JP2002196223A - 光学的位置ずれ検出装置 - Google Patents
光学的位置ずれ検出装置Info
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】測定用光学系とＡＦ用光学系を分離して測定精
度とＡＦ感度を向上させるとともに、レジストの膜厚な
どの干渉条件に影響を受けずに安定したＡＦ精度も維持
することのできる光学的位置ずれ検出装置を提供する。 【解決手段】測定用照明光源１は６００〜９００ｎｍの
波長帯域の測定用照明光を開口絞り１０を介して出射す
る。ＡＦ用照明光源４０は４５０〜５５０ｎｍの波長帯
域のＡＦ用照明光を開口絞り４１を介して出射する。Ａ
Ｆ感度を大きくするためにＡＦ用照明ＮＡを大きくす
る。測定用照明ＮＡは測定精度などにより最適値が決定
される。ＡＦ用照明光源４０は４５０〜５５０ｎｍの広
帯域なのでレジストの膜厚にムラがあってもＡＦ状態の
変動を抑制できる。測定用照明光源１は６００〜９００
ｎｍの広帯域なので、重ね合わせマーク２０の段差が種
々の値をとっても適度なコントラストが得られる。
度とＡＦ感度を向上させるとともに、レジストの膜厚な
どの干渉条件に影響を受けずに安定したＡＦ精度も維持
することのできる光学的位置ずれ検出装置を提供する。 【解決手段】測定用照明光源１は６００〜９００ｎｍの
波長帯域の測定用照明光を開口絞り１０を介して出射す
る。ＡＦ用照明光源４０は４５０〜５５０ｎｍの波長帯
域のＡＦ用照明光を開口絞り４１を介して出射する。Ａ
Ｆ感度を大きくするためにＡＦ用照明ＮＡを大きくす
る。測定用照明ＮＡは測定精度などにより最適値が決定
される。ＡＦ用照明光源４０は４５０〜５５０ｎｍの広
帯域なのでレジストの膜厚にムラがあってもＡＦ状態の
変動を抑制できる。測定用照明光源１は６００〜９００
ｎｍの広帯域なので、重ね合わせマーク２０の段差が種
々の値をとっても適度なコントラストが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体ウ
エハなどの検査対象物上の検査対象マーク、たとえば重
ね合わせマークを観察して層間マークの位置ずれを検出
する光学的位置ずれ検出装置に関する。
エハなどの検査対象物上の検査対象マーク、たとえば重
ね合わせマークを観察して層間マークの位置ずれを検出
する光学的位置ずれ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ウエハに半導体パターンを形成するリソ
グラフィ工程では、異なったパターンが形成された複数
のレチクルが使用される。まず、１層用のパターンが形
成されているレチクルを透過するパターンの像でウエハ
の第１層レジストを露光して現像する。次いで、２層用
のパターンが形成されているレチクルを透過するパター
ンの像で、第１層パターンの上に塗布されている第２層
レジストを露光して現像する。このような露光現像処理
を複数回行ってウエハに所定のパターンが形成される。
このようなリソグラフィ工程にあっては、下層と上層の
パターン、たとえば第１層のパターンと第２層のパター
ンを正しい位置関係で形成する必要がある。
グラフィ工程では、異なったパターンが形成された複数
のレチクルが使用される。まず、１層用のパターンが形
成されているレチクルを透過するパターンの像でウエハ
の第１層レジストを露光して現像する。次いで、２層用
のパターンが形成されているレチクルを透過するパター
ンの像で、第１層パターンの上に塗布されている第２層
レジストを露光して現像する。このような露光現像処理
を複数回行ってウエハに所定のパターンが形成される。
このようなリソグラフィ工程にあっては、下層と上層の
パターン、たとえば第１層のパターンと第２層のパター
ンを正しい位置関係で形成する必要がある。
【０００３】上下層のそれぞれのパターンが形成されて
いるレチクルには、本来のパターンに加えて重ね合わせ
マークも形成されている。下層パターンが形成されたウ
エハ上に上層パターンを形成したとき、下層パターンと
上層パターンとが正しい位置関係で形成されていれば、
上下２層の重ね合わせマークの相対位置関係、すなわち
位置ずれは所定の誤差範囲となる。上層パターンの現像
が終了するごとに、光学的位置ずれ検出装置により上記
相対位置関係を計測し、所定の誤差範囲から逸脱したウ
エハは不良品とする。
いるレチクルには、本来のパターンに加えて重ね合わせ
マークも形成されている。下層パターンが形成されたウ
エハ上に上層パターンを形成したとき、下層パターンと
上層パターンとが正しい位置関係で形成されていれば、
上下２層の重ね合わせマークの相対位置関係、すなわち
位置ずれは所定の誤差範囲となる。上層パターンの現像
が終了するごとに、光学的位置ずれ検出装置により上記
相対位置関係を計測し、所定の誤差範囲から逸脱したウ
エハは不良品とする。
【０００４】このような光学的位置ずれ検出装置として
特開平６−２１４１５０号公報に開示されているものが
知られている。この位置ずれ検出装置は、波長４００〜
６００ｎｍの広帯域の照明光で測定する測定用光学系
と、波長８００ｎｍの単波長の照明光で焦点調節状態を
検出するＡＦ用光学系とを有する。このように測定光学
系とＡＦ光学系を分離することにより、測定系とＡＦ系
に各々最適な照明ＮＡに設定可能である。しかしなが
ら、測定用照明光とＡＦ用照明光の波長域が異なると、
両光学系で共通の光学系で発生する収差が波長によって
異なるため、測定精度に影響を与える。そのため、上記
公報では、測定用照明光とＡＦ用照明光の波長域をほぼ
一致させるようにした装置を開示している。
特開平６−２１４１５０号公報に開示されているものが
知られている。この位置ずれ検出装置は、波長４００〜
６００ｎｍの広帯域の照明光で測定する測定用光学系
と、波長８００ｎｍの単波長の照明光で焦点調節状態を
検出するＡＦ用光学系とを有する。このように測定光学
系とＡＦ光学系を分離することにより、測定系とＡＦ系
に各々最適な照明ＮＡに設定可能である。しかしなが
ら、測定用照明光とＡＦ用照明光の波長域が異なると、
両光学系で共通の光学系で発生する収差が波長によって
異なるため、測定精度に影響を与える。そのため、上記
公報では、測定用照明光とＡＦ用照明光の波長域をほぼ
一致させるようにした装置を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、測定用
照明光とＡＦ用照明光の波長域をほぼ一致させるように
した装置では、それぞれの照明光を単波長とすると、レ
ジストの膜厚ムラによる干渉条件の相違から、ＡＦ測定
精度が変動してしまうおそれがある。
照明光とＡＦ用照明光の波長域をほぼ一致させるように
した装置では、それぞれの照明光を単波長とすると、レ
ジストの膜厚ムラによる干渉条件の相違から、ＡＦ測定
精度が変動してしまうおそれがある。
【０００６】本発明の目的は、測定用光学系とＡＦ用光
学系を分離して測定精度とＡＦ感度を向上させるととも
に、レジストの膜厚などの干渉条件に影響を受けずに安
定したＡＦ感度も維持することのできる光学的位置ずれ
検出装置を提供することにある。
学系を分離して測定精度とＡＦ感度を向上させるととも
に、レジストの膜厚などの干渉条件に影響を受けずに安
定したＡＦ感度も維持することのできる光学的位置ずれ
検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一実施の形態の図１に対
応づけて本発明を説明する。 （１）請求項１の発明による光学的位置ずれ検出装置
は、第１の波長帯域の測定用照明光を出射する測定用照
明光源１と、測定用照明光源１からの測定用照明光を検
査対象マーク２０に照射する測定用照明光学系と、照明
された検査対象マーク２０からの反射光を測定用光電変
換素子８上に結像させる測定用結像光学系と、測定用光
電変換素子８からの検出信号に基づいて、検査対象マー
ク２０の位置ずれを検出する位置ずれ検出装置９と、第
１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域のＡＦ用照明光
を出射するＡＦ用照明光源４０と、ＡＦ用照明光源４０
からのＡＦ用照明光を検査対象マーク２０に照射するＡ
Ｆ用照明光学系と、照明された検査対象マーク２０から
の反射光をＡＦ用光電変換素子３４上に結像させるＡＦ
用結像光学系と、ＡＦ用光電変換素子３４からの検出信
号に基づいて、ＡＦ結像光学系の検査対象マーク２０に
対する焦点調節状態を検出する焦点調節状態検出装置３
５とを備えることを特徴とする。 （２）請求項２による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１の光学的位置ずれ検出装置において、測定用結像光
学系とＡＦ用結像光学系とは共通に使用する光学系５〜
７を有し、少なくとも測定用およびＡＦ用照明光の波長
の相違により両光学系の共通の光学系で発生する収差の
差を、ＡＦ用結像光学系のうち、測定用結像光学系と共
通でない光学系３０，３２，３３で補償することを特徴
とする。 （３）請求項３による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１または２の光学的位置ずれ検出装置において、測定
用照明光学系の照明ＮＡとＡＦ用照明光学系の照明ＮＡ
を異なる値としたことを特徴とする。 （４）請求項４による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１〜３のいずれかの光学的位置ずれ検出装置におい
て、測定用照明光の波長帯域（たとえば６００〜９００
ｎｍ）をＡＦ用照明光の波長帯域（たとえば４５０〜５
５０ｎｍ）よりも長波長側に設定したことを特徴とす
る。 （５）請求項５による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１〜４のいずれかの光学的位置ずれ検出装置におい
て、測定用照明光およびＡＦ用照明光の最短波長と最長
波長の比を１．２〜１．７としたことを特徴とする。
応づけて本発明を説明する。 （１）請求項１の発明による光学的位置ずれ検出装置
は、第１の波長帯域の測定用照明光を出射する測定用照
明光源１と、測定用照明光源１からの測定用照明光を検
査対象マーク２０に照射する測定用照明光学系と、照明
された検査対象マーク２０からの反射光を測定用光電変
換素子８上に結像させる測定用結像光学系と、測定用光
電変換素子８からの検出信号に基づいて、検査対象マー
ク２０の位置ずれを検出する位置ずれ検出装置９と、第
１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域のＡＦ用照明光
を出射するＡＦ用照明光源４０と、ＡＦ用照明光源４０
からのＡＦ用照明光を検査対象マーク２０に照射するＡ
Ｆ用照明光学系と、照明された検査対象マーク２０から
の反射光をＡＦ用光電変換素子３４上に結像させるＡＦ
用結像光学系と、ＡＦ用光電変換素子３４からの検出信
号に基づいて、ＡＦ結像光学系の検査対象マーク２０に
対する焦点調節状態を検出する焦点調節状態検出装置３
５とを備えることを特徴とする。 （２）請求項２による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１の光学的位置ずれ検出装置において、測定用結像光
学系とＡＦ用結像光学系とは共通に使用する光学系５〜
７を有し、少なくとも測定用およびＡＦ用照明光の波長
の相違により両光学系の共通の光学系で発生する収差の
差を、ＡＦ用結像光学系のうち、測定用結像光学系と共
通でない光学系３０，３２，３３で補償することを特徴
とする。 （３）請求項３による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１または２の光学的位置ずれ検出装置において、測定
用照明光学系の照明ＮＡとＡＦ用照明光学系の照明ＮＡ
を異なる値としたことを特徴とする。 （４）請求項４による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１〜３のいずれかの光学的位置ずれ検出装置におい
て、測定用照明光の波長帯域（たとえば６００〜９００
ｎｍ）をＡＦ用照明光の波長帯域（たとえば４５０〜５
５０ｎｍ）よりも長波長側に設定したことを特徴とす
る。 （５）請求項５による光学的位置ずれ検出装置は、請求
項１〜４のいずれかの光学的位置ずれ検出装置におい
て、測定用照明光およびＡＦ用照明光の最短波長と最長
波長の比を１．２〜１．７としたことを特徴とする。
【０００８】以上の課題を解決するための手段の項で
は、実施の形態の図を用いて発明を説明したが、これに
より本発明が実施の形態に限定されるものではない。
は、実施の形態の図を用いて発明を説明したが、これに
より本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明による光学的位置ずれ検出
装置の実施の形態を図１に基づいて説明する。上述した
ように、半導体製造のリソグラフィ工程では、下層と上
層のパターン、たとえば第１層のパターンと第２層のパ
ターンを正しい位置関係で形成する必要がある。そこ
で、上下層のそれぞれの回路パターンに加えて、重ね合
わせマークも形成される。下層パターンが形成されたウ
エハ上に上層パターンを形成したとき、下層パターンと
上層パターンの重ね合わせマークの位置ずれを測定し、
上下２層の重ね合わせマークの相対位置関係、すなわち
位置ずれが所定の誤差範囲であれば、良品として次工程
へ搬送する。図１の光学的位置ずれ検出装置はこの位置
ずれを測定するものである。
装置の実施の形態を図１に基づいて説明する。上述した
ように、半導体製造のリソグラフィ工程では、下層と上
層のパターン、たとえば第１層のパターンと第２層のパ
ターンを正しい位置関係で形成する必要がある。そこ
で、上下層のそれぞれの回路パターンに加えて、重ね合
わせマークも形成される。下層パターンが形成されたウ
エハ上に上層パターンを形成したとき、下層パターンと
上層パターンの重ね合わせマークの位置ずれを測定し、
上下２層の重ね合わせマークの相対位置関係、すなわち
位置ずれが所定の誤差範囲であれば、良品として次工程
へ搬送する。図１の光学的位置ずれ検出装置はこの位置
ずれを測定するものである。
【００１０】図１は、本発明の第1実施の形態による光
学的位置ずれ検出装置の構成を概略的に示す図である。
図1では、光学的位置ずれ検出装置の光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸が、図1の紙面に垂直な方向にＸ軸が、Ｚ軸および
Ｘ軸に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
学的位置ずれ検出装置の構成を概略的に示す図である。
図1では、光学的位置ずれ検出装置の光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸が、図1の紙面に垂直な方向にＸ軸が、Ｚ軸および
Ｘ軸に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００１１】ウエハ２１は、図示を省略したウエハホル
ダを介してＺステージ２２上においてＸＹ平面とほぼ平
行に支持されている。Ｚステージ２２は、ステージ制御
系３６によって、光軸ＡＸに沿って駆動される。Ｚステ
ージ２２は図示しないＸＹステージ上に支持されてい
る。ＸＹステージもステージ制御系３６によって、光軸
ＡＸに対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動
される。
ダを介してＺステージ２２上においてＸＹ平面とほぼ平
行に支持されている。Ｚステージ２２は、ステージ制御
系３６によって、光軸ＡＸに沿って駆動される。Ｚステ
ージ２２は図示しないＸＹステージ上に支持されてい
る。ＸＹステージもステージ制御系３６によって、光軸
ＡＸに対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動
される。
【００１２】図1に示す光学的位置ずれ検出装置は、波
長６００ｎｍ〜９００ｎｍの広帯域の測定用照明光ＡＬ
を供給する光源１を備えている。光源１から射出された
照明光は、照明開口絞り１０で制限された後、コンデン
サレンズ２に入射する。コンデンサレンズ２を通過した
測定用照明光ＡＬは、いったん集光された後、照明視野
絞り３を介して照明リレーレンズ４に入射する。照明リ
レーレンズ４には、図１（ｂ）に示すような断面形状Ｓ
１を有する照明光束が入射する。照明リレーレンズ４に
より平行光となった測定用照明光ＡＬは、ダイクロイッ
クミラー４５を透過してビームスプリッタ５で下方に反
射される。下方に反射した測定用照明光ＡＬは第1対物
レンズ６で集光され、ウエハ２１上に形成された重ね合
わせマーク２０を照明する。
長６００ｎｍ〜９００ｎｍの広帯域の測定用照明光ＡＬ
を供給する光源１を備えている。光源１から射出された
照明光は、照明開口絞り１０で制限された後、コンデン
サレンズ２に入射する。コンデンサレンズ２を通過した
測定用照明光ＡＬは、いったん集光された後、照明視野
絞り３を介して照明リレーレンズ４に入射する。照明リ
レーレンズ４には、図１（ｂ）に示すような断面形状Ｓ
１を有する照明光束が入射する。照明リレーレンズ４に
より平行光となった測定用照明光ＡＬは、ダイクロイッ
クミラー４５を透過してビームスプリッタ５で下方に反
射される。下方に反射した測定用照明光ＡＬは第1対物
レンズ６で集光され、ウエハ２１上に形成された重ね合
わせマーク２０を照明する。
【００１３】このように、光源１、照明開口絞り１０、
コンデンサレンズ２、照明視野絞り３、照明リレーレン
ズ４、ダイクロイックミラー４５，ビームスプリッタ
５、および第1対物レンズ６は、重ね合わせマーク２０
に照明光を照射するための測定用照明光学系を構成して
いる。
コンデンサレンズ２、照明視野絞り３、照明リレーレン
ズ４、ダイクロイックミラー４５，ビームスプリッタ
５、および第1対物レンズ６は、重ね合わせマーク２０
に照明光を照射するための測定用照明光学系を構成して
いる。
【００１４】測定用照明光ＡＬに対する重ね合わせマー
ク２０からの反射光は、第１対物レンズ６を介してビー
ムスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５で図中
上方に透過する光は、第２対物レンズ７により１次結像
面に重ね合わせマークの像を形成する。この像の光束
は、ダイクロイックミラー１４を透過し、第１結像リレ
ーレンズ系１２および第２結像リレーレンズ系１３を介
してＣＣＤ８に入射する。第１結像リレーレンズ系１２
および第２結像リレーレンズ系１３の平行光路中には、
結像開口絞り１１が配置されている。ＣＣＤ８からの出
力信号は画像処理回路９に入力され、重ね合わせマーク
２０の位置ずれ検出演算が行われる。
ク２０からの反射光は、第１対物レンズ６を介してビー
ムスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５で図中
上方に透過する光は、第２対物レンズ７により１次結像
面に重ね合わせマークの像を形成する。この像の光束
は、ダイクロイックミラー１４を透過し、第１結像リレ
ーレンズ系１２および第２結像リレーレンズ系１３を介
してＣＣＤ８に入射する。第１結像リレーレンズ系１２
および第２結像リレーレンズ系１３の平行光路中には、
結像開口絞り１１が配置されている。ＣＣＤ８からの出
力信号は画像処理回路９に入力され、重ね合わせマーク
２０の位置ずれ検出演算が行われる。
【００１５】このように、第1対物レンズ６、ビームス
プリッタ５、第２対物レンズ７、第１結像リレーレンズ
系１２、ダイクロイックミラー１４および第２結像リレ
ーレンズ系１３、および結像開口絞り１１は、照明光に
対する重ね合わせマークからの反射光に基づいてマーク
像を形成するための測定用結像光学系を構成している。
プリッタ５、第２対物レンズ７、第１結像リレーレンズ
系１２、ダイクロイックミラー１４および第２結像リレ
ーレンズ系１３、および結像開口絞り１１は、照明光に
対する重ね合わせマークからの反射光に基づいてマーク
像を形成するための測定用結像光学系を構成している。
【００１６】図1に示す光学的位置ずれ検出装置は、波
長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの広帯域のＡＦ用照明光ＡＦ
Ｌを供給する光源４０を備えている。光源４０から射出
された照明光は、照明開口絞り４１で制限された後、コ
ンデンサレンズ４２に入射する。コンデンサレンズ４２
を通過した照明光ＡＦＬは、いったん集光された後、照
明視野絞り４３を介してＡＦ照明リレーレンズ４４に入
射する。照明リレーレンズ４４には、図１（ｃ）に示す
ような断面形状Ｓ２を有する照明光束が入射する。ＡＦ
照明リレーレンズ４４により平行光となった照明光ＡＦ
Ｌは、ダイクロイックミラー４５およびビームスプリッ
タ５で反射され、第1対物レンズ６で集光され、ウエハ
２１上に形成された重ね合わせマーク２０を照明する。
長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの広帯域のＡＦ用照明光ＡＦ
Ｌを供給する光源４０を備えている。光源４０から射出
された照明光は、照明開口絞り４１で制限された後、コ
ンデンサレンズ４２に入射する。コンデンサレンズ４２
を通過した照明光ＡＦＬは、いったん集光された後、照
明視野絞り４３を介してＡＦ照明リレーレンズ４４に入
射する。照明リレーレンズ４４には、図１（ｃ）に示す
ような断面形状Ｓ２を有する照明光束が入射する。ＡＦ
照明リレーレンズ４４により平行光となった照明光ＡＦ
Ｌは、ダイクロイックミラー４５およびビームスプリッ
タ５で反射され、第1対物レンズ６で集光され、ウエハ
２１上に形成された重ね合わせマーク２０を照明する。
【００１７】このように、光源４０、照明開口絞り４
１、コンデンサレンズ４２、照明視野絞り４３、照明リ
レーレンズ４４、ダイクロイックミラー４５、ビームス
プリッタ５および第1対物レンズ６は、重ね合わせマー
ク２０にＡＦ用照明光ＡＦＬを照射するためのＡＦ用照
明光学系を構成している。
１、コンデンサレンズ４２、照明視野絞り４３、照明リ
レーレンズ４４、ダイクロイックミラー４５、ビームス
プリッタ５および第1対物レンズ６は、重ね合わせマー
ク２０にＡＦ用照明光ＡＦＬを照射するためのＡＦ用照
明光学系を構成している。
【００１８】ＡＦ用照明光ＡＦＬに対する重ね合わせマ
ーク２０からの反射光は、第１対物レンズ６を介してビ
ームスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５で図
中上方に透過する光は、第２対物レンズ７により１次結
像面に重ね合わせマーク２０の像を形成する。この像は
ダイクロイックミラー１４で側方に反射され、ＡＦ第１
結像リレーレンズ系３０から瞳分割ミラー３１に入射す
る。瞳分割ミラー３１は入射する重ね合わせマーク２０
の像を一対の像に分割する。図１では一対の像の光束Ｌ
２ｌ、Ｌ２ｒで示している。分割されたマーク像の光束
Ｌ２ｌ、Ｌ２ｒはＡＦ第２結像リレーレンズ系３２およ
びシリンドリカルレンズ３３を介してＡＦ用ＣＣＤ３４
に入射する。シリンドリカルレンズ３３は、図１（ｄ）
からも分かるように、非計測方向（Ｘ軸方向）に屈折力
を有し、計測方向（Ｙ軸方向）に屈折力を持たないよう
に配設される。ＡＦ用ＣＣＤ３４には、一対のマーク像
が所定の間隔をあけて像を結ぶ。
ーク２０からの反射光は、第１対物レンズ６を介してビ
ームスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５で図
中上方に透過する光は、第２対物レンズ７により１次結
像面に重ね合わせマーク２０の像を形成する。この像は
ダイクロイックミラー１４で側方に反射され、ＡＦ第１
結像リレーレンズ系３０から瞳分割ミラー３１に入射す
る。瞳分割ミラー３１は入射する重ね合わせマーク２０
の像を一対の像に分割する。図１では一対の像の光束Ｌ
２ｌ、Ｌ２ｒで示している。分割されたマーク像の光束
Ｌ２ｌ、Ｌ２ｒはＡＦ第２結像リレーレンズ系３２およ
びシリンドリカルレンズ３３を介してＡＦ用ＣＣＤ３４
に入射する。シリンドリカルレンズ３３は、図１（ｄ）
からも分かるように、非計測方向（Ｘ軸方向）に屈折力
を有し、計測方向（Ｙ軸方向）に屈折力を持たないよう
に配設される。ＡＦ用ＣＣＤ３４には、一対のマーク像
が所定の間隔をあけて像を結ぶ。
【００１９】このとき、図２（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、前ピン状態、合焦状態、後ピン状態に応じて一対の
マーク像の間隔Ｌが変わる。ＡＦ信号処理回路３５は、
ＡＦ用ＣＣＤ３４からの出力信号に基づいて間隔Ｌを算
出する。そして、あらかじめ記憶されている合焦状態に
おける間隔Ｌｒと算出された間隔Ｌとの比較を行い、両
者の差を焦点位置情報としてステージ制御部３６へ入力
する。ステージ制御部３６は、入力された焦点位置情報
に基づいてＺ軸ステージ２２のＺ軸方向の位置を移動
し、これにより、重ね合わせマーク２０の像をＣＣＤ３
４に図２（ｂ）に示す合焦状態で結像させる。
に、前ピン状態、合焦状態、後ピン状態に応じて一対の
マーク像の間隔Ｌが変わる。ＡＦ信号処理回路３５は、
ＡＦ用ＣＣＤ３４からの出力信号に基づいて間隔Ｌを算
出する。そして、あらかじめ記憶されている合焦状態に
おける間隔Ｌｒと算出された間隔Ｌとの比較を行い、両
者の差を焦点位置情報としてステージ制御部３６へ入力
する。ステージ制御部３６は、入力された焦点位置情報
に基づいてＺ軸ステージ２２のＺ軸方向の位置を移動
し、これにより、重ね合わせマーク２０の像をＣＣＤ３
４に図２（ｂ）に示す合焦状態で結像させる。
【００２０】このような２光束によるＡＦ検出方式の利
点は、スリットＳ１の非計測方向の長さを長く設定する
ことにより、スリットＳ２内の反射ムラを平均化する効
果と、瞳分割によるスリットＳ２内の測定マーク以外の
像の影響低減効果とが得られる。
点は、スリットＳ１の非計測方向の長さを長く設定する
ことにより、スリットＳ２内の反射ムラを平均化する効
果と、瞳分割によるスリットＳ２内の測定マーク以外の
像の影響低減効果とが得られる。
【００２１】このように、第1対物レンズ６、ビームス
プリッタ５、第２対物レンズ７、ダイクロイックミラー
１４、ＡＦ第１結像リレーレンズ系３０、瞳分割ミラー
３１、ＡＦ第２結像リレーレンズ系３２およびシリンド
リカルレンズ３３は、ＡＦ用照明光に対する重ね合わせ
マーク２０からの反射光に基づいて焦点調節状態を検出
するためのＡＦ用結像光学系を構成している。
プリッタ５、第２対物レンズ７、ダイクロイックミラー
１４、ＡＦ第１結像リレーレンズ系３０、瞳分割ミラー
３１、ＡＦ第２結像リレーレンズ系３２およびシリンド
リカルレンズ３３は、ＡＦ用照明光に対する重ね合わせ
マーク２０からの反射光に基づいて焦点調節状態を検出
するためのＡＦ用結像光学系を構成している。
【００２２】図３（ａ）〜（ｃ）は、上下の重ね合わせ
マーク２０Ｌ、２０Ｕの一例を示す図である。（ａ），
（ｂ）は上地重ね合わせマーク２０Ｕと下地重ね合わせ
マーク２０Ｌとの位置ずれは、両者の中心線ＣＬＵとＣ
ＬＬとのズレ量Ｒで示される。なお、下地表面に所定厚
さの透明膜が形成されている場合もある。ＡＦ結像光学
系を重ね合わせマーク２０Ｕ，２０Ｌのいずれに合焦さ
せるかは、重ね合わせマークの形状や厚みなどに応じて
適宜決定される。
マーク２０Ｌ、２０Ｕの一例を示す図である。（ａ），
（ｂ）は上地重ね合わせマーク２０Ｕと下地重ね合わせ
マーク２０Ｌとの位置ずれは、両者の中心線ＣＬＵとＣ
ＬＬとのズレ量Ｒで示される。なお、下地表面に所定厚
さの透明膜が形成されている場合もある。ＡＦ結像光学
系を重ね合わせマーク２０Ｕ，２０Ｌのいずれに合焦さ
せるかは、重ね合わせマークの形状や厚みなどに応じて
適宜決定される。
【００２３】図４に示すように、たとえば第１〜第５シ
ョットＳＲ１〜ＳＲ５の重ね合わせマークについてそれ
ぞれ重ね合わせズレ量Ｒを検出する。ここで、図４
（ｂ）は（ａ）に対してウエハを１８０度回転させた状
態であり、この実施の形態では、図４（ａ）と図４
（ｂ）の２つの方向、すなわち０度方向と１８０度方向
について、第１〜第５ショットＳＲ１〜ＳＲ５の位置ず
れを検出する。そして、次式（１）により、測定誤差Ｔ
ＩＳを算出する。 ＴＩＳ＝（Ｒ0＋Ｒ180）／２ （１） Ｒ0は図４（ａ）に示す０度方向での位置ずれ量 Ｒ180は図４（ｂ）に示す１８００度方向での位置ずれ
量
ョットＳＲ１〜ＳＲ５の重ね合わせマークについてそれ
ぞれ重ね合わせズレ量Ｒを検出する。ここで、図４
（ｂ）は（ａ）に対してウエハを１８０度回転させた状
態であり、この実施の形態では、図４（ａ）と図４
（ｂ）の２つの方向、すなわち０度方向と１８０度方向
について、第１〜第５ショットＳＲ１〜ＳＲ５の位置ず
れを検出する。そして、次式（１）により、測定誤差Ｔ
ＩＳを算出する。 ＴＩＳ＝（Ｒ0＋Ｒ180）／２ （１） Ｒ0は図４（ａ）に示す０度方向での位置ずれ量 Ｒ180は図４（ｂ）に示す１８００度方向での位置ずれ
量
【００２４】以上のように構成した位置ずれ検出装置で
は、ＡＦ用照明光を波長４５０〜５５０ｎｍの広帯域の
光とした。従来技術の欄で述べたように、ＡＦ用照明光
を単波長にすると、レジストの膜厚ムラによる干渉条件
の相違からＡＦ精度が変動する。そこで、ＡＦ用照明光
を広帯域波長の光とし、レジストの膜厚ムラによる干渉
条件の差異を広帯域の波長光により分散させ、これによ
りＡＦ精度の変動を抑制する。
は、ＡＦ用照明光を波長４５０〜５５０ｎｍの広帯域の
光とした。従来技術の欄で述べたように、ＡＦ用照明光
を単波長にすると、レジストの膜厚ムラによる干渉条件
の相違からＡＦ精度が変動する。そこで、ＡＦ用照明光
を広帯域波長の光とし、レジストの膜厚ムラによる干渉
条件の差異を広帯域の波長光により分散させ、これによ
りＡＦ精度の変動を抑制する。
【００２５】また、測定用照明光の波長を波長６００〜
９００ｎｍの広帯域の光とした。たとえば、重ね合わせ
マーク（検査対象マーク）の段差が測定照明光の最短波
長側の波長と等しい６００ｎｍとすると、単波長６００
ｎｍではその段差は検出できない。しかし、波長６００
ｎｍ〜９００ｎｍの間で単波長としても画像処理に十分
なコントラストが得られる。このような原理を用いて、
測定用照明光の最長波長を最短波長の１．５倍に設定
し、重ね合わせマークの段差が種々の値であってもコン
トラストが適当に大きくなるようにした。
９００ｎｍの広帯域の光とした。たとえば、重ね合わせ
マーク（検査対象マーク）の段差が測定照明光の最短波
長側の波長と等しい６００ｎｍとすると、単波長６００
ｎｍではその段差は検出できない。しかし、波長６００
ｎｍ〜９００ｎｍの間で単波長としても画像処理に十分
なコントラストが得られる。このような原理を用いて、
測定用照明光の最長波長を最短波長の１．５倍に設定
し、重ね合わせマークの段差が種々の値であってもコン
トラストが適当に大きくなるようにした。
【００２６】換言すると、この実施の形態の位置ずれ検
出装置では測定用とＡＦ用の２つの照明光に広帯域波長
の光をそれぞれ用いている。
出装置では測定用とＡＦ用の２つの照明光に広帯域波長
の光をそれぞれ用いている。
【００２７】なお、ＡＦ用照明光の最長波長は最短波長
の１．２倍である。測定用照明光の波長は６００〜９０
０ｎｍに限定されず、ＡＦ用照明光は４５０〜５５０ｎ
ｍの波長に限定されない。測定用照明光およびＡＦ用照
明光の最短波長と最長波長の比を１．２〜１．７とする
のが好ましい。また、ＡＦ用照明光の波長域を測定用照
明光の波長域よりも小さくした。
の１．２倍である。測定用照明光の波長は６００〜９０
０ｎｍに限定されず、ＡＦ用照明光は４５０〜５５０ｎ
ｍの波長に限定されない。測定用照明光およびＡＦ用照
明光の最短波長と最長波長の比を１．２〜１．７とする
のが好ましい。また、ＡＦ用照明光の波長域を測定用照
明光の波長域よりも小さくした。
【００２８】上述したように、測定用照明光を波長６０
０〜９００ｎｍ、ＡＦ用照明光を波長４５０〜５５０ｎ
ｍの光としたので、測定用光学系とＡＦ用光学系が共通
に使用する光学系、すなわち、対物レンズ６およびリレ
ーレンズ７で発生する収差が２つの光学系間で異なる。
そこで、ＡＦ用光学系のうち、ＡＦ第１結像リレーレン
ズ系３０、ＡＦ第２結像リレーレンズ系３２およびシリ
ンドリカルレンズ３３により、波長の差によって発生す
る収差による影響を光学的に除去する。なお、ＡＦ用Ｃ
ＣＤ３４からの信号により信号処理回路３５が焦点調節
情報を演算する際に、この収差による影響を補正演算に
より除去するようにしてもよい。
０〜９００ｎｍ、ＡＦ用照明光を波長４５０〜５５０ｎ
ｍの光としたので、測定用光学系とＡＦ用光学系が共通
に使用する光学系、すなわち、対物レンズ６およびリレ
ーレンズ７で発生する収差が２つの光学系間で異なる。
そこで、ＡＦ用光学系のうち、ＡＦ第１結像リレーレン
ズ系３０、ＡＦ第２結像リレーレンズ系３２およびシリ
ンドリカルレンズ３３により、波長の差によって発生す
る収差による影響を光学的に除去する。なお、ＡＦ用Ｃ
ＣＤ３４からの信号により信号処理回路３５が焦点調節
情報を演算する際に、この収差による影響を補正演算に
より除去するようにしてもよい。
【００２９】また以上のように構成した位置ずれ検出装
置では、図１に示すように、測定用照明光学系とＡＦ用
照明光学系とを分離した。そして、それぞれの開口絞り
１０とＡＦ用照明光学系の開口絞り４１を異なる大きさ
の開口とした。すなわち、測定用照明ＮＡとＡＦ用照明
ＮＡを異なる値とした。このような構成を採用すること
により作用効果について説明する。
置では、図１に示すように、測定用照明光学系とＡＦ用
照明光学系とを分離した。そして、それぞれの開口絞り
１０とＡＦ用照明光学系の開口絞り４１を異なる大きさ
の開口とした。すなわち、測定用照明ＮＡとＡＦ用照明
ＮＡを異なる値とした。このような構成を採用すること
により作用効果について説明する。
【００３０】測定用照明光学系の開口絞り１０の径は、
測定光学系に所望の解像度から要求される最適条件によ
って決定される。一方、ＡＦ感度は、上述した一対の光
束Ｌ２ｌ，Ｌ２ｒの間隔の変化率（次式（２）参照）と
等価であり、ＡＦ用照明光学系の開口絞り４１の径（照
明ＮＡ）を大きくすれば大きくなる。 ＡＦ感度＝ΔＬ／ΔＺ （２） ただし、ΔＬは一対の光束Ｌ２ｌ、Ｌ２ｒの間隔の変化
量 ΔＺはＺステージの単位移動量
測定光学系に所望の解像度から要求される最適条件によ
って決定される。一方、ＡＦ感度は、上述した一対の光
束Ｌ２ｌ，Ｌ２ｒの間隔の変化率（次式（２）参照）と
等価であり、ＡＦ用照明光学系の開口絞り４１の径（照
明ＮＡ）を大きくすれば大きくなる。 ＡＦ感度＝ΔＬ／ΔＺ （２） ただし、ΔＬは一対の光束Ｌ２ｌ、Ｌ２ｒの間隔の変化
量 ΔＺはＺステージの単位移動量
【００３１】図１の実施の形態では、ＡＦ用視野絞り４
３の領域内に存在する重ね合わせマーク周辺のパターン
による測定誤差を低減するため、ＡＦ用開口絞り４１の
径を大きくする。この実施の形態では、ＡＦ用照明光学
系が測定用照明光学系とは独立しているため、照明ＮＡ
をＡＦ（自動焦点調節）の感度が所望の値になるように
大きくしても、測定精度に影響を与えることはない。な
お、本実施の形態では、ＡＦ用照明ＮＡは測定用照明Ｎ
Ａよりも大きい。
３の領域内に存在する重ね合わせマーク周辺のパターン
による測定誤差を低減するため、ＡＦ用開口絞り４１の
径を大きくする。この実施の形態では、ＡＦ用照明光学
系が測定用照明光学系とは独立しているため、照明ＮＡ
をＡＦ（自動焦点調節）の感度が所望の値になるように
大きくしても、測定精度に影響を与えることはない。な
お、本実施の形態では、ＡＦ用照明ＮＡは測定用照明Ｎ
Ａよりも大きい。
【００３２】なお以上では、半導体素子製造プロセスに
おける重ね合わせマークの位置ずれ検出装置を一例とし
て説明した。しかしながら、本発明はその他の種々の位
置ずれ検出装置に適用できる。
おける重ね合わせマークの位置ずれ検出装置を一例とし
て説明した。しかしながら、本発明はその他の種々の位
置ずれ検出装置に適用できる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。 （１）測定用照明光学系とＡＦ用照明光学系とを分離し
たので、測定用照明光学系は測定精度によって決定され
る照明ＮＡに設定し、ＡＦ用照明光学系はＡＦ感度が高
くなるように照明ＮＡを大きくすることができる。すな
わち、両者の照明ＮＡを最適条件に設定することができ
る。 （２）ＡＦ用照明光を広帯域波長の光としたので、測定
対象の状況、たとえばレジスト膜の厚さに拘わらずＡＦ
感度が変動することがない。 （３）測定用照明光を広帯域波長の光としたので、種々
の高さの段差を適度なコントラストで撮像することがで
きる。 （４）ＡＦ用照明光と測定用照明光の波長帯域が相違す
るので、両光学系で共通に使用する光学系内において波
長の差に起因して異なった収差が発生する。しかし、Ａ
Ｆ用結像光学系のうち、測定用結像光学系と共通しない
光学系により、収差の差によるＡＦ感度の影響を除去す
ることができる。
る。 （１）測定用照明光学系とＡＦ用照明光学系とを分離し
たので、測定用照明光学系は測定精度によって決定され
る照明ＮＡに設定し、ＡＦ用照明光学系はＡＦ感度が高
くなるように照明ＮＡを大きくすることができる。すな
わち、両者の照明ＮＡを最適条件に設定することができ
る。 （２）ＡＦ用照明光を広帯域波長の光としたので、測定
対象の状況、たとえばレジスト膜の厚さに拘わらずＡＦ
感度が変動することがない。 （３）測定用照明光を広帯域波長の光としたので、種々
の高さの段差を適度なコントラストで撮像することがで
きる。 （４）ＡＦ用照明光と測定用照明光の波長帯域が相違す
るので、両光学系で共通に使用する光学系内において波
長の差に起因して異なった収差が発生する。しかし、Ａ
Ｆ用結像光学系のうち、測定用結像光学系と共通しない
光学系により、収差の差によるＡＦ感度の影響を除去す
ることができる。
【図１】本発明による光学的位置ずれ検出装置の実施の
形態を示す概略図
形態を示す概略図
【図２】瞳分割による２光束ＡＦを説明する図
【図３】ウエハ重ね合わせマークを説明する図
【図４】ウエハ上におけるウエハ重ね合わせマークの配
置例を模式的に示す図
置例を模式的に示す図
１，４０：光源 ２：コンデン
サレンズ ４，１２，１３：リレーレンズ ６：対
物レンズ ８：測定用ＣＣＤ ９，３５：信号処理系 １０：照明系開口絞り １１：結像系開口絞
り ２０：重ね合わせマーク ２１：ウエハ ２２：Ｚステージ ３０，３２：結像リレーレ
ンズ ３３：シリンドリカルレンズ ３４：ＡＦ用ＣＣＤ ３６：ステージ制御系 ４１：ＡＦ開口絞り
サレンズ ４，１２，１３：リレーレンズ ６：対
物レンズ ８：測定用ＣＣＤ ９，３５：信号処理系 １０：照明系開口絞り １１：結像系開口絞
り ２０：重ね合わせマーク ２１：ウエハ ２２：Ｚステージ ３０，３２：結像リレーレ
ンズ ３３：シリンドリカルレンズ ３４：ＡＦ用ＣＣＤ ３６：ステージ制御系 ４１：ＡＦ開口絞り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA20 BB27 CC19 DD04 DD09 EE08 FF04 FF42 GG13 GG23 GG24 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL04 LL08 LL20 LL28 LL30 LL46 PP12 QQ28 2H051 AA10 BA72 CB06 CB11 CB14 CC03 CC13 5F046 FA03 FA06 FA10 FA20 FB08 FC03 FC04
Claims (5)
- 【請求項１】第１の波長帯域の測定用照明光を出射する
測定用照明光源と、 前記測定用照明光源からの測定用照明光を検査対象マー
クに照射する測定用照明光学系と、 照明された前記検査対象マークからの反射光を測定用光
電変換素子上に結像させる測定用結像光学系と、 前記測定用光電変換素子からの検出信号に基づいて、前
記検査対象マークの位置ずれを検出する位置ずれ検出装
置と、 第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域のＡＦ用照明
光を出射するＡＦ用照明光源と、 前記ＡＦ用照明光源からのＡＦ用照明光を前記検査対象
マークに照射するＡＦ用照明光学系と、照明された前記
検査対象マークからの反射光をＡＦ用光電変換素子上に
結像させるＡＦ用結像光学系と、前記ＡＦ用光電変換素
子からの検出信号に基づいて、前記ＡＦ結像光学系の前
記検査対象マークに対する焦点調節状態を検出する焦点
調節状態検出装置とを備えることを特徴とする光学的位
置ずれ検出装置。 - 【請求項２】請求項１の光学的位置ずれ検出装置におい
て、 前記測定用結像光学系と前記ＡＦ用結像光学系とは共通
に使用する光学系を有し、 少なくとも前記測定用およびＡＦ用照明光の波長の相違
により両光学系の共通の光学系で発生する収差の差を、
前記ＡＦ用結像光学系のうち、前記測定用結像光学系と
共通でない光学系で補償することを特徴とする光学的位
置ずれ検出装置。 - 【請求項３】請求項１または２の光学的位置ずれ検出装
置において、 前記測定用照明光学系の照明ＮＡと前記ＡＦ用照明光学
系の照明ＮＡを異なる値としたことを特徴とする光学的
位置ずれ検出装置。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかの光学的位置ずれ
検出装置において、 前記測定用照明光の波長帯域を前記ＡＦ用照明光の波長
帯域よりも長波長側に設定したことを特徴とする光学的
位置ずれ検出装置。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかの光学的位置ずれ
検出装置において、 前記測定用照明光および前記ＡＦ用照明光の最短波長と
最長波長の比を１．２〜１．７としたことを特徴とする
光学的位置ずれ検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000394868A JP2002196223A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 光学的位置ずれ検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000394868A JP2002196223A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 光学的位置ずれ検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002196223A true JP2002196223A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=18860430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000394868A Withdrawn JP2002196223A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 光学的位置ずれ検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002196223A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007171761A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Nikon Corp | 焦点検出装置およびオートフォーカス装置 |
| JP2012227551A (ja) * | 2012-08-03 | 2012-11-15 | Nikon Corp | マーク検出方法及び装置、位置制御方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 |
| JP2014235365A (ja) * | 2013-06-04 | 2014-12-15 | レーザーテック株式会社 | フォーカス制御方法、及び光学装置 |
| WO2021049845A3 (ko) * | 2019-09-10 | 2021-06-10 | (주)오로스 테크놀로지 | 오버레이 측정장치 |
| JP2022539968A (ja) * | 2019-07-08 | 2022-09-14 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 放射スポットの中心を決定するための方法、センサ、及びステージ装置 |
| US11835865B2 (en) * | 2022-03-28 | 2023-12-05 | Auros Technology, Inc. | Overlay measurement apparatus |
-
2000
- 2000-12-26 JP JP2000394868A patent/JP2002196223A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2022539968A (ja) * | 2019-07-08 | 2022-09-14 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 放射スポットの中心を決定するための方法、センサ、及びステージ装置 |
| JP7383732B2 (ja) | 2019-07-08 | 2023-11-20 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 放射スポットの中心を決定するための方法、センサ、及びステージ装置 |
| US11982948B2 (en) | 2019-07-08 | 2024-05-14 | Asml Netherlands B.V. | Method for determining a center of a radiation spot, sensor and stage apparatus |
| WO2021049845A3 (ko) * | 2019-09-10 | 2021-06-10 | (주)오로스 테크놀로지 | 오버레이 측정장치 |
| CN114424019A (zh) * | 2019-09-10 | 2022-04-29 | 奥路丝科技有限公司 | 套刻测量装置 |
| US12085383B2 (en) | 2019-09-10 | 2024-09-10 | Auros Technology, Inc. | Overlay measurement device |
| US11835865B2 (en) * | 2022-03-28 | 2023-12-05 | Auros Technology, Inc. | Overlay measurement apparatus |
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