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JP4599893B2 - Misalignment detection method - Google Patents

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JP4599893B2 JP2004161611A JP2004161611A JP4599893B2 JP 4599893 B2 JP4599893 B2 JP 4599893B2 JP 2004161611 A JP2004161611 A JP 2004161611A JP 2004161611 A JP2004161611 A JP 2004161611A JP 4599893 B2 JP4599893 B2 JP 4599893B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

本発明は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程におけるパターンの位置ずれ検出に用いられる位置ずれ検出用マークおよび位置ずれ検出方法に関し、特に、基板の異なる層に形成されたパターンの重ね合わせ検査に好適な位置ずれ検出用マークおよび位置ずれ検出方法に関する。   The present invention relates to a misregistration detection mark and a misregistration detection method used for pattern misregistration detection in a manufacturing process of a semiconductor element or a liquid crystal display element, and more particularly to overlay inspection of patterns formed on different layers of a substrate. The present invention relates to a preferred misalignment detection mark and misalignment detection method.

半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知の露光工程と現像工程とを経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、上記のパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板(半導体ウエハや液晶基板)の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。   In manufacturing processes such as semiconductor elements and liquid crystal display elements, a circuit pattern is transferred to a resist layer through a known exposure process and development process, and a predetermined material is obtained by performing processing such as etching through the resist pattern. A circuit pattern is transferred onto the film (pattern formation step). Then, by repeating the above pattern formation process many times, circuit patterns of various material films are stacked on a substrate (semiconductor wafer or liquid crystal substrate), and a circuit of a semiconductor element or a liquid crystal display element is formed. The

さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため(製品の歩留まり向上を図るため)、各々のパターン形成工程のうち、現像工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの位置ずれ検出を行っている。これは、1つ前のパターン形成工程で形成された下地層の回路パターン(以下「下地パターン」という)に対するレジストパターンの重ね合わせ検査である。   Furthermore, in the manufacturing process described above, in order to accurately overlay circuit patterns of various material films (in order to improve product yield), each pattern forming process is performed after the development process and before the processing process. In addition, the positional deviation of the resist pattern on the substrate is detected. This is an overlay inspection of a resist pattern with respect to a circuit pattern (hereinafter referred to as “underground pattern”) of the underlayer formed in the previous pattern forming process.

重ね合わせ検査(位置ずれ検出)においては、通常、下地パターンの基準位置を示す下地マークと、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークが用いられる。下地マーク,レジストマークは、各々、上記のパターン形成工程で下地パターン,レジストパターンと同時に形成され、図9のような正方形状の2重マーク80を構成する(例えば特許文献1を参照)。図9は2重マーク80の平面図である。一般的には、2重マーク80のうち外側が下地マーク81、内側がレジストマーク82である。下地マーク81のサイズD1は例えば約30μm、レジストマーク82のサイズD2は例えば約15μmである。下地マーク81とレジストマーク82は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれが無いとき、各々の中心が一致するようになっている。   In overlay inspection (displacement detection), a base mark that indicates the reference position of the base pattern and a resist mark that indicates the reference position of the resist pattern are usually used. The ground mark and the resist mark are formed at the same time as the ground pattern and the resist pattern in the above pattern forming process, respectively, to form a square-shaped double mark 80 as shown in FIG. 9 (see, for example, Patent Document 1). FIG. 9 is a plan view of the double mark 80. In general, the double mark 80 has a base mark 81 on the outside and a resist mark 82 on the inside. The size D1 of the base mark 81 is, for example, about 30 μm, and the size D2 of the resist mark 82 is, for example, about 15 μm. The base marks 81 and the resist marks 82 are configured such that their centers coincide with each other when there is no positional deviation between the base pattern and the resist pattern.

そして、下地マーク81とレジストマーク82を用いた重ね合わせ検査時、装置の視野領域内には、2つのマーク(81,82)を含む測定点が位置決めされ、この測定点の画像がCCDカメラなどの撮像素子を用いて取り込まれる。さらに、取り込んだ画像から下地マーク81とレジストマーク82の各辺ごとにエッジ部分の画像を切り出し、得られた部分画像に対して所定の画像処理を施すことにより、下地マーク81の中心とレジストマーク82の中心との位置ずれ量が算出される。算出結果の位置ずれ量は、下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ状態を表している。
特開平7−151514号公報
At the time of overlay inspection using the base mark 81 and the registration mark 82, a measurement point including two marks (81, 82) is positioned in the field of view of the apparatus, and an image of the measurement point is displayed on a CCD camera or the like. The image sensor is used. Further, an edge image is cut out for each side of the ground mark 81 and the registration mark 82 from the captured image, and predetermined image processing is performed on the obtained partial image, whereby the center of the ground mark 81 and the registration mark are registered. The amount of positional deviation from the center of 82 is calculated. The positional deviation amount of the calculation result represents the positional deviation state of the resist pattern with respect to the base pattern.
JP-A-7-151514

ところで、半導体素子などの高集積化に伴う回路パターンの微細化に対応するため、上記した位置ずれ検出(重ね合わせ検査)の精度を向上させることが望まれるようになってきた。しかしながら、上記した正方形状の2重マーク80を用いて位置ずれ検出を行う場合、撮像素子の撮像面に2重マーク80の像を形成する結像光学系の歪曲収差(ディストーション)の影響を受けて、下地マーク81とレジストマーク82との位置ずれ量を正確に検出できないことがあった。なお、このような問題は、基板の異なる層に形成された2つのマーク(81,82)に限らず、基板の同じ層に形成された2つのマークにも同様に起こり得る。   By the way, in order to cope with the miniaturization of circuit patterns accompanying the high integration of semiconductor elements and the like, it has been desired to improve the accuracy of the above-described positional deviation detection (overlay inspection). However, when the positional deviation is detected using the square double mark 80 described above, it is affected by distortion of the imaging optical system that forms an image of the double mark 80 on the imaging surface of the image sensor. As a result, the amount of misalignment between the base mark 81 and the registration mark 82 may not be detected accurately. Such a problem may occur not only in the two marks (81, 82) formed in different layers of the substrate but also in the two marks formed in the same layer of the substrate.

本発明の目的は、位置ずれ検出の際に結像光学系の歪曲収差の影響を低減できる位置ずれ検出用マークおよび位置ずれ検出方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a misregistration detection mark and a misregistration detection method capable of reducing the influence of distortion of an imaging optical system when detecting misregistration.

本発明の位置ずれ検出方法は、2つのパターンの位置ずれ検出に用いられる位置ずれ検出用マークを用いて、前記2つのパターンの位置ずれ検出を行う位置ずれ検出方法であって、前記位置ずれ検出用マークは、前記2つのパターンのうち一方の基準位置を示す第1マークと、前記2つのパターンのうち他方の基準位置を示す第2マークとを含み、前記第1マークは、第1の線状パターンと該線状パターンに垂直な第2の線状パターンとが十字形状に配置され、前記第2マークは、第3の線状パターンと前記第3の線状パターンに垂直な第4の線状パターンとが十字形状に配置され、前記第1マークと前記第2マークは、前記2つのパターンの位置ずれが無いときに、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンの直線方向が一致し、かつ、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンの直線方向が一致し、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンは、長手方向の両端間の長さが互いに異なり、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち、前記長さの長い方の線状パターンは、前記長さの短い方の線状パターンと重ならないように、直線方向の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターンからなり、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンは、長手方向の両端間の長さが互いに異なり、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち、前記長さの長い方の線状パターンは、前記長さの短い方の線状パターンと重ならないように、直線方向の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターンからなり、前記位置ずれ検出方法は、前記第1マークと前記第2マークの画像を取り込む第1工程と、取り込まれた前記画像から前記第1マークの前記第1の線状パターンと前記第2の線状パターンに関わる部分画像を切り出すと共に、前記第2マークの前記第3の線状パターンと前記第4の線状パターンに関わる部分画像を切り出す第2工程と、切り出された前記部分画像に基づいて、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンの直線方向の位置ずれ量を算出すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンの直線方向の位置ずれ量を算出する第3工程とを備え、前記第2工程では、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに関わる部分画像を切り出す際、および、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに関わる部分画像を切り出す際、それぞれの前記部分パターンごとに個別に前記部分画像を切り出すことを特徴とする Displacement detection method of the present invention, by using the positional deviation detecting mark used in the positional deviation detection of two patterns, a positional deviation detecting method for performing a positional deviation detection of the two patterns, the positional deviation detection The mark for use includes a first mark indicating one reference position of the two patterns, and a second mark indicating the other reference position of the two patterns, and the first mark is a first line. And a second linear pattern perpendicular to the linear pattern is arranged in a cross shape, and the second mark is a fourth linear pattern perpendicular to the third linear pattern and the third linear pattern. When the linear pattern is arranged in a cross shape and the first mark and the second mark are not misaligned between the two patterns, the first linear pattern and the third linear pattern The straight line directions match, And the linear direction of the said 2nd linear pattern and the said 4th linear pattern corresponds, and the length between the both ends of a longitudinal direction has the said 1st linear pattern and the said 3rd linear pattern. The first linear pattern and the third linear pattern, which are different from each other, have a straight line so that the longer linear pattern does not overlap the shorter linear pattern. It consists of two partial patterns divided into one end side and the other end side in the direction, the second linear pattern and the fourth linear pattern are different from each other in length between both ends in the longitudinal direction, Of the second linear pattern and the fourth linear pattern, the linear pattern with the longer length is one end side in the linear direction so as not to overlap the linear pattern with the shorter length. consists of two parts pattern divided into the other end side, not a said location The detection method relates to a first step of capturing images of the first mark and the second mark, and the first linear pattern and the second linear pattern of the first mark from the captured image. A second step of cutting out a partial image and cutting out a partial image related to the third linear pattern and the fourth linear pattern of the second mark, and the first step based on the cut out partial image. A linear displacement between the linear pattern and the third linear pattern is calculated, and a linear displacement between the second linear pattern and the fourth linear pattern is calculated. 3 steps, and in the second step, when cutting out a partial image related to the longer linear pattern of the first linear pattern and the third linear pattern, and Second linear pattern Ting when cutting the partial image concerning the linear pattern of the longer of the length of said fourth linear pattern, characterized in that cutting out the partial image separately for each of the partial patterns.

なお前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの短い方の線状パターンと、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの短い方の線状パターンは、互いに交差しないように、それぞれ直線方向の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターンからなっても良い Of the first linear pattern and the third linear pattern in the misregistration detection mark, the shorter linear pattern, the second linear pattern, and the fourth linear pattern. linear pattern of the shorter of the length of the linear pattern, so as not to intersect with each other, each may consist of two parts pattern divided into the one end and the other end of the linear direction.

また前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第2の線状パターンと前記第3の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち、少なくとも1つの線状パターンは、幅方向に分割された複数本の微細な線状パターンからなっても良い
また前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接する矩形領域の内側で、前記第1マークと前記第2マークにより仕切られた4つの領域のうち、少なくとも1つの領域には、前記2つのパターンのうち少なくとも一方の他の基準位置を示す第3マークが含まれても良い
Further , at least one of the first linear pattern, the second linear pattern, the third linear pattern, and the fourth linear pattern in the misregistration detection mark is Alternatively, it may be composed of a plurality of fine linear patterns divided in the width direction.
Further , it circumscribes the longer linear pattern of the first linear pattern and the third linear pattern in the misalignment detection mark , and the second linear pattern and the At least one region among the four regions partitioned by the first mark and the second mark inside the rectangular region circumscribing the longer linear pattern of the fourth linear pattern the may include a third mark indicating at least one other reference position of the two patterns.

また前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接する矩形領域の内側で、前記第1マークと前記第2マークにより仕切られた4つの領域のうち、少なくとも1つの領域には、前記2つのパターンのうち少なくとも一方の形成に関わるプロセス情報が含まれても良い Further , it circumscribes the longer linear pattern of the first linear pattern and the third linear pattern in the misalignment detection mark , and the second linear pattern and the At least one region among the four regions partitioned by the first mark and the second mark inside the rectangular region circumscribing the longer linear pattern of the fourth linear pattern the may contain process information relating to at least one of the formation of the two patterns.

また前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接する矩形領域の内側で、前記第1マークと前記第2マークにより仕切られた4つの領域のうち、少なくとも1つの領域には、前記2つのパターンのうち少なくとも一方の形成に関わる露光条件の検査用マークが含まれても良い Further , it circumscribes the longer linear pattern of the first linear pattern and the third linear pattern in the misalignment detection mark , and the second linear pattern and the At least one region among the four regions partitioned by the first mark and the second mark inside the rectangular region circumscribing the longer linear pattern of the fourth linear pattern the may include inspection mark of exposure conditions related to at least one of the formation of the two patterns.

本発明によれば、位置ずれ検出の際に結像光学系の歪曲収差の影響を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the influence of the distortion aberration of the imaging optical system when detecting the displacement.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
ここでは、半導体素子や液晶表示素子の製造工程における重ね合わせ検査を例に説明する。重ね合わせ検査の対象となる基板(半導体ウエハや液晶基板)は、1つ前のパターン形成工程で形成された下地パターンの上に別の回路パターンを形成する工程の途中(つまりレジスト膜に対する露光・現像後で且つレジスト膜の直下の材料膜に対する加工前)の状態にある。基板の異なる層に形成された複数のパターンの重ね合わせ検査(つまり下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査)は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出により行われる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
Here, an overlay inspection in a manufacturing process of a semiconductor element or a liquid crystal display element will be described as an example. Substrates (semiconductor wafers and liquid crystal substrates) that are subject to overlay inspection are in the process of forming another circuit pattern on the base pattern formed in the previous pattern formation process (that is, exposure to the resist film). It is in a state after development and before processing the material film directly under the resist film. The overlay inspection of a plurality of patterns formed on different layers of the substrate (that is, the overlay inspection of the resist pattern with respect to the base pattern) is performed by detecting the misalignment between the base pattern and the resist pattern.

第1実施形態の位置ずれ検出用マーク10は、上記の重ね合わせ検査に用いられるマークであり、図1(a)〜(c)に示すように、下地マーク10Aとレジストマーク10Bとで構成されている。下地マーク10Aは、下地パターンと同時に形成された下地層のマークであり、サイズDAが例えば約30μmである。レジストマーク10Bは、レジストパターンと同時に形成されたレジスト層のマークであり、サイズDBが例えば約15μmである。 The misalignment detection mark 10 of the first embodiment is a mark used for the overlay inspection described above, and is composed of a base mark 10A and a registration mark 10B as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). ing. Base mark 10A is a mark of the base layer formed simultaneously with the base pattern, the size D A, for example, about 30 [mu] m. Registration mark 10B is a mark of the resist pattern at the same time formed resist layer, a size D B for example, about 15 [mu] m.

また、下地マーク10Aは、線状パターン11と、この線状パターン11に垂直な線状パターン12とが、十字形状に配置されたものである。下地マーク10Aの中心CAは、線状パターン11の直線方向S11と線状パターン12の直線方向S12との交点に相当する。レジストマーク10Bは、線状パターン11に平行な線状パターン13と、線状パターン12に平行な線状パターン14とが、十字形状に配置されたものである。レジストマーク10Bの中心CBは、線状パターン13と線状パターン14との交点に相当し、線状パターン13の直線方向S13と線状パターン14の直線方向S14との交点に相当する。 The ground mark 10A is a pattern in which a linear pattern 11 and a linear pattern 12 perpendicular to the linear pattern 11 are arranged in a cross shape. Center C A of base mark 10A corresponds to the intersection of the straight line direction S 12 linear direction S 11 and the linear pattern 12 of the linear patterns 11. In the registration mark 10B, a linear pattern 13 parallel to the linear pattern 11 and a linear pattern 14 parallel to the linear pattern 12 are arranged in a cross shape. Center C B of the registration mark 10B corresponds to the intersection between the linear pattern 13 and the linear pattern 14, corresponding to the intersection of the straight line direction S 14 linear direction S 13 and the linear pattern 14 of the linear patterns 13 .

図において、線状パターン11,12は、線状パターン13,14より太く描かれているが、太さの関係は図と異なってもよい。
これらの下地マーク10Aとレジストマーク10Bは、下地パターンとレジストパターンの位置ずれが無いときに、線状パターン11,13の直線方向S11,S13が互いに一致し、かつ、線状パターン12,14の直線方向S12,S14が互いに一致する。このとき、下地マーク10Aの中心CAとレジストマーク10Bの中心CBも一致する。以下の説明では、線状パターン11,13の直線方向S11,S13に平行な方向をX方向とし、線状パターン12,14の直線方向S12,S14に平行な方向をY方向とする。
In the figure, the linear patterns 11 and 12 are drawn thicker than the linear patterns 13 and 14, but the relationship between the thicknesses may be different from the figure.
The base marks 10A and the resist marks 10B are such that the linear directions S 11 and S 13 of the linear patterns 11 and 13 coincide with each other when the base pattern and the resist pattern are not misaligned. 14 linear directions S 12 and S 14 coincide with each other. At this time, also coincides center C B of the center C A and registration marks 10B of the underlying mark 10A. In the following description, the direction parallel to the linear directions S 11 and S 13 of the linear patterns 11 and 13 is defined as the X direction, and the direction parallel to the linear directions S 12 and S 14 of the linear patterns 12 and 14 is defined as the Y direction. To do.

さらに、位置ずれ検出用マーク10のX方向に関して、下地マーク10Aの線状パターン11とレジストマーク10Bの線状パターン13は、両端間の長さ(図1(a)のサイズDA,DBに相当)が互いに異なる。そして、両端間の長さの長い方の線状パターン11は、両端間の長さの短い方の線状パターン13と重ならないように、直線方向S11の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターン11(1),11(2)からなる。2つの部分パターン11(1),11(2)の内側の間隔DEは、線状パターン13の両端の間隔(サイズDB)より広い。 Further, with respect to the X direction of the misregistration detection mark 10, the linear pattern 11 of the base mark 10A and the linear pattern 13 of the resist mark 10B have a length between both ends (sizes D A and D B in FIG. 1A). Correspond to each other). The linear patterns 11 of the longer of the length between both ends, so as not to overlap the line pattern 13 of the shorter lengths across, divided between one end and the other end of the linear direction S 11 The two partial patterns 11 (1) and 11 (2). The distance D E inside the two partial patterns 11 (1) and 11 (2) is wider than the distance (size D B ) between both ends of the linear pattern 13.

また同様に、位置ずれ検出用マーク10のY方向に関して、下地マーク10Aの線状パターン12とレジストマーク10Bの線状パターン14は、両端間の長さが互いに異なる。そして、両端間の長さの長い方の線状パターン12は、両端間の長さの短い方の線状パターン14と重ならないように、直線方向S12の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターン12(1),12(2)からなる。2つの部分パターン12(1),12(2)の内側の間隔は、線状パターン14の両端の間隔より広い。 Similarly, the linear pattern 12 of the base mark 10A and the linear pattern 14 of the registration mark 10B are different from each other in the Y direction of the misregistration detection mark 10. Then, the linear patterns 12 of the longer of the length between both ends, so as not to overlap the line pattern 14 of the shorter lengths across, divided between one end and the other end of the linear direction S 12 The two partial patterns 12 (1) and 12 (2) are formed. The interval between the two partial patterns 12 (1) and 12 (2) is wider than the interval between both ends of the linear pattern 14.

なお、上記した位置ずれ検出用マーク10において、下地マーク10Aの線状パターン11(2つの部分パターン11(1),11(2))の内側の間隔DE、線状パターン12(2つの部分パターン12(1),12(2))の内側の間隔、レジストマーク10Bの線状パターン13の両端の間隔(サイズDB)、線状パターン14の両端の間隔は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出に適切なレンジを有するように最適化されている。 In the above-described misregistration detection mark 10, the distance D E inside the linear pattern 11 (two partial patterns 11 (1) and 11 (2)) of the base mark 10 A, the linear pattern 12 (two partial patterns) The distance between the inner sides of the patterns 12 (1) and 12 (2)), the distance between both ends of the linear pattern 13 of the resist mark 10B (size D B ), and the distance between both ends of the linear pattern 14 are as follows: It is optimized so as to have an appropriate range for the detection of misalignment.

また、上記した位置ずれ検出用マーク10において、線状パターン11の部分パターン11(1),11(2)、線状パターン12の部分パターン12(1),12(2)、線状パターン13、および線状パターン14は、各々、単独のパターン(幅方向に関してエッジの数が2つであるパターン)により構成されている。
次に、第1実施形態の位置ずれ検出用マーク10(下地マーク10Aとレジストマーク10B)を用いて、下地パターンとレジストパターンの位置ずれ検出(重ね合わせ検査)を行う方法について説明する。また、その方法を説明する前に、図2に示す重ね合わせ測定装置20の説明を行う。
Further, in the above-described misregistration detection mark 10, the partial patterns 11 (1) and 11 (2) of the linear pattern 11, the partial patterns 12 (1) and 12 (2) of the linear pattern 12, and the linear pattern 13 , And the linear pattern 14 are each constituted by a single pattern (a pattern having two edges in the width direction).
Next, a method for detecting misalignment (overlay inspection) between the ground pattern and the resist pattern using the misalignment detection mark 10 (the ground mark 10A and the resist mark 10B) according to the first embodiment will be described. Before describing the method, the overlay measuring apparatus 20 shown in FIG. 2 will be described.

重ね合わせ測定装置20は、図2(a)に示す通り、基板21を支持するステージ22と、基板21に照明光L1を照射する照明系(23〜26)と、基板21の光学像を形成する結像系(25〜28)と、オートフォーカス用の受光系(28〜30)と、撮像素子31と、画像処理部32と、システム制御部33と、ステージ制御部34とで構成されている。なお、第1実施形態の位置ずれ検出用マーク10は、基板21の表面(被検査面)の予め指定された多数の箇所に形成されている。   The overlay measurement apparatus 20 forms an optical image of the substrate 21, a stage 22 that supports the substrate 21, an illumination system (23 to 26) that irradiates the substrate 21 with illumination light L 1, as shown in FIG. An imaging system (25 to 28), an autofocus light receiving system (28 to 30), an image sensor 31, an image processing unit 32, a system control unit 33, and a stage control unit 34. Yes. Note that the misregistration detection mark 10 of the first embodiment is formed at a number of locations designated in advance on the surface (surface to be inspected) of the substrate 21.

ステージ22は、基板21を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダをステージ制御部34からの指示に応じて水平方向(XY方向)および鉛直方向(Z方向)に移動させる駆動部とで構成される。ステージ22のホルダをXY方向に移動させることで、基板21の被検査面のうち何れか1つの測定点(図1に示す位置ずれ検出用マーク10)を、結像系(25〜28)の対物レンズ26の直下(視野領域内)に位置決めすることができる。また、ステージ22のホルダをZ方向に移動させることで、基板21の測定点のフォーカス調整が行われる。Z方向は、結像系(25〜28)の対物レンズ26の光軸6Aと平行な方向に相当する。   The stage 22 includes a holder that supports the substrate 21 in a horizontal state, and a drive unit that moves the holder in the horizontal direction (XY direction) and the vertical direction (Z direction) in accordance with an instruction from the stage control unit 34. Composed. By moving the holder of the stage 22 in the XY directions, any one of the measurement points (the misalignment detection mark 10 shown in FIG. 1) on the surface to be inspected of the substrate 21 is moved to the imaging system (25 to 28). Positioning can be performed immediately below the objective lens 26 (in the visual field region). Further, the focus adjustment of the measurement point of the substrate 21 is performed by moving the holder of the stage 22 in the Z direction. The Z direction corresponds to a direction parallel to the optical axis 6A of the objective lens 26 of the imaging system (25 to 28).

照明系(23〜26)は、光源23と照明レンズ24とハーフプリズム25と対物レンズ26とで構成される。光源23からの光は、照明レンズ24とハーフプリズム25と対物レンズ26を介した後(照明光L1)、ステージ22上の基板21の被検査面に入射する(落射照明)。このとき、視野領域内に位置決めされた測定点(図1の位置ずれ検出用マーク10)は、照明光L1により略垂直に照明される。そして、照明光L1によって照明された位置ずれ検出用マーク10から反射光L2が発生する。反射光L2は、結像系(25〜28)とオートフォーカス用の受光系(28〜30)に導かれる。   The illumination system (23 to 26) includes a light source 23, an illumination lens 24, a half prism 25, and an objective lens 26. The light from the light source 23 passes through the illumination lens 24, the half prism 25, and the objective lens 26 (illumination light L1), and then enters the inspection surface of the substrate 21 on the stage 22 (epi-illumination). At this time, the measurement point (the misalignment detection mark 10 in FIG. 1) positioned in the visual field area is illuminated substantially vertically by the illumination light L1. Then, reflected light L2 is generated from the misalignment detection mark 10 illuminated by the illumination light L1. The reflected light L2 is guided to the imaging system (25 to 28) and the autofocus light receiving system (28 to 30).

結像系(25〜28)は、対物レンズ26と結像レンズ27とハーフプリズム25,28とで構成されている(光学顕微鏡部)。結像レンズ27は、第2対物レンズとして機能する。基板21からの反射光L2は、対物レンズ26とハーフプリズム25,28と結像レンズ27とを介した後、撮像素子31の撮像面に入射する。このとき、撮像素子31の撮像面上には、反射光L2に基づく拡大像(つまり位置ずれ検出用マーク10の拡大光学像)が形成される。   The imaging system (25 to 28) includes an objective lens 26, an imaging lens 27, and half prisms 25 and 28 (optical microscope section). The imaging lens 27 functions as a second objective lens. The reflected light L <b> 2 from the substrate 21 enters the imaging surface of the imaging element 31 after passing through the objective lens 26, the half prisms 25 and 28, and the imaging lens 27. At this time, an enlarged image based on the reflected light L2 (that is, an enlarged optical image of the misregistration detection mark 10) is formed on the imaging surface of the imaging element 31.

撮像素子31は、複数の画素が2次元配列された白黒のエリアセンサ(例えばCCDカメラ)であり、撮像面上の位置ずれ検出用マーク10の光学像を撮像して、画像信号を後段の画像処理部32に出力する。撮像素子31から出力される画像信号は、複数のサンプル点からなり、撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布を表す。輝度値は反射光L2の強弱に比例する。位置ずれ検出用マーク10の画像は、位置ずれ検出用マーク10のエッジ部分において輝度値が低くなる。   The image pickup device 31 is a black and white area sensor (for example, a CCD camera) in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged. The image pickup device 31 picks up an optical image of the misregistration detection mark 10 on the image pickup surface and converts the image signal into a subsequent image. The data is output to the processing unit 32. The image signal output from the image sensor 31 is composed of a plurality of sample points, and represents a distribution relating to the luminance value for each pixel on the imaging surface. The luminance value is proportional to the intensity of the reflected light L2. The image of the misregistration detection mark 10 has a low luminance value at the edge portion of the misregistration detection mark 10.

また、オートフォーカス用の受光系(28〜30)は、ハーフプリズム28と結像レンズ29と検出器30とで構成されている。基板21からの反射光L2は、対物レンズ26とハーフプリズム25,28と結像レンズ29とを介した後、検出器30に入射する。そして、検出器30からステージ制御部34には、基板21の被検査面(特に視野領域内の測定点)の合焦状態に応じたフォーカス信号が出力される。   The autofocus light-receiving system (28 to 30) includes a half prism 28, an imaging lens 29, and a detector 30. The reflected light L 2 from the substrate 21 enters the detector 30 after passing through the objective lens 26, the half prisms 25 and 28, and the imaging lens 29. A focus signal corresponding to the in-focus state of the surface to be inspected of the substrate 21 (particularly, the measurement point in the visual field region) is output from the detector 30 to the stage controller 34.

ステージ制御部34は、ステージ22をXY方向に制御して基板21の被検査面の1つの測定点(図1に示す位置ずれ検出用マーク10)を視野領域内に位置決めした後、受光系(28〜30)の検出器30からのフォーカス信号に基づいてステージ22をZ方向に制御し、基板21の測定点のフォーカス調整を行う。そして、フォーカス調整後、装置全体の統括制御を行うシステム制御部33は、画像処理部32を制御して、基板21の測定点(図1に示す位置ずれ検出用マーク10)を用いた位置ずれ検出を実行させる。   The stage control unit 34 controls the stage 22 in the XY directions to position one measurement point (the misalignment detection mark 10 shown in FIG. 1) on the surface to be inspected in the substrate 21 within the visual field region, and then receives the light receiving system ( 28 to 30), the stage 22 is controlled in the Z direction based on the focus signal from the detector 30 to adjust the focus of the measurement point on the substrate 21. Then, after the focus adjustment, the system control unit 33 that performs overall control of the entire apparatus controls the image processing unit 32 so that the position shift using the measurement point of the substrate 21 (the position shift detection mark 10 shown in FIG. 1). Run detection.

ここで、ステージ制御部34がステージ22を制御して基板21上の位置ずれ検出用マーク10を視野領域内に位置決めする際、概ね、位置ずれ検出用マーク10の中心(つまり下地マーク10Aの中心CAやレジストマーク10Bの中心CB)が、視野領域の中心付近で停止するように位置決め制御が行われる。視野領域の中心は、結像系(25〜28)の対物レンズ26の光軸6A上の点に相当する。 Here, when the stage control unit 34 controls the stage 22 to position the misregistration detection mark 10 on the substrate 21 in the field of view, the center of the misregistration detection mark 10 (that is, the center of the ground mark 10A) is roughly set. Positioning control is performed so that C A and the center C B of the registration mark 10B stop near the center of the visual field region. The center of the visual field region corresponds to a point on the optical axis 6A of the objective lens 26 of the imaging system (25 to 28).

位置ずれ検出用マーク10の中心を視野領域の中心(対物レンズ26の光軸6A)に略一致させることで、下地マーク10Aの線状パターン11,12の直線方向S11,S12と、レジストマーク10Bの線状パターン13,14の直線方向S13,S14は、それぞれ視野領域の中心付近で交差することになる。
また、下地マーク10Aの線状パターン11の直線方向S11と、レジストマーク10Bの線状パターン13の直線方向S13は、共に、光軸6Aを原点とする直交座標系の2軸(図2(b)に示すX軸とY軸)のうち、一方の軸(以下「X軸」)に平行で、X軸の近傍に位置することになる。同様に、下地マーク10Aの線状パターン12の直線方向S12と、レジストマーク10Bの線状パターン14の直線方向S14は、共に、他方の軸(以下「Y軸」)に平行で、Y軸の近傍に位置することになる。なお、図2(b)に示す視野領域は、撮像素子31の撮像面の大きさと結像系(25〜28)の倍率により規定される。
The center of the positional shift detection mark 10 that is substantially coincident with the center of the viewing area (optical axis 6A of the objective lens 26), the linear direction S 11, S 12 of the linear patterns 11, 12 of the base mark 10A, the resist The linear directions S 13 and S 14 of the linear patterns 13 and 14 of the mark 10B intersect each other near the center of the visual field region.
Further, a linear direction S 11 of the linear patterns 11 of the base mark 10A, the linear direction S 13 of the linear patterns 13 of the resist marks 10B are both biaxial orthogonal coordinate system having an optical axis 6A the origin (FIG. 2 Of the X-axis and Y-axis shown in (b), it is parallel to one of the axes (hereinafter referred to as “X-axis”) and is located near the X-axis. Similarly, the linear direction S 12 of the linear patterns 12 of the base mark 10A, the linear direction S 14 of the linear patterns 14 of the resist marks 10B are both parallel to the other axis (the "Y-axis"), Y It will be located near the axis. 2B is defined by the size of the imaging surface of the image sensor 31 and the magnification of the imaging system (25 to 28).

そして、上記のように位置決めされた図1の位置ずれ検出用マーク10の拡大光学像は、結像系(25〜28)を介して撮像素子31の撮像面上に形成される。結像系(25〜28)の歪曲収差の影響は、一般に、視野領域の中心(対物レンズ26の光軸6A)に近いほど小さく、周辺に離れるほど大きくなり、半径方向には回転対称に生じる。さらに、本発明者は、長年の研究の結果、歪曲収差が“円周方向には生じ難い”と言う事実に気づいた。円周方向とは、光軸6Aを原点とする直交座標系(図2(b)参照)において、X軸上ではY軸に平行な方向に相当し、Y軸上ではX軸に平行な方向に相当する。   1 is formed on the imaging surface of the imaging device 31 via the imaging system (25 to 28). In general, the influence of the distortion of the imaging system (25 to 28) is smaller as it is closer to the center of the field of view (the optical axis 6A of the objective lens 26), is larger as it is farther from the periphery, and is rotationally symmetrical in the radial direction. . Furthermore, as a result of many years of research, the inventor has noticed the fact that distortion is difficult to occur in the circumferential direction. The circumferential direction corresponds to a direction parallel to the Y axis on the X axis and a direction parallel to the X axis on the Y axis in an orthogonal coordinate system having the optical axis 6A as the origin (see FIG. 2B). It corresponds to.

さらに、歪曲収差が円周方向に生じ難いとは、光軸6Aを原点とする直交座標系のX軸上においてY軸方向の歪曲収差が無く、X軸から外れていてもX軸の近傍ではY軸方向の歪曲収差が小さいことを意味する。したがって、X軸の近傍に位置決めされた下地マーク10Aの線状パターン11とレジストマーク10Bの線状パターン13(何れもX軸に平行)の拡大光学像には、Y軸方向の歪曲収差の影響が殆ど現れないと言える。これらの線状パターン11,13の拡大光学像は、下地マーク10Aとレジストマーク10BのY軸方向の位置ずれ検出に用いられる。   Furthermore, the fact that distortion is unlikely to occur in the circumferential direction means that there is no distortion in the Y-axis direction on the X-axis of the orthogonal coordinate system with the optical axis 6A as the origin, and there is no distortion in the vicinity of the X-axis even if it is off the X-axis. This means that the distortion in the Y-axis direction is small. Therefore, the enlarged optical image of the linear pattern 11 of the base mark 10A and the linear pattern 13 of the registration mark 10B (both parallel to the X axis) positioned in the vicinity of the X axis has an influence of distortion aberration in the Y axis direction. Can hardly be seen. These magnified optical images of the linear patterns 11 and 13 are used for detecting a positional deviation between the base mark 10A and the registration mark 10B in the Y-axis direction.

同様に、光軸6Aを原点とする直交座標系のY軸上においてはX軸方向の歪曲収差が無く、Y軸から外れていてもY軸の近傍ではX軸方向の歪曲収差が小さい。したがって、Y軸の近傍に位置決めされた下地マーク10Aの線状パターン12とレジストマーク10Bの線状パターン14(何れもY軸に平行)の拡大光学像には、X軸方向の歪曲収差の影響が殆ど現れないと言える。これらの線状パターン12,14の拡大光学像は、下地マーク10Aとレジストマーク10BのX軸方向の位置ずれ検出に用いられる。   Similarly, there is no distortion in the X-axis direction on the Y-axis of the Cartesian coordinate system with the optical axis 6A as the origin, and the distortion in the X-axis direction is small near the Y-axis even if it is off the Y-axis. Therefore, the magnified optical image of the linear pattern 12 of the base mark 10A and the linear pattern 14 of the registration mark 10B positioned in the vicinity of the Y axis (both parallel to the Y axis) is affected by distortion in the X axis direction. Can hardly be said. These enlarged optical images of the linear patterns 12 and 14 are used for detecting the positional deviation in the X-axis direction between the base mark 10A and the registration mark 10B.

撮像素子31の撮像面上に位置ずれ検出用マーク10の拡大光学像(つまり線状パターン11〜14の拡大光学像)が形成された状態で、画像処理部32は、その拡大光学像を撮像素子31から画像として取り込み、この画像に対して所定の画像処理を施すことにより、下地マーク10Aとレジストマーク10BのX軸方向の位置ずれ検出とY軸方向の位置ずれ検出をそれぞれ行う。位置ずれ検出用マーク10の画像には、線状パターン11〜14のエッジ部分に応じた輝度情報が独立に現れる。   The image processing unit 32 captures the magnified optical image in a state where the magnified optical image of the misregistration detection mark 10 (that is, the magnified optical image of the linear patterns 11 to 14) is formed on the imaging surface of the image sensor 31. By taking in the image from the element 31 and performing predetermined image processing on this image, detection of the positional deviation in the X-axis direction and detection of the positional deviation in the Y-axis direction of the base mark 10A and the registration mark 10B are performed. In the image of the misregistration detection mark 10, luminance information corresponding to the edge portions of the linear patterns 11 to 14 appears independently.

線状パターン11〜14のエッジ部分のうち、X軸方向の位置ずれ検出には、Y軸に平行でY軸の近傍に位置する線状パターン12,14のエッジ部分が用いられる。これらの線状パターン12,14は、Y軸の近傍に位置し、X軸方向の歪曲収差の影響を殆ど受けないため、線状パターン12,14のエッジ部分を用いることで、X軸方向の位置ずれ検出を正確に行うことができる。   Among the edge portions of the linear patterns 11 to 14, the edge portions of the linear patterns 12 and 14 that are parallel to the Y axis and located in the vicinity of the Y axis are used for detecting the displacement in the X axis direction. Since these linear patterns 12 and 14 are located in the vicinity of the Y-axis and are hardly affected by distortion in the X-axis direction, by using the edge portions of the linear patterns 12 and 14, Misalignment detection can be performed accurately.

また、線状パターン11〜14のエッジ部分のうち、Y軸方向の位置ずれ検出には、X軸に平行でX軸の近傍に位置する線状パターン11,13のエッジ部分が用いられる。これらの線状パターン11,13は、X軸の近傍に位置し、Y軸方向の歪曲収差の影響を殆ど受けないため、線状パターン11,13のエッジ部分を用いることで、Y軸方向の位置ずれ検出を正確に行うことができる。   Of the edge portions of the linear patterns 11 to 14, the edge portions of the linear patterns 11 and 13 that are parallel to the X axis and located in the vicinity of the X axis are used for detecting the displacement in the Y axis direction. Since these linear patterns 11 and 13 are located in the vicinity of the X axis and are hardly affected by distortion in the Y axis direction, by using the edge portions of the linear patterns 11 and 13, Misalignment detection can be performed accurately.

次に、画像処理部32における位置ずれ検出の処理について説明する。
下地マーク10Aとレジストマーク10BのX軸方向の位置ずれ検出を行う場合、画像処理部32は、位置ずれ検出用マーク10の画像35(図3(a),(b))から、Y軸に平行な線状パターン12(図1(b)に示す下地マーク10Aの一部)に関わる2つの部分画像36(1),36(2)を切り出すと共に、Y軸に平行な線状パターン14(図1(c)に示すレジストマーク10Bの一部)に関わる2つの部分画像37(1),37(2)を切り出す。
Next, the misregistration detection process in the image processing unit 32 will be described.
When detecting the positional deviation of the base mark 10A and the registration mark 10B in the X-axis direction, the image processing unit 32 moves from the image 35 (FIGS. 3A and 3B) of the positional deviation detection mark 10 to the Y-axis. Two partial images 36 (1) and 36 (2) related to the parallel linear pattern 12 (a part of the background mark 10A shown in FIG. 1B) are cut out, and the linear pattern 14 (parallel to the Y axis) ( Two partial images 37 (1) and 37 (2) relating to a part of the registration mark 10B shown in FIG.

図3(a)の部分画像36(1),36(2)は、線状パターン12のそれぞれの部分パターン12(1),12(2)ごとに個別に切り出されたものである。図3(b)の部分画像37(1),37(2)は、線状パターン14の中で線状パターン13との交点部分を含まないように、切り出されたものである。
このようにして部分画像36(1),36(2),37(1),37(2)の切り出しが終了すると、画像処理部32は、図3(a)の部分画像36(1),36(2)において、各画素の輝度値をY軸方向(E方向)に積算し、図3(c)に示すような波形信号を生成する(プロジェクション処理)。図3(c)の横軸は画素の位置を表し、縦軸は信号レベル(明るさ)を表す。なお、図3(a)の部分画像36(1),36(2)は中抜きの分離した状態となっているが、一続きの部分画像としてプロジェクション処理を行う。プロジェクション処理の積算方向(図3(a)のE方向)は、位置ずれ検出の方向(ここではX軸方向)と垂直な方向に相当する。また、図3(b)の部分画像37(1),37(2)においても同様のプロジェクション処理を行う。
The partial images 36 (1) and 36 (2) in FIG. 3A are cut out individually for each of the partial patterns 12 (1) and 12 (2) of the linear pattern 12. The partial images 37 (1) and 37 (2) in FIG. 3B are cut out so as not to include the intersections with the linear pattern 13 in the linear pattern 14.
When the segmentation of the partial images 36 (1), 36 (2), 37 (1), and 37 (2) is completed in this way, the image processing unit 32 performs the partial image 36 (1), In 36 (2), the luminance value of each pixel is integrated in the Y-axis direction (E direction) to generate a waveform signal as shown in FIG. 3C (projection processing). In FIG. 3C, the horizontal axis represents the pixel position, and the vertical axis represents the signal level (brightness). Note that the partial images 36 (1) and 36 (2) in FIG. 3A are separated from each other, but the projection processing is performed as a continuous partial image. The integration direction of projection processing (E direction in FIG. 3A) corresponds to a direction perpendicular to the direction of misalignment detection (here, the X-axis direction). Similar projection processing is also performed on the partial images 37 (1) and 37 (2) in FIG.

その後、図3(a)の部分画像36(1),36(2)から生成した波形信号(図3(c)参照)を用いて、例えば周知の相関法(折り返し相関法など)により、その波形信号の自己相関演算を行い、線状パターン12のX軸方向の中心位置C12(図1(b)に示す直線方向S12のX軸方向の位置に相当)を算出する。同様に、図3(b)の部分画像37(1),37(2)から生成した波形信号の自己相関演算を行い、線状パターン14のX軸方向の中心位置C14(図1(c)に示す直線方向S14のX軸方向の位置に相当)を算出する。 Thereafter, using a waveform signal (see FIG. 3C) generated from the partial images 36 (1) and 36 (2) in FIG. 3A, for example, by a well-known correlation method (folded correlation method, etc.) The autocorrelation calculation of the waveform signal is performed to calculate the center position C 12 of the linear pattern 12 in the X-axis direction (corresponding to the position in the X-axis direction of the linear direction S 12 shown in FIG. 1B). Similarly, autocorrelation calculation is performed on the waveform signals generated from the partial images 37 (1) and 37 (2) in FIG. 3B, and the center position C 14 in the X-axis direction of the linear pattern 14 (FIG. 1C). ) corresponds to the X-axis direction position of the straight line direction S 14 shown in) is calculated.

そして、中心位置C12,C14の差分を、線状パターン12の直線方向S12と線状パターン14の直線方向S14とのX軸方向の位置ずれ量、つまり、下地マーク10Aとレジストマーク10BのX軸方向の位置ずれ量として算出する。これでX軸方向の位置ずれ検出の処理は終了となる。
Y軸方向の位置ずれ検出も、上記したX軸方向の位置ずれ検出と同様の手順により行われる。この場合、画像処理部32は、位置ずれ検出用マーク10の画像から、X軸に平行な線状パターン11(下地マーク10Aの一部)の部分パターン11(1),11(2)ごとに個別に部分画像を切り出す(図3(a)の部分画像36(1),36(2)参照)と共に、X軸に平行な線状パターン13(レジストマーク10Bの一部)の中で線状パターン14との交点部分を含まないように部分画像を切り出す(図3(b)の部分画像37(1),37(2)参照)。
Then, the difference between the center position C 12, C 14, positional displacement amount in the X-axis direction of the straight line direction S 14 linear direction S 12 and the linear pattern 14 of the linear patterns 12, that is, base mark 10A and the resist mark It is calculated as a displacement amount of 10B in the X-axis direction. This completes the process of detecting the displacement in the X-axis direction.
The detection of the positional deviation in the Y-axis direction is also performed by the same procedure as the detection of the positional deviation in the X-axis direction. In this case, the image processing unit 32 determines, for each partial pattern 11 (1), 11 (2), of the linear pattern 11 (a part of the base mark 10A) parallel to the X axis from the image of the misregistration detection mark 10. Individual partial images are cut out (see partial images 36 (1) and 36 (2) in FIG. 3A), and are linear in the linear pattern 13 (part of the registration mark 10B) parallel to the X axis. A partial image is cut out so as not to include the intersection with the pattern 14 (see the partial images 37 (1) and 37 (2) in FIG. 3B).

そして、線状パターン11に関わる2つの部分画像において、各画素の輝度値をX軸方向に積算するプロジェクション処理を行い、得られた波形信号の自己相関演算により、線状パターン11のY軸方向の中心位置C11(図1(b)に示す直線方向S11のY軸方向の位置に相当)を算出する。なお、この場合も2つの部分画像が中抜きの分離した状態となっているが、一続きの部分画像としてプロジェクション処理を行う。また、線状パターン13に関わる2つの部分画像においても同様のプロジェクション処理を行い、得られた波形信号の自己相関演算により、線状パターン13のY軸方向の中心位置C13(図1(c)に示す直線方向S13のY軸方向の位置に相当)を算出する。 Then, in the two partial images related to the linear pattern 11, projection processing for integrating the luminance values of the respective pixels in the X-axis direction is performed, and the auto-correlation calculation of the obtained waveform signal results in the Y-axis direction of the linear pattern 11. Center position C 11 (corresponding to the position in the Y-axis direction of the linear direction S 11 shown in FIG. 1B) is calculated. In this case as well, the two partial images are separated from each other, but the projection processing is performed as a continuous partial image. Further, similar projection processing is performed on two partial images related to the linear pattern 13, and the center position C 13 of the linear pattern 13 in the Y-axis direction (FIG. 1 (c) is obtained by autocorrelation calculation of the obtained waveform signal. ) corresponds to the Y-axis direction position of the straight line direction S 13 shown in) is calculated.

そして、中心位置C11,C13の差分を、線状パターン11の直線方向S11と線状パターン13の直線方向S13とのY軸方向の位置ずれ量、つまり、下地マーク10Aとレジストマーク10BのY軸方向の位置ずれ量として算出する。これでY軸方向の位置ずれ検出の処理も終了となる。
上記したように、第1実施形態の位置ずれ検出用マーク10では、図1(b)の線状パターン11,12からなる十字形状の下地マーク10Aと、図1(c)の線状パターン13,14からなる十字形状のレジストマーク10Bとを含むため、位置ずれ検出の際に、その中心(つまり下地マーク10Aの中心CAやレジストマーク10Bの中心CB)を、視野領域の中心(光軸6A)に略一致させることで、次の効果を奏する。
Then, the difference between the center position C 11, C 13, positional displacement amount in the Y-axis direction of the straight line direction S 13 linear direction S 11 and the linear pattern 13 of the linear patterns 11, that is, base mark 10A and the resist mark Calculated as the amount of positional deviation in the Y-axis direction of 10B. This completes the process of detecting the displacement in the Y-axis direction.
As described above, in the misalignment detection mark 10 of the first embodiment, the cross-shaped ground mark 10A composed of the linear patterns 11 and 12 of FIG. 1B and the linear pattern 13 of FIG. , 14 and the cross-shaped registration mark 10B, the center (that is, the center C A of the base mark 10A and the center C B of the registration mark 10B) is used as the center of the field of view (light By making it substantially coincide with the axis 6A), the following effects are produced.

つまり、X軸方向の位置ずれ検出用の線状パターン12,14(何れもY軸に平行)が、光軸6Aを原点とする直交座標系のY軸の近傍に位置するため、結像系(25〜28)のX軸方向の歪曲収差の影響を低減することができる。さらに、Y軸方向の位置ずれ検出用の線状パターン11,13(何れもX軸に平行)が、光軸6Aを原点とする直交座標系のX軸の近傍に位置するため、結像系(25〜28)のY軸方向の歪曲収差の影響を低減することができる。   That is, the linear patterns 12 and 14 (both parallel to the Y axis) for detecting the positional deviation in the X axis direction are located in the vicinity of the Y axis of the orthogonal coordinate system with the optical axis 6A as the origin. The influence of distortion aberration in the X-axis direction (25 to 28) can be reduced. Further, since the linear patterns 11 and 13 (both parallel to the X axis) for detecting the displacement in the Y axis direction are located in the vicinity of the X axis of the orthogonal coordinate system having the optical axis 6A as the origin, the imaging system The influence of the distortion aberration in the Y-axis direction (25 to 28) can be reduced.

したがって、位置ずれ検出の際に取り込んだ位置ずれ検出用マーク10の画像のうち、Y軸の近傍に位置する線状パターン12,14のエッジ部分を用いることで、線状パターン12,14の直線方向S11,S13のX軸方向の位置ずれ量(つまり下地マーク10Aとレジストマーク10BのX軸方向の位置ずれ量)を正確に算出することができる。また、X軸の近傍に位置する線状パターン11,13のエッジ部分を用いることで、線状パターン11,13の直線方向S11,S13のY軸方向の位置ずれ量(つまり下地マーク10Aとレジストマーク10BのY軸方向の位置ずれ量)を正確に算出することができる。 Accordingly, by using the edge portions of the linear patterns 12 and 14 located in the vicinity of the Y axis in the image of the positional deviation detection mark 10 captured at the time of detecting the positional deviation, the straight lines of the linear patterns 12 and 14 are used. The positional deviation amount in the X-axis direction in the directions S 11 and S 13 (that is, the positional deviation amount in the X-axis direction between the base mark 10A and the registration mark 10B) can be accurately calculated. Further, by using the edge portions of the linear patterns 11 and 13 located in the vicinity of the X axis, the amount of positional deviation in the Y axis direction of the linear patterns S 11 and S 13 of the linear patterns 11 and 13 (that is, the base mark 10A). And the amount of misregistration of the registration mark 10B in the Y-axis direction) can be accurately calculated.

さらに、位置ずれ検出用マーク10の画像のうち、線状パターン12,14のエッジ部分がY軸の近傍でY軸に沿って延在するため、X軸方向の位置ずれ検出の際に多くの有意な画像情報を確保することができ、位置ずれ検出用の波形信号のSN比が向上する。このため、X軸方向の位置ずれ検出を再現性よく行える。同様に、線状パターン11,13のエッジ部分がX軸の近傍でX軸に沿って延在するため、Y軸方向の位置ずれ検出の際に多くの有意な画像情報を確保することができ、位置ずれ検出用の波形信号のSN比が向上する。このため、Y軸方向の位置ずれ検出を再現性よく行える。   Further, in the image of the misregistration detection mark 10, the edge portions of the linear patterns 12 and 14 extend along the Y axis in the vicinity of the Y axis. Significant image information can be ensured, and the S / N ratio of the waveform signal for detecting displacement is improved. For this reason, the position shift detection in the X-axis direction can be performed with good reproducibility. Similarly, since the edge portions of the linear patterns 11 and 13 extend along the X axis in the vicinity of the X axis, a lot of significant image information can be ensured when detecting the displacement in the Y axis direction. The signal-to-noise ratio of the waveform signal for detecting displacement is improved. For this reason, the position shift detection in the Y-axis direction can be performed with good reproducibility.

また、第1実施形態によれば、下地マーク10Aとレジストマーク10BのX軸方向とY軸方向の位置ずれ検出を正確に再現性よく行えるため、基板21の下地パターン対するレジストパターンの高精度な重ね合わせ検査が可能となる。具体的には、3nm程度の精度での重ね合わせ検査が可能となる。したがって、半導体素子などの製造工程における将来のプロセスルール(回路パターンの最小線幅:100nm以下,重ね合わせ精度:約30nm以下)にも対応できる。   In addition, according to the first embodiment, since the misalignment detection of the base mark 10A and the resist mark 10B in the X-axis direction and the Y-axis direction can be performed accurately and with high reproducibility, the resist pattern with respect to the base pattern on the substrate 21 can be highly accurate. Overlay inspection is possible. Specifically, overlay inspection can be performed with an accuracy of about 3 nm. Therefore, it is possible to cope with future process rules (minimum line width of the circuit pattern: 100 nm or less, overlay accuracy: about 30 nm or less) in the manufacturing process of semiconductor elements and the like.

さらに、位置ずれ検出用マーク10の1枚の画像からX軸方向とY軸方向の位置ずれ検出用に多くの有意な画像情報を抽出できるため、撮像素子31からの画像の取り込み回数を増やす必要がなく、位置ずれ検出のスループットが向上する。
また、位置ずれ検出用マーク10の画像から線状パターン11,12に関わる位置ずれ検出用の部分画像(図3(a)の部分画像36(1),36(2)参照)を切り出す際、線状パターン11では、それぞれの部分パターン11(1),11(2)ごとに個別に部分画像を切り出し、線状パターン12では、それぞれの部分パターン12(1),12(2)ごとに個別に部分画像を切り出すため、その他の線状パターンのエッジ部分に影響されることなく良好に位置ずれ検出を行うことができる。
Furthermore, since a lot of significant image information can be extracted from one image of the misalignment detection mark 10 for misalignment detection in the X-axis direction and the Y-axis direction, it is necessary to increase the number of times the image is captured from the image sensor 31. In this way, the throughput of misregistration detection is improved.
Further, when a partial image for detecting misregistration related to the linear patterns 11 and 12 (see the partial images 36 (1) and 36 (2) in FIG. 3A) is cut out from the image of the misregistration detection mark 10; In the linear pattern 11, partial images are cut out individually for each of the partial patterns 11 (1) and 11 (2). In the linear pattern 12, the partial patterns 12 (1) and 12 (2) are individually separated. Therefore, it is possible to detect misalignment satisfactorily without being affected by the edge portions of other linear patterns.

さらに、位置ずれ検出用マーク10の画像から線状パターン13,14に関わる位置ずれ検出用の部分画像(図3(b)の部分画像37(1),37(2)参照)を切り出す際、線状パターン13では、線状パターン14との交点部分を含まないように部分画像を切り出し、線状パターン14では、線状パターン13との交点部分を含まないように部分画像を切り出すため、その他の線状パターンのエッジ部分に影響されることなく良好に位置ずれ検出を行うことができる。   Further, when a partial image for positional deviation detection related to the linear patterns 13 and 14 (see partial images 37 (1) and 37 (2) in FIG. 3B) is cut out from the image of the positional deviation detection mark 10; In the linear pattern 13, a partial image is cut out so as not to include an intersection portion with the linear pattern 14, and in the linear pattern 14, a partial image is cut out so as not to include an intersection portion with the linear pattern 13. It is possible to satisfactorily detect misalignment without being affected by the edge portion of the linear pattern.

また、第1実施形態によれば、視野領域の中心(光軸6A)に、位置ずれ検出用マーク10の中心(つまり下地マーク10Aの中心CAやレジストマーク10Bの中心CB)を厳密に一致させなくても、光軸6Aを原点とする直交座標系のX軸とY軸の近傍に線状パターン11〜14を位置決めすることができ、結像系(25〜28)の歪曲収差の影響を低減できる。したがって、ステージ22として非常に高価なもの(例えば位置決め精度が約1μm以下のもの)を用いる必要はなく、比較的安価に構成できる。 Further, according to the first embodiment, the center of the viewing area (optical axis 6A), (center C of the center C A and registration marks 10B of words underlying mark 10A B) center of the positional shift detection mark 10 strictly Even if they are not matched, the linear patterns 11 to 14 can be positioned in the vicinity of the X axis and Y axis of the orthogonal coordinate system with the optical axis 6A as the origin, and the distortion aberration of the imaging system (25 to 28) can be determined. The impact can be reduced. Therefore, it is not necessary to use a very expensive stage 22 (for example, a positioning accuracy of about 1 μm or less), and the stage 22 can be configured at a relatively low cost.

さらに、第1実施形態では、周知の相関法(折り返し相関法など)を用い、プロジェクション処理後の波形信号の全体を使って自己相関演算を行うため、信号ノイズの影響を受け難く、下地マーク10Aとレジストマーク10Bの位置ずれ量を再現性よく算出することができる。ただし、相関法ではなく、波形信号のボトム位置に基づいて位置ずれ量を算出しても構わない。
(第2実施形態)
第2実施形態の位置ずれ検出用マークは、図4に示す通り、線状パターン11,13を「幅方向に分割された複数本の微細な線状パターン38,39の集合体(サブマーク群)」により構成し、線状パターン12,14を同様のサブマーク群により構成したものである。なお、サブマーク群による構成は、線状パターン11〜14の全てに限らず、少なくとも1つの線状パターンに適用してもよい。
Furthermore, in the first embodiment, since the autocorrelation calculation is performed using the entire waveform signal after the projection processing using a well-known correlation method (folded correlation method or the like), the ground mark 10A is hardly affected by signal noise. And the registration mark 10B can be calculated with high reproducibility. However, the positional deviation amount may be calculated based on the bottom position of the waveform signal instead of the correlation method.
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 4, the misregistration detection mark of the second embodiment is obtained by dividing the linear patterns 11 and 13 into “an assembly of a plurality of fine linear patterns 38 and 39 divided in the width direction (submark group). ) ”, And the linear patterns 12 and 14 are formed of similar sub-mark groups. Note that the configuration of the submark group is not limited to all of the linear patterns 11 to 14 and may be applied to at least one linear pattern.

第2実施形態の位置ずれ検出用マークのように、線状パターン11〜14のうち少なくとも1つをサブマーク群により構成することで、CMP研磨の際に均一性のよい研磨が可能となる。CMP研磨によってマークが崩れ難い利点もある。
また、サブマーク群の微細な線状パターン38,39の幅を対物レンズ26の解像力内にすると、線状パターン38,39の集合体である線状パターン13,11の幅方向(位置ずれ検出方向)に関して多数のエッジが存在することになり、平均化効果で位置ずれ検出の再現性が向上する。さらに、微細な線状パターン38,39の幅を回路パターンの線幅と同程度にすることで、位置ずれ検出の精度が向上する。
(第3実施形態)
第3実施形態の位置ずれ検出用マークは、図5に示す通り、線状パターン11と線状パターン12に外接する矩形領域40の内側で、下地マーク10Aとレジストマーク10B(つまり線状パターン11〜14)により仕切られた4つの領域a〜dに、下地パターンの他の基準位置を示す下地マーク(41〜44)と、レジストパターンの他の基準位置を示すレジストマーク(44〜48)とを、重ならないように配置したものである。新たな下地マーク(41〜44)とレジストマーク(44〜48)は、ライン・アンド・スペースのパターンからなる(グレーティング構造)。
As in the misregistration detection mark of the second embodiment, at least one of the linear patterns 11 to 14 is configured by the sub mark group, so that polishing with good uniformity can be performed during CMP polishing. There is also an advantage that marks are not easily broken by CMP polishing.
Further, when the width of the fine linear patterns 38 and 39 of the sub-mark group is set within the resolving power of the objective lens 26, the width direction of the linear patterns 13 and 11 that are aggregates of the linear patterns 38 and 39 (positional deviation detection). There are a large number of edges with respect to (direction), and the reproducibility of misregistration detection is improved by the averaging effect. Furthermore, by making the widths of the fine linear patterns 38 and 39 approximately the same as the line width of the circuit pattern, the accuracy of the positional deviation detection is improved.
(Third embodiment)
As shown in FIG. 5, the misregistration detection mark of the third embodiment has a base mark 10 </ b> A and a registration mark 10 </ b> B (that is, the linear pattern 11) inside the rectangular area 40 that circumscribes the linear pattern 11 and the linear pattern 12. To 14), in the four regions a to d, a ground mark (41 to 44) indicating another reference position of the ground pattern, and a resist mark (44 to 48) indicating another reference position of the resist pattern, Are arranged so as not to overlap. The new base marks (41 to 44) and the resist marks (44 to 48) are composed of a line and space pattern (grating structure).

上記のように構成された第3実施形態の位置ずれ検出用マークでは、矩形領域40の内側で4つの領域a〜dに分けて効率よく他の下地マーク(41〜44)とレジストマーク(44〜48)を配置するため、占有面積を大きくせずに2種類のマークを含むことができる。
さらに、第3実施形態の位置ずれ検出用マークによれば、線状パターン11,12からなる下地マーク10Aの中心CA(図1(b))と線状パターン13,14からなるレジストマーク10Bの中心CB(図1(c))を視野領域の中心(光軸6A)に略一致させた状態で、下地マーク10Aとレジストマーク10Bとの位置ずれ検出、および、下地マーク(41〜44)とレジストマーク(44〜48)との位置ずれ検出を行うことができる。
In the misregistration detection mark of the third embodiment configured as described above, other base marks (41 to 44) and registration marks (44) are efficiently divided into four areas a to d inside the rectangular area 40. ˜48) can be arranged, two kinds of marks can be included without increasing the occupation area.
Further, according to the misregistration detection mark of the third embodiment, the center mark C A (FIG. 1B) of the base mark 10A composed of the linear patterns 11 and 12 and the resist mark 10B composed of the linear patterns 13 and 14 are used. In the state where the center C B (FIG. 1 (c)) is substantially coincident with the center of the field of view (optical axis 6A), the positional deviation between the base mark 10A and the registration mark 10B is detected, and the base marks (41-44) are detected. ) And registration marks (44 to 48).

実際の位置ずれ検出は、十字形状のマーク(線状パターン11〜14)とライン・アンド・スペースのマーク(41〜48)との両方で行っても良いし、2種類のうち最適な方を検査時に選択しても良い。十字形状のマークによる利点は、光軸付近を利用しているため、結像系(25〜28)の歪曲収差の影響を殆ど受けることなく高精度に位置ずれ検出を行えるという点にある。ライン・アンド・スペースのマークによる利点は、平均的な検出結果を得ることができるという点にある。2種類のうち最適な方を選択することで、位置ずれ検出の精度が向上する。   The actual misalignment detection may be performed using both the cross-shaped marks (linear patterns 11 to 14) and the line-and-space marks (41 to 48). It may be selected at the time of inspection. The advantage of the cross-shaped mark is that since the vicinity of the optical axis is used, the position shift can be detected with high accuracy without being substantially affected by the distortion of the imaging system (25 to 28). The advantage of the line-and-space mark is that an average detection result can be obtained. By selecting the optimum one of the two types, the accuracy of detecting the displacement is improved.

上記した第3実施形態では、矩形領域40の内側で4つの領域a〜dに分けて他の下地マーク(41〜44)とレジストマーク(44〜48)を配置したが、本発明はこれに限定されない。4つの領域a〜dのうち少なくとも1つに、他の基準位置を示すマーク(下地マークとレジストマークのうち少なくとも一方)を配置してもよい。
(第4実施形態)
第4実施形態の位置ずれ検出用マークは、図6に示す通り、線状パターン11と線状パターン12に外接する矩形領域50の内側で、下地マーク10Aとレジストマーク10B(つまり線状パターン11〜14)により仕切られた4つの領域a〜dに、下地パターンの形成に関わるプロセス情報51と、下地パターンと同時に形成されたダミーパターン52,53と、レジストパターンの形成に関わるプロセス情報54と、レジストパターンと同時に形成されたダミーパターン55,56を配置したものである。プロセス情報51,54とは、レチクルナンバーなどである。
In the third embodiment described above, the other base marks (41 to 44) and the resist marks (44 to 48) are arranged in four regions a to d inside the rectangular region 40. However, the present invention is not limited to this. It is not limited. A mark indicating at least one other reference position (at least one of a base mark and a resist mark) may be arranged in at least one of the four regions a to d.
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 6, the misregistration detection mark of the fourth embodiment has a base mark 10 </ b> A and a registration mark 10 </ b> B (that is, the linear pattern 11) inside the rectangular area 50 that circumscribes the linear pattern 11 and the linear pattern 12. 14), the process information 51 related to the formation of the base pattern, the dummy patterns 52 and 53 formed simultaneously with the base pattern, and the process information 54 related to the formation of the resist pattern The dummy patterns 55 and 56 formed simultaneously with the resist pattern are arranged. The process information 51, 54 is a reticle number or the like.

上記のように構成された第4実施形態の位置ずれ検出用マークでは、線状パターン11,12からなる下地マーク10Aの中心CA(図1(b))と線状パターン13,14からなるレジストマーク10Bの中心CB(図1(c))を視野領域の中心(光軸6A)に略一致させた状態で、下地マーク10Aとレジストマーク10Bとの位置ずれ検出を行うことができる他、プロセス情報51,54を読み取って照合することで、露光レチクルの間違いなどを認識できる。また、ダミーパターン52,53,55,56を設けたことにより、CMP研磨を他の部分と同様の均一な条件で行うことができる。 The positional shift detection mark of the fourth embodiment configured as described above, consists of the center C A (to FIG. 1 (b)) and a linear pattern 13 and 14 of the base mark 10A consisting of linear patterns 11 and 12 In addition to being able to detect misalignment between the base mark 10A and the registration mark 10B in a state where the center C B (FIG. 1C) of the registration mark 10B is substantially coincident with the center of the visual field area (optical axis 6A). By reading and collating the process information 51, 54, it is possible to recognize an exposure reticle error or the like. Further, by providing the dummy patterns 52, 53, 55, and 56, CMP polishing can be performed under the same uniform conditions as other portions.

上記した第4実施形態では、矩形領域50の内側の4つの領域a〜dのうち、領域a,bに下地パターンとレジストパターンの形成に関わる各々のプロセス情報51,54を配置したが、本発明はこれに限定されない。下地パターンとレジストパターンのうち一方の形成に関わるプロセス情報を、4つの領域a〜dのうち少なくとも1つに配置してもよい。
(第5実施形態)
第5実施形態の位置ずれ検出用マークは、図7に示す通り、線状パターン11と線状パターン12に外接する矩形領域60の内側で、下地マーク10Aとレジストマーク10B(つまり線状パターン11〜14)により仕切られた4つの領域a〜dに、下地パターンとレジストパターンのうち少なくとも一方の形成に関わる露光条件の検査用マーク61〜64を配置したものである。マーク61〜64は、楔形のSMP(Self Measurement Program)マークであり、その長さが露光条件(ドーズ量やフォーカスずれ量など)に応じて変化する。
In the fourth embodiment described above, the process information 51 and 54 related to the formation of the base pattern and the resist pattern are arranged in the areas a and b among the four areas a to d inside the rectangular area 50. The invention is not limited to this. Process information relating to formation of one of the base pattern and the resist pattern may be arranged in at least one of the four regions a to d.
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 7, the misregistration detection mark of the fifth embodiment has a base mark 10A and a registration mark 10B (that is, the linear pattern 11) inside a rectangular area 60 circumscribing the linear pattern 11 and the linear pattern 12. To 14), inspection marks 61 to 64 for exposure conditions relating to the formation of at least one of the base pattern and the resist pattern are arranged in the four regions a to d. The marks 61 to 64 are wedge-shaped SMP (Self Measurement Program) marks, and their lengths change according to exposure conditions (dose amount, focus shift amount, etc.).

上記のように構成された第5実施形態の位置ずれ検出用マークでは、線状パターン11,12からなる下地マーク10Aの中心CA(図1(b))と線状パターン13,14からなるレジストマーク10Bの中心CB(図1(c))を視野領域の中心(光軸6A)に略一致させた状態で、下地マーク10Aとレジストマーク10Bとの位置ずれ検出を行うことができる他、マーク61〜64の長さの変化量に応じて露光条件(ドーズ量やフォーカスずれ量など)を検査することもできる。 The positional shift detection mark of the fifth embodiment configured as described above, consists of the center C A (to FIG. 1 (b)) and a linear pattern 13 and 14 of the base mark 10A consisting of linear patterns 11 and 12 In addition to being able to detect misalignment between the base mark 10A and the registration mark 10B in a state where the center C B (FIG. 1C) of the registration mark 10B is substantially coincident with the center of the visual field area (optical axis 6A). The exposure conditions (dose amount, focus shift amount, etc.) can be inspected according to the amount of change in the length of the marks 61-64.

上記した第5実施形態では、矩形領域60の内側の4つの領域a〜dにマーク61〜64を配置したが、本発明はこれに限定されない。同様のSMPマークを4つの領域a〜dのうち少なくとも1つに配置してもよい。
(第6実施形態)
第6実施形態の位置ずれ検出用マーク70は、図8に示す通り、図1の位置ずれ検出用マーク10のレジストマーク10Bに代えて、レジストマーク70Bを設けたものである。レジストマーク70Bは、線状パターン11に平行な線状パターン71と、線状パターン12に平行な線状パターン72とが、十字形状に配置されたものである。また、線状パターン71,72は、線状パターン11,12よりも両端間の長さが短く、互いに交差しないように、それぞれ直線方向S71,S72の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターン71(1),71(2),72(1),72(2)からなる。
In the fifth embodiment described above, the marks 61 to 64 are arranged in the four regions a to d inside the rectangular region 60, but the present invention is not limited to this. Similar SMP marks may be arranged in at least one of the four regions a to d.
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 8, the misregistration detection mark 70 of the sixth embodiment is provided with a registration mark 70B instead of the registration mark 10B of the misregistration detection mark 10 of FIG. In the registration mark 70B, a linear pattern 71 parallel to the linear pattern 11 and a linear pattern 72 parallel to the linear pattern 12 are arranged in a cross shape. Also, the linear patterns 71 and 72 is shorter in length between both ends than the linear patterns 11 and 12, so as not to intersect with each other, respectively divided into the one end and the other end of the linear direction S 71, S 72 The two partial patterns 71 (1), 71 (2), 72 (1) and 72 (2) are formed.

上記した位置ずれ検出用マーク70によれば、位置ずれ検出の際に、図8(c)に示す位置ずれ検出用マーク70の画像から、レジストマーク70Bの線状パターン71,72の部分画像を簡単に切り出すことができる。例えば線状パターン71の場合には、部分パターン72(1)から部分パターン72(2)にわたって連続した1つの部分画像73を切り出せばよい。線状パターン72の場合も同様であり、部分パターン71(1)から部分パターン71(2)にわたって連続した1つの部分画像を切り出せばよい。   According to the above-described misregistration detection mark 70, when misregistration is detected, partial images of the linear patterns 71 and 72 of the registration mark 70B are obtained from the misregistration detection mark 70 image shown in FIG. Can be easily cut out. For example, in the case of the linear pattern 71, one continuous partial image 73 may be cut out from the partial pattern 72 (1) to the partial pattern 72 (2). The same applies to the case of the linear pattern 72, and one partial image continuous from the partial pattern 71 (1) to the partial pattern 71 (2) may be cut out.

線状パターン71,72は互いに交差しないため、連続した1つの部分画像を切り出しても、他の線状パターンのエッジ部分に影響されることなく良好に位置ずれ検出を行うことができる。
(変形例)
なお、上記した実施形態では、基板21の異なる層に形成された下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査(位置ずれ検出)を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。基板21の同じ層に形成された2つのパターンの位置ずれ検出を行う場合にも、本発明を適用できる。
Since the linear patterns 71 and 72 do not intersect with each other, even if one continuous partial image is cut out, it is possible to detect misalignment satisfactorily without being affected by the edge portions of other linear patterns.
(Modification)
In the above-described embodiment, the resist pattern overlay inspection (position shift detection) with respect to the base pattern formed on a different layer of the substrate 21 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to the case where positional deviation detection of two patterns formed on the same layer of the substrate 21 is performed.

さらに、重ね合わせ測定装置20の画像処理部32により位置ずれ検出の処理を行う例を説明したが、本発明はこれに限定されない。重ね合わせ測定装置に接続された外部のコンピュータを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。   Furthermore, although the example which performs the process of position shift detection by the image processing unit 32 of the overlay measurement apparatus 20 has been described, the present invention is not limited to this. Even when an external computer connected to the overlay measuring apparatus is used, the same effect can be obtained.

第1実施形態の位置ずれ検出用マーク10の構成を説明する図である。It is a figure explaining the composition of mark 10 for position shift detection of a 1st embodiment. 重ね合わせ測定装置20の構成図である。2 is a configuration diagram of an overlay measurement apparatus 20. FIG. 位置ずれ検出用の部分画像36(1),36(2),37(1),37(2)とプロジェクション処理後の波形信号について説明する図である。It is a figure explaining the partial image 36 (1), 36 (2), 37 (1), 37 (2) for position shift detection, and the waveform signal after a projection process. 第2実施形態の位置ずれ検出用マークの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the misalignment detection mark of 2nd Embodiment. 第3実施形態の位置ずれ検出用マークの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the misalignment detection mark of 3rd Embodiment. 第4実施形態の位置ずれ検出用マークの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the mark for position shift detection of 4th Embodiment. 第5実施形態の位置ずれ検出用マークの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the misalignment detection mark of 5th Embodiment. 第6実施形態の位置ずれ検出用マークの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the position shift detection mark of 6th Embodiment. 従来の2重マーク80の構成図である。It is a block diagram of the conventional double mark 80. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,70 位置ずれ検出用マーク
10A,41〜44 下地マーク
10B,45〜48,70B レジストマーク
11,12,13,14,71,72 線状パターン
11(1),11(2),12(1),12(2),71(1),71(2),72(1),72(2) 部分パターン
20 重ね合わせ測定装置
21 基板
22 ステージ
23 光源
24 照明レンズ
26 対物レンズ
6A 光軸
27,29 結像レンズ
30 検出器
31 撮像素子
32 画像処理部
33 システム制御部
34 ステージ制御部
35 画像
36(1),36(2),37(1),37(2),73 部分画像
38,39 微細な線状パターン
40,50,60 矩形領域
51,54 プロセス情報
52,53,55,56 ダミーパターン
61〜64 露光条件の検査用マーク
10, 70 Position shift detection mark 10A, 41-44 Base mark 10B, 45-48, 70B Registration mark 11, 12, 13, 14, 71, 72 Linear pattern 11 (1), 11 (2), 12 ( 1), 12 (2), 71 (1), 71 (2), 72 (1), 72 (2) Partial pattern 20 Overlay measuring device 21 Substrate 22 Stage 23 Light source 24 Illumination lens 26 Objective lens 6A Optical axis 27 , 29 Imaging lens 30 Detector 31 Image sensor 32 Image processing unit 33 System control unit 34 Stage control unit 35 Image 36 (1), 36 (2), 37 (1), 37 (2), 73 Partial image 38, 39 Fine linear pattern 40, 50, 60 Rectangular area 51, 54 Process information 52, 53, 55, 56 Dummy pattern 61-64 Inspection mark for exposure conditions

Claims (6)

2つのパターンの位置ずれ検出に用いられる位置ずれ検出用マークを用いて、前記2つのパターンの位置ずれ検出を行う位置ずれ検出方法であって、
前記位置ずれ検出用マークは、
前記2つのパターンのうち一方の基準位置を示す第1マークと、前記2つのパターンのうち他方の基準位置を示す第2マークとを含み、
前記第1マークは、第1の線状パターンと該線状パターンに垂直な第2の線状パターンとが十字形状に配置され、
前記第2マークは、第3の線状パターンと前記第3の線状パターンに垂直な第4の線状パターンとが十字形状に配置され、
前記第1マークと前記第2マークは、前記2つのパターンの位置ずれが無いときに、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンの直線方向が一致し、かつ、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンの直線方向が一致し、
前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンは、長手方向の両端間の長さが互いに異なり、
前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち、前記長さの長い方の線状パターンは、前記長さの短い方の線状パターンと重ならないように、直線方向の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターンからなり、
前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンは、長手方向の両端間の長さが互いに異なり、
前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち、前記長さの長い方の線状パターンは、前記長さの短い方の線状パターンと重ならないように、直線方向の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターンからなり、
前記位置ずれ検出方法は、
前記第1マークと前記第2マークの画像を取り込む第1工程と、
取り込まれた前記画像から前記第1マークの前記第1の線状パターンと前記第2の線状パターンに関わる部分画像を切り出すと共に、前記第2マークの前記第3の線状パターンと前記第4の線状パターンに関わる部分画像を切り出す第2工程と、
切り出された前記部分画像に基づいて、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンの直線方向の位置ずれ量を算出すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンの直線方向の位置ずれ量を算出する第3工程とを備え、
前記第2工程では、前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに関わる部分画像を切り出す際、および、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに関わる部分画像を切り出す際、それぞれの前記部分パターンごとに個別に前記部分画像を切り出す
ことを特徴とする位置ずれ検出方法。
A misregistration detection method for detecting misregistration of the two patterns using misregistration detection marks used for misregistration detection of two patterns,
The misregistration detection mark is
A first mark indicating one reference position of the two patterns, and a second mark indicating the other reference position of the two patterns,
The first mark has a first linear pattern and a second linear pattern perpendicular to the linear pattern arranged in a cross shape,
In the second mark, a third linear pattern and a fourth linear pattern perpendicular to the third linear pattern are arranged in a cross shape,
When the first mark and the second mark have no positional deviation between the two patterns, the linear directions of the first linear pattern and the third linear pattern coincide with each other, and the second mark And the linear direction of the fourth linear pattern coincides,
The first linear pattern and the third linear pattern have different lengths between both ends in the longitudinal direction,
Of the first linear pattern and the third linear pattern, the linear pattern having the longer length does not overlap the linear pattern having the shorter length so as to overlap with the linear pattern having the shorter length. It consists of two partial patterns divided into the side and the other end side,
The second linear pattern and the fourth linear pattern have different lengths between both ends in the longitudinal direction,
Of the second linear pattern and the fourth linear pattern, the longer linear pattern has one end in a linear direction so as not to overlap the shorter linear pattern. It consists of two partial patterns divided into the side and the other end side,
The positional deviation detection method is:
A first step of capturing images of the first mark and the second mark;
A partial image related to the first linear pattern and the second linear pattern of the first mark is cut out from the captured image, and the third linear pattern and the fourth mark of the second mark are cut out. A second step of cutting out a partial image related to the linear pattern;
Based on the cut out partial image, the amount of positional deviation in the linear direction of the first linear pattern and the third linear pattern is calculated, and the second linear pattern and the fourth line are calculated. A third step of calculating the amount of positional deviation of the linear pattern in the linear direction,
In the second step, when cutting out a partial image related to the longer linear pattern of the first linear pattern and the third linear pattern, and the second linear pattern And the fourth linear pattern, when the partial image related to the longer linear pattern is cut out, the partial image is cut out separately for each of the partial patterns. Method.
請求項1に記載の位置ずれ検出方法において、
前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの短い方の線状パターンと、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの短い方の線状パターンは、互いに交差しないように、それぞれ直線方向の一端側と他端側とに分割された2つの部分パターンからなる
ことを特徴とする位置ずれ検出方法
The positional deviation detection method according to claim 1,
Of the first linear pattern and the third linear pattern in the displacement detection mark, the shorter linear pattern, the second linear pattern, and the fourth linear pattern. linear pattern of the shorter of the length of the pattern, so as not to intersect with each other, each positional displacement, characterized in that it consists of two partial patterns that are divided into a one end and the other end of the straight line direction detection Way .
請求項1または請求項2に記載の位置ずれ検出方法において、
前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第2の線状パターンと前記第3の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち、少なくとも1つの線状パターンは、幅方向に分割された複数本の微細な線状パターンからなる
ことを特徴とする位置ずれ検出方法
In the positional deviation detection method according to claim 1 or 2,
Of the first linear pattern, the second linear pattern, the third linear pattern, and the fourth linear pattern in the misregistration detection mark , at least one linear pattern has a width. A misregistration detection method comprising a plurality of fine linear patterns divided in a direction.
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置ずれ検出方法において、
前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接する矩形領域の内側で、前記第1マークと前記第2マークにより仕切られた4つの領域のうち、少なくとも1つの領域には、前記2つのパターンのうち少なくとも一方の他の基準位置を示す第3マークが含まれる
ことを特徴とする位置ずれ検出方法
In the position shift detection method according to any one of claims 1 to 3,
Out of the first linear pattern and the third linear pattern in the misregistration detection mark, it circumscribes the longer linear pattern, and the second linear pattern and the fourth linear pattern. Among the four regions divided by the first mark and the second mark, at least one region is inside the rectangular region circumscribing the longer one of the linear patterns. A misregistration detection method comprising a third mark indicating at least one other reference position of the two patterns.
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置ずれ検出方法において、
前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接する矩形領域の内側で、前記第1マークと前記第2マークにより仕切られた4つの領域のうち、少なくとも1つの領域には、前記2つのパターンのうち少なくとも一方の形成に関わるプロセス情報が含まれる
ことを特徴とする位置ずれ検出方法
In the position shift detection method according to any one of claims 1 to 3,
Out of the first linear pattern and the third linear pattern in the misregistration detection mark, it circumscribes the longer linear pattern, and the second linear pattern and the fourth linear pattern. Among the four regions divided by the first mark and the second mark, at least one region is inside the rectangular region circumscribing the longer one of the linear patterns. A process for detecting misalignment , comprising process information relating to formation of at least one of the two patterns.
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置ずれ検出方法において、
前記位置ずれ検出用マークにおける前記第1の線状パターンと前記第3の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接すると共に、前記第2の線状パターンと前記第4の線状パターンのうち前記長さの長い方の線状パターンに外接する矩形領域の内側で、前記第1マークと前記第2マークにより仕切られた4つの領域のうち、少なくとも1つの領域には、前記2つのパターンのうち少なくとも一方の形成に関わる露光条件の検査用マークが含まれる
ことを特徴とする位置ずれ検出方法
In the position shift detection method according to any one of claims 1 to 3,
Out of the first linear pattern and the third linear pattern in the misregistration detection mark, it circumscribes the longer linear pattern, and the second linear pattern and the fourth linear pattern. Among the four regions divided by the first mark and the second mark, at least one region is inside the rectangular region circumscribing the longer one of the linear patterns. A misregistration detection method comprising: an inspection mark for an exposure condition related to formation of at least one of the two patterns.
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