JP3490797B2 - Pattern position measuring method and optical device using the same - Google Patents
Pattern position measuring method and optical device using the sameInfo
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、位置測定方法およびそ
れを用いた光学装置に関し、特に、半導体集積回路装置
の製造工程の一工程である露光工程におけるウエハとマ
スクとの位置合せに適用して有効な技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring method and an optical device using the same, and more particularly, it is applied to aligning a wafer and a mask in an exposure step which is one step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device. And effective technology.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体集積回路装置は、高集積化と微細
加工化が推進されており、それに伴い各パターンも微細
なものが要求されてきている。2. Description of the Related Art In semiconductor integrated circuit devices, high integration and fine processing are being promoted, and accordingly, fine patterns are required.
【0003】半導体集積回路装置を製造工程において、
例えば十数層に及ぶ複数層のパターンを互いの位置を正
確に合せた状態で重ね合せる必要がある。異なる層間の
パターンの位置ずれが発生すると、半導体集積回路装置
の信頼性や歩留りを低下させてしまう。In the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit device,
For example, it is necessary to superimpose patterns of a plurality of layers, for example, dozens of layers, with their positions being accurately aligned with each other. If the pattern shifts between different layers, the reliability and yield of the semiconductor integrated circuit device are reduced.
【0004】そこで、例えばレチクルまたはフォトマス
クなどのマスク(本明細書においてはレチクルまたはフ
ォトマスクなどのパターンが描かれている基板を総称し
てマスクと称する)上に形成された集積回路パターンを
例えば半導体ウエハなどのウエハ上に転写する露光工程
では、既にウエハ上に形成されている集積回路パターン
の位置を測定し、このパターンとマスク上のパターンと
の位置合せを行なった後、露光処理を行なっている。Therefore, for example, an integrated circuit pattern formed on a mask such as a reticle or a photomask (in this specification, substrates on which a pattern such as the reticle or photomask is drawn is generically referred to as a mask) is used. In the exposure step of transferring onto a wafer such as a semiconductor wafer, the position of an integrated circuit pattern already formed on the wafer is measured, the pattern is aligned with the pattern on the mask, and then the exposure process is performed. ing.
【0005】前記位置合せは、マスクを用いる露光方法
のみならず、例えば電子ビームやイオンビームを用いる
直接描画方法のマスクを用いない露光方法においても必
要である。また、ウエハ上に形成されたパターンの位置
測定は、露光装置の位置合せ精度を検査する重ね合せ精
度測定装置においても、二つの異なる層の集積回路パタ
ーンの位置をそれぞれ測定し、それらの相対位置を求め
る方法において同様に行なわれている。The alignment is necessary not only in the exposure method using a mask, but also in the exposure method not using a mask such as a direct writing method using an electron beam or an ion beam. In addition, the position measurement of the pattern formed on the wafer is performed by measuring the positions of the integrated circuit patterns of two different layers in the overlay accuracy measuring device that inspects the alignment accuracy of the exposure device, and measuring their relative positions. The same is done in the method of obtaining.
【0006】本発明者が検討したものとして、ウエハ上
に形成されたパターンの位置測定は、イメージセンサな
どで検知したパターンの光学像を画像信号に変換し、こ
の画像信号を例えば特開昭53−69063号公報に記
載されている対称性マッチング法や東京大学出版会発行
「画像解析ハンドブック」(1991年初版発行)に記
載されているテンプレートマッチング法などのアルゴリ
ズムを使って処理することにより行なうことができる。As a study by the present inventor, in measuring the position of a pattern formed on a wafer, an optical image of the pattern detected by an image sensor or the like is converted into an image signal, and the image signal is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 53-53. -69063 publication, the symmetry matching method and the template matching method described in "Image Analysis Handbook" (published in the first edition of 1991) published by The University of Tokyo Press. You can
【0007】これらのアルゴリズムは、画像信号f
(x)上の各位置xにおいて、ウエハ上の集積回路パタ
ーンの中心らしさを示す評価関数F(x)を求め、その
極値をとる位置〔x〕を検出して集積回路パターンの中
心位置を求めるものである。この評価関数の計算式にお
いて、前記対称性マッチング法の評価関数の計算式の一
例として、These algorithms use the image signal f
At each position x on (x), an evaluation function F (x) indicating the centrality of the integrated circuit pattern on the wafer is obtained, and the position [x] having the extreme value is detected to determine the central position of the integrated circuit pattern. It is what you want. In the calculation formula of this evaluation function, as an example of the calculation formula of the evaluation function of the symmetry matching method,
【0008】[0008]
【数1】 [Equation 1]
【0009】で示されるものが知られている。これは、
仮想中心位置xの左右の折り返し幅wで、仮想中心位置
xから等距離jにある左右の信号値の差の二乗値を積算
したものであり、集積回路パターンの中心位置で信号が
左右対称となり、前記評価関数F(x)が最小となると
するものである。What is indicated by is known. this is,
This is a value obtained by integrating the squared value of the difference between the left and right signal values that are equidistant j from the virtual center position x with the folding width w on the left and right of the virtual center position x, and the signals are symmetrical at the center position of the integrated circuit pattern. , And the evaluation function F (x) is minimized.
【0010】また、前記テンプレートマッチング法の評
価関数の計算式の一例として、As an example of the calculation formula of the evaluation function of the template matching method,
【0011】[0011]
【数2】 [Equation 2]
【0012】で示されるものが知られている。これは、
テンプレートデータt(x)の中心Oと画像信号f
(x)の仮想中心xとを重ね合せた時、左右の積算範囲
wで関数f(x)と関数t(x)との差の二乗和が最小
となるとするものである。The one indicated by is known. this is,
Center O of template data t (x) and image signal f
When the virtual center x of (x) is overlapped, the sum of squares of the difference between the function f (x) and the function t (x) is minimized in the left and right integration range w.
【0013】画像信号の処理に使用される評価関数の計
算式は、前記したものの他に幾種かの変形が知られてい
るが、いずれも単一のアルゴリズムまたは何らかの判定
条件のもとに選択を行なって使われている。The calculation formula of the evaluation function used in the processing of the image signal is known to be modified in several kinds other than the above-mentioned one, but all of them are selected based on a single algorithm or some judgment condition. Has been used.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したパ
ターンの位置測定方法には、以下に述べるような種々の
問題点があることを本発明者は見い出した。However, the present inventor has found that the above-described pattern position measuring method has various problems as described below.
【0015】すなわち、半導体集積回路パターンは、ウ
エハ上に例えばフォトレジスト膜または絶縁膜などの薄
膜を繰り返し積み上げて形成されるが、アライメントマ
ークとしての位置合せ用パターンもエッチングなどの処
理によって形成された段差パターン上に薄膜が積まれた
構造となっており、しかも処理の精度に依存した不均一
性を持っている。That is, a semiconductor integrated circuit pattern is formed by repeatedly stacking thin films such as a photoresist film or an insulating film on a wafer, and a positioning pattern as an alignment mark is also formed by a process such as etching. It has a structure in which thin films are stacked on the step pattern and has non-uniformity depending on the precision of processing.
【0016】また、仮に位置合せ用パターンに不均一性
がなくても、位置合せ用パターン上に塗布されるフォト
レジスト膜には回転塗布などの原因により膜厚の不均一
さが発生する。Even if the alignment pattern has no nonuniformity, the photoresist film coated on the alignment pattern may have nonuniformity due to factors such as spin coating.
【0017】その結果、このような構造をもつパターン
を光学的に検出すると、光波干渉などの影響により、そ
の画像信号が複雑に変化し、誤検出や測定誤差などが発
生する。As a result, when a pattern having such a structure is optically detected, the image signal changes in a complicated manner due to the influence of light wave interference and the like, resulting in erroneous detection and measurement error.
【0018】このような問題に対し、検出波長の広帯域
化や複数の光学系の選択によって変動を軽減させる対策
を行なうことが考えられる。For such a problem, it may be possible to take a measure to reduce the fluctuation by widening the detection wavelength and selecting a plurality of optical systems.
【0019】しかしながら、半導体集積回路装置の高集
積化が今後一層進むにつれ、要求される位置合せ精度が
高精度化され、しかもウエハ上の段差も一層高段差化さ
れることにより、前述した画像信号の複雑な変化に対し
て高精度に対応することのできる技術が要請される。However, as the high integration of the semiconductor integrated circuit device further progresses in the future, the required alignment accuracy becomes higher, and the step difference on the wafer becomes higher. There is a demand for a technology capable of accommodating highly complex changes in
【0020】このような要請に対し、対称性マッチング
法やテンプレートマッチング法を使用したものでは、評
価関数の局所的な極値による誤検出を低減することが困
難となると共にパターンの非対称性による測定値のシフ
トを低減するためのパラメータ調整が困難となり、しか
も特定のプロセスでは高精度の位置合せが可能であって
も、プロセスが変わったり、プロセスの品質が変化した
りすると、位置合せ精度が低下してしまうという問題が
発生する。In response to such a request, using the symmetry matching method or the template matching method makes it difficult to reduce erroneous detection due to the local extreme value of the evaluation function, and the measurement due to the asymmetry of the pattern. It is difficult to adjust the parameters to reduce the value shift, and even if high-precision alignment is possible in a specific process, the alignment accuracy decreases when the process changes or the quality of the process changes. There is a problem of doing.
【0021】本発明の目的は、高精度に測定することの
できるパターンの位置測定方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a pattern position measuring method which can measure with high accuracy.
【0022】本発明の他の目的は、高精度に測定するこ
とのできるパターンの位置測定方法を用いた光学装置を
提供することにある。Another object of the present invention is to provide an optical device using a pattern position measuring method capable of highly accurate measurement.
【0023】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】本発明において開示され
る発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下
の通りである。The typical ones of the inventions disclosed in the present invention will be outlined below.
【0025】本発明のパターンの位置測定方法は、パタ
ーンが形成されているマスクの離間した位置に配置され
ているウエハ上に形成されているパターンとマスク上に
形成されているパターンのウエハ上に転写された像を位
置合せする際に行うウエハ上に形成されているパターン
の位置測定方法であって、ウエハ上に形成されているパ
ターンの像の画像信号を処理してパターンの位置を測定
する際、テンプレートの中心位置を重ね合せる実波形中
の位置およびテンプレートの形状に関するパラメータの
両方を変化させながら、実波形とテンプレートが最もよ
く一致するパラメータの組み合せを求めることにより、
ウエハ上におけるパターンの位置を検出して測定するも
のとする。The pattern position measuring method according to the present invention is applied to a pattern formed on a wafer and a pattern formed on the mask, which are arranged on the wafer separated from each other on the wafer. A method for measuring the position of a pattern formed on a wafer when aligning a transferred image, wherein the position of the pattern is measured by processing an image signal of the image of the pattern formed on the wafer. At this time, by changing both the position in the actual waveform where the center position of the template is superposed and the parameter relating to the shape of the template, by obtaining the combination of the parameters in which the actual waveform and the template best match,
The position of the pattern on the wafer shall be detected and measured.
【0026】[0026]
【作用】前記した本発明のパターンの位置測定方法によ
れば、ウエハ上に形成されているパターンの像の画像信
号を処理してパターンの位置を測定する際、テンプレー
トの中心位置を重ね合せる実波形中の位置およびテンプ
レートの形状に関するパラメータの両方を変化させなが
ら、実波形とテンプレートが最もよく一致するパラメー
タの組み合せを求めることにより、ウエハ上におけるパ
ターンの位置を検出して測定するものである。According to the above-described pattern position measuring method of the present invention, when the pattern position is measured by processing the image signal of the image of the pattern formed on the wafer, the center position of the template is superposed. The position of the pattern on the wafer is detected and measured by determining the combination of the parameters that best match the actual waveform and the template while changing both the position in the waveform and the parameter relating to the shape of the template.
【0027】したがって、ウエハ上に形成されたパター
ンの像の画像信号を処理してパターンの位置を測定する
際、実波形の仮想中心すなわち実波形上でテンプレート
のデータの中心を置く位置を示すパラメータおよびテン
プレートの形状に関するパラメータを同時に変化させる
ことにより、実波形と最もよく一致するパラメータの組
み合せを求め、その時の実波形の仮想中心をウエハ上に
形成されたパターンの中心位置とするものである。Therefore, when the image signal of the image of the pattern formed on the wafer is processed to measure the position of the pattern, a parameter indicating the virtual center of the actual waveform, that is, the position of the center of the template data on the actual waveform. By simultaneously changing the parameters relating to the shape of the template, the combination of the parameters that best matches the actual waveform is obtained, and the virtual center of the actual waveform at that time is set as the center position of the pattern formed on the wafer.
【0028】その結果、波形の変化に最もよく一致する
ようにテンプレートの形状を変えながら実波形の仮想中
心を演算していくので、ウエハ上のパターンの像の位置
を波形の変化によらずに高精度に測定することができ
る。As a result, since the virtual center of the actual waveform is calculated while changing the shape of the template so as to best match the change of the waveform, the position of the image of the pattern on the wafer does not depend on the change of the waveform. It can be measured with high accuracy.
【0029】[0029]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て同一機能を有するものは同一の符号を付し、重複説明
は省略する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, those having the same function are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
【0030】(実施例1)図1は、本発明の一実施例で
あるパターンの位置測定方法を有する露光装置を示す概
略構成図である。同図を用いて、本発明のパターンの位
置測定方法およびそれを用いた光学装置を具体的に説明
する。(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exposure apparatus having a pattern position measuring method which is an embodiment of the present invention. The pattern position measuring method of the present invention and an optical device using the same will be specifically described with reference to FIG.
【0031】図1において、1は例えば半導体集積回路
装置を製造する際の集積回路パターンを有するマスク、
2は例えば半導体集積回路装置を製造するスターティン
グマテリアルである半導体ウエハまたはSOI(Silico
n on Insulator)ウエハなどのウエハである。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a mask having an integrated circuit pattern for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, for example.
2 is, for example, a semiconductor wafer or an SOI (Silico) which is a starting material for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
wafer, such as a wafer.
【0032】3は投影露光系を示し、投影露光系3は、
水銀ランプ4、反射鏡4a、集光レンズ5および縮小レ
ンズ6からなり、マスク1上に形成された集積回路パタ
ーンの像をウエハ2上に投影し、ウエハ2上にスピンな
どの回転塗布法により塗布されているフォトレジスト膜
を感光してパターンを転写することができる。Reference numeral 3 denotes a projection exposure system, and the projection exposure system 3 is
An image of the integrated circuit pattern formed on the mask 1 is formed on the wafer 2 by the mercury lamp 4, the reflecting mirror 4a, the condenser lens 5, and the reduction lens 6, and the wafer 2 is spin-coated by a spin coating method or the like. The applied photoresist film can be exposed to transfer the pattern.
【0033】20はマスク位置検出系を示し、マスク位
置検出系20は、光学部品7、光学部品8、光源9およ
び検知器10からなり、マスク1の位置を測定すること
ができる。Reference numeral 20 denotes a mask position detection system. The mask position detection system 20 is composed of an optical component 7, an optical component 8, a light source 9 and a detector 10, and can measure the position of the mask 1.
【0034】11はウエハ位置検出系を示し、ウエハ位
置検出系11は、ミラー12、ハーフミラー13、光源
14および検知器15からなり、光源14の照明光をウ
エハ2上に照射してその反射光を検知器15に導くこと
により、ウエハ2上に形成されているパターンの像を結
像させて画像信号に変換することができる。Reference numeral 11 denotes a wafer position detection system. The wafer position detection system 11 is composed of a mirror 12, a half mirror 13, a light source 14 and a detector 15. The illumination light of the light source 14 is irradiated onto the wafer 2 to reflect it. By guiding the light to the detector 15, an image of the pattern formed on the wafer 2 can be formed and converted into an image signal.
【0035】16は位置測定演算系を示し、位置測定演
算系16は、ウエハ位置検出系11における検知器15
により画像信号に変換されたパターンの位置を測定する
ことができる。Reference numeral 16 denotes a position measurement calculation system. The position measurement calculation system 16 is a detector 15 in the wafer position detection system 11.
Thus, the position of the pattern converted into the image signal can be measured.
【0036】18は制御系を示し、制御系18は、XY
ステージ17とウエハ位置検出系11とを制御すること
ができ、XYステージ17を移動させてウエハ2上の複
数の箇所で例えばアライメントマークを用いた位置合せ
用パターンの位置測定を行ない、マスク1上のパターン
の投影像とウエハ2上のパターンを重ね合せるための座
標演算を行なうことができる。Reference numeral 18 denotes a control system, and the control system 18 is XY
The stage 17 and the wafer position detection system 11 can be controlled, and the XY stage 17 is moved to measure the position of the alignment pattern using, for example, alignment marks at a plurality of positions on the wafer 2, and the mask 1 is measured. The coordinate calculation for superimposing the projected image of the pattern on the pattern on the wafer 2 can be performed.
【0037】また、制御系17は、前述した手法により
求めた座標にXYステージ17を移動し、 マスク1上の
パターンの投影像をウエハ2に転写する信号を制御でき
る。Further, the control system 17 can control the signal for transferring the projected image of the pattern on the mask 1 onto the wafer 2 by moving the XY stage 17 to the coordinates obtained by the method described above.
【0038】図2は、ウエハ2上に形成された例えばア
ライメントマークを用いた位置合せ用パターン21を示
す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。
なお、図2(b)は、エッチング工程で形成された位置
合せ用パターン21の段差部上にフォトレジスト膜22
が塗布された状態を示している。2A and 2B are views showing a positioning pattern 21 using, for example, an alignment mark formed on the wafer 2. FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a sectional view.
2B, the photoresist film 22 is formed on the step portion of the alignment pattern 21 formed in the etching process.
Is applied.
【0039】図3は、ウエハ位置検出系11により変換
された位置合せ用パターン21の画像信号を示す波形図
であり、一点鎖線はパターンの中心を示している。画像
信号は、段差部での散乱、下地部とパターン部との反射
率差および段差部の形状や膜厚の変化による端部の変調
により変形されると共にその波形はプロセスによって大
きく変化する。FIG. 3 is a waveform diagram showing the image signal of the alignment pattern 21 converted by the wafer position detection system 11, and the alternate long and short dash line shows the center of the pattern. The image signal is deformed due to scattering at the step portion, difference in reflectance between the underlying portion and the pattern portion, and modulation at the end portion due to change in shape and film thickness of the step portion, and its waveform largely changes depending on the process.
【0040】なお、図4は、図3に示した画像信号から
求めたパターンの中心らしさを示す評価関数を示す図で
あり、単一アルゴリズムを使った場合に発生する誤検出
と測定誤差とを説明している。図4に示すように、パタ
ーンの中心を示す極小値に隣接してレベルの近い極小値
(ローカルミニマム)19が存在している。また、画像
信号の非対称性に起因して、極小値の位置がパターンの
中心の真の位置からシフトしている。19aはシフトし
ている距離を示している。FIG. 4 is a diagram showing an evaluation function showing the centrality of the pattern obtained from the image signal shown in FIG. 3, and shows false detections and measurement errors that occur when a single algorithm is used. Explaining. As shown in FIG. 4, there is a local minimum value 19 having a level close to the local minimum value indicating the center of the pattern. Further, the position of the minimum value is shifted from the true position at the center of the pattern due to the asymmetry of the image signal. Reference numeral 19a indicates the distance being shifted.
【0041】本実施例のパターンの位置測定方法は、前
述した露光装置におけるウエハ2上に形成されたパター
ンの像の画像信号を処理してそのパターンの位置を測定
する際、実波形の仮想中心、すなわち実波形上で後述す
るテンプレートデータの中心を置く位置を示すパラメー
タおよびテンプレートの形状に関するパラメータを同時
に変化させることにより、実波形と最もよく一致するパ
ラメータの組み合せを求め、その時の実波形の仮想中心
をウエハ2上に形成されたパターンの中心位置とするも
のである。The pattern position measuring method of this embodiment is such that when the image signal of the image of the pattern formed on the wafer 2 in the above-mentioned exposure apparatus is processed to measure the position of the pattern, the virtual center of the actual waveform is measured. That is, by simultaneously changing the parameter indicating the position of centering template data described later on the actual waveform and the parameter relating to the shape of the template, the combination of the parameters that best matches the actual waveform is obtained, and the virtual waveform of the actual waveform at that time is obtained. The center is the center position of the pattern formed on the wafer 2.
【0042】図5は、本実施例のパターンの位置測定方
法に使用しているテンプレートを示す図である。図5に
おいて、p1はパターン幅、p2はエッジ部散乱および
p3はパターン部反射強度を示し、p1、p2およびp
3は本実施例のテンプレートの形状を規定するパラメー
タである。FIG. 5 is a diagram showing a template used in the pattern position measuring method of this embodiment. In FIG. 5, p1 indicates the pattern width, p2 indicates the edge portion scattering, and p3 indicates the pattern portion reflection intensity, and p1, p2 and p
3 is a parameter that defines the shape of the template of this embodiment.
【0043】また、本実施例のパターンの位置測定方法
は、テンプレートマッチングの処理演算中にパターン位
置中心を探索しながらテンプレートの形状も変化させて
いる。Further, in the pattern position measuring method of the present embodiment, the shape of the template is changed while searching the pattern position center during the processing operation of the template matching.
【0044】同じ工程であっても実際には下地膜の微妙
な変動により図6に3例を示すように、エッジ部の散乱
やパターン部反射強度などが変化するので、本実施例の
ようにテンプレートを変形させれば中心位置を示す極小
値を実波形の形状によらず小さく保つことができローカ
ルミニマムとの逆転がなくなり誤検出を防ぐことができ
る。また、テンプレートの形状をも変化させることで複
数パラメータ最適化演算の収束性が良くなるので、パタ
ーン位置の高精度な検出ができる。Even in the same process, since the scattering of the edge portion and the reflection intensity of the pattern portion are changed as shown in the three examples in FIG. By deforming the template, the minimum value indicating the center position can be kept small regardless of the shape of the actual waveform, and it is possible to prevent erroneous detection because there is no reversal with the local minimum. Further, by changing the shape of the template as well, the convergence of the multi-parameter optimization calculation is improved, so that the pattern position can be detected with high accuracy.
【0045】実波形の仮想中心とテンプレートの形状の
パラメータを同時に最適化する方法は、次の通りであ
る。The method of simultaneously optimizing the virtual center of the actual waveform and the shape parameter of the template is as follows.
【0046】テンプレートの波形に対応する関数をT
(x,p1,p2,p3)とし、検出した実波形に対応
する関数をR(x)とする。The function corresponding to the waveform of the template is T
(X, p1, p2, p3), and the function corresponding to the detected actual waveform is R (x).
【0047】また、評価関数Eを、Also, the evaluation function E is
【0048】[0048]
【数3】 [Equation 3]
【0049】とする。It is assumed that
【0050】本実施例のパターンの位置測定方法におい
て、評価関数Eが実波形の仮想中心cだけでなく、テン
プレートの形状に関するパラメータp1、p2、p3の
関数になっているところが従来のテンプレートマッチン
グ法とは異なる。In the pattern position measuring method of the present embodiment, the evaluation function E is not only the virtual center c of the actual waveform but also the function of the parameters p1, p2, p3 relating to the shape of the template. Is different from.
【0051】数式4、数式5、数式6および数式7を同
時に満たすようにパラメータであるc、p1、p2、p
3を決定すれば、実波形との差が最小となるテンプレー
トの形状と、そのテンプレートを用いたときに求められ
る実波形中の最も中心らしい位置を同時に求めることが
できる。The parameters c, p1, p2, p are set so as to simultaneously satisfy the equations (4), (5), (6) and (7).
If 3 is determined, the shape of the template having the smallest difference from the actual waveform and the most likely position in the actual waveform obtained when using the template can be obtained at the same time.
【0052】[0052]
【数4】 [Equation 4]
【0053】[0053]
【数5】 [Equation 5]
【0054】[0054]
【数6】 [Equation 6]
【0055】[0055]
【数7】 [Equation 7]
【0056】なお、前述した計算処理に必要な複数のパ
ラメータによる評価関数の最適化手法としては例えばC
Q出版発行「科学計測のための波形データ処理」(南茂
夫著、1986年)などに記載されたガウス・ニュート
ン法などを用いることができる。As an optimization method of the evaluation function using a plurality of parameters necessary for the above-mentioned calculation processing, for example, C
It is possible to use the Gauss-Newton method described in “Waveform Data Processing for Scientific Measurement” (written by Shigeo Minami, 1986) published by Q Publishing.
【0057】パターンの位置測定を常に高精度に行なう
場合は、図5に示したテンプレートを用いた前述した演
算処理をパターン中心位置検出に対しその都度実施すれ
ばよい。同じ工程、同じロット、同じウエハ内の位置合
せ用パターンからの検出信号であっても、例えばフォト
レジスト膜の膜厚などの下地膜の状態やフォトレジスト
膜の膜厚の微小な変動により検出される実波形は変化す
るので、各波形毎にテンプレートの形状を最適化すれば
毎回高精度にパターン中心位置を検出することができる
ので、パターンの位置測定を高精度に行うことができ
る。When the position measurement of the pattern is always performed with high accuracy, the above-mentioned arithmetic processing using the template shown in FIG. 5 may be carried out for each detection of the pattern center position. Even a detection signal from the alignment pattern in the same process, the same lot, and the same wafer can be detected by the state of the underlying film such as the thickness of the photoresist film or a minute fluctuation in the thickness of the photoresist film. Since the actual waveform changes, the pattern center position can be detected with high accuracy every time by optimizing the shape of the template for each waveform, so that the position of the pattern can be measured with high accuracy.
【0058】高速なパターン中心位置検出を行ないたい
場合には、図5に示したテンプレートを用いた前述した
演算処理をパターン位置検出システムの条件設定時など
の最初の一回だけ行なうことにし、この時求めたテンプ
レートの形状に関するパラメータをそれ以降のパターン
中心位置検出時にそのまま用いることにすればよい。When it is desired to detect the pattern center position at high speed, the above-mentioned arithmetic processing using the template shown in FIG. 5 is performed only once at the time of setting the condition of the pattern position detecting system. The parameter relating to the shape of the template obtained at that time may be used as it is in the subsequent detection of the pattern center position.
【0059】すなわち2回目以降のパターン中心位置検
出は、固定のテンプレートにより求めることとすればよ
い。この場合、2回目以降のパターン位置検出時に決定
すべきパラメータが実波形の仮想中心のみに削減されて
計算量が少なくなることにより、パターン中心位置の検
出時間を短縮することができる。That is, the pattern center position detection from the second time onward may be determined by a fixed template. In this case, the parameters to be determined at the second and subsequent pattern position detections are reduced only to the virtual center of the actual waveform and the amount of calculation is reduced, so that the pattern center position detection time can be shortened.
【0060】また、テンプレートの形状に関するパラメ
ータも同時に決定するパターン中心位置検出を行なう頻
度をパターン位置検出システムの条件設定時などだけで
なく、各工程の初め、各ロットの初めまたは各ウエハの
初めとすることにより、同一工程内でも緩やかに変化す
る実波形の形状にきめ細かく対応することができる。こ
のようなパターン中心位置検出を行う頻度をうまく設定
することにより、パターン中心位置検出の精度を低下さ
せることなく検出時間を短縮することができる。Further, the frequency at which the pattern center position detection for simultaneously determining the parameters relating to the shape of the template is performed is set not only when the conditions of the pattern position detection system are set, but also at the beginning of each process, the beginning of each lot or the beginning of each wafer. By doing so, it is possible to finely respond to the shape of the actual waveform that gradually changes even in the same process. By properly setting the frequency of such pattern center position detection, the detection time can be shortened without degrading the accuracy of pattern center position detection.
【0061】前述した本実施例のパターンの位置測定方
法において、ウエハ2上に形成されているパターンの像
の画像信号を処理してパターンの位置を測定する際、テ
ンプレートの中心位置を重ね合せる実波形中の位置、テ
ンプレートの形状に関するパラメータの両方を変化させ
ながら、実波形とテンプレートが最もよく一致するパラ
メータの組み合せを求めることにより、ウエハ2上にお
けるパターンの位置を検出して測定するものである。In the above-described pattern position measuring method of this embodiment, when the image signal of the image of the pattern formed on the wafer 2 is processed to measure the pattern position, the center position of the template is superposed. The position of the pattern on the wafer 2 is detected and measured by determining the combination of the parameters that best match the actual waveform and the template while changing both the position in the waveform and the parameter relating to the shape of the template. .
【0062】したがって、ウエハ2上に形成されたパタ
ーンの像の画像信号を処理してパターンの位置を測定す
る際、実波形の仮想中心すなわち実波形上でテンプレー
トのデータの中心を置く位置を示すパラメータおよびテ
ンプレートの形状に関するパラメータを同時に変化させ
ることにより、実波形と最もよく一致するパラメータの
組み合せを求め、その時の実波形の仮想中心をウエハ2
上に形成されたパターンの中心位置とするものである。Therefore, when the image signal of the image of the pattern formed on the wafer 2 is processed to measure the position of the pattern, the virtual center of the actual waveform, that is, the position of the center of the template data on the actual waveform is shown. By simultaneously changing the parameters and the parameters relating to the shape of the template, a combination of parameters that best matches the actual waveform is obtained, and the virtual center of the actual waveform at that time is set to the wafer 2
This is the center position of the pattern formed above.
【0063】その結果、波形の変化に最もよく一致する
ようにテンプレートの形状を変えながら実波形の仮想中
心を演算していくので、ウエハ2上のパターンの像の位
置を波形の変化によらずに高精度に測定することができ
る。As a result, since the virtual center of the actual waveform is calculated while changing the shape of the template so as to best match the change in the waveform, the position of the image of the pattern on the wafer 2 does not depend on the change in the waveform. It can be measured with high accuracy.
【0064】従来法であるテンプレートマッチング法に
おいては、適切に選択されたテンプレートを用いれば、
比較的マクロな特徴がとらえられるため、パターンの中
心位置に相当する評価関数の極値を鋭く保つことがで
き、検出のばらつきを少なくすることができる。しか
し、テンプレートを固定したままでは波形の変化によっ
てパターンの中心を示す評価関数の極値の鮮鋭度が低下
し、測定値のばらつきが大きくなるという問題点があ
る。In the conventional template matching method, if an appropriately selected template is used,
Since a relatively macroscopic feature can be captured, the extreme value of the evaluation function corresponding to the center position of the pattern can be kept sharp and the variation in detection can be reduced. However, if the template is fixed, there is a problem that the sharpness of the extreme value of the evaluation function indicating the center of the pattern decreases due to the change of the waveform, and the dispersion of the measured values increases.
【0065】それに対し本実施例のパターンの位置測定
方法によれば、波形の変化に対応してテンプレートの形
状を変えていくので、パラメータ最適化演算の収束性を
維持し、測定値のばらつきを小さく保つことができる。On the other hand, according to the pattern position measuring method of the present embodiment, the shape of the template is changed in accordance with the change of the waveform, so that the convergence of the parameter optimization calculation is maintained and the variation of the measured value is kept. Can be kept small.
【0066】また、本実施例のパターンの位置測定方法
において、テンプレートとして左右非対称な形状も表現
できるように形状に関するパラメータを左右独立にした
テンプレートを用いているものである。Further, in the pattern position measuring method of the present embodiment, a template having left and right independent shape-related parameters is used as a template so that a left-right asymmetric shape can be expressed.
【0067】その結果、テンプレートの形状を左右独立
に最適化しながら実波形の仮想中心を求めていくことが
できることにより、非対称な形状をした波形からでもウ
エハ2上のパターンの位置を高精度に測定することがで
きる。As a result, the virtual center of the actual waveform can be obtained while optimizing the shape of the template independently on the right and left sides, so that the position of the pattern on the wafer 2 can be measured with high accuracy even from an asymmetrical waveform. can do.
【0068】従来法である対称性マッチング法は、波形
の形状が大きく変化してもパターンの中心に対する対称
性が維持されていれば、パターンの中心に相当する極値
は鮮鋭に現れ、高精度に測定することが可能であるが、
波形の変化の非対称性が強くなると、周辺の極値とパタ
ーンの中心の極値のレベルが近くなるため、誤検出が発
生しやすくなるという問題点がある。また誤検出はなく
とも、パターンの中心に相当する極値がシフトし、その
結果、測定値にもシフトが生ずるという問題点がある。In the conventional symmetry matching method, if the symmetry with respect to the center of the pattern is maintained even if the shape of the waveform is largely changed, the extreme value corresponding to the center of the pattern appears sharply and the accuracy is high. It is possible to measure
If the asymmetry of the change in the waveform becomes strong, the peripheral extreme value and the extreme value at the center of the pattern become close to each other, so that there is a problem that erroneous detection easily occurs. Further, even if there is no erroneous detection, the extreme value corresponding to the center of the pattern shifts, and as a result, the measured value also shifts.
【0069】それに対し本実施例のパターンの位置測定
方法によれば、非対称な波形に対しても一致度を維持す
るようにテンプレートの形状を左右独立に変えていくこ
とができることにより、極値のレベルを小さく維持で
き、しかもシフトも防ぐことができる。On the other hand, according to the pattern position measuring method of the present embodiment, the shape of the template can be changed left and right independently so as to maintain the degree of coincidence even for an asymmetrical waveform, so that the extreme value The level can be kept small and shifts can be prevented.
【0070】さらに、本実施例のパターンの位置測定方
法において、実波形の仮想中心およびテンプレートの形
状に関するパラメータを同時に決定する演算処理をウエ
ハ2上に形成された位置合せ用パターンの位置検出のた
びに行なうことはせず、テンプレートの形状に関するパ
ラメータにはそれより以前に求めた結果を代入して用
い、実波形の仮想中心のみをパラメータとしてその最適
化を行なうことができる。Further, in the pattern position measuring method of the present embodiment, the calculation process for simultaneously determining the parameters relating to the virtual center of the actual waveform and the template shape is carried out every time the position of the alignment pattern formed on the wafer 2 is detected. It is possible to optimize by using the virtual center of the actual waveform as a parameter by substituting the result obtained earlier for the parameter relating to the shape of the template.
【0071】その結果、ウエハ2上のパターン位置の最
初の検出時などに求めたテンプレートの形状に関するパ
ラメータを以降固定し、実波形の仮想中心のみをパラメ
ータとしてその最適化演算を行なうことができることに
より、精度を保ったままウエハ2上のパターンの位置検
出に要する時間を短縮することができる。As a result, the parameters relating to the shape of the template obtained at the time of the first detection of the pattern position on the wafer 2 can be fixed thereafter, and the optimization calculation can be performed using only the virtual center of the actual waveform as a parameter. The time required for detecting the position of the pattern on the wafer 2 can be shortened while maintaining accuracy.
【0072】さらに、本実施例のパターンの位置測定方
法を用いた露光装置などの光学装置において、前述した
パターンの位置測定を高精度に行うことができることに
より、マスク1に形成されているパターンとウエハ2に
形成されているパターンとの位置合せを高精度に行うこ
とができる。Further, in the optical apparatus such as the exposure apparatus using the pattern position measuring method of the present embodiment, the pattern position can be measured with high accuracy, so that the pattern formed on the mask 1 is The alignment with the pattern formed on the wafer 2 can be performed with high accuracy.
【0073】その結果、半導体集積回路装置の製造工程
における露光工程などにおいて、マスク1に形成されて
いるパターンとウエハ2に形成されているパターンとの
位置合せを高精度に行うことができることにより、高い
製造歩留りをもって微細加工および高集積度の半導体集
積回路装置を製造することができる。As a result, the pattern formed on the mask 1 and the pattern formed on the wafer 2 can be aligned with high accuracy in the exposure step in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device. It is possible to manufacture a semiconductor integrated circuit device having fine processing and a high degree of integration with a high manufacturing yield.
【0074】(実施例2)図7は、本発明の他の実施例
であるパターンの位置測定方法に用いるテンプレートを
示す図である。(Embodiment 2) FIG. 7 is a diagram showing a template used in a pattern position measuring method according to another embodiment of the present invention.
【0075】前述した実施例1において、図2に示すよ
うに、位置合せ用パターン21上のフォトレジスト膜2
2の形状において、フォトレジスト膜22の塗布にはス
ピンなどによる回転塗布法を用いており位置合せ用パタ
ーン21に対してある一方向からフォトレジスト膜22
を形成するフォトレジストが流れてくるので、図8に一
例を示すように実際には位置合せ用パターン21の左右
でフォトレジスト膜22の形状が異なることが多い。In the first embodiment described above, as shown in FIG. 2, the photoresist film 2 on the alignment pattern 21 is formed.
In the shape of No. 2, the photoresist film 22 is applied by a spin coating method such as spin, and the photoresist film 22 is applied from one direction with respect to the alignment pattern 21.
Since the photoresist forming the photoresist flows in, the shape of the photoresist film 22 is often different between the right and left of the alignment pattern 21 as shown in FIG.
【0076】このような位置合せ用パターン21の像の
画像信号から求めた波形は図9に例示するように、左右
非対称な形状となる。The waveform obtained from the image signal of the image of the alignment pattern 21 has a bilaterally asymmetrical shape, as shown in FIG.
【0077】したがって、これらの実波形に対応するた
めに、図7に一例を示すテンプレートを用いる。図7に
おいて、p1rは右側パターン幅、p1sは左側パター
ン幅、p2rは右側エッジ部散乱、p2sは左側エッジ
部散乱およびp3はパターン部反射強度を示し、p1
r、p1s、p2r、p2sおよびp3は本実施例のテ
ンプレートの形状を規定するパラメータである。Therefore, in order to correspond to these actual waveforms, the template of which an example is shown in FIG. 7 is used. In FIG. 7, p1r is the right pattern width, p1s is the left pattern width, p2r is the right edge scattering, p2s is the left edge scattering, and p3 is the pattern reflection intensity, p1
r, p1s, p2r, p2s and p3 are parameters defining the shape of the template of this embodiment.
【0078】図7に示すテンプレートの形状に関するパ
ラメータと実波形の仮想中心を同時に上記方法により最
適化すれば、テンプレートが非対称な実波形に最もよく
重なり合うように変形しながらパターン位置中心を探索
していくため、左右対称なテンプレートを用いる場合に
生じる検出結果の真の位置からのシフトなどを抑制でき
ることにより、高精度なパターン位置検出ができる。If the parameters relating to the shape of the template shown in FIG. 7 and the virtual center of the actual waveform are simultaneously optimized by the above method, the pattern position center is searched while deforming the template so as to best overlap the asymmetric actual waveform. Therefore, it is possible to suppress the shift of the detection result from the true position, which occurs when using the bilaterally symmetric template, so that the pattern position can be detected with high accuracy.
【0079】パターンの位置測定を常に高精度に行なう
場合は、図7に示したテンプレートを用いた前述した演
算処理をパターン中心位置検出に対しその都度実施すれ
ばよい。同じ工程、同じロット、同じウエハ内の位置合
せ用パターンからの検出信号であっても、例えばフォト
レジスト膜の膜厚などの下地膜の状態やフォトレジスト
膜の膜厚の微小な変動により検出される実波形は変化す
るので、各波形毎にテンプレートの形状を最適化すれば
毎回高精度にパターン中心位置を検出することができる
ので、パターンの位置測定を高精度に行うことができ
る。When the position measurement of the pattern is always performed with high accuracy, the above-mentioned arithmetic processing using the template shown in FIG. 7 may be carried out for each detection of the pattern center position. Even a detection signal from the alignment pattern in the same process, the same lot, and the same wafer can be detected by the state of the underlying film such as the thickness of the photoresist film or a minute fluctuation in the thickness of the photoresist film. Since the actual waveform changes, the pattern center position can be detected with high accuracy every time by optimizing the shape of the template for each waveform, so that the position of the pattern can be measured with high accuracy.
【0080】また、本実施例のテンプレートのように、
テンプレートの形状に関するパラメータを増やすことに
よっても、パターン中心位置の検出を高精度化すること
ができる。テンプレートのパラメータ数を増やすほど実
波形の変化に柔軟に対応でき、一致度を上げることがで
きる。Further, like the template of this embodiment,
The detection of the pattern center position can be made highly accurate also by increasing the parameters relating to the shape of the template. As the number of parameters of the template is increased, the change of the actual waveform can be more flexibly dealt with and the degree of coincidence can be increased.
【0081】(実施例3)図10は、本発明の他の実施
例であるパターンの位置測定方法を有する重ね合せ精度
測定装置を示す概略構成図である。(Embodiment 3) FIG. 10 is a schematic block diagram showing an overlay accuracy measuring apparatus having a pattern position measuring method which is another embodiment of the present invention.
【0082】本実施例のパターンの位置測定方法を有す
る重ね合せ精度測定装置は、ウエハ上の二つの層のパタ
ーン位置をそれぞれ測定し、この二層間のパターン位置
の相対誤差を測定する装置であって、例えば前述した実
施例1の露光装置の重ね合せ精度の品質検査に使用する
ことができる。The overlay accuracy measuring apparatus having the pattern position measuring method of this embodiment is an apparatus for measuring the pattern positions of two layers on a wafer and measuring the relative error between the pattern positions of the two layers. Thus, for example, it can be used for quality inspection of overlay accuracy of the exposure apparatus of the first embodiment described above.
【0083】図10において、光源23の照明光は、コ
ンデンサレンズ24、ハーフミラー25、対物レンズ2
6を介してウエハ2に照射される。In FIG. 10, the illumination light from the light source 23 includes the condenser lens 24, the half mirror 25, and the objective lens 2.
The wafer 2 is irradiated with the laser beam 6 through.
【0084】ウエハ2の表面で反射した反射光は、対物
レンズ26およびリレーレンズ27により拡大されて検
知器28に導かれ、ウエハ2上に形成されたパターンの
像が画像信号に変換される。The reflected light reflected on the surface of the wafer 2 is magnified by the objective lens 26 and the relay lens 27 and guided to the detector 28, and the image of the pattern formed on the wafer 2 is converted into an image signal.
【0085】この画像信号は画像処理部29で処理さ
れ、二層間のパターン位置の相対誤差が算出される。制
御部30は、XYステージ31を移動させ、ウエハ2上
の複数の箇所で二層間のパターン位置の相対誤差が測定
される。このように測定されたパターン位置の相対誤差
の分布は統計処理され、例えば縮小投影露光装置により
転写されるパターンの縮小誤差などの誤差要因に変換さ
れ、装置の精度管理に使用される。This image signal is processed by the image processing unit 29, and the relative error in the pattern position between the two layers is calculated. The control unit 30 moves the XY stage 31 and measures the relative error in the pattern position between the two layers at a plurality of points on the wafer 2. The distribution of the relative error of the pattern position measured in this way is statistically processed and converted into an error factor such as a reduction error of the pattern transferred by the reduction projection exposure apparatus, and used for accuracy control of the apparatus.
【0086】図11は、ウエハ2上に形成された重ね合
せ精度測定用パターンの一例を示す図であり、(a)は
平面図、(b)は断面図である。11A and 11B are views showing an example of the overlay accuracy measuring pattern formed on the wafer 2. FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a sectional view.
【0087】既にウエハ2上に形成された基準層パター
ン32の中心Caと、新たに転写した合せ層パターンの
中心Cbとをそれぞれ測定し、相対誤差を△x=Cb−
Caとして算出する。The center Ca of the reference layer pattern 32 already formed on the wafer 2 and the center Cb of the newly transferred matching layer pattern are measured, and the relative error is Δx = Cb−.
Calculate as Ca.
【0088】図11(c)は、測定された前述のパター
ンの画像信号の一例を示す図であり、実線枠で示す基準
層パターン32の画像信号と破線枠で示す合せ層パター
ン33の画像信号のそれぞれについてパターンの中心ら
しさを示す評価関数を求め、その極値を検出して各パタ
ーンの中心を測定する。FIG. 11C is a diagram showing an example of the measured image signal of the above-mentioned pattern. The image signal of the reference layer pattern 32 shown by a solid line frame and the image signal of the matching layer pattern 33 shown by a broken line frame. For each of the above, an evaluation function indicating the centrality of the pattern is obtained, the extreme value thereof is detected, and the center of each pattern is measured.
【0089】上記評価関数を求める工程において、前述
した実施例1および実施例2で説明した方法が適用可能
なことは明らかである。It is obvious that the method described in the first and second embodiments can be applied to the step of obtaining the evaluation function.
【0090】以上発明を実施例に基づき具体的に説明し
たが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは
言うまでもない。Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments,
It goes without saying that various changes can be made without departing from the spirit of the invention.
【0091】例えば、電子ビームなどを使った直接描画
装置およびパターン同志の重ね合せ精度を測定する装置
などの種々の光学装置に適用することができる。For example, the present invention can be applied to various optical devices such as a direct drawing device using an electron beam or the like and a device for measuring overlay accuracy of patterns.
【0092】[0092]
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in this application will be briefly described as follows.
It is as follows.
【0093】(1)本発明のパターンの位置測定方法に
おいて、ウエハ上に形成されているパターンの像の画像
信号を処理してパターンの位置を測定する際、テンプレ
ートの中心位置を重ね合せる実波形中の位置、テンプレ
ートの形状に関するパラメータの両方を変化させなが
ら、実波形とテンプレートが最もよく一致するパラメー
タの組み合せを求めることにより、ウエハ上におけるパ
ターンの位置を検出して測定するものである。(1) In the pattern position measuring method of the present invention, when measuring the position of the pattern by processing the image signal of the image of the pattern formed on the wafer, the actual waveform for superimposing the center position of the template The position of the pattern on the wafer is detected and measured by determining the combination of the parameters that best match the actual waveform and the template while changing both the internal position and the parameter relating to the shape of the template.
【0094】したがって、ウエハ上に形成されたパター
ンの像の画像信号を処理してパターンの位置を測定する
際、実波形の仮想中心すなわち実波形上でテンプレート
のデータの中心を置く位置を示すパラメータおよびテン
プレートの形状に関するパラメータを同時に変化させる
ことにより、実波形と最もよく一致するパラメータの組
み合せを求め、その時の実波形の仮想中心をウエハ上に
形成されたパターンの中心位置とするものである。Therefore, when the image signal of the image of the pattern formed on the wafer is processed to measure the position of the pattern, a parameter indicating the virtual center of the actual waveform, that is, the position where the center of the template data is placed on the actual waveform. By simultaneously changing the parameters relating to the shape of the template, the combination of the parameters that best matches the actual waveform is obtained, and the virtual center of the actual waveform at that time is set as the center position of the pattern formed on the wafer.
【0095】その結果、波形の変化に最もよく一致する
ようにテンプレートの形状を変えながら実波形の仮想中
心を演算していくので、ウエハ上のパターンの像の位置
を波形の変化によらずに高精度に測定することができ
る。As a result, the virtual center of the actual waveform is calculated while changing the shape of the template so as to best match the change of the waveform, so that the position of the pattern image on the wafer does not depend on the change of the waveform. It can be measured with high accuracy.
【0096】従来法であるテンプレートマッチング法に
おいては、適切に選択されたテンプレートを用いれば、
比較的マクロな特徴がとらえられるため、パターンの中
心位置に相当する評価関数の極値を鋭く保つことがで
き、検出のばらつきを少なくすることができる。しか
し、テンプレートを固定したままでは波形の変化によっ
てパターンの中心を示す評価関数の極値の鮮鋭度が低下
し、測定値のばらつきが大きくなるという問題点があ
る。In the conventional template matching method, if an appropriately selected template is used,
Since a relatively macroscopic feature can be captured, the extreme value of the evaluation function corresponding to the center position of the pattern can be kept sharp and the variation in detection can be reduced. However, if the template is fixed, there is a problem that the sharpness of the extreme value of the evaluation function indicating the center of the pattern decreases due to the change of the waveform, and the dispersion of the measured values increases.
【0097】それに対し本発明のパターンの位置測定方
法によれば、波形の変化に対応してテンプレートの形状
を変えていくので、パラメータ最適化演算の収束性を維
持し、測定値のばらつきを小さく保つことができる。On the other hand, according to the pattern position measuring method of the present invention, the shape of the template is changed according to the change of the waveform, so that the convergence of the parameter optimization calculation is maintained and the variation of the measured values is reduced. Can be kept.
【0098】(2)本発明のパターンの位置測定方法に
おいて、テンプレートとして左右非対称な形状も表現で
きるように形状に関するパラメータを左右独立にしたテ
ンプレートを用いているものである。(2) In the pattern position measuring method of the present invention, a template having left and right independent shape-related parameters is used as a template so that a left-right asymmetric shape can be expressed.
【0099】その結果、テンプレートの形状を左右独立
に最適化しながら実波形の仮想中心を求めていくことが
できることにより、非対称な形状をした波形からでもウ
エハ上のパターンの位置を高精度に測定することができ
る。As a result, the virtual center of the actual waveform can be obtained while optimizing the shape of the template independently on the right and left sides, and thus the position of the pattern on the wafer can be measured with high accuracy even from the asymmetrical waveform. be able to.
【0100】従来法である対称性マッチング法は、波形
の形状が大きく変化してもパターンの中心に対する対称
性が維持されていれば、パターンの中心に相当する極値
は鮮鋭に現れ、高精度に測定することが可能であるが、
波形の変化の非対称性が強くなると、周辺の極値とパタ
ーンの中心の極値のレベルが近くなるため、誤検出が発
生しやすくなるという問題点がある。また誤検出はなく
とも、パターンの中心に相当する極値がシフトし、その
結果、測定値にもシフトが生ずるという問題点がある。In the conventional symmetry matching method, if the symmetry with respect to the center of the pattern is maintained even if the shape of the waveform is largely changed, the extreme value corresponding to the center of the pattern appears sharply and the accuracy is high. It is possible to measure
If the asymmetry of the change in the waveform becomes strong, the peripheral extreme value and the extreme value at the center of the pattern become close to each other, so that there is a problem that false detection is likely to occur. Further, even if there is no erroneous detection, the extreme value corresponding to the center of the pattern shifts, and as a result, the measured value also shifts.
【0101】それに対し本発明のパターンの位置測定方
法によれば、非対称な波形に対しても一致度を維持する
ようにテンプレートの形状を左右独立に変えていくこと
ができることにより、極値のレベルを小さく維持でき、
しかもシフトも防ぐことができる。On the other hand, according to the pattern position measuring method of the present invention, the shape of the template can be independently changed to the left and right so as to maintain the degree of coincidence even with an asymmetrical waveform. Can be kept small,
Moreover, shifting can be prevented.
【0102】(3)本発明のパターンの位置測定方法に
おいて、実波形の仮想中心およびテンプレートの形状に
関するパラメータを同時に決定する演算処理をウエハ上
に形成された位置合せ用パターンの位置検出のたびに行
なうことはせず、テンプレートの形状に関するパラメー
タにはそれより以前に求めた結果を代入して用い、実波
形の仮想中心のみをパラメータとしてその最適化を行な
うことができる。(3) In the pattern position measuring method of the present invention, the calculation process for simultaneously determining the parameters relating to the virtual center of the actual waveform and the shape of the template is performed every time the position of the alignment pattern formed on the wafer is detected. Instead, the template shape parameters can be used by substituting the results obtained earlier, and only the virtual center of the actual waveform can be used as a parameter for optimization.
【0103】その結果、ウエハ上のパターン位置の最初
の検出時などに求めたテンプレートの形状に関するパラ
メータを以降固定し、実波形の仮想中心のみをパラメー
タとしてその最適化演算を行なうことができることによ
り、精度を保ったままウエハ上のパターンの位置検出に
要する時間を短縮することができる。As a result, the parameters relating to the shape of the template obtained at the time of the first detection of the pattern position on the wafer can be fixed thereafter, and the optimization calculation can be performed using only the virtual center of the actual waveform as a parameter. The time required to detect the position of the pattern on the wafer can be shortened while maintaining accuracy.
【0104】(4)本発明のパターンの位置測定方法を
用いた露光装置などの光学装置において、前述したパタ
ーンの位置測定を高精度に行うことができることによ
り、マスクに形成されているパターンとウエハに形成さ
れているパターンとの位置合せを高精度に行うことがで
きる。(4) In the optical device such as the exposure device using the pattern position measuring method of the present invention, the position of the pattern can be measured with high accuracy, so that the pattern formed on the mask and the wafer. The alignment with the pattern formed on the substrate can be performed with high accuracy.
【0105】その結果、半導体集積回路装置の製造工程
における露光工程などにおいて、マスクに形成されてい
るパターンとウエハに形成されているパターンとの位置
合せを高精度に行うことができることにより、高い製造
歩留りをもって微細加工および高集積度の半導体集積回
路装置を製造することができる。As a result, in the exposure process in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device, the pattern formed on the mask and the pattern formed on the wafer can be aligned with high accuracy, which results in high manufacturing. It is possible to manufacture a semiconductor integrated circuit device having a fine processing and a high degree of integration with a high yield.
【図1】本発明の一実施例であるパターンの位置測定方
法を有する露光装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exposure apparatus having a pattern position measuring method according to an embodiment of the present invention.
【図2】ウエハ上に形成された位置合せ用パターンを示
す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。2A and 2B are diagrams showing an alignment pattern formed on a wafer, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a sectional view.
【図3】ウエハ位置検出系により変換された位置合せ用
パターンの画像信号を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing an image signal of the alignment pattern converted by the wafer position detection system.
【図4】図3に示した画像信号から求めたパターンの中
心らしさを示す評価関数を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an evaluation function showing the centrality of a pattern obtained from the image signal shown in FIG.
【図5】本発明の一実施例のパターンの位置測定方法に
使用しているテンプレートを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a template used in a pattern position measuring method according to an embodiment of the present invention.
【図6】ウエハ上の位置合せ用パターンの像の画像信号
から求めた検出波形を示す図である。(a)〜(c)は
それぞれの検出波形の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a detected waveform obtained from an image signal of an image of a positioning pattern on a wafer. (A)-(c) is a figure which shows the example of each detected waveform.
【図7】本発明の他の実施例のパターンの位置測定方法
に使用しているテンプレートを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a template used in a pattern position measuring method according to another embodiment of the present invention.
【図8】フォトレジスト膜の塗布むらの発生を説明する
断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the occurrence of coating unevenness in a photoresist film.
【図9】図8に示すウエハ上の位置合せ用パターンの像
の画像信号から求めた検出波形を示す図である。(a)
および(b)は検出波形の例を示す図である。9 is a diagram showing a detected waveform obtained from an image signal of the image of the alignment pattern on the wafer shown in FIG. (A)
And (b) are diagrams showing examples of detected waveforms.
【図10】本発明の他の実施例であるパターンの位置測
定方法を有する重ね合せ精度測定装置を示す概略構成図
である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an overlay accuracy measuring device having a pattern position measuring method according to another embodiment of the present invention.
【図11】ウエハ上に形成された重ね合せ精度測定用パ
ターンを示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面
図、(c)は画像信号を示す図である。11A and 11B are diagrams showing a pattern for overlay accuracy measurement formed on a wafer, FIG. 11A is a plan view, FIG. 11B is a sectional view, and FIG. 11C is a diagram showing image signals.
【符号の説明】 1 マスク 2 ウエハ 3 投影露光系 4 水銀ランプ 4a 反射鏡 5 集光レンズ 6 縮小レンズ 7 光学部品 8 光学部品 9 光源 10 検知器 11 ウエハ位置検出系 12 ミラー 13 ハーフミラー 14 光源 15 検知器 16 位置測定演算系 17 XYステージ 18 制御系 19 極小値 19a シフトしている距離 20 マスク位置検出系 21 位置合せ用パターン 22 フォトレジスト膜 23 光源 24 コンデンサレンズ 25 ハーフミラー 26 対物レンズ 27 リレーレンズ 28 検知器 29 画像処理部 30 制御部 31 XYステージ 32 基準層パターン 33 合せ層パターン[Explanation of symbols] 1 mask 2 wafers 3 Projection exposure system 4 Mercury lamp 4a reflector 5 Condensing lens 6 reduction lens 7 Optical parts 8 optical components 9 light sources 10 detectors 11 Wafer position detection system 12 mirror 13 Half mirror 14 Light source 15 detectors 16 Position measurement calculation system 17 XY stage 18 Control system 19 local minimum 19a Shifting distance 20 Mask position detection system 21 Positioning pattern 22 Photoresist film 23 Light source 24 Condenser lens 25 half mirror 26 Objective Lens 27 relay lens 28 detectors 29 Image processing unit 30 control unit 31 XY stage 32 reference layer pattern 33 Layering pattern
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒岩 慶造 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 國吉 伸治 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 前島 央 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (56)参考文献 特開 平5−335212(JP,A) 特開 平4−32219(JP,A) 特開 平6−151274(JP,A) 特開 平6−258045(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 9/00 H01L 21/027 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Keizo Kuroiwa 5-20-1 Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Inside the Semiconductor Business Division, Hitachi, Ltd. (72) Shinji Kuniyoshi 5 Suimizumoto-cho, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi Co., Ltd. Semiconductor Business Division, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Maojima, Central 5-201-1, Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo, Hitachi, Ltd., Semiconductor Business Division (56) Reference: JP-A-5-335212 (JP, A) JP-A-4-32219 (JP, A) JP-A-6-151274 (JP, A) JP-A-6-258045 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) G03F 9/00 H01L 21/027
Claims (5)
した位置に配置されているウエハ上に形成されているパ
ターンと前記マスク上に形成されているパターンの前記
ウエハ上に転写された像を位置合せする際に行う前記ウ
エハ上に形成されているパターンの位置測定方法であっ
て、前記ウエハ上に形成されているパターンの像の画像
信号を処理してパターンの位置を測定する際、テンプレ
ートの中心位置を重ね合せる実波形中の位置およびテン
プレートの形状に関するパラメータの両方を変化させな
がら、実波形とテンプレートが最もよく一致する前記パ
ラメータの組み合せを求めることにより、前記ウエハ上
における前記パターンの位置を検出して測定することを
特徴とするパターンの位置測定方法。1. A pattern formed on a wafer that is arranged at a distance from a mask on which a pattern is formed, and an image transferred on the wafer of the pattern formed on the mask are located. A method for measuring the position of a pattern formed on the wafer when performing alignment, wherein when measuring the position of the pattern by processing the image signal of the image of the pattern formed on the wafer, The position of the pattern on the wafer is determined by obtaining the combination of the parameters that best matches the actual waveform and the template while changing both the position in the actual waveform where the center position is superimposed and the parameter related to the shape of the template. A pattern position measuring method characterized by detecting and measuring.
において、前記テンプレートの形状は、左右非対称な形
状を有するものであることを特徴とするパターンの位置
測定方法。2. The pattern position measuring method according to claim 1, wherein the shape of the template has a bilaterally asymmetrical shape.
測定方法において、実波形とテンプレートが最もよく一
致する前記パラメータの組み合せを求めることにより決
定したテンプレートの形状に関するパラメータをそれ以
降の前記パターンの位置検出演算時に利用することを特
徴とするパターンの位置測定方法。3. The pattern position measuring method according to claim 1 or 2, wherein a parameter related to the shape of the template determined by obtaining a combination of the parameters in which the actual waveform and the template best match each other, A pattern position measuring method characterized by being used during position detection calculation.
位置測定方法を光学装置に用いていることを特徴とする
光学装置。4. An optical device, wherein the pattern position measuring method according to claim 1, 2, or 3 is used in an optical device.
装置は、マスク上に形成されたパターンの像をウエハ上
に投影する投影露光系と、光源の照明光を前記ウエハ上
に照射してその反射光を検知することにより、前記ウエ
ハ上に形成されたパターンの像を画像信号に変換するウ
エハ位置検出系と、前記画像信号を処理することによ
り、前記ウエハ上における前記パターンの位置を測定す
る位置測定演算系とを有する露光装置であることを特徴
とする光学装置。5. The optical device according to claim 4, wherein the optical device irradiates the projection exposure system for projecting an image of a pattern formed on a mask onto a wafer with illumination light from a light source onto the wafer. A wafer position detection system that converts the image of the pattern formed on the wafer into an image signal by detecting the reflected light, and the position of the pattern on the wafer by processing the image signal An optical apparatus, which is an exposure apparatus having a position measurement calculation system for
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