JP2002022410A - 位置検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相差検出方式のようにコントラストは上が
るが大きな「ＴＩＳ」の発生要因となる方式でなく、Ｃ
ＭＰ等の低段差のプロセスにおいても、安定して高精度
を得ることが可能となる位置検出方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 光源２から出射するコヒーレント光をイ
ンコヒーレント光に変換させる拡散板３と、この光をウ
エハ１上のマーク１Ａ，１Ｂに照明する照明系５４と、
その照明光の光路の一部を分岐させた別の光路上に設け
た、ウエハ１上のマーク１Ａ，１Ｂ位置と光学的に共役
な反射面位置で反射させるミラー７と、マーク１Ａ，１
Ｂからの反射光とミラー７の反射面からの反射光とを重
ね合わせて干渉させる偏光ビームスプリッタ５５と、こ
の干渉作用により形成される干渉縞からウエハ１上のマ
ーク１Ａ，１Ｂ位置を検出するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば干渉顕微鏡
方式により結像光学系で観察する物体上のパターン位置
を検出する位置検出方法及び装置に係り、特に半導体製
造用の露光装置のアライメント検出系や露光装置におけ
るデイストーションやアライメント精度等の性能を検査
するために使用する重ね合わせ検査装置などへの使用に
好適な位置検出方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造用の投影露光装置にお
いては、集積回路の高密度化に伴い、レチクル面上の回
路パターンをウエハ面上に高い解像力で投影露光するこ
とが要求されている。この回路パターンの投影解像力を
向上させる方法としては、例えば、露光光の波長を固
定しておいて投影光学系のＮＡを大きくする方法や、
露光光をより短波長化して使用する、例えばｇ線からｉ
線へ、ｉ線からエキシマレーザ発振波長へ、更にＦ２レ
ーザ発振波長やＳＯＲ光（シンクロトロン放射光）へと
短波長を使用して露光する方法などが提案され、開発さ
れている。

【０００３】一方、集積回路の高密度化による回路パタ
ーンの微細化に伴い、電子回路パターンが形成されてい
るレチクルとウエハを高精度にアライメントすることも
要求されている。この要求精度は、回路パターンの１／
３以下と言われており、例えば１ＧビットＤＲＡＭで
は、０．１８μｍルールの回路パターンとすると、６０
ｎｍ以下のオーバーレイ精度（露光領域全体のアライメ
ント）が必要である。

【０００４】そして、このオーバーレイ精度を測定する
重ね合わせ検査装置においては、オーバーレイ精度のさ
らに１／１０が要求され、１ＧビットＤＲＡＭでは、６
ｎｍ以下の精度が必要となる。

【０００５】そこで、より高精度な計測を実現するた
め、計測誤差発生要因の一つである検出系での誤差発生
要因（以下、検出系誤差発生要因とよぶ）、例えば後述
する「ＴＩＳ」（Tool Induced Shift）の影響を軽減
する「ＴＩＳ補正法」も開発され、実施されている。こ
れについて、図８を参照しながら説明する。なお、ここ
では、具体例として、シリコンウエハ（以下、ウエハと
略す）１上でエッチングにより段差を作り、そのパター
ンとアライメント実施後に露光現像したレジスト像パタ
ーンとの相対関係を計測するものとする。

【０００６】前述した「ＴＩＳ補正法」では２回計測を
行なうが、その２回目では、１回目での計測のときのウ
エハ１を１８０度回転して計測する（このため、１回目
での計測値を「０度計測値（＝Δ（０度））」、２回目
での計測値を「１８０度計測値（＝Δ（１８０度））」
とよぶものとする）。この「ＴＩＳ補正法」では、「０
度計測値」から「１８０度計測値」を減算して２で割っ
た値、即ち、 Δ（ＴＩＳ補正）＝[Δ（０度）−Δ（１８０度）]／２ を計測値として使用し、検出系誤差発生要因での誤差を
削減して高精度計測を可能にしている。なお、ここで、
「０度計測値」と「１８０度計測値」を加算して２で割
った値、即ち、 Δ（ＴＩＳ補正）＝[Δ（０度）＋Δ（１８０度）]／２ を「ＴＩＳ」とよんでいる。

【０００７】ところで、重ね合わせ検査装置やアライメ
ント検出系において、現在、実際に使用されている方式
のほとんどは、明視野画像処理方式である。ここで、重
ね合わせ検査装置について、以下に説明する。

【０００８】図９において、ウエハ１の上には、リソグ
ラフイ、現像工程、エッチング工程により、エッチング
パターンマーク１Ａを形成しており、そのエッチングパ
ターンマーク１Ａの上に、リソグラフイ、現像工程によ
り、レジストパターンマーク（アライメントマーク）１
Ｂが形成される。

【０００９】この重ね合わせ検査装置では、この2つの
マーク１Ａ、１Ｂの相対位置関係を計測することにより
オーバレイ精度を測定するようになっており、ハロゲン
ランプ５１から射出した光束が、レンズ５２、ファイバ
５３、照明系５４を透過したのち、Ｓ偏光の光が偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）５５で反射し、リレーレンズ
５６、λ／４板５７、対物レンズ５８を透過して、ウエ
ハ１上の２つのマーク１Ａ、１Ｂに入射してこれらを照
明させるようになっている。

【００１０】一方、２つのマーク１Ａ、１Ｂからの反射
光は、入射した時（往路）とは逆に（復路）進行して、
対物レンズ５８、λ／４板５７、リレーレンズ５６を透
過し、今度は偏光方向がＰ偏光になるので偏光ビームス
プリッタ５５を透過し、エレクター５９によりＣＣＤカ
メラ６０の撮像面上に、アライメントマーク像６１とし
て形成される。

【００１１】そして、ＣＣＤカメラ６０により光電変換
された信号は、所定の回線を通じてコンピュータ（演算
手段）６２に入力し、このコンピュータ６２では、その
信号を画像処理して、２つのマーク１Ａ、１Ｂの相対位
置関係を検出している。

【００１２】なお、ウエハ１は、ウエハチャック（図
略）上に載置されており、このウエハチャックは、図示
外の駆動手段に駆動されるθ−Ｚステージ上に設けられ
ている。ウエハ１は、ウエハチャック表面に吸着させる
ことにより、各種振動に対して、ウエハ１の位置がずれ
ないようになっている。θ−Ｚステージは、図示外のチ
ルトステージの上に設置され、ウエハ１をフォーカス方
向（光学系の光軸方向）に動かすことが可能となってい
る。

【００１３】このように、ウエハ上に専用マークを設
け、その画像を光学系でＣＣＤカメラ等の撮像素子上に
形成し、そのときに得られる電気信号に基づいて各種信
号処理を実施することにより、その像の位置検出を行な
っている。この光学系において最も必要とする結像性能
は、像の対称性である。光学系に像の対称性を劣化させ
るものがある場合には、「ＴＩＳ」が存在することにな
る。この種のアライメント検出系は、倍率を１００倍程
度の高い倍率とし、ほとんど軸上近傍で使用している。
従って、像の対称性の劣化要因の主なものは、軸外収差
等ではなく光学系の軸上近傍の偏心コマ収差と照明系の
不均一性によるものである。

【００１４】また測定光学系において、照明光と測定光
の分離手段として、光の偏光特性を利用した方法があ
る。それは、偏光ビームスプリッタとλ／４板を用いた
光学系として一般的に知られている。例えば、特開平９
−２４５３７０号公報には、液晶パネルからなるλ／４
板を光路中に傾けて設置することにより、液晶パネルの
表面反射光を受光器に入射させることなく測定を行う方
法が記載されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体の製
造プロセス（以下、半導体プロセスとよぶ）において
は、表面の平坦化が進められており、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing）工程が多数導入されてい
る。そして、この平坦化技術は、アライメント検出系や
重ね合わせ検査装置では大きな問題となっている。

【００１６】それは、検出に使用するマークも平坦化に
より段差量がなくなり、例えば、現在最も多く、かつ、
精度良く使用されている明視野画像処理においては、計
測に使用するマーク像のコントラストが低くなり、検出
精度の劣化原因となっている。

【００１７】この対策として位相差検出方式も提案され
ているが、光学系内に位相板を一部配設することになる
ので、前述の「ＴＩＳ」の発生原因となり、コントラス
トは上がっても良好な精度をだすことが困難となってい
る。特に、普通の明視野系の画像処理方式のものと共存
させるためには、光学系内に位相板を出し入れしなけれ
ばならないので、「ＴＩＳ」発生の大きな要因となる。

【００１８】そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、
位相差検出方式のようにコントラストは上がるが大きな
「ＴＩＳ」の発生要因となる方式でなく、ＣＭＰ等の低
段差のプロセス（以下、ＣＭＰプロセスとよぶ）におい
ても、安定して高精度を得ることが可能となる位置検出
方法及び装置を提供するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
被検物の被検面上のパターンを光学系によって光電変換
素子に結像させ、その光電変換素子から出力される信号
に基づき、前記被検物の被検面上のパターンの位置を計
測する位置検出方法であって、光源から出射するコヒー
レントな光をインコヒーレント化させ、そのインコヒー
レント光で前記被検物の被検面上のパターンを照明し、
そのパターンを照明光で照明するのに先立ちその照明光
の光路の一部を分岐させた別の光路上に設けた、前記被
検物の被検面上のパターン位置と光学的に共役な反射面
位置で反射させ、前記被検物の被検面上のパターンから
の反射光と前記共役な反射面からの反射光とを重ね合わ
せて干渉させ、前記被検物の被検面上のパターン位置を
検出することを特徴としている。

【００２０】請求項２に係る発明は、被検物の被検面上
のパターンを光学系により光電変換素子に結像させ、そ
の光電変換素子から出力される信号に基づき、前記被検
物の被検面上のパターンの位置を計測する位置検出装置
であって、光源から出射するコヒーレント光をインコヒ
ーレント光に変換させる手段と、このインコヒーレント
光を前記被検物の被検面上のパターンに照明する照明手
段と、その照明手段からの光で照明するのに先立ちその
照明光の光路の一部を分岐させた別の光路上に設けた、
前記被検物の被検面上のパターン位置と光学的に共役な
反射面位置で反射させる反射手段と、前記被検物の被検
面上のパターンからの反射光と前記共役な反射面からの
反射光とを重ね合わせて干渉させる重合手段と、この重
合手段により形成される干渉縞から前記被検物の被検面
上のパターン位置を検出するように構成したことを特徴
としている。

【００２１】請求項３に係る発明は、請求項２の発明に
おいて、前記照明光を２方向に分離する偏光ビームスプ
リッタと、この偏光ビームスプリッタの偏光面を透過し
た光及び被検面上のパターンで反射して戻る光に対して
それぞれ偏光状態を変化させる２つのλ／４板とを備
え、少なくとも一方のλ／４板は、そのλ／４板の前後
を透過する光学系の往路での光軸に対して復路での光軸
が斜めに交わるように設置され、λ／４波長板の表面反
射光が前記光電変換素子に入射しないように構成したこ
とを特徴としている。

【００２２】請求項４に係る発明は、請求項３の発明に
おいて、前記被検物の被検面との共役位置に視野絞りを
設置し、前記λ／４板での反射光を前記視野絞りで遮る
ように構成したことを特徴としている。

【００２３】請求項５に係る発明は、請求項３の発明に
おいて、前記光軸が斜めに配置されたλ／４板で発生す
る往復の光路長変化に伴うリタデーションの変化量を補
正するように、前記λ／４波長板の厚さが最適化されて
いることを特徴としている。

【００２４】請求項６に係る発明は、請求項２乃至５の
いすれか１項の発明において、光源とファイバの間に回
転拡散板を配置してコヒーレント光をインコヒーレント
化するように構成したことを特徴としている。

【００２５】請求項７に係る発明は、請求項２乃至６の
いずれか１項の発明において、被検物の被検面上で検出
するパターン画像として、適宜のマークを使用し、この
マークでの反射率の差が最も大きくなるフォーカスを使
用することを特徴としている。

【００２６】請求項８に係る発明は、請求項２乃至７の
いずれか１項の発明において、被検物の被検面上で検出
するパターン画像として、適宜のマークの内外での反射
率差が最大となるフォーカスでの第１の画像信号から、
前記検出するマークの内外での反射率差が最大であって
前記第１の画像とは符号が逆となるフォーカスでの第２
の画像信号を引いて、得られた画像を使用するように構
成したことを特徴としている。

【００２７】請求項９に係る発明は、請求項２乃至８の
いずれか１項の発明において、前記光源を複数のコヒー
レント光源で構成し、これらのコヒーレント光源のうち
前記検出するマークの内外での光量差が最大となる光源
を選択して使用することを特徴としている。

【００２８】請求項１０に係る発明は、請求項２乃至９
のいずれか１項の発明において、干渉顕微鏡方式を利用
した干渉顕微鏡装置であることを特徴としている。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３０】図１は、第１の実施形態に係る重ね合わせ
検査装置であり、この重ね合わせ検査装置は、先の従来
技術の欄で説明した図９に示す構成要素の他に、コヒー
レント光を出射する光源２と、回転拡散板３とを備えて
いる。

【００３１】さらに、この重ね合わせ検査装置には、偏
光ビームスプリッタ５５とエレクタ５９の間に偏光板４
を設けているとともに、偏光ビームスプリッタ５５を透
過した光の進行を選択的に阻止するシャッタ５と、この
光を円偏光にするλ／４板６と、反射させるミラー７と
を設けている。

【００３２】光源２には、例えばＨｅ−Ｎｅレーザを使
用するが、光源が異なるだけで、ウエハ１の像をCCDカ
メラ６０の撮像面上に形成することは、図９に示す従来
のものと同じである。

【００３３】回転拡散板３は、光源２から出射するコヒ
ーレント光をそのまま照明すると、ウエハ１上でスペッ
クルが発生するので、その光をインコヒーレント化する
ための手段として設置されているものであり、ＣＣＤカ
メラ６０に像として取り込む時間内に、スペックルを移
動させて平均化するようになっている。

【００３４】偏光板４は、次に説明する干渉像を形成す
る際に、参照光との干渉性を上げるためのものである。

【００３５】ミラー７は、観察するウエハ１と光学的な
共役面に配置する。

【００３６】次に、この重ね合わせ検査装置の作用につ
いて説明する。

【００３７】光源２であるＨｅ−Ｎｅレーザから射出し
た光束は、ファイバ５３、照明系５４を透過したのち、
偏光ビームスプリッタ５５を透過したＰ偏光の光は、λ
／４板６により円偏光となり、ミラー７で反射される。
このミラー７反射した光は、再度λ／4波長板６を透過
してＳ偏光となり、今度は偏光ビームスプリツタ５５で
反射して偏光板４を透過し、エレクター５９によりＣＣ
Ｄカメラ６０の撮像面上に参照光として形成される。こ
れにより、この参照光と（図９に示す従来の重ね合わせ
検査装置において説明した）ウエハ１からの反射像との
干渉作用により、干渉像が形成される。

【００３８】また、この第１の実施形態に係る重ね合わ
せ検査装置では、図１及び図２に示すように、λ／４波
長板５７´を傾けて配置することにより、表面反射光及
び裏面反射光（以下、表裏面反射光とよぶ）Ｌを光軸外
に逃がし、さらに、検出光学系のウエハ１の共役位置に
視野絞り８を配置し、表裏面反射光Ｌを遮断している。
このようにすることで、前述したＣＭＰ等のウエハ１
で、アライメントマーク１Ｂからの反射光の光量が低い
場合でも、λ／４板５７´の表裏面反射光が、干渉光に
混入することがなく、コントラストが向上した像を得る
ことができるようになる。なお、図３は、λ／４波長板
５７を傾けていない状態の場合を示したものあり、この
場合にはλ／４波長板５７での表裏面反射光Ｌは、ウエ
ハ１からのアライメント信号を発生させるときの光路と
同じ光路をたどって検出系に向かい、アライメント信号
のコントラストを落とす原因となっている。

【００３９】次に、２つのフォーカス位置の干渉像の差
分を取ることで、コントラストを２倍に高めることがで
きる重ね合わせ検査方法について説明する。

【００４０】この重ね合わせ検査方法とは、以下に説明
するように、例えば図９に示す従来技術のものにおい
て、２つのフォーカス位置を、アライメントマーク１Ｂ
と、エッチングパターンマーク１Ａ上においてこのアラ
イメントマーク１Ｂから外れた部分（以下、マークの外
側とよぶ）１Ｃとにそれぞれ設定するときに、ＣＣＤカ
メラ６０からの出力差（＝像の強度の差）が最も大きく
なり、符号が逆となることから、得られる干渉像のコン
トラストを倍増させるようにしたものである。

【００４１】例えば、アライメントマーク１Ｂの段差
が、照明波長λ（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザなら６３３
ｎｍ）に対してその１／４（＝λ／４）であるものとす
る。 そして、マークの外側１Ｃと参照光の光路長差が照明
波長λの整数倍である干渉の明るい条件のところに、フ
ォーカスを変えて設定すると、マークの外側１Ｃの干渉
像は最も強度が強くなる（図４参照）。このとき、アラ
イメントマーク１Ｂについては、段差がλ／４なので、
逆に最も弱い強度となる。参照光の反射強度とウエハ１
からの反射強度が等しければ、干渉縞の可視度（ビジビ
リティー）が高くなり、強度は完全に無くなってしま
う。 次に、フォーカスを先のフォーカス位置からλ／４だ
けずらすと、今度はマークの外側１Ｃと参照光の光路長
差が、照明波長λの整数倍にλ／４を加えた干渉の暗い
条件になり、マークの外側１Ｃの干渉像は、最も強度が
弱くなる。一方、アライメントマーク１Ｂについては、
段差がλ／４なので、逆に最も強い強度となる（図５参
照）。 そして、この２つの干渉像の差分を取ることで、１つ
のフォーカス位置の干渉像の２倍のコントラストを持つ
干渉像を得ることが可能となる。図６は、この関係を簡
単に示した図である。

【００４２】尚、この実施形態において、参照光を必要
としない従来の明視野照明で使用したい場合には、図１
におけるシャッタ５を挿入することで、図９に示す従来
例と同一の構成とすることができる。

【００４３】なお、本発明の第１実施形態に係る重ね合
わせ検査装置は、リニーク干渉顕微鏡方式に近いが、対
物と同じものを使用せずに、中間像を作成してその反射
光を参照光と使用している。共通光学系でない、対物レ
ンズ５８とリレーレンズ５６との間の光学系に、球面収
差やコマ収差等といった前述した「ＴＩＳ」があると、
干渉像がワンカラーからずれてしまい、きれいな干渉像
を得ることができないが、本発明においては、従来の明
視野検出系で、前述のように「ＴＩＳ」を取り去ること
が必要条件であるので、中間像からの参照光を使用して
もきれいな干渉像を得ることが可能となる。

【００４４】なお、インコヒーレント化することと干渉
像を形成することとは、矛盾しているように思われる
が、実際に干渉縞がスペックルなしで観察できるような
ることが、この発明者による実験で確認されている。即
ち、これは、干渉縞は光学的な共役面どうしの干渉で形
成でき、つまり光学的な共役面上の１点１点どうしの光
路長が干渉条件となって干渉縞ができるわけであり、そ
の縞に対して、前述の回転拡散板３でスペックルを移動
させることで平均化しているのである。

【００４５】次に、本発明に係る他の実施形態について
図７を参照しながら説明する。

【００４６】この実施形態では、発振波長が互いに異な
る３個のレーザ１３〜１５のいずれかで光源１２を構成
する。この光源１２は、検出するマーク１Ｂの段差量が
変わってもレーザ１３〜１５を選択して使用すること
で、高コントラスト信号を得るように構成されている。

【００４７】この実施形態では、これらのレーザ１３〜
１５から出射する互いに異なる波長の光のうち、少なく
とも１つの波長の光を、ミラー光学系１６、回転拡散板
３、ファイバ５３、ロッドレンズ１７、ＣＧＨ１８、照
明光学系５４を介して、偏光ビームスプリッタ５５に導
光する。この偏光ビームスプリッタ５５のビームスプリ
ット面で２方向に分割された光のうち、ビームスプリッ
ト面を透過した光は、λ／４板６、ミラー７に向かい、
このミラー７で反射した光は、λ／４板６を通り、今度
はビームスプリット面を反射して、偏光板４に向かう。

【００４８】一方、偏光ビームスプリッタ５５のビーム
スプリット面を反射した光は、視野絞り８、リレーレン
ズ５６、λ／４板５７´、対物レンズ５８を通り、ウエ
ハ１上のマーク１Ｂに照射される。このウエハ１上で発
生したアライメント信号を含む反射光は、対物レンズ５
８、λ／４板５７´、リレーレンズ５６、視野絞り８を
通過し、今度は偏光ビームスプリッタ５５のビームスプ
リット面を透過し、偏光板４に向かう。

【００４９】このようにして、ウエハ１からの光及びミ
ラー７からの光は、偏光板４で偏光面が揃えられエレク
ター５９により、干渉像としてＣＣＤカメラ６０の撮像
面上に結像される。

【００５０】ここで、例えばマーク１Ｂの段差量ｄが、
照明波長の整数倍に半波長分を加えた場合、つまり、 ｄ＝[ｎ＋（１／２）]λ ……（α） （但し、ｎは整数）について考える。この場合には、ア
ライメントマーク１Ｂとマークの外側１Ｃとの干渉条件
が同一となり、干渉像は信号コントラストが低いものと
なってしまう。これについて、具体的な数値例で示す。
例えば、照明波長を６３３ｎｍとし、段差量をその１．
５倍分の９５０ｎｍとする。これが、上記の条件（α）
の場合に相当する。

【００５１】そこで、例えば発振波７８５ｎｍのレーザ
光を照明光に使用すると、９５０ｎｍの段差量ｄは、 ｄ＝９５０（ｎｍ） ＝７８５＋１６５（ｎｍ） ＝７８５＋０．２１×７８５（ｎｍ） ＝１．２１・λ となり、高コントラストな干渉像を形成することが可能
となる。

【００５２】なお、この実施形態のように、波長が互い
に異なる３個のレーザで構成しなければならないわけで
はなく、２個のもので構成しても十分効果はあるが、複
雑な半導体プロセスを考慮して、できるだけ多くのレー
ザで光源を構成した方が良いという事情から、ここでは
３個とした。

【００５３】また、図７示すこの実施形態のように、λ
／４板５７´を傾けて配置することにより表裏面反射光
を光軸外に逃がすとともに、検出光学系のウエハ１と共
役位置に視野絞り８を配置し、表裏面反射光を遮断した
構成とすることにより、ＣＭＰ等のウエハで、アライメ
ントマーク１Ｂからの反射光の光量が低い場合でも、λ
／４板５７´の表裏面反射光が干渉光に混入することな
く、コントラストが向上した像を得ることができる。

【００５４】以上、これまでは、低段差で従来の明視野
検出系での画像コントラストが低い場合に、高コントラ
スト化を図ることができる位置検出方法及び装置につい
て説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるも
のではない。例えば、立体形状面についての計測に対し
ても、同様の効果を発揮することができる。

【００５５】即ち、この発明に係る位置検出装置として
は、図１に示すように、光源２にＨｅ−Ｎｅレーザとハ
ロゲンランプを共に用意し、これらを切り替えて使用で
きる構成としてもよい。

【００５６】例えば、光源にＨｅ−Ｎｅレーザを使用す
る場合には、フォーカスの画像を使用して縞走査法によ
る立体形状計測を行なうことができる。一方、ハロゲン
ランプを使用すると、白色干渉となって可干渉距離が短
くなるので、それを利用したコヒーレンスプローブ法に
よる立体形状計測が可能となる。これらの立体形状計測
方法についての詳細は、縞走査法に関しては、「光計測
のニーズとシーズ」（コロナ社）２２８頁、また、コヒ
ーレンスプローブ法については、「新しい光学顕微
鏡」、第１巻「レーザ顕微鏡の理論と実際」（学際企
画）の８２頁をそれぞれ参照されたい。

【００５７】また、干渉縞のコントラストを上げる方法
として、光路中に配置されているλ／４板を傾けて表裏
面反射光を光軸外に逃がすとともに、検出光学系中のピ
ント面に視野絞りを配置しているが、λ／４板にティル
トを与える手段として、アクチュエータ等を用いて傾き
角を可変とする構成であってもよい。さらに、図２や図
７に示すように、λ／４板を傾けて配置すると、λ／４
板の中を通る光の光路長が変化し、その変化量に応じて
位相差に誤差が生じλ／４板としての機能が低下するの
で、予めλ／４板をその光路長変化分の位相変化を考慮
した厚さに設定しておけば、このλ／４板の機能は低下
することがない。

【００５８】

【発明の効果】以上、説明してきたように、本発明によ
れば、実際に計測に使用する画像として、ウエハ上のマ
ークの外側と内側の反射率の差が最も大きくなるフォー
カス位置での画像から、同じく反射率の差が最も大きく
なるが、前とは逆の符号となるフォーカス位置での画像
を引いて、その結果得られる画像を使用するようにして
あるから、コントラストを最も大きくすることができる
ようになり、例えばウエハの段差変化の少ないマークに
対しても、検出精度を向上させることができるよになる
から、微細化が進む回路パターンが形成されたレチクル
とウエハとについてオーバーレイ精度の測定に好適であ
る。

【００５９】また、この発明によれば、新たな干渉顕微
鏡方式を従来の明視野照明と併設することが可能とな
り、例えば半導体プロセスにおいて、ＣＭＰプロセス等
のような低段差のマークも高コントラスト化することが
できるようになるので、高精度の位置検出が実現可能と
なる。

【００６０】しかも、この発明によれば、最も多くの表
裏面反射光が発生するλ／４板を傾けて設置し、その表
裏面反射光を光軸外に逃がし、かつ、ウエハ共役位置に
設置した視野絞りで、表裏面反射光を完全に除去するこ
とで、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができるよ
うになり、高感度な位置検出が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る重ね合わせ検査装置を
示す概略構成図。

【図２】図１に示す重ね合わせ検査装置の要部であっ
て、λ／４板を傾けた場合の光路図。

【図３】図２おいてλ／４板を傾けなかった場合の光路
図

【図４】図１の重ね合わせ検査装置において、マークの
外側が明るい条件となるフォーカスの場合の干渉像を示
す説明図。

【図５】図１の重ね合わせ検査装置において、マークの
外側が暗い条件となるフォーカスの場合の干渉像を示す
説明図。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１の重ね合わせ検
査装置においてマークの外側が明るい条件、暗い条件の
ときに得られる信号、（Ｃ）はこれらの信号の差分の信
号を示す説明図。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る重ね合わせ検査
装置を示す概略構成図。

【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、ＴＩＳ補正法を示す説明
図。

【図９】従来の重ね合わせ検査装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１ ウエハ（被検物） １Ａ 重ね合わせ用マーク（エッチングパターンマー
ク） １Ｂ 重ね合わせ用マーク（アライメントマーク） １Ｃ マークの外側 ２ 光源 ３ 回転拡散板（インコヒーレント変換手段） ４ 偏光板 ５ シャッタ ６ λ／４板 ７ ミラー（反射手段） １３〜１５レーザ １６ ミラー光学系 １７ ロッドレンズ １８ ＣＧＨ ５１ ハロゲンランプ（光源） ５３ ファイバ ５４ 照明系（照明手段） ５５ 偏光ビームスプリッタ（重合手段） ５６ リレーレンズ ５７ λ／４板 ５７´ λ／４板 ５９ エレクタ ６０ ＣＣＤカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｔ Ｆターム(参考） 2F064 AA02 CC01 CC04 FF02 GG02 GG12 GG23 GG32 GG38 GG58 JJ01 2F065 AA03 AA07 BB02 CC17 DD03 DD04 DD09 FF51 GG05 GG21 HH04 JJ03 JJ26 LL02 LL12 LL30 LL32 LL36 LL37 LL49 MM03 MM04 PP12 PP24 QQ25 QQ27 QQ34 2H049 BA07 BB03 BC12 BC21 2H052 AA04 AC07 AC25 AC26 AC27 AC34 AF04 AF14 5F046 FA05 FA10 FA17 FB07 FB09 FB10 FB12

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検物の被検面上のパターンを光学系によ
   って光電変換素子に結像させ、その光電変換素子から出
   力される信号に基づき、前記被検物の被検面上のパター
   ンの位置を計測する位置検出方法であって、 光源から出射するコヒーレントな光をインコヒーレント
   化させ、 そのインコヒーレント光で前記被検物の被検面上のパタ
   ーンを照明し、 その照明光の光路の一部を分岐させた別の光路上の、前
   記被検物の被検面上のパターン位置と光学的に共役な反
   射面位置で反射させ、 前記被検物の被検面上のパターンからの反射光と前記共
   役な反射面からの反射光とを重ね合わせて干渉させ、 前記被検物の被検面上のパターン位置を検出することを
   特徴とする位置検出方法。
2. 【請求項２】被検物の被検面上のパターンを光学系によ
   り光電変換素子に結像させ、その光電変換素子から出力
   される信号に基づき、前記被検物の被検面上のパターン
   の位置を計測する位置検出装置であって、 光源から出射するコヒーレント光をインコヒーレント光
   に変換させる手段と、 このインコヒーレント光を前記被検面上のパターンに照
   明する照明手段と、 その照明光の光路の一部を分岐させた別の光路上に設け
   た、前記被検面上のパターン位置と光学的に共役な反射
   面位置で反射させる反射手段と、 前記被検面上のパターンからの反射光と前記共役な反射
   面からの反射光とを重ね合わせて干渉させる重合手段
   と、 この重合手段により形成される干渉縞から前記被検面上
   のパターン位置を検出するように構成したことを特徴と
   する位置検出装置。
3. 【請求項３】前記照明光を２方向に分離する偏光ビーム
   スプリッタと、 この偏光ビームスプリッタの偏光面を透過した光及び被
   検面上のパターンで反射して戻る光に対してそれぞれ偏
   光状態を変化させる２つのλ／４板とを備え、 少なくとも一方のλ／４板は、そのλ／４板の前後を透
   過する光学系の往路での光軸に対して復路での光軸が斜
   めに交わるように設置され、 λ／４波長板の表面反射光が前記光電変換素子に入射し
   ないように構成したことを特徴とする請求項２に記載の
   位置検出装置。
4. 【請求項４】前記被検物の被検面との共役位置に視野絞
   りを設置し、 前記λ／４板での反射光を前記視野絞りで遮るように構
   成したことを特徴とする請求項３に記載の位置検出装
   置。
5. 【請求項５】前記光軸が斜めに配置されたλ／４板で発
   生する往復の光路長変化に伴うリタデーションの変化量
   を補正するように、前記λ／４波長板の厚さが最適化さ
   れていることを特徴とした請求項３に記載の位置検出装
   置。
6. 【請求項６】光源とファイバの間に回転拡散板を配置し
   てコヒーレント光をインコヒーレント化するように構成
   したことを特徴とする請求項２乃至５のいすれか１項に
   記載の位置検出装置。
7. 【請求項７】被検物の被検面上で検出するパターン画像
   として、適宜のマークを使用し、 このマークでの反射率の差が最も大きくなるフォーカス
   を使用することを特徴とした請求項２乃至６のいずれか
   １項に記載の位置検出装置。
8. 【請求項８】被検物の被検面上で検出するパターン画像
   として、適宜のマークの内外での反射率差が最大となる
   フォーカスでの第１の画像信号から、前記検出するマー
   クの内外での反射率差が最大であって前記第１の画像と
   は符号が逆となるフォーカスでの第２の画像信号を引い
   て、得られた画像を使用するように構成したことを特徴
   とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の位置検出
   装置。
9. 【請求項９】前記光源を複数のコヒーレント光源で構成
   し、 これらのコヒーレント光源のうち前記検出するマークの
   内外での光量差が最大となる光源を選択して使用するこ
   とを特徴とした請求項２乃至８のいずれか１項に記載の
   位置検出装置。
10. 【請求項１０】干渉顕微鏡方式を利用した干渉顕微鏡装
    置であることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１
    項に記載の位置検出装置。