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JPH0663740B2 - Alignment mark position detection method - Google Patents

Alignment mark position detection method

Info

Publication number
JPH0663740B2
JPH0663740B2 JP62243194A JP24319487A JPH0663740B2 JP H0663740 B2 JPH0663740 B2 JP H0663740B2 JP 62243194 A JP62243194 A JP 62243194A JP 24319487 A JP24319487 A JP 24319487A JP H0663740 B2 JPH0663740 B2 JP H0663740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alignment mark
mark
image signal
pattern
equation
Prior art date
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Application number
JP62243194A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6484108A (en
Inventor
勤 宮武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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 Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP62243194A priority Critical patent/JPH0663740B2/en
Publication of JPS6484108A publication Critical patent/JPS6484108A/en
Publication of JPH0663740B2 publication Critical patent/JPH0663740B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Optical Transform (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はウエハ上に回路パターンを焼付けるX線露光装
置等の露光装置に用いられるプロキシミティーアライナ
やステッパーにおいて、マスクやウエハ上のアライメン
トマークを検出し、その検出波形からアライメントマー
クの中心位置を高精度に求める方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a mask or an alignment mark on a wafer in a proximity aligner or stepper used in an exposure apparatus such as an X-ray exposure apparatus for printing a circuit pattern on a wafer. The present invention relates to a method for detecting the center position of the alignment mark from the detected waveform with high accuracy.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、アライメントマークの検出波形からその中心位
置を高精度に求める方法として、フレネルゾーン等を利
用した回折各子法とパターン計測法の2種類の方法が使
用されている。この内、回折格子法は、マスクとウエハ
間のギャップの変動に検出精度が大きく左右され、段差
のあるアライメントマークを精度良く検出できないとい
う欠点がある。一方、パターン計測法は、検出されるべ
きアライメントマークのパターンの形状に精度が依存す
るため、アライメントマークのパターン形状の劣化によ
り検出精度が悪くなるという欠点がある。ここで、回折
格子法がアライメントマークの対称性に依存する例は、
1979年4月発行のアイ・イー・イー・イー トランザク
ション オン エレクトロン ディバイセズ(IEEE TR
ANSACTION ON ELECTRON DEVICES)の論文雑誌のVOL.
ED−26,No.4に、「オートマチック アライメント シ
ステム フォー オプチカル プロジェクション プリ
ンディング(Automatic Alignment System for Opt
ical Printing)」という題の論文に、ギジ・ブーハウ
ス(Gijs Bouwhuis)他により提案されている。また、
パターン計測法がアライメントマークの対称性に依存す
る例は、特開昭62-54918号公報や特開昭61-199633号公
報に開示されている。
Generally, as a method of obtaining the center position of the alignment mark from the detected waveform with high accuracy, two types of methods, that is, a diffractive element method using a Fresnel zone or the like and a pattern measuring method are used. Among them, the diffraction grating method has a drawback that the detection accuracy is greatly influenced by the variation of the gap between the mask and the wafer, and the alignment mark having a step cannot be detected accurately. On the other hand, the pattern measurement method has a drawback that the accuracy depends on the shape of the pattern of the alignment mark to be detected, and thus the detection accuracy deteriorates due to the deterioration of the pattern shape of the alignment mark. Here, an example in which the diffraction grating method depends on the symmetry of the alignment mark is
I-E-E Transaction on Electron Devices (IEEE TR
ANSACTION ON ELECTRON DEVICES) VOL.
ED-26, No. 4, added "Automatic Alignment System for Opt.
The paper entitled "ical Printing" was proposed by Gijs Bouwhuis and others. Also,
An example in which the pattern measuring method depends on the symmetry of the alignment mark is disclosed in JP-A-62-54918 and JP-A-61-199633.

パターン計測法は、さらに大別して、コントラトス法と
エッジ検出法の2つに分類される。
The pattern measurement method is further roughly classified into a contratos method and an edge detection method.

この内、コントラスト法の従来例は、特開昭61-236117
号公報に開示されている。この特開昭61-236117号公報
では、次式で表される対称性パターンマチング処理を行
っている。
Among them, the conventional example of the contrast method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-236117.
It is disclosed in the publication. In this Japanese Patent Laid-Open No. 61-236117, a symmetrical pattern matching process represented by the following equation is performed.

又は 但し、D(n)は微分値、Mは比較範囲、nは位置を示
す。
Or However, D (n) is a differential value, M is a comparison range, and n is a position.

上式は、通常の画像処理におけるパターンマッチング処
理の応用であり、この特開昭61-236117号公報は、アラ
イメントマークのパターンが線対称性である点を利用し
て、そのことを上式に取り入れている。即ち、線対称な
図形の中心線を求めるために、図形を半分に折って、そ
の中心線を求める操作を行っているに等しい。半分に折
って合わす場所は勿論エッジであるが、これは、一般的
な画像処理手法である微分によるエッジ抽出法により処
理されたエッジを用いている。
The above expression is an application of pattern matching processing in ordinary image processing, and this Japanese Laid-Open Patent Publication No. 61-236117 uses the fact that the pattern of the alignment mark is line symmetric, I am incorporating it. That is, in order to find the center line of a line-symmetric figure, the figure is folded in half and the operation for finding the center line is performed. The place of folding in half is of course an edge, but this uses an edge processed by the edge extraction method by differentiation which is a general image processing method.

このように、特開昭61-236117号公報は、図形の対称性
をうまく取入れ、比較的簡単な演算式でその中心線を求
めることができる。この、対称性パターンマチング処理
を、プロキシミティーアライナやステッパーで、マスク
やウエハ上のアライメントマークの検出に用いることに
より、各アライメントマークの中心線から相対的位置関
係を求めることができる。
As described above, Japanese Patent Laid-Open No. 61-236117 can take in the symmetry of the figure well and obtain the center line by a relatively simple arithmetic expression. By using this symmetric pattern matching process for detecting alignment marks on a mask or a wafer with a proximity aligner or stepper, the relative positional relationship can be obtained from the center line of each alignment mark.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、この特開昭61-236117号公報に述べられ
ている対称性パターンマチング処理を用いた方法は、次
に述べるような欠点がある。
However, the method using the symmetrical pattern matching process described in Japanese Patent Laid-Open No. 61-236117 has the following drawbacks.

即ち、この方法は、図形が対称であることを前提として
いる。理想的には、マスク上のアライメントマーク(ク
ロム形成マーク)もウエハ上のアライメントマーク(レ
ジスト形成マークやプロセス形成マーク)も線対称であ
るが、実際には、さまざまな要素によりその対称性は崩
れる。
That is, this method presupposes that the figure is symmetrical. Ideally, the alignment mark (chrome formation mark) on the mask and the alignment mark (resist formation mark or process formation mark) on the wafer are line symmetric, but in reality, the symmetry is broken by various factors. .

例えば、レジスト形成マークの場合、アライメントマー
クを露光する時のX線等の照射角度やレジストの現像速
度等により、アライメントマークの対称性は崩れる(第
2図参照)。また、プロセス形成マークの場合、さら
に、アライメントマークの対称性は崩れ易く、プロセス
によるアライメントマークの熱変形(化学変形、力によ
る変形)や、アライメントマーク上に塗布される薄膜に
より、簡単にアライメントマークの対称性が崩れてしま
う(第3図参照)。
For example, in the case of a resist formation mark, the symmetry of the alignment mark is broken due to the irradiation angle of X-rays when exposing the alignment mark, the developing speed of the resist, etc. (see FIG. 2). Further, in the case of the process formation mark, the symmetry of the alignment mark is likely to be broken, and the alignment mark can be easily deformed due to thermal deformation (chemical deformation, deformation due to force) of the process or a thin film applied on the alignment mark. The symmetry of is broken (see Fig. 3).

以上の説明で明らかなように、実際のエウハ上のアライ
メントマークにおいては、その対称性をすべての層(レ
イアー)で保証することは極めて困難である。従って、
対称性を前提条件とした演算に対して、対称でないアラ
イメントマークのデータを用いるということは、そこに
矛盾を生じ、演算結果は誤差を含む。つまり、アライメ
ントマークの対称性が崩れば崩れる程、演算結果に含ま
れる誤差は益々大きくなる。
As is clear from the above description, in an actual alignment mark on EUH, it is extremely difficult to guarantee its symmetry in all layers (layers). Therefore,
The use of data of alignment marks that are not symmetric with respect to the calculation assuming symmetry causes a contradiction, and the calculation result includes an error. That is, as the symmetry of the alignment mark collapses, the error included in the calculation result increases.

このアライメントマークの非対称性により精度が低下す
るのを防止する対策例が上述した特開昭62-54918号公報
や特開昭61-199633号公報に開示されている。特開昭62-
54918号公報では、ウエハ上に塗布されたホトレジスト
の膜厚分布を測定してこの測定された膜厚分布よりウエ
ハアライメントパターン位置検出誤差を求め、該位置検
出誤差にもとづきアライメント量を補正している。しか
しながら、この方法では、処理が複雑になるという欠点
がある。また、特開昭61-19933号公報では、アライメン
トマークの形状そのものを位置検出誤差が生じにくいも
のにしている。しかしながら、この特開昭61-199633号
公報に開示されたアライメントマークは、その形状が非
常に複雑となるという欠点がある。
Examples of measures for preventing the accuracy from being deteriorated due to the asymmetry of the alignment mark are disclosed in the above-mentioned JP-A-62-54918 and JP-A-61-199633. JP 62-
In Japanese Patent No. 54918, the film thickness distribution of the photoresist coated on the wafer is measured, the wafer alignment pattern position detection error is obtained from the measured film thickness distribution, and the alignment amount is corrected based on the position detection error. . However, this method has a drawback that the processing becomes complicated. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-19933, the shape of the alignment mark itself is such that a position detection error is unlikely to occur. However, the alignment mark disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-199633 has a drawback that its shape becomes very complicated.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明によるアライメントマークの位置検出方法は、ア
ライメントマークを撮像装置で撮像して得られるアナラ
グ画像信号をディジタル画像信号に変換し、この変換し
て得られたディジタル画像信号を処理することによりア
ライメントマークの中心位置を求める方法において、前
記アライメントマークは、一方のマーク部分を平行移動
すれば他方のマーク部分と重なり合うような形状を有す
る少なくとも2つのマーク部分からなり、前記ディジタ
ル画像信号の処理が、前記ディジタル画像信号を微分
し、この微分された信号について相似性パターンマッチ
ングを行う処理であり、その処理結果が最大となる位置
を前記アライメントマークの中心位置として認識するこ
とを特徴とする。
The alignment mark position detecting method according to the present invention is such that an alignment mark is obtained by converting an analog image signal obtained by capturing an image of the alignment mark with an image pickup device into a digital image signal and processing the digital image signal obtained by the conversion. In the method of obtaining the center position of the above, the alignment mark is composed of at least two mark portions having a shape such that when one mark portion is translated, the alignment mark is overlapped with the other mark portion. This is a process of differentiating a digital image signal and performing similarity pattern matching on the differentiated signal, and recognizing the position where the processing result is maximum as the center position of the alignment mark.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

先ず最初に本発明の原理について述べる。First, the principle of the present invention will be described.

本発明では、パターン計測の分野で一般的に適用されて
いるパターンマッチングの手法の一部を変形した特長を
有する。処理の流れは、入力画像に対して微分オペレー
タを働かせることによって、パターンのエッジ抽出を行
い、エッジ抽出したデータに対して相似性パターンマッ
チングを行う手順となっている。なお、相似性パターン
マッチングの定義やその方法については、以下の説明に
より次第に明らかになるだろう。相似性パターンマッチ
ングでは、周知の自己相関関数の一部を変形した式を用
いている。
The present invention has a feature that a part of the pattern matching method generally applied in the field of pattern measurement is modified. The flow of processing is a procedure for performing edge extraction of a pattern by operating a differential operator on an input image, and performing similarity pattern matching on the edge-extracted data. The definition of similarity pattern matching and its method will be gradually clarified by the following explanation. In the similarity pattern matching, an expression obtained by modifying a part of the known autocorrelation function is used.

通常のパターンマッチングあるいは波形データ処理で
は、自己相関関係は次式で定義されている。
In normal pattern matching or waveform data processing, the autocorrelation is defined by the following equation.

ここで、i=0,1,…,N−1、x(i)は有限個Nのサン
プル値、Rx(i)は自己相関関数である。
Here, i = 0, 1, ..., N−1, x (i) is a finite number N of sample values, and Rx (i) is an autocorrelation function.

上式をあるマッチングを目的とするデータあるいは信号
波形に適用することによって、ある一定の基準になるパ
ターンあるいは信号波形の相関結果を得ることができ
る。この式から明らかなように、この演算は相対回数の
積和計算を必要とするので、計算に時間が掛かる。その
ため、自己相関関数は、バッチ処理に向くが、リアルタ
イム処理には到底対応しきれない。
By applying the above equation to data or signal waveform for the purpose of matching, it is possible to obtain a correlation result of a pattern or signal waveform serving as a certain reference. As is clear from this equation, this calculation requires a product-sum calculation of the relative number of times, and thus the calculation takes time. For this reason, the autocorrelation function is suitable for batch processing, but cannot fully support real-time processing.

例えば、X線露光装置等のアライメント処理に上式を用
いた場合、演算時間が長いということは、X/Yステー
ジも含めて、アライメントの処理結果をフィードバック
信号として用いる制御系に対しても、大きな障害とな
る。さらに、演算時間が長いということが装置全体とし
てのスループットを低下させる最大の原因となってしな
い、致命的な欠陥となりかねない。
For example, when the above formula is used for alignment processing of an X-ray exposure apparatus or the like, the long calculation time means that the control processing system including the X / Y stage also uses the alignment processing result as a feedback signal. It becomes a big obstacle. Further, the long calculation time may cause a fatal defect that is not the largest cause of reducing the throughput of the entire apparatus.

そこで、本発明では、アライメントマークの形状を工夫
したうえで、上述の式で表される自己相関関数の演算結
果を数100分の1に短縮するために、自己相関関数の式
の変形を次のように行った。
Therefore, in the present invention, in order to shorten the calculation result of the autocorrelation function represented by the above equation to several hundredths after devising the shape of the alignment mark, the following modification of the autocorrelation function equation is performed. I went like.

(1) アライメントマークの形状の工夫 アライメントマークの入力画像に対して、1次微分オペ
レータを働かせることによってエッジ抽出したデータ信
号において、一般的な自己相関関数による重ね合わせ手
法が可能となるアライメントマーク形状とした。即ち、
アライメントマークは少なくとも2つのマーク部分から
なり、一方のマーク部分をデータ信号上で平行移動すれ
ば、もう一方のマーク部分と重ね合う形状とした。例え
ば、アライメントマークが、第3図に示したような、矩
形の形状であると、自己相関関数による重ね合う手法が
不可能である(第4図参照)。これに対し、第5図に示
されるような、互いに近接して配置された矩形の2つの
マーク部分からなるアライメントマークでは、自己相関
関数による重ね合わせ手法が可能である。
(1) Deviation of alignment mark shape An alignment mark shape that allows a general overlay method using an autocorrelation function in a data signal whose edges have been extracted by operating a first-order differential operator on the input image of the alignment mark. And That is,
The alignment mark is composed of at least two mark portions, and if one mark portion is moved in parallel on the data signal, the alignment mark is formed so as to overlap with the other mark portion. For example, if the alignment mark has a rectangular shape as shown in FIG. 3, it is impossible to superimpose with the autocorrelation function (see FIG. 4). On the other hand, as shown in FIG. 5, an alignment mark composed of two rectangular mark portions arranged close to each other can be superposed by an autocorrelation function.

(2) 自己相関関数の式変形 本発明では、自己相関関数の式を変形するために、露光
装置で使用されるアライメントマークの特長に着目し、
アライメントマークを撮像装置で撮像して得られるアナ
ログ画像信号(入力画像)に対して1次微分オペレータ
を働かせることによって得られる信号(エッジパター
ン)が通常の信号波形とは異なる次の2点を基本として
変形する。
(2) Deformation of autocorrelation function formula In the present invention, in order to deform the formula of autocorrelation function, attention is paid to the feature of the alignment mark used in the exposure apparatus,
A signal (edge pattern) obtained by applying a first-order differential operator to an analog image signal (input image) obtained by picking up an alignment mark with an image pickup device is basically different from a normal signal waveform. Transforms as.

〔1〕パターンマッチングを取る2つのエッジパターン
間の距離Wは基本的には一定値であり、かつプロセスに
よる距離Wの変動は極僅かである。
[1] The distance W between two edge patterns for pattern matching is basically a constant value, and the variation of the distance W due to the process is extremely small.

〔2〕パターンマッチングを取る範囲は、エッジパター
ン付近についてのみ設定すればよい。
[2] The range for pattern matching may be set only near the edge pattern.

この特長〔1〕及び〔2〕に基づいて、自己相関関数の
式変形の過程を次に説明する。
Based on these features [1] and [2], the process of modifying the equation of the autocorrelation function will be described below.

離散値に対する自己相関関数は、上述したように次式で
表される。
The autocorrelation function for discrete values is expressed by the following equation as described above.

ただし、i=0,1,…,N−1である。 However, i = 0, 1, ..., N−1.

ここで、展開を簡単にするため、正規化係数1/Nを省
く。
Here, in order to simplify the expansion, the normalization coefficient 1 / N is omitted.

(2)式を第6図(第5図と同じ)に示すデータに対し
て用いる。この図において、横軸はパターンの距離を表
す。画像入力は2次元カメラで撮像したものを使用し、
離散距離は2次元カメラの撮像管面上の画素数(j)で
表される。また、縦軸は2次元カメラで撮像したアナロ
グ画像信号をディジタル画像信号に変換し、この変換し
て得られたディジタル画像信号に対して1次微分オペレ
ータを働かせた結果で、映像信号(ビデオ信号)の1次
微分値であることから、V′で表す。従って、第6図に
おいて、(2)式は次式に置換えられる。
The equation (2) is used for the data shown in FIG. 6 (same as FIG. 5). In this figure, the horizontal axis represents the pattern distance. For image input, use the one captured by a two-dimensional camera,
The discrete distance is represented by the number of pixels (j) on the image pickup tube surface of the two-dimensional camera. The vertical axis represents the result of converting the analog image signal captured by the two-dimensional camera into a digital image signal and applying a first-order differential operator to the digital image signal obtained by this conversion. ), It is represented by V '. Therefore, in FIG. 6, the equation (2) can be replaced with the following equation.

特長〔1〕から、1つのアライメントマークを形成する
左パターンと右パターンの幅Wは、基本的には一定値
で、(3)式において、幅Wは遅れ時間iに相当する。
From the feature [1], the width W of the left pattern and the right pattern forming one alignment mark is basically a constant value, and the width W corresponds to the delay time i in the equation (3).

(4)式は第6図におけるjの全領域において、左右の
パターンの幅Wについて相関を求めている。
Equation (4) finds the correlation with respect to the width W of the left and right patterns in the entire area of j in FIG.

ところが、特長〔2〕から、相関(重ね合わせ)を取る
パターンは、エッジパターンの存在する部分についての
み設定すればよく、第6図からも明らかな様に、左右の
パターンの存在する範囲は有限である。
However, from the feature [2], the pattern for obtaining the correlation (superposition) only needs to be set for the portion where the edge pattern exists, and as is clear from FIG. 6, the range where the left and right patterns exist is finite. Is.

第6図において、左パターンの存在する範囲を相関区間
Rとし、その相関区間の開始点をPとすると、相関を取
る範囲は、第6図上でj=Pからj=P+Rまでの範囲
に限定される。第7図にそのことを示している。
In FIG. 6, assuming that the range in which the left pattern exists is the correlation section R and the starting point of the correlation section is P, the range of correlation is the range from j = P to j = P + R in FIG. Limited. This is shown in FIG.

このことから、(4)式は、次の様に変形される。From this, the equation (4) is modified as follows.

なお、(5)式は幅Wの関数として定義されているが、
アライメントマークの特長〔2〕から、相関区間R及び
相関区間の開始点PについてもAのパラメータとなる。
従って、相関区間R、相関区間の開始点Pについてもパ
ラメータとすると、(5)式は次の様に変換される。
In addition, although the expression (5) is defined as a function of the width W,
From the feature [2] of the alignment mark, the correlation section R and the start point P of the correlation section are also parameters of A.
Therefore, if the correlation section R and the start point P of the correlation section are also parameters, the equation (5) is converted as follows.

以上の展開から自己相関関数の式(2)は、アライメン
トマークの特長〔1〕,〔2〕を考慮することで、最終
的に(6)式を得ることができた。(6)式は基本的な
相似性パターンマッチングの定義式と見なすことがで
き、その拡張式としては、次の6つの式が考えられる。
From the above expansion, the equation (2) of the autocorrelation function can finally obtain the equation (6) by considering the features [1] and [2] of the alignment mark. Expression (6) can be regarded as a basic definition expression for similarity pattern matching, and the following six expressions can be considered as expansion expressions thereof.

つまり、A(W,P,R)において、W,P,Rを同時にパラメー
タとして持つものでなく、3つのパラメータのうち、1
つあるいはその組合わせをパラメータとしてもつ相似性
パターンマッチングの式である。
In other words, A (W, P, R) does not have W, P, R as parameters at the same time, and one of the three parameters is
This is an equation for similarity pattern matching with one or a combination thereof as a parameter.

実際に、(6)式で表される相似性パターンマッチング
をプロセス形式マークに対して適用するとき、ほとんど
の場合、W,P,Rの3つのパラメータを同時に持つ必要は
ない。何故なら、特長〔1〕,〔2〕からマーク幅Wと
パターン幅Rについては、定数とみなせることから、ほ
とんどの場合(6)式はPをパラメータとする関数A
(P)の(6−1)式として定義される。あるいは、プ
ロセス形式マークによるマーク幅Wがある程度変化する
時は、(6)式は関数A(W,P)の(6−5)式として
定義され、使用される。
In fact, when applying the similarity pattern matching expressed by the equation (6) to the process type mark, in most cases, it is not necessary to have the three parameters W, P and R at the same time. Because the mark width W and the pattern width R can be regarded as constants because of the features [1] and [2], in most cases the expression (6) is a function A with P as a parameter.
It is defined as the equation (6-1) of (P). Alternatively, when the mark width W due to the process type mark changes to some extent, the equation (6) is defined and used as the equation (6-5) of the function A (W, P).

次に、自己相関関数(2)式と(6)式の間で、演算回
数を比較する。
Next, the number of calculations is compared between the autocorrelation functions (2) and (6).

データ数を1000個と仮定する。自己相関関数(2)式の
場合、各データにつき、積算回数が999回、和算回数が9
98回であるので、全てのデータに対しては、(999+99
8)×1000=1997000回の演算回数となる。これに対し
て、(6)式の演算回数を次の仮定の元に求める。
The number of data is assumed to be 1000. In the case of the autocorrelation function (2), the number of integrations is 999 and the number of additions is 9 for each data.
Since it is 98 times, (999 + 99
8) × 1000 = 1997000 times of calculation. On the other hand, the number of calculations of the equation (6) is calculated based on the following assumption.

ある一定のプロセス形成マークを考えた場合、マーク幅
R及びパターンの存在範囲(パターン幅)Wが一定であ
るとすると、(6)式はPだけの関数、すなわち(6−
1)式となる。ここで、1画素当り0.1μmとし、開始
点Pの範囲が±1.5μm、マーク幅Rが5μm、及びパ
ターン幅Wが20μmとすると、開始点Pの範囲、マーク
幅R、及びパターン幅Wは、夫々30点、50点、及び200
点となる。従って、(6−1)式は次式で表される。
Considering a certain process formation mark, assuming that the mark width R and the pattern existence range (pattern width) W are constant, the equation (6) is a function of only P, that is, (6−
It becomes the formula 1). Here, assuming that each pixel is 0.1 μm, the range of the starting point P is ± 1.5 μm, the mark width R is 5 μm, and the pattern width W is 20 μm, the range of the starting point P, the mark width R, and the pattern width W are , 30, 50 and 200 respectively
It becomes a point. Therefore, the equation (6-1) is expressed by the following equation.

(6−1)式の場合、各データにつき、積算回数が50
回、和算回数が49回であるので、全演算回数は、(50+
49)×30=2970回となる。従って、約670分の1に短縮
される。実際にこの回数であれば、ディジタル信号処理
(DSP)フィルタを用いても、1ms以下の時間で演算可能
である。さらに、最近普及されだした積和演算用(MAC:
mulutiplier−accumulator)チップを用いればさらに高
速化が可能となる。
In the case of equation (6-1), the cumulative number of times is 50 for each data.
The total number of calculations is (50+
49) × 30 = 2970 times. Therefore, it is reduced to about 1/670. Actually, this number of times can be calculated in less than 1 ms even if a digital signal processing (DSP) filter is used. In addition, recently used for multiply-accumulate operation (MAC:
If a mulutiplier-accumulator) chip is used, the speed can be further increased.

以上説明したように、自己相関関数をアライメントマー
クに限って適用することにより、その演算回数を極端に
減少させることができる。
As described above, by applying the autocorrelation function only to the alignment mark, the number of calculations can be extremely reduced.

また、本発明では、(6)式よりパターンの対称性を前
提とせず、左右パターンの相似性に依存している。この
ことは、ウエハプロセス依存性に対して比較的強いとい
う特長をもつ。
Further, in the present invention, the symmetry of the pattern is not presupposed from the expression (6), but depends on the similarity of the left and right patterns. This has the feature that it is relatively strong against the wafer process dependency.

例えば、レジスト形成マークの場合、第2図に示される
ように、X線等の照射角度や現像等の条件により、レジ
スト形成マークの対称性が崩れたと仮定してみる。この
場合、本発明では、レジスト形成マークの左右のパター
ンが、第8図に示されるように、近接した場合(20μm
前後)に在するため、比較的似通った変化の仕方をす
る。つまり、相似性を保ちながら左右パターンは変形し
ていく。又、第3図に示されるように、プロセス形成マ
ークにおいて、薄膜がプロセス形成マーク上面に塗布さ
れる場合においても、第9図に示されるように、左右パ
ターンが近接しているため、塗布中の条件がほぼ同じで
あることから、相似性を保ちながら塗布される。
For example, in the case of a resist formation mark, it is assumed that the symmetry of the resist formation mark is broken due to the irradiation angle of X-rays or the like and the conditions such as development, as shown in FIG. In this case, according to the present invention, when the patterns on the left and right of the resist formation mark are close to each other (20 μm, as shown in FIG. 8).
(Before and after), the changes are relatively similar. That is, the left and right patterns are deformed while maintaining the similarity. Further, as shown in FIG. 3, even when a thin film is applied to the upper surface of the process forming mark in the process forming mark, the left and right patterns are close to each other as shown in FIG. Since the conditions of are almost the same, they are applied while maintaining the similarity.

以上の説明から明らかなように、(6)式はアライメン
トマークの対称性を問わず、相似性が良く保たれるとい
う性質を利用したパターンマッチングの方法であること
から、相似性パターンマッチングと呼ばれる。
As is clear from the above description, since the expression (6) is a pattern matching method that utilizes the property that the similarity is well maintained regardless of the symmetry of the alignment marks, it is called similarity pattern matching. .

(6)式で定義される相似性パターンマッチングにおい
て、W=200,R=50とし、Pをパラメータとした処理結
果A(P)の一例を第10図に示す。
FIG. 10 shows an example of the processing result A (P) with W = 200, R = 50 and P as a parameter in the similarity pattern matching defined by the equation (6).

第10図において、A(P)の第1のピーク値を示すとこ
ろのPの位置をP1として、パターンの位置を認識し、P
−A(P)座標において、そのパターンの位置をアライ
メントマークの中心位置として、次式で求められる。
In FIG. 10, the position of P indicating the first peak value of A (P) is defined as P1, the position of the pattern is recognized, and P
In the −A (P) coordinate, the position of the pattern is used as the center position of the alignment mark, and is calculated by the following equation.

また、第10図において、A(P)の第2のピーク値を示
すところのPの位置をP2とすると、第10図から明らかな
ように、A(P)の実際のピークを示すPの位置は、P1
とP2の間に存在する。この場合、第1のピーク値と第2
のピーク値との間で補間演算を行うことで、P1とP2の間
に存在するピーク位置を求めることができる。補間演算
により求められたピーク位置をP1-2とすると、アライメ
ントマークの中心位置は次式で求められる。
Further, in FIG. 10, when the position of P where the second peak value of A (P) is shown is P2, as is clear from FIG. 10, the P of the actual peak of A (P) is Position is P1
Exists between P2 and P2. In this case, the first peak value and the second
The peak position existing between P1 and P2 can be obtained by performing the interpolation calculation with the peak value of. When the peak position obtained by the interpolation calculation is P1-2, the center position of the alignment mark is obtained by the following equation.

マークの中心位置=P1-2+125 …(8) (7)式あるいは(8)式を、マスクアライメントマー
クとウエハアライメントマークについて求めることによ
り、マスクとウエハの位置関係が求められる。
Mark center position = P1-2 + 125 (8) Equation (7) or Equation (8) is obtained for the mask alignment mark and the wafer alignment mark to obtain the positional relationship between the mask and the wafer.

次に、本発明の実施例について説明する。Next, examples of the present invention will be described.

第1図を参照して、先ず、本実施例では、アライメント
マークは、2つのマーク部分からなり、その形状は、一
方のマーク部分を平行移動すれば他方のマーク部分と重
なり合う形状を有する。本実施例のマーク部分は、図示
の如く、矩形の形状をしている。このアライメントマー
クを2次元カメラ(撮像装置)(図示せず)で撮像し、
アナログ画像信号を得る。アナログ画像信号はアナログ
ディジタル変換器(図示せず)でディジタル画像信号に
変換される。ここで、ディジタル化の階調数としては6
ビット以上とし、好ましくは8ビットが望ましい。この
ディジタル画像信号を、同期積算することにより、雑音
除去を行い、S/N比を高めると同時に、データ圧縮を
も行う。ここで、積算回数は任意の数でよい。次に、こ
のように雑音除去とデータ圧縮がなされたディジタル画
像信号を微分し、アライメントマークのエッジ(輪郭)
を抽出する。この微分されたデータに対し、(6)式で
表される相似性パターンマッチング処理を行う。この相
似性パターンマッチング処理の結果が最大となる位置を
アライメントマークの中心位置として認識する。
Referring to FIG. 1, first, in this embodiment, the alignment mark is composed of two mark portions, and the shape thereof has such a shape that when one mark portion is translated, the other mark portion overlaps with the other mark portion. The mark portion of this embodiment has a rectangular shape as shown. This alignment mark is imaged by a two-dimensional camera (imaging device) (not shown),
Obtain an analog image signal. The analog image signal is converted into a digital image signal by an analog-digital converter (not shown). Here, the number of gradations for digitization is 6
The number of bits is not less than, preferably 8 bits. By synchronously integrating this digital image signal, noise is removed, the S / N ratio is increased, and at the same time, data compression is performed. Here, the number of times of integration may be any number. Next, the noise-removed and data-compressed digital image signal is differentiated to obtain the edge (contour) of the alignment mark.
To extract. Similarity pattern matching processing represented by equation (6) is performed on the differentiated data. The position where the result of this similarity pattern matching processing is maximum is recognized as the center position of the alignment mark.

なお、アライメントマークの形状はこの実施例に限定し
ないのは言うまでもなく、入力画像を微分オペレータで
処理したデータが相似性を保つような形状であれば、ど
のような形状でも良い。
Needless to say, the shape of the alignment mark is not limited to this embodiment, and may be any shape as long as the data obtained by processing the input image with the differential operator maintains the similarity.

この方法を『微小距離離れた2物体の位置検出装置』の
処理装置に組合わせることにより、X線露光装置等の露
光装置におけるアライメントシステムを構成することが
できる。このアライメントシステムは、任意のギャップ
設定を可能にした上で、プロセス依存性の極めて小さ
い、高精度で高スループットのアライメントシステムを
実現可能にする。
By combining this method with a processing device of "position detection device for two objects separated by a minute distance", an alignment system in an exposure device such as an X-ray exposure device can be configured. This alignment system enables to set an arbitrary gap and to realize a highly accurate and high throughput alignment system with extremely small process dependency.

また、本発明の適用範囲も、露光装置に限定せず、他の
パターン認識の応用分野において予めパターンの形状及
び距離が推測されるものにも適用できる。この場合、相
似性パターンマッチングの式において適当なパラメータ
を与えることにより、従来の自己相関関数や相互相関関
数に基づく場合に比べて、演算時間を数100分の1に短
縮することができる。
Further, the applicable range of the present invention is not limited to the exposure apparatus, but can be applied to those in which the shape and distance of the pattern are estimated in advance in other application fields of pattern recognition. In this case, by providing appropriate parameters in the similarity pattern matching formula, the calculation time can be shortened to several hundredth of that in the case of using the conventional autocorrelation function or cross-correlation function.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、アライ
メントマークを少なくとも2つのマーク部分から構成
し、一方のマーク部分を平行移動すれば他方のマーク部
分と重なり合うような形状とし、画像入力信号を微分し
た信号について相似性パターンマッチングを行なってい
るので、アライメントマークの対称性が崩れても、アラ
イメントマークの中心位置を高精度に、しかも簡単な処
理で認識できるという効果がある。従って、スループッ
トが向上し、生産プロセスの簡素化、生産効率の向上に
大きく貢献することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the alignment mark is composed of at least two mark portions, and when one mark portion is moved in parallel, the alignment mark is overlapped with the other mark portion. Since the similarity pattern matching is performed with respect to the signal obtained by differentiating, the effect that the center position of the alignment mark can be recognized with high accuracy and with simple processing even if the symmetry of the alignment mark is broken. Therefore, throughput can be improved, which can greatly contribute to simplification of the production process and improvement of production efficiency.

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

第1図は本発明の一実施例によるアライメントマークの
位置検出方法を説明するための図、第2図は従来のレジ
スト形成マークの対称性の崩れを説明するための図、第
3図は従来のプロセス形成マークの対称性の崩れを説明
するための図、第4図は従来のアライメントマーク形状
の場合に自己相関関数による重ね合わせが不可能である
ことを説明するための図、第5図は本発明のアライメン
トマーク形状の場合に自己相関関数による重ね合わせが
可能であることを説明するための図、第6図は第5図の
アライメントマークの映像信号の1次微分値V′と2つ
のパターン間の幅Wを示す図、第7図は第6図に更に相
関区間の開始点Pと相関区間Rを示す図、第8図は本実
施例のレジスト形成マークが相似性を保つことを説明す
るための図、第9図は本実施例のプロセス形成マークが
相似性を保つことを説明するための図、第10図は本発明
による相似性パターンマッチングの処理結果の一例を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of detecting the position of an alignment mark according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the breaking of the symmetry of a conventional resist formation mark, and FIG. 3 is a conventional diagram. FIG. 5 is a diagram for explaining the breaking of the symmetry of the process forming mark, FIG. 4 is a diagram for explaining that the superposition by the autocorrelation function is impossible in the case of the conventional alignment mark shape, FIG. 5 Is a diagram for explaining that the alignment mark shape of the present invention can be superposed by an autocorrelation function, and FIG. 6 is a first differential value V ′ and 2 of the video signal of the alignment mark of FIG. FIG. 7 shows the width W between two patterns, FIG. 7 shows the start point P of the correlation section and the correlation section R in FIG. 6, and FIG. 8 shows that the resist formation marks of this embodiment maintain similarity. 9 is a diagram for explaining FIG. Is a diagram showing figures, an example of Figure 10 the process result of the similarity pattern matching according to the invention for explaining that the process forming the mark of this embodiment keeps the similarity.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アライメントマークを撮像装置で撮像して
得られるアナログ画像信号をディジタル画像信号に変換
し、この変換して得られたディジタル画像信号を処理す
ることによりアライメントマークの中心位置を求める方
法において、前記アライメントマークは、一方のマーク
部分を平行移動すれば他方のマーク部分と重なり合うよ
うな形状を有する少なくとも2つのマーク部分からな
り、前記ディジタル画像信号の処理が、前記ディジタル
画像信号を微分し、この微分された信号について下記の
数式で表される相似性パターンマッチングを行う処理で
あり、 (ここで、V′(j)はディジタル画像信号の微分値、
Rは相関区間、Pは相関区間の開始点、及びWは互いに
隣接する2つのマーク部分間の距離)その処理結果が最
大となる位置を前記アライメントマークの中心位置とし
て認識することを特徴とするアライメントマークの位置
検出方法。
1. A method of obtaining a center position of an alignment mark by converting an analog image signal obtained by picking up an image of an alignment mark by an image pickup device into a digital image signal and processing the digital image signal obtained by the conversion. In the above, the alignment mark comprises at least two mark portions having a shape such that when one mark portion is moved in parallel, the alignment mark overlaps with the other mark portion, and the processing of the digital image signal differentiates the digital image signal. , Is a process of performing similarity pattern matching represented by the following formula on the differentiated signal, (Here, V '(j) is the differential value of the digital image signal,
(R is a correlation section, P is a start point of the correlation section, and W is a distance between two mark portions adjacent to each other.) A position where the processing result is maximum is recognized as the center position of the alignment mark. Alignment mark position detection method.
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