JPH0674967B2 - 重ね合せ精度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は重ね合せ精度測定装置，特に、多層化が進む電
子部品のリソグラフィ工程におけるパターンの重ね合せ
精度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の技術としては、例えば，（特願昭62−1301号）に
示されているように重ね合せ精度測定装置がある。従来
の重ね合せ精度測定装置は、被検査物に光学系の焦点を
合わせた光電変換素子とビデオメモリと，前記ビデオメ
モリからパターン群，の相互関係数を算出する演算
部と，相互相関係数よりずれ量を検出する検出部とを含
んで構成される。

次に従来の重ね合せ測定装置について図面を参照して詳
細に説明する。

第７図は、従来の重ね合せ測定装置の一例を示すブロッ
ク図である。

第７図に示す重ね合せ精度測定装置は，試料１上にその
焦点をむすぶようにおかれた光電変換素子10′と、前記
光電変換素子10′からの映像信号を蓄積するビデオメモ
リ11′と，前記ビデオメモリ11′上の画像からマーク群
，マーク群の位置を検出するパターン判別器12′
と，パターン判別器12′からの位置情報により前記ビデ
オメモリ11′からマーク群とマーク群の映像信号を
発生するパターン発生器13′と，このパターン発生器1
3′からの映像信号によりマーク群のパターンデータ
を再生させる第１パターン再生器14′と，マーク群の
パターンデータを再生させる第２パターン再生器15′
と，再生したパターンデータからマーク群とマーク群
の相関性を示す。相互相関係数を設定したオフセット
量を持たせて算出する相互相関器18′と前記相互相関器
18′からの相互相関係数の最大値となる偏差量を算出す
るピークディテクタ19′と，前記第１パターン再生器1
4′と前記第２パターン再生器15′からのパターンデー
タの周期を画素単位で算出する周期算出器20′と，前記
相互相関器で使用したオフセット量と，ピークディテク
ター17からの偏差量と周期算出器20′からのマーク群
の周期，マーク群の周期と設定したバーニアの読みよ
り重ね合せのずれ量を算出するずれ量検出器21′とを含
んで構成される。

ここで、ビデオメモリ11′上の画像は、第１パターン再
生器14′で第８図に示すマーク群の断面パターンとし
て再生する。また、第２パターン再生器15′で第９図に
示すマーク群の断面パターンとして再生される。相互
相関器18′は、前記第１パターン再生器14′と前記第２
パターン再生器15′からのマーク群の断面パターンデ
ータとマーク群の断面パターンデータに対して設定し
たオフセット値をもつ相互相関係数を算出する。ピーク
ディテクター19′は、相互相関係数の最大偏差量を算出
する。前記最大偏差量と、マーク群，の周期とオフ
セット量よりずれ量検出器21′でずれ量を算出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のずれ量検出装置は、ビデオメモリの映像
信号より、マーク群，の断面データを再生している
ため、マーク群，の境界部で生じる不連続の強い影
響を受けた相関係数による判定となっているため、真の
マーク群，間のずれ量を検出できないという欠点が
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の重ね合せ精度測定装置は、一定線幅のマークを
奇数個一定ピッチｊで特定方向に配列したマーク群を
持つ第１のパターンと，一定線幅のマークを前記奇数個
の一定ピッチｋ（ｊ≠ｋ）で前記特定方向に配列したマ
ーク群を持つ第２のパターンとを，重ね合わせて作っ
たパターンより成る被検査物に光学系の焦点を合わせた
光電変換素子と，該光電変換素子からの映像信号を蓄積
するビデオメモリと，該ビデオメモリ上のパターンから
前記第１のパターンのマーク群と第２のパターンのマ
ーク群の位置を検出するパターン判別器と，該パター
ン判別器からの前記マーク群とマーク群の位置情報
に従ってマーク群とマーク群のパターンを前記ビデ
オメモリから発生させるパターン発生器と，該パターン
発生器からの前記マーク群のパターンと前記マーク群
のパターンに対してマークＡ及びマークＢの線幅で前
記パターン発生器からの前記マーク群と前記マーク群
のパターンを再現するパターン再現器と，前記マーク
群の再現パターンと前記マーク群の再現パターンの
相関性を示す相関係数を前記マーク群の再現パターン
に対して設定したオフセット量を持たせて発生させる相
互相関器と，該相互相関器からの相互相関係数の最大値
となる偏差量を算出するピークディテクターと，前記マ
ーク群の再現パターンと前記マーク群の再現パター
ンの周期を算出する周期算出器と，前記相互相関器に設
定したオフセット量と前記ピークディテクターからの相
互相関数の最大となる偏差量と前記周期算出器からの前
記マーク群と前記マーク群の周期より前記第１のパ
ターンと前記第２のパターンの前記特定方向へずれ量を
算出するずれ量検出器とを含んで構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。

第１図に示す重ね合せ精度測定装置は，試料１上にその
焦点をむすぶようにおかれた光電変換素子10と、前記光
電変換素子10からの映像信号を蓄積するビデオメモリ11
と，前記ビデオメモリ11上の画像からマーク群，マー
ク群の位置を検出するパターン判別器12と，パターン
判別器12からの位置情報により前記ビデオメモリ11から
マーク群とマーク群の映像信号を発生するパターン
発生器13と，このパターン発生器13からの映像信号によ
りマーク群のパターンデータを再生させる第１パター
ン再生器14と，マーク群のパターンデータを再生させ
る第２パターン再生器15と，前記第１パターン再生器14
からのパターン群と断面パターンデータからパターン
群の矩形データを再現する第１パターン再現器と，前
記第２パターン再生器15からのパターン群の断面パタ
ーンデータからパターン群の断面パターンデータから
パターン群の矩形データを再現する第２パターン再現
器と，再現したパターンデータからマーク群とマーク
群の相関性を示す相互相関係数を設定したオフセット
量を持たせて算出する相互相関器18と前記相互相関器18
からの相互相関係数の最大値となる偏差量を算出するピ
ークディテクタ17と，前記第１パターン再生器14と前記
第２パターン再生器15からのパターンデータの周期を画
素単位で算出する周期算出器20と，前記号相互相関器で
使用したオフセット量と，ピークディテクター17からの
偏差量と周期算出器20からのマーク群の周期，マーク
群の周期と設定したバーニアの読みより重ね合せのず
れ量を算出するずれ量検出器21とを含んで構成される。

第２図は試料１のビデオメモリ11上での画像例である。

第３図は、第２図の試料画像のパターン判別器12での処
理グラフである。

第４図は、第８図のマーク群の断面パターンを、第１
パターン再現器16で再現した矩形パターンである。

第５図は、第９図のマーク群の断面パターンを第２パ
ターン再現器17で再現した矩形パターンである。

第６図は、第２図の試料画像のマーク群とマーク群
の相関性を相互相関器16で算出した相互相関係数のグラ
フである。

試料１の光電変換素子10から映像信号はビデオメモリ11
上に蓄積され第２図に示す画像となる。パターン判別器
12はビデオメモリ11から第３図に示すマーク群，の
特徴を表わすグラフを作成し，マーク群開始位置P₂₀,
終了位置P₂₁とマーク群の開始位置P₁₀,終了位置P₁₁を
算出する。この位置情報とビデオメモリからの映像信号
とよりパターン発生器13は、マーク群とマーク群の
重なりのないマーク群の断面信号ｅとマーク群の断
面信号ｄを発生する。マーク群の断面信号ｅは第１パ
ターン発生器14で第８図に示すマーク群の断面パター
ンｅ′として再生される。マーク群断面信号ｄは第２
パターン再生器15で第９図に示すマーク群の断面パタ
ーンｄ′として再生される。

再生したマーク群の断面パターンデータｅ′は、第１
パターン再現器16で第４図に示す矩形パターンｇに再現
する。

また，マーク群の断面パターンデータｄ′は、第２パ
ターン再現器17で第５図に示す矩形パターンｆを再現す
る。

相互相関器18は、第１パターン再現器16から出力された
マーク群Ａの矩形断面パターンデータｇと第２パターン
再現器17から出力されたマーク群Ｂの矩形断面パターン
データｆとを入力し、計算範囲τ＝−ｊからｊまでの範
囲における相互相関係数ｈ（τ）を、前記矩形断面パタ
ーンデータｇおよびｆを前記計算範囲τ分オフセットし
た矩形断面パターンデータの面積分として、 ｈ（τ）＝Σ｛ｇ（ｔ）ｆ＋（ｔ＋τ）｝ により算出する。ここで、上記ｔは前記矩形断面パター
ンデータg,fの任意の点を示している。前記矩形断面パ
ターンデータｇおよびｆの重なりが最大のときにこの相
互相関係数ｈ（τ）も最大を示す。

また、前記計算範囲で相互相関係数ｈ（τ）を求めるよ
うに予めマーク群Ｂの矩形断面パターンデータｆを ｆ（ｔ）＝ｆ（ｔ＋ｊ） としてオフセット量ｊだけずらしておく。

相互相関係数ｈは第６図に示す関係を持っておりピーク
ディテクタ19で相互相関係数ｈの最大となる偏差量ｉを
算出する。

前記マーク群の矩形断面パターンデータｇと前記マー
ク群の矩形断面パターンデータｆは、周期算出器20で
マーク群の矩形断面パターンデータｇの矩形の周期ｌ
とマーク群の矩形断面パターンデータｆの矩形の周期
ｋ求める。

ここで，マーク群とマーク群は基準位置となる中心
マークどうしが一致したとき最も大きな重なりをもつの
で（ｈ−ｊ）がマーク群とマーク群の基準位置から
のずれ量になる。

また、マーク群とマーク群の周期差|l−k|がバーニ
ア１目盛の読みを表わす。

そこで前記相互相関器18のオフセット量ｊとピークディ
テクター19での相互相関係数ｈの最大となる偏差量ィと
周期算出器20で求めたマーク群の周期ｌとマーク群
の周期ｋとずれ量検出器21に設定したバーニアの読みｍ
よりずれ量検出器21はずれ量△を， として算出する。

〔発明の効果〕

本発明の重ね合せ精度測定装置は，パターン再現器追加
によりパターン群の矩形断面パターンデータを作成する
ことにより境界の不連続性に影響されることなく，パタ
ーン群間のずれ量を精度良く測定できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
試料画像の一例を示す斜視図、第３図は試料画像のパタ
ーン判別時の処理グラフ、第４図は第８図の再現したマ
ーク群の矩形断面図、第５図は第９図の再現したマー
ク群の矩形断面図、第６図は第４図のマーク群のパ
ターンと第５図のマーク群のパターンの相互相関係
数、第７図は従来の一例を示すブロック図、第８図はマ
ーク群の断面図、第９図はマーク群の断面図であ
る。 １……試料、10,10′……光電変換素子、11,11′……ビ
デオメモリ、12,12′……パターン判別器、13,13′……
パターン発生器、14,14′……第１パターン再生器、15,
15′……第２パターン再生器、16……第１パターン再現
器、17……第２パターン再現器、18,18′……相互相関
器、19,19′……ピークディテクター、20,20′……周期
算出器、21,21′……ずれ量検出器、 ……第１のマーク群、……第２のマーク群、ａ……
映像信号、ｂ……パターン信号、ｃ……マーク群，
の位置信号、ｄ……マーク群の信号、ｄ′……マーク
群の断面パータン、ｅ……マーク群の信号、ｅ′…
…マーク群の断面パターン、ｆ……マーク群の矩形
断面パターン、ｇ……マーク群の矩形断面パターン、
ｈ……相互相関係数、ｉ……偏差量、ｊ……オフセット
量、ｋ……マーク群の周期、ｌ……マーク群の周
期、P₁₀……マーク群開始位置、P₁₁……マーク群終
了位置、P₂₀……マーク群開始位置、P₂₁……マーク群
終了位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定線幅のマークを奇数個一定ピッチｊで
   特定方向に配列したマーク群を持つ第１のパターン
   と、一定線幅のマークを前記奇数個の一定ピッチｋ（ｊ
   ≠ｋ）で前記特定方向に配列したマーク群を持つ第２
   のパターンとを重ね合わせ作ったパターンより成る被検
   査物に光学系の焦点を合わせた光電変換素子と、該光電
   変換素子からの映像信号を蓄積するビデオメモリと、該
   ビデオメモリ上のパターンから前記第１のパターンのマ
   ーク群と第２のパターンのマーク群の位置を検出す
   るパターン判別器と、該パターン判別器からの前記マー
   ク群とマーク群の位置情報に従ってマーク群とマ
   ーク群のパターンを前記ビデオメモリから発生させる
   パターン発生器と、該パターン発生器からの前記マーク
   群のパターンと前記マーク群のパターンに対してマ
   ークＡ及びマークＢの線幅で前記パターン発生器からの
   前記マーク群と前記マーク群のパターンを再現する
   パターン再現器と、前記マーク群の再現パターンと前
   記マーク群の再現パターンの相関性を示す相関係数を
   前記マーク群の再現パターンに対して設定したオフセ
   ット量を持たせて発生させる相互相関器と、該相互相関
   器からの相互相関係数の最大値となる偏差量を算出する
   ピークディテクターと、前記マーク群の再現パターン
   と前記マーク群の再現パターンの周期を算出する周期
   算出器と、前記相互相関器に設定したオフセット量と前
   記ピークディテクターからの相互相関数の最大となる偏
   差量と前記周期算出器からの前記マーク群と前記マー
   ク群の周期より前記第１のパターンと前記第２のパタ
   ーンの前記特定方向へずれ量を算出するずれ量検出器と
   を含むことを特徴とする重ね合せ精度検査装置。