JPH01184822A - マスク位置検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造工程におけるマスク形成位置を検
査するマスク位置検査装置に関する。

（従来の技術） 超ＬＳＩ等の半導体製造では、マスク形成工程やエツチ
ング工程、拡散工程等の各プロセスが１回或いは数回繰
返されている。ところで、かかる半導体製造ではマスク
形成時、特に数回マスク形成を繰返す場合にこのマスク
の形成位置がずれていると目的とする半導体回路を製造
できなくなる。このため、マスクが所定位置に形成され
ているかの検査が行われている。この検査は従来作業員
の目視によって行われていたが、定量的な検査でないた
めに作業員の個人差がでる上に作業員の目を酷使すると
いう問題がある。そこで、この検査を自動化した技術が
ある。この技術は第９図に示すように半導体ウェハ（以
下、ウェハと省略する）ｌ上に例えば十字形状の位置検
査用パターン２を各チップ（不図示）に影響を与えない
部位に形成して検査するものである。なお、この位置検
査用パターン２の形成は、第１０図に示すように半導体
基板３上に形成された金属膜４にマスク５が形成される
が、このマスク５の形成と同一工程で位置検査用パター
ン２が形成される。

ところで、この位置検査用パターン２を用いての検査は
レーザスポット光を使用する方法とスリット光を使用す
る方法とに大きく分けられる。先ず、レーザスポット光
を使用する方法は位置検査用パターンにレーザスポット
光を照射し、その散乱光の強度から位置検査用パターン
を検出する方法であり、又スポット光を使用する方法は
スポット光を位置検査用パターンに対して縦横に走査し
てその反射光強度から位置検査用パターンを検出する方
法である。従って、これら方法により位置検査用パター
ンの位置を検出してマスク形成の良否が判定されている
。

ところが、このような位置検査用パターンの位置検出方
法では次のような問題がある。すなわち、レーザスポッ
トを使用する方法では散乱光を受光するための外部光等
のノイズの影響を受けやすく、正確な位置を検出するこ
とが難しい。又、スポット光を使用する方法ではスポッ
ト光を走査する際にスポット光の走査方向を十字の位置
検査用パターンに対して変更しなければならず、かつそ
の走査を機械的に移動しなければらなない。このため、
検出に時間がかかるうえ、オンラインで全ウェハに対し
ての検査には不適当である。

（発明が解決しようとする課＠） 以上のように位置検査用パターンの位置検出方法がある
が、ノイズの影響を受けて正確に検出できるものでなか
ったり、又機械的で時間のかかるものであった。

そこで本発明は、マスクの形成位置を正確にかつ自動的
に検査できる高精度なマスク位置検査装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、半導体基板に対してマスク形成やエツチング
等を行なって半導体回路を製造する際にマスク形成とと
もに半導体基板に形成される位置検査用パターンの形成
位置からマスクの形成位置を検査するマスク位置検査装
置において、位置検査パターンを撮像して得られる画像
データを所定方向で微分処理しこの微分処理で得られる
画像における位置検査用パターンのエツジを横切る領域
で各濃淡レベルを加算処理する微分加算手段と、この微
分加算手段で求められた微分加算データのピーク値を含
む前後の各位を２次式で補間しこの補間により得られる
２次式のピーク値から位置検査用パターンのエツジ位置
を求めるエツジ位置検出手段とを備で上記目的を達成し
ようとするマスク位置検査装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、位置検査パターン
を撮像して得られる画像データに対して微分加算手段は
所定方向で微分処理しこの微分後の画像における位置検
査用パターンのエツジを横切る領域で各濃淡レベルを加
算処理する。そして、この求められた微分加算データは
エツジ位置検出手段に送られ、この手段は微分加算デー
タのピーク値を含む前後の各位を２次式で補間しこの捕
間により得られる２次式のピーク値から位置検査用パタ
ーンのエツジ位置を求める。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図はマスク位置検査装置の構成図である。

ウェハ１はＸＹθテーブル１０上に吸菅されており、こ
のＸＹθテーブルによってＸＹ及びθ方向に対して移動
されるようになっている。なお、ＸＹθテーブル１０は
Ｘテーブル１１、Ｙテーブル１２及びθテーブル１３か
ら構成されている。

このＸＹθテーブル１゛０の上方には光学顕微鏡１４が
設けられている。この光学顕微鏡１４はレンズ切換部１
５によって倍率を変えるための各対物レンズ１６．１６
等が切換えられ、かつ矢印（イ）方向に移動する機能を
有している。又、この光学顕微鏡１４は自動焦点調節機
構を備えている。なお、１７は照明装置である。この光
学顕微鏡１４にはＩＴＶ（工業用テレビジョン）カメラ
１８が設けられ、各対物レンズ１６を通して拡大された
像を撮像してその画像信号を出力するものとなっている
。この画像信号はＡ／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変
換器１８でディジタル画像信号に変換されて情報処理装
置２０の画像メモリ２１に画像データとして記憶される
ようになっている。

この情報処理装置２０は画像メモリ２１に記憶された画
像データを画像処理して位置検査用パターン２の位置を
検出してマスク形成位置の判定を行なう機能を持ったも
のである。具体的な構成は、主制御部２２に対して微分
加算部２３、エツジ位置検出部２４、パターン位置算出
部２５、マスク位置判定部２６、データメモリ２７さら
にはテーブル制御部２８及び光学系制御部２９を接続し
たものとなっている。微分加算部２３は画像メモリ２１
に記憶されている画像データを受けてこのデータを所定
方向に微分処理し、この後にこの微分処理した画像デー
タにおける位置検査用パターンのエツジ部を横切る領域
で位置検査用パターンのエツジ部の長平方向に各濃淡レ
ベルを加算する機能を持ったものである。エツジ位置検
出部２４は微分加算部２３で求められた微分加算データ
のピーク値を検出してこのピーク値を含む前後の各位を
２次式で補間し、この補間によって得られた２次式のピ
ーク値から位置検査用パターンのエツジ位置を求める機
能を持ったものである。パターン位置算出部２５はエツ
ジ位置検査部２４で求められた各エツジ位置データから
位置検査用パターン全体のエツジ位置を求める機能を持
ったものであり、マスク位置判定部２６はパターン位置
算出部２５で求められた位置検査用パターンの各エツジ
位置からマスク形成位置の良否を判定する機能を持った
ものである。又、テーブル制御部２８はＸＹθテーブル
１０に移動制御信号を送出してＸＹθの各テーブル１１
，１２．１３を駆動させる機能を持ったものであり、光
学系制御部２９は光学顕微鏡１４のレンズ切換部１５に
レンズ切換信号を送出するとともに光学顕微鏡１４を矢
印（イ）方向に移動させる移動ｍＩＪ御信号を送出する
機能を有している。

次に上記の如く構成された装置の作用について第２図に
示すマスク位置判定フローチャートに従って説明する。

ステップｓ１において主制御部２２は光学系制御部２９
に対して低倍率の指令を発する。この指令を受けて光学
系制御部２９はレンズ切換部１５に対して低倍率のレン
ズ切換信号を送出する。これにより、低倍率の対物レン
ズ１６に切換わってその対物レンズ１６がＩＴＶカメラ
１８の光軸にセットされる。又、ステップＳ２において
光学顕微鏡１４は自動焦点合せ機能により焦点がウェハ
ｌ上に合せられる。この状態にＩＴＶカメラ１８は低倍
率で拡大されたウェハ１の像を撮像してその画像信号を
出力する。この画像信号はＡ／Ｄ変換器１９でディジタ
ル化されて画像メモリ２１に画像データとして記憶され
る。このように画像データが画像メモリ２１に記憶され
ると、主制御部２２はステップＳ４においてウェハ１の
オリフラ等の位置からウェハ１の回転ずれを求め、この
回転ずれに基づいて回転補正データを作成してテーブル
制御部２８に発する。このテーブル制御部２８はこの回
転補正データを受けてθテーブル１３に対して移動制御
信号を送出する。これによってθテーブル１３が回転駆
動してウェハ１の回転ずれが補正される。

次にステップｓ８に移って主制御部２２は画像データか
ら１つの位置検出用パターン２の位置を認識してＩＴＶ
カメラ１８の視野中心に対するＸＹ力方向ずれを求め、
この各方向のずれに対する位置補正データを作成してテ
ーブル制御部２８に送出する。しかして、テーブル制御
部２８はこの位置補正データを受けてＸＹの各テーブル
１１゜１２に対して移動制御信号を送出する。これによ
ってＸＹの各テーブル１．１．１２が回転駆動してウェ
ハ１のＸＹ力方向各ずれが補正される。この結果、ウェ
ハ１の位置検査用パターン２が撮像装置１８の視野中心
に位置される。

さて、以上のように位置検査用パターン２がＩＴＶカメ
ラ１８の視野中心にセットされると、ステップｓ８に移
って主制御部２２は光学系制御部２９に対して高倍率の
指令を発する。この指令を受けて光学系制御部２９はレ
ンズ切換部１５に対して高倍率のレンズ切換信号を送出
する。これにより、高倍率の対物レンズ１６に切換わっ
てその対物レンズ１６がＩＴＶカメラ１８の光軸にセッ
トされる。そして、ステップｓ９において光学顕微ｔｆ
’ｔ　１４は自動焦点合せ機能により焦点がウェハ１上
に合せられる。この状態にＩＴＶカメラ１８は低倍率で
拡大されたウェハ１の像を撮像してその画像信号を出力
する。この画像信号はＡ／Ｄ変換器１９でディジタル化
されて画像メモリ２１に第３図に示すような画像データ
として記憶される。

ここで、位置検査用パターン２は第１Ｏ図に示すように
十字形状の金属膜４上に形成されている。このように画
像データが画像メモリ２１に記憶されると、主制御部２
２はステップｓｌｌに移ってこの画像データを微分加算
部２３に送る。この微分加算部２３はこの画像データを
第３図に示す如く矢印（ロ）方向に微分処理して第４図
に示すような位置検査用パターン２の各エツジｅｌ−ｅ
６及び金属膜４の各エツジ１１〜ｒ６が現われた画像デ
ータを得る。さらに、この微分加算部２３はこの画像デ
ータに対して十字の位置検査用パターン２の各エツジｃ
４．　ｃ５を横切る領域つまり第５図に示すような加算
用領域Ｑを設定し、この加算用領域Ｑ内において位置検
査用パターン２のエツジｅ４．　ｅ５の方向つまり矢印
（ハ）方向に対して各濃淡レベルを加算する。この結果
、微分加算部２３は第６図に示すような微分加算データ
を得る。なお、この微分加算部２３は位置検査用パター
ン２の別のエツジｅ２．　ｅ３の位置に対して加算用領
域Ｑ゛を設定してその微分加算データを求めるようにし
てもよい。

次に、このように微分加算データが求められると主制御
部２２はステップｓ１２に移って微分加算データをエツ
ジ位置検出部２５に送る。このエツジ位置検出部２５は
微分加算データから位置検査用パターン２の各エツジｅ
４．　ｅ５の間隔り０、Ｌ２を求めるが、この検出方法
は次のようにして行われる。つまり、微分加算データは
加算用領域Ｑの長手方向ｋｌ−に２に対してディジタル
値となっており、そのエツジｅ４．　ｅ５等の部分を示
すと第７図のようにひのピーク値はｘｎとなるが、この
ピーク値ｘｎはディジタル化して幅を持っている。そこ
で、エツジ位置算出部２４は微分加算データの各ピーク
値ｘｎを検出し、これらピーク値ｘｎを含む前後の値を
抽出する。つまり、微分加算データから値ｘｎ−２，ｘ
ｎ−１，ｘｎ、ｘｎ＋１゜ｘｎ　＋２を抽出し、これら
値を２次式％式％ に代入して各係数ａ、ｂ、ｃを求める、つまり２次式で
補間を行なう。そして、求められた各係数により得られ
る２次式から第８図に示すようにこの２次式のピーク値 ｘｐ−−ｂ／２ａ を求める。かくして、エツジ位置検出部２４は加算領域
Ｑ及びＱ′における各位置検査用パターン２の各エツジ
ｅ４．　ｅ５及びｅ２．　ｅ３の位置を求める。

しかして、ステップｓ１３に移って主制御部２２はこの
エツジ位置検出部２４で求められた各エツジｅ４．　ｅ
５の位置をパターン位置算出部２５に渡し、これによっ
てパターン位置算出部２５はこれらエツジｅ４．　ｅ５
の位置から各エツジ位置の間隔Ｌ　１　＋Ｌ２を求める
。そうして、これらエツジ位置の間隔Ｌ１．Ｌ２はマス
ク位置判定部２６に送られ、このマスク位置判定部２６
は位置検査用パタニン２が金属膜４からはみ出ていたり
、又これらエツジ位置の間隔Ｌ１＋Ｌ２の値が大きく異
なっていたり、又加算領域ＱとＱ′とで異なった値を示
していると判断すると、マスク形成位置がずれていると
判定する。なお、これらエツジ位置ｅ４．　ｅ４の各位
はデータメモリ２７に記憶される。

このように上記一実施例においては、画像データ゛に対
して所定方向で微分処理しこの微分処理で得られる画像
における位置検査用パターンのエツジを横切る加算領域
Ｑで各濃淡レベルを加算処理し、この微分加算データの
ピーク値を含む前後の各位を２次式で補間して得られる
２次式のピーク値から位置検査用パターン２のエツジ位
置を求めるようにしたので、微分加算データにおいてノ
イズに影響されずに各ピーク値が確実に検出でき、さら
にこれらピーク値から位置検査用パターン２の実際の各
エツジ位置に最も近似したピーク値を求めることができ
る。従って、これらピーク値から正確に位置検査用パタ
ーン２の各エツジ位置を求めてこのパターン２の形成位
置を検出できる。

この結果、マスクの形成位置を高精度に検査できてマス
ク形成位置の良否を判定できる。又、オンラインに適用
してもウェハ１をＸＹθテーブル１上に載置するだけで
、自動的に全てのウェハ１に対してマスク形成位置を検
査することが可能となる。なお、加算領域Ｑを使用せず
に各エツジを横切るラインで各エツジ位置を検出するこ
とが考えられるが、このようなエツジ位置の検出方法を
取るとエツジ位置以外でのレベル（ノイズレベル）に影
響されて各エツジに対応する各ピーク値を検出すること
が難しいことがある。従って、微分加算データの各ピー
ク値を検出する際は加算領域Ｑを使用して加算値を得る
方が高精度となる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、画
像データに対する微分方向は矢印（ロ）方向でなく、こ
の方向に対して垂直方向に微分処理してもよい。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、マスクの形成位置
を正確にかつ自動的に検査できる高精度なマスク位置検
査装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明に係わるマスク位置検査装置
の一実施例を説明するための図であって、第１図は構成
図、第２図は位置検査フローチャート、第３図は位置検
査用パターンを示す図、第４図は画像データの微分処理
後のデータを示す図、第５図は加算作用を説明するため
の図、第６図は加算処理後のデータを示す図、第７図及
び第８図は２次式の補間作用を説明するための図、第９
図及び第１Ｏ図は従来技術を説明するための図である。 １・・・ウェハ、１０・・・ＸＹθテーブル、１４・・
・光学顕微鏡、２０・・・情報処理装置、２１・・・画
像メモリ、２２・・・主制御部、２３・・・微分加算部
、２４・・・エツジ位置検出部、２５・・・パターン位
置算出部、２６・・・マスク位置判定部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板に対してマスク形成やエッチング等を行な
   って半導体回路を製造する際に前記マスク形成とともに
   前記半導体基板に形成される位置検査用パターンの形成
   位置から前記マスクの形成位置を検査するマスク位置検
   査装置において、前記位置検査パターンを撮像して得ら
   れる画像データを所定方向で微分処理しこの微分処理で
   得られる画像における前記位置検査用パターンのエッジ
   を横切る領域で各濃淡レベルを加算処理する微分加算手
   段と、この微分加算手段で求められた微分加算データの
   ピーク値を含む前後の各値を２次式で補間しこの補間に
   より得られる２次式のピーク値から前記位置検査用パタ
   ーンのエッジ位置を求めるエッジ位置検出手段とを具備
   したことを特徴とするマスク位置検査装置。