JPH05129178A - 合せずれ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ずれの自動測定が可能で、誤差を生じにくく、
信頼性の高い合せずれ測定方法を提供することにある。 【構成】前工程で形成された基準パタ−ン１１、１２…
と後工程で形成された被測定パタ−ン１３〜１８とを撮
像素子により撮像し、被測定パタ−ン１３〜１８を基準
パタ−ン１１、１２…と比較し、被測定パタ−ン１３〜
１８形成の際のずれを測定する合せずれ測定方法におい
て、各パタ−ンの各線幅を絶対量で２μｍ以上、撮像素
子上で８画素以上とするとともに、各パタ−ンにおける
各線間の距離を絶対量で２μｍ以上、撮像素子上で８画
素以上とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、半導体装置や
液晶装置の製造の際にマスクやレチクルの合せずれを自
動的に測定する合せずれ測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体装置や液晶装置等の製造
においては、複数のマスクやレチクルを用いて順次回路
パタ−ンが形成される。回路パタ−ン形成の各工程にお
いてマスク（或いはレチクル）が所定の精度で位置合せ
されていなければ、形成された回路が十分に機能せず、
不良品が生じる。そこで、一般には、図５および図６に
示す十字マ−ク１、２やバ−ニアパタ−ンを用いて、目
視による合せずれ測定・検査が行われている。

【０００３】図５において、二つの十字マ−ク１、２が
形成されており、一方の十字マ−ク１は他方の十字マ−
ク２よりも大きく、他方の十字マ−ク２の外側に位置し
ている。外側の十字マ−ク１は第１ＰＥＰ(Photo Engra
ving Process) において転写され、その後のＰＥＰにお
いてマスク合せの基準となる。また、図５中において斜
線で示された内側の十字マ−ク２は第２ＰＥＰ以降に形
成される。

【０００４】上述の２つの十字マ−ク１、２の中心が一
致していれば、マスク合せが正確に行われていることが
判断され、内側の十字マ−ク２が外側の十字マ−ク１か
らはみ出していれば、内側の十字マ−ク２のずれ量が許
容値を超えたことが判断される。

【０００５】図５および図６に示されている例において
は、ずれ量の許容値が±１μｍであり、両十字マ−ク
１、２間の距離、即ち両十字マ−ク１、２の大きさの差
は１μｍである。

【０００６】さらに、図６中の例において両十字マ−ク
１、２の中心は一致している。そして、図６中において
Ａは両十字マ−ク１、２の側縁部間の距離を示してお
り、Ｂは両十字マ−ク１、２の端縁部間の距離を示して
いる。また、Ｃは外側の十字マ−ク１の線幅、Ｄは内側
の十字マ−ク２の線幅、および、Ｅは外側十字マ−ク２
の側縁部の長さを示している。そして、各部の値はＡ＝
１μｍ、Ｂ＝２μｍ、Ｃ＝２０μｍ、Ｄ＝１８μｍ、Ｅ
＝２０μｍである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に十字マ−ク１、２を重ね合せる合せずれ測定方法は合
せずれの限界を調べるための方法であり、ずれ量の定量
値を求めることはできない。

【０００８】また、上述の合せずれ測定方法は、人が目
視によりＯＫ／ＮＧの判定を下すのであれば有効である
が、例えば互いに比較される複数のマ−ク（パタ−ン）
の像を撮像素子に入力して自動的に合せずれ測定を行う
自動測定には向いていない。つまり、マ−クの境界位置
が不明確になり易く、ずれ量が限界値付近である場合に
はＯＫ／ＮＧの判断が難しい。

【０００９】さらに、バ−ニアパタ−ンを基にして合せ
ずれを自動測定する場合には、ずれ量の定量値は求まる
が、パタ−ンの形状が複雑すぎるため、十分な信頼性を
得ることが難しい。本発明の目的とするところは、ずれ
の自動測定が可能で、誤差を生じにくく、信頼性の高い
合せずれ測定方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、前工程で形成された基準パタ−
ンと後工程で形成された被測定パタ−ンとを撮像素子に
より撮像し、被測定パタ−ンを基準パタ−ンと比較し、
被測定パタ−ン形成の際のずれを測定する合せずれ測定
方法において、各パタ−ンの各線幅を絶対量で２μｍ以
上、撮像素子上で８画素以上とするとともに、各パタ−
ンにおける各線間の距離を絶対量で２μｍ以上、撮像素
子上で８画素以上としたことにある。こうすることによ
って本発明は、ずれの自動測定を可能にするとともに誤
差の発生を防止し、合せずれ測定の信頼性を向上できる
ようにしたことにある。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１２】図１〜図４は本発明の一実施例を示してい
る。そして、図１は第１ＰＥＰ(Photo Engraving Proce
ss) において形成されたパタ−ン１１、１２…を示して
おり、図２は全工程完了後のパタ−ン１３〜１８を示し
ている。

【００１３】第１ＰＥＰにおいて図１中のパタ−ン１
１、１２…が形成され、第２ＰＥＰにおいて上記パタ−
ン１１、１２…を基準パタ−ンとして、パタ−ン１１、
１２…に被測定パタ−ンである次のパタ−ンが組合わさ
れる。そして、最終的なパタ−ンは図２中のパタ−ン１
３〜１８のようになる。

【００１４】各工程の度に、前の工程で形成されたパタ
−ン（基準パタ−ン）とこのパタ−ンに組合わされたパ
タ−ン（被測定パタ−ン）との像が光学顕微鏡を経て拡
大され、ＣＣＤカメラ等の撮像装置に取込まれる。そし
て、撮像装置の出力信号が例えばサンプルホ−ルドさ
れ、Ａ／Ｄ変換ののち、被測定パタ−ンの基準パタ−ン
に対するずれ量が計算される。

【００１５】図１中に示すパタ−ン１１は、大小二つの
Ｌ字パタ−ン１９、２０を略正方形を描くよう配置して
なるものである。これらＬ字パタ−ン１９、２０はそれ
ぞれ二片の長さを略等しく設定されている。さらに、パ
タ−ン１１においては、二つのＬ字パタ−ン１９、２０
の内側に互いに略等しい長さの３つの直線パタ−ン２
１、２１、２１が描かれている。そして、これら直線パ
タ−ン２１、２１、２１は、互いに平行に、且つ、上記
Ｌ字パタ−ン１９、２０のそれぞれの一片に対して平行
に配設されている。

【００１６】また、図１中においては、上述のパタ−ン
１１の他に五つのパタ−ン１２…が形成されている。こ
れら五つのパタ−ン１２…は、上記パタ−ン１１の小さ
い側のＬ字パタ−ン２０と同様にＬ字状のものであり、
Ｌ字パタ−ン２０とともに行方向および列方向へ略等し
い間隔で配設されている。そして、各パタ−ン１２…は
線幅および向きを上記Ｌ字パタ−ン２０と略等しく設定
されている。図１中において、パタ−ン１１、１２…の
各部の寸法や距離が符号Ｆ〜Ｐによって示されている。

【００１７】Ｆは大きい側のＬ字パタ−ン１９の各片の
長さを示しており、Ｇは小さい側のＬ字パタ−ン２０の
各片の長さを示している。さらに、Ｈは大きい側のＬ字
パタ−ン１９の線幅を示しており、Ｉは小さい側のＬ字
パタ−ン２０の線幅を示している。

【００１８】また、Ｊは直線パタ−ン２１…の線幅を示
しており、Ｋは直線パタ−ン２１…間の距離を示してい
る。さらに、Ｌ、Ｍ、Ｎはそれぞれ、２つのＬ字パタ−
ン１９、２０の最短距離、直線パタ−ン２１…の並び方
向における直線パタ−ン２１…と小さい側のＬ字パタ−
ン２０との最短距離、および、直線パタ−ン２１…の長
手方向における直線パタ−ン２１…と小さい側のＬ字パ
タ−ン２０との最短距離を示している。そして、図１中
のＯは、パタ−ン１１と隣合ったパタ−ン１２…との距
離、および、パタ−ン１２…間の距離をそれぞれ示して
いる。前述の各寸法および距離の値は、例えば以下のよ
うに設定されている。 Ｆ＝８０μｍ、Ｇ＝６０μｍ、Ｈ＝Ｉ＝Ｊ＝Ｋ＝８μ
ｍ、Ｌ＝Ｍ＝Ｎ＝１２μｍ、Ｏ＝４４μｍ。

【００１９】全工程が完了した後のパタ−ン１３〜１８
は、二つのＬ字パタ−ン１９、２０を有する前記パタ−
ン１１と略同様な形状を有している。そして、各パタ−
ン１３〜１８においては、大きい側のＬ字パタ−ン２２
〜２７と小さい側のＬ字パタ−ン２８〜３３とが略正方
形を描くよう配置されており、両Ｌ字パタ−ン１３〜１
８、２２〜２７の内側に平行な直線パタ−ン３４…が三
つずつ形成されている。

【００２０】大きい側のＬ字パタ−ン２２〜２７の中に
は端部を複数に分割されて略等しい形状で等間隔に並ん
だ小パタ−ン３５…を有するものが存在している。そし
て、小パタ−ン３５…の数は各Ｌ字パタ−ン２２〜２７
毎に異なっており、その数は例えば一ないし五に設定さ
れている。そして、各小パタ−ン３５…の線幅、およ
び、間隔は２μｍ以上に設定されている。

【００２１】上述の各パタ−ン１１、１２…、１３〜１
８の像はＣＣＤ等の撮像素子に取込まれる。そして、各
パタ−ン１１、１２…、１３〜１８の像を撮像装置に導
く光学顕微鏡の倍率が、各パタ−ン１１、１２…、１３
〜１８を構成する一つ一つのパタ−ンの線幅、および、
これらのパタ−ン間の距離が８画素以上に対応するよう
調節されている。そして、各パタ−ン１１、１２…、１
３〜１８を構成する一つ一つのパタ−ン、および、これ
らのパタ−ンの間の部分が撮像素子の少なくとも８画素
以上を使用して撮像素子に入力される。ここで、撮像素
子へパタ−ン像を導く光学顕微鏡の倍率は、撮像素子の
１画素が１μｍに対応するよう設定されている。

【００２２】上述のような合せずれ測定方法において
は、各パタ−ンの線幅および距離が絶対量で２μｍ以上
に設定され、撮像素子上で８画素以上に設定されてい
る。このため、撮像装置を用いて合せずれを自動測定す
ることが可能である。そして、測定誤差を低減すること
ができ、合せずれ測定の信頼性を向上することができ
る。

【００２３】つまり、図３（ａ）に示すように例えば二
本の接近したパタ−ン３６、３７を撮像する場合、これ
らのパタ−ン３６、３７の線幅Ｐ、Ｑの寸法が数μｍ
（例えば１μｍ）程度であれば、拡大光学系と撮像素子
を通して得られる像の強度は図３（ｂ）に示す信号によ
って表されることが知られている。図３（ｂ）中の３８
は図３（ａ）中の左側のパタ−ン３６を表す信号であ
り、３９は右側のパタ−ン３７を表す信号である。

【００２４】２つのパタ−ン３６、３７は距離Ｒだけ離
れているため理論的には両パタ−ン３６、３７の間の部
分の信号は現れないが、現実には信号３８、３９が重な
り合って両信号３８、３９の間の部分は零レベルにはな
らない。

【００２５】図４において、図３（ｂ）中の信号３８が
拡大されている。図中において実線３８ａは実際の信号
を表しており、二点鎖線３８ｂは理論上の信号を表して
いる。図４中に示すように、両信号３８ａ、３８ｂの幅
Ｓ、Ｔは異なっており、ピ−ク位置Ｕにおける両信号３
８ａ、３８ｂの大きさもわずかに異なっている。

【００２６】このため、上述のような信号３８、３９を
基にして合せずれを自動測定しても、パタ−ン３６、３
７の正確な位置を求めることはできず、結果として、測
定の際に例えばサブミクロン単位の誤差が生じる。した
がって、高精度な合せずれ測定を行うためには、両パタ
−ン３６、３７の線幅や距離を十分に大きく設定するこ
とが必要である。

【００２７】一方、両パタ−ン３６、３７の線幅や距離
が高精度な測定の条件を満たしていても、撮像装置の側
において両パタ−ン３６、３７が過度に細く且つ接近し
ていれば、前述の場合と同様に誤差が生じる。特に、画
像処理において信号のサンプルホ−ルドやＡ／Ｄ変換が
行われると、誤差はさらに大きくなる。このため、撮像
素子上においても、両パタ−ン３６、３７の線幅や距離
の取込みに十分な数の画素を使用することが必要であ
る。

【００２８】図３（ａ）中の信号３８は図５に示すよう
にして得られる。つまり、パタ−ン３６の像について、
幅方向に所定ピッチで強度が測定され、ヒストグラムが
得られる。パタ−ン３６の像の強度は略正規分布の形を
示し、パタ−ン３６の幅方向中心で最も強く、外側へ偏
るほど弱くなる。そして、このヒストグラムについて最
小二乗法が用いられ、図５中の実線３８が作成される。

【００２９】しかし、パタ−ン３６の像を測定して得ら
れるヒストグラムの形は完全な正規分布とは異なり、中
央の柱４０の軸線位置と信号３８のピ−ク位置Ｕ₁ とは
一致しない。そして、測定ピッチΔＰの大きさを１とす
ると、偏差δの大きさは一般に約０．２程度となる。つ
まり、光学顕微鏡の倍率が１μｍ／画素である場合に
は、実線３８の作成の際に０．２μｍ程度の誤差が発生
する。

【００３０】また、パタ−ン３６の像を撮像素子へ導く
光学顕微鏡の精度をＳＥＭの測定精度と比べると、図６
に示すように光学顕微鏡の精度は、測定対象が十分に大
きければ互いに略一致している。しかし、光学顕微鏡の
精度は対象物が小さくなるつれて低下し、１μｍ以下の
微小な対象物に対して急激に下がる。

【００３１】本実施例においては、各パタ−ン１１、１
２…、１３〜１８の線幅および距離が絶対量で２μｍ以
上に設定されており、さらに、撮像素子上で８画素以上
に設定されている。つまり、１画素当り０．２５μｍ以
上の大きさの領域が撮像される。

【００３２】この条件のもとで合せずれ測定を行えば、
信号３８の作成の際に発生する誤差や光学顕微鏡の精度
に影響されず、パタ−ン３６、３７が正確に位置認識さ
れる。そして、パタ−ンが相互に影響を及ぼすことがな
く、画像の取込み及び画像処理において誤差が生じるこ
とを防止できる。したがって、光の性質や画像処理等に
おける誤差要因を大幅に取除くことができ、より正確な
合せずれ測定が可能となる。

【００３３】ここで、本実施例において、パタ−ン１
１、１２…、１３〜１８の線幅の絶対量とは各線のエッ
ジ間の距離を意味している。また、パタ−ン１１、１２
…、１３〜１８の間隔の絶対量とは各線の輪郭間の距離
を意味している。なお、本発明は、要旨を逸脱しない範
囲で種々に変形することが可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、前工程で
形成された基準パタ−ンと後工程で形成された被測定パ
タ−ンとを撮像素子により撮像し、被測定パタ−ンを基
準パタ−ンと比較し、被測定パタ−ン形成の際のずれを
測定する合せずれ測定方法において、各パタ−ンの各線
幅を絶対量で２μｍ以上、撮像素子上で８画素以上とす
るとともに、各パタ−ンにおける各線間の距離を絶対量
で２μｍ以上、撮像素子上で８画素以上とした。したが
って本発明は、ずれの自動測定を可能にするとともに誤
差の発生を防止し、合せずれ測定の信頼性を向上できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の第１ＰＥＰにおいて形成さ
れるパタ−ンを示す図。

【図２】全工程が完了した後のパタ−ンを示す図。

【図３】測定誤差発生の原因の一例を示す説明図。

【図４】測定誤差発生の原因の一例を示す説明図。

【図５】パタ−ン像の強度分布を示すグラフ。

【図６】光学顕微鏡の精度とＳＥＭの精度とを比較する
グラフ。

【図７】従来の位置合せマ−クを示す図。

【図８】図７中の円Ｖで囲った部分の拡大図。

【符号の説明】

１１、１２…、１３〜１８…パタ−ン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前工程で形成された基準パタ−ンと後工
   程で形成された被測定パタ−ンとを撮像素子により撮像
   し、上記被測定パタ−ンを上記基準パタ−ンと比較し、
   被測定パタ−ン形成の際のずれを測定する合せずれ測定
   方法において、上記各パタ−ンの各線幅を絶対量で２μ
   ｍ以上、上記撮像素子上で８画素以上とするとともに、
   上記各パタ−ンにおける各線間の距離を絶対量で２μｍ
   以上、上記撮像素子上で８画素以上としたことを特徴と
   する合せずれ測定方法。