JPH0291502A - Method for detecting position of alingment mark - Google Patents

Method for detecting position of alingment mark

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JPH0291502A
JPH0291502A JP63242598A JP24259888A JPH0291502A JP H0291502 A JPH0291502 A JP H0291502A JP 63242598 A JP63242598 A JP 63242598A JP 24259888 A JP24259888 A JP 24259888A JP H0291502 A JPH0291502 A JP H0291502A
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wafer
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Abstract

PURPOSE:To keep processing from being complicated by forming a wafer mark and a mask mark in such mark shapes having similarity that a wafer mark derivation signal obtained by taking a first derivative to the wafer mark and a mask mark derivation signal obtained by taking a first derivative to the mask mark are nearly overlapped with each other by horizontally moving them. CONSTITUTION:The wafer mark and the mask mark are formed in such mark shapes having the similarity that the wafer mark derivation signal obtained by taking the first derivative to the wafer mark and the mask mark derivation signal obtained by taking the first derivative to the mask mark are overlapped by being horizontally moved. Then, similar pattern matching is performed to a signal obtained by the derivation of an image input signal. Thus, the relative position between the wafer mark and the mask mark can be recognized with high accuracy with simple processing. Moreover, throughput can be improved, a producing process can be simplified and producing efficiency can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はウェハ上に回路パターンを焼付けるX線露光装
置等の露光装置に用いられるプロキシミティーアライナ
やステッパーにおいて、マスク上に形成されたマスクマ
ークとウェハ上に形成されたウェハマークから成るアラ
イメントマークを検出し、その検出波形からマスクとウ
ェハ間の相対位置を高精度に求める方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a mask formed on a mask in a proximity aligner or stepper used in an exposure device such as an X-ray exposure device that prints a circuit pattern on a wafer. The present invention relates to a method of detecting an alignment mark consisting of a mark and a wafer mark formed on a wafer, and determining the relative position between a mask and a wafer with high precision from the detected waveform.

[従来の技術] 一般に、アライメントマークの検出波形からその位置を
高精度に求める方法として、フレネルゾーン等を利用し
た回折格子法とパターン計測法の2種類の方法が使用さ
れている。この内、回折格子法は、マスクとウェハ間の
ギャップの変動に検出精度が大きく左右され、段差のあ
るアライメントマークを精度良く検出できないという欠
点がある。一方、パターン計測法は、検出されるべきア
ライメントマークのパターンの形状に精度が依存するた
め、アライメントマークのパターン形状の劣化により検
出精度が悪くなるという欠点がある。
[Prior Art] Generally, two types of methods are used to accurately determine the position of an alignment mark from a detected waveform: a diffraction grating method using Fresnel zones, etc., and a pattern measurement method. Among these methods, the diffraction grating method has the disadvantage that detection accuracy is greatly affected by variations in the gap between the mask and the wafer, and alignment marks with steps cannot be detected with high accuracy. On the other hand, the accuracy of the pattern measurement method depends on the shape of the pattern of the alignment mark to be detected, so there is a drawback that the detection accuracy deteriorates due to deterioration of the pattern shape of the alignment mark.

ここで、回折格子法がアライメントマークの対称性に依
存する例は、1979年4月発行のアイ・イー・イー・
イー トランザクション オン エレクトロン ディバ
イセズ(IEEE TRANSACTION 0NEl
、ECTR0N DEVICES) (7)論文雑誌(
7) VOL、HD−26。
Here, an example in which the diffraction grating method depends on the symmetry of alignment marks is
IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES
, ECTR0N DEVICE) (7) Paper journal (
7) VOL, HD-26.

No、4に「オートマチック アライメント システム
 フォー オプチカル プロジェクション プリンティ
ング(AutomaLIc AllgrvenL 5y
ste+g f’orOpLIeal ProJecL
lon Printing)Jという題の論文に、ギジ
・ブーハウス(GIJs Bouvhuls)他により
提案されている。また、パターン計測法がアライメント
マークの対称性に依存する例は、特開昭62−5491
8号公報や特開昭61−199833号公報に開示され
ている。
No. 4 "Automatic Alignment System for Optical Projection Printing (AutomaLIc AllgrvenL 5y
ste+g f'orOpLIeal ProJecL
It has been proposed by GIJs Bouvhuls et al. in a paper entitled lon Printing) J. Furthermore, an example in which the pattern measurement method depends on the symmetry of alignment marks is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-5491.
This method is disclosed in Japanese Patent Application No. 8 and Japanese Patent Application Laid-open No. 199833/1983.

パターン計測法は、さらに大別して、コントラスト法と
エツジ検出法の2つに分類される。
Pattern measurement methods can be further broadly classified into two types: contrast methods and edge detection methods.

この内、コントラスト法の従来例は、特開昭61−23
6117号公報に開示されている。この特開昭61−2
38117号公報では、次式で表される対称性パターン
マツチング処理を行っている。
Among these, the conventional example of the contrast method is JP-A-61-23
It is disclosed in Japanese Patent No. 6117. This JP-A-61-2
In the publication No. 38117, a symmetrical pattern matching process expressed by the following equation is performed.

又は、 以下余日 但し、D (n)は微分値、Mは比較範囲、nは位置を
示す。
Or, below, D (n) is a differential value, M is a comparison range, and n is a position.

上式は、通常の画像処理におけるパターンマツチング処
理の応用であり、この特開昭61−238117号公報
は、アライメントマークのパターンが線対称性である点
を利用して、そのことを上式に取り入れている。即ち、
線対称な図形の中心線を求めるために、図形を半分に折
って、その中心線を求める操作を行っているに等しい。
The above formula is an application of pattern matching processing in ordinary image processing, and this Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-238117 utilizes the line symmetry of the alignment mark pattern to apply this to the above formula. It is incorporated into That is,
In order to find the center line of a symmetrical figure, it is equivalent to folding the figure in half and then finding the center line.

半分に折って合わす場所は勿論エツジであるが、これは
、一般的な画像処理手法である微分によるエツジ抽出法
により処理されたエツジを用いている。
The area where the image is folded in half is, of course, an edge, but this uses an edge processed by an edge extraction method using differentiation, which is a common image processing method.

このように、特開昭61−238117号公報は、図形
の対称性をうまく取入れ、比較的簡単な演算式でその中
心線を求めることができる。この、対称性パターンマツ
チング処理を、プロキシミティーアライナやステッパー
で、マスクやウェハ上のアライメントマークの検出に用
いることにより、各アライメントマークの中心線から相
対的位置関係を求めることができる。
In this way, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-238117 takes advantage of the symmetry of a figure and can determine its center line using a relatively simple arithmetic expression. By using this symmetric pattern matching process to detect alignment marks on a mask or wafer with a proximity aligner or a stepper, the relative positional relationship can be determined from the center line of each alignment mark.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この特開昭61−236117号公報に
述べられている対称性パターンマツチング処理を用いた
方法には、次に述べるような欠点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the method using the symmetric pattern matching process described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-236117 has the following drawbacks.

即ち、この方法は、図形が対称であることを前提として
いる。理想的には、マスク上のマスクマーク(クロム形
成マーク)もウェハ上のウェハマーク(レジスト形成マ
ークやプロセス形成マーク)も線対称であるが、実際に
は、さまざまな要素によりその対称性は崩れる。
That is, this method assumes that the figure is symmetrical. Ideally, mask marks (chrome formed marks) on the mask and wafer marks (resist formed marks and process formed marks) on the wafer are line symmetrical, but in reality, this symmetry can be disrupted due to various factors. .

例えば、レジスト形成マークの場合、アライメントマー
クを露光する時のX線等の照射角度やレジストの現像速
度等により、アライメントマークの対称性は崩れる(第
2図参照)。また、プロセス形成マークの場合、さらに
、アライメントマークの対称性は崩れ易く、プロセスに
よるアライメントマークの熱変形(化学変形、力による
変形)や、アライメントマーク上に塗布される薄膜によ
リ、簡単にアライメントマークの対称性が崩れてしまう
(第3図参照)。
For example, in the case of a resist formation mark, the symmetry of the alignment mark is disrupted depending on the irradiation angle of X-rays or the like when exposing the alignment mark, the resist development speed, etc. (see FIG. 2). In addition, in the case of process-formed marks, the symmetry of the alignment mark is easily destroyed, and the alignment mark is easily deformed due to thermal deformation (chemical deformation, deformation due to force) due to the process, or due to the thin film coated on the alignment mark. The symmetry of the alignment mark will be lost (see Figure 3).

以上の説明で明らかなように、実際のウェハ上のウェハ
マークにおいては、その対称性をすべての層(レイアー
)で保証することは極めて困難である。従って、対称性
を前提条件とした演算に対して、対称でないアライメン
トマークのデータを用いるということは、そこに矛盾を
生じ、演算結果は誤差を衾む。つまり、アライメントマ
ークの対称性が崩れれば崩れる程、演算結果に含まれる
誤差は益々大きくなる。
As is clear from the above description, it is extremely difficult to guarantee the symmetry of wafer marks on actual wafers in all layers. Therefore, using alignment mark data that is not symmetrical for a computation that assumes symmetry as a precondition causes a contradiction, and the computation result becomes erroneous. In other words, the more the symmetry of the alignment mark breaks down, the larger the error included in the calculation result becomes.

このアライメントマークの非対称性により精度が低下す
るのを防止する対策例が上述した特開昭82−5491
8号公報や特開昭81−199833号公報に開示され
ている。特開昭62−54918号公報では、ウェハ上
に塗布されたホトレジストの膜厚分布を測定してこの測
定された膜厚分布よりウェハアライメントパターン位置
検出誤差を求め、該位置検出誤差にもとづきアライメン
ト量を補正している。しかしながら、この方法では、処
理が複雑になるという欠点がある。また、特開昭81−
199633号公報では、アライメントマークの形状そ
のものを位置検出誤差が生じにくいものにしている。し
かしながら、この特開昭61−199[133号公報に
開示されたアライメントマークは、その形状が非常に複
雑となるという欠点がある。
An example of countermeasures to prevent the accuracy from decreasing due to the asymmetry of the alignment mark is the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 82-5491.
This method is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 81-199833. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-54918, the film thickness distribution of photoresist coated on a wafer is measured, the wafer alignment pattern position detection error is determined from the measured film thickness distribution, and the alignment amount is determined based on the position detection error. is being corrected. However, this method has the disadvantage that processing becomes complicated. Also, JP-A-81-
In Japanese Patent No. 199633, the shape of the alignment mark itself is made so that position detection errors are less likely to occur. However, the alignment mark disclosed in JP-A-61-199 [133] has a drawback that its shape is very complicated.

[課題を解決するための手段] 本発明によるアライメントマークの位置検出方法は、ウ
ェハ上に形成されたウェハマークとマスク上に形成され
たマスクマークから成るアライメントマークを撮像装置
で撮像して得られるアナログ画像信号をディジタル画像
信号に変換し、この変換されたディジタル画像信号を処
理することにより前記ウェハと前記マスクの相対位置を
検出する方法に於て、前記ウェハマークと前記マスクマ
ークは、前記ウェハマークを1次微分したウェハマーク
微分信号と前記マスクマークを1次微分したマスクマー
ク微分信号とが、水平移動すればほぼ互いに重なりあう
相似性を保ったマーク形状を有し、前記ディジタル画像
信号処理が、前記ディジタル画像信号を微分し、この微
分された信号について、 (ここで、V′(j)はディジタル画像信号の微分値、
Rは相関区間、Pは相関区間の開始点、及びWは互いに
隣接する前記マスクマークの中心位置と前記ウェハマー
クの中心位置間の距離)等の相似性パターンマツチング
を行う処理であり、この処理結果が最大となる位置から
、前記ウェハと前記マスクの相対位置を検出することを
特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A method for detecting the position of an alignment mark according to the present invention is obtained by imaging an alignment mark consisting of a wafer mark formed on a wafer and a mask mark formed on a mask using an imaging device. In the method of detecting the relative position of the wafer and the mask by converting an analog image signal into a digital image signal and processing the converted digital image signal, the wafer mark and the mask mark are The wafer mark differential signal obtained by firstly differentiating the mark and the mask mark differential signal obtained by firstly differentiating the mask mark have mark shapes that maintain similarity so that they almost overlap each other when horizontally moved, and the digital image signal processing differentiates the digital image signal, and for this differentiated signal, (where V'(j) is the differential value of the digital image signal,
R is the correlation interval, P is the start point of the correlation interval, and W is the distance between the center positions of the mask marks and the center positions of the wafer marks that are adjacent to each other. The method is characterized in that the relative position of the wafer and the mask is detected from the position where the processing result is maximum.

[実施例] 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
[Examples] Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず最初に本発明の原理について述べる。First, the principle of the present invention will be described.

本発明では、パターン計測の分野で一般的に適用されて
いるパターンマツチングの手法の一部を変形した特徴を
有する。処理の流れは、入力画像に対して微分オペレー
タを働かせることによって、パターンのエツジ抽出を行
い、エツジ抽出したデータに対して相似性パターンマツ
チングを行う手順となっている。なお、相似性パターン
マツチングの定義やその方法については、以下の説明に
より次第に明らかになるだろう。相似性パターンマツチ
ングでは、周知の自己相関関数の一部を変形した式を用
いている。
The present invention has a feature in which a part of the pattern matching method commonly applied in the field of pattern measurement is modified. The process flow is to extract the edges of a pattern by applying a differential operator to the input image, and then perform similarity pattern matching on the edge-extracted data. Note that the definition of similarity pattern matching and its method will become clearer as the following explanation progresses. Similarity pattern matching uses a partially modified formula of a well-known autocorrelation function.

通常のパターンマツチングあるいは波形データ処理では
、自己相関関数は次式で定義されている。
In normal pattern matching or waveform data processing, the autocorrelation function is defined by the following equation.

二こで、i−0,1,・、、N−1、X(1)は有限個
Nのサンプル値、RX(1)は自己相関関数である。
Here, i-0,1,. . . , N-1, X(1) is a finite number of N sample values, and RX(1) is an autocorrelation function.

上式をあるマツチングを目的とするデータあるいは信号
波形に適用することによって、ある一定の基準になるパ
ターンあるいは信号波形の相関結果を得ることができる
。この式から明らかなように、この演算は相当回数の積
和計算を必要とするので、計算p時間が掛かる。そのた
め、自己相関関数は、バッチ処理には向くが、リアルタ
イム処理には側底対応しきれない。
By applying the above equation to data or signal waveforms that are targeted for matching, it is possible to obtain correlation results for patterns or signal waveforms that serve as a certain reference. As is clear from this equation, this calculation requires a considerable number of product-sum calculations, and thus takes p time for calculation. Therefore, although the autocorrelation function is suitable for batch processing, it is not suitable for real-time processing.

例えば、X線露光装置等のアライメント処゛理に五式を
用いた場合、演算時間が長いということは、X/Yステ
ージも含めて、アライメントの処理結果をフィードバッ
ク信号として用いる制御系に対しても、大きな障害とな
る。さらに、演算時間が長いということが装置全体とし
てのスルーブツトを低下させる最大の原因となってしま
い、致命的な欠陥となりかねない。
For example, when using the five equations for alignment processing of an X-ray exposure device, etc., the long calculation time means that the control system, including the X/Y stage, uses the alignment processing results as a feedback signal. is also a major obstacle. Furthermore, the long computation time is the biggest cause of lowering the throughput of the entire device, which can lead to a fatal defect.

そこで、本発明では、アライメントマークの形状を工夫
したうえで、上述の式で表される自己相関関数の演算結
果を数100分の1あるいは数1000分の1に短縮す
るために、自己相関関数の式の変形を次のように行った
Therefore, in the present invention, after devising the shape of the alignment mark, the autocorrelation function is The equation was modified as follows.

(1)アライメントマークの形状の工夫アライメントマ
ークの入力画像に対して、1次微分オペレータを働かせ
ることによってエツジ抽出したデータ信号において、一
般的な自己相関関数による重ね合わせ手法が可能となる
アライメントマーク形状とした。
(1) Improving the shape of the alignment mark An alignment mark shape that allows the superimposition method using a general autocorrelation function to be applied to the edge-extracted data signal by applying a first-order differential operator to the input image of the alignment mark. And so.

即ち、ウェハ上に形成されたウェハマークとマスク上に
形成されたマスクマークを、ウェハマークを1次微分し
たウェハマーク微分信号とマスクマークを1次微分した
マスクマーク微分信号とが、平行移動すれば、はぼ互い
に重なり合う相似性を保ったマーク形状とした。
That is, the wafer mark formed on the wafer and the mask mark formed on the mask are shifted in parallel by a wafer mark differential signal obtained by firstly differentiating the wafer mark and a mask mark differential signal obtained by firstly differentiating the mask mark. For example, the marks are shaped so that they overlap each other and maintain similarity.

例えば、第4図に示される様なパターンであれば、自己
相関関数による重ね合わせ手法が可能である。第4図に
おいて、(a)は上面図、(b)は側面図、(C)はラ
スター圧縮画像v1及び(d)はラスター圧縮画像1欠
微分値V′をそれぞれ表わしている。第4図(d)から
明らかなように、ラスター圧縮画像Vの1次微分値V′
は、それを左右に平行移動すれば、位置し1及びL2で
、それ自身とほぼ重なり合う。従って、(L2+L1)
/2により、マスクとウェハの相対位置が計測できる。
For example, in the case of a pattern as shown in FIG. 4, a superimposition method using an autocorrelation function is possible. In FIG. 4, (a) is a top view, (b) is a side view, (C) is a raster compressed image v1, and (d) is a raster compressed image 1 missing differential value V'. As is clear from FIG. 4(d), the first-order differential value V' of the raster compressed image V
If you translate it left and right, it will almost overlap itself at positions 1 and L2. Therefore, (L2+L1)
/2 allows the relative position of the mask and wafer to be measured.

又、他の例が、第5図に示されている。第5図において
、(a)は上面図、(b)は側面図、(C)はラスター
圧縮画像■、及び(d)はラスター圧縮画像Vの1次微
分値V′をそれぞれ表わしている。
Another example is shown in FIG. In FIG. 5, (a) is a top view, (b) is a side view, (C) is a raster compressed image (2), and (d) is a first differential value V' of the raster compressed image V.

第5図の例は、第4図の場合と同様に、(L2+L1)
/2により、マスクとウェハの相対位置が計測できる。
In the example of Fig. 5, as in Fig. 4, (L2+L1)
/2 allows the relative position of the mask and wafer to be measured.

第4図及び第5図の例では、ウェハマークとマスクマー
クを、ウェハマークを1次微分したウェハマーク微分信
号とマスクマークを1次微分したマスクマーク微分信号
とが、平行移動すれば、はぼ互いに重なり合う相似性を
保ったマーク形状としたが、ウェハマークとマスクマー
クを、ウェハマークを1次微分したウェハマーク微分信
号とマスクマークを1次微分して極性反転したマスクマ
ーク微分反転信号とが、平行移動すれば、はぼ互いに重
なり合う相似性を保ったマーク形状としても良い。
In the examples shown in FIGS. 4 and 5, if the wafer mark and mask mark are moved in parallel, the wafer mark differential signal obtained by first-order differentiation of the wafer mark and the mask mark differential signal obtained by first-order differentiation of the mask mark are moved in parallel. Although the mark shapes almost overlap each other and maintain similarity, the wafer mark and mask mark are divided into a wafer mark differential signal obtained by firstly differentiating the wafer mark, and a mask mark differential inversion signal obtained by firstly differentiating the mask mark and inverting the polarity. However, if the marks are moved in parallel, the marks may have a shape that maintains similarity so that they overlap each other.

(2)自己相関関数の式変形 本発明では、自己相関関数の式を変形するために、露光
装置で使用されるアライメントマークの特長に着目し、
アライメントマークを撮像装置で撮像して得られるアナ
ログ画像信号(人力画像)に対して1次微分オペレータ
を働かせることによって得られる信号(エツジパターン
)が通常の信号波形とは異なる次の3点を基本として変
形する。
(2) Transformation of autocorrelation function formula In the present invention, in order to transform the autocorrelation function formula, we focus on the features of alignment marks used in exposure equipment.
The signal (edge pattern) obtained by applying a first-order differential operator to the analog image signal (human image) obtained by imaging the alignment mark with an imaging device differs from the normal signal waveform in the following three basic ways: transform as.

[1]パターンマツチングを取る2つのエツジパターン
間の距#lWは基本的には一定値であり、かつプロセス
による距離Wの変動は極僅かである。
[1] The distance #lW between two edge patterns for pattern matching is basically a constant value, and the variation in the distance W due to the process is extremely small.

[2]パターンマツチングを取る範囲は、エツジパター
ン付近についてのみ設定すればよい。
[2] The range for pattern matching only needs to be set around the edge pattern.

[3]検出座標(TV左カメラ上座標)におけるマスク
/ウェハのアライメントマークの位置は、アライメント
手順において、コースアライメント(粗い位置合せ)に
より、はぼ定位置にあると考えてよい。
[3] The position of the mask/wafer alignment mark at the detected coordinates (coordinates on the TV left camera) can be considered to be approximately at the fixed position due to coarse alignment in the alignment procedure.

この特長[1]、[2]、及び[3〕に基づいて、自己
相関関数の式変形の過程を次に説明する。
Based on the features [1], [2], and [3], the process of transforming the autocorrelation function equation will be described next.

離散値に対する自己相関関数は、上述したように次式で
表される。
The autocorrelation function for discrete values is expressed by the following equation as described above.

ただし、i−0,1,・・・、N−1である。However, they are i-0, 1, . . . , N-1.

以下宗日 ここで、展開を簡単にするため、正規化係数−N を省く。Souichi below Here, to simplify the expansion, the normalization coefficient −N Omit.

距離Wは、基本的には一定値で、(3)式において、幅
Wは遅れ時間iに相当する。
The distance W is basically a constant value, and in equation (3), the width W corresponds to the delay time i.

(2)式を第6図に示すデータに対して用いる。Equation (2) is used for the data shown in FIG.

この図において、横軸はパターンの距離を表す。In this figure, the horizontal axis represents the pattern distance.

画像入力は2次元カメラで撮像したものを使用し、離散
距離は2次元カメラの撮像管面上の画素数(j)で表さ
れる。また、縦軸は2次元カメラで撮像したアナログ画
像信号をディジタル画像信号に変換し、この変換して得
られたディジタル画像信号に対して1次微分オペレータ
を働かせた結果で、映像信号(ビデオ信号)の1次微分
値であることから、v′で表す。従って、第6図におい
て、(2)式は次式に置換えられる。
An image captured by a two-dimensional camera is used for inputting the image, and the discrete distance is expressed by the number of pixels (j) on the imaging tube surface of the two-dimensional camera. The vertical axis is the result of converting an analog image signal captured by a two-dimensional camera into a digital image signal, and applying a first-order differential operator to the digital image signal obtained by this conversion. ), it is expressed as v'. Therefore, in FIG. 6, equation (2) is replaced with the following equation.

特長[1]から、ウェハマークとマスクマークの(4)
式は第6図におけるjの全領域において、左右の各マー
ク間の距AiWについて相関を求めている。
From feature [1], wafer mark and mask mark (4)
The equation calculates the correlation between the distances AiW between the left and right marks in the entire region of j in FIG.

ところが、特長[2]から、相関(重ね合わせ)を取る
パターンは、エツジパターンの存在する部分についての
み設定すればよく、第6図からも明らかな様に、マスク
マーク及びウェハマークの存在する範囲は有限である。
However, from feature [2], it is only necessary to set the pattern for correlation (superposition) in the area where the edge pattern exists, and as is clear from FIG. is finite.

また、特長[3]からエツジパターンの存在する位置は
、事前に行なわれる粗い位置検出から、相関区間の開始
点として、Pが与えられる。
Further, from feature [3], the position where the edge pattern exists is given P as the starting point of the correlation interval from rough position detection performed in advance.

第6図において、ウェハマークの存在する範囲を相関区
間Rとし、その相関区間の開始点をPとすると、相関を
取る範囲は、第6図上でj−Pからj−P+Rまでの範
囲に限定される。第7図にそのことを示している。
In Fig. 6, if the range where the wafer mark exists is defined as a correlation interval R, and the starting point of the correlation interval is P, then the range in which the correlation is taken is from j-P to j-P+R in Fig. 6. Limited. This is shown in Figure 7.

このことから、(4)式は、次の様に変形される。From this, equation (4) is transformed as follows.

なお、(5)式は幅Wの関数として定義されているが、
アライメントマークの特長[2]から、相関区間R及び
相関区間の開始点PについてもAのパラメータとなる。
Note that equation (5) is defined as a function of the width W, but
From the feature [2] of the alignment mark, the correlation section R and the starting point P of the correlation section are also parameters of A.

従って、相関区間R1相関区間の開始点Pについてもパ
ラメータとすると、(5)式は次の様に変換される。
Therefore, if the starting point P of the correlation interval R1 is also taken as a parameter, equation (5) is converted as follows.

以上の展開から自己相関関数の式(2)は、アライメン
トマークの特長[1]、[2]及び【3]を考慮するこ
とで、最終的に(6)式を得ることができた。
From the above development, equation (2) of the autocorrelation function was finally obtained as equation (6) by considering the features [1], [2], and [3] of the alignment mark.

(6)式は基本的な相似性パターンマツチングの定義式
と見なすことができ、その拡張式としては、次の6つの
式が考えられる。
Equation (6) can be considered as a basic definition equation for similarity pattern matching, and the following six equations can be considered as extended equations.

つまり、A (W、P、R) ニおイテ、W、P、Rを
同時にパラメータとして持つものでなく、3つのパラメ
ータのうち、1つあるいはその組合わせをパラメータと
してもつ相似性パターンマツチングの式である。
In other words, A (W, P, R) does not have W, P, and R as parameters at the same time, but it uses one of the three parameters or a combination of them as a parameter. It is a formula.

しかしながら、本発明者の実験の結果、関数A (P、
W、R)は、Wの変化によって急激に変化することが明
らかになった。つまり、残りの相関の開始点P、相関区
間Rについては、Aが対人値をとるWの値にほとんど影
響しないことがわかった。
However, as a result of the inventor's experiments, the function A (P,
It has been revealed that W, R) changes rapidly as W changes. In other words, for the remaining correlation starting point P and correlation interval R, it was found that A has almost no effect on the value of W, which takes the interpersonal value.

Pについては、よほど不適当な値を代入しない限り、A
が最大値をとるWの値は変化せず、相関区間Rについて
は、プロセスマークの種類によって、エツジの太さが変
化するため、変数となるはずであるが、実際には一定値
と考えてほとんどさしつかえない。
Regarding P, unless a very inappropriate value is assigned, A
The value of W, which takes the maximum value, does not change, and the correlation interval R should be a variable because the thickness of the edge changes depending on the type of process mark, but in reality it is considered to be a constant value. Almost irresistible.

ちなみに、実験によるとR−32(一定値)として、す
べてのプロセスマークに対して使用したが、検出精度は
、目標とする0、01μm前後の分解能をすべてのパタ
ーンに対して得ることができた。
By the way, according to experiments, R-32 (constant value) was used for all process marks, and the target detection accuracy of around 0.01 μm was achieved for all patterns. .

以上のことから、拡張式(8−1)〜(13−6)の中
で実質上意味を持つ式は、(8−3)式であり、これを
基本式とする。
From the above, among the extended expressions (8-1) to (13-6), the expression (8-3) has a substantial meaning, and this is taken as the basic expression.

また、上述からRを定数と考えて良いことから(8−3
)式を部分的に式変形すると、が得られる。
In addition, since R can be considered as a constant from the above (8-3
) can be partially transformed to obtain .

(7)式により、実験により求めた結果を第8図に示す
FIG. 8 shows the results obtained experimentally using equation (7).

第8図において、横軸は幅W1奥行軸は相関の間接点P
、縦軸は関数A (P、W)を示している。第8図から
関数A (P、W)のピーク位置はPによらず幅W−2
04で一定であることがわかる。
In Figure 8, the horizontal axis is the width W1, and the depth axis is the correlation point P
, the vertical axis indicates the function A (P, W). From Figure 8, the peak position of the function A (P, W) is independent of P and has a width of W-2.
It can be seen that the value is constant at 04.

又、第8図において関数A (P、W)のピークの高さ
はRの値によって変化し、補間精度に影響を与えるが、
実験結果から、0.01μ■オーダーの検出にはさほど
影響が表われないことが確認された。
Also, in Fig. 8, the height of the peak of the function A (P, W) changes depending on the value of R, which affects the interpolation accuracy.
From the experimental results, it was confirmed that the detection of the order of 0.01 μι does not have much influence.

次に、自己相関関数(2)式と (7)式の間で、演算
回数を比較する。
Next, the number of operations is compared between the autocorrelation functions (2) and (7).

データ数を1000個と仮定する。自己相関関数(2)
式の場合、各データにつき、積算回数が999回、和算
回数が998回であるので、全てのデータに対しては、
(999+998)X100O−1997000回の演
算回数となる。これに対して、(7)式の演算回数を次
の仮定の元に求める。
Assume that the number of data is 1000. Autocorrelation function (2)
In the case of the formula, the number of additions is 999 times and the number of additions is 998 times for each data, so for all data,
The number of operations is (999+998)X100O-1997000 times. On the other hand, the number of operations of equation (7) is calculated based on the following assumption.

(ア)式において、ある一定のプロセス形成マークを考
えた場合、1画素当りのスケール0.1μmとし、開始
点Pを100、相関区間R−30(3μ!+)及び予想
されるパターン幅WをWMIN −200(20μIl
)、WMAX −210(21uta>とすルトして、
(7)式に代入する。
In equation (A), when considering a certain process-formed mark, the scale per pixel is 0.1 μm, the starting point P is 100, the correlation interval R-30 (3 μ!+), and the expected pattern width W WMIN-200 (20μIl
), WMAX -210 (21uta>),
Substitute into equation (7).

ただし、W −200,201,・・・、209,21
0(8)式の場合、各Wにつき、積算回数が30回、和
算回数が29回であるので、全演算回数は、(30+2
9)Xll−649回となる。従って、約3077分の
1に短縮される。実際にこの回数であれば、ディジタル
信号処理(DSP)フィルタを用いても、1ass以下
の時間で演算可能である。
However, W −200,201,...,209,21
In the case of formula 0(8), the number of integrations is 30 times and the number of additions is 29 times for each W, so the total number of operations is (30+2
9) It becomes Xll-649 times. Therefore, the time is reduced to about 1/3077. In fact, this number of times can be calculated in less than 1ass even if a digital signal processing (DSP) filter is used.

さらに、最近普及されだした積和演算用(MAC:mu
luLIpl Ier−accumulaLror)チ
ップを用いればさらに高速化が可能となる。
Furthermore, for product-sum operations (MAC: mu), which has recently become popular,
If a chip (luLIplIer-accumulaLror) is used, even higher speeds are possible.

以上説明したように、自己相関関数をアライメントマー
クに限って適用することにより、その演算回数を極端に
減少させることができる。
As explained above, by applying the autocorrelation function only to alignment marks, the number of calculations can be extremely reduced.

また、本発明では、(7)式よりパターンの対称性を前
提とせず、マスクマークとウェハマークの相似性に依存
している。
Furthermore, according to equation (7), the present invention does not assume pattern symmetry, but relies on the similarity between the mask mark and the wafer mark.

即ち、本発明の方法は、(6−3)及び(7)式はマス
ク及びウェハアライメントマークの対称性を問わず、相
似性を利用したパターンマツチングの方法であることか
ら、相似性パターンマツチングと呼ばれる。
In other words, the method of the present invention is a pattern matching method that utilizes similarity regardless of the symmetry of the mask and wafer alignment marks, so that It's called ching.

第4図において、次に (e−a)及び(7)式による
処理結果を第9図に示す。第9図において、A (W、
P)の1番目のピークを示す所のWをWlとして、2番
目のピークを示す所をW2とする。真のピークはWlと
W2の中間に存在するので、補間操作により、真の最大
値を示すWの値を求め、Wl−2とおく。これにより、
L 1− W +−2が求まる。
In FIG. 4, the results of processing using equations (e-a) and (7) are shown in FIG. In FIG. 9, A (W,
Let W at the point where the first peak of P) is shown be Wl, and let W2 be the place where the second peak is shown. Since the true peak exists between Wl and W2, the value of W indicating the true maximum value is determined by interpolation and set as Wl-2. This results in
L 1- W +-2 is found.

次にL2についても同処理を行い、求まったWをW、−
4とすると、L2−W、4が求まる。これから、マスク
マークとウェハマークの相対位置が(L1+L2)/2
から求められる。
Next, perform the same process for L2, and set the obtained W to W, -
4, L2-W, 4 can be found. From now on, the relative position of the mask mark and wafer mark is (L1+L2)/2
required from.

次に、本発明の実施例について説明する。Next, examples of the present invention will be described.

第1図及び第4図において、本実施例では、ウエハマー
クトマスクマークハ、ウェハマークラ1次微分したウェ
ハマーク微分信号とマスクマークを1次微分したマスク
マーク微分信号とが、平行移動すれば、はぼ互いに重な
り合う相似性を保ったマーク形状を有する。
In FIGS. 1 and 4, in this embodiment, if the wafer mark differential signal obtained by firstly differentiating the wafer mark, the wafer mark, and the mask mark differential signal obtained by firstly differentiating the mask mark move in parallel, The marks have similar shapes that almost overlap each other.

このアライメントマークを2次元カメラ(撮像装置)(
図示せず)で撮像し、アナログ画像信号を得る。アナロ
グ画像信号はアナログディジタル変換器(図示せず)で
ディジタル画像信号に変換される。ここで、ディジタル
化の階調数としては6ビツト以上とし、好ましくは8ビ
ツトが望ましい。このディジタル画像信号を、同期積算
することにより、雑音除去を行い、S/N比を高めると
同時に、データ圧縮をも行う。ここで、積算回数は任意
の数でよい。次に、このように雑音除去とデータ圧縮が
なされたディジタル画像信号を微分し、アライメントマ
ークのエツジ(輪郭)を抽出する。この微分されたデー
タに対し、 (8−3)式あるいは(7)式で表される
相似性パターンマツチング処理を行う。
The two-dimensional camera (imaging device) (
(not shown) to obtain an analog image signal. The analog image signal is converted into a digital image signal by an analog-to-digital converter (not shown). Here, the number of gradations for digitization should be 6 bits or more, preferably 8 bits. By synchronously integrating this digital image signal, noise is removed, the S/N ratio is increased, and at the same time data compression is performed. Here, the number of times of integration may be any number. Next, the digital image signal that has been subjected to noise removal and data compression in this manner is differentiated to extract the edges (contours) of the alignment marks. Similarity pattern matching processing expressed by equation (8-3) or equation (7) is performed on this differentiated data.

処理の結果、最大値となる位置を求めたあと、補間処理
により、さらに精度よくマーク間の距離L1及びL2を
求め、(L1+L2)/2により、マスクマークとウェ
ハマークの相対位置を求める。
After determining the position where the maximum value is obtained as a result of the processing, distances L1 and L2 between the marks are determined with higher accuracy by interpolation processing, and the relative position between the mask mark and the wafer mark is determined by (L1+L2)/2.

なお、アライメントマークの形状はこの実施例に限定し
ないのは言うまでもなく、入力画像を微分オペレータで
処理したデータが相似性を保つような形状であれば、ど
のような形状でも良い。
It goes without saying that the shape of the alignment mark is not limited to this embodiment, and may be of any shape as long as the data obtained by processing the input image with the differential operator maintains similarity.

この方法を「微小距離離れた2物体の位置検出装置」の
処理装置に組合わせることにより、X線露光装置等の露
光装置におけるアライメントシステムを構成することが
できる。このアライメントシステムは、任意のギャップ
設定を可能にした上で、プロセス依存性の極めて小さい
、高精度で高スループツトのアライメントシステムを実
現可能にする。
By combining this method with a processing device for a "device for detecting the position of two objects separated by a minute distance," an alignment system in an exposure apparatus such as an X-ray exposure apparatus can be constructed. This alignment system makes it possible to set an arbitrary gap, and also realizes a highly accurate and high throughput alignment system with extremely low process dependence.

また、本発明の適用範囲も、露光装置に限定せず、他の
パターン認識の応用分野において予めパターンの形状及
び距離が推測されるものにも適用できる。この場合、相
似性パターンマツチングの式において適当なパラメータ
を与えることにより、従来の自己相関関数や相互相関関
数に基づく場合に比べて演算時間を数100分の1から
数1000分の1に短縮することができる。
Further, the scope of application of the present invention is not limited to exposure apparatuses, but can also be applied to other pattern recognition application fields in which the shape and distance of a pattern are estimated in advance. In this case, by providing appropriate parameters in the similarity pattern matching formula, the calculation time can be reduced from several hundredths to several thousandths compared to cases based on conventional autocorrelation functions and cross-correlation functions. can do.

[発明の効果〕 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ウェハ
マークとマスクマークを、ウェハマークを1次微分した
ウェハマーク微分信号とマスクマークを1次微分したマ
スクマーク微分信号とが水平移動すれば重なり合う相似
性を保ったマーク形状とし、画像入力信号を微分した信
号について相似性パターンマツチングを行なうことによ
り、ウェハマークとマスクマークの相対位置を高精度に
、しかも簡単な処理で認ぶてきるという効果がある。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, a wafer mark and a mask mark are divided into a wafer mark differential signal obtained by first-order differentiation of the wafer mark and a mask mark differential signal obtained by first-order differentiation of the mask mark. The relative positions of the wafer mark and mask mark can be determined with high accuracy and easily by creating a mark shape that maintains similarity so that they overlap when they move horizontally, and by performing similarity pattern matching on a signal obtained by differentiating the image input signal. It has the effect of being recognized through treatment.

従って、スルーブツトが向上し、生産プロセスの簡素化
、生産効率の向上に大きく貢献することができる。
Therefore, the throughput can be improved, making a significant contribution to simplifying the production process and improving production efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例によるアライメントマークの
位置検出方法を説明するための図、第2図は従来のレジ
スト形成マークの対称性の崩れを説明するための図、第
3図は従来のプロセス形成マークの対称性の崩れを説明
するための図、第4図及び第5図は本発明のアライメン
トマーク形状の場合に自己相関関数による重ね合わせが
可能であることを説明するための図、第6図は第5図の
アライメントマークの映像信号の1次微分値V′とマス
クマークとウェハマークの距離Wを示す図、第7図は第
6図に更に相関区間の開始点Pと相関区間Rを示す図、
第8図は本発明による自己相関関数A (P、W)の実
験結果を示す図、第9図は本発明による相似性パターン
マツチングの処理結果の第 図 ul P:相関区間の開始点 Rats関区間 W:左右パターンの櫂 v″(j):画素jにおける画像入力値の!次微分値V
’(j) す I4 図 フントラスト 第 図 ウェハマーク (線対称) (非対称) 第 図 (線対称) (非対称) 第 図 第 図
FIG. 1 is a diagram for explaining a method for detecting the position of an alignment mark according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the collapse of the symmetry of a conventional resist formed mark, and FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional method for detecting the position of an alignment mark. Figures 4 and 5 are diagrams for explaining the collapse of the symmetry of the process-formed marks, and Figures 4 and 5 are diagrams for explaining that superposition is possible using the autocorrelation function in the case of the alignment mark shape of the present invention. , FIG. 6 is a diagram showing the first differential value V' of the video signal of the alignment mark in FIG. 5 and the distance W between the mask mark and the wafer mark, and FIG. A diagram showing a correlation interval R,
FIG. 8 is a diagram showing the experimental results of the autocorrelation function A (P, W) according to the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing the processing results of similarity pattern matching according to the present invention. Interval W: Paddle of left and right pattern v″(j): !th order differential value V of the image input value at pixel j
'(j) I4 Figure Huntrast Figure Wafer mark (line symmetry) (Asymmetric) Figure (Line symmetry) (Asymmetric) Figure Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ウェハ上に形成されたウェハマークとマスク上に形
成されたマスクマークから成るアライメントマークを撮
像装置で撮像して得られるアナログ画像信号をディジタ
ル画像信号に変換し、この変換されたディジタル画像信
号を処理することにより前記ウェハと前記マスクの相対
位置を検出する方法に於て、 前記ウェハマークと前記マスクマークは、前記ウェハマ
ークを1次微分したウェハマーク微分信号と前記マスク
マークを1次微分したマスクマーク微分信号とが、水平
移動すればほぼ互いに重なり合う相似性を保ったマーク
形状を有し、 前記ディジタル画像信号処理が、前記ディジタル画像信
号を微分し、この微分された信号について相似性パター
ンマッチングを行う処理であり、この処理結果が最大と
なる位置から、前記ウェハと前記マスクの相対位置を検
出することを特徴とするアライメントマークの位置検出
方法。 2、前記相似性パターンマッチング処理が、A(W、P
)=Σ^R_i_=_1(V′(P+j)・V′(P+
j+W))(ここで、V′(j)はディジタル画像信号
の微分値、Rは相関区間、Pは相関区間の開始点、及び
Wは互いに隣接する前記マスクマークの中心位置と前記
ウェハマークの中心位置間の距離)であることを特徴と
する請求項1記載のアライメントマークの位置検出方法
[Claims] 1. Converting an analog image signal obtained by imaging an alignment mark consisting of a wafer mark formed on a wafer and a mask mark formed on a mask using an imaging device into a digital image signal; In the method of detecting the relative position of the wafer and the mask by processing a converted digital image signal, the wafer mark and the mask mark are combined with a wafer mark differential signal obtained by firstly differentiating the wafer mark and the The mask mark differential signal obtained by firstly differentiating the mask mark has a mark shape that maintains similarity so that it almost overlaps with each other when horizontally moved, and the digital image signal processing differentiates the digital image signal, and the differentiated signal A method for detecting the position of an alignment mark, characterized in that the relative position of the wafer and the mask is detected from the position where the processing result is maximum. 2. The similarity pattern matching process is performed using A(W,P
)=Σ^R_i_=_1(V'(P+j)・V'(P+
j+W)) (where, V'(j) is the differential value of the digital image signal, R is the correlation interval, P is the starting point of the correlation interval, and W is the center position of the mask mark adjacent to each other and the center position of the wafer mark. 2. The alignment mark position detection method according to claim 1, wherein the alignment mark is a distance between center positions.
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