JPH11176724A

JPH11176724A - バーニア装置

Info

Publication number: JPH11176724A
Application number: JP33694697A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Oya; 仁大矢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定体に形成された重ね合わせ精度測定用
のバーニアを用いて重ね合わせ精度測定を行うバーニア
装置について、バーニア自体のずれがあっても、高精度
で精密な重ね合わせ精度測定が実現できる装置を提供す
る。【解決手段】ウェハー６等の被測定体に形成された重
ね合わせ精度測定用のバーニア〜１１，′〜１１′
を用いて重ね合わせ精度測定を行うバーニア装置におい
て、重ね合って重ね合わせ精度を測定するバーニア〜
′間、バーニア〜′間・・・相互のずれ量Ｄを測
定するとともに、この測定は、被測定バーニアを検出
し、該バーニアを構成するパターンのセンターＣを基に
エッジＥ１，Ｅ２検出を実行し、求めたバーニアエッジ
間の中心値より、重ね合っているバーニアのずれ量を測
定するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーニア装置に関
し、特に、被測定体に形成された重ね合わせ精度測定用
のバーニア自体のずれ量を測定するためのバーニア装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、重ね合わせ精度測定のために
各種材料に重ね合わせ測定用のパターンを形成し、これ
を用いて重ね合わせ精度測定が行われている。このよう
な重ね合わせ測定用のパターンをバーニアと言い、この
バーニアを用いて重ね合わせ精度測定等を行う装置をバ
ーニア装置と言う。たとえば、半導体装置や液晶構造の
製造等に用いるフォトリソグラフィー工程における前工
程との重ね合わせ精度を測定するための重ね合わせ精度
測定技術に、かかるバーニアを用いた手段が採用されて
いる。

【０００３】微細プロセス、例えば半導体装置製造工程
の中において、重ね合わせの精度がきわめて高精度に要
求される場合がある。たとえば微細加工を担うフォトリ
ソグラフィー工程では、下層との重ね合わせ精度が重要
であり、厳しい値が要求されてきている。一般に、重ね
合わせ精度は露光装置等の加工機器の調整のみでは様々
な工程を経た基板等各種材料のプロセスオフセットを補
正できないため、専用の重ね合わせ精度測定装置により
測定する必要がある。かかる重ね合わせ精度測定装置に
より測定し、補正した値を露光装置等の加工機器にフィ
ードバックする（バーニア構造及び重ね合わせ精度測定
方法の従来技術としては、たとえば本出願人による特開
平１−１４２５４３号参照）。重ね合わせ精度測定用の
バーニアは、たとえば半導体デバイス形成用の基板ウェ
ハーについては、通常素子を形成しない部分、たとえば
スクライブライン上に形成される。スクライブラインは
最終的にはここは切断され、デバイスには残らない。と
ころがこの重ね合わせ精度測定用のバーニアにおいても
様々なプロセスを経るため、そのバーニア自体にずれが
生じることがる。たとえば、上面のバーニアと下面のバ
ーニアとの太さが異なると、精密な重ね合わせ精度測定
はできなくなる。

【０００４】図５に、従来より用いられている重ね合わ
せ精度測定装置の概要を示す。これは、被測定体である
基板６をＣＣＤカメラ等の撮像カメラで撮影して、測定
を行う形式の従来例である。照明光源１から射出した光
はフィルター群２により余分な波長を消去され、照明系
の開口数を決定する絞り３を通り、ハーフミラー４によ
り対物レンズ５を通して被測定基板６を照らす。そこで
反射した光は結像系の開口数を決定する絞り７を通して
ハーフミラー４により２分割され、Ｘ方向用ＣＣＤカメ
ラ８及びＹ方向用ＣＣＤカラメ９により画像が取り込ま
れる。その後、画像処理によってバーニアのエッジ検出
が行われ、重ね合わせ精度が測定されることになる。

【０００５】上述のように、従来よりバーニアのエッジ
検出を行って重ね合わせ精度を測定している。このバー
ニアのエッジ検出は、従来、バーニアの側面同士を測定
することによって、行っていた。この場合、図４に示す
ように、上面のバーニアＢ１と、下面のバーニアＢ１′
とにばらつきが生じていて、両者Ｂ１，Ｂ１′の太さが
違っていると、測定精度が落ちてしまう。この結果、測
定にばらつきが生じ、精密な重ね合わせ精度測定が実現
できなくなる。図４中、両バーニアＢ１，Ｂ１′の太さ
が異なることに由来するずれ量を符号Ｄで示す。

【０００６】このようなバーニア自体のずれは、各種要
因で生じ得、測定精度を落とす原因となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決して、バーニア自体のずれがあって
も、高精度で精密な重ね合わせ精度測定が実現できるバ
ーニア装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るバーニア装
置は、上記目的を達成するため、被測定体に形成された
重ね合わせ精度測定用のバーニアを用いて重ね合わせ精
度測定を行うバーニア装置において、重ね合っているバ
ーニア相互のずれ量を測定するとともに、この測定は、
被測定バーニアを検出し、該バーニアを構成するパター
ンのセンターを基にエッジ検出を実行し、求めたバーニ
アエッジ間の中心値より、当該重ね合っているバーニア
のずれ量を測定するものとしたことを特徴とする構成を
とる。

【０００９】本発明は、バーニア形状をいかにして読み
とり誤差の少ないものにするかが、重ね合わせ精度測定
において重要であることに着目し、測定精度を落とす要
因であるバーニア自体のずれ量を検出して、これに基づ
き精度測定を行うことにより、精度を高めるようにした
ものである。

【００１０】すなわちこの発明によれば、バーニアを構
成するパターンのセンターを基にエッジ検出を実行し、
求めたバーニアエッジ間の中心値より、重ね合っている
バーニアのずれ量を得るので、従来はエッジ測定のみに
より、ずれ量で精度が落ちていたものを、これを補正し
た精密な重ね合わせ精度測定が実現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
さらに詳細に説明し、また、本発明の好ましい実施の形
態の具体例について、図面を参照して説明する。但し当
然のことではあるが、本発明は図示実施の形態例に限定
されるものではない。

【００１２】本発明では、半導体ウェハーその他の被測
定体に形成された重ね合わせ精度測定用のバーニアを用
いて重ね合わせ精度測定を行うバーニア装置において、
重ね合って重ね合わせ精度を測定するバーニア自体の相
互のずれ量をも測定する。

【００１３】かつこのバーニア自体の相互のずれ量は、
次のように測定する。すなわち、被測定バーニアを検出
し、該バーニアを構成するパターンのセンターを基にエ
ッジ検出を実行し、求めたバーニアエッジ間の中心値よ
り、重ね合っているバーニアのずれ量を測定する。

【００１４】この場合、被測定体をＣＣＤカメラ等の撮
像手段で撮影して、測定を行うようにすることができ
る。また、被測定体を載置するテーブルを備える構成に
することができる。

【００１５】以下、本発明の好ましい実施の形態例を説
明することにより、本発明をさらに詳細に述べる。ただ
し、本発明は、以下述べる実施の形態例により、限定を
受けるものではない。

【００１６】実施の形態例１この実施の形態例は、半導体デバイス製造の際のフォト
リソグラフィ工程等の加工工程において、本発明を適用
して、上下多層間の重ね合わせの精度測定を行う際に、
重ね合っている上下のバーニア相互のずれ量を測定する
工程を加えたものである。

【００１７】図１ないし図３を参照する。図１は、上面
のバーニア〜１１、及び下面のバーニア′〜１１′
について、そのずれ量を測定する状態を示している図で
ある。図２は、その部分拡大図である。図３は、本例の
バーニア測定装置の要部の全体図である。

【００１８】先に述べたごとく、図４に示すように、上
面のバーニアＢ１と、下面のバーニアＢ１′との両者の
太さが違っていると、測定精度が落ちてしまい、ばらつ
きが生じてしまうのであるが、ここでは、双方のバーニ
アエッジの中心点を求めることによってずれ量を測定
し、精度を高める。詳しくは、以下に説明する手順を行
う。

【００１９】図３に示すように、バーニア測定装置にお
いて、ステージ１１上にある被測定体である基板ウェハ
ー６を、撮像手段であるＣＣＤカメラ１０で画像取り込
みを行い、その取り込み画像について、あらかじめ登録
してあるバーニアモデルに対して類似性の高い特徴を検
出し、その（Ｘ，Ｙ）位置を計算する。

【００２０】検出されたバーニアの目盛りに、図１に示
すように、エッジ検出ウィンドウ１２，１２′を関連付
けさせて、図示矢印方向に走査させ、エッジペア（１つ
のバーニアパターンについてのエッジ）をサーチする。
エッジ検出ウィンドウ１２は上面のバーニア〜１１に
ついてこのサーチを行い、エッジ検出ウィンドウ１２′
は下面のバーニア′〜１１′についてこのサーチを行
う。これにより、２つのエッジ間の距離で、エッジペア
をサーチし、かつ、２つのエッジ間の距離に基づいて、
エッジペアの中心点を求める。

【００２１】これは詳しくは、図２に着目する１つのバ
ーニアパターンＢを図示して示すように、設定したエッ
ジ間距離に基づき、エッジＥ１，Ｅ２を検出してエッジ
ペアを検出し、このエッジＥ１，Ｅ２の中心を求めるこ
とにより、エッジ中心点Ｃ、すなわち当該バーニアパタ
ーンＢの中心点を求めるものである。

【００２２】上下のバーニアパターンのずれ量は、測定
した上面のバーニアパターンの中心点と、測定した下面
のバーニアパターンの中心点との乖離で与えられる。図
１に、一目盛り当たりのずれ量として、バーニア〜
′間のずれ量を、符号Ｄで示してある。また図１中の
符号Ｃ′は、検出されたバーニア全体の中心値である。
これは、検出したバーニア全体と登録してあるバーニア
モデルとの対比で該バーニアモデルに対して類似性の高
い特徴として検出された中心値である。また図示のよう
に、図１の上方向を＋、下方向を−とし、図に±０と示
した点をゼロ位置とする。

【００２３】前記説明したようにして、バーニア〜
′間、バーニア〜′間、・・・、バーニア１１〜
１１′間と、順次エッジ中心値のずれ量を測定し、計算
結果がゼロに近い目盛り位置が、検出されたバーニアの
ずれ量である。すなわち、エッジ検出ウィンドウにおい
て、から１１方向でエッジを取り込んでから、（〜
′），（〜′），・・・，（１１〜１１′）と順
次計算して行き、計算結果の差分が１番小さい値の目盛
りが、そのバーニアのずれ量である。図１を参照して説
明すると、から１１までの計算結果でゼロに最も近い
ものは、（〜′）の値であり、よって、の目盛り
がバーニアずれ量となる。これは±０点からマイナス方
向に２つずれているということになる。よって、たとえ
ば、１目盛り当たり０．１μｍとすると、ずれ量は、−
２μｍとなる。

【００２４】本例においては、このようにして求めたバ
ーニアのずれ量に基づいて、重ね合わせ精度測定を行
う。したがって、かかるバーニアのずれ量を考慮に入れ
なかった従来の重ね合わせ精度測定に対して、格段に精
密な、高精度の重ね合わせ精度測定が実現できるように
なった。この結果、精密な重ね合わせ精度測定に基づい
た補正等の手段で、高精度の重ね合わせが達成できるよ
うになった。

【００２５】具体的には、ウェハーの重ね合わせ測定に
おいて、各種ウェハーのデバイスタイプいずれについて
も、測定精度が飛躍的に向上した。

【００２６】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、被測
定体に形成された重ね合わせ精度測定用のバーニアを用
いて重ね合わせ精度測定を行うバーニア装置について、
バーニア自体のずれがあっても、高精度で精密な重ね合
わせ精度測定が実現できるようになり、測定精度が、飛
躍的に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例１における、上面・下
面のバーニアについてのずれ量を測定する状態を示して
いる図である。

【図２】図１の部分拡大図であり、１つのバーニアパ
ターンについて図示したものである。

【図３】実施の形態例１のバーニア測定装置の要部の
全体構成図である。

【図４】問題点を説明する図である。

【図５】従来技術を示す図である。

【符号の説明】〜１１，′〜１１′，Ｂ・・・バーニア、Ｅ１，Ｅ
２・・・エッジ、Ｃ・・・センター。６・・・被測定体
（基板ウェハー）、１０・・・撮像手段（ＣＣＤカメ
ラ）、１１・・・ステージ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定体に形成された重ね合わせ精度測
定用のバーニアを用いて重ね合わせ精度測定を行うバー
ニア装置において、重ね合っているバーニア相互のずれ量を測定するととも
に、この測定は、被測定バーニアを検出し、該バーニアを構
成するパターンのセンターを基にエッジ検出を実行し、
求めたバーニアエッジ間の中心値より、当該重ね合って
いるバーニアのずれ量を測定するものとしたことを特徴
とするバーニア装置。
【請求項２】被測定体を撮像手段で撮影して、測定を
行うことを特徴とする請求項１に記載のバーニア装置。
【請求項３】被測定体を載置するテーブルを備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載のバーニア装置。