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JP3414975B2 - Position shift amount measuring device - Google Patents

Position shift amount measuring device

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Publication number
JP3414975B2
JP3414975B2 JP6922897A JP6922897A JP3414975B2 JP 3414975 B2 JP3414975 B2 JP 3414975B2 JP 6922897 A JP6922897 A JP 6922897A JP 6922897 A JP6922897 A JP 6922897A JP 3414975 B2 JP3414975 B2 JP 3414975B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slit
pattern
objective lens
deviation amount
detection signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP6922897A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10253320A (en
Inventor
高彦 鈴木
Original Assignee
日立電子エンジニアリング株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立電子エンジニアリング株式会社 filed Critical 日立電子エンジニアリング株式会社
Priority to JP6922897A priority Critical patent/JP3414975B2/en
Publication of JPH10253320A publication Critical patent/JPH10253320A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3414975B2 publication Critical patent/JP3414975B2/en
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、位置ずれ量測定
装置に関し、詳しくは、ウエハ上に形成された各種のパ
ターンの相互間の位置ずれ量、いわゆるレジストレーシ
ョンを測定する位置ずれ量測定装置において、アルミニ
ューム表面等の凹凸(グレイン)に影響されずに信頼性
の高いずれ量が測定できるようなレジストレーション測
定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positional deviation amount measuring device, and more particularly, to a positional deviation amount measuring device for measuring a positional deviation amount between various patterns formed on a wafer, that is, registration. The present invention relates to a registration measuring device capable of highly reliable measurement without being affected by irregularities (grains) on the surface of aluminum.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ICの製造においては、表面が平
滑なサブストレートのウエハに対して、各種のパターン
が形成される。これらのパターンは相互間の位置が正確
に形成されることが必要であって、既形成パターンと次
に形成するパターンとの間で、その相互間の位置ずれ
量、いわゆるレジストレーションが精密に測定されてい
る。例えば、ある半導体製造工程において、マスク等を
介して露光により形成されたレジストパターンに対して
その1つ前の工程ですでに下層に形成されている、エッ
チングされたパターンとの間の位置ずれ量がレジストレ
ーション測定装置(位置ずれ量測定装置)により高精度
に測定される。そして、ここでのずれ量があらかじめ設
定されている規定値を越えているときには、形成された
レジストパターンは、洗浄されて、再形成されることに
なる。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor ICs, various patterns are formed on a substrate wafer having a smooth surface. The positions of these patterns must be accurately formed, and the amount of misalignment between the already formed pattern and the pattern to be formed next, that is, registration, can be accurately measured. Has been done. For example, in a certain semiconductor manufacturing process, the amount of misalignment between a resist pattern formed by exposure through a mask or the like and an etched pattern that is already formed in the lower layer in the immediately preceding process. Is measured with high accuracy by a registration measuring device (positional shift amount measuring device). Then, when the deviation amount here exceeds the preset specified value, the formed resist pattern is cleaned and re-formed.

【0003】近年、16Mから64M、256Mと、D
RAMの記憶容量の飛躍的な増加に伴い、この位置ずれ
量の測定検査がますます重要となってきている。しか
も、露光により形成されたレジストパターンとその1つ
前の工程ですでに形成されている、エッチングされたパ
ターンとの位置ずれ量の管理値も小さくなり、高精度な
測定が要求される。
In recent years, 16M to 64M, 256M, D
With the dramatic increase in the storage capacity of RAM, the measurement and inspection of this displacement amount is becoming more and more important. In addition, the control value of the amount of positional deviation between the resist pattern formed by exposure and the etched pattern already formed in the preceding step is also small, and high-precision measurement is required.

【0004】図9(a)は、位置ずれ量を測定するため
に設けられたずれ量測定マークパターンの1つについ
て、あるプロセスにおけるウエハのX方向またはY方向
の断面の一例を示す。位置合わせマークパターンとして
は、例えば、まず、先にウエハ31の表面に酸化シリコ
ンのパターン32が適当なギャップLをなして1つ前の
工程で矩形枠に形成され、パターン32を覆ってウエハ
1の全面にアルミニュームの薄膜33が蒸着される。さ
らに、ギャップLの中心付近31に幅がdのフォトレジ
ストの矩形パターン34が現在の工程における露光によ
って形成される。測定装置の光学系によりこれらの表面
に対して落射照明光を照射して反射光を1ラインCCD
センサにより検出すると、(b)に示す信号波形がえら
れる。アルミニューム薄膜33は不透明であるためパタ
ーン32は検出されないが、そのエッジにより薄膜33
が湾曲しているので、湾曲部Kに対するピークpKが検
出されて、両ピーク間の距離L’が計測され、その中心
点m1の位置が求められる。 また、パターン34の両
側のエッジに対するピークprが検出されて両ピーク間
の距離d′が計測され、その中心点m2の位置が求めら
れる。そして、両中心点m1とm2の間隔δαがパターン
32に対するパターン34の位置ずれ量とされる。 な
お、図では省略してあるが、上記のウエハ1に対して反
応性イオンエッチング処理を行って、パターン34に対
応する薄膜33の部分を残留させてアルミニュームの配
線パターンを形成し、その位置ずれ量が上記と同様な方
法にて測定される。
FIG. 9A shows an example of a cross section of a wafer in an X direction or a Y direction in a certain process regarding one of the deviation amount measurement mark patterns provided for measuring the amount of positional deviation. As the alignment mark pattern, for example, first, a pattern 32 of silicon oxide is first formed on the surface of the wafer 31 with an appropriate gap L in a rectangular frame in the previous step, and the pattern 32 is covered to cover the wafer 1 A thin film 33 of aluminum is vapor-deposited on the entire surface of. Further, a rectangular pattern 34 of photoresist having a width d is formed near the center 31 of the gap L by exposure in the current process. The optical system of the measuring device irradiates these surfaces with epi-illumination light and reflects the reflected light into a 1-line CCD.
When detected by the sensor, the signal waveform shown in (b) is obtained. Since the aluminum thin film 33 is opaque, the pattern 32 is not detected, but the edge of the thin film 33 prevents the pattern 32 from being detected.
There therefore is curved, are detected peak p K is for bend K, measured the distance L 'between the two peaks, the position of the center point m 1 is obtained. Further, the peaks p r for both edges of the pattern 34 are detected, the distance d ′ between the both peaks is measured, and the position of the center point m 2 thereof is obtained. The distance δα between the center points m 1 and m 2 is the amount of positional deviation of the pattern 34 with respect to the pattern 32. Although not shown in the drawing, the above-mentioned wafer 1 is subjected to reactive ion etching to leave a portion of the thin film 33 corresponding to the pattern 34 to form an aluminum wiring pattern and its position. The shift amount is measured by the same method as above.

【0005】位置ずれ量δαなどの許容値は、ICの集
積度が増加するに伴ってますます小さくなり、例えば6
4メガにおいては80〜100nmとされ、これに対す
る測定精度は10nm以下が要求されている。それが2
56Mへと移行した場合には、この許容値は、さらに厳
しくなる。
The permissible values of the displacement amount δα become smaller and smaller as the integration degree of IC increases, and for example, 6
It is set to 80 to 100 nm at 4 mega, and the measurement accuracy for this is required to be 10 nm or less. It is 2
In the case of shifting to 56M, this allowable value becomes even tighter.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図9(a),(b)
は、枠の内側に設けられたずれ量測定マークパターンの
段差が高く、理想的な測定状態での測定波形である。実
際には、DRAMの記憶容量の増加に伴い、後述する図
3に示すように、枠内側のパターンの段差はより低くな
る。そのため、パターンのエッジはなまり、信号波形に
は各種のノイズが乗り、さらにウエハを含めて試料面自
体に凹凸があるのでその影響を受ける。この凹凸は、特
に、アルミニューム薄膜33などの金属表面に現れる不
規則な凹凸(以下グレイン)により発生し、それが反射
光として検出信号に重畳して現れてくる。そのために、
図9(b)の検出信号波形の平坦な信号部分(基準レベ
ル)にうねりを与え、かつノイズを生じさせる。その結
果、ピークにずれが生じ、あるいは疑似ピークが発生し
てその位置を正確に測定できない。しかも、対物レンズ
のフォーカス位置のずれに応じてその影響が大きく現
れ、フォーカスを正確に行わないと安定した測定値が得
られない問題がある。
Problems to be Solved by the Invention FIGS. 9 (a) and 9 (b)
Is a measurement waveform in an ideal measurement state where the deviation amount measurement mark pattern provided inside the frame has a large step. Actually, as the storage capacity of the DRAM increases, the step difference of the pattern inside the frame becomes lower as shown in FIG. 3 described later. Therefore, the edges of the pattern are rounded, various kinds of noise are added to the signal waveform, and the sample surface itself including the wafer has irregularities, which is affected. The irregularities are caused especially by irregular irregularities (hereinafter referred to as grains) appearing on a metal surface such as the aluminum thin film 33, and the irregularities appear as reflected light superimposed on the detection signal. for that reason,
The flat signal portion (reference level) of the detection signal waveform shown in FIG. 9B is undulated and noise is generated. As a result, a peak shift occurs or a pseudo peak occurs, and the position cannot be measured accurately. Moreover, the influence of the shift of the focus position of the objective lens significantly appears, and there is a problem that a stable measurement value cannot be obtained unless the focus is accurately performed.

【0007】このような問題を回避する1つの方策とし
て、コントラストを上げる対策が採られる。コントラス
トを向上させる単純な方法として対物レンズの瞳径と瞳
位置での光源像の径との比σ、すなわち、(瞳位置での
光源像の径/瞳径)の値σを小さくすることが行われ
る。なお、光源は、通常、円形のピンホールを介して対
物レンズに至り、テレセントリックな状態で落射照明
(ケーラー照明)でウエハに照射される。そのため、ウ
エハに対して垂直方向に検出光学系が配置される。この
場合、経験的にσは、σ=0.5〜0.6で最も安定し
た検出像が得られる。しかし、このσをさらに小さくし
てコントラストを上げる対策を採ると、同時にグレイン
の影響が大きくなり、本来のピークが検出し難くなる問
題が生じる。もちろん、σを大きく採れば、グレインの
影響を小さくすることができるが、その分、ピークレベ
ルも低下してノイズに影響され易くなる。この発明の目
的は、このような従来技術の問題点を解決するものであ
って、グレインの影響を抑えて高い精度で位置ずれ量を
測定することができる位置ずれ量測定装置を提供するこ
とにある。
As one measure to avoid such a problem, a measure for increasing the contrast is adopted. As a simple method for improving contrast, it is possible to reduce the ratio σ between the pupil diameter of the objective lens and the diameter of the light source image at the pupil position, that is, the value σ of (diameter of the light source image at the pupil position / pupil diameter). Done. The light source usually reaches the objective lens through a circular pinhole, and is illuminated in a telecentric manner onto the wafer by epi-illumination (Kohler illumination). Therefore, the detection optical system is arranged in the direction perpendicular to the wafer. In this case, empirically, when σ is σ = 0.5 to 0.6, the most stable detected image can be obtained. However, if a measure is taken to increase the contrast by further reducing σ, the influence of the grain becomes large at the same time, which causes a problem that the original peak becomes difficult to detect. Of course, if .sigma. Is large, the effect of grain can be reduced, but the peak level is correspondingly decreased and the effect of noise is increased. An object of the present invention is to solve such a problem of the conventional technique, and to provide a position deviation amount measuring device capable of measuring the position deviation amount with high accuracy while suppressing the influence of grains. is there.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の位置ずれ量測定装置の特徴は、光源
からの照射光を十字スリットを有する開口絞りを介して
対物レンズに導入して試料に落射照明を行う落射照明光
学系を有していて、対物レンズの瞳位置において十字の
一方のスリットがパターンに沿った方向の映像になり、
十字の他方のスリットがパターンと直角な方向の映像に
なる十字スリットであって、対物レンズの瞳径に対する
映像との比σにおいてσ=0.3以下に設定されるスリ
ットの幅とσ=0.6以上に設定されるスリット長さを
持つように選択され、複数のパターンと直角な方向に配
列された受光素子により検出信号を得るものである。
The feature of the position shift amount measuring apparatus of the present invention for achieving such an object is that the irradiation light from a light source is introduced into an objective lens through an aperture stop having a cross slit. Has an epi-illumination optical system that performs epi-illumination on the sample, and at the pupil position of the objective lens, one slit of the cross forms an image in the direction along the pattern,
The other slit of the cross is a cross slit which forms an image in a direction perpendicular to the pattern, and the width of the slit and σ = 0 set to σ = 0.3 or less in the ratio σ of the image to the pupil diameter of the objective lens. The detection signal is obtained by a light receiving element selected to have a slit length set to 6 or more and arranged in a direction perpendicular to a plurality of patterns.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】このように、比σについて十字ス
リットが対物レンズの瞳径に対する映像との比σにおい
てσ=0.3以下に設定されるスリットの幅とσ=0.
6以上に設定されるスリット長さを持つように選択され
ているので、パターンと直角に配置される受光素子との
関係において、パターンに直角な方向、言い換えれば、
複数の形成パターンに跨る方向ではσ=0.6より受光
素子からみてこれに沿った大きな横長スリットとなり、
パターンに沿った方向、言い換えれば、各パターンの方
向に対応するパターンの検出方向ではσ=0.3以下に
なる受光素子からみてこれと直角方向にある縦長スリッ
トとなる。これにより、パターン検出方向に対するパタ
ーン(エッジ)からの検出信号のコントラストを向上さ
せると同時に、検出方向に沿ってσがσ=0.6より大
きくなっていることでグレインの凹凸のコントラストを
低下させることができる。その結果、グレインによる検
出信号のノイズレベルを抑制し、良好なピーク値を持つ
検出信号を得ることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As described above, with respect to the ratio σ, the width of the slit in which the cross slit is set to σ = 0.3 or less in the ratio σ of the image to the pupil diameter of the objective lens and σ = 0.
Since the slit length is selected to be 6 or more, the direction perpendicular to the pattern, in other words, in the relationship between the pattern and the light receiving element arranged at a right angle, in other words,
In the direction over a plurality of formation patterns, σ = 0.6, so that a large horizontally long slit is formed along the slit when viewed from the light receiving element,
In the direction along the pattern, in other words, in the detection direction of the pattern corresponding to the direction of each pattern, it becomes a vertically long slit which is at a right angle to the light receiving element where σ = 0.3 or less. Thereby, the contrast of the detection signal from the pattern (edge) with respect to the pattern detection direction is improved, and at the same time, σ is larger than σ = 0.6 along the detection direction, so that the contrast of the unevenness of the grain is lowered. be able to. As a result, it is possible to suppress the noise level of the detection signal due to the grain and obtain a detection signal having a good peak value.

【0010】まず、図6,図7において、本願発明の原
理を説明する。(a)に示すのが、対物レンズの瞳径と
対物レンズの瞳位置における十字スリットのスリット像
との関係である。53aは、十字スリットの瞳位置での
スリット像であり、1aが対物レンズにおける瞳径(視
野)である。ただし、十字スリット像53aは、ここで
はσ=0.3以下に設定されるスリットの幅(σ=0.
006)とσ=0.6以上に設定されるスリット長さ
(σ=0.9)を持つように選択されているとする。な
お、CCDは、複数のパターンと直角な方向に配列され
た受光素子の一例であり、Dsは、このCCDの検出信
号である。(b)は、パターンに沿った方向だけの縦長
スリットを設けた場合のスリット像53bにおけるCC
Dによる検出信号Dsと、レジストレーションマークM
との関係であり、(c)は、パターンに直角な方向だけ
の横長スリットを設けた場合のスリット像53cにおけ
る検出信号Dsと、レジストレーションマークMとの関
係である。先に円形ピンホールの場合で説明したよう
に、(b)に示すパターンに沿った方向でσを小さく採
ったスリットでは、視野の範囲で得られる受光素子(C
CD)で検出される検出信号Dsのコントラストは向上
する。しかし、同時にグレインの影響を受けて、多数の
ピークも発生し、これがノイズになる。
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. Shown in (a) is the relationship between the pupil diameter of the objective lens and the slit image of the cross slit at the pupil position of the objective lens. 53a is a slit image at the pupil position of the cross slit, and 1a is the pupil diameter (field of view) in the objective lens. However, the cross slit image 53a has a slit width (σ = 0.
006) and a slit length (σ = 0.9) set to σ = 0.6 or more. The CCD is an example of a light receiving element arranged in a direction perpendicular to a plurality of patterns, and Ds is a detection signal of this CCD. (B) is a CC in the slit image 53b in the case where a vertically long slit is provided only in the direction along the pattern.
Detection signal Ds by D and registration mark M
And (c) is the relationship between the detection signal Ds in the slit image 53c and the registration mark M in the case where a horizontally long slit is provided only in the direction perpendicular to the pattern. As described above in the case of the circular pinhole, in the slit having a small σ in the direction along the pattern shown in (b), the light receiving element (C
The contrast of the detection signal Ds detected by (CD) is improved. However, at the same time, a large number of peaks are also generated due to the influence of grains, which becomes noise.

【0011】一方、(c)に示すパターンと直角な方向
でσを大きく採ったスリットでは、視野の範囲で得られ
る受光素子(CCD)で検出される検出信号Dsのコン
トラストは低下して検出信号もグレインからの平均化さ
れ、なまった波形になる。そして、(a)に示す十字ス
リットにすると、検出信号Dsは、(b)と(c)との
和になり、(b)の特性が優先的に現れ、グレインから
の信号は、横長スリット側の特徴が現れ、積分され平均
化されてコントラストが低下する。その理由は、次のよ
うなことで説明できる。
On the other hand, in the slit having a large σ in the direction perpendicular to the pattern shown in (c), the contrast of the detection signal Ds detected by the light receiving element (CCD) obtained in the field of view is lowered and the detection signal is decreased. Is also averaged from the grains, resulting in a distorted waveform. Then, when the cross slit shown in (a) is used, the detection signal Ds becomes the sum of (b) and (c), the characteristic of (b) appears preferentially, and the signal from the grain has a horizontal slit side. Appears and is integrated and averaged to reduce the contrast. The reason can be explained as follows.

【0012】図7は、その説明図である。1は対物レン
ズ、9はウエハであり、表面にはグレイン部分Gがあ
る。テレセントリックな関係では試料に対して本来平行
光であるはずであるが、図示するように横長スリットの
場合には、多方向から照明光が試料に照射されることに
なり、照射光の平行性が低減し、低コーヒレント光にな
る。しかも、グレインは、レジストレーションマークM
と異なり、図(c)に示すように、多数の凹凸であるの
で縦長のスリットのときより多くのグレインからの信号
が受ける。これは、横方向は、パターンに直角な方向で
あり、沿ったものではないので、それだけグレインから
の影響を多く受け易いからである。この点、縦方向は、
パターンに沿った方向となるので、横方向のグレインの
影響に比べて縦方向のグレインの影響は、パターンが存
在する分低減され、たとえ縦長スリが存在していたとし
ても、結果として横方向のグレインの影響を大きく受け
て積分された信号が得られると考えられる。一方、縦長
スリットは、パターンに沿っているので、パターンに対
しては、高コーヒレント光により照射される。そのた
め、パターンエッジについての検出信号は、高いコント
ラストが維持される。
FIG. 7 is an explanatory diagram thereof. Reference numeral 1 is an objective lens, 9 is a wafer, and a grain portion G is provided on the surface. In the telecentric relationship, the light should originally be parallel to the sample, but in the case of a horizontally long slit as shown in the figure, the illumination light is irradiated to the sample from multiple directions, and the parallelism of the irradiation light is Reduced to low coherent light. Moreover, the grain is the registration mark M.
Unlike FIG. 6 (c), since there are many irregularities, signals from more grains are received than in the case of a vertically long slit. This is because the lateral direction is perpendicular to the pattern and is not along the pattern, and thus is more susceptible to the grain. In this respect, the vertical direction is
Since the direction is along the pattern, the effect of the vertical grain is reduced as compared with the effect of the horizontal grain due to the existence of the pattern. It is considered that an integrated signal is obtained due to the influence of grain. On the other hand, since the vertically long slit is along the pattern, the pattern is irradiated with high coherent light. Therefore, the detection signal for the pattern edge maintains high contrast.

【0013】このような高,低コーヒレント光によりグ
レインからの信号を抑止し、パターンエッジを検出する
ことから、十字スリットの重心は、瞳の中心に来ること
が重要であり、好ましい。その理由は、瞳の中心に対し
てスリットの重心が一致していない場合には、照明光の
平均的な照射角度がウエハ面に対して垂直とならないか
らである。その結果、波形の対称性がくずれて正確な測
定値を得ることができなくなる。
Since the signal from the grain is suppressed and the pattern edge is detected by such high and low coherent light, it is important that the center of gravity of the cross slit is located at the center of the pupil, which is preferable. The reason is that, when the center of gravity of the slit does not coincide with the center of the pupil, the average irradiation angle of the illumination light is not perpendicular to the wafer surface. As a result, the symmetry of the waveform is broken and it becomes impossible to obtain an accurate measurement value.

【0014】図8は、十字スリットの幅と長さとの関係
におけるCCDの検出信号についての説明図であって、
(a)は、十字スリットの幅と長さの関係を示し、
(b)〜(d)は、それぞれ幅と長さを変えた場合のC
CDの検出信号の状態を示している。図8(a)に示す
ように、CCDに対して直角方向となる縦方向のスリッ
ト幅をσ=0.3とし、縦方向のスリット長さをσ=
0.6に固定し、CCDに対して平行となる横方向のス
リット幅をσ=Aとし、スリット長さをσ=Bとして、
これらA,Bを変化させたときのCCDの検出信号の状
態を実験により確認すると(b)〜(d)に示されるよ
うな結果になる。ここで、縦方向を固定として横方向の
スリット幅をσ=Aとし、スリット長さをσ=Bとして
変化させているのは、横方向の幅と長さの関係が検出信
号のコントラストの向上(横方向の幅)とグレインのコ
ントラスト低下(横方向の長さ)とに関係しているから
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the CCD detection signal in the relation between the width and the length of the cross slit,
(A) shows the relationship between the width and length of the cross slit,
(B) to (d) are C when the width and the length are changed.
The state of the detection signal of CD is shown. As shown in FIG. 8A, the vertical slit width perpendicular to the CCD is σ = 0.3, and the vertical slit length is σ =
Fixing to 0.6, the lateral slit width parallel to the CCD is σ = A, and the slit length is σ = B.
When the states of the CCD detection signals when these A and B are changed are confirmed by experiments, the results shown in (b) to (d) are obtained. Here, the vertical width is fixed while the horizontal slit width is σ = A, and the slit length is σ = B. The reason for this is that the relationship between the horizontal width and length improves the contrast of the detection signal. This is because it is related to the (width in the horizontal direction) and the decrease in contrast of the grain (length in the horizontal direction).

【0015】図8(b)に示されるように長さBをσ=
0.6に固定した場合には、幅Aについてはσ=0.4
でノイズレベルが増加して検出信号のコントラストが悪
くなる。これに対して幅Aがσ=0.3以上では良好な
検出信号が得られる。また、図8(c)に示されるよう
に幅Aをσ=0.3に固定した場合には、長さBについ
てはσ=0.5でノイズレベルが増加して検出信号のコ
ントラストが悪くなる。これに対して長さBがσ=0.
6以上では良好な検出信号が得られる。
As shown in FIG. 8B, the length B is σ =
When fixed at 0.6, σ = 0.4 for width A
The noise level increases and the contrast of the detection signal deteriorates. On the other hand, when the width A is σ = 0.3 or more, a good detection signal can be obtained. Further, when the width A is fixed to σ = 0.3 as shown in FIG. 8C, the noise level increases at σ = 0.5 for the length B and the contrast of the detection signal is poor. Become. On the other hand, the length B is σ = 0.
When it is 6 or more, a good detection signal can be obtained.

【0016】図8(d)は、幅Aと長さBとを同時に変
化させたときの検出信号とノイズとの状態を示してい
る。これにみるように、幅Aと長さBについては、幅A
についてσ=0.4、長さBについてσ=0.5では、
ノイズが大きくなって良好な検出信号を得ることは難し
い。前記したように、幅Aがσ=0.3以下であり、長
さBが0.6以上であると良好な検出信号が得られるこ
とが分かる。このように十字スリットの条件を比σにつ
いて対物レンズの瞳径に対する映像との比σにおいてσ
=0.3以下に設定されるスリットの幅とσ=0.6以
上に設定されるスリット長さを持つように選択すること
により、この十字スリットでは、3nm程度の検出が可能
である。この点、従来丸形のピンホールでは、段差が2
0nm程度が限界である。
FIG. 8 (d) shows the state of the detection signal and noise when the width A and the length B are changed at the same time. As you can see, for width A and length B, width A
For σ = 0.4 and for length B σ = 0.5,
It is difficult to obtain a good detection signal because the noise becomes large. As described above, it can be seen that a good detection signal can be obtained when the width A is σ = 0.3 or less and the length B is 0.6 or more. In this way, the condition of the cross slit is the ratio σ, and the ratio σ with the image to the pupil diameter of the objective lens
= 0.3 or less and σ = 0.6 or more, the cross slit can detect about 3 nm. In this respect, the conventional round pinhole has two steps.
The limit is about 0 nm.

【0017】なお、条件は、幅について以下の場合にゼ
ロも含まれてしまうが、これは、スリットである以上、
幅がゼロということはなく、選択された瞳径との関係で
最小値は設計に応じて選択されればよいものであって、
特定されるものではない。同様に、長さについて以上の
場合に無限大まで含まれてしまうが、これは、十字スリ
ットである以上、設計上からして自ずと上限があって、
これも選択された瞳径との関係で最大値は設計により選
択されればよいことである。
Incidentally, the condition includes zero when the width is as follows, but since this is a slit,
The width is not zero, and the minimum value should be selected according to the design in relation to the selected pupil diameter.
It is not specified. Similarly, in the case of the length above, infinity is included, but since this is a cross slit, there is an upper limit naturally from the design,
This also means that the maximum value may be selected by design in relation to the selected pupil diameter.

【0018】[0018]

【実施例】図1は、この発明の位置ずれ量測定装置を適
用した一実施例のレジストレーション測定装置の説明図
であり、図2は、そのスリットの形状の説明図、図3
は、ずれ量測定マークパターンと検出波形の説明図、図
4は、ずれ量測定マークパターンが形成されたウエハ上
のチップ位置の説明図、図5は、本願発明における十字
スリットと円形のピンホールとのばらつき量の説明図で
ある。100は、レジストレーション測定装置であっ
て、1は、落射照明を行い、ウエハ9からの反射光をC
CDリニアセンサ10とCCDリニアセンサ11に送る
対物レンズである。この対物レンズ1の中心に位置合わ
せされて、ハーフミラー2,リレーレンズ3,ハーフミ
ラー4,シリンドリカルレンズ5(X軸方向)、シリン
ドリカルレンズ6(Y軸方向)がそれぞれ設けられてい
る。なお、CCDリニアセンサ10とCCDリニアセン
サ11は、それぞれレジストレーション測定における位
置ずれ量を検出するために設けられたX方向,Y方向の
反射光を受光する検出器であって、制御回路20により
CCDリニアセンサ10,11のCCD駆動回路14を
介して駆動される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view of a registration measuring apparatus of an embodiment to which the position shift amount measuring apparatus of the present invention is applied, and FIG. 2 is an explanatory view of the shape of its slit, and FIG.
4A and 4B are explanatory views of the deviation amount measurement mark pattern and the detection waveform, FIG. 4 is an explanatory view of a chip position on the wafer on which the deviation amount measurement mark pattern is formed, and FIG. 5 is a cross slit and a circular pinhole in the present invention. It is explanatory drawing of the variation amount with. Reference numeral 100 denotes a registration measuring device, 1 denotes epi-illumination, and reflects light reflected from the wafer 9 by C
It is an objective lens to be sent to the CD linear sensor 10 and the CCD linear sensor 11. A half mirror 2, a relay lens 3, a half mirror 4, a cylindrical lens 5 (X-axis direction), and a cylindrical lens 6 (Y-axis direction) are provided in alignment with the center of the objective lens 1. The CCD linear sensor 10 and the CCD linear sensor 11 are detectors for receiving the reflected light in the X direction and the Y direction, respectively, which are provided for detecting the positional deviation amount in the registration measurement, and are controlled by the control circuit 20. It is driven via the CCD drive circuit 14 of the CCD linear sensors 10 and 11.

【0019】ここで、ハーフミラー2は、照明光学系5
0からの照射光を受けて対物レンズ1へと向かわせ、ウ
エハ9に対して落射照明を行う。ハーフミラー4は、X
方向とY方向との検出系にウエハ9からの反射光を分離
する。照明光学系50は、光源51の発光光を、光路の
途中に設けられた集光レンズ系52と、開口絞り53、
リレーレンズ54とを経てハーフミラー2に照射し、対
物レンズ1へと供給する。7は、ウエハチャック、8
は、ウエハチャック7をXYZ方向に移動させるXYZ
移動ステージ、9は、ウエハチャック7にチャックされ
たウエハである。
Here, the half mirror 2 is an illumination optical system 5.
The irradiation light from 0 is received and directed toward the objective lens 1 to perform epi-illumination on the wafer 9. Half mirror 4 is X
The reflected light from the wafer 9 is separated into the detection system of the direction and the Y direction. The illumination optical system 50 controls the light emitted from the light source 51 by a condenser lens system 52 provided in the middle of the optical path, an aperture stop 53,
The half mirror 2 is irradiated through the relay lens 54 and supplied to the objective lens 1. 7 is a wafer chuck, 8
Is an XYZ for moving the wafer chuck 7 in the XYZ directions.
The moving stage 9 is a wafer chucked by the wafer chuck 7.

【0020】なお、ウエハ9には、図3に示すずれ量測
定マークパターンが各チップの4隅A=NO.1〜NO.4,…
E=NO.17〜NO.20(図4参照)に形成されたチップA,
B,C,D,Eの各チップを有している。ずれ量測定マ
ークパターンは、図3(a)に示すように、ここでは、
二重の矩形枠からなる。そのうち内側枠が1つ前の工程
(シリコン基板層27)ですでに形成されている基準層
マークパターン(基準層パターン24)であり、外側枠
が現在の工程で生成された合わせ層マークパターン(合
わせ層パターン25)である。(b)はそのX方向の断
面図であり、(c)がその検出信号波形である。
On the wafer 9, the deviation amount measurement mark pattern shown in FIG. 3 has four corners A of each chip A = NO.1 to NO.4 ,.
E = chip A formed in NO.17 to NO.20 (see FIG. 4),
It has B, C, D and E chips. As shown in FIG. 3A, the deviation amount measurement mark pattern is
It consists of a double rectangular frame. The inner frame is the reference layer mark pattern (reference layer pattern 24) already formed in the preceding process (silicon substrate layer 27), and the outer frame is the alignment layer mark pattern (generated in the current process). It is a laminated layer pattern 25). (B) is a sectional view in the X direction, and (c) is a detection signal waveform thereof.

【0021】図中、23は、層間絶縁膜であり、26が
アルミニューム配線層である。そして、28は湾曲によ
り盛り上がったアルミニューム配線層の部分である。も
ちろん、合わせ層パターン25は、レジストにより形成
されたものである。(c)に示す波形は、CCDリニア
センサ10(Y方向の場合にはCCDリニアセンサ1
1)により得られるものであり、それがA/D変換回路
(A/D)15を介して制御装置20に入力される。信
号波形のうち25aが合わせ層パターン25により発生
するピーク信号、24aが基準層パターン24により発
生するピーク信号、28aがアルミニューム配線層の凹
凸等により発生するノイズ成分である。なお、図9
(b)の信号に対してここでの検出信号のレベルが低下
しているのは、64M、256M等、より高密度なDR
AMに対応するような段差の低いマークのものであるか
らである。
In the figure, 23 is an interlayer insulating film, and 26 is an aluminum wiring layer. 28 is a portion of the aluminum wiring layer which is raised due to the bending. Of course, the alignment layer pattern 25 is formed of a resist. The waveform shown in (c) shows the CCD linear sensor 10 (or CCD linear sensor 1 in the Y direction).
1), which is input to the control device 20 via the A / D conversion circuit (A / D) 15. In the signal waveform, 25a is a peak signal generated by the matching layer pattern 25, 24a is a peak signal generated by the reference layer pattern 24, and 28a is a noise component generated by unevenness of the aluminum wiring layer. Note that FIG.
The level of the detection signal here is lower than that of the signal of (b) because DR of higher density such as 64M and 256M.
This is because the mark has a low step difference corresponding to AM.

【0022】さて、図1において、A/D15は、制御
装置20により制御されてCCDリニアセンサ10,1
1の検出信号をデジタル化して制御装置20に送出す
る。制御装置20は、画像メモリ16、デジタルシグナ
ルプロセッサ(DSP)17、フォーカスコントローラ
18、MPU19、そしてメモリ21等で構成され、バ
ス22を介してMPU19と画像メモリ16、DSP1
7、フォーカスコントローラ18、メモリ21等が相互
に接続されている。A/D15は、CCDリニアセンサ
10,11からの検出信号を受け、所定のサンプリング
周期でA/D変換したデータを画像メモリ16に送出す
る。画像メモリ16は、A/D15からのデータを順次
記憶する。
Now, referring to FIG. 1, the A / D 15 is controlled by the control unit 20 to control the CCD linear sensors 10, 1.
The detection signal of 1 is digitized and sent to the control device 20. The control device 20 includes an image memory 16, a digital signal processor (DSP) 17, a focus controller 18, an MPU 19, a memory 21 and the like, and the MPU 19 and the image memory 16 and the DSP 1 via a bus 22.
7, the focus controller 18, the memory 21 and the like are connected to each other. The A / D 15 receives the detection signals from the CCD linear sensors 10 and 11 and sends out the A / D converted data to the image memory 16 at a predetermined sampling cycle. The image memory 16 sequentially stores the data from the A / D 15.

【0023】DSP17は、MPU19に制御されて画
像メモリ16のデジタルデータを受けてこれからずれ量
ΔX(ΔY)を高速に算出して、算出結果をMPU19
に送出する。これは、ずれ量算出専用のプロセッサであ
る。なお、ΔXは、図9で説明したX方向の間隔δαに
対応し、ΔYは、図9で説明したY方向の間隔δαに対
応している。DSP17のずれ量ΔX(ΔY)の処理と
しては、前記の検出された各ピークの画素位置を検出
し、このピーク画素位置から図5で先に説明したよう
に、まず、X方向のCCDリニアセンサ10からの信号
をA/D15から受けて基準層パターン24の両ピーク
間の距離L′を計測して、その中心点m1の位置を求め
る。また、合わせ層パターン25の両側のエッジに対す
るピークprが検出されて両ピーク間の距離d′を計測
して、その中心点m2の位置を求め、両中心点m1とm2
の間隔δαとして合わせ層マークパターン25の位置の
X方向のずれ量ΔXを算出する。次に、DSP17は、
Y方向のCCDリニアセンサ11からの信号をA/D1
5から受けて同様な合わせ層マークパターン25の位置
のずれ量ΔYを算出する。このようにして算出したずれ
量ΔX(ΔY)をMPU19にバス22を介して送出す
る。
The DSP 17 is controlled by the MPU 19 to receive the digital data of the image memory 16 and calculate a deviation amount ΔX (ΔY) from the digital data at high speed.
Send to. This is a processor dedicated to calculating the amount of deviation. Note that ΔX corresponds to the interval δα in the X direction described in FIG. 9, and ΔY corresponds to the interval δα in the Y direction described in FIG. 9. As the processing of the deviation amount ΔX (ΔY) of the DSP 17, the pixel position of each of the detected peaks is detected, and as described earlier with reference to FIG. 5, the CCD linear sensor in the X direction is detected from the peak pixel position. The signal from 10 is received from the A / D 15 and the distance L'between both peaks of the reference layer pattern 24 is measured to obtain the position of the center point m 1 . Further, the peaks p r for both edges of the matching layer pattern 25 are detected, the distance d ′ between both peaks is measured, the position of the center point m 2 thereof is determined, and both center points m 1 and m 2 are obtained.
The amount of deviation ΔX in the X direction of the position of the alignment layer mark pattern 25 is calculated as the interval δα. Next, the DSP 17
A / D1 signals from the CCD linear sensor 11 in the Y direction
5, the positional deviation amount ΔY of the similar alignment layer mark pattern 25 is calculated. The shift amount ΔX (ΔY) calculated in this way is sent to the MPU 19 via the bus 22.

【0024】フォーカスコントローラ18は、MPU1
9に制御されてCCDリニアセンサ10,11、A/D
15、画像メモリ16を制御し、画像メモリ16からの
データを受けてMPU19を介してXYZ移動ステージ
8をZ方向に移動させて焦点合わせを行う。メモリ21
には、レジストレーション測定プログラム21aと位置
ずれ量判定プログラム21b等が設けられている。23
は、制御装置20からの制御信号に応じてXYZ移動ス
テージ8をX,Y,Zの方向に移動させる駆動信号をX
YZ移動ステージ8に送出するステージ駆動回路であ
る。
The focus controller 18 is the MPU 1
CCD linear sensor 10, 11, A / D controlled by 9
15. The image memory 16 is controlled to receive data from the image memory 16 and move the XYZ moving stage 8 in the Z direction via the MPU 19 to perform focusing. Memory 21
A registration measurement program 21a, a positional deviation amount determination program 21b, and the like are provided in. 23
Is a drive signal for moving the XYZ moving stage 8 in the X, Y, Z directions in accordance with a control signal from the control device 20.
It is a stage drive circuit for sending to the YZ moving stage 8.

【0025】さて、前記のレジストレーション測定プロ
グラム21aは、MPU19がこれを実行することでC
CDセンサから検出信号を取込む処理をして画像メモリ
16に記憶された、A/D変換されたパターンからの反
射光についての検出データ(検出信号の電圧値)を読出
して取込み、このデータに対して微分処理をしてウエハ
9に形成されたパターンのエッジ部分の信号(ここでは
一方のエッジからの反射光受光信号)に対応するピーク
を微分処理することにより求めて、フォーカスコントロ
ーラ18を制御して最適なフォーカス状態に対物レンズ
1の距離を設定する。次に基準層パターン24と合わせ
層マークパターン25の検出信号を画像メモリ16に取
込み、さらに反射光についてデータをDSP17を駆動
して取込み、ずれ量ΔX(ΔY)を受けてメモリ21の
所定領域に各チップの4隅の各ずれ量測定マークパター
ンA=NO.1〜NO.4,…E=NO.17〜NO.20(図4参照)対
応にそれぞれ記憶していく。そして、位置ずれ量判定プ
ログラム21bをコールする。位置ずれ量判定プログラ
ム21bは、ずれ量ΔX(ΔY)を所定の基準値と比較
して各ずれ量測定マークパターンNO.1〜NO.20における
合わせ層マークパターン25ごとに位置ずれ量が規定の
範囲内にあるか否かの判定処理を行っていき、ずれ量と
判定結果とをディスプレイに表示する処理をする。
Now, the registration measurement program 21a is executed by the MPU 19 to execute C
The detection data (voltage value of the detection signal) regarding the reflected light from the A / D converted pattern, which is stored in the image memory 16 by performing the processing of fetching the detection signal from the CD sensor, is read and fetched. On the other hand, the focus controller 18 is controlled by differentiating the peak corresponding to the signal of the edge portion of the pattern formed on the wafer 9 (here, the reflected light reception signal from one edge). Then, the distance of the objective lens 1 is set to the optimum focus state. Next, the detection signals of the reference layer pattern 24 and the alignment layer mark pattern 25 are taken into the image memory 16, and the data of the reflected light is taken in by driving the DSP 17, and the deviation amount ΔX (ΔY) is received and a predetermined area of the memory 21 is received. The displacement amount measurement mark patterns at the four corners of each chip are stored in correspondence with A = NO.1 to NO.4, ... E = NO.17 to NO.20 (see FIG. 4). Then, the position shift amount determination program 21b is called. The misregistration amount determination program 21b compares the misregistration amount ΔX (ΔY) with a predetermined reference value to determine the misregistration amount for each matching layer mark pattern 25 in each of the misalignment amount measurement mark patterns NO.1 to NO.20. A process of determining whether or not it is within the range is performed, and a process of displaying the shift amount and the determination result on the display is performed.

【0026】図2(a)は、開口絞り53の十字スリッ
トの形状の説明図である。ここでは、先に図6,図7で
説明したように、対物レンズの瞳径1aとその瞳位置に
おける開口絞り53の像の幅の比σについて、スリット
幅は、σ=0.3以下に設定され、スリット長さは、σ
=0.6以上に設定されている。例えば、両端の2つの
検出信号のピーク値をX方向に沿って得る場合(X軸の
ずれ量測定)では、X方向のσがσ=0.6以上とな
り、Y方向のσがσ=0.3以下となる。これによりX
軸の検出信号のコントラストを向上させ、グレインによ
る基準レベルの変動を抑止することができる。また、両
端の2つの検出信号のピーク値をY方向に沿って得る場
合(Y軸のずれ量測定)では、Y方向のσがσ=0.6
以上となり、X方向のσがσ=0.3以下となる。これ
によりY軸の検出信号のコントラストを向上させ、グレ
インによる基準レベルの変動を抑止することができる。
これによりグレインの凹凸に影響を受け難いピーク信号
をX,Yそれぞれの方向で検出信号として得る。
FIG. 2A is an explanatory view of the shape of the cross slit of the aperture stop 53. Here, as described above with reference to FIGS. 6 and 7, the slit width is σ = 0.3 or less with respect to the ratio σ between the pupil diameter 1a of the objective lens and the image width of the aperture stop 53 at the pupil position. Is set and the slit length is σ
= 0.6 or more. For example, when the peak values of the two detection signals at both ends are obtained along the X direction (X axis deviation amount measurement), σ in the X direction is σ = 0.6 or more, and σ in the Y direction is σ = 0. It becomes less than or equal to 3. This makes X
It is possible to improve the contrast of the detection signal of the axis and suppress the fluctuation of the reference level due to the grain. Further, when the peak values of the two detection signals at both ends are obtained along the Y direction (measurement of the deviation amount of the Y axis), σ in the Y direction is σ = 0.6.
As described above, σ in the X direction is σ = 0.3 or less. As a result, the contrast of the Y-axis detection signal can be improved and the fluctuation of the reference level due to the grain can be suppressed.
As a result, a peak signal that is less likely to be affected by grain irregularities is obtained as a detection signal in each of the X and Y directions.

【0027】図2(a)に示す十字スリットは、これを
実現したものであって、そのスリット幅が86μmであ
り、X方向およびY方向のスリット長さが約1300μ
mである。そして対物レンズ1の瞳径1a(図1,図2
参照)が1.4mmである。計算上のσは、前記の幅と
長さと瞳径とから算出可能であり、X方向およびY方向
のピーク値の信号に対してパターンに沿った方向のσ値
はσ=0.06であり、2つのピーク値(X方向は、図
3(c)のピーク信号25a,25aに相当)が発生す
るパターンに直角な方向に沿ったσ値は、σ=0.93
である。したがって、この例では、検出信号を採取する
方向において、これに直交する方向の比σに対して平行
する方向の比σはほぼ15倍程度になる。
The cross slit shown in FIG. 2 (a) realizes this and has a slit width of 86 μm and a slit length in the X and Y directions of about 1300 μm.
m. Then, the pupil diameter 1a of the objective lens 1 (see FIGS.
(See) is 1.4 mm. The calculated σ can be calculated from the width, the length, and the pupil diameter, and the σ value in the direction along the pattern with respect to the peak value signals in the X direction and the Y direction is σ = 0.06. The σ value along the direction perpendicular to the pattern in which two peak values (X direction corresponds to the peak signals 25a, 25a in FIG. 3C) is σ = 0.93.
Is. Therefore, in this example, in the direction in which the detection signal is sampled, the ratio σ in the direction parallel to the ratio σ in the direction orthogonal thereto is about 15 times.

【0028】前記の条件における効果を説明するために
各種の実験を行ったが、その一例として、図2(a)に
示す十字スリットの効果について図5の表において説明
する。図5は、対物レンズの瞳径が1.4mmにおい
て、前記のスリット幅86μm、X方向およびY方向の
長さが1300μmの十字スリットと、従来の比σ=
0.5のピンホールとを統計学上の3σを算出して計測
上のばらつきを比較したものである。なお、ピンホール
の場合には、ウエハに対するフォーカス位置を最適にし
た場合の測定値により算出されたものである。この点、
十字スリットの場合には、焦点深度が深くなり、フォー
カス位置が多少ずれても測定結果のばらつきがあまり影
響を受けないことが確認されている。
Various experiments were conducted in order to explain the effect under the above conditions. As an example, the effect of the cross slit shown in FIG. 2A will be described in the table of FIG. FIG. 5 shows a cross slit having a slit width of 86 μm and a length in the X and Y directions of 1300 μm when the pupil diameter of the objective lens is 1.4 mm, and the conventional ratio σ =
The statistical variation 3σ is calculated for a pinhole of 0.5 and the variation in measurement is compared. In the case of a pinhole, it is calculated from the measured values when the focus position on the wafer is optimized. In this respect,
In the case of the cross slit, it has been confirmed that the depth of focus becomes deep, and even if the focus position is slightly shifted, the variation in the measurement result is not significantly affected.

【0029】この表に示されるように、同一ポイントの
3σは、ピンホールの場合に比べてばらつきが少なく、
安定した測定値が得られる。なお、同一ポイント法の3
σは、図4に示すA,B,C,D,Eのチップについて
1ポイントごとにn回繰り返し測定し、ずれ量のばらつ
きを3σで表現した値である、ダイナミック法の3σ
は、各チップの4ポイントごとに、2回の測定を行い、
NO.1〜NO.20について、1回目の測定値−2回目の測定
値を算出して、全ポイントについて3σを算出すること
で求めたものである。
As shown in this table, 3σ at the same point has less variation as compared with the case of a pinhole,
Stable measured values are obtained. In addition, 3 of the same point method
σ is a value obtained by repeatedly measuring the points A, B, C, D, and E shown in FIG. 4 n times for each point, and expressing the variation of the deviation amount by 3σ, which is 3σ in the dynamic method.
Makes two measurements for every 4 points on each chip,
For NO.1 to NO.20, the first measurement value-the second measurement value is calculated, and 3 [sigma] is calculated for all points.

【0030】先の限界値である比σ=0.3以下と比σ
=0.6以上については、スリット幅と長さの組合わせ
によるものであり、両者には相関関係がある。そこで、
ピンホールよりも良好な結果として実験により得た結果
が比σ=0.3以下と比σ=0.6以上である。すなわ
ち、2つのピーク値の信号を得る方向に沿ったσ値を比
σ=0.3以下とし、2つのピーク値を得る方向と直角
方向のσ値を比σ=0.6以上とする条件としたもので
ある。ただし、実験結果によれば、好ましい実施例とし
ては、2つのピーク信号を得る方向に対してこれと直角
方向のσ値が比σ=0.1以下がよい。
The above limit value ratio σ = 0.3 or less and the ratio σ
= 0.6 or more is due to the combination of the slit width and the length, and there is a correlation between them. Therefore,
As a result better than the pinhole, the results obtained by the experiment are ratio σ = 0.3 or less and ratio σ = 0.6 or more. That is, the condition that the σ value along the direction of obtaining the two peak value signals is the ratio σ = 0.3 or less and the σ value in the direction orthogonal to the direction of obtaining the two peak values is the ratio σ = 0.6 or more. It is what However, according to the experimental results, as a preferred embodiment, it is preferable that the σ value in the direction perpendicular to the direction in which the two peak signals are obtained has a ratio σ = 0.1 or less.

【0031】図2(b)は、十字スリットに換えて、比
σ=0.3以下の点光源を2つのピーク値が発生する方
向に直角配列して実質的にこの方向のσ値を0.6以上
に設定した開口絞り52の例である。なお、いずれの場
合も十字スリットの重心位置は、瞳の中心に一致させる
ことが重要である。先に説明したように、瞳の中心に対
してスリットの重心が一致していない場合は、照明光の
平均的な照射角度がウエハ面に対して垂直とならないた
めに、波形の対称性がくずれて正確な測定値を得ること
ができなくなるからである。
In FIG. 2B, instead of the cross slit, point light sources having a ratio σ = 0.3 or less are arranged at right angles to the directions in which two peak values occur, and the σ value in this direction is substantially 0. It is an example of the aperture stop 52 set to 0.6 or more. In any case, it is important that the position of the center of gravity of the cross slit is aligned with the center of the pupil. As described above, when the center of gravity of the slit does not coincide with the center of the pupil, the average irradiation angle of the illumination light is not perpendicular to the wafer surface, so the symmetry of the waveform is broken. This makes it impossible to obtain accurate measured values.

【0032】以上説明してきたが、実施例では、X方向
とY方向のスリット幅は、同一のものとして説明してい
るが、比σ=0.3以下という条件を満たす限り、両者
の幅は異なっていてもよい。ところで、この発明では、
パターンエッジに対しては、σの値が小さいほど、高い
コントラストが得られ、グレインからの影響は、σを大
きく採ればよいので、スリット幅を小さく採り、かつ、
スリット長さを大きくすれは、デフォーカス状態でパタ
ーンエッジについて良好な検出信号を得ることができ、
このときにはグレインからの検出信号はさらに抑制され
て、その影響をより抑えることが可能である。
As described above, in the embodiments, the slit widths in the X and Y directions are the same, but as long as the condition of the ratio σ = 0.3 or less is satisfied, the widths of both slits are set to the same value. It may be different. By the way, in this invention,
With respect to the pattern edge, the smaller the value of σ, the higher the contrast is obtained, and the influence from the grain is that σ can be set large. Therefore, the slit width can be set small, and
If the slit length is increased, a good detection signal can be obtained for the pattern edge in the defocused state.
At this time, the detection signal from the grain is further suppressed, and its influence can be further suppressed.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したようなこの発明によれば、
比σについて十字スリットが対物レンズの瞳径に対する
映像との比σにおいてσ=0.3以下に設定されるスリ
ットの幅とσ=0.6以上に設定されるスリット長さを
持つように選択されているので、パターンに直角な方
向、言い換えれば、複数の形成パターンに跨る方向では
σ=0.6より大きな横長スリットとなり、パターンに
沿った方向、言い換えれば、各パターンの方向に対応す
るパターンの検出方向ではσ=0.3以下になる縦長ス
リットとなり、パターン検出方向に対する検出信号のコ
ントラストを向上させると同時に、パターンに直角な複
数のパターンの信号を同時に得る距離に亙る検出方向に
沿ってσがσ=0.6より大きくなっていることでグレ
インの凹凸のコントラストを低下させることができる。
これによりグレインによる検出信号のノイズレベルを抑
制することができる。その結果、良好なピーク値を持つ
検出信号を得ることができる。
According to the present invention as described above,
Regarding the ratio σ, the cross slit is selected so as to have the slit width set to σ = 0.3 or less and the slit length set to σ = 0.6 or more in the ratio σ of the image to the pupil diameter of the objective lens. Therefore, in the direction orthogonal to the pattern, in other words, in the direction straddling a plurality of formation patterns, a horizontally long slit larger than σ = 0.6 is formed, and the pattern corresponds to the direction along the pattern, in other words, the direction of each pattern. In the detection direction of σ = 0.3 or less, the slit becomes a vertically long slit, which improves the contrast of the detection signal with respect to the pattern detection direction, and at the same time, along the detection direction over the distance at which signals of a plurality of patterns perpendicular to the pattern are simultaneously obtained. When σ is larger than σ = 0.6, it is possible to reduce the contrast of the unevenness of the grains.
Thereby, the noise level of the detection signal due to the grain can be suppressed. As a result, a detection signal having a good peak value can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、この発明の位置ずれ量測定装置を適用
した一実施例のレジストレーション測定装置の説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a registration measuring device according to an embodiment to which a position shift amount measuring device of the present invention is applied.

【図2】図2は、そのスリットの形状の説明図であり、
(a)は、その十字スリット、(b)は、その他スリッ
トの変形例の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of the shape of the slit,
(A) is an explanatory view of the cross slit, (b) is a modification of other slits.

【図3】図3は、ずれ量測定マークパターンと検出波形
の説明図であって、(a)は、その矩形枠の形態の説明
図、(b)は、その断面図であり、(c)は、その検出
信号波形である。
3A and 3B are explanatory diagrams of a deviation amount measurement mark pattern and a detection waveform, FIG. 3A is an explanatory diagram of a form of a rectangular frame, FIG. 3B is a sectional view thereof, and FIG. ) Is the detection signal waveform.

【図4】図4は、ずれ量測定マークパターンが形成され
たウエハ上のチップ位置の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a chip position on a wafer on which a deviation amount measurement mark pattern is formed.

【図5】図5は、本願発明における十字スリットとピン
ホールとのばらつき量の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a variation amount between a cross slit and a pinhole in the present invention.

【図6】図6は、十字スリットとレジストレーションマ
ークパターンとの関係の説明図であって、(a)は、十
字スリットと検出信号との関係の説明図、(b)は、そ
のパターンに沿った方向の縦長スリットと検出信号との
関係の説明図、(c)は、そのパターンに直角な方向の
横長スリットと検出信号との関係の説明図である。
6A and 6B are explanatory views of a relationship between a cross slit and a registration mark pattern, FIG. 6A is an explanatory view of a relationship between the cross slit and a detection signal, and FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of a relationship between a vertically elongated slit and a detection signal in the direction along the line, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a relationship between a horizontally elongated slit and a detection signal in a direction perpendicular to the pattern.

【図7】図7は、グレインからの反射状態と十字スリッ
トとの関係の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a relationship between a reflection state from a grain and a cross slit.

【図8】図8は、十字スリットの幅と長さとの関係にお
けるCCDの検出信号についての説明図であって、
(a)は、十字スリットの幅と長さの関係を示す図、
(b)〜(d)は、それぞれ幅と長さを変えた場合のC
CDの検出信号の状態を示す図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a CCD detection signal in the relationship between the width and the length of a cross slit,
(A) is a figure which shows the width of a cross slit, and the relationship of length,
(B) to (d) are C when the width and the length are changed.
It is a figure which shows the state of the detection signal of CD.

【図9】図9は、位置ずれ量を測定するために設けられ
たずれ量測定マークパターンの1つについてあるプロセ
スにおける、ウエハのX方向またはY方向の断面の一例
の説明図であり、(a)は、マークパターンの断面図、
(b)は、その検出信号の波形図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of a cross section of the wafer in the X direction or the Y direction in a process regarding one of the deviation amount measurement mark patterns provided for measuring the positional deviation amount; a) is a cross-sectional view of the mark pattern,
(B) is a waveform diagram of the detection signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…対物レンズ、2…ハーフミラー、1a…対物レンズ
の瞳 3…リレーレンズ、4…ハーフミラー、5,6…シリン
ドリカルレンズ、50…照明光学系、7…ウエハチャッ
ク、8…XYZ移動ステージ、9…ウエハ、10,11
…CCDリニアセンサ、14…CCD駆動回路、15…
A/D変換回路(A/D)、16…画像メモリ、17…
高速数値演算プロセッサ(DSP)、18…フォーカス
コントローラ、19…MPU、20…制御装置、21…
メモリ、22…バス、21a…レジストレーション測定
プログラム、21b…位置ずれ量判定プログラム、23
…ステージ駆動回路、50…照明光学系、51…光源、
52…集光レンズ系、53…開口絞り、54…リレーレ
ンズ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Objective lens, 2 ... Half mirror, 1a ... Pupil of objective lens 3 ... Relay lens, 4 ... Half mirror, 5,6 ... Cylindrical lens, 50 ... Illumination optical system, 7 ... Wafer chuck, 8 ... XYZ moving stage, 9 ... Wafer, 10, 11
... CCD linear sensor, 14 ... CCD drive circuit, 15 ...
A / D conversion circuit (A / D), 16 ... Image memory, 17 ...
High-speed numerical processor (DSP), 18 ... Focus controller, 19 ... MPU, 20 ... Control device, 21 ...
Memory, 22 ... Bus, 21a ... Registration measurement program, 21b ... Position deviation amount determination program, 23
... Stage drive circuit, 50 ... Illumination optical system, 51 ... Light source,
52 ... Condensing lens system, 53 ... Aperture stop, 54 ... Relay lens.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】落射照明光学系の対物レンズを介して試料
に落射照明を行い、前記対物レンズを介して所定距離離
れて前記試料に形成された複数のパターンからの反射光
を受光して得られる検出信号に基づいて位置ずれ量を測
定する位置ずれ量測定装置において、 光源からの照射光を十字スリットを有する開口絞りを介
して前記対物レンズに導入して前記試料に落射照明を行
う前記落射照明光学系を有し、前記十字スリットは、前
記対物レンズの瞳位置において十字の一方のスリットが
前記パターンに沿った方向の映像になり、前記十字の他
方のスリットが前記パターンと直角な方向の映像になる
ものであって、前記対物レンズの瞳径に対する前記映像
との比σにおいてσ=0.3以下に設定されるスリット
の幅とσ=0.6以上に設定されるスリット長さを持つ
ように選択され、前記複数のパターンと直角な方向に配
列された受光素子により前記検出信号を得る位置ずれ量
測定装置。
1. A sample is obtained by performing epi-illumination through an objective lens of an epi-illumination optical system and receiving reflected light from a plurality of patterns formed on the sample at a predetermined distance through the objective lens. A position deviation amount measuring device for measuring a position deviation amount based on a detected signal, wherein the irradiation light from a light source is introduced into the objective lens through an aperture stop having a cross slit to perform epi-illumination on the sample. The cross slit has an illumination optical system, and at the pupil position of the objective lens, one slit of the cross forms an image in a direction along the pattern, and the other slit of the cross forms a direction perpendicular to the pattern. In the ratio σ of the image to the pupil diameter of the objective lens, the slit width is set to σ = 0.3 or less and the slit width is set to σ = 0.6 or more. A positional deviation amount measuring device which obtains the detection signal by a light receiving element selected to have a lit length and arranged in a direction perpendicular to the plurality of patterns.
【請求項2】前記試料はウエハであり、前記スリット幅
は、σ=0.1以下であり、前記十字スリットの重心が
前記瞳位置の中心になるように設定され、前記複数のパ
ターンは、前記ウエハ上に形成されたレジストレーショ
ン測定用のマークパターンであり、受光素子は、リニア
イメージセンサである請求項1記載の位置ずれ量測定装
置。
2. The sample is a wafer, the slit width is σ = 0.1 or less, and the center of gravity of the cross slit is set to be the center of the pupil position. The position shift amount measuring device according to claim 1, wherein the mark pattern is a mark pattern for registration measurement formed on the wafer, and the light receiving element is a linear image sensor.
【請求項3】複数のパターンは、前記受光素子の配列方
向に直角な辺と平行な辺をもつ矩形のパターンであり、
前記直角な辺の方向と前記平行な辺の方向の2方向にお
ける位置ずれ量が測定される請求項1記載の位置ずれ量
測定装置。
3. The plurality of patterns are rectangular patterns each having a side parallel to a direction perpendicular to the arrangement direction of the light receiving elements,
The positional deviation amount measuring device according to claim 1, wherein the positional deviation amount is measured in two directions, that is, the direction of the right side and the direction of the parallel side.
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