JPH07253311A - パターン検査装置の較正方法、パターン検査方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
パターン検査装置の較正方法、パターン検査方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造方法Info
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- JPH07253311A JPH07253311A JP6044469A JP4446994A JPH07253311A JP H07253311 A JPH07253311 A JP H07253311A JP 6044469 A JP6044469 A JP 6044469A JP 4446994 A JP4446994 A JP 4446994A JP H07253311 A JPH07253311 A JP H07253311A
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- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上のパターンの位置ずれを検出する光学
的検出装置において光学系のアラインメントのずれを検
出し、検出されたアラインメントのずれをもとに観測さ
れたパターンの位置ずれを補正して真の位置ずれを、高
い信頼性をもって検出することを目的とする。 【構成】 光学的検出装置に基板を異なった方位で装着
し、見かけ上のいちずれを各々の方位について求め、求
められた位置ずれ観測値を平均化し、光学系のアライン
メント誤差を求める。また、求められた誤差に基づいて
観測された位置ずれの値を修正する。
的検出装置において光学系のアラインメントのずれを検
出し、検出されたアラインメントのずれをもとに観測さ
れたパターンの位置ずれを補正して真の位置ずれを、高
い信頼性をもって検出することを目的とする。 【構成】 光学的検出装置に基板を異なった方位で装着
し、見かけ上のいちずれを各々の方位について求め、求
められた位置ずれ観測値を平均化し、光学系のアライン
メント誤差を求める。また、求められた誤差に基づいて
観測された位置ずれの値を修正する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置の製造
に関し、特に半導体装置を構成する種々の半導体層ある
いは絶縁層の層間位置合わせのためのパターン検査方
法、およびかかるパターン検査方法で使われるパターン
検査装置の較正方法に関する。
に関し、特に半導体装置を構成する種々の半導体層ある
いは絶縁層の層間位置合わせのためのパターン検査方
法、およびかかるパターン検査方法で使われるパターン
検査装置の較正方法に関する。
【０００２】半導体装置は一般に複数の半導体層パター
ンや絶縁層パターンを積層して構成される。かかる半導
体層や絶縁層を積層する場合、各層のパターンを正確に
整合させる必要がある。より具体的には、第１の層のパ
ターンが形成された後、その上に第２の層が堆積され、
さらに前記第２の層をパターニングするためレジストパ
ターンが形成されるが、かかるレジストパターンをマス
クとして使って前記第２の層をパターニングするに先立
ってレジストパターンと前記第１の層のパターンとの位
置的な整合を保障する必要がある。かかる検査のため、
従来より、光学顕微鏡を使った検査装置が使われてい
る。かかる検査は、特に１６Ｍビットを超える記憶容量
のＤＲＡＭの製造においては必須である。
ンや絶縁層パターンを積層して構成される。かかる半導
体層や絶縁層を積層する場合、各層のパターンを正確に
整合させる必要がある。より具体的には、第１の層のパ
ターンが形成された後、その上に第２の層が堆積され、
さらに前記第２の層をパターニングするためレジストパ
ターンが形成されるが、かかるレジストパターンをマス
クとして使って前記第２の層をパターニングするに先立
ってレジストパターンと前記第１の層のパターンとの位
置的な整合を保障する必要がある。かかる検査のため、
従来より、光学顕微鏡を使った検査装置が使われてい
る。かかる検査は、特に１６Ｍビットを超える記憶容量
のＤＲＡＭの製造においては必須である。
【０００３】
【従来の技術】図１０はかかる従来の検査装置の構成を
示す。
示す。
【０００４】図１０を参照するに、検査装置はハロゲン
ランプ等よりなり、光ビームを所定の光軸Ｏに沿って出
射させる光源１と、光軸Ｏ上に設けられピンホールを形
成された絞り板２と、光軸Ｏ上に前記絞り板２の下流側
に形成された対物レンズ３とを含み、対物レンズ３は光
源１から絞り板２を経て供給された光ビームをステージ
５上に保持された基板６に集束させる。このようにして
集束された光ビームは基板６において反射され、対物レ
ンズ３を光軸Ｏに沿って逆方向に通過した後光軸Ｏ上に
形成されたハーフミラー７で反射され、ＣＣＤ撮像装置
８に入射する。ＣＣＤ装置８は基板表面のパターンを示
す画像信号を形成し、これを画像処理装置９に供給す
る。一方、画像処理装置９はＣＣＤ撮像装置８で得られ
た画像信号を分析し、第１層目のパターンに対する第２
層目のパターンの位置的な整合を検査する。
ランプ等よりなり、光ビームを所定の光軸Ｏに沿って出
射させる光源１と、光軸Ｏ上に設けられピンホールを形
成された絞り板２と、光軸Ｏ上に前記絞り板２の下流側
に形成された対物レンズ３とを含み、対物レンズ３は光
源１から絞り板２を経て供給された光ビームをステージ
５上に保持された基板６に集束させる。このようにして
集束された光ビームは基板６において反射され、対物レ
ンズ３を光軸Ｏに沿って逆方向に通過した後光軸Ｏ上に
形成されたハーフミラー７で反射され、ＣＣＤ撮像装置
８に入射する。ＣＣＤ装置８は基板表面のパターンを示
す画像信号を形成し、これを画像処理装置９に供給す
る。一方、画像処理装置９はＣＣＤ撮像装置８で得られ
た画像信号を分析し、第１層目のパターンに対する第２
層目のパターンの位置的な整合を検査する。
【０００５】図１１（Ａ）は図１０の装置を使って検査
する基板上に形成される位置ずれ測定のためのマークの
例を示す平面図、また図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のマ
ークに対応する基板の断面図である。さらに、図１１
（Ｃ）は図１０の装置のＣＣＤ撮像装置８により、図１
１（Ａ），（Ｂ）のマークにおいて得られる画像信号を
示す。
する基板上に形成される位置ずれ測定のためのマークの
例を示す平面図、また図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のマ
ークに対応する基板の断面図である。さらに、図１１
（Ｃ）は図１０の装置のＣＣＤ撮像装置８により、図１
１（Ａ），（Ｂ）のマークにおいて得られる画像信号を
示す。
【０００６】図１１（Ｂ）の断面図を参照するに、かか
るマークは、半導体基板１１上に形成された第１層目の
パターン１２上に形成された層１３上に、層１３のマス
クパターンとして形成されたレジストパターン１４の、
パターン１２に対する位置的な整合を検査するために形
成されており、パターン１２の凹部１２ａ内部に、層１
３をパターニングするための、あるいは層１３にイオン
注入等の処理を行なうためのマスク凹部１４ａが形成さ
れている。かかるマークは半導体ウェハ上においてスク
ライブライン上に数箇所形成されており、マーク上にお
いてレジストパターン１４のパターン１２に対する位置
的な整合を検査することにより、かかるレジストパター
ン１４をマスクにして例えば層１３をパターニングする
際にウェハ全面におけるパターン１２とパターン１３の
精密な整合を保障することができる。先にも説明したよ
うに、かかるマークを使った位置合わせは、１６Ｍビッ
トを超える大容量のＤＲＡＭを製造するのに必須であ
る。
るマークは、半導体基板１１上に形成された第１層目の
パターン１２上に形成された層１３上に、層１３のマス
クパターンとして形成されたレジストパターン１４の、
パターン１２に対する位置的な整合を検査するために形
成されており、パターン１２の凹部１２ａ内部に、層１
３をパターニングするための、あるいは層１３にイオン
注入等の処理を行なうためのマスク凹部１４ａが形成さ
れている。かかるマークは半導体ウェハ上においてスク
ライブライン上に数箇所形成されており、マーク上にお
いてレジストパターン１４のパターン１２に対する位置
的な整合を検査することにより、かかるレジストパター
ン１４をマスクにして例えば層１３をパターニングする
際にウェハ全面におけるパターン１２とパターン１３の
精密な整合を保障することができる。先にも説明したよ
うに、かかるマークを使った位置合わせは、１６Ｍビッ
トを超える大容量のＤＲＡＭを製造するのに必須であ
る。
【０００７】図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）の線ｌに沿っ
た画像信号の例を示す。
た画像信号の例を示す。
【０００８】図１１（Ｃ）を参照するに、基板からの反
射光はパターン凹部１２ａあるいは１４ａのエッジにお
いて反射率が大きく変化し、このためこれら凹部のエッ
ジに対応した鋭いピークが現れている。図１１（Ｃ）に
おいて、ピークＡおよびＤは凹部１２ａの互いに対向す
るエッジに対応し、ピークＢおよびＣは凹部１４ａの互
いに対向するエッジに対応する。そこで、ピークＡとピ
ークＤの中心から凹部１２ａの中心を式（Ａ＋Ｄ）／２
によって求め、さらにピークＢとピークＣの中心から凹
部１４ａの中心を式（Ｂ＋Ｃ）／２によって求め、さら
に凹部１２ａの中心と凹部１４ａの中心との差を式 Δ＝（Ｂ＋Ｃ）／２−（Ａ＋Ｄ）／２ により求めることにより、パターン１２に対するパター
ン１４の位置ずれδが求められる。求められた位置ずれ
δが許容範囲を超えている場合には、レジスト１４をい
ったん有機溶剤で溶解して除去し、新たにレジスト層を
塗布してこれを露光・現像することによりレジストパタ
ーンを作りなおす。
射光はパターン凹部１２ａあるいは１４ａのエッジにお
いて反射率が大きく変化し、このためこれら凹部のエッ
ジに対応した鋭いピークが現れている。図１１（Ｃ）に
おいて、ピークＡおよびＤは凹部１２ａの互いに対向す
るエッジに対応し、ピークＢおよびＣは凹部１４ａの互
いに対向するエッジに対応する。そこで、ピークＡとピ
ークＤの中心から凹部１２ａの中心を式（Ａ＋Ｄ）／２
によって求め、さらにピークＢとピークＣの中心から凹
部１４ａの中心を式（Ｂ＋Ｃ）／２によって求め、さら
に凹部１２ａの中心と凹部１４ａの中心との差を式 Δ＝（Ｂ＋Ｃ）／２−（Ａ＋Ｄ）／２ により求めることにより、パターン１２に対するパター
ン１４の位置ずれδが求められる。求められた位置ずれ
δが許容範囲を超えている場合には、レジスト１４をい
ったん有機溶剤で溶解して除去し、新たにレジスト層を
塗布してこれを露光・現像することによりレジストパタ
ーンを作りなおす。
【０００９】図１１（Ｃ）のプロセスにおいて、各ピー
クに対応するエッジ位置は、ピークＡ〜Ｄを、それぞれ
のピークについてピーク値の所定のレベルηに設定され
たスライスレベルでスライスし、ピークＡおよびＤにつ
いてはスライスレベルの内側あるいは外側の交点を求め
ることで、またピークＢおよびＣについてはスライスレ
ベルの外側あるいは内側の交点を求めることで求められ
る。例えばレベルηはピーク値の５０％に設定される。
また、パターン１２およびパターン１４は凸パターンで
も同様である。
クに対応するエッジ位置は、ピークＡ〜Ｄを、それぞれ
のピークについてピーク値の所定のレベルηに設定され
たスライスレベルでスライスし、ピークＡおよびＤにつ
いてはスライスレベルの内側あるいは外側の交点を求め
ることで、またピークＢおよびＣについてはスライスレ
ベルの外側あるいは内側の交点を求めることで求められ
る。例えばレベルηはピーク値の５０％に設定される。
また、パターン１２およびパターン１４は凸パターンで
も同様である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１０の装置を使った
かかる検査工程において、絞り板２およびレンズ３を含
む光学系の光軸Ｏが基板に対して垂直になっておらず傾
斜している場合には、光が図１１（Ｂ）に実線で示すよ
うに、基板に対して垂直に入射せず点線で示すように斜
めに入射する。このような場合には、凹部１４ａを画成
するエッジにより基板上に影が投影されてしまい、図１
１（Ｃ）で得られる画像信号のピークが非対称に歪んで
しまう。このような非対称なピークを使ってパターン中
の凹部の中心を求めると、実際にはパターンの位置ずれ
が存在しない場合でも見かけ上パターンの位置ずれ量
Δ’が検出されてしまい、正確な位置合わせが出来なく
なる。
かかる検査工程において、絞り板２およびレンズ３を含
む光学系の光軸Ｏが基板に対して垂直になっておらず傾
斜している場合には、光が図１１（Ｂ）に実線で示すよ
うに、基板に対して垂直に入射せず点線で示すように斜
めに入射する。このような場合には、凹部１４ａを画成
するエッジにより基板上に影が投影されてしまい、図１
１（Ｃ）で得られる画像信号のピークが非対称に歪んで
しまう。このような非対称なピークを使ってパターン中
の凹部の中心を求めると、実際にはパターンの位置ずれ
が存在しない場合でも見かけ上パターンの位置ずれ量
Δ’が検出されてしまい、正確な位置合わせが出来なく
なる。
【００１１】また、従来の図１１（Ｃ）に示す工程で
は、ピーク位置を、画像信号を所定のスライスレベルで
スライスした後、内側あるいは外側の交点のみを使って
求めていたため、例えば凹部１２ａあるいは１４ａのエ
ッジ部や表面が結晶粒界の効果等により荒れてるた場
合、図１２に示すように凹部を画成するエッジも面荒れ
の影響を受け、ＣＣＤ撮像装置８で得られる画像信号に
多量のノイズが含まれてしまい、ピーク位置の決定が不
確実になってしまう問題点があった。
は、ピーク位置を、画像信号を所定のスライスレベルで
スライスした後、内側あるいは外側の交点のみを使って
求めていたため、例えば凹部１２ａあるいは１４ａのエ
ッジ部や表面が結晶粒界の効果等により荒れてるた場
合、図１２に示すように凹部を画成するエッジも面荒れ
の影響を受け、ＣＣＤ撮像装置８で得られる画像信号に
多量のノイズが含まれてしまい、ピーク位置の決定が不
確実になってしまう問題点があった。
【００１２】同様なパターン位置の測定誤差の問題は、
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように開口部を画成するエ
ッジが左側エッジ１２ａと右側エッジ１２ａ’で非対称
になっている場合にも生じる。このような場合、図１３
（Ｃ）に示すようにＣＣＤ撮像装置８で得られた画像信
号は、線ｌに沿ったプロファイルが特にピーク位置Ｄに
おいてブロードになってしまい、その結果位置Ｄの決定
があいまいになる。
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように開口部を画成するエ
ッジが左側エッジ１２ａと右側エッジ１２ａ’で非対称
になっている場合にも生じる。このような場合、図１３
（Ｃ）に示すようにＣＣＤ撮像装置８で得られた画像信
号は、線ｌに沿ったプロファイルが特にピーク位置Ｄに
おいてブロードになってしまい、その結果位置Ｄの決定
があいまいになる。
【００１３】そこで、本発明は上記の課題を解決した新
規で有用なパターン検査装置の較正方法、パターン検査
方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造
方法を提供することを概括的目的とする。
規で有用なパターン検査装置の較正方法、パターン検査
方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造
方法を提供することを概括的目的とする。
【００１４】本発明のより具体的な目的は、光学系を有
し、基板上のパターンの像にもとづいてパターンの位置
ずれを検査するパターン検査装置において、光学系の光
軸の誤差を検出できるパターン検査装置の較正方法およ
びパターン検査方法を提供することを目的とする。
し、基板上のパターンの像にもとづいてパターンの位置
ずれを検査するパターン検査装置において、光学系の光
軸の誤差を検出できるパターン検査装置の較正方法およ
びパターン検査方法を提供することを目的とする。
【００１５】本発明の他の目的は、基板上のパターンの
像を獲得し、獲得した像にもとづいてパターン位置を検
出するパターン位置決定方法、およびかかるパターン位
置決定方法を使った半導体装置の製造方法において、パ
ターンの位置を高い信頼性をもって決定できる方法を提
供することを目的とする。
像を獲得し、獲得した像にもとづいてパターン位置を検
出するパターン位置決定方法、およびかかるパターン位
置決定方法を使った半導体装置の製造方法において、パ
ターンの位置を高い信頼性をもって決定できる方法を提
供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
光ビームを所定の光軸に沿って出射させる光源と、少な
くとも第１および第２のパターンを形成された基板を保
持するステージと、前記光軸上に設けられ、前記ステー
ジ上の基板を前記光源からの光ビームにより照明する光
学系と、前記照明された基板を撮像し、前記第１および
第２のパターンを含む前記基板の画像を獲得する撮像手
段と；前記撮像手段で獲得された画像を解析して、前記
基板上の第１および第２のパターン相互間の位置ずれを
検出する画像処理装置とを備えたパターン検査装置の較
正方法において、（ａ） 前記基板を前記ステージ上に
第１の方位で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｇ） 前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量
を比較することにより、前記光学系の前記光軸からのず
れを検出する工程とよりなり、前記第１の方位と第２の
方位とは相互に１８０゜の角度だけずれていることを特
徴とする方法により、または光ビームを所定の光軸に沿
って出射させる光源と、少なくとも第１および第２のパ
ターンを形成された基板を保持するステージと、前記光
軸上に設けられ、前記ステージ上の基板を前記光源から
の光ビームにより照明する光学系と、前記照明された基
板を撮像し、前記第１および第２のパターンを含む前記
基板の画像を獲得する撮像手段と；前記撮像手段で獲得
された画像を解析して、前記基板上の第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを検出する画像処理装置とを
備えたパターン検査装置を使ったパターン検査方法にお
いて、（ａ） 前記基板を前記ステージ上に第１の方位
で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と；前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置
ずれ量とを比較することにより、前記光学系の前記光軸
からのずれを検出する工程と；前記第１および第２の位
置ずれ量のいずれか一方に、前記光学系の前記光軸から
のずれを補正する補正を加えて前記第１のパターンと第
２のパターン相互間の位置ずれを求める工程とよりな
り、前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜の
角度だけずれていることを特徴とする方法により、また
は光ビームを所定の光軸に沿って出射させる光源と、少
なくとも第１および第２のパターンを形成された基板を
保持するステージと、前記光軸上に設けられ、前記ステ
ージ上の基板を前記光源からの光ビームにより照明する
光学系と、前記照明された基板を撮像し、前記第１およ
び第２のパターンを含む前記基板の画像を獲得する撮像
手段と；前記撮像手段で獲得された画像を解析して、前
記基板上の第１および第２のパターン相互間の位置ずれ
を検出する画像処理装置とを備えたパターン検査装置を
使ったパターン検査工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて、（ａ） 前記基板を前記ステージ上に第１の方
位で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれをあらわず第２の位置ずれ量
を検出する工程と；前記第１の位置ずれ量と前記第２の
位置ずれ量とを比較することにより、前記光学系の前記
光軸からのずれを検出する工程と；前記第１および第２
の位置ずれ量のいずれか一方に、前記光学系の前記光軸
からのずれを補正する補正を加えて前記第１のパターン
と第２のパターン相互間の位置ずれを求める工程とより
なり、前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜
の角度だけずれていることを特徴とする方法により、ま
たは互いに対向する第１および第２のエッジで画成され
たパターンを形成された基板から、前記パターンに対応
する画像信号を獲得する工程と；前記画像信号から、前
記対向する第１および第２のエッジの中間位置をパター
ン位置として求めるパターン位置決定方法において、前
記画像信号は、それぞれ前記第１および第２のエッジに
対応した第１および第２のピークを有する信号よりな
り、前記方法は、前記画像信号を複数のスライスレベル
でスライスし、各スライスレベルにおいて、画像信号が
該スライスレベルと交差する交点の位置を、前記第１お
よび第２のピークの各々について求める工程と；各スラ
イスレベルにおいて、前記交点の位置の平均値を算出す
ることにより、前記第１および第２のエッジの中間位置
を求める工程と；前記複数のスライスレベルに対応する
前記交点の位置の頻度分布を求める工程と；前記頻度分
布が最大になる位置から、前記パターンについて前記第
１および第２のエッジの中間位置を決定する工程とより
なることを特徴とするパターン位置決定方法により、ま
たは互いに対向する第１および第２のエッジで画成され
た第１層パターンと、互いに対向する第３および第４の
エッジで画成された第２層パターンとを積層して形成さ
れた基板から、前記第１層および第２層パターンを表す
画像信号を獲得する工程と；前記画像信号から、前記互
いに対向する第１および第２のエッジの中間位置を第１
層パターン位置とし、前記互いに対向する第３および第
４のエッジの中間位置を第２層パターン位置とし、前記
第１層および第２層パターン位置から前記第１層パター
ンと前記第２層パターンとの間の位置ずれを求める位置
ずれ検査工程を含む半導体装置の製造方法において、前
記画像信号は、それぞれ前記第１および第２のエッジに
対応した第１および第２のピークを有する信号と、前記
第３および第４のエッジに対応した第３および第４のピ
ークを有する信号とよりなり、前記位置ずれ検査工程
は、前記画像信号を複数のスライスレベルでスライス
し、各スライスレベルにおいて、画像信号が該スライス
レベルと交差する交点の位置を、前記第１〜第４のピー
クの各々について求める工程と；各スライスレベルにお
いて、前記交点の位置の平均値を、前記第１および第２
のピークについて算出することにより、前記第１および
第２のエッジの中間位置を表す第１中間位置を求める工
程と；各スライスレベルにおいて、前記交点の位置の平
均値を、前記第３および第４のピークについて算出する
ことにより、前記第３および第４のエッジの中間位置を
表す第２中間位置を求める工程と；前記複数のスライス
レベルに対応する前記第１中間位置の頻度分布を求める
工程と；前記複数のスライスレベルに対応する前記第２
中間位置の頻度分布を求める工程と；前記第１中間位置
の頻度分布が最大になる位置から、前記第１層パターン
の位置を決定する工程と；前記第２中間位置の頻度分布
が最大になる位置から、前記第２層パターンの位置を決
定する工程と；前記第１層パターンの位置と前記第２層
パターンの位置とから、前記第１層パターンと前記第２
層パターンの位置ずれを決定する工程とよりなることを
特徴とする半導体装置の製造方法により解決する。
光ビームを所定の光軸に沿って出射させる光源と、少な
くとも第１および第２のパターンを形成された基板を保
持するステージと、前記光軸上に設けられ、前記ステー
ジ上の基板を前記光源からの光ビームにより照明する光
学系と、前記照明された基板を撮像し、前記第１および
第２のパターンを含む前記基板の画像を獲得する撮像手
段と；前記撮像手段で獲得された画像を解析して、前記
基板上の第１および第２のパターン相互間の位置ずれを
検出する画像処理装置とを備えたパターン検査装置の較
正方法において、（ａ） 前記基板を前記ステージ上に
第１の方位で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｇ） 前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量
を比較することにより、前記光学系の前記光軸からのず
れを検出する工程とよりなり、前記第１の方位と第２の
方位とは相互に１８０゜の角度だけずれていることを特
徴とする方法により、または光ビームを所定の光軸に沿
って出射させる光源と、少なくとも第１および第２のパ
ターンを形成された基板を保持するステージと、前記光
軸上に設けられ、前記ステージ上の基板を前記光源から
の光ビームにより照明する光学系と、前記照明された基
板を撮像し、前記第１および第２のパターンを含む前記
基板の画像を獲得する撮像手段と；前記撮像手段で獲得
された画像を解析して、前記基板上の第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを検出する画像処理装置とを
備えたパターン検査装置を使ったパターン検査方法にお
いて、（ａ） 前記基板を前記ステージ上に第１の方位
で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と；前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置
ずれ量とを比較することにより、前記光学系の前記光軸
からのずれを検出する工程と；前記第１および第２の位
置ずれ量のいずれか一方に、前記光学系の前記光軸から
のずれを補正する補正を加えて前記第１のパターンと第
２のパターン相互間の位置ずれを求める工程とよりな
り、前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜の
角度だけずれていることを特徴とする方法により、また
は光ビームを所定の光軸に沿って出射させる光源と、少
なくとも第１および第２のパターンを形成された基板を
保持するステージと、前記光軸上に設けられ、前記ステ
ージ上の基板を前記光源からの光ビームにより照明する
光学系と、前記照明された基板を撮像し、前記第１およ
び第２のパターンを含む前記基板の画像を獲得する撮像
手段と；前記撮像手段で獲得された画像を解析して、前
記基板上の第１および第２のパターン相互間の位置ずれ
を検出する画像処理装置とを備えたパターン検査装置を
使ったパターン検査工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて、（ａ） 前記基板を前記ステージ上に第１の方
位で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれをあらわず第２の位置ずれ量
を検出する工程と；前記第１の位置ずれ量と前記第２の
位置ずれ量とを比較することにより、前記光学系の前記
光軸からのずれを検出する工程と；前記第１および第２
の位置ずれ量のいずれか一方に、前記光学系の前記光軸
からのずれを補正する補正を加えて前記第１のパターン
と第２のパターン相互間の位置ずれを求める工程とより
なり、前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜
の角度だけずれていることを特徴とする方法により、ま
たは互いに対向する第１および第２のエッジで画成され
たパターンを形成された基板から、前記パターンに対応
する画像信号を獲得する工程と；前記画像信号から、前
記対向する第１および第２のエッジの中間位置をパター
ン位置として求めるパターン位置決定方法において、前
記画像信号は、それぞれ前記第１および第２のエッジに
対応した第１および第２のピークを有する信号よりな
り、前記方法は、前記画像信号を複数のスライスレベル
でスライスし、各スライスレベルにおいて、画像信号が
該スライスレベルと交差する交点の位置を、前記第１お
よび第２のピークの各々について求める工程と；各スラ
イスレベルにおいて、前記交点の位置の平均値を算出す
ることにより、前記第１および第２のエッジの中間位置
を求める工程と；前記複数のスライスレベルに対応する
前記交点の位置の頻度分布を求める工程と；前記頻度分
布が最大になる位置から、前記パターンについて前記第
１および第２のエッジの中間位置を決定する工程とより
なることを特徴とするパターン位置決定方法により、ま
たは互いに対向する第１および第２のエッジで画成され
た第１層パターンと、互いに対向する第３および第４の
エッジで画成された第２層パターンとを積層して形成さ
れた基板から、前記第１層および第２層パターンを表す
画像信号を獲得する工程と；前記画像信号から、前記互
いに対向する第１および第２のエッジの中間位置を第１
層パターン位置とし、前記互いに対向する第３および第
４のエッジの中間位置を第２層パターン位置とし、前記
第１層および第２層パターン位置から前記第１層パター
ンと前記第２層パターンとの間の位置ずれを求める位置
ずれ検査工程を含む半導体装置の製造方法において、前
記画像信号は、それぞれ前記第１および第２のエッジに
対応した第１および第２のピークを有する信号と、前記
第３および第４のエッジに対応した第３および第４のピ
ークを有する信号とよりなり、前記位置ずれ検査工程
は、前記画像信号を複数のスライスレベルでスライス
し、各スライスレベルにおいて、画像信号が該スライス
レベルと交差する交点の位置を、前記第１〜第４のピー
クの各々について求める工程と；各スライスレベルにお
いて、前記交点の位置の平均値を、前記第１および第２
のピークについて算出することにより、前記第１および
第２のエッジの中間位置を表す第１中間位置を求める工
程と；各スライスレベルにおいて、前記交点の位置の平
均値を、前記第３および第４のピークについて算出する
ことにより、前記第３および第４のエッジの中間位置を
表す第２中間位置を求める工程と；前記複数のスライス
レベルに対応する前記第１中間位置の頻度分布を求める
工程と；前記複数のスライスレベルに対応する前記第２
中間位置の頻度分布を求める工程と；前記第１中間位置
の頻度分布が最大になる位置から、前記第１層パターン
の位置を決定する工程と；前記第２中間位置の頻度分布
が最大になる位置から、前記第２層パターンの位置を決
定する工程と；前記第１層パターンの位置と前記第２層
パターンの位置とから、前記第１層パターンと前記第２
層パターンの位置ずれを決定する工程とよりなることを
特徴とする半導体装置の製造方法により解決する。
【００１７】
【作用】図１（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の原理を示す。
【００１８】図１（Ａ）を参照するに、図１１（Ａ），
（Ｂ）に示したマーカーパターンを形成された基板５を
図１０の検査装置に装着し、凹部パターン１４ａの凹部
パターン１２ａに対する位置ずれｘ0 ，ｙ0 を、例えば
図１１（Ｃ）で説明した工程で求める。
（Ｂ）に示したマーカーパターンを形成された基板５を
図１０の検査装置に装着し、凹部パターン１４ａの凹部
パターン１２ａに対する位置ずれｘ0 ，ｙ0 を、例えば
図１１（Ｃ）で説明した工程で求める。
【００１９】次に、図１（Ｂ）に示す工程で、検査装置
から基板５をとりだし、時計回り方向に９０゜回転さ
せ、再び検査装置に装着する。この状態で、パターン１
４ａのパターン１２ａに対する位置ずれｘ90，ｙ90を求
める。
から基板５をとりだし、時計回り方向に９０゜回転さ
せ、再び検査装置に装着する。この状態で、パターン１
４ａのパターン１２ａに対する位置ずれｘ90，ｙ90を求
める。
【００２０】さらに、図１（Ｃ）に示す工程で、検査装
置から基板５を再びとりだし、時計回りにさらに９０゜
回転させ、再び検査装置に装着する。この状態で、パタ
ーン１４ａのパターン１２ａに対する位置ずれｘ180 ，
ｙ180 を求める。
置から基板５を再びとりだし、時計回りにさらに９０゜
回転させ、再び検査装置に装着する。この状態で、パタ
ーン１４ａのパターン１２ａに対する位置ずれｘ180 ，
ｙ180 を求める。
【００２１】さらに、図１（Ｄ）の工程で、検査装置か
ら基板５を再びとりだし、時計回りにさらに９０゜回転
させ、再び検査装置に装着する。この状態で、パターン
１４ａのパターン１２ａにたいする位置ずれｘ270 ，ｙ
270 を求める。
ら基板５を再びとりだし、時計回りにさらに９０゜回転
させ、再び検査装置に装着する。この状態で、パターン
１４ａのパターン１２ａにたいする位置ずれｘ270 ，ｙ
270 を求める。
【００２２】上記の各工程では、基板５が９０゜ずつ回
転されているため、例えば図１（Ｃ）の状態では基板５
は図１（Ａ）の状態に対して１８０゜回転されている。
そこで、図１０の検査装置において光学系の誤差がゼロ
で光源１からの光が基板５に対して実質的に垂直に照射
されている場合には、パターンの位置ずれは図１（Ａ）
と１（Ｃ）、あるいは図１（Ｂ）と１（Ｄ）で大きさが
同じで符号が反対になるはずである。換言すると、光学
系のアラインメントが理想的である場合、関係 ｘ0 ＝−ｘ180 ， ｙ0 ＝−ｙ180 ｘ90＝−ｘ270 ， ｙ90 ＝−ｙ270 が成立するはずである。一方、かかる関係が成立しない
場合、基板を照明する光学系のアラインメントがくるっ
ている。このような場合、ｘ方向およびｙ方向へのアラ
インメント誤差δx ，δy は、上記の位置ずれ観測値、
ｘ0 ，ｘ90，ｘ18 0 ，ｘ270 ，ｙ0 ，ｙ90，ｙ180 ，ｙ
270 を使って、式 δｘ1 ＝（ｘ0 ＋ｘ180 ）／２， δｙ1 ＝（ｙ0 ＋ｙ180 ）／２により、あるいは式 δｘ2 ＝（ｘ90＋ｘ270 ）／２， δｙ2 ＝（ｙ90＋ｙ270 ）／２により、あるいはこれら
をまとめた式 δｘ＝（δｘ1 ＋δｘ2 ）／２＝（ｘ0 ＋ｘ90＋ｘ180
＋ｘ270 ）／４， δｙ＝（δｙ1 ＋δｙ2 ）／２＝（ｙ0 ＋ｙ90＋ｙ180
＋ｙ270 ）／４により、これらを単純加算することで求
められる。
転されているため、例えば図１（Ｃ）の状態では基板５
は図１（Ａ）の状態に対して１８０゜回転されている。
そこで、図１０の検査装置において光学系の誤差がゼロ
で光源１からの光が基板５に対して実質的に垂直に照射
されている場合には、パターンの位置ずれは図１（Ａ）
と１（Ｃ）、あるいは図１（Ｂ）と１（Ｄ）で大きさが
同じで符号が反対になるはずである。換言すると、光学
系のアラインメントが理想的である場合、関係 ｘ0 ＝−ｘ180 ， ｙ0 ＝−ｙ180 ｘ90＝−ｘ270 ， ｙ90 ＝−ｙ270 が成立するはずである。一方、かかる関係が成立しない
場合、基板を照明する光学系のアラインメントがくるっ
ている。このような場合、ｘ方向およびｙ方向へのアラ
インメント誤差δx ，δy は、上記の位置ずれ観測値、
ｘ0 ，ｘ90，ｘ18 0 ，ｘ270 ，ｙ0 ，ｙ90，ｙ180 ，ｙ
270 を使って、式 δｘ1 ＝（ｘ0 ＋ｘ180 ）／２， δｙ1 ＝（ｙ0 ＋ｙ180 ）／２により、あるいは式 δｘ2 ＝（ｘ90＋ｘ270 ）／２， δｙ2 ＝（ｙ90＋ｙ270 ）／２により、あるいはこれら
をまとめた式 δｘ＝（δｘ1 ＋δｘ2 ）／２＝（ｘ0 ＋ｘ90＋ｘ180
＋ｘ270 ）／４， δｙ＝（δｙ1 ＋δｙ2 ）／２＝（ｙ0 ＋ｙ90＋ｙ180
＋ｙ270 ）／４により、これらを単純加算することで求
められる。
【００２３】また、ｘ軸方向とｙ軸方向での光学系の倍
率の差δｘｙを、式 δｘｙ1 ＝｛（ｘ0 −δｘ）＋（ｙ90−δｙ）＋ （ｘ180 −δｘ）＋（ｙ270 −δｙ）｝／２ ＝δｘ1 ＋δｙ2 −δｘ−δｙにより、あるいは δｘｙ2 ＝｛（ｙ0 −δｙ）＋（ｘ90−δｘ）＋ （ｙ180 −δｙ）＋（ｘ270 −δｘ）｝／２ ＝δｙ1 −δｘ2 ＋δｘ−δｙにより、あるいはこれら
をまとめた式 δｘｙ＝（δｘｙ1 ＋δｘｙ2 ）／２ ＝（δｘ1 −δｘ2 ＋δｙ1 ＋δｙ2 ） により求めることができる。
率の差δｘｙを、式 δｘｙ1 ＝｛（ｘ0 −δｘ）＋（ｙ90−δｙ）＋ （ｘ180 −δｘ）＋（ｙ270 −δｙ）｝／２ ＝δｘ1 ＋δｙ2 −δｘ−δｙにより、あるいは δｘｙ2 ＝｛（ｙ0 −δｙ）＋（ｘ90−δｘ）＋ （ｙ180 −δｙ）＋（ｘ270 −δｘ）｝／２ ＝δｙ1 −δｘ2 ＋δｘ−δｙにより、あるいはこれら
をまとめた式 δｘｙ＝（δｘｙ1 ＋δｘｙ2 ）／２ ＝（δｘ1 −δｘ2 ＋δｙ1 ＋δｙ2 ） により求めることができる。
【００２４】さらに、このようにして求められたアライ
ンメント誤差を位置ずれ観測値から補正することによ
り、真の位置ずれを求めることができる。例えば、真の
位置ずれｘ，ｙを、位置ずれ観測値ｘ0 ，ｙ0 から、式 ｘ＝ｘ0 −δx ｙ＝ｙ0 −δy −δxy により求めることができる。
ンメント誤差を位置ずれ観測値から補正することによ
り、真の位置ずれを求めることができる。例えば、真の
位置ずれｘ，ｙを、位置ずれ観測値ｘ0 ，ｙ0 から、式 ｘ＝ｘ0 −δx ｙ＝ｙ0 −δy −δxy により求めることができる。
【００２５】請求項１、５および６記載の特徴によれ
ば、基板を検査装置上に第１の方位および第２の方位で
設定して位置ずれ量を検出し、第１の方位で得られた位
置ずれ量と第２の方位で得られた位置ずれ量とを比較す
ることにより、検査装置の光学系が正しい光軸に対して
傾いて設定されている場合に、かかる傾いた照明により
生じる位置ずれ量の見かけ上の変化を検出できる。ま
た、請求項５記載の特徴によれば、このようにして検出
された見かけ上の位置ずれ量の変化を補正することによ
り、見かけの効果を含まない正しい位置ずれ量が検出さ
れる。
ば、基板を検査装置上に第１の方位および第２の方位で
設定して位置ずれ量を検出し、第１の方位で得られた位
置ずれ量と第２の方位で得られた位置ずれ量とを比較す
ることにより、検査装置の光学系が正しい光軸に対して
傾いて設定されている場合に、かかる傾いた照明により
生じる位置ずれ量の見かけ上の変化を検出できる。ま
た、請求項５記載の特徴によれば、このようにして検出
された見かけ上の位置ずれ量の変化を補正することによ
り、見かけの効果を含まない正しい位置ずれ量が検出さ
れる。
【００２６】請求項２記載の特徴によれば、基板を検査
装置上において相互に９０゜ずれた第１〜第４の方位に
設定することにより、ｘおよびｙ方向の各々について位
置ずれ量の見かけ上の変化を検出できる。さらに、ｘお
よびｙ方向での光学系の倍率の差を検出することができ
る。
装置上において相互に９０゜ずれた第１〜第４の方位に
設定することにより、ｘおよびｙ方向の各々について位
置ずれ量の見かけ上の変化を検出できる。さらに、ｘお
よびｙ方向での光学系の倍率の差を検出することができ
る。
【００２７】請求項３および４記載の特徴によれば、基
板上のパターンを画成する一対のエッジの中心位置を、
基板を検査装置上において相互に１８０゜回転した第１
の状態および第２の状態について求め、得られた中心位
置にもとづいて基板上のパターンの位置ずれを第１およ
び第２の状態について求め、得られた第１および第２の
位置ずれを比較することにより、光学系のミスアライン
メントによる見かけ上の位置ずれのみを抽出することが
可能になる。
板上のパターンを画成する一対のエッジの中心位置を、
基板を検査装置上において相互に１８０゜回転した第１
の状態および第２の状態について求め、得られた中心位
置にもとづいて基板上のパターンの位置ずれを第１およ
び第２の状態について求め、得られた第１および第２の
位置ずれを比較することにより、光学系のミスアライン
メントによる見かけ上の位置ずれのみを抽出することが
可能になる。
【００２８】請求項７および１０記載の特徴によれば、
基板上におけるパターンの位置をパターンエッジから求
める際、パターンエッジに対応する画像信号ピークを多
数のスライスレベルでスライスし、得られた交点の集合
全体を使って前記パターン位置を求めるため、画像信号
ピークの一部のみを使って求めていた従来のプロセスと
比較して信号波形のノイズに起因する誤差が実質的に減
少し、基板表面が荒れていても安定したパターン位置検
出が可能である。
基板上におけるパターンの位置をパターンエッジから求
める際、パターンエッジに対応する画像信号ピークを多
数のスライスレベルでスライスし、得られた交点の集合
全体を使って前記パターン位置を求めるため、画像信号
ピークの一部のみを使って求めていた従来のプロセスと
比較して信号波形のノイズに起因する誤差が実質的に減
少し、基板表面が荒れていても安定したパターン位置検
出が可能である。
【００２９】請求項８記載の特徴によれば、各画像信号
ピークをスライスレベルでスライスして得られる一対の
交点の両方をパターンの位置検出に使うため、パターン
位置検出の安定性が一層向上する。
ピークをスライスレベルでスライスして得られる一対の
交点の両方をパターンの位置検出に使うため、パターン
位置検出の安定性が一層向上する。
【００３０】請求項９記載の特徴によれば、前記複数の
交点に対して統計処理を行なうことにより、パターン位
置検出の安定性が一層向上する。
交点に対して統計処理を行なうことにより、パターン位
置検出の安定性が一層向上する。
【００３１】さらに、請求項１０記載の特徴によれば、
高い精度で層間位置合わせがなされた半導体装置を、高
い歩留りで製造することができる。
高い精度で層間位置合わせがなされた半導体装置を、高
い歩留りで製造することができる。
【００３２】本発明のその他の目的、特徴および利点
は、図面を参照した以下の詳細な説明よりあきらかとな
ろう。
は、図面を参照した以下の詳細な説明よりあきらかとな
ろう。
【００３３】
【実施例】図２は本発明の第１実施例において使われる
検査装置の構成を示す図である。ただし、図２中、先に
説明した部分には対応する参照符号を付してその説明を
省略する。
検査装置の構成を示す図である。ただし、図２中、先に
説明した部分には対応する参照符号を付してその説明を
省略する。
【００３４】図２の検査装置は図１０の装置と略同一の
構成の光学系を有し、さらに基板５をステージ４上に装
着しまたステージ４から取り出すロボットアーム等より
なるウェハローダ１０と、ステージ４から取り出された
基板５を保持して回転させるターンテーブル１０Ａと、
ステージ４，ウェハローダ１０およびターンテーブル１
０Ａを制御するコントローラ６とが設けられる。ステー
ジ４は基板５をＸおよびＹ軸方向に移動自在に保持し、
基板５上の所定の位置に形成された図１１（Ａ），
（Ｂ）に示したような位置合わせマークが、レンズ３の
光軸Ｏ上の位置に一致するように駆動される。また、図
２の構成では、画像処理装置９はＣＣＤ撮像装置８で得
られた画像信号にもとづいて光源１の輝度を制御し、さ
らにレンズ３あるいはステージ４の位置を光軸Ｏに沿っ
て上下させて焦点合わせを行なう制御機能を有する。
構成の光学系を有し、さらに基板５をステージ４上に装
着しまたステージ４から取り出すロボットアーム等より
なるウェハローダ１０と、ステージ４から取り出された
基板５を保持して回転させるターンテーブル１０Ａと、
ステージ４，ウェハローダ１０およびターンテーブル１
０Ａを制御するコントローラ６とが設けられる。ステー
ジ４は基板５をＸおよびＹ軸方向に移動自在に保持し、
基板５上の所定の位置に形成された図１１（Ａ），
（Ｂ）に示したような位置合わせマークが、レンズ３の
光軸Ｏ上の位置に一致するように駆動される。また、図
２の構成では、画像処理装置９はＣＣＤ撮像装置８で得
られた画像信号にもとづいて光源１の輝度を制御し、さ
らにレンズ３あるいはステージ４の位置を光軸Ｏに沿っ
て上下させて焦点合わせを行なう制御機能を有する。
【００３５】図３は図２の装置を使って実行される、本
発明の第１実施例による検査装置の較正工程を示すフロ
ーチャートである。
発明の第１実施例による検査装置の較正工程を示すフロ
ーチャートである。
【００３６】図３を参照するに、ステップ１においてウ
ェハローダ１０が起動され、基板５がステージ４上に例
えば図１（Ａ）に示した第１の方位で装着される。次
に、ステップ２においてステージ４が駆動され、基板５
上の所定の位置に形成されているマークが光軸Ｏに対応
する位置に移動される。さらに、ステップ３において基
板上の位置合わせマークがＣＣＤ撮像装置８により撮像
され、マークを含む画像信号が得られる。
ェハローダ１０が起動され、基板５がステージ４上に例
えば図１（Ａ）に示した第１の方位で装着される。次
に、ステップ２においてステージ４が駆動され、基板５
上の所定の位置に形成されているマークが光軸Ｏに対応
する位置に移動される。さらに、ステップ３において基
板上の位置合わせマークがＣＣＤ撮像装置８により撮像
され、マークを含む画像信号が得られる。
【００３７】次に、ステップ４においてウェハを回転さ
せて測定を繰り返す必要の有無が判定され、必要と判定
された場合にはステップ５でウェハローダ１０が再び起
動され、ステージ４から基板５が取り外され、ステップ
６でターンテーブル１０Ａにより９０゜回転された後、
ステップ１で再びステージ４に装着される。さらにステ
ップ１からステップ６を繰り返すことにより基板５の方
位がステージ４上で９０゜ずつ変化され、各々の状態に
ついてステップ３で画像信号が獲得される。基板５の方
位が２７０゜変化したらステップ４でのループバックは
終了され、ステップ７で得られた画像信号の解析され
る。ステップ７では各々の基板方位について位置ずれが
求められ、さらに求められた位置ずれを単純平均するこ
とで検査装置の光学系、特にレンズ３および絞り板２の
のアラインメントのくるいが検出される。さらに、ステ
ップ８で基板５がステージ４から取り外される。
せて測定を繰り返す必要の有無が判定され、必要と判定
された場合にはステップ５でウェハローダ１０が再び起
動され、ステージ４から基板５が取り外され、ステップ
６でターンテーブル１０Ａにより９０゜回転された後、
ステップ１で再びステージ４に装着される。さらにステ
ップ１からステップ６を繰り返すことにより基板５の方
位がステージ４上で９０゜ずつ変化され、各々の状態に
ついてステップ３で画像信号が獲得される。基板５の方
位が２７０゜変化したらステップ４でのループバックは
終了され、ステップ７で得られた画像信号の解析され
る。ステップ７では各々の基板方位について位置ずれが
求められ、さらに求められた位置ずれを単純平均するこ
とで検査装置の光学系、特にレンズ３および絞り板２の
のアラインメントのくるいが検出される。さらに、ステ
ップ８で基板５がステージ４から取り外される。
【００３８】先にも説明したように、ステップ７では図
１（Ａ）〜（Ｄ）の各々の状態について位置ずれ（ｘ
0 ，ｙ0 ），（ｘ90，ｙ90），（ｘ180 ，ｙ180 ），
（ｘ270，ｙ270 ）が、凹型パターン１４ａを画成する
エッジの中心と凹型パターン１２ａを画成するエッジの
中心とを比較することにより求められ、さらにアライン
メントのずれδx ，δy が式 δx1＝（ｘ0 ＋ｘ180 ）／２， δy1＝（ｙ0 ＋ｙ180 ）／２により、あるいは式 δx2 ＝（ｘ90＋ｘ270 ）／２， δy2 ＝（ｙ90＋ｙ270 ）／２により、あるいはこれら
をまとめた式 δx ＝（δｘ1 ＋δｘ2 ）／２＝（ｘ0 ＋ｘ90＋ｘ180
＋ｘ270 ）／４， δy ＝（δｙ1 ＋δｙ2 ）／２＝（ｙ0 ＋ｙ90＋ｙ180
＋ｙ270 ）／４ により求められる。
１（Ａ）〜（Ｄ）の各々の状態について位置ずれ（ｘ
0 ，ｙ0 ），（ｘ90，ｙ90），（ｘ180 ，ｙ180 ），
（ｘ270，ｙ270 ）が、凹型パターン１４ａを画成する
エッジの中心と凹型パターン１２ａを画成するエッジの
中心とを比較することにより求められ、さらにアライン
メントのずれδx ，δy が式 δx1＝（ｘ0 ＋ｘ180 ）／２， δy1＝（ｙ0 ＋ｙ180 ）／２により、あるいは式 δx2 ＝（ｘ90＋ｘ270 ）／２， δy2 ＝（ｙ90＋ｙ270 ）／２により、あるいはこれら
をまとめた式 δx ＝（δｘ1 ＋δｘ2 ）／２＝（ｘ0 ＋ｘ90＋ｘ180
＋ｘ270 ）／４， δy ＝（δｙ1 ＋δｙ2 ）／２＝（ｙ0 ＋ｙ90＋ｙ180
＋ｙ270 ）／４ により求められる。
【００３９】また、ｘ軸方向とｙ軸方向での光学系の倍
率の差δｘｙが、式 δｘｙ1 ＝｛（ｘ0 −δｘ）＋（ｙ90−δｙ） ＋（ｘ180 −δｘ）＋（ｙ270 −δｙ）｝／２により、
または式 δｘｙ2 ＝｛（ｙ0 −δｙ）＋（ｘ90−δｘ） ＋（ｙ180 −δｙ）＋（ｘ270 −δｘ）｝／２により、
まとめると、式 δｘｙ＝（δｘｙ1 ＋δｘｙ2 ）／２により、求められ
る。
率の差δｘｙが、式 δｘｙ1 ＝｛（ｘ0 −δｘ）＋（ｙ90−δｙ） ＋（ｘ180 −δｘ）＋（ｙ270 −δｙ）｝／２により、
または式 δｘｙ2 ＝｛（ｙ0 −δｙ）＋（ｘ90−δｘ） ＋（ｙ180 −δｙ）＋（ｘ270 −δｘ）｝／２により、
まとめると、式 δｘｙ＝（δｘｙ1 ＋δｘｙ2 ）／２により、求められ
る。
【００４０】例えば、ｘ0 ＝０．０３，ｙ0 ＝−０．０
２，ｘ90＝−０．０４，ｙ90＝−０．０１，ｘ180 ＝−
０．０５，ｙ180 ＝０．０９，ｘ270 ＝０．０４，ｙ
270 ＝０．０６である場合、アラインメントのずれは上
記第３の式によれば、δx ＝−０．００５，δy ＝０．
０３が得られる。また、第６の式によれば、δｘｙ＝−
０．０５が得られる。その結果真の位置ずれｘ，ｙは、
先に説明した式 ｘ＝ｘ0−δx ｙ＝ｙ0 −δy −δｘｙ より、ｘ＝０．０３５，ｙ＝−０．０４５と求められ
る。
２，ｘ90＝−０．０４，ｙ90＝−０．０１，ｘ180 ＝−
０．０５，ｙ180 ＝０．０９，ｘ270 ＝０．０４，ｙ
270 ＝０．０６である場合、アラインメントのずれは上
記第３の式によれば、δx ＝−０．００５，δy ＝０．
０３が得られる。また、第６の式によれば、δｘｙ＝−
０．０５が得られる。その結果真の位置ずれｘ，ｙは、
先に説明した式 ｘ＝ｘ0−δx ｙ＝ｙ0 −δy −δｘｙ より、ｘ＝０．０３５，ｙ＝−０．０４５と求められ
る。
【００４１】また、ＣＣＤ撮像装置で獲得される画像と
実際の画像とのスケールの差が、例えば走査型電子顕微
鏡での計測の結果あらかじめわかっている場合には、上
記位置ずれ量ｘ，ｙを求める式にさらにその補正項Φを
加え、式 ｘ＝Φ＋ｘ0 −δx ｙ＝Φ＋ｙ0 −δy −δｘｙ と変形すればよい。
実際の画像とのスケールの差が、例えば走査型電子顕微
鏡での計測の結果あらかじめわかっている場合には、上
記位置ずれ量ｘ，ｙを求める式にさらにその補正項Φを
加え、式 ｘ＝Φ＋ｘ0 −δx ｙ＝Φ＋ｙ0 −δy −δｘｙ と変形すればよい。
【００４２】次に、本発明の第２実施例を図４（Ａ），
（Ｂ）を参照しながら説明する。
（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００４３】図４（Ａ）は先に図１１（Ａ）で説明した
位置合わせマークに対応するパターンの平面図を示し、
図４（Ｂ）は図４（Ａ）のパターンに対応した、ＣＣＤ
撮像装置８で得られる画像信号の線ｌに沿うプロファイ
ルである。
位置合わせマークに対応するパターンの平面図を示し、
図４（Ｂ）は図４（Ａ）のパターンに対応した、ＣＣＤ
撮像装置８で得られる画像信号の線ｌに沿うプロファイ
ルである。
【００４４】図４（Ｂ）を参照するに、画像信号は図４
（Ａ）のパターンのエッジに対応したピークを有し、各
々のピークはピーク値に対する範囲ηに設定された多数
のスライスレベルＬ1 〜Ｌn によりスライスされる。本
実施例では、図４（Ａ）の凹部パターン１２ａに対応す
る外側のピークＡおよびＤの各々について、図４（Ｂ）
に□印で示す画像信号と各スライスレベルとの外側の交
点と、△印で示す画像信号とスライスレベルとの内側の
交点とを求め、その中点の頻度分布を線ｌ上の位置の関
数として求める。中点を求める際、内側の交点と外側の
交点は区別せず、ピークＡの△印と□印であらわした交
点の位置とピークＤの△印と□印であらわした交点の位
置とを単純に平均する。図４（Ｃ）の曲線Ｃo はかかる
ピークＡおよびＤについての前記中点の頻度分布を示
す。図４（Ｃ）の曲線は位置Ｐ1 に極大を有するが、か
かる極大値は図４（Ｂ）の画像信号のピークＡとピーク
Ｄの中心に対応して出現する。換言すると、曲線Ｃo の
ピークを求めることにより、凹型パターン１２ａの位置
が決定される。
（Ａ）のパターンのエッジに対応したピークを有し、各
々のピークはピーク値に対する範囲ηに設定された多数
のスライスレベルＬ1 〜Ｌn によりスライスされる。本
実施例では、図４（Ａ）の凹部パターン１２ａに対応す
る外側のピークＡおよびＤの各々について、図４（Ｂ）
に□印で示す画像信号と各スライスレベルとの外側の交
点と、△印で示す画像信号とスライスレベルとの内側の
交点とを求め、その中点の頻度分布を線ｌ上の位置の関
数として求める。中点を求める際、内側の交点と外側の
交点は区別せず、ピークＡの△印と□印であらわした交
点の位置とピークＤの△印と□印であらわした交点の位
置とを単純に平均する。図４（Ｃ）の曲線Ｃo はかかる
ピークＡおよびＤについての前記中点の頻度分布を示
す。図４（Ｃ）の曲線は位置Ｐ1 に極大を有するが、か
かる極大値は図４（Ｂ）の画像信号のピークＡとピーク
Ｄの中心に対応して出現する。換言すると、曲線Ｃo の
ピークを求めることにより、凹型パターン１２ａの位置
が決定される。
【００４５】同様に、図４（Ａ）の凹型パターン１４ａ
に対応する内側のピークＢおよびＣについても、図４
（Ｂ）に○印で示す画像信号と各スライスレベルとの内
側の交点と、×印で示す画像信号と各スライスレベルと
の外側の交点とを求め、その中点の頻度分布を線ｌ上の
位置の関数として求める。その際、先の場合と同様に、
内側の交点と外側の交点とは区別しない。図４（Ｃ）の
曲線Ｃi はかかるピークＢおよびＣについての前記中点
の頻度分布を示す。曲線Ｃi は位置Ｐ2 に極大を有する
が、かかる極大値は図４（Ｂ）の画像信号のピークＢと
ピークＣの中心に対応して出現する。換言すると、曲線
Ｃi のピークを求めることにより、凹型パターン１４ａ
の位置が決定される。
に対応する内側のピークＢおよびＣについても、図４
（Ｂ）に○印で示す画像信号と各スライスレベルとの内
側の交点と、×印で示す画像信号と各スライスレベルと
の外側の交点とを求め、その中点の頻度分布を線ｌ上の
位置の関数として求める。その際、先の場合と同様に、
内側の交点と外側の交点とは区別しない。図４（Ｃ）の
曲線Ｃi はかかるピークＢおよびＣについての前記中点
の頻度分布を示す。曲線Ｃi は位置Ｐ2 に極大を有する
が、かかる極大値は図４（Ｂ）の画像信号のピークＢと
ピークＣの中心に対応して出現する。換言すると、曲線
Ｃi のピークを求めることにより、凹型パターン１４ａ
の位置が決定される。
【００４６】そこで、図４（Ｃ）において、ピークＰ1
とＰ2 の差を求めることにより、パターン１２ａに対す
るパターン１４ａの位置ずれを求めることができる。図
４（Ｃ）の方法では、ピークＰ1 とピークＰ2 が曲線Ｃ
o あるいはＣi の全体から、換言すると図４（Ｂ）の画
像信号のピークＡ〜Ｄの全体から求められるため、画像
信号に雑音が含まれていても位置決定精度が低下するこ
とがない。ピークＰ1，Ｐ2 は中点の頻度分布に対して
適当な関数、例えばガウス関数を最小二乗法等の統計処
理を行なって当てはめることにより求めるのが好まし
い。また、本実施例の方法によれば、ピークＡ〜Ｄの各
々について外側の交点と内側の交点の両者を使って位置
決定がなされるため、前記統計処理と組み合せることに
より画像信号の雑音が位置決定精度を低下させる問題を
効果的に解決することができる。
とＰ2 の差を求めることにより、パターン１２ａに対す
るパターン１４ａの位置ずれを求めることができる。図
４（Ｃ）の方法では、ピークＰ1 とピークＰ2 が曲線Ｃ
o あるいはＣi の全体から、換言すると図４（Ｂ）の画
像信号のピークＡ〜Ｄの全体から求められるため、画像
信号に雑音が含まれていても位置決定精度が低下するこ
とがない。ピークＰ1，Ｐ2 は中点の頻度分布に対して
適当な関数、例えばガウス関数を最小二乗法等の統計処
理を行なって当てはめることにより求めるのが好まし
い。また、本実施例の方法によれば、ピークＡ〜Ｄの各
々について外側の交点と内側の交点の両者を使って位置
決定がなされるため、前記統計処理と組み合せることに
より画像信号の雑音が位置決定精度を低下させる問題を
効果的に解決することができる。
【００４７】図５は、図４（Ｂ），（Ｃ）で説明した本
発明の第２実施例による方法を、図２の検査装置中の画
像処理装置９により実施するための構成を示す。
発明の第２実施例による方法を、図２の検査装置中の画
像処理装置９により実施するための構成を示す。
【００４８】図５を参照するに、画像処理装置９は画像
信号のレベルを検出し検出結果に応じて光源１を最適な
画像が得られるように制御する輝度調整部９1 と、前記
画像信号にもとづいてレンズ３あるいはステージ４を光
軸に沿って上下させ最適なフォーカスを達成するフォー
カス設定部９2 と、得られた画像を処理する画像処理部
９3 よりなり、画像処理部９3 は得られた画像信号から
所定のラインｌに沿ったプロファイルを切り出す波形切
出し部９3-1 と、波形切出し部９3-1 で得られた画像信
号プロファイルをスライスレベルＬ1 〜Ｌn でスライス
するスライス部９3-2 と、前記スライス部９3-2 で得ら
れた交点から中点の位置を計算する中心値計算部９3-3
と、前記中心値計算部９3-3 で得られた中点の位置を統
計処理し、前記ピークＰ1 ，Ｐ2 の位置を求める統計処
理部９3-4 とよりなる。
信号のレベルを検出し検出結果に応じて光源１を最適な
画像が得られるように制御する輝度調整部９1 と、前記
画像信号にもとづいてレンズ３あるいはステージ４を光
軸に沿って上下させ最適なフォーカスを達成するフォー
カス設定部９2 と、得られた画像を処理する画像処理部
９3 よりなり、画像処理部９3 は得られた画像信号から
所定のラインｌに沿ったプロファイルを切り出す波形切
出し部９3-1 と、波形切出し部９3-1 で得られた画像信
号プロファイルをスライスレベルＬ1 〜Ｌn でスライス
するスライス部９3-2 と、前記スライス部９3-2 で得ら
れた交点から中点の位置を計算する中心値計算部９3-3
と、前記中心値計算部９3-3 で得られた中点の位置を統
計処理し、前記ピークＰ1 ，Ｐ2 の位置を求める統計処
理部９3-4 とよりなる。
【００４９】図６は図５構成の画像処理部９を使って前
記図４（Ｃ）に示す統計処理を実行するためのフローチ
ャートを示す。
記図４（Ｃ）に示す統計処理を実行するためのフローチ
ャートを示す。
【００５０】図６を参照するに、ステップ１１で輝度調
整部９1 が活性化され、検査装置の光源１の輝度が最適
に設定される。さらに、ステップ１２でフォーカス設定
部９ 2 が活性化され、ステージ４上の基板５に対する光
ビームのフォーカスが最適化される。次にステップ１３
で波形切出し部９3-1 が活性化され、図４（Ｂ）に示す
画像信号プロファイルが切り出される。さらに、ステッ
プ１４でスライス部９ 3-1 が活性化され前記画像信号プ
ロファイルが複数のスライスレベルにスライスされる。
さらにステップ１５で中点の位置が中心値計算部９3-3
によって計算され、次のステップ１６で統計処理部９
3-4 により、ステップ１５で得られた中点の分布に対し
て最小二乗法等の統計処理がなされ、ピークＰ1 ，Ｐ2
の位置が求められる。
整部９1 が活性化され、検査装置の光源１の輝度が最適
に設定される。さらに、ステップ１２でフォーカス設定
部９ 2 が活性化され、ステージ４上の基板５に対する光
ビームのフォーカスが最適化される。次にステップ１３
で波形切出し部９3-1 が活性化され、図４（Ｂ）に示す
画像信号プロファイルが切り出される。さらに、ステッ
プ１４でスライス部９ 3-1 が活性化され前記画像信号プ
ロファイルが複数のスライスレベルにスライスされる。
さらにステップ１５で中点の位置が中心値計算部９3-3
によって計算され、次のステップ１６で統計処理部９
3-4 により、ステップ１５で得られた中点の分布に対し
て最小二乗法等の統計処理がなされ、ピークＰ1 ，Ｐ2
の位置が求められる。
【００５１】図７（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施例による画
像処理方法を、図１２で説明した表面荒れのためパター
ンエッジ１２ａ，１４ａが荒れているようなパターンに
対して適用した例を示す。ただし、図７（Ｂ），（Ｃ）
は従来の方法で、図７（Ｂ）に白丸および四角で示した
交点のみを使ってパターン位置を求めた場合を示し、図
７（Ｄ）が本実施例による方法でパターン位置を求めた
場合を示す。本実施例の方法では、先にも説明したよう
に図７（Ｂ）のプロファイル全体からパターン位置を決
定するため、図７（Ａ）のように多量のノイズを含んだ
パターンであっても、最小二乗法等の統計処理を行うこ
とにより、信頼性の高い位置決定および位置ずれの決定
ができる。これに対し、図７（Ｃ）の従来の方法では、
位置決定精度がノイズの影響を強く受け、信頼できる結
果を得るのが困難である。
像処理方法を、図１２で説明した表面荒れのためパター
ンエッジ１２ａ，１４ａが荒れているようなパターンに
対して適用した例を示す。ただし、図７（Ｂ），（Ｃ）
は従来の方法で、図７（Ｂ）に白丸および四角で示した
交点のみを使ってパターン位置を求めた場合を示し、図
７（Ｄ）が本実施例による方法でパターン位置を求めた
場合を示す。本実施例の方法では、先にも説明したよう
に図７（Ｂ）のプロファイル全体からパターン位置を決
定するため、図７（Ａ）のように多量のノイズを含んだ
パターンであっても、最小二乗法等の統計処理を行うこ
とにより、信頼性の高い位置決定および位置ずれの決定
ができる。これに対し、図７（Ｃ）の従来の方法では、
位置決定精度がノイズの影響を強く受け、信頼できる結
果を得るのが困難である。
【００５２】図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例による画
像処理方法を、図１３（Ａ）で示した非対称な断面を有
するパターンについて適用した例を示す。
像処理方法を、図１３（Ａ）で示した非対称な断面を有
するパターンについて適用した例を示す。
【００５３】図１３（Ａ）あるいは図８（Ａ）のような
非対称なパターンでは、特にピークＤの形状が他のピー
クに比べて緩やかになり、その結果図８（Ｂ）に示すよ
うにピークＡおよびＤの一部のみを使ってパターン位置
を決定すると誤差が出てしまう。本実施例の方法では、
パターン１２ａの位置をピークＡおよびＤの全体を使っ
て決定するため、図８（Ｃ）に示すようにより信頼性の
高い結果を得ることができる。また、図８（Ｃ）の曲線
Ｃo はピークＤの非対称性を反映して非対称な形状を有
するが、かかる非対称な曲線が得られた場合には対称に
なるように中点のデータに補正を加えることも可能であ
る。あるいは、前記交点から中点を求める際に単純平均
のかわりに加重平均を求めてかかる補正ｘを行なっても
よい。
非対称なパターンでは、特にピークＤの形状が他のピー
クに比べて緩やかになり、その結果図８（Ｂ）に示すよ
うにピークＡおよびＤの一部のみを使ってパターン位置
を決定すると誤差が出てしまう。本実施例の方法では、
パターン１２ａの位置をピークＡおよびＤの全体を使っ
て決定するため、図８（Ｃ）に示すようにより信頼性の
高い結果を得ることができる。また、図８（Ｃ）の曲線
Ｃo はピークＤの非対称性を反映して非対称な形状を有
するが、かかる非対称な曲線が得られた場合には対称に
なるように中点のデータに補正を加えることも可能であ
る。あるいは、前記交点から中点を求める際に単純平均
のかわりに加重平均を求めてかかる補正ｘを行なっても
よい。
【００５４】図９（Ａ），（Ｂ）は半導体装置を製造す
る際に形成される位置合わせマークをウェハ上に示した
図である。ただし図９（Ａ）はウェハの全体を、図９
（Ｂ）はウェハの一部を拡大して示した図である。図９
（Ａ）中、例えば図４（Ａ）に示した位置合わせマーク
を×印で示す。図９（Ａ）よりわかるように、位置合わ
せマークは基板上の数箇所に形成され、下地層パターン
とその上に形成される層のマスクパターンの整合が、先
に説明した実施例の工程に従って検査される。マスクパ
ターンと下地層パターンとの間に許容出来ない位置ずれ
が検出された場合には、マスクパターンを形成するレジ
ストパターンを溶解・除去し、新たにレジストパターン
を形成する。かかる位置合わせマークは図９（Ｂ）に示
すようにウェハ上において半導体チップ領域を画成する
スクライブライン上に形成するのが望ましい。本発明の
第１および第２実施例はかかる位置合わせマークを使っ
た位置ずれ検出工程を含む半導体装置の製造工程に対し
て有用である。
る際に形成される位置合わせマークをウェハ上に示した
図である。ただし図９（Ａ）はウェハの全体を、図９
（Ｂ）はウェハの一部を拡大して示した図である。図９
（Ａ）中、例えば図４（Ａ）に示した位置合わせマーク
を×印で示す。図９（Ａ）よりわかるように、位置合わ
せマークは基板上の数箇所に形成され、下地層パターン
とその上に形成される層のマスクパターンの整合が、先
に説明した実施例の工程に従って検査される。マスクパ
ターンと下地層パターンとの間に許容出来ない位置ずれ
が検出された場合には、マスクパターンを形成するレジ
ストパターンを溶解・除去し、新たにレジストパターン
を形成する。かかる位置合わせマークは図９（Ｂ）に示
すようにウェハ上において半導体チップ領域を画成する
スクライブライン上に形成するのが望ましい。本発明の
第１および第２実施例はかかる位置合わせマークを使っ
た位置ずれ検出工程を含む半導体装置の製造工程に対し
て有用である。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、下地層パターンとその
上に形成されるパターンの位置ずれを検出する光学的位
置ずれ検査装置において、パターンを担持する基板の方
位を変化させ、各々の方位毎に位置ずれを検出するた
め、検査装置の光学系のアラインメントのくるいを検出
することができ、かかるくるいを観測された見かけ上の
位置ずれがら補正することにより、真の位置ずれを検出
することができる。また、かかる位置ずれ検出工程にお
いてパターン位置を検出する際、パターンを画成するエ
ッジに対応する画像信号のピークを多数のスライスレベ
ルでスライスし、得られた交点の分布をもとに統計処理
を行なうことで、画像信号のノイズに影響されない正確
なパターン位置検出および位置ずれ検出が可能である。
上に形成されるパターンの位置ずれを検出する光学的位
置ずれ検査装置において、パターンを担持する基板の方
位を変化させ、各々の方位毎に位置ずれを検出するた
め、検査装置の光学系のアラインメントのくるいを検出
することができ、かかるくるいを観測された見かけ上の
位置ずれがら補正することにより、真の位置ずれを検出
することができる。また、かかる位置ずれ検出工程にお
いてパターン位置を検出する際、パターンを画成するエ
ッジに対応する画像信号のピークを多数のスライスレベ
ルでスライスし、得られた交点の分布をもとに統計処理
を行なうことで、画像信号のノイズに影響されない正確
なパターン位置検出および位置ずれ検出が可能である。
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の原理を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明を実施するのに使われる検査装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例による位置ずれ検査工程を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２実施例による位
置ずれ検査工程の原理を示す図である。
置ずれ検査工程の原理を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例を実施するにあたり使われ
る検査装置の構成を示す機能ブロック図である。
る検査装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の第２実施例による位置ずれ検出工程を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２実施例による方
法を適用した例を示す図である。
法を適用した例を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２実施例による方
法を適用した別の例を示す図である。
法を適用した別の例を示す図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本発明を半導体装置に適用し
た例を示す図である。
た例を示す図である。
【図１０】従来の光学的位置ずれ検出装置の構成を示す
図である。
図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の位置ずれ検出方法お
よびその問題点を示す図である。
よびその問題点を示す図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は従来の位置ずれ検出方法に
おける別の問題点を示す図である。
おける別の問題点を示す図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の位置ずれ検出方法に
おけるさらに別の問題点を示す図である。
おけるさらに別の問題点を示す図である。
１ 光源 ２ 絞り板 ３ レンズ ４ ステージ ５ 基板 ６ 制御装置 ７ ハーフミラー ８ 撮像装置 ９ 画像処理装置 ９1 輝度調整部 ９2 フォーカス調整部 ９3 画像処理部 ９3-1 波形切出し部 ９3-2 スライス部 ９3-3 中心値計算部 ９3-4 統計処理部 １０ ローダ／アンローダ １０Ａ ターンテーブル １１ 基板 １２ 第１層 １２ａ 第１層パターン １３ 第２層 １４ レジスト層 １４ａ レジストパターン
Claims (10)
- 【請求項１】 光ビームを所定の光軸に沿って出射させ
る光源と、少なくとも第１および第２のパターンを形成
された基板を保持するステージと、前記光軸上に設けら
れ、前記ステージ上の基板を前記光源からの光ビームに
より照明する光学系と、前記照明された基板を撮像し、
前記第１および第２のパターンを含む前記基板の画像を
獲得する撮像手段と；前記撮像手段で獲得された画像を
解析して、前記基板上の第１および第２のパターン相互
間の位置ずれを検出する画像処理装置とを備えたパター
ン検査装置の較正方法において、（ａ） 前記基板を前
記ステージ上に第１の方位で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｇ） 前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量
を比較することにより、前記光学系の前記光軸からのず
れを検出する工程とよりなり、 前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜の角度
だけずれていることを特徴とするパターン検査装置の較
正方法。 - 【請求項２】 さらに、（ｈ） 前記基板を前記ステー
ジ上に第３の、異った方位で配置する工程と； （ｉ） 前記工程（ｈ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｊ） 前記工程（ｉ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第３の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｋ） 前記基板を前記ステージ上に第４の、異った方
位で配置する工程と； （ｌ） 前記工程（ｋ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｍ） 前記工程（ｎ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第４の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｏ） 前記第３の位置ずれ量と前記第４の位置ずれ量
を比較することにより、前記光学系の前記光軸からのず
れを検出する工程とよりなり、 前記第３の方位と前記第４の方位とは相互に１８０゜の
角度だけずれており、さらに前記第１の方位と前記第３
の方位とは相互に９０゜の角度だけずれていることを特
徴とする請求項１記載のパターン検査装置の較正方法。 - 【請求項３】 前記工程（ｃ）は、前記第１のパターン
を画成する一対のエッジよりなる第１のエッジ対を検出
する工程と、前記第１のエッジ対の中心から前記第１の
パターンの位置を決定する工程と、前記第２のパターン
を画成する一対のエッジよりなる第２のエッジ対を検出
する工程と、前記第２のエッジ対の中心から前記第２の
パターンの位置を決定する工程と、前記第１のエッジ対
の中心に対応して求められた前記第１のパターンの位置
と前記第２のエッジ対の中心に対応して求められた前記
第２のパターンの位置とを比較することにより前記第１
の位置ずれ量を求める工程とよりなり、 前記工程（ｆ）は、前記第１のパターンを画成する前記
一対のエッジを、前記第１のエッジ対に対して１８０゜
の角度だけずれた関係で含む第３のエッジ対を検出する
工程と、前記第３のエッジ対の中心から前記第１のパタ
ーンの位置を決定する工程と、前記第２のパターンを画
成する一対のエッジを、前記第２のエッジ対に対して１
８０゜の角度だけずれた関係で含む第４のエッジ対を検
出する工程と、前記第４のエッジ対の中心から前記第２
のパターンの位置を決定する工程と、前記第３のエッジ
対の中心に対応して求められた前記第１のパターンの位
置と前記第４のエッジ対の中心に対応して求められた前
記第２のパターンの位置とを比較することにより前記第
２の位置ずれ量を求める工程とよりなることを特徴とす
る請求項１記載のパターン検査装置の較正方法。 - 【請求項４】 前記工程（ｊ）は、前記第１のパターン
を画成する、前記第１および第３のエッジ対とは別の一
対のエッジよりなる第５のエッジ対を検出する工程と、
前記第５のエッジ対の中心から前記第１のパターンの位
置を決定する工程と、前記第２のパターンを画成する、
前記第２および第４のエッジ対とは別の一対のエッジよ
りなる第６のエッジ対を検出する工程と、前記第６のエ
ッジ対の中心から前記第２のパターンの位置を決定する
工程と、前記第５のエッジ対の中心に対応して求められ
た前記第１のパターンの位置と前記第６のエッジ対の中
心に対応して求められた前記第２のパターンの位置とを
比較することにより前記第１の位置ずれ量を求める工程
とよりなり、 前記工程（ｍ）は、前記第５のエッジ対を構成し、前記
第１のパターンを画成する前記一対のエッジを、前記第
５のエッジ対に対して１８０゜の角度だけずれた関係で
含む第７のエッジ対を検出する工程と、前記第７のエッ
ジ対の中心から前記第１のパターンの位置を決定する工
程と、前記第６のエッジ対を構成し、前記第２のパター
ンを画成する一対のエッジを、前記第６のエッジ対に対
して１８０゜の角度だけずれた関係で含む第８のエッジ
対を検出する工程と、前記第８のエッジ対の中心から前
記第２のパターンの位置を決定する工程と、前記第７の
エッジ対の中心に対応して求められた前記第１のパター
ンの位置と前記第８のエッジ対の中心に対応して求めら
れた前記第２のパターンの位置とを比較することにより
前記第２の位置ずれ量を求める工程とよりなることを特
徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 光ビームを所定の光軸に沿って出射させ
る光源と、少なくとも第１および第２のパターンを形成
された基板を保持するステージと、前記光軸上に設けら
れ、前記ステージ上の基板を前記光源からの光ビームに
より照明する光学系と、前記照明された基板を撮像し、
前記第１および第２のパターンを含む前記基板の画像を
獲得する撮像手段と；前記撮像手段で獲得された画像を
解析して、前記基板上の第１および第２のパターン相互
間の位置ずれを検出する画像処理装置とを備えたパター
ン検査装置を使ったパターン検査方法において、（ａ）
前記基板を前記ステージ上に第１の方位で配置する工
程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と； 前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量とを比較
することにより、前記光学系の前記光軸からのずれを検
出する工程と；前記第１および第２の位置ずれ量のいず
れか一方に、前記光学系の前記光軸からのずれを補正す
る補正を加えて前記第１のパターンと第２のパターン相
互間の位置ずれを求める工程とよりなり、 前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜の角度
だけずれていることを特徴とするパターン検査方法。 - 【請求項６】 光ビームを所定の光軸に沿って出射させ
る光源と、少なくとも第１および第２のパターンを形成
された基板を保持するステージと、前記光軸上に設けら
れ、前記ステージ上の基板を前記光源からの光ビームに
より照明する光学系と、前記照明された基板を撮像し、
前記第１および第２のパターンを含む前記基板の画像を
獲得する撮像手段と；前記撮像手段で獲得された画像を
解析して、前記基板上の第１および第２のパターン相互
間の位置ずれを検出する画像処理装置とを備えたパター
ン検査装置を使ったパターン検査工程を含む半導体装置
の製造方法において、（ａ） 前記基板を前記ステージ
上に第１の方位で配置する工程と； （ｂ） 前記工程（ａ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｃ） 前記工程（ｂ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第１の位置ずれ量を検
出する工程と； （ｄ） 前記基板を前記ステージ上に第２の、異った方
位で配置する工程と； （ｅ） 前記工程（ｄ）で前記ステージ上に配置された
基板を前記撮像手段により撮像し、前記基板の画像を獲
得する工程と； （ｆ） 前記工程（ｅ）で獲得された画像から、前記画
像処理装置により、前記基板上の前記第１および第２の
パターン相互間の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を検
出する工程と；前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置
ずれ量とを比較することにより、前記光学系の前記光軸
からのずれを検出する工程と；前記第１および第２の位
置ずれ量のいずれか一方に、前記光学系の前記光軸から
のずれを補正する補正を加えて前記第１のパターンと第
２のパターン相互間の位置ずれを求める工程とよりな
り、 前記第１の方位と第２の方位とは相互に１８０゜の角度
だけずれていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項７】 互いに対向する第１および第２のエッジ
で画成されたパターンを形成された基板から、前記パタ
ーンに対応する画像信号を獲得する工程と；前記画像信
号から、前記対向する第１および第２のエッジの中間位
置をパターン位置として求めるパターン位置決定方法に
おいて、前記画像信号は、それぞれ前記第１および第２
のエッジに対応した第１および第２のピークを有する信
号よりなり、前記方法は、 前記画像信号を複数のスライスレベルでスライスし、各
スライスレベルにおいて、画像信号が該スライスレベル
と交差する交点の位置を、前記第１および第２のピーク
の各々について求める工程と；各スライスレベルにおい
て、前記交点の位置の平均値を算出することにより、前
記第１および第２のエッジの中間位置を求める工程と；
前記複数のスライスレベルに対応する前記交点の位置の
頻度分布を求める工程と；前記頻度分布が最大になる位
置から、前記パターンについて前記第１および第２のエ
ッジの中間位置を決定する工程とよりなることを特徴と
するパターン位置決定方法。 - 【請求項８】 前記交点の位置を求める工程は、前記第
１および第２のピークの各々について、スライスレベル
に対応する第１および第２の交点の位置を求めることを
特徴とする請求項７記載のパターン位置決定方法。 - 【請求項９】 前記頻度分布を求める工程は、前記複数
のスライスレベルに対応する前記交点の位置の分布を求
める工程と、前記分布を統計処理する工程とよりなるこ
とを特徴とする請求項７記載のパターン位置決定方法。 - 【請求項１０】 互いに対向する第１および第２のエッ
ジで画成された第１層パターンと、互いに対向する第３
および第４のエッジで画成された第２層パターンとを積
層して形成された基板から、前記第１層および第２層パ
ターンを表す画像信号を獲得する工程と；前記画像信号
から、前記互いに対向する第１および第２のエッジの中
間位置を第１層パターン位置とし、前記互いに対向する
第３および第４のエッジの中間位置を第２層パターン位
置とし、前記第１層および第２層パターン位置から前記
第１層パターンと前記第２層パターンとの間の位置ずれ
を求めるパターン検査工程を含む半導体装置の製造方法
において、 前記画像信号は、それぞれ前記第１および第２のエッジ
に対応した第１および第２のピークを有する信号と、前
記第３および第４のエッジに対応した第３および第４の
ピークを有する信号とよりなり、前記位置ずれ検査工程
は、 前記画像信号を複数のスライスレベルでスライスし、各
スライスレベルにおいて、画像信号が該スライスレベル
と交差する交点の位置を、前記第１〜第４のピークの各
々について求める工程と；各スライスレベルにおいて、
前記交点の位置の中央値を、前記第１および第２のピー
クについて算出することにより、前記第１および第２の
エッジの中間位置を表す第１中間位置を求める工程と；
各スライスレベルにおいて、前記交点の位置の平均値
を、前記第３および第４のピークについて算出すること
により、前記第３および第４のエッジの中間位置を表す
第２中間位置を求める工程と；前記複数のスライスレベ
ルに対応する前記第１中間位置の頻度分布を求める工程
と；前記複数のスライスレベルに対応する前記第２中間
位置の頻度分布を求める工程と；前記第１中間位置の頻
度分布が最大になる位置から、前記第１層パターンの位
置を決定する工程と；前記第２中間位置の頻度分布が最
大になる位置から、前記第２層パターンの位置を決定す
る工程と；前記第１層パターンの位置と前記第２層パタ
ーンの位置とから、前記第１層パターンと前記第２層パ
ターンの位置ずれを決定する工程とよりなることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6044469A JPH07253311A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | パターン検査装置の較正方法、パターン検査方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造方法 |
| US08/385,685 US5692070A (en) | 1994-03-15 | 1995-02-08 | Calibration of semiconductor pattern inspection device and a fabrication process of a semiconductor device using such an inspection device |
| US08/834,045 US5840595A (en) | 1994-03-15 | 1997-04-11 | Calibration of semiconductor pattern inspection device and a fabrication process of a semiconductor device using such an inspection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6044469A JPH07253311A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | パターン検査装置の較正方法、パターン検査方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07253311A true JPH07253311A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12692374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6044469A Withdrawn JPH07253311A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | パターン検査装置の較正方法、パターン検査方法、パターン位置決定方法、および半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5692070A (ja) |
| JP (1) | JPH07253311A (ja) |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |