現れた下地マーク32の直線部45〜48のうち、測定方向(x軸方向)と交差する直線部46,48から、測定方向の明暗変化を複数抽出し(例えば図8参照)、この明暗変化を非測定方向に積算して(プロジェクション処理)、下地マーク32の信号波形(図4(b))を生成する。
そして、レジストマーク31と下地マーク32の各信号波形(図4(a),(b))から相関演算などにより求めた重心位置C1,C2を用いて、測定誤差δx(図8)を含む重ね合わせずれ量Lを算出する。
Similarly, from the straight line portions 45 to 48 of the ground mark 32 appearing in the inspection image (FIG. 5A), from the straight line portions 46 and 48 intersecting the measurement direction (x-axis direction), the brightness in the measurement direction is dark and dark. A plurality of changes are extracted (see, for example, FIG. 8), and this light / dark change is integrated in the non-measurement direction (projection processing) to generate a signal waveform (FIG. 4B) of the background mark 32.
Then, the measurement error δx (FIG. 8) is obtained by using the gravity center positions C 1 and C 2 obtained from the respective signal waveforms (FIGS. 4A and 4B) of the registration mark 31 and the base mark 32 by correlation calculation or the like. The overlay deviation amount L is calculated.

次に、重ね合わせずれ量Lに含まれる測定誤差δx(図8)の加減算を行うため、レジストマーク31の直線部42,44から抽出した各明暗変化のコントラスト(例えば図7のCi(y4),Ci(y2),Ci(y5)など)を算出する。同様に、下地マーク32の直線部46,48から抽出した各明暗変化のコントラスト(例えば図8のCO(y1)〜CO(y3)など)も算出する。算出したコントラストは、非測定方向における明暗変化の位置情報(y1〜y5など)と共に不図示のメモリに保存される。位置情報(y1〜y5など)は、例えば各走査線のアドレスなどである。 Next, in order to perform addition / subtraction of the measurement error δx (FIG. 8) included in the overlay deviation amount L, the contrast of each brightness change extracted from the linear portions 42 and 44 of the registration mark 31 (for example, C i (y in FIG. 7). 4 ), C i (y 2 ), C i (y 5 ), etc.) are calculated. Similarly, contrasts (for example, C O (y 1 ) to C O (y 3 ) in FIG. 8) extracted from the linear portions 46 and 48 of the background mark 32 are also calculated. The calculated contrast is stored in a memory (not shown) together with position information (y 1 to y 5, etc.) of the brightness change in the non-measurement direction. The position information (y 1 to y 5 etc.) is, for example, the address of each scanning line.

また、測定誤差δx(図8)の加減算を行うために、次のような計算式(2)を用意する。   Further, in order to perform addition / subtraction of the measurement error δx (FIG. 8), the following calculation formula (2) is prepared.

Figure 0004957027
計算式(2)は、加減算用の補正係数としての測定誤差δxを算出するための一次近似式であり、検査用の画像(図5(a))の回転誤差δθをパラメータとして含んでいる。回転誤差δθは、上記したように、カメラ26の傾き角と等しい。このため、予め測定を行い、装置パラメータとして登録することができる。回転誤差δθの測定には、市販の(例えばコグネックス社製など)の画像解析ソフトを用いればよい。
Figure 0004957027
The calculation formula (2) is a linear approximation formula for calculating the measurement error δx as a correction coefficient for addition and subtraction, and includes the rotation error δθ of the inspection image (FIG. 5A) as a parameter. The rotation error δθ is equal to the tilt angle of the camera 26 as described above. For this reason, it can measure beforehand and can register as an apparatus parameter. For measurement of the rotation error δθ, commercially available image analysis software (for example, manufactured by Cognex Corporation) may be used.

また、計算式(2)は、右辺の第1項が内側のレジストマーク31に起因する誤差成分、第2項が外側の下地マーク32に起因する誤差成分を表している。さらに、これらの各項は、例えば各走査線(非測定方向の各位置)ごとに、各マークの直線部が回転誤差δθに伴って測定方向にシフトする量(y・δθ)を、コントラストCi(y),CO(y)で重み付けして求めた平均値を意味している。 In the calculation formula (2), the first term on the right side represents an error component caused by the inner registration mark 31, and the second term represents an error component caused by the outer base mark 32. Further, each of these terms indicates, for each scanning line (each position in the non-measurement direction), an amount (y · δθ) by which the linear portion of each mark shifts in the measurement direction with the rotation error δθ, and contrast C It means an average value obtained by weighting with i (y) and C O (y).

本実施形態では、このような計算式(2)にしたがって、検査用の画像(図5(a))から求めたレジストマーク31に関わるコントラストCi(y)と、非測定方向の位置情報(y)と、回転誤差δθとの積(Ci(y)・y・δθ)を算出し、これを測定枠51,52の中で積算した後、得られた積算値をコントラストCi(y)の積算値で除算することによって、第1項のレジストマーク31に起因する誤差成分を算出する。 In the present embodiment, according to the calculation formula (2), the contrast C i (y) related to the registration mark 31 obtained from the inspection image (FIG. 5A) and the position information in the non-measurement direction ( y) and the rotation error δθ (C i (y) · y · δθ) are calculated, integrated in the measurement frames 51 and 52, and the obtained integrated value is used as the contrast C i (y The error component due to the registration mark 31 of the first term is calculated.

同様に、画像(図5(a))から求めた下地マーク32に関わるコントラストCO(y)と、を非測定方向の位置情報(y)と、回転誤差δθとの積(CO(y)・y・δθ)を算出し、これを測定枠53,54の中で積算した後、得られた積算値をコントラストCO(y)の積算値で除算することによって、第2項の下地マーク32に起因する誤差成分を算出する。
さらに、レジストマーク31に起因する誤差成分(第1項)と、下地マーク32に起因する誤差成分(第2項)との差を求め、加減算用の補正係数としての測定誤差δxを算出する。
Similarly, the contrast C O (y) related to the background mark 32 obtained from the image (FIG. 5A) is calculated by multiplying the position information (y) in the non-measurement direction by the rotation error δθ (C O (y ) · Y · δθ) is calculated and integrated in the measurement frames 53 and 54, and then the obtained integrated value is divided by the integrated value of the contrast C O (y) to obtain the background of the second term. An error component caused by the mark 32 is calculated.
Further, a difference between the error component (first term) caused by the registration mark 31 and the error component (second term) caused by the background mark 32 is obtained, and a measurement error δx as a correction coefficient for addition / subtraction is calculated.

そして最後に、この補正係数を用いて、上記したコントラストの均一化(図8→図9)を行わずに算出した重ね合わせずれ量Lに含まれる測定誤差δx(図8)の加減算を行い、重ね合わせずれ量Lを補正する。
したがって、プロジェクション処理による信号ノイズの低減を行う場合でも、検査用の画像(図5(a))から選択した直線部41〜48の傾き(回転誤差δθ)やコントラストの不均一に影響されず、正確に重ね合わせずれ量Lを求めることができる。
Finally, using this correction coefficient, the measurement error δx (FIG. 8) included in the overlay deviation amount L calculated without performing the above-described contrast uniformity (FIG. 8 → FIG. 9) is added and subtracted. The overlay deviation amount L is corrected.
Therefore, even when the signal noise is reduced by the projection processing, it is not affected by the inclination (rotation error δθ) of the linear portions 41 to 48 selected from the inspection image (FIG. 5A) and the non-uniformity of the contrast. The overlay deviation amount L can be accurately obtained.

つまり、本実施形態でも、回転誤差δθによる測定誤差δxを低減して正確に(つまり機差1nm以下で)重ね合わせずれ量Lを求めることができる。その結果、測定値である重ね合わせずれ量Lの信頼性が高まり、半導体製造における歩留まりの向上に資する。
なお、上記した第2実施形態では、計算式(2)のパラメータである回転誤差δθを市販の画像解析ソフトによって予め測定する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図10に示す通り、画像の直線部46,48において、非測定方向の異なる位置に、一対の測定枠53A,54Aと測定枠53B,54Bとを設定し、両者の間隔δyに応じた既知の間隔δxと、測定枠53A,54Aから抽出した明暗変化のコントラストCi(y)と、測定枠53B,54Bから抽出した明暗変化のコントラストCO(y)などを、計算式(2)にしたがって計算することで、回転誤差δθを求めてもよい。この回転誤差δθは予め装置パラメータとして登録することも可能であるが、検査用の画像を取り込むごとに計算しても構わない。
That is, also in this embodiment, it is possible to reduce the measurement error δx due to the rotation error δθ and accurately obtain the overlay deviation amount L (that is, with a machine difference of 1 nm or less). As a result, the reliability of the overlay deviation amount L, which is a measured value, is increased, which contributes to an improvement in yield in semiconductor manufacturing.
In the second embodiment described above, the rotation error δθ, which is the parameter of the calculation formula (2), has been described as an example of measuring in advance using commercially available image analysis software. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10, a pair of measurement frames 53A and 54A and measurement frames 53B and 54B are set at different positions in the non-measurement direction in the straight line portions 46 and 48 of the image, and known according to the interval δy between them. , The contrast C i (y) of the light and dark changes extracted from the measurement frames 53A and 54A, the contrast C O (y) of the light and dark changes extracted from the measurement frames 53B and 54B, and the like in the calculation formula (2). Therefore, the rotation error δθ may be obtained by calculation. The rotation error δθ can be registered in advance as an apparatus parameter, but may be calculated every time an inspection image is captured.

また、上記した第2実施形態では、計算式(2)のパラメータとして画像の回転誤差δθを用いたが、本発明はこれに限定されない。レジストマーク31と下地マーク32とで各直線部の傾きが異なる場合には、右辺の第1項のδθとしてレジストマーク31の直線部の傾き角を用い、第2項のδθとして下地マーク32の直線部の傾き角を用いればよい。レジストマーク31も下地マーク32も同じ露光装置を使って形成するため、通常は共通のδθを用いればよいが、形成するタイミングがずれているため異なるδθを用いる方が適切な場合もあり得る。   In the second embodiment described above, the rotation error δθ of the image is used as the parameter of the calculation formula (2), but the present invention is not limited to this. When the inclination of each straight line portion differs between the registration mark 31 and the ground mark 32, the inclination angle of the straight line portion of the registration mark 31 is used as δθ of the first term on the right side, and the ground mark 32 of the ground mark 32 is denoted as δθ of the second term. The inclination angle of the straight line portion may be used. Since both the registration mark 31 and the base mark 32 are formed using the same exposure apparatus, a common δθ may be normally used. However, it may be appropriate to use a different δθ because the formation timing is shifted.

重ね合わせ測定装置10の全体構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of an overlay measurement apparatus 10. 重ね合わせマーク11Aの構成(a),(b)を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the configuration (a), (b) of the overlay mark 11A. 検査用の画像に現れた直線部41〜48(a)と、これに設定する測定枠51〜58(b),(c)を説明する図である。It is a figure explaining the linear parts 41-48 (a) which appeared in the image for a test | inspection, and the measurement frames 51-58 (b), (c) set to this. プロジェクション処理による積算後の信号波形を説明する図である。It is a figure explaining the signal waveform after integration by projection processing. 検査用の画像の回転誤差δθと座標軸(x軸,y軸)に対する直線部41〜48の傾きを説明する図である。It is a figure explaining the rotation error (delta) theta of the image for a test | inspection, and the inclination of the linear parts 41-48 with respect to a coordinate axis (x axis, y axis). 測定枠53,54の中の直線部46,48の測定方向の明暗変化を説明する図である(コントラスト差が小さい場合)。It is a figure explaining the light-dark change of the measurement direction of the linear parts 46 and 48 in the measurement frames 53 and 54 (when contrast difference is small). 測定枠51,52の中の直線部42,44の測定方向の明暗変化を説明する図である(コントラスト差が小さい場合)。It is a figure explaining the light-dark change of the measurement direction of the linear parts 42 and 44 in the measurement frames 51 and 52 (when contrast difference is small). 測定枠53,54の中の直線部46,48の測定方向の明暗変化を説明する図である(コントラスト差が大きい場合)。It is a figure explaining the light-dark change of the measurement direction of the linear parts 46 and 48 in the measurement frames 53 and 54 (when a contrast difference is large). 各明暗変化のコントラストを互いに揃えた後の状態を説明する図である。It is a figure explaining the state after aligning the contrast of each brightness change mutually. 回転誤差δθの求め方の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of how to obtain | require rotation error (delta) (theta).

符号の説明Explanation of symbols

10 重ね合わせ測定装置 ; 11 基板 ; 13〜19 照明光学系 ;
18〜25 結像光学系 ; 26 CCDカメラ ; 27 制御部 ; 31 レジストマーク ;
32 下地マーク ; 41〜48 直線部 ; 51〜58 測定枠 ;
31L,31R,32L,32R プロジェクション処理後の信号波形
10 overlay measurement apparatus; 11 substrate; 13-19 illumination optical system;
18-25 imaging optical system; 26 CCD camera; 27 control unit; 31 registration mark;
32 ground mark; 41 to 48 linear portion; 51 to 58 measurement frame;
31L, 31R, 32L, 32R Signal waveforms after projection processing

Claims (10)

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取込手段と、
前記画像に現れた前記第1マークの直線部のうち、予め定めた測定方向と交差する第1直線部に基づいて、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第1信号波形として生成する第1処理手段と、
前記画像に現れた前記第2マークの直線部のうち、前記測定方向と交差する第2直線部に基づいて、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第2信号波形として生成する第2処理手段と、
前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて、前記第1マークと前記第2マークとの前記測定方向における重ね合わせずれ量を求める第3処理手段とを備え、
前記第1処理手段は、前記第1直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化を前記測定方向と垂直な方向に積算することで、前記第1信号波形を生成し、
前記第2処理手段は、前記第2直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化のコントラストを互いに揃えた後、該明暗変化を前記垂直な方向に積算することで、前記第2信号波形を生成する
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。
Capture means for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate;
Based on the first straight line portion that intersects the predetermined measurement direction among the straight line portions of the first mark that appear in the image, a signal related to the change in brightness when the first straight line portion is crossed in the measurement direction. First processing means for generating a waveform as a first signal waveform;
Based on a second straight line portion that intersects the measurement direction among the straight line portions of the second mark appearing in the image, a signal waveform related to a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction is obtained. Second processing means for generating a second signal waveform;
Using the first signal waveform and the second signal waveform, a third processing means for obtaining an overlay deviation amount in the measurement direction between the first mark and the second mark,
The first processing means extracts a light / dark change when the first straight part is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations on the first straight part, and the light / dark change is perpendicular to the measurement direction. The first signal waveform is generated by integrating in a different direction,
The second processing unit extracts a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations of the second straight line portion, and matches the contrast of the light-dark change to each other. Then, the second signal waveform is generated by integrating the change in brightness in the vertical direction.
請求項1に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to claim 1,
前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記明暗変化のコントラストの大きさを判断し、前記判断に基づいて、前記明暗変化のコントラストを揃えるか否かを判断することを特徴とする重ね合わせ測定装置。The second processing means determines a contrast magnitude of the light / dark change of the second straight line portion, and determines whether or not to match the contrast of the light / dark change based on the determination. Combined measuring device.
請求項2に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to claim 2,
前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記複数の箇所のコントラストを平均値に揃えることを特徴とする重ね合わせ測定装置。The overlay measuring apparatus, wherein the second processing means aligns the contrast of the plurality of portions of the second straight line portion with an average value.
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取込手段と、Capture means for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate;
前記画像に現れた前記第1マークの直線部のうち、予め定めた測定方向と交差する第1直線部に基づいて、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第1信号波形として生成する第1処理手段と、Based on the first straight line portion that intersects the predetermined measurement direction among the straight line portions of the first mark that appear in the image, a signal related to the change in brightness when the first straight line portion is crossed in the measurement direction. First processing means for generating a waveform as a first signal waveform;
前記画像に現れた前記第2マークの直線部のうち、前記測定方向と交差する第2直線部に基づいて、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第2信号波形として生成する第2処理手段と、Based on a second straight line portion that intersects the measurement direction among the straight line portions of the second mark appearing in the image, a signal waveform related to a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction is obtained. Second processing means for generating a second signal waveform;
前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて、前記第1マークと前記第2マークとの前記測定方向における重ね合わせずれ量を求める第3処理手段とを備え、Using the first signal waveform and the second signal waveform, a third processing means for obtaining an overlay deviation amount in the measurement direction between the first mark and the second mark,
前記第1処理手段は、前記第1直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化のコントラストを互いに揃えた後、該明暗変化を前記測定方向と垂直な方向に積算することで、前記第1信号波形を生成し、The first processing means extracts a light / dark change when the first straight portion is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations of the first straight portion, and matches the contrast of the light / dark change to each other. Then, the first signal waveform is generated by integrating the change in brightness in a direction perpendicular to the measurement direction,
前記第2処理手段は、前記第2直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化のコントラストを互いに揃えた後、該明暗変化を前記垂直な方向に積算することで、前記第2信号波形を生成するThe second processing unit extracts a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations of the second straight line portion, and matches the contrast of the light-dark change to each other. Thereafter, the second signal waveform is generated by integrating the change in brightness in the vertical direction.
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。An overlay measuring apparatus characterized by that.
請求項4に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to claim 4,
前記第1処理手段は、前記第1直線部の前記明暗変化のコントラストの大きさを判断し、前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記明暗変化のコントラストの大きさを判断し、前記第1、第2処理手段の判断に基づいて、前記第1、前記第2直線部の明暗変化のコントラストを揃えるか否かを判断することを特徴とする重ね合わせ測定装置。The first processing means determines the contrast magnitude of the brightness change of the first straight line portion, the second processing means determines the contrast strength of the brightness change of the second straight line portion, An overlay measuring apparatus that determines whether or not the contrasts of light and dark changes in the first and second straight line portions are made uniform based on the determination of the first and second processing means.
請求項5に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to claim 5,
前記第1処理手段は、前記第1直線部の前記複数の箇所のコントラストを平均値に揃え、前記第2処理手段は、前記第2直線部の前記複数の箇所のコントラストを平均値に揃えることを特徴とする重ね合わせ測定装置。The first processing unit aligns the contrast of the plurality of portions of the first straight line portion with an average value, and the second processing unit aligns the contrast of the plurality of portions of the second straight line portion with an average value. An overlay measuring apparatus characterized by the above.
請求項1からから請求項6の何れか1項に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6,
前記第1マークと前記第2マークとの少なくとも一方は、前記第1、第2マークの内で、前記積算する方向にて、コントラストが異なることを特徴とする重ね合わせ測定装置。At least one of the first mark and the second mark has a different contrast in the direction of integration in the first and second marks.
請求項1からから請求項7の何れか1項に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to any one of claims 1 to 7,
前記第1マークと前記第2マークとの少なくとも一方は、前記積算する方向と交差することを特徴とする重ね合わせ測定装置。At least one of the first mark and the second mark intersects the integrating direction, the overlay measuring apparatus.
請求項1からから請求項8の何れか1項に記載の重ね合わせ測定装置において、In the overlay measurement apparatus according to any one of claims 1 to 8,
前記第1、第2直線部の複数の異なる箇所は、前記積算する方向に沿って設定されることを特徴とする重ね合わせ測定装置。A plurality of different portions of the first and second straight line portions are set along the integrating direction, the overlay measurement apparatus.
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取込手段と、Capture means for capturing images of the first mark and the second mark formed on different layers of the substrate;
前記画像に現れた前記第1マークの直線部のうち、予め定めた測定方向と交差する第1直線部に基づいて、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第1信号波形として生成する第1処理手段と、Based on the first straight line portion that intersects the predetermined measurement direction among the straight line portions of the first mark that appear in the image, a signal related to the change in brightness when the first straight line portion is crossed in the measurement direction. First processing means for generating a waveform as a first signal waveform;
前記画像に現れた前記第2マークの直線部のうち、前記測定方向と交差する第2直線部に基づいて、該第2直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化に関わる信号波形を第2信号波形として生成する第2処理手段と、Based on a second straight line portion that intersects the measurement direction among the straight line portions of the second mark appearing in the image, a signal waveform related to a change in brightness when the second straight line portion is crossed in the measurement direction is obtained. Second processing means for generating a second signal waveform;
前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて、前記第1マークと前記第2マークとの前記測定方向における重ね合わせずれ量を求める第3処理手段とを備え、Using the first signal waveform and the second signal waveform, a third processing means for obtaining an overlay deviation amount in the measurement direction between the first mark and the second mark,
前記第1処理手段は、前記第1直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第1直線部を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化を前記測定方向と垂直な方向に積算することで、前記第1信号波形を生成し、The first processing means extracts a light / dark change when the first straight part is crossed in the measurement direction at a plurality of different locations on the first straight part, and the light / dark change is perpendicular to the measurement direction. The first signal waveform is generated by integrating in a different direction,
前記第2処理手段は、前記第2直線部の異なる複数の箇所で、それぞれ、該第2直線部The second processing means includes a plurality of second linear portions at different locations of the second linear portion, respectively.
を前記測定方向に横切ったときの明暗変化を抽出し、該明暗変化を前記垂直な方向に積算することで、前記第2信号波形を生成し、Is extracted in the measurement direction, and the second signal waveform is generated by integrating the change in brightness in the vertical direction,
前記第3処理手段は、前記第1信号波形と前記第2信号波形とを用いて前記重ね合わせずれ量を求めた後、前記第1直線部から抽出された各々の明暗変化のコントラストと前記第2直線部から抽出された各々の明暗変化のコントラストとに基づいて、前記重ね合わせずれ量を補正するThe third processing means obtains the overlay deviation amount using the first signal waveform and the second signal waveform, and then compares each contrast change extracted from the first straight line portion with the first and second contrast waveforms. The overlay deviation amount is corrected based on the contrast of each light and dark change extracted from the two straight line portions.
ことを特徴とする重ね合わせ測定装置。An overlay measuring apparatus characterized by that.
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