JPH06120304A

JPH06120304A - アライメント方法

Info

Publication number: JPH06120304A
Application number: JP26465792A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Sato; 佐藤　　裕
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】装置座標系での座標の測定精度を向上させる
ことなく、測定対象パターンのサーチエリアを縮小して
サーチ時間を短縮する。【構成】アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２及び測定
マークＰ１〜Ｐ５のウエハ３上の試料座標系（Ｘ，Ｙ）
での座標が予め求められている。測定マークＰ１〜Ｐ５
に対する計測の順番をアライメントマーク及び既に計測
された測定マークに最も近い順に設定し、アライメント
マーク及び既にサーチされた測定マークの装置座標系
（ｘ，ｙ）で測定された座標に基づいて試料座標系から
装置座標系への座標変換式を計算し、この座標変換式に
より得られた装置座標系の座標を囲む領域に各測定パタ
ーン毎にサーチエリアを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプリント基板や
半導体ウエハ等の試料上のパターンの形状測定や検査を
行う際に、所謂グローバルアライメント方法で試料の位
置決めをする場合に適用して好適なアライメント方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板や半導体ウエハ等の試料上
に加工された特定の微細パターンの形状測定や検査を行
う際には、それら特定の微細パターンのサーチを効率的
に行う必要がある。この場合、試料上に形成された測定
対象パターンは試料上の試料座標系により位置が指定さ
れているのに対して、例えば測定対象パターンの形状測
定を行う測定装置においては、ステージ上に載置された
試料上を走査する電子ビーム等の位置は測定装置固有の
装置座標系上で表されている。従って、測定装置側で試
料上の測定対象パターンのサーチを効率的に行うために
は、試料座標系から装置座標系への座標変換式を求め、
この座標変換式を用いて試料上の測定対象パターンの位
置を装置座標系上での座標に変換する必要がある。この
ような座標変換式を求めて効率的に測定対象パターンの
サーチを行う方法として、所謂グローバルアライメント
方法が知られている。

【０００３】以下、微細パターン測定装置に適用した場
合の従来のグローバルアライメント方法について説明す
る。図３は従来の微細パターン測定装置を示し、この図
３において、１は電子光学鏡筒であり、電子光学鏡筒１
の下方にステージ２が配置され、ステージ２上に試料と
しての直径８インチのウエハ３が載置されている。ウエ
ハ３上には、ウエハ３上の各パターンの位置を指定する
ためのＸ軸及びこれに垂直なＹ軸よりなる試料座標系が
設定されている。ステージ２は電子光学鏡筒１の光軸Ａ
Ｘに垂直な面内において、一方向（これをｘ方向とす
る）及びこれに垂直なｙ方向に図示省略された駆動装置
により移動できるようになっている。また、ステージ２
上のｘ方向及びｙ方向の端部にはそれぞれ移動鏡４Ｘ及
び４Ｙが固定され、移動鏡４Ｘのｘ方向の移動量及び移
動鏡４Ｙのｙ方向の移動量がそれぞれレーザー干渉計５
Ｘ及び５Ｙにより常時計測され、これら計測結果が制御
装置６に供給されている。

【０００４】そして、制御装置６がレーザー干渉計５Ｘ
及び５Ｙの計測結果をリセットすると、そのときの電子
光学鏡筒１の光軸ＡＸとステージ２の表面との交点が装
置座標系の原点となる。その後、ステージ６をｘ方向及
びｙ方向に移動させると、光軸ＡＸとステージ６の表面
との交点の先に設定した原点とのｘ方向及びｙ方向の距
離はそれぞれレーザー干渉計５Ｘ及び５Ｙの計測結果で
表される。従って、レーザー干渉計５Ｘ及び５Ｙの計測
結果により、それぞれ装置座標系上でのｘ軸の座標及び
ｙ軸の座標が表される。但し、電子光学鏡筒１からウエ
ハ３上に照射される電子ビームは偏向されているので、
装置座標系上での正確な座標は、レーザー干渉計５Ｘ，
５Ｙの計測結果に電子ビームの偏向量の補正を行うこと
により得られる。

【０００５】図４は測定対象のウエハ３を示し、図４に
おいて、ウエハ３上の周縁部に２個のアライメントマー
クＡＭ１及びＡＭ２が形成されている。また、ウエハ３
上にはパターンを描画する際の単位となるチップ等に対
応するブロック７−１〜７−５が形成され、これらブロ
ック７−１〜７−５内のそれぞれほぼ同一の位置に５個
の測定パターンＰ１〜Ｐ５が形成されている。描画単位
としてのブロックはウエハ３のほぼ全面に格子状に形成
されているが、図４では測定対象パターンを含むブロッ
クだけを示している。また、例えばブロック７−３の４
隅には、ブロック７−３への描画を重ねて行う際にアラ
イメント用に使用されるブロックマーク８−３Ａ〜８−
３Ｄが形成されている。

【０００６】それらアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２
及び測定パターンＰ１〜Ｐ５のウエハ３上での位置は試
料座標系上の座標（Ｘ，Ｙ）で表され、それらの座標は
ウエハ３をステージ２上に載置する前に既に分かってい
る。図３の制御装置６にはそれらの座標が入力されてい
る。具体的に、アライメントマークＡＭ１及びＡＭ２の
試料座標系上での座標（Ｘ，Ｙ）をそれぞれ（Ｘ_M1，Ｙ
_M1）及び（Ｘ_M2，Ｙ_M2）、測定パターンＰ１〜Ｐ５の試
料座標系上での座標（Ｘ，Ｙ）をそれぞれ（Ｘ _P1，
Ｙ_P1）、（Ｘ_P2，Ｙ_P2）、（Ｘ_P3，Ｙ_P3）、（Ｘ_P4，Ｙ
_P4）及び（Ｘ_P5，Ｙ _P5）とする。

【０００７】ウエハ３はステージ２上の予め決められた
位置に載置されるので、試料座標系の座標と装置座標系
の座標との差は通常１〜２ｍｍより小さいことが保証さ
れており、パターン測定装置では装置座標系上で例えば
３〜４ｍｍ角の範囲内をサーチすることにより、アライ
メントマークＡＭ１及びＡＭ２を見つけることができ
る。これらアライメントマーク又は測定パターンを探す
範囲をサーチエリアと呼び、アライメントマークや測定
パターンを探すために要するサーチ時間はほぼサーチエ
リアの面積に比例する。従って、サーチエリアが広いほ
ど位置合わせに時間がかかることになる。

【０００８】図３の測定装置でグローバルアライメント
を実行する際には、制御装置６は先ずステージ２を駆動
して、ウエハ３のアライメントマークＡＭ１及びＡＭ２
があると予想されるそれぞれのサーチエリアを順次電子
光学鏡筒１の下方に設定する。そして、それぞれのサー
チエリアで電子ビームを走査することにより、アライメ
ントマークＡＭ１及びＡＭ２のサーチを行う。その結
果、アライメントマークＡＭ１及びＡＭ２が見つかる
と、それらマークの位置を装置座標系で測定し、次の演
算により座標変換式を求める。

【０００９】この場合、一般的に装置座標系で表した試
料座標系の原点の位置を（ｘ₀ ，ｙ ₀ ）、両座標系間の
角度差をθとすると、試料座標系上の座標（Ｘ，Ｙ）か
ら装置座標系上の座標（ｘ，ｙ）への座標変換式は次の
ように表される。

【００１０】

【数１】

【００１１】次に具体的に、アライメントマークＡＭ１
及びＡＭ２の装置座標系上で測定された座標をそれぞれ
（ｘ_M1，ｙ_M1）及び（ｘ_M2，ｙ_M2）とする。そして、図
４のウエハ３上の試料座標系の原点を装置座標系で表し
た座標を（ｘ_0r，ｙ_0r）、ウエハ３のステージ２への載
置時の傾斜角をθ_r とすると、アライメントマークＡＭ
１及びＡＭ２の試料座標系上での座標は（Ｘ_M1，Ｙ_M1）
及び（Ｘ_M2，Ｙ_M2）であるため、次の関係が成立する。

【００１２】

【数２】

【００１３】この（数２）を係数ｃｏｓθ_r、係数ｓｉ
ｎθ_r、座標ｘ_0r及び座標ｙ_0rについて解くと、次のよ
うになる。

【００１４】

【数３】

【００１５】

【数４】

【００１６】

【数５】

【００１７】

【数６】

【００１８】（数３）〜（数６）を（数１）に代入する
ことにより、試料座標系の座標（Ｘ，Ｙ）から装置座標
系の座標（ｘ，ｙ）への座標変換式は次の（数７）とし
て求められる。

【００１９】

【数７】

【００２０】（数７）を用いて試料座標系で表される測
定パターンＰ１〜Ｐ５の装置座標系での位置を求め、ス
テージ２を駆動して電子ビームの走査領域にそれらの位
置を順次移動することにより、各測定パターンの測定が
行われる。測定パターンの位置を電子ビームの走査領域
に移動して測定パターンの形状計測を行うためには、測
定パターンの形状にも依るが、通常１μｍ程度のアライ
メント位置精度が必要になる。しかしながら、実際には
グローバルアライメント実行時に測定する装置座標系の
座標値には誤差が含まれており、この誤差量によって、
測定パターンの形状計測を行う前に再びパターンサーチ
を行って測定パターンを探す必要が生じる。

【００２１】従来の微細パターン測定装置では、パター
ン位置測定系の測定精度はおよそ数μｍ（標準偏差σ＝
３μｍとして±３σの誤差範囲で考えた場合）であり、
アライメントマークＡＭ１及びＡＭ２の間隔を約７０ｍ
ｍとすると、角度θの誤差範囲θｅは次のようになる。

【数８】 θｅ≒±９［μｍ］×２^1/2 ／７０［ｍｍ］≒±０．１８［ｍｒａｄ］

【００２２】例えば図４の測定マークＰ２はアライメン
トマークＡＭ１から１８０ｍｍ離れているので、試料座
標系から装置座標系に座標変換した場合のｘ方向の座標
ｘ_P2の位置誤差ｘ_EP2 は近似計算で次のようになる。

【数９】ｘ_EP2 ≒±０．１８［ｍｒａｄ］×１８０［ｍｍ］≒±３３［μｍ］

【００２３】但し、実際にはステージ２の停止位置誤差
もあり、余裕を見ると１００〜１５０μｍ角程度のサー
チエリアが必要になる。このように、ウエハ３の設置時
の精度だけでは３〜４ｍｍ角程度は必要であったサーチ
エリアが、グローバルアライメントを行うことによって
面積比でおよそ１／７００に縮小できる。従って、グロ
ーバルアライメント終了後の計測パターンＰ１〜Ｐ５の
測定におけるパターンサーチ時間を、グローバルアライ
メントを行わなかった場合に比べて大幅に短縮できるこ
とが分かる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体集積回路
の一層の微細化に伴い、集積回路製造上のパターン形状
に関する寸法マージンが少なくなっている。従って、寸
法管理を厳しく行うために、検査工程で測定するパター
ンの個数が増加する傾向にある。１枚のウエハ上で測定
するパターンの個数が多くなる程にパターンサーチの回
数が増えるが、装置全体のスループットを低下させない
ためには、測定パターンのサーチエリアを出来るだけ小
さくしてサーチ時間を短縮することが要求されている。

【００２５】しかしながら、従来のグローバルアライメ
ントでは、アライメントマークＡＭ１及びＡＭ２の位置
測定結果から求めた座標変換式により全ての測定パター
ンの座標を計算しているために、アライメントマークか
ら最も遠く離れた測定パターン、即ち計算精度の最も悪
くなる測定パターンの位置でもそのパターンが探せるよ
うに広いサーチエリアを設定しなければならなかった。
そのため、測定するパターンの個数が多くなると、全体
の検査時間が非常に長くなり、スループットが大きく低
下するという不都合があった。

【００２６】これに関して、従来のグローバルアライメ
ント方法を使用する場合でも、パターン位置測定系の測
定精度を向上することによりサーチエリアを縮小してサ
ーチ時間を短縮することができるが、パターン位置測定
系の測定精度の向上は装置の製造コストの上昇を招くと
いう不都合がある。本発明は斯かる点に鑑み、装置座標
系での座標の測定精度を向上させることなく、測定対象
パターンのサーチエリアを縮小してサーチ時間を短縮で
きるアライメント方法を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト方法は、例えば図１及び図２に示す如く、２次元の第
１の座標系（ｘ，ｙ）上の座標で各位置が表される面上
で、第２の座標系（Ｘ，Ｙ）が定められると共に複数の
アライメントマーク（ＡＭ１，ＡＭ２）及び複数の測定
対象パターン（Ｐ１〜Ｐ５）がその第２の座標系に基づ
いて形成された試料（３）の測定対象パターン（Ｐ１〜
Ｐ５）のサーチを行う方法において、複数のアライメン
トマーク（ＡＭ１，ＡＭ２）のその第１の座標系上で測
定された座標より、試料（３）上に定めた第２の座標系
（Ｘ，Ｙ）から第１の座標系（ｘ，ｙ）への座標変換式
を求める第１工程（ステップ１０２）と、この座標変換
式に基づいて複数の測定対象パターン（Ｐ１〜Ｐ５）の
内の複数のアライメントマーク（ＡＭ１，ＡＭ２）に最
も近い測定対象パターン（Ｐ５）の第１の座標系（ｘ，
ｙ）上での座標を算出する第２工程（ステップ１０５）
と、この算出された座標を含む所定範囲のサーチエリア
で測定対象パターン（Ｐ５）のサーチを行うと共に、こ
のサーチにより得られた測定対象パターン（Ｐ５）の第
１の座標系（ｘ，ｙ）上での座標を求める第３工程（ス
テップ１０８）とを有する。

【００２８】更に、本発明は、複数の測定対象パターン
（Ｐ１〜Ｐ５）中で既にサーチにより得られた測定対象
パターン及び複数のアライメントマーク（ＡＭ１，ＡＭ
２）の第１の座標系（ｘ，ｙ）上での座標より、試料
（３）上の第２の座標系（Ｘ，Ｙ）から第１の座標系
（ｘ，ｙ）への座標変換式を求める第４工程（ステップ
１１１）と、この第４工程で得られた座標変換式に基づ
いて、複数の測定対象パターン（Ｐ１〜Ｐ５）の内の複
数のアライメントマーク（ＡＭ１，ＡＭ２）及びその既
にサーチにより得られた測定対象パターンに最も近い測
定対象パターンの第１の座標系（ｘ，ｙ）上での座標を
算出する第５工程（ステップ１０５）と、この算出され
た座標を含む所定範囲のサーチエリアでその測定対象パ
ターンのサーチを行う第６工程（ステップ１０８）とを
有するものである。

【００２９】この場合、その第６工程（ステップ１０
８）において、その第４工程（ステップ１１１）におい
て算出されるその測定対象パターンの座標又はこの座標
の演算誤差に基づいて、そのサーチエリアの形状をその
測定対象パターン毎に独立に設定することが望ましい。
更に、その第６工程（ステップ１０８）において、その
サーチエリアを矩形に設定し、且つこの矩形の縦横比を
その測定対象パターン毎に独立に設定するようにしても
よい。

【００３０】

【作用】斯かる本発明においては、アライメントマーク
（ＡＭ１，ＡＭ２）も測定対象パターン（Ｐ１〜Ｐ５）
もその位置は試料（３）上の第２の座標系（Ｘ，Ｙ）、
即ち試料座標系上で与えられている。そして、実際の測
定によりアライメントマーク及び測定対象パターンの第
１の座標系（ｘ，ｙ）、即ち装置座標系上での座標が測
定される。そこで、本発明の第４工程（ステップ１１
１）では、試料座標系から装置座標系への座標変換式を
求める際に、測定対象パターンの測定された装置座標を
も使用することにより計算精度を向上させている。

【００３１】即ち、アライメントマークの位置測定結果
及び測定対象パターンの位置測定結果の誤差は基本的に
正規分布に従っているので、測定対象パターンが増える
と測定対象パターンの個数の平方根に比例して、座標変
換式の計算精度が向上する。本発明においては、測定対
象パターンのサーチを行う度に同時に測定対象パターン
の装置座標系（ｘ，ｙ）上での座標も測定し、この測定
された座標をも含めて改めて座標変換式を補正するの
で、後から測定する測定対象パターンほどアライメント
精度が良くなる。

【００３２】また、図２に示すように、装置座標系
（ｘ，ｙ）と試料座標系（Ｘ，Ｙ）との角度差θに基づ
く誤差により、アライメントマーク（ＡＭ１，ＡＭ２）
から遠く離れた測定対象パターンほどアライメント精度
が悪くなる。これら２つの条件に鑑みて、アライメント
マーク（ＡＭ１，ＡＭ２）に近い測定対象パターンから
測定を行うことにより、角度差θの誤差の大きい測定対
象パターン、即ち遠い測定対象パターンの測定を行うと
きには、測定誤差の平均化により、座標変換式の精度が
向上している。また、特に角度差θの計算誤差θｅその
ものが小さくなりアライメント精度が悪化しないので、
従来の方法よりサーチエリアを予め小さく設定すること
ができ、サーチ時間が短縮できる。

【００３３】また、座標変換式による演算誤差は次第に
小さくなるので、この演算誤差又はアライメントマーク
等からの間隔等に基づいて、サーチエリアを測定対象パ
ターン毎に独立に設定することにより、サーチエリアを
それぞれ最も小さくすることができ、サーチ時間をより
短縮できる。更に、座標変換式による演算誤差は、装置
座標系の一方向とこれに垂直な方向とで異なることがあ
る。このような場合には、そのサーチエリアを例えば装
置座標系（ｘ，ｙ）に沿って矩形に設定し、その縦横比
（ｙ／ｘ）を変えてサーチエリアを設定することによ
り、それぞれサーチエリアをより小さく設定することが
できる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明によるアライメント方法の一実
施例につき図１及び図２を参照して説明する。本例は図
３の微細パターン測定装置で図２のウエハ３上の測定パ
ターンの形状測定を行う場合に本発明を適用したもので
ある。

【００３５】図２は本例の測定対象のウエハ３を示し、
この図２において、実線で示したｘ軸及びこれに垂直な
ｙ軸がウエハ３の形状測定を行う装置の装置座標系、破
線で示したＸ軸及びこれに垂直なＹ軸がウエハ３上に定
められた試料座標系である。両座標系の間には角度差θ
があると共に、原点位置もずれている。また、ウエハ３
上の周縁部にはグローバルアライメント用の２個のアラ
イメントマークＡＭ１及びＡＭ２が形成され、測定対象
の５個の測定パターンＰ１〜Ｐ５がウエハ３上に形成さ
れている。図２においても、図４と同様に、各測定パタ
ーンＰ１〜Ｐ５が属する矩形のブロック（チップ）７−
１〜７−５が示してある。なお、図４で説明したよう
に、各ブロックには重ねてパターンを描画する際にアラ
イメントを行うためのブロックマーク（例えば図４のブ
ロックマーク８−３Ａ，８−３Ｂ）が形成してあるの
で、これらブロックマークをアライメントマークＡＭ１
及びＡＭ２の代わりに使用することも可能である。

【００３６】実際には、例えば図３のステージ２の移動
時の真直度の誤差やステージ２の停止位置の誤差に起因
する装置座標系の誤差、又はウエハ３の歪による試料座
標系の誤差などの誤差要因が存在する。しかし、ここで
は説明を簡単にし且つ定量的に評価し易いようにそれぞ
れの座標系は理想的なものとして、ステージ２の停止位
置誤差も無いものとする。従って、誤差要因としては、
パターン位置測定系の測定誤差だけを考え、測定値のば
らつきの標準偏差σを３μｍと仮定して、ウエハ３上の
各測定パターンの装置座標系上の計算された座標を中心
として±３σの範囲をサーチエリアとする。

【００３７】実際に近い形で評価するために、ウエハ３
の直径を８インチ、試料座標系（Ｘ，Ｙ）の原点をウエ
ハ３の中心として、グローバルアライメント用のアライ
メントマークＡＭ１及びＡＭ２の試料座標系（Ｘ，Ｙ）
上でのｍｍ単位（以下同様）の座標値をそれぞれ（３
５，−９０）及び（−３５，−９０）とする。また、各
ブロック７−１〜７−５の大きさを２０ｍｍ角として、
試料座標系（Ｘ，Ｙ）上の中心のブロック７−１及び最
も外側のブロック７−２〜７−５の上の測定パターンＰ
１〜Ｐ５を計測するものとする。各測定パターンＰ１〜
Ｐ５はそれぞれブロック７−１〜７ー５の中心座標に関
して（７，７）の位置にあるものとする。従って、測定
パターンＰ１〜Ｐ５の試料座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標
はそれぞれ（７，７）、（７，８７）、（−７３，
７）、（８７，７）、（７，−７３）となる。

【００３８】更に、ウエハ３を図３のステージ２上に設
置した際の装置座標系と試料座標系との間の角度差θを
５ｍｒａｄ、試料座標系の原点、即ちウエハ３の中心の
装置座標系（ｘ，ｙ）上での座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ）を
（０．２，０．１）とする。次に、本例で測定パターン
Ｐ１〜Ｐ５の形状測定を行う際の動作の一例につき図１
のフローチャートを参照して説明する。

【００３９】先ず図１のステップ１０１で、図２のウエ
ハ３を図４のステージ２上に搬送してウエハ３をステー
ジ２上に設置する。続いて、ステップ１０２において従
来の方法でサーチを行うことにより、アライメントマー
クＡＭ１及びＡＭ２の装置座標系での座標（ｘ_M1，
ｙ_M1）及び（ｘ_M2，ｙ_M2）を順次計測する。このときの
アライメントマークＡＭ１及びＡＭ２に関するサーチエ
リアはウエハ３の設置精度に依存するので特に規定しな
いが、前述の仮定から、測定された座標は標準偏差σで
３μｍの誤差を持っている。アライメントマークＡＭ
１，ＡＭ２の試料座標系における既知の座標（Ｘ_M1，Ｙ
_M1），（Ｘ_M2，Ｙ_M2）及びそれら測定値を（数３）〜
（数６）に代入することにより、座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ）、
ｓｉｎθ及びｃｏｓθが算出される。これらの座標ｘ
₀ 、座標ｙ₀ 、ｓｉｎθ及びｃｏｓθをそれぞれ（数
７）の座標ｘ_0r、座標ｙ_0r、ｓｉｎθ_r 及びｃｏｓθ_r
に代入することにより、試料座標系から装置座標系への
座標変換式が得られる。その後、実際の動作はステップ
１０３に移行するが、以下では参考のためその座標変換
式による計算誤差につき検討する。

【００４０】先ず、ｓｉｎθから角度差θを求めるもの
として、（数３）〜（数６）により算出される座標ｘ
₀ 、座標ｙ₀ 及び角度差θの誤差の標準偏差をそれぞれ
σ_x0、σ_y0及びσθとすると、これら標準偏差σ_x0、σ
_y0及びσθはそれぞれ６μｍ、６μｍ及び０．０６ｍｒ
ａｄ程度になる。これだけの誤差を含んだ座標ｘ₀ 、座
標ｙ₀ 及び角度差θを代入して得られた（数７）の座標
変換式を用いて、測定パターンＰ１〜Ｐ５の試料座標系
上の座標を装置座標系上の座標に変換した場合の、各測
定パターンＰ１〜Ｐ５の座標の計算結果に含まれる誤差
の標準偏差はおよそ表１に示す値になる。但し、表１で
は装置座標系のｘ方向の誤差の標準偏差及びｙ方向の誤
差の標準偏差をそれぞれσ_x 及びσ_y で表している。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１より、測定パターンＰ２のｘ方向の誤
差の標準偏差σ_x が１０．９μｍとなり最も大きいこと
が分かる。従って、仮に従来の方法を用いてサーチエリ
アを設定する場合には、測定パターンＰ２がｘ方向及び
ｙ方向にそれぞれ±３σ_x の誤差内で収まるようにその
サーチエリアを設定しなければならない。即ち、測定パ
ターンＰ２の±３σ_x は幅で６５．４（＝１０．９×
６）μｍであるため、サーチエリアはおよそ６６μｍ角
に設定しなければならないことになる。

【００４３】これに対して本実施例では、ステップ１０
３において、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２及び既
に測定を終えた測定パターンに最も近い未測定パターン
から測定が行われるように、測定パターンＰ１〜Ｐ５に
対する測定の順番を設定する。測定の順番を決める場合
の「近さ」の定義としては例えば次の〜のような定
義が考えられる。なお、以下の定義における距離は試料
座標系上で計算されるものである。

【００４４】アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２及び
既に測定された（近いと決定された）測定パターンに対
する距離の平均値が最も短い測定パターンを最も近い測
定パターンとする。アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２及び既に測定され
た（近いと決定された）測定パターンの何れかに対する
距離が最も短い測定パターンを最も近い測定パターンと
する。

【００４５】既に測定された（近いと決定された）測
定パターンは考えずに、単純にアライメントマークＡＭ
１又はＡＭ２に対する距離が短いものをより近い測定パ
ターンとする。

【００４６】図２の場合に例えば上記のの定義を用い
ると、測定する順序は矢印で示すように、測定パターン
Ｐ５、測定パターンＰ１、測定パターンＰ３、測定パタ
ーンＰ４、測定パターンＰ２となる。次にステップ１０
４に移行して、未測定パターンの中で最も測定順位の早
い測定パターンＰ５を測定対象に選定し、（数７）の座
標変換式を用いて測定パターンＰ５の試料座標系上の座
標を装置座標系上の座標に変換する（ステップ１０
５）。次に、ステップ１０６において、図３のステージ
２の装置座標系の座標を測定パターンＰ５の座標に合わ
せる。これは測定パターンＰ５を図３の電子光学鏡筒１
による電子ビームの走査領域に設定することを意味す
る。

【００４７】次に、測定パターンＰ５に対するサーチエ
リアを設定して（ステップ１０７）、測定パターンＰ５
のサーチを行う（ステップ１０８）。ステップ１０７で
設定するサーチエリアの形状及び大きさについては後述
する。そして、測定パターンＰ５が得られたときには、
その測定パターンＰ５の装置座標系（ｘ，ｙ）上の座標
を求めると共に、そのパターンＰ５の形状の計測又は検
査を行う（ステップ１０９）。その後、ステップ１１０
において、未測定パターンが残っているがどうかを調べ
るが、本例では測定パターンＰ１等が残っているので動
作はステップ１１１に移行する。このステップ１１１で
は、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２及び測定パター
ンＰ５の装置座標系（ｘ，ｙ）上での座標に基づいて、
例えば最小自乗法により試料座標系（Ｘ，Ｙ）から装置
座標系（ｘ，ｙ）への座標変換式を求める。

【００４８】具体的に、座標変換式は（数７）のように
３個のパラメータｘ_0r、ｙ_0r及びθ _r で表されるので、
実際には２個のアライメントマークＡＭ１及びＡＭ２の
装置座標が分かれば、それら３個のパラメータは（数
３）〜（数６）のように正確に計算される。これに対し
て、今のステップ１１１では２個のアライメントマーク
ＡＭ１，ＡＭ２及び１個の測定パターンＰ５の装置座標
が分かっているので、最小自乗法によりそれら３個のパ
ラメータをより高精度に求めることができる。具体的な
計算方法については周知であるため省略する。

【００４９】その後、動作はステップ１０４に戻り、今
度は測定パターンＰ１が測定対象に選定され、ステップ
１１１で求めた座標変換式により測定パターンＰ１の試
料座標系の座標が装置座標系の座標に変換される（ステ
ップ１０５）。次に、測定パターンＰ１を図３の電子光
学鏡筒１による電子ビームの走査領域に設定した後に
（ステップ１０６）、測定パターンＰ１に対するサーチ
エリアを設定して（ステップ１０７）、測定パターンＰ
１のサーチを行う（ステップ１０８）。そして、測定パ
ターンＰ１が得られたときには、その測定パターンＰ１
の装置座標系（ｘ，ｙ）上の座標を求めると共に、その
パターンＰ１の形状の計測又は検査を行う（ステップ１
０９）。その後、ステップ１１０において、未測定パタ
ーンが残っているがどうかを調べるが、本例では測定パ
ターンＰ３等が残っているので動作はステップ１１１に
移行する。このステップ１１１では、アライメントマー
クＡＭ１，ＡＭ２及び測定パターンＰ５，Ｐ１の装置座
標系（ｘ，ｙ）上での座標に基づいて、例えば最小自乗
法により試料座標系（Ｘ，Ｙ）から装置座標系（ｘ，
ｙ）への座標変換式を求める。

【００５０】その後、動作はステップ１０４に移行して
残りの測定パターンＰ３，Ｐ４及びＰ２の形状の計測又
は検査が順次行われる。また、ステップ１１１では順次
新たに計測された測定パターンの装置座標を組み入れて
座標変換式がそれぞれ計算されるが、データ数が次第に
増加するので計算誤差は次第に減少する。その後、ステ
ップ１１０で未測定パターンが無くなると、ステップ１
１２においてウエハ３の搬出が行われる。

【００５１】本例のような順番で測定パターンＰ１〜Ｐ
５の位置決めを行った場合の、各測定パターンＰ１〜Ｐ
５の装置座標系上の座標の誤差の標準偏差を表２に示
す。表２では、各測定パターンＰ１〜Ｐ５の測定の順
番、ｘ方向の誤差の標準偏差σ_x及びｙ方向の誤差の標
準偏差σ_y を示している。

【００５２】

【表２】

【００５３】この表２より、測定の順番の遅い測定パタ
ーンほど座標変換時の誤差が小さくなっていることが分
かる。表２において、最も計算誤差が大きいパターンは
最初に計測した測定パターンＰ５であり、測定パターン
Ｐ５の座標誤差の標準偏差（σ_y ）は６μｍである。こ
の場合、±３σ_y まで考えて、サーチエリアを全ての測
定パターンに対して共通な正方形としても、サーチエリ
アは３６（＝６×３×２）μｍ角で良いことになる。こ
れに対して、表１の従来の場合にはサーチエリアは６６
μｍ角程度に設定する必要があるので、本例によれば、
サーチエリアの大きさはほぼ０．３倍程度に縮小でき
る。従って、サーチ時間を従来の１／３以下に短縮する
ことができる。

【００５４】更に、本例では測定パターンＰ１〜Ｐ５の
試料座標系上での座標及び装置座標系上で測定された座
標の誤差が分かっているので、サーチ対象の測定パター
ンに対してそれぞれどの程度のサーチエリアが必要かは
予め計算できる。例えば表２より、測定パターンＰ２に
対しては、±３σ_x でほぼ１６μｍ角のサーチエリアを
設定すればよいことが計算される。このように、測定パ
ターン毎に個別に必要最小限のサーチエリアを設定する
ことにより、全体としてのサーチエリアの面積を小さく
することができ、よりサーチ時間を短縮できる。

【００５５】また、表２より明かなように、座標変換に
より得られた座標の誤差の標準偏差はｘ方向とｙ方向と
で異なっている。従って、サーチエリアをｘ方向とｙ方
向とに平行な辺を有する矩形に設定すると共に、ｘ方向
及びｙ方向の辺の長さをそれぞれｘ方向の標準偏差及び
ｙ方向の標準偏差の６倍（±３σ）に設定することによ
り、各測定パターンのサーチエリアをより小さくするこ
とができる。具体的に表２より、測定パターンＰ５のサ
ーチエリアはｘ方向の長さが約１５μｍで且つｙ方向の
長さが約３６μｍの矩形に設定すればよい。

【００５６】このように各測定パターンＰ１〜Ｐ５毎に
それぞれサーチエリアを独立に設定すると共に、各測定
パターンＰ１〜Ｐ５毎にそのサーチエリアのｘ方向とｙ
方向との長さを最適化した場合には、サーチエリアの総
面積は２２６６μｍ² となり、従来例の２１７８０μｍ
² に比べてほぼ１／１０になる。従って、サーチ時間を
大幅に短縮できる。

【００５７】また、全自動でウエハ３上の測定パターン
の計測又は検査を行う場合、図３のステージ２を駆動し
てウエハ３上の測定パターンを電子ビームの走査領域へ
移動する際のアライメント時間は、全体の計測時間又は
検査時間の中で比較的大きな割合を占めている。従っ
て、本例のように、アライメントマークＡＭ１，１Ｍ２
及び既に測定された測定パターンに近いパターンから計
測等を行うことにより、ステージ２を駆動する時間をも
短縮でき、全体の計測等の工程のスループットを更に向
上させることができる。

【００５８】なお、表２に示した数値は、アライメント
マーク及び測定パターンの位置計測結果にのみ誤差が存
在しそれ以外は理想的な装置を想定してシミュレーショ
ンによって得られたものである。これに対して、実際の
装置においては、位置計測結果以外にも多くの誤差要因
が存在するが、誤差要因同士が独立しているために、測
定パターンの個数を増加させて最小自乗法により座標変
換の計算式を補正することにより、計算精度は次第に向
上する。従って、実際の装置においては表２の数値がそ
のまま当てはまることはないが、実際の装置において
も、ほぼ表２に近い傾向の計算誤差が得られるものと考
えられる。

【００５９】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、既にサーチされた測定
対象パターン及びアライメントマークの第１の座標系
（装置座標系）上での座標より第２の座標系（試料座標
系）から装置座標系への座標変換式を求め直しているの
で、装置座標系での座標の測定精度を向上させることな
く、測定対象パターンのサーチエリアを縮小してサーチ
時間を短縮できる利点がある。また、既にサーチされた
測定対象パターン及びアライメントマークに最も近い測
定対象パターンから測定を行うことにより、測定対象パ
ターンから次の測定対象パターンへ移る際の移動時間を
短縮することができ、全体の検査等に要する時間を更に
短縮できる。

【００６１】また、サーチエリアの形状を測定対象パタ
ーン毎に独立に設定する場合には、全体のサーチ時間を
更に短縮することができる。また、座標変換の計算誤差
は装置座標系上の一方向とこれに垂直な方向とで異なる
ことがある。このような場合には、そのサーチエリアを
矩形に設定し、且つこの矩形の縦横比を測定対象パター
ン毎に独立に設定することにより、サーチエリアを更に
小さくしてサーチ時間をより短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメント方法の一実施例が適
用された計測方法を示すフローチャートである。

【図２】その実施例で計測されるウエハ上の測定パター
ンを示す平面図である。

【図３】従来例及び本発明の実施例で使用される微細パ
ターン測定装置を示す斜視図である。

【図４】従来のアライメント方法が適用された計測方法
で計測されるウエハを示す平面図である。

【符号の説明】

２ステージ３ウエハＡＭ１，ＡＭ２アライメントマークＰ１〜Ｐ５測定パターン７−１〜７−５ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027 21/68 Ｇ 8418−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元の第１の座標系上の座標で各位置
が表される面上で、第２の座標系が定められると共に複
数のアライメントマーク及び複数の測定対象パターンが
前記第２の座標系に基づいて形成された試料の前記測定
対象パターンのサーチを行う方法において、前記複数のアライメントマークの前記第１の座標系上で
測定された座標より、前記試料上に定めた前記第２の座
標系から前記第１の座標系への座標変換式を求める第１
工程と、該座標変換式に基づいて前記複数の測定対象パターンの
内の前記複数のアライメントマークに最も近い測定対象
パターンの前記第１の座標系上での座標を算出する第２
工程と、該算出された座標を含む所定範囲のサーチエリアで前記
測定対象パターンのサーチを行うと共に、該サーチによ
り得られた前記測定対象パターンの前記第１の座標系上
での座標を求める第３工程と、前記複数の測定対象パターン中で既にサーチにより得ら
れた測定対象パターン及び前記複数のアライメントマー
クの前記第１の座標系上での座標より、前記試料上の第
２の座標系から前記第１の座標系への座標変換式を求め
る第４工程と、該第４工程で得られた座標変換式に基づいて、前記複数
の測定対象パターンの内の前記複数のアライメントマー
ク及び前記既にサーチにより得られた測定対象パターン
に最も近い測定対象パターンの前記第１の座標系上での
座標を算出する第５工程と、該算出された座標を含む所定範囲のサーチエリアで前記
測定対象パターンのサーチを行う第６工程と、を有する
事を特徴とするアライメント方法。
【請求項２】前記第６工程において、前記第４工程に
おいて算出される前記測定対象パターンの座標又は該座
標の演算誤差に基づいて、前記サーチエリアの形状を前
記測定対象パターン毎に独立に設定する事を特徴とする
請求項１記載のアライメント方法。
【請求項３】前記第６工程において、前記サーチエリ
アを矩形に設定し、且つ該矩形の縦横比を前記測定対象
パターン毎に独立に設定する事を特徴とする請求項２記
載のアライメント方法。