JPH0626178B2 - Pattern position detection method and device - Google Patents

Pattern position detection method and device

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JPH0626178B2
JPH0626178B2 JP60118970A JP11897085A JPH0626178B2 JP H0626178 B2 JPH0626178 B2 JP H0626178B2 JP 60118970 A JP60118970 A JP 60118970A JP 11897085 A JP11897085 A JP 11897085A JP H0626178 B2 JPH0626178 B2 JP H0626178B2
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degree
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俊彦 中田
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    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、2次元パターンの中心位置を検出するための
パターン位置検出方法とその装置に関し、特に縮小投影
露光装置によつて回路パターンをウエハ上に縮小投影露
光する際でのアライメント用パターン検出に好適とされ
たパターン位置検出方法とその装置に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern position detecting method and apparatus for detecting the center position of a two-dimensional pattern, and more particularly to a circuit pattern on a wafer by a reduction projection exposure apparatus. The present invention relates to a pattern position detecting method and apparatus suitable for detecting an alignment pattern during reduced projection exposure.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

縮小投影露光装置では第1図に示す如くレチクル1上の
回路パターン4は縮小投影レンズ2を介しウエハ3にお
けるチツプ5上に繰り返し順次縮小投影露光されるもの
となつている。この際回路パターン4はチツプ5と正確
に位置合せされていることが必要であるが、この位置合
せは例えばウエハ3上に予め形成されているウエハター
ゲツトパターン7a,7bとレチクル1上に予め形成さ
れているレチクル基準パターン6a,6bによつてい
る。ウエハターゲツトパターン照明光8によつてハーフ
ミラー10、レチクル基準パターン6a、縮小投影レンズ
2を介しウエハターゲツトパターン7aを照明すれば、
ウエハターゲツトパターン7aからの反射光は縮小投影レ
ンズ2を介しレチクル基準パターン6a上に拡大結像さ
れるが、これらパターンの合成像9がハーフミラー10、
拡大レンズ11を介し2次元撮像素子12上で光電変換され
るようになつているものである。2次元撮像素子12から
の合成像検出信号はその後前処理回路13でA/D変換さ
れてからパターン位置検出方向と直交する方向にS/N比
を向上させるべく圧縮されるが、この圧縮された合成像
検出信号より計算機14によつてレチクル基準パターン6
a、ウエハターゲツトパターン7aの各々の中心位置が求
められるわけである。これら中心位置の差より両パター
ン間の位置合せずれ量、したがつてアライメント量が知
れるものであり、このアライメント量に応じてウエハテ
ーブル(XYテーブル)40がx方向に駆動制御されるも
のである。XYテーブル40のy方向への駆動制御につい
ても事情は同様であり、ウエハターゲツトパターン7b
およびレチクル基準パターン6bはそのために設けられ
ているものである。
In the reduction projection exposure apparatus, as shown in FIG. 1, the circuit pattern 4 on the reticle 1 is repeatedly and successively reduced projection exposed onto the chip 5 on the wafer 3 via the reduction projection lens 2. At this time, the circuit pattern 4 needs to be accurately aligned with the chip 5, and this alignment is formed in advance on the reticle 1 and the wafer target patterns 7a and 7b previously formed on the wafer 3, for example. The reticle reference patterns 6a and 6b are used. If the wafer target pattern illumination light 8 illuminates the wafer target pattern 7a through the half mirror 10, the reticle reference pattern 6a, and the reduction projection lens 2,
The reflected light from the wafer target pattern 7a is magnified and imaged on the reticle reference pattern 6a via the reduction projection lens 2, and a composite image 9 of these patterns is formed by the half mirror 10,
Photoelectric conversion is performed on the two-dimensional image pickup device 12 via the magnifying lens 11. The combined image detection signal from the two-dimensional image pickup device 12 is then A / D converted by the preprocessing circuit 13 and then compressed in the direction orthogonal to the pattern position detection direction in order to improve the S / N ratio. The reticle reference pattern 6 is calculated by the computer 14 from the combined image detection signal
a, the center position of each of the wafer target patterns 7a is obtained. The amount of misalignment between the two patterns, and thus the amount of alignment, is known from the difference in the center positions, and the wafer table (XY table) 40 is driven and controlled in the x direction in accordance with this amount of alignment. . The same applies to the drive control of the XY table 40 in the y direction.
The reticle reference pattern 6b is provided for that purpose.

ここでウエハターゲツトパターン7aの中心位置の求め
方について詳細に説明すれば以下のようである。
Here, how to obtain the center position of the wafer target pattern 7a will be described in detail as follows.

即ち、ウエハターゲツトパターン7aは第2図(a)にそ
の断面を示すが、Si基板(ウエハ3に相当)20上に直線
上の段差を形成するSiO2層21が形成され、更にSiO2層21
および露出されている段差間Si基板20部分にはホトレジ
スト22が図示の如くに塗付されたものとしてなつてい
る。このようにしてなるウエハターゲツトパターン7a
に対し露光波長(g線)に色補正されている縮小投影レ
ンズ2での色収差発生を防止すべくウエハターゲツトパ
ターン照明光8として露光波長の単色光を使用した場
合、第2図(a)に示す如くホトレジスト22内において入
射光23と反射光24との多重干渉が引き起こされる。
That is, the wafer terpolymers Getsuto pattern 7a shows a cross section in FIG. 2 (a), the SiO 2 layer 21 to form a step on the line on the Si substrate (corresponding to the wafer 3) 20 is formed, further SiO 2 layer twenty one
A photoresist 22 is applied to the exposed portion of the Si substrate 20 between steps as shown in the figure. The wafer target pattern 7a thus formed
On the other hand, when monochromatic light of the exposure wavelength is used as the wafer target pattern illumination light 8 in order to prevent the occurrence of chromatic aberration in the reduction projection lens 2 color-corrected to the exposure wavelength (g line), as shown in FIG. As shown, multiple interference between the incident light 23 and the reflected light 24 is caused in the photoresist 22.

この多重干渉によりウエハターゲツトパターン7aをそ
の上部方向より観察すれば、第2図(b)に示す如くホト
レジスト22表面には等厚干渉縞が観られるというわけで
ある(例えばデイートリツクダブリユ・ウイドマン(Die
trick W.Widmann)による論文「クオンテイテイブ エバリユエ-シヨン オブ
フオトレジスト パタ-ンズ イン ザ 1ミクロン レンジ」(Quantitative Evalu
ation of Photoresist Patterns in the 1-μm Rang
e)(Applied Optics;April 1975,Vol.14,No.4 p931〜9
34参照)。この場合SiO2層21によるパターン段差間の中
心に対してホトレジスト22が対称し、且つ均一に塗付さ
れているものとすれば、2次元撮像素子12による例えば
A−A′線に係る光電変換信号や前処理回路13の出力も
また第2(c)に示す如く段差中心位置x0に対して左右対
称になるというものである。
By observing the wafer target pattern 7a from the upper direction due to this multiple interference, it can be seen that an equal-thickness interference fringe can be seen on the surface of the photoresist 22 as shown in FIG. 2 (b) (for example, D.R. (Die
by Trick W. Widmann) "Quantitative Everyue-Syon of
Photoresist patterns in the 1 micron range "(Quantitative Evalu
ation of Photoresist Patterns in the 1-μm Rang
e) (Applied Optics; April 1975, Vol.14, No.4 p931-9
34). In this case, assuming that the photoresist 22 is symmetrical with respect to the center between the pattern steps formed by the SiO 2 layer 21 and is uniformly applied, the photoelectric conversion by the two-dimensional image pickup device 12, for example, along the line AA ′ is performed. The signal and the output of the preprocessing circuit 13 are also symmetrical with respect to the step center position x 0 as shown in the second (c).

したがつて、新ためて位置Iでの前処理回路13の出力を
X(I)として式(1)に示す対称性評価関数Z(I)を計算に
よつて求め、Z(I)が極小値をとるときでの位置Iを以
て対称中心位置、即ち、ウエハターゲツトパターン中心
位置を求め得るというわけである。
Therefore, the output of the preprocessing circuit 13 at the position I is newly set as X (I), and the symmetry evaluation function Z (I) shown in the equation (1) is obtained by calculation, and Z (I) is minimized. The symmetric center position, that is, the wafer target pattern center position can be obtained from the position I when the value is taken.

この対称性評価関数Z(I)について第3図(a),(b)によ
り詳細に説明すれば、これは仮想対称中心位置Iaを定め
Z(Ia)を求めているに他ならない。第3図(b)に示す如
く仮想対称中心位置Iaが真の対称中心位置Iwよりずれて
いる場合はZ(Ia)>Z(Iw)となりIa=Iwである場合にZ
(Ia)は極小値をとるところとなるものである。しかし
て、Iaを更新する度にZ(Ia)を求めるようにしたうえで
Z(Ia)の極小値を求め、極小値をとるときのIaをして真
の対称中心位置とするものである。
The symmetry evaluation function Z (I) will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). This is nothing but determining the virtual symmetry center position Ia and obtaining Z (Ia). As shown in FIG. 3 (b), when the virtual symmetric center position Ia deviates from the true symmetric center position Iw, Z (Ia)> Z (Iw), and when Ia = Iw, Z
(Ia) is where the minimum value is reached. Then, each time Ia is updated, Z (Ia) is calculated, and then the minimum value of Z (Ia) is calculated, and Ia when the minimum value is obtained is taken as the true symmetric center position. .

以上のようにして2次元パターンとしてのウエハターゲ
ツトパターンの中心位置を求め得るが、このような方法
にも問題がないわけではない。というのは、X(I)に対
称性が認められる場合はよいとしてもX(I)が非対称性
である場合には中心位置を誤る虞れ大となるからであ
る。即ち、パターン段差部での傾斜が左右で異なつた
り、あるいは他のパターンに比して段差が大きく、しか
も粒状性を示すAlパターンの場合にはレジストの塗付状
態は非対称となつてX(I)の波形は第4図(a),(b)に示
す如くその対称性は大きく損なわれることになるもので
ある。ランダムノイズが混入される場合も事情は同様で
ある、因みに第4図(a),(b)について説明すれば、仮想
対称中心位置Iw,Ivより位置Iw+J,Iv+Jまでの領域にお
ける非対称部分を斜線表示したものである。この場合位
置Iwが真の中心位置であるにもかかわらず、第4図
(c)に示す如くZ(Iv)<Z(Iw)となつて位置Ivが恰も中
心位置として誤つて検出されるというわけである。
Although the center position of the wafer target pattern as a two-dimensional pattern can be obtained as described above, such a method is not without problems. This is because if X (I) has symmetry, it is good, but if X (I) has asymmetry, there is a great risk of mistaking the center position. That is, in the case of an Al pattern which has different inclinations in the pattern step portion on the left and right, or has a step difference larger than other patterns and has graininess, the resist coating state is asymmetrical and X ( As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the symmetry of the waveform of I) is greatly impaired. The situation is the same when random noise is mixed. By the way, referring to FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the region from the virtual symmetric center positions Iw, Iv to the positions Iw + J, Iv + J. The asymmetrical portion is shown with diagonal lines. In this case, although the position Iw is the true center position, FIG.
As shown in (c), Z (Iv) <Z (Iw), and the position Iv is erroneously detected as the center position.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

よつて本発明の目的は、被検出パターンからの反射光強
度分布が非対称性であつてもそのパターンの中心位置を
正確に求め得るパターン位置検出方法とその装置を供す
るにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a pattern position detecting method and apparatus capable of accurately obtaining the center position of a pattern even if the reflected light intensity distribution from the detected pattern is asymmetric.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

この目的のため本発明は、合成像検出信号が重み付対称
性評価関数によつて処理されるようにしたものである。
即ち、対称性評価関数によつて処理する際、更新可とし
て設定される2つの一定領域での1次元光強度分布信号
(合成像検出信号)を他の領域での1次元光強度分布信
号に比して重み付けることによつて実効的に強めた後、
対称性評価処理を行なうことによつて2次元パターンの
対称中心を求めるようになしたものである。
To this end, the invention is such that the composite image detection signal is processed by a weighted symmetry evaluation function.
That is, when processing is performed by the symmetry evaluation function, the one-dimensional light intensity distribution signal (composite image detection signal) in the two fixed areas set as updatable becomes the one-dimensional light intensity distribution signal in the other area. After effectively strengthening by weighting in comparison,
The center of symmetry of the two-dimensional pattern is obtained by performing the symmetry evaluation process.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明を第5図から第15図により説明する。 The present invention will be described below with reference to FIGS. 5 to 15.

先ず本発明の具体的説明に入る前にその理論的背景につ
いて説明しておく。
First of all, the theoretical background will be described before starting the specific description of the present invention.

TTL(Through The Lens)ウエハターゲツトパターン検
出系については既に第1図において説明したところであ
るが、この検出系ではウエハターゲツトパターン照明光
として縮小投影レンズでの色収差を防ぐべく露光光と同
一波長の光が使用されるか、または同一波長でなくとも
単色光が使用されるのが通常となつている。ところで、
第5図(a)はSi基板20上にSiO2層21を介しホトレジスト2
2が塗付されている状態を示すが、このようにしてなるS
i基板20にウエハターゲツトパターン照明光が入射光25
として入射した場合、多重反射が起こり多重干渉が発生
するものとなつている。入射光25が入射されると、ホト
レジスト22表面からの反射光26やSiO2層21表面からの反
射光27、Si基板20表面からの反射光28、ホトレジスト22
表面で反射された後SiO2層21表面で反射された反射光2
9、SiO2層21表面で反射された後Si基板20表面で反射さ
れた反射光30など、各種反射光による多重反射が起こり
多重干渉が発生するものである。この場合での多重干渉
強度は第5図(b)に示す如くホトレジスト膜厚によつて
周期的に大きく変化するが、その周期は入射光の波長や
ホトレジスト以外の層の厚さ及び屈折率に依存するもの
となつている。なお、第5図(b)は入射光強度を1に規
格化した場合での相対多重干渉強度を示す。
The TTL (Through The Lens) wafer target pattern detection system has already been described with reference to FIG. 1. In this detection system, light having the same wavelength as the exposure light is used as the wafer target pattern illumination light to prevent chromatic aberration in the reduction projection lens. Is usually used, or monochromatic light is used even if not of the same wavelength. by the way,
FIG. 5 (a) shows the photoresist 2 on the Si substrate 20 via the SiO 2 layer 21.
2 shows the state where it is painted, but it will be S
Wafer target pattern illumination light is incident on the i substrate 20 25
When it is incident as, multiple reflection occurs and multiple interference occurs. When the incident light 25 is incident, the reflected light 26 from the surface of the photoresist 22 and the reflected light 27 from the surface of the SiO 2 layer 21, the reflected light 28 from the surface of the Si substrate 20 and the photoresist 22.
Reflected light reflected on the surface of the SiO 2 layer 21 after being reflected on the surface 2
9. Multiple reflections occur due to various reflected lights such as the reflected light 30 reflected on the surface of the Si substrate 20 after being reflected on the surface of the SiO 2 layer 21, resulting in multiple interference. The multiple interference intensity in this case changes greatly periodically depending on the photoresist film thickness as shown in FIG. 5 (b). The period depends on the wavelength of incident light, the thickness of layers other than photoresist, and the refractive index. It depends on you. Note that FIG. 5 (b) shows the relative multiple interference intensity when the incident light intensity is standardized to 1.

最上層がAlのように屈折率が高い場合を除くと、他の層
例えばPoly-Si、HLD、Si3N4、PSGなどのようにその屈折
率がホトレジストのそれに近い材質の層の場合は入射光
強度を1とした場合その多重干渉強度はおよそ0.07〜0.
52の範囲でホトレジスト膜厚に応じて周期的に大きく変
化し、その概形は第5図(b)に示すものとほぼ同様とな
る。即ち、最上層がAl以外の場合については、ウエハタ
ーゲツトパターンからの反射光強度分布はホトレジスト
膜厚に依存するものである。
Except when the uppermost layer has a high refractive index such as Al, other layers such as Poly-Si, HLD, Si 3 N 4 and PSG have a refractive index close to that of the photoresist. When the incident light intensity is 1, the multiple interference intensity is about 0.07-0.
In the range of 52, it greatly changes periodically according to the photoresist film thickness, and its outline is almost the same as that shown in FIG. 5 (b). That is, when the uppermost layer is other than Al, the intensity distribution of reflected light from the wafer target pattern depends on the photoresist film thickness.

さて、第6図(a)はSi基板20上にSiO2層21によつて形成
された凹形ターゲツトパターン段差のその上部にホトレ
ジスト22が塗布されている状態をホトレジスト膜厚分布
とともに示すが、これより明らかにパターン段差部でホ
トレジスト膜厚が急激に変化していることが判る。この
結果第5図(b)で説明した多重干渉強度より推考される
ようにその反射光強度は第6図(b)に示す如くパターン
段差部近傍で急激に変化することになるものである。
Now, FIG. 6 (a) shows a state in which the photoresist 22 is applied to the upper part of the concave target pattern step formed by the SiO 2 layer 21 on the Si substrate 20, together with the photoresist film thickness distribution. From this, it is clear that the photoresist film thickness changes abruptly at the pattern step. As a result, as estimated from the multiple interference intensity described in FIG. 5 (b), the reflected light intensity changes abruptly near the pattern step as shown in FIG. 6 (b).

なお、cはパターン幅を示す。Note that c indicates the pattern width.

第7図(a),(b)は同様に凸形ターゲツトパターン段差に
ついて示したものである。この場合もホトレジスト膜厚
の急激な変化により反射光強度はパターン段差部近傍で
急激に変化していることが判る。
Similarly, FIGS. 7 (a) and 7 (b) show the convex target pattern step difference. Also in this case, it can be seen that the intensity of the reflected light changes rapidly near the pattern step portion due to the rapid change in the photoresist film thickness.

以上Al層が存在しない場合について説明したが、第8図
(a)はSi基板20上にSiO2層21、Al層31が形成されAl層31
上に更にホトレジスト22が塗付されている場合での多重
干渉の状態を示したものである。入射光32が入射される
と、ホトレジスト22表面からの反射光33、Al層31表面か
らの反射光34、ホトレジスト22表面で反射された後Al層
31表面で反射された反射光35,36などによつて多重反射
が起こり多重干渉が発生するものである。しかしなが
ら、Alの複素屈折率は0.46-i4.24であつてホトレジスト
(AZ1350J)の複素屈折率1.67-i0に比して非常に大き
く、したがつてAl層31表面での反射率が非常に大きなも
のとなる。この結果各反射光強度のバランスが損なわ
れ、多重干渉強度のホトレジスト膜厚に対する周期的変
化は第8図(b)に示すように最上層(ホトレジスト直下
の層)がAl以外のものである場合に比し極めて小さくな
る。即ち、最上層がAlの場合には、ウエハターゲツトパ
ターンからの反射光強度分布はホトレジスト膜厚よりも
むしろパターン段差部での回折効果に依存する。
The case where no Al layer is present has been described above.
(a) shows an Al layer 31 in which a SiO 2 layer 21 and an Al layer 31 are formed on a Si substrate 20.
It shows a state of multiple interference in the case where a photoresist 22 is further applied on the above. When the incident light 32 is incident, the reflected light 33 from the surface of the photoresist 22 and the reflected light 34 from the surface of the Al layer 31 are reflected by the surface of the photoresist 22 and then the Al layer.
31 Multiple reflections occur due to the reflected lights 35 and 36 reflected on the surface, and multiple interference occurs. However, the complex index of refraction of Al is 0.46-i4.24, which is much larger than the complex index of refraction of 1.67-i0 of photoresist (AZ1350J). Therefore, the reflectivity on the surface of Al layer 31 is very large. Will be things. As a result, the balance of the reflected light intensities is impaired, and the periodic change of the multiple interference intensity with respect to the photoresist film thickness is as shown in FIG. 8 (b) when the uppermost layer (the layer immediately below the photoresist) is other than Al. It is much smaller than That is, when the uppermost layer is Al, the intensity distribution of the reflected light from the wafer target pattern depends not on the photoresist film thickness but on the diffraction effect at the pattern step portion.

第9図(a)はSi基板20上にSiO2層21およびAl層31によつ
て凹形ターゲツトパターン段差を形成した場合のパター
ン段差部における回折光32の様子を示したものである。
Alには粒子性の大きいものがあり、その結果第9図(b)
に示す如くに反射光強度にはスペツクルノイズが発生す
るが、段差部での回折効果により段差部対応の反射光強
度は急激に落ち込んでいることが判る。第10図(a),(b)
は凸形のものについて示すが、この場合も反射光強度は
パターン段差部で急激に落ち込むものとなつている。
FIG. 9 (a) shows a state of diffracted light 32 at the pattern step portion when the concave target pattern step is formed on the Si substrate 20 by the SiO 2 layer 21 and the Al layer 31.
Some Al particles have large graininess, and as a result, Fig. 9 (b)
As shown in (1), speckle noise is generated in the reflected light intensity, but it can be seen that the reflected light intensity corresponding to the step portion drops sharply due to the diffraction effect at the step portion. Figure 10 (a), (b)
Shows the convex shape, but in this case as well, the reflected light intensity sharply drops at the pattern step portion.

したがつて、以上の説明から明らかなように、ウエハタ
ーゲツトパターンからの反射光強度はパターンを形成す
る最上層の材質に拘わらず常にパターン段差近傍で大き
く変化することが判る。特にパターン材質がAlの場合
は他の材質に比して反射光強度は常にパターン段差部近
傍で鋭く落ち込むものとなつている。よつて、パターン
段差部近傍領域の反射光強度信号を重み付し他の領域で
のそれよりも実効的に強調してやれば、被検出パターン
からの反射光強度分布が非対称であつても、また、ラン
ダムノイズの影響を受けることなく安定にして、しかる
高精度にそのパターンの中心位置を求め得るものであ
る。
Therefore, as is clear from the above description, the intensity of the reflected light from the wafer target pattern always changes greatly in the vicinity of the pattern step, regardless of the material of the uppermost layer forming the pattern. In particular, when the pattern material is Al, the reflected light intensity always sharply drops in the vicinity of the pattern step portion as compared with the other materials. Therefore, if the reflected light intensity signal in the area near the pattern step portion is weighted and is emphasized more effectively than that in other areas, even if the reflected light intensity distribution from the detected pattern is asymmetric, The center position of the pattern can be obtained with high accuracy by stabilizing the pattern without being affected by random noise.

さて、ウエハターゲツトパターンは例えば第1図に示す
TTLパターン検出系によつて検出されるものとして本発
明を具体的に説明する。
The wafer target pattern is shown in FIG. 1, for example.
The present invention will be specifically described as being detected by a TTL pattern detection system.

先ず第11図から第13図により本発明の第1の実施例につ
いて説明すれば、第1図の場合と同様にしてウエハター
ゲツトパターンからの反射光は2次元撮像素子によつて
検出されたうえ前処理回路によつてA/D変換、更には
1次元検出信号に変換された形で計算機に送られること
になる。計算機ではパターン位置検出方向のパターン幅
(c)情報を参照して式(2)により仮想対称中心位置各々に
ついての重み付対称性評価関数Y(I)の値を求めように
なつているものである。
First, referring to FIGS. 11 to 13, the first embodiment of the present invention will be described. As in the case of FIG. 1, the reflected light from the wafer target pattern is detected by the two-dimensional image pickup device. It is sent to the computer in the form of A / D conversion by the preprocessing circuit, and further converted into a one-dimensional detection signal. On the computer, the pattern width in the pattern position detection direction
The value of the weighted symmetry evaluation function Y (I) for each virtual symmetric center position is obtained by the equation (2) with reference to the information (c).

但し、f2(J)は重み関数でありその概形は第11に示す如
くである。したがつて、式(2)は式(1)に特定の2つのパ
ターン領域における1次元検出信号を強調するための重
み関数f1(J)が付加されたものに他ならない。因みに第1
1図に示す重み関数f1(J)は以下のようである。
However, f 2 (J) is a weighting function and its outline is as shown in the eleventh. Therefore, the equation (2) is nothing but the equation (1) to which the weighting function f 1 (J) for enhancing the one-dimensional detection signal in the two specific pattern regions is added. By the way first
The weighting function f 1 (J) shown in Fig. 1 is as follows.

但し、bの値はパターン幅cとウエハ上でのパターン検
出系の分解能aより として求められる。パターン幅cを6μm、ウエハ上で
のパターン検出系の分解能aを0.04μmとすれば、bの
値は75として求められるものである。式(3)あるいは第1
1図によれば、パターン段差部分近傍での1次元検出信
号に対してはそれ以外の領域のものに比して最大W2/W1
倍の重み付けが行なわれるが、W1,W2の値はパターン材
質に応じ任意、適当に設定されればよいものである。ま
た、P,Qの値はパターン材質やパターン段差部の大き
さとその傾斜状態を考慮し適当に定められるものとなつ
ている。
However, the value of b depends on the pattern width c and the resolution a of the pattern detection system on the wafer. Is required as. If the pattern width c is 6 μm and the resolution a of the pattern detection system on the wafer is 0.04 μm, the value of b can be obtained as 75. Equation (3) or first
According to Fig. 1, for the one-dimensional detection signal near the pattern step, the maximum W 2 / W 1 is higher than that for other areas.
Double weighting is performed, but the values of W 1 and W 2 may be set arbitrarily and appropriately according to the pattern material. Further, the values of P and Q are appropriately determined in consideration of the pattern material, the size of the pattern step portion and the inclination state thereof.

第12図は計算機による処理のフローを示したものであ
る。これによると処理に際しては先ず既述のb,P,
Q,W1,W2,Nの値が設定されたうえ1次元検出信号の
データ取込が行なわれるようになつている。この後取込
された1次元検出信号データからは平滑化処理によつて
ノイズデータ成分が除去されたうえ更にハイパス処理に
よつてそのエツジが強調されるものとなつている。これ
により1次元検出信号データはノイズ成分が少なく、し
かも段差部が明瞭化された波形データとして得られるも
のである。このようにして処理された1次元検出信号デ
ータを適当に処理することによつてパターンの粗対称中
心位置Igがエツジ間中央位置として、あるいは面積計算
より求められるわけである。粗対称中心位置Igが定まれ
ば次にこれが設定値内か否かが判定されるようになつて
いる。設定値内にない場合はウエハターゲツトパターン
を検出エリア中心方向に移動させるべくウエハステージ
が移動されたうえ上記処理が再び繰り返されるようにな
つているものである。一方、設定値内にある場合には式
(2)に示す処理が位置Iを更新する度に行なわれるもの
となつている。これにより位置Iに応じたY(I)の値が
求められるが、これらY(I)の値より極小値を求めれ
ば、極小値をとるときの位置Iを真の対称中心位置Iwと
して求め得るものである。
FIG. 12 shows a processing flow by the computer. According to this, in processing, first, b, P, and
The values of Q, W 1 , W 2 and N are set, and the data acquisition of the one-dimensional detection signal is performed. The one-dimensional detection signal data fetched after this has the noise data component removed by smoothing processing, and the edge thereof is further emphasized by high-pass processing. As a result, the one-dimensional detection signal data is obtained as waveform data in which the noise component is small and the step portion is clarified. By appropriately processing the one-dimensional detection signal data processed in this way, the coarse symmetric center position Ig of the pattern can be obtained as the center position between edges or by area calculation. Once the coarse symmetry center position Ig is determined, it is then determined whether this is within the set value. If it is not within the set value, the wafer stage is moved to move the wafer target pattern toward the center of the detection area, and the above process is repeated again. On the other hand, if it is within the set value, the formula
The process shown in (2) is supposed to be performed every time the position I is updated. As a result, the value of Y (I) corresponding to the position I is obtained. If the minimum value is obtained from these values of Y (I), the position I when the minimum value is obtained can be obtained as the true symmetric center position Iw. It is a thing.

このようにして対称中心位置を求める場合は、第13図
(a),(b)に示す如く1次元検出信号の波形の対称性が著
しく損なわれていても位置Iが真の対称中心位置Iwにあ
る場合には重み関数(f1(J))33によりパターン段差部
近傍に相当する検出信号部分が強調されることから、重
み関数33内での二重斜線表示面積の差より判るように真
の対称中心位置Iw対応のY(Iw)の値が第13図(c)に示す
如く極小となるものである。したがつて、高精度にして
ウエハターゲツトパターンの位置検出が行ない得るわけ
である。
To find the center of symmetry in this way, refer to Fig. 13.
Even if the symmetry of the waveform of the one-dimensional detection signal is significantly impaired as shown in (a) and (b), if the position I is at the true center position of symmetry Iw, the weighting function (f 1 (J)) 33 Since the detection signal portion corresponding to the vicinity of the pattern step portion is emphasized by, the value of Y (Iw) corresponding to the true symmetric center position Iw can be seen from the difference in the double diagonal display area in the weighting function 33. As shown in FIG. 13 (c), it becomes a minimum. Therefore, the position of the wafer target pattern can be detected with high accuracy.

次に第2の実施例について説明すれば、第14図(a)はそ
の実施例に係る重み関数f2(J)を示したものである。こ
の場合での重み関数f2(J)は以下のようである。
Next, the second embodiment will be described. FIG. 14 (a) shows a weighting function f 2 (J) according to the embodiment. The weighting function f 2 (J) in this case is as follows.

第14図(b)からも判るように重み関数(f2(J))34はパタ
ーン段差部近傍での検出信号波形が狭い領域内で急激に
変化するようなパターン材質よりなるウエハターゲツト
パターン、例えばパターン段差部での傾斜が急であるAl
パターンなどに対しては極めて有効となつている。した
がつて、検出信号波形が多重干渉に依存しパターンル段
差部での波形変化がAlパターンに比して比較的緩やかな
パターン対しては先の実施例で用いられた如くの重み関
数を用いる一方、Alパターンに対しては重み関数f2(J)
如くのものを用いるといつた場合に、パターン段差形状
やパターン材質を考慮して重み関数を使い分けるように
すれば、常に安定にして高精度にパターン位置が検出さ
れるものである。なお、第14図(a)におけるW1,W2の値
は第1の実施例の場合と同様にして、また、Rの値はパ
ターン材質やパターン段差部での傾斜を考慮して設定さ
れるものとなつている。また、この第2の実施例での計
算機による処理は第12図に示す如くに行なわれる。
As can be seen from FIG. 14 (b), the weighting function (f 2 (J)) 34 is a wafer target pattern made of a pattern material such that the detection signal waveform near the pattern step changes abruptly in a narrow region, For example, Al with a steep slope at the pattern step
It is extremely effective for patterns and the like. Therefore, the weighting function as used in the previous embodiment is used for the pattern in which the detection signal waveform depends on the multiple interference and the waveform change in the pattern step is relatively gradual as compared with the Al pattern. On the other hand, for the Al pattern, the weighting function f 2 (J)
When such a material is used, if the weighting function is selectively used in consideration of the pattern step shape and the pattern material, the pattern position can always be detected stably and with high accuracy. The values of W 1 and W 2 in FIG. 14 (a) are set in the same manner as in the first embodiment, and the value of R is set in consideration of the pattern material and the inclination at the pattern step portion. It has become a thing. The computer processing in the second embodiment is performed as shown in FIG.

最後に本発明の第3の実施例について説明する。Finally, a third embodiment of the present invention will be described.

この第3の実施例での重み付対称性評価関数は式(2)に
示す如くの形のものではなく式(5)に示す如くになつて
いる。
The weighted symmetry evaluation function in the third embodiment is not of the form as shown in formula (2) but as shown in formula (5).

但し、X′(I)はX(I)を微分したものである。 However, X '(I) is a derivative of X (I).

第15図(a)〜(c)に示すように平坦領域の全体に占める割
合が大きい検出信号より真の対称中心位置を求める場合
に誤りなくその位置を求め得るものとなつている。即
ち、式(2)に示す如くの重み付対称性評価関数を用いる
場合には、第15図(b)に示すように仮想対称中心位置Iv
における対称性評価関数の値は位置Iv両側のほぼ等しい
平坦領域に対して重み付けされるので、真の対称中心位
置Iwにおける対称性評価関数のそれにほぼ等しくなると
いうものである。したがつて、第15図(c)に示すように
値がほぼ同一の極小点2以上存在することになり、仮想
対称中心位置Ivを真のものとして誤つて検出する虞れが
あるというわけである。しかしながら、式(5)に示す形
のものを用いる場合には、式(2)に示す如くの重み付対
称性評価関数の値を検出信号の微分値で除することによ
つて実効的に波形変化の大きい領域に対して重み付けが
なされる結果、平坦領域の占める割合が大であつても真
の対称中心位置Iwを確実に求め得るというものである。
仮想対称中心位置Ivが真の対称中心位置Iwに一致する場
合には、式(5)における分母の値は極めて大となること
から、重み付対称性評価関数Y(Iw)は極小値をとるこ
とになるものである。なお、式(5)における重み関数f
3(J)はこれまでに述べた重み関数f1(J),f2(J)であつて
もよく、また、nの値は検出信号波形に応じ適当に設定
されるものとなつている。更に式(5)における分母は微
分関数とされているが、微分値以外にも自己相関関数な
ど、信号の強度変化を表わす関数であれば使用可となつ
ている。
As shown in FIGS. 15 (a) to 15 (c), when the true symmetric center position is obtained from the detection signal that occupies a large proportion of the entire flat area, the position can be obtained without error. That is, when using the weighted symmetry evaluation function as shown in equation (2), as shown in FIG.
Since the value of the symmetry evaluation function at is weighted with respect to the substantially equal flat regions on both sides of the position Iv, it becomes almost equal to that of the symmetry evaluation function at the true symmetric center position Iw. Therefore, as shown in FIG. 15 (c), there are two or more minimum points with almost the same value, and there is a risk that the virtual symmetric center position Iv will be erroneously detected as a true one. is there. However, in the case of using the one shown in the formula (5), the waveform is effectively divided by dividing the value of the weighted symmetry evaluation function as shown in the formula (2) by the differential value of the detection signal. As a result of weighting the area having a large change, the true symmetric center position Iw can be reliably obtained even if the proportion of the flat area is large.
When the virtual symmetry center position Iv matches the true symmetry center position Iw, the value of the denominator in the equation (5) becomes extremely large. Therefore, the weighted symmetry evaluation function Y * (Iw) has a minimum value. It will be taken. The weighting function f in equation (5) is
3 (J) may be the weighting functions f 1 (J) and f 2 (J) described above, and the value of n is supposed to be appropriately set according to the detected signal waveform. . Further, although the denominator in the equation (5) is a differential function, any function other than the differential value, such as an autocorrelation function, that represents a change in signal intensity can be used.

以上本発明を縮小投影露光装置のTTLパターン検出系に
例を採つて、また、照明光として単色光を用いる場合に
ついて説明したが、本発明は白色光照明によるoff-axis
パターン検出系にも適用し得ることは明らかである。
The present invention has been described above by taking the TTL pattern detection system of the reduction projection exposure apparatus as an example and using monochromatic light as the illumination light.
Obviously, it can also be applied to a pattern detection system.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明による場合は、被検出パター
ンからの反射光強度分布が非対称であつたとしてもその
パターンの中心位置を求め得るという効果がある。した
がつて、例えば本発明を縮小投影露光を行なう際でのウ
エハターゲツトパターンの検出に適用する場合は、ウエ
ハアライメント精度の向上、ひいては半導体生産性の向
上に寄与し得るものである。
As described above, according to the present invention, even if the reflected light intensity distribution from the detected pattern is asymmetric, the center position of the pattern can be obtained. Therefore, for example, when the present invention is applied to the detection of a wafer target pattern when performing reduction projection exposure, it can contribute to the improvement of wafer alignment accuracy and hence to the improvement of semiconductor productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、ウエハに縮小投影露光を行なう場合でのこれ
までのウエハターゲツトパターンによる回路パターンと
チツプとの位置合せ方法を説明するための図、第2図
(a)〜(c)および第3図(a),(b)は、そのウエハターゲツ
トパターンの中心位置を求めるための方法を説明するた
めの図、第4図(a)〜(c)は、その方法による不具合を説
明するための図、第5図(a)〜(b)、第6図(a),(b)、第
7図(a),(b)、第8図(a)〜(b)、第9図(a),(b)および
第10図(a),(b)は、本発明の理論的背景を説明するため
の図、第11図は本発明の第1の実施例に係る重み関数を
示す図、第12図は、その実施例に係る計算機による処理
のフローを示す図、第13図(a)〜(c)は、検出信号波形の
対称性が損なわれている場合でもパターン対称中心位置
を求め得ることを説明するための図、第14図(a),(b)
は、本発明の第2の実施例に係る重み関数と、その重み
関数が適用される検出信号波形を示す図、第15図(a)〜
(c)は、検出信号波形が特殊である場合での本発明の第
3の実施例を説明するための図である。 1……レチクル、2……縮小投影レンズ、3……ウエ
ハ、4……回路パターン、5……チツプ、6a,6b…
…レチクル基準パターン、7a,7b……ウエハターゲ
ツトパターン、12……2次元撮像素子、14……計算機。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of aligning a chip with a circuit pattern by a conventional wafer target pattern when performing reduction projection exposure on a wafer, FIG. 2
FIGS. 4 (a) to 4 (c) and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are views for explaining a method for obtaining the center position of the wafer target pattern, and FIGS. FIG. 5 (a) to (b), FIG. 6 (a), (b), FIG. 7 (a), (b), FIG. 8 (a) ) To (b), FIGS. 9 (a) and (b) and FIGS. 10 (a) and (b) are diagrams for explaining the theoretical background of the present invention, and FIG. 11 is a diagram for explaining the present invention. FIG. 12 is a diagram showing a weighting function according to the first embodiment, FIG. 12 is a diagram showing a flow of processing by a computer according to the embodiment, and FIGS. 13 (a) to 13 (c) are diagrams showing the symmetry of the detection signal waveform. Figures 14 (a) and 14 (b) for explaining that the pattern symmetry center position can be obtained even if it is damaged.
FIG. 15A is a diagram showing a weighting function according to the second embodiment of the present invention and a detection signal waveform to which the weighting function is applied.
FIG. 7C is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention when the detection signal waveform is special. 1 ... Reticle, 2 ... Reduction projection lens, 3 ... Wafer, 4 ... Circuit pattern, 5 ... Chip, 6a, 6b ...
... reticle reference pattern, 7a, 7b ... wafer target pattern, 12 ... two-dimensional image sensor, 14 ... calculator.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】検出光学系により検出されるパターンから
の光像を光電変換手段で受光して少なくとも1次元の映
像信号を得た上、仮想中心位置としての折り返し点が所
定に更新される度に、該得られた少なくとも1次元の映
像信号を該折り返し点にて対称に折り返して両信号間の
一致度を調べつつ、一致度が最も高い折り返し点を求
め、該一致度が最も高い折り返し点が上記パターンの中
心位置として検出されるようにしたパターン位置検出方
法において、両信号間の一致度を調べる際に、折り返し
点から所望の距離だけ離れた領域にのみ重み付けをする
ことによって、上記両信号の一致度を調べることを特徴
とするパターン位置検出方法。
1. An optical image from a pattern detected by a detection optical system is received by a photoelectric conversion means to obtain at least a one-dimensional video signal, and a folding point as a virtual center position is updated every predetermined time. In addition, the obtained at least one-dimensional video signal is symmetrically folded back at the folding point to check the matching degree between the two signals, the folding point having the highest matching degree is obtained, and the folding point having the highest matching degree is obtained. In the pattern position detecting method in which is detected as the center position of the pattern, when checking the degree of coincidence between both signals, by weighting only the area distant by a desired distance from the folding point, A pattern position detecting method characterized by checking the degree of coincidence of signals.
【請求項2】所望の距離として、パターンの幅のほぼ1
/2が設定される、特許請求の範囲第1項記載のパター
ン位置検出方法。
2. The desired distance is approximately 1 of the width of the pattern.
The pattern position detecting method according to claim 1, wherein / 2 is set.
【請求項3】パターンからの光像を検出する検出光学系
と、該検出光学系で検出される光像を受光して少なくと
も1次元の映像信号を得る光電変換手段と、該光電変換
手段で得られた少なくとも1次元の映像信号を、仮想中
心位置としての折り返し点にて折り返して両信号の一致
度を調べる手段と、一致度が最も高い折り返し点を求め
る手段とからなり、一致度が最も高い折り返し点をパタ
ーンの中心位置として検出するパターン位置検出装置に
おいて、両信号の一致度を調べる手段では、両信号間の
一致度を調べる際に、折り返し点から所望の距離だけ離
れた領域にのみ重み付けをすることによって、上記両信
号の一致度を調べることを特徴とするパターン位置検出
装置。
3. A detection optical system for detecting an optical image from a pattern, a photoelectric conversion means for receiving an optical image detected by the detection optical system to obtain at least a one-dimensional video signal, and the photoelectric conversion means. The obtained at least one-dimensional video signal includes means for folding back at the folding point as the virtual center position to check the degree of coincidence between the two signals, and means for obtaining the folding point having the highest degree of coincidence. In a pattern position detection device that detects a high turnaround point as the center position of a pattern, the means for checking the degree of coincidence between both signals, when checking the degree of coincidence between the two signals, only in an area distant by a desired distance from the turnaround point. A pattern position detecting device, characterized in that the degree of coincidence between the two signals is checked by weighting.
【請求項4】所望の距離として、パターンの幅のほぼ1
/2が設定される、特許請求の範囲第3項記載のパター
ン位置検出装置。
4. The desired distance is approximately 1 of the width of the pattern.
The pattern position detecting device according to claim 3, wherein / 2 is set.
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