JPH06258045A - 位置検出方法及び位置検出装置 - Google Patents

位置検出方法及び位置検出装置

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JPH06258045A
JPH06258045A JP5049579A JP4957993A JPH06258045A JP H06258045 A JPH06258045 A JP H06258045A JP 5049579 A JP5049579 A JP 5049579A JP 4957993 A JP4957993 A JP 4957993A JP H06258045 A JPH06258045 A JP H06258045A
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JP
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JP5049579A
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English (en)
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Kazuto Matsuki
一人 松木
Yoshihiko Takahashi
良彦 高橋
Toru Mikami
徹 三上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7092Signal processing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、通常顕微鏡及び干渉顕微鏡光学系
を用いて取得された検査対象物の観察画像データから、
対称性を有する対象パターンの位置を精度良く検出する
ことのできる位置検出方法及び位置検出装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 光学的検出手段を用いて得られる検査対象の
観察画像が略線対称であるときに、当該観察画像の位置
を検出する位置検出装置であって、当該観察画像の線対
称の一方の側に特定される第1の所定領域の画像を反転
して当該第1の所定領域に係る基準画像を設定する第1
の設定手段と、この第1の設定手段で設定された基準画
像を基にして、他方の側に特定される第2の所定領域を
設定する第2の設定手段と、これら第1の所定領域の位
置と第2の所定領域の位置との中心位置から当該観察画
像の位置を検出する検出手段とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超LSI等の半導体デ
バイスの製造・検査等におけるウエハあるいはレチクル
上の微細パターンの検査を行なうための位置検出方法及
び位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超LSI等の半導体デバイス製造・検査
等で利用される微細パターン検査装置には、ステッパで
転写・露光されたときのアライメント精度を検査するも
のがある。
【0003】通常は、前プロセス工程で製作された20
μm程度の正方形(ボックス)の上に10μm程度の正
方形(ボックス)を製作し、それぞれのエッジの位置を
測定して、アライメント精度を検査する。前者の正方形
(ボックス)はSiO2 、多結晶シリコン等のプロセス
材料で構成されたもので、後者の正方形(ボックス)は
レジストである。
【0004】図5に、この検査用のアライメントマーク
Mの構造の一例を示す。このアライメントマークMは、
外側ボックス13と内側ボックス11との位置を検出
し、これらの位置からアライメント精度を測定するため
のものである。すなわち、外側ボックス13は前回転写
されたレジストパターンを用いて製作されたマークであ
り、この外側ボックス13は、例えばSiO2 等で形成
されている。内側ボックス11は今回転写されたレジス
トマークである。ここで下地はシリコン等で出来てい
る。
【0005】次に、図6及び図7を参照して、従来の検
査方法を説明する。図6は、通常顕微鏡及び干渉顕微鏡
等の光学系を用いて取得された検査対象物の観察画像デ
ータであって、横軸にアライメントマークMのX軸方向
の位置を示し(例えば、図2参照)、縦軸にこのX軸方
向のそれぞれの位置における光強度Iを示すものであ
る。この図6に示されるように、アライメントマークM
のエッジ部分では回折光による輝度変化により生じるヒ
ゲ11A,11B,13A,13Bが発生しており、ヒ
ゲ11A,11Bはそれぞれ内側ボックス11によるも
のであり、ヒゲ13A,13Bは外側ボックス13によ
るものである。
【0006】従来は、これらヒゲ11A,11B,13
A,13Bに対して、それぞれある任意の光強度Iでス
レッシュホールドレベル19a,19bを定めてスライ
スする。このようにスライスして求まった2点の位置2
1から中心の位置23を求め、それをエッジの位置とし
ていた。さらに、このようにして合計4個のエッジ位置
を求め、外側と内側のボックスの位置のズレを求めるよ
うにしていた。
【0007】上記したようなエッジの所で発生するヒゲ
は回折現象により現れるものである。しかしながら、近
年の半導体プロセスの薄膜化の影響で、エッジ部分の段
差が低くなり、かつ段差の形状も鈍まってきており、エ
ッジの所で発生するヒゲが小さくなる傾向がある。その
ためエッジのヒゲをあるスレッシュホールドレベルを定
めてスライスし、スライスして求まった2点の位置から
中心の位置を求め、それをエッジの位置とする従来の方
式では、エッジ位置の検出が非常に困難となっている。
またプロセスによっては、そのエッジのヒゲが現れにく
い物もある。さらにはエッジのヒゲそのものには対称性
が無いため、微妙なフォーカスのズレの影響で、求まっ
たエッジの位置がずれてしまう検出時における困難さが
あった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
検査装置では、エッジの所で発生するヒゲを任意のスレ
ッシュホールドレベルを定めてスライスし、このスライ
スによって求まった2点の位置から中心の位置を求め、
この中心位置をエッジの位置としていたため、検査対象
物の状態によっては精度良く検出することが困難である
場合が生じた。
【0009】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、通常顕微鏡及び干渉顕微鏡等の光学系を用いて取得
された検査対象物の観察画像データから、対称性を有す
る対象パターンの位置を精度良く検出する位置検出方法
及び位置検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第1の発明は、光学的検出手段を用いて得られる検
査対象の観察画像が略線対称であるときに、当該観察画
像の位置を検出する際に、当該観察画像の線対称の一方
の側に特定される第1の所定領域を設定し、この設定さ
れた第1の所定領域を基準にして、他方の側に特定され
る第2の所定領域を検出し、これら第1の所定領域と第
2の所定領域との中心位置から当該観察画像の位置を検
出することを要旨とする。
【0011】また、本願第2の発明は、光学的検出手段
を用いて得られる検査対象の観察画像が略線対称である
ときに、当該観察画像の位置を検出する位置検出装置で
あって、当該観察画像の線対称の一方の側に特定される
第1の所定領域の画像を反転して当該第1の所定領域に
係る基準画像を設定する第1の設定手段と、この第1の
設定手段で設定された基準画像を基にして、他方の側に
特定される第2の所定領域を設定する第2の設定手段
と、これら第1の所定領域の位置と第2の所定領域の位
置との中心位置から当該観察画像の位置を検出する検出
手段とを有することを要旨とする。
【0012】
【作用】本願第1の発明の位置検出方法の検査対象は、
光学的検出手段を用いて得られる観察画像が略線対称で
あるものであり、また当該観察画像の位置を検出する際
には、当該観察画像の線対称の一方の側に特定される第
1の所定領域を設定し、この設定された第1の所定領域
を基準にして、他方の側に特定される第2の所定領域を
検出するようにしており、所定領域内の画像状態には影
響されない。これにより、これら第1の所定領域と第2
の所定領域との中心位置から当該観察画像の位置が精度
良く検出される。
【0013】本願第2の発明の位置検出装置は、光学的
検出手段を用いて得られる観察画像が略線対称であるも
のであり、また当該観察画像の位置を検出する際には、
第1の設定手段において当該観察画像の線対称の一方の
側に特定される第1の所定領域の画像を反転して当該第
1の所定領域に係る基準画像を設定し、さらに第2の設
定手段においては、この設定された基準画像を基準にし
て、他方の側に特定される第2の所定領域を検出する。
この検出の際には、所定領域内の画像状態には影響され
ない。これにより、これら第1の所定領域と第2の所定
領域との中心位置から当該観察画像の位置が精度良く検
出される。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係る一実施例を図面を参照し
て説明する。図1は本発明に係る微細パターン検査装置
による中心座標検出方法の処理手順を示す図である。以
下、この微細パターン検査装置に関して説明するが、本
発明は超LSI等の半導体デバイスの製造・検査等に利
用されるウエハあるいはレチクル上の微細パターンの検
査を行なわせるための微細パターン検査装置への適用に
限定されるものではない。
【0015】図1は通常顕微鏡及び干渉顕微鏡等の光学
系を用いて取得された検査対象物のアライメントマーク
Mの観察画像データであって、横軸にこのアライメント
マークMのX軸方向の位置を示し、縦軸にこのX軸方向
のそれぞれの位置における光強度Iを示す。すなわち、
図2に示すように、アライメントマークMの画像データ
をもとに内側ボックス11のY軸方向エッジの直線部分
11aに直交するX軸方向のラインデータ15のうちの
1ライン分だけを取り込むことにより得られるものであ
る。したがって、図1の輝度分布データ15kはこの取
り込んだラインデータ15の一例を示すものであり、Y
軸に平行な軸に対して対称性を示す。
【0016】テンプレート切出し領域1は、略線対称で
ある観察画像データの一方の側の画像にエッジを含むよ
うにして設定される第1の所定領域であって、特にヒゲ
が含まれる必要はない。
【0017】テンプレート3は、テンプレート切出し領
域1の画像データをY軸に平行な軸に対して180度反
転して得られる基準画像であって、このテンプレート3
を他方の側に設定される探索エリア5内で移動すること
によって、テンプレート切出し領域1の画像と対称であ
る画像、すなわち第2の所定領域を検出する。
【0018】次に、図1乃至図4を参照して本実施例に
おけるアルゴリズムを説明する。
【0019】まず光学的に図2に示すアライメントマー
クMを撮像し、この得られた画像データから図1に示す
輝度分布データ15kを作成する。この輝度分布データ
15kは内側ボックス11のY軸方向エッジの直線部分
11aを通過しているX軸方向のラインデータ15のう
ちの1ラインを取り込むことによって得られ、対称性を
示している。
【0020】この輝度分布データ15kから外側の片方
のエッジ付近にテンプレート切出し領域1を切り出し、
左右をY軸に平行な軸を対称軸にして180度だけ反転
し、テンプレート3を作成する。次に他方のエッジ付近
に、このテンプレート3より十分に大きい探索エリア5
を設定する。そしてこの探索エリア5内においてテンプ
レート3を走査しながら相互相関係数を求め、最もよく
合った領域3kを探し出す。このときテンプレート切出
し領域1の終点とこの領域3kの始点の中点が求めるボ
ックスの中心座標となる。
【0021】次に、上述したアルゴリズムを図3に示す
フローチャートに従い詳しく説明する。
【0022】まず、ステップS1において、取り込んだ
ラインデータを図示しない記憶手段、例えばRAM等の
メモリにD[i](i:0〜(A−1))として格納す
る。このときAはデータ数である。
【0023】ステップS3において、テンプレートを作
成する。このとき、図1に示すように、切り出したデー
タの始点のX座標をX1、データ数をNとすると、テン
プレートのデータT[j](但し、j:0〜(N−
1))は T[j]=D[X1+(N−1)−j] となる。
【0024】ステップS5において、テンプレート3よ
り十分に大きい探索エリア5を設定する。その始点のX
座標をX2、データ数をL(N<L)とすると、探索エ
リア5のデータE[k](k:0〜(L−1))は E[k]=D[X2+k] となる。
【0025】ステップS9において、探索エリア5内か
らデータ数Nの分だけ切り出す。このとき切り出したデ
ータEm[j](j:0〜(N−1))は Em[j]=E[m+j] となる。
【0026】ステップS11において、Em[j]とT
[j]の相互相関係数を求めC[m]に格納する。
【0027】ステップS13,S15において、mを0
から(L−N)まで変化させながらステップS9,ステ
ップS11を行う。このとき相関係数C[m]とX座標
とは図4に示すような相関関係になる。
【0028】ステップS17において、相関係数C
[m]のデータから補間法あるいは最小2乗法によって
画素以下の内挿を行い、相関係数C[m]の最大値にお
けるX座標を実数で求めXmax に格納する。
【0029】ステップS19において、ボックスの中心
座標Xcnt を次式で検出する。
【0030】 Xcnt =(X1+N−1+X2+Xmax )/2 このようにして1本のラインデータ15kから外側ボッ
クス13の中心のX座標が計算できる。
【0031】以上の処理を図2に示した複数ラインデー
タ15a,15b,…,15k,…,15nに行いXcn
t を求め、それらの平均をXout とする。
【0032】内側ボックス11に関しても外側ボックス
13と同様にボックスの中心のX座標Xinを求める。こ
のとき内外のボックスのX方向のズレΔXは ΔX=Xin−Xout となる。
【0033】さらにY方向のズレΔYも同様に求めるこ
とができる。
【0034】このアルゴリズムではエッジ付近の複数の
データを用いて計算を行っているのでエッジの定義が不
要であり、なまったエッジでも検出が可能であり各種の
プロセスにおける検査に使用できる。また左右あるいは
上下のエッジを比べることで中心座標を求めているの
で、エッジ信号の形状を選ばなくなり、干渉顕微鏡およ
び通常顕微鏡のいずれの観察画像も使用できる。
【0035】さらに相関法を用いることで一種の平均処
理が含まれている事になり、再現性の向上が計られる。
そしてこの平均処理の程度はテンプレートのデータ数N
によって変えられる。
【0036】上述してきたように、本実施例によれば、 (1)エッジが鈍っているような場合であっても検出が
可能であり各種のプロセスにおける検査に使用できる。
【0037】(2)干渉顕微鏡および通常顕微鏡のいず
れの観察画像も使用できる。
【0038】(3)平均処理が含まれているので再現性
の向上が計られる。そしてこの平均処理の程度はテンプ
レートのデータ数Nによって変えられる。
【0039】等の効果を得ることが出来る。
【0040】尚、上記の実施例では通常顕微鏡等の光学
系を用いて取得された半導体デバイスのアライメントマ
ークに適用した場合を例にとって説明したが、本発明は
これに限定されること無く、任意の画像の位置検出に応
用することが出来る。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明の位置検出方
法及び位置検出装置によれば、通常顕微鏡等の光学系を
用いて取得された検査対象物の観察画像データから、対
称性を有する対象パターンの位置を検出する際に、片方
のエッジパターンに関してテンプレートを作成し、この
テンプレートをもとにもう片方のエッジパターンを確定
するようにしたので、パターンのエッジでヒゲが出てい
ないような検査対象物の画像状態であっても両エッジパ
ターンの中心位置を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における中心座標検出方法の
処理手順を示す図である。
【図2】図1に示した処理手順におけるラインデータの
取り込みを説明するための平面図である。
【図3】図1に示した処理手順のアルゴリズムのフロー
チャートである。
【図4】相互相関係数のグラフの一例を示す図である。
【図5】アライメントマークの構成を説明するための平
面図である。
【図6】従来の検出画像データの一例を示す図である。
【図7】従来のエッジ位置検出方法を説明するための図
である。
【符号の説明】
1 テンプレート切出し領域 3 テンプレート 5 探索エリア 11 内側ボックス 11A,11B 内側ボックスのエッジによるヒゲ 13 外側ボックス 13A,13B 外側ボックスのエッジによるヒゲ 15 ラインデータ 15k 輝度分布データ M アライメントマーク
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 21/66 J 7630−4M P 7630−4M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学的検出手段を用いて得られる検査対
    象の観察画像が略線対称であるときに、当該観察画像の
    位置を検出する際に、当該観察画像の線対称の一方の側
    に特定される第1の所定領域を設定し、この設定された
    第1の所定領域を基準にして、他方の側に特定される第
    2の所定領域を検出し、これら第1の所定領域と第2の
    所定領域との中心位置から当該観察画像の位置を検出す
    ることを特徴とする位置検出方法。
  2. 【請求項2】 光学的検出手段を用いて得られる検査対
    象の観察画像が略線対称であるときに、当該観察画像の
    位置を検出する位置検出装置であって、 当該観察画像の線対称の一方の側に特定される第1の所
    定領域の画像を反転して当該第1の所定領域に係る基準
    画像を設定する第1の設定手段と、 この第1の設定手段で設定された基準画像を基にして、
    他方の側に特定される第2の所定領域を設定する第2の
    設定手段と、 これら第1の所定領域の位置と第2の所定領域の位置と
    の中心位置から当該観察画像の位置を検出する検出手段
    とを有することを特徴とする位置検出装置。
JP5049579A 1993-03-10 1993-03-10 位置検出方法及び位置検出装置 Pending JPH06258045A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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