(57)【要約】【課題】重ね合わせマークが対物レンズの視野を越えてしまう場合においても重ね合わせずれ量を測定できる重ね合わせ測定装置を提供する。【解決手段】基板５の異なる層に形成された複数のパターンで構成される１つの重ね合わせ精度測定用マークの異なる領域についてそれぞれ画像データをＣＣＤカメラ３１で取得し、このＣＣＤカメラ３１によって取得した複数の画像データを合成し、この合成された画像に基いて複数のパターンのずれ量を演算制御部１０で演算する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の異なる層に形成された第１のパターンと第２のパターンとで構成されるマークにおける前記第１のパターンと前記第２のパターンとの重ね合わせ位置ずれを測定する重ね合わせ測定装置において、
前記マークの異なる領域についてそれぞれ画像データを取得する撮像手段と、
前記撮像手段によって取得した複数の画像データを合成し、この合成された画像に基いて前記重ね合わせ位置ずれを演算する演算制御手段と
を備えていることを特徴とする重ね合わせ測定装置。
【請求項２】
前記マークの像を前記撮像手段の撮像面に結像させる結像光学系を有し、
前記マークが前記結像光学系の視野範囲を越えた場合に、前記演算手段により前記合成を行うことを特徴とする請求項１記載の重ね合わせ測定装置。
【請求項３】
前記マークが前記結像光学系の視野範囲を越えた場合に、前記視野範囲を移動させて前記マークの異なる領域での前記視野範囲内の画像データを複数回取得することにより、前記複数の画像データを得ることを特徴とする請求項２記載の重ね合わせ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は重ね合わせ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献】
特開平１０−２６７６１１号公報
【０００４】
半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程においては、レチクル又はマスクに形成された回路パターンを通してウエハ上に露光する。このとき、露光に先立って観察装置を用いてウエハ面を観察することによりウエハ上の重ね合わせマークを検出し、この検出結果に基いてマスクとウエハとの相対的な位置合わせを行う。この位置合わせは重ね合わせ測定装置を用いて露光工程において形成されたレジストパターンと下地パターンとの重ね合わせずれ量を測定することにより行われる。重ね合わせマークに対して照明光を照射し、この重ね合わせマークからの反射光を対物レンズ等を介して所定面に結像させ、ＣＣＤカメラ等で撮像して画像処理を行ない、重ね合わせずれ量を測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウエハ上に大きい重ね合わせマークと小さい重ね合わせマークとが混在しているような場合、重ね合わせずれ量を測定するときに大きい重ね合わせマークが対物レンズの視野を越えてしまうことがある。
【０００６】
この場合、レジストパターンと下地パターンとの重ね合わせずれ量を測定できなくなるという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は重ね合わせマークが対物レンズの視野を越えてしまう場合においても重ね合わせずれ量を測定できる重ね合わせ測定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、基板の異なる層に形成された第１のパターンと第２のパターンとで構成されるマークにおける前記第１のパターンと前記第２のパターンとの重ね合わせ位置ずれを測定する重ね合わせ測定装置において、前記マークの異なる領域についてそれぞれ画像データを取得する撮像手段と、前記撮像手段によって取得した複数の画像データを合成し、この合成された画像に基いて前記重ね合わせ位置ずれを演算する演算制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の重ね合わせ測定装置において、前記マークの像を前記撮像手段の撮像面に結像させる結像光学系を有し、前記マークが前記結像光学系の視野範囲を越えた場合に、前記演算手段により前記合成を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の重ね合わせ測定装置において、前記マークが前記結像光学系の視野範囲を越えた場合に、前記視野範囲を移動させて前記マークの異なる領域での前記視野範囲内の画像データを複数回取得することにより、前記複数の画像データを得ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１はこの発明の第１実施形態に係る重ね合わせ測定装置のブロック図である。
【００１３】
この重ね合わせ測定装置は、ステージ２０と、対物レンズ（結像光学系）５０と、ＣＣＤカメラ（撮像手段）３１と、画像取込部３２と、画像合成部３３と、ステージ移動記憶部４０と、演算制御部（演算制御手段）１０とを備える。
【００１４】
基板５が載置されるステージ２０はＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向へ移動可能であり、演算制御部１０からの制御信号に基づいて所定の位置に移動する。ステージ２０は所定の位置に移動したとき、所定の位置に移動したことを知らせる確認信号を出力する。
【００１５】
対物レンズ５０はＣＣＤカメラ３１の撮像面上に重ね合わせマーク（重ね合わせ精度測定用マーク）ＰＭの像を結像させる。重ね合わせマークＰＭは基板５の異なる層に形成されたレジストパターンＰＭ１と下地パターンＰＭ２とで構成される。
【００１６】
複数の対物レンズ５０がレボルバ（図示せず）に装着され、レボルバは演算制御部１０からの制御信号に基づいて回転し、所望の対物レンズ５０が光軸上に配置される。また、レボルバは光軸上に配置されている対物レンズ５０の種類を示す識別信号を出力する。
【００１７】
ＣＣＤカメラ３１はＣＣＤを用いたＴＶカメラである。ＣＣＤカメラ３１の撮像面には対物レンズ５０によって拡大された重ね合わせマークＰＭの像が結像する。ＣＣＤは光の強弱の光学像をその強弱に応じた映像信号に変換して出力する。このＣＣＤカメラ３１は演算制御部１０からの制御信号に基づいて重ね合わせマークＰＭの画像を撮像する。
【００１８】
画像取込部３２は、ＣＣＤカメラ３１で撮像した重ね合わせマークＰＭの画像データを取り込み、記憶する。
【００１９】
画像合成部３３は画像取込部３２と同期をとって入力した２つの画像データを演算制御部１０で演算されたステージ２０の移動量に基いて合成する。
【００２０】
ステージ移動記憶部４０は重ね合わせマークＰＭを撮像したときのステージ２０の位置情報を記憶する。
【００２１】
演算制御部１０は重ね合わせマークＰＭを撮像したときのステージ２０の位置情報をステージ移動記憶部４０に記憶させるとともに、ステージ移動記憶部４０に記憶された複数のステージ２０の位置情報に基いてステージ２０の移動量を演算する。
【００２２】
また、演算制御部１０は画像合成部３３から出力された合成画像に基いて重ね合わせマークＰＭのずれ量（レジストパターンＰＭ１と下地パターンＰＭ２との重ね合わせずれ量）を演算する。
【００２３】
以下、重ね合わせずれ量の測定方法を説明する。
【００２４】
図２は重ね合わせマークが対物レンズの視野内におさまる場合の重ね合わせマークと対物レンズの視野との関係を示す図である。
【００２５】
まず、図２に示すようにレジストパターンＰＭ１と下地パターンＰＭ２とで構成される重ね合わせマークＰＭを含む画像取込領域ＴＹが対物レンズ５０の視野ＦＶ内に入るようにステージ２０を移動させる（下地パターンＰＭ２が視野ＦＶの中心付近になるようにする）。
【００２６】
次に、重ね合わせマークＰＭの全体の画像をＣＣＤカメラ３１に取り込む。
【００２７】
最後に、取り込んだ画像に基いてレジストパターンＰＭ１の中心位置と下地パターンＰＭ２の中心位置との差を重ね合わせずれ量として検出する。
【００２８】
図３は重ね合わせマークが対物レンズの視野内におさまらない場合の重ね合わせマークと対物レンズの視野との関係を示す図である。
【００２９】
この場合の測定は次のように行われる。
【００３０】
まず、レジストパターンＰＭ１と下地パターンＰＭ２とで構成される重ね合わせマークＰＭの上側領域（一部の領域）ＴＹ１が対物レンズ５０の視野ＦＶ内に入るようにステージ２０を移動させる（重ね合わせマークＰＭの上側が視野ＦＶの中心付近になるようにする）。
【００３１】
次に、このステージ２０の位置情報をステージ移動記憶部４０に記憶させる。
【００３２】
その後、上側領域ＴＹ１の画像をＣＣＤカメラ３１で撮像し、画像データを画像取込部３２に記憶させる。
【００３３】
次に、重ね合わせマークＰＭの右側領域（一部の領域）ＴＹ２が対物レンズ５０の視野ＦＶ内に入るようにステージ２０を移動させる（重ね合わせマークＰＭの右側が視野ＦＶの中心付近になるようにする）。
【００３４】
その後、このステージ２０の位置情報をステージ移動記憶部４０に記憶させる。
【００３５】
次に、右側領域ＴＹ２の画像をＣＣＤカメラ３１で撮像し、画像データを画像取込部３２に記憶させる。
【００３６】
その後、重ね合わせマークＰＭの下側領域（一部の領域）ＴＹ３が対物レンズ５０の視野ＦＶ内に入るようにステージ２０を移動させる（重ね合わせマークＰＭの下側が視野ＦＶの中心付近になるようにする）。
【００３７】
次に、このステージ２０の位置情報をステージ移動記憶部４０に記憶させる。
【００３８】
その後、下側領域ＴＹ３の画像をＣＣＤカメラ３１で撮像し、画像データを画像取込部３２に記憶させる。
【００３９】
次に、重ね合わせマークＰＭの左側領域（一部の領域）ＴＹ４が対物レンズ５０の視野ＦＶ内に入るようにステージ２０を移動させる（重ね合わせマークＰＭの左側が視野ＦＶの中心付近になるようにする）。
【００４０】
その後、このステージ２０の位置情報をステージ移動記憶部４０に記憶させる。
【００４１】
次に、下側領域ＴＹ４の画像をＣＣＤカメラ３１で撮像し、画像データを画像取込部３２に記憶させる。
【００４２】
その後、画像取込部３２に記憶されている上側領域ＴＹ１の画像データと下側領域ＴＹ３の画像データとを画像合成部３３に取り込む。画像合成部３３でステージ移動記憶部４０に記憶されている位置情報に基づいて演算された重ね合わせマークの中心間距離と前記両画像データとに基いて画像を合成した後、縦方向の重ね合わせずれ量を測定する。
【００４３】
最後に、画像取込部３２に記憶されている右側領域ＴＹ２の画像データと左側領域ＴＹ４の画像データとを画像合成部３３に取り込む。画像合成部３３でステージ移動記憶部４０に記憶されている位置情報に基づいて演算された重ね合わせマークの中心間距離と前記両画像データとに基いて画像を合成した後、横方向の重ね合わせずれ量を測定する。
【００４４】
この実施形態によれば、レジストパターンＰＭ１と下地パターンＰＭ２とを含む重ね合わせマークＰＭの一部の領域でそれぞれ取り込んだ画像データに基づいて画像を合成し、重ね合わせずれ量を測定するので、重ね合わせマークＰＭが対物レンズ５０の視野ＦＶを越えてしまう場合においても重ね合わせずれ量を測定できる。
【００４５】
なお、画像をＣＣＤカメラ３１に取り込む順序は上記した順序に限るものではなく。任意の順序でよい。
【００４６】
また、重ね合わせマークＰＭが長方形であり、縦方向だけ又は横方向だけの重ね合わせマークが対物レンズの視野内におさまる場合には、視野内におさまらない方向（縦方向又は横方向）の重ね合わせマークの画像だけをＣＣＤカメラ３１に取り込むようにすればよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の重ね合わせ測定装置によれば、重ね合わせマークが対物レンズの視野を越えてしまう場合においても重ね合わせずれ量を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る重ね合わせ測定装置のブロック図である。
【図２】図２は重ね合わせマークが対物レンズの視野内におさまる場合の重ね合わせマークと対物レンズの視野との関係を示す図である。
【図３】図３は重ね合わせマークが対物レンズの視野内におさまらない場合の重ね合わせマークと対物レンズの視野との関係を示す図である。
【符号の説明】
５  基板
１０  演算制御部（演算制御手段）
３１  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
５０  対物レンズ（結像光学系）
ＦＶ  視野
ＰＭ  重ね合わせマーク（重ね合わせ精度測定用マーク）
ＰＭ１  レジストパターン
ＰＭ２  下地パターン
ＴＹ１〜ＴＹ４  領域
【図１】
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【図２】
2004172347.tif 000004
【図３】
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