JP2002025879A - 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
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 どの測定マークに対しても最適となる共通の
視野領域を探し出す。 【解決手段】 光学的位置ずれ検出装置が、照明光学系
１０と、測定マークの像を結像させる結像光学系２０
と、測定マークの像を撮影するＣＣＤカメラ３０と、画
像信号を処理して下地マークに対するレジストマークの
重ね合わせ位置ずれを測定する画像処理装置３５と、視
野領域を調整する視野領域調整機構とから構成される。
視野領域調整機構は、照明光学系１０に設けられた視野
絞り１４と、視野絞りの位置を調整する視野絞り位置調
整機構４０と、ＣＣＤカメラ３０の位置を調整する撮像
位置調整機構４５とから構成され、視野絞り１４とＣＣ
Ｄカメラの撮像面とが光学的に共役な位置に配設されて
いる。
視野領域を探し出す。 【解決手段】 光学的位置ずれ検出装置が、照明光学系
１０と、測定マークの像を結像させる結像光学系２０
と、測定マークの像を撮影するＣＣＤカメラ３０と、画
像信号を処理して下地マークに対するレジストマークの
重ね合わせ位置ずれを測定する画像処理装置３５と、視
野領域を調整する視野領域調整機構とから構成される。
視野領域調整機構は、照明光学系１０に設けられた視野
絞り１４と、視野絞りの位置を調整する視野絞り位置調
整機構４０と、ＣＣＤカメラ３０の位置を調整する撮像
位置調整機構４５とから構成され、視野絞り１４とＣＣ
Ｄカメラの撮像面とが光学的に共役な位置に配設されて
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハのフ
ォトリソグラフィ製造工程等において、半導体ウエハ等
の被検基板上に形成される測定マーク（重ね合わせマー
ク）における第１のマーク（例えば、下地マーク）に対
する第２のマーク（例えば、レジストマーク）の位置ず
れ（重ね合わせ位置ずれ）を光学的に検出するために用
いられる光学的位置ずれ検出装置に関する。
ォトリソグラフィ製造工程等において、半導体ウエハ等
の被検基板上に形成される測定マーク（重ね合わせマー
ク）における第１のマーク（例えば、下地マーク）に対
する第２のマーク（例えば、レジストマーク）の位置ず
れ（重ね合わせ位置ずれ）を光学的に検出するために用
いられる光学的位置ずれ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの製造工程の一つであるフ
ォトリソグラフィ製造工程においては、ウエハ上に何段
階かに分けられてレジストパターンが形成される。すな
わち、各段階毎に、既に形成されているパターン（これ
を下地パターンと称する）の上に所定のレジストパター
ンを重ね合わせて形成するのであるが、この各段階毎に
下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ位
置ずれを測定検出することが要求される。このような重
ね合わせ位置ずれの検出のための装置は従来から知られ
ている（例えば、特開２０００−７７２９５号公報参
照）。この重ね合わせ位置ずれ測定は、レジストパター
ン形成時に基板上に形成した下地マークの上にレジスト
マークを形成して測定マークを形成しておき、光学的位
置ずれ検出装置（重ね合わせ位置ずれ検出装置）を用い
て、測定マークに照明光を照射するとともにその反射光
から測定マークの像をＣＣＤカメラ等で撮像し、撮像し
た像を画像処理して下地マークに対するレジストマーク
の重ね合わせ位置ずれ量を測定するようになっている。
ォトリソグラフィ製造工程においては、ウエハ上に何段
階かに分けられてレジストパターンが形成される。すな
わち、各段階毎に、既に形成されているパターン（これ
を下地パターンと称する）の上に所定のレジストパター
ンを重ね合わせて形成するのであるが、この各段階毎に
下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ位
置ずれを測定検出することが要求される。このような重
ね合わせ位置ずれの検出のための装置は従来から知られ
ている（例えば、特開２０００−７７２９５号公報参
照）。この重ね合わせ位置ずれ測定は、レジストパター
ン形成時に基板上に形成した下地マークの上にレジスト
マークを形成して測定マークを形成しておき、光学的位
置ずれ検出装置（重ね合わせ位置ずれ検出装置）を用い
て、測定マークに照明光を照射するとともにその反射光
から測定マークの像をＣＣＤカメラ等で撮像し、撮像し
た像を画像処理して下地マークに対するレジストマーク
の重ね合わせ位置ずれ量を測定するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
光学的に重ね合わせ位置ずれ測定を行う場合、測定光学
系（すなわち、測定マークに照明光を照射する照明光学
系および測定マークからの反射光を集光結像させる集光
光学系）に光学的な収差が発生することが避けられず、
このような収差、特に光軸に対して非回転対称な収差が
測定視野領域内に存在すると、重ね合わせ位置ずれ測定
値の測定誤差ＴＩＳ(Tool Induced Shift)が生ずる。こ
のような測定誤差ＴＩＳの発生要因となる非回転対称収
差量は測定視野領域に依存して変化するため、非回転収
差量が最小となるような測定視野領域を設定することが
要求される。
光学的に重ね合わせ位置ずれ測定を行う場合、測定光学
系（すなわち、測定マークに照明光を照射する照明光学
系および測定マークからの反射光を集光結像させる集光
光学系）に光学的な収差が発生することが避けられず、
このような収差、特に光軸に対して非回転対称な収差が
測定視野領域内に存在すると、重ね合わせ位置ずれ測定
値の測定誤差ＴＩＳ(Tool Induced Shift)が生ずる。こ
のような測定誤差ＴＩＳの発生要因となる非回転対称収
差量は測定視野領域に依存して変化するため、非回転収
差量が最小となるような測定視野領域を設定することが
要求される。
【０００４】測定視野領域については、測定誤差の観点
からみて、測定マークの種類（例えば、測定マークにお
けるレジストマークの高さ、下地の高さもしくは深さ、
反射率、大きさ等）に応じてそれぞれ最適な視野領域が
相違する。このため、たとえ同一の測定光学系であって
も、多種の測定マークのそれぞれについて最適となる視
野領域の調整を行う必要があり、視野領域の調整が難し
く、且つ時間のかかる作業となるという問題があった。
からみて、測定マークの種類（例えば、測定マークにお
けるレジストマークの高さ、下地の高さもしくは深さ、
反射率、大きさ等）に応じてそれぞれ最適な視野領域が
相違する。このため、たとえ同一の測定光学系であって
も、多種の測定マークのそれぞれについて最適となる視
野領域の調整を行う必要があり、視野領域の調整が難し
く、且つ時間のかかる作業となるという問題があった。
【０００５】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
どのような測定マークに対しても最適となる共通の視野
領域を探し出して設定することができ、測定マークの種
類毎に視野領域の調整を行う必要がなくなるような構成
の光学的位置ずれ検出装置を提供することを目的とす
る。
どのような測定マークに対しても最適となる共通の視野
領域を探し出して設定することができ、測定マークの種
類毎に視野領域の調整を行う必要がなくなるような構成
の光学的位置ずれ検出装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明に係る光学的位置ずれ検出装置は、第１のマ
ーク（例えば、下地マーク）の上に第２のマーク（例え
ば、レジストマーク）が形成されてなる測定マークを照
明する照明光学系と、測定マークからの反射光を集光し
て測定マークの像を結像させる結像光学系と、結像光学
系により結像された測定マークの像を撮影する撮像装置
と、撮像装置により得られた画像信号を処理して第１の
マークに対する第２のマークの重ね合わせ位置ずれを測
定する画像処理装置とを備え、さらに、撮像装置による
測定マークの像の撮像における視野領域を調整する視野
領域調整機構が設けられる。
め、本発明に係る光学的位置ずれ検出装置は、第１のマ
ーク（例えば、下地マーク）の上に第２のマーク（例え
ば、レジストマーク）が形成されてなる測定マークを照
明する照明光学系と、測定マークからの反射光を集光し
て測定マークの像を結像させる結像光学系と、結像光学
系により結像された測定マークの像を撮影する撮像装置
と、撮像装置により得られた画像信号を処理して第１の
マークに対する第２のマークの重ね合わせ位置ずれを測
定する画像処理装置とを備え、さらに、撮像装置による
測定マークの像の撮像における視野領域を調整する視野
領域調整機構が設けられる。
【０００７】この視野領域調整機構は、照明光学系に設
けられた視野絞りと、この視野絞りの位置を調整する視
野絞り位置調整機構と、撮像装置の位置を調整する撮像
位置調整機構とから構成され、視野絞りと撮像装置にお
ける撮像面とが光学的に共役な位置に配設されており、
視野絞り位置調整機構による視野絞りの位置調整に応じ
て撮像位置調整機構による撮像装置の位置調整を行う。
これにより、測定マークの撮像に際して用いられる視野
領域を、測定光学系が有する全視野領域内において適切
となる領域に設定可能である。
けられた視野絞りと、この視野絞りの位置を調整する視
野絞り位置調整機構と、撮像装置の位置を調整する撮像
位置調整機構とから構成され、視野絞りと撮像装置にお
ける撮像面とが光学的に共役な位置に配設されており、
視野絞り位置調整機構による視野絞りの位置調整に応じ
て撮像位置調整機構による撮像装置の位置調整を行う。
これにより、測定マークの撮像に際して用いられる視野
領域を、測定光学系が有する全視野領域内において適切
となる領域に設定可能である。
【０００８】このような構成の光学的位置ずれ検出装置
を用いて測定マークにおける第１のマークと第２のマー
クとの重ね合わせ位置ずれを光学的に検出する場合、視
野領域調整機構を用いて、撮像装置による測定マークの
撮像が行われる視野領域を、測定光学系が有する全視野
領域内において、測定誤差ＴＩＳが測定マークの種類に
拘わらず常に最小とすることができる領域に予め設定す
ることができる。このように予め最適視野領域を設定し
ておけば、測定マークの種類に拘わらずこのように設定
した視野領域を用いて重ね合わせ位置ずれ測定が可能で
あり、効率の良い測定ができる。
を用いて測定マークにおける第１のマークと第２のマー
クとの重ね合わせ位置ずれを光学的に検出する場合、視
野領域調整機構を用いて、撮像装置による測定マークの
撮像が行われる視野領域を、測定光学系が有する全視野
領域内において、測定誤差ＴＩＳが測定マークの種類に
拘わらず常に最小とすることができる領域に予め設定す
ることができる。このように予め最適視野領域を設定し
ておけば、測定マークの種類に拘わらずこのように設定
した視野領域を用いて重ね合わせ位置ずれ測定が可能で
あり、効率の良い測定ができる。
【０００９】このため、視野領域調整機構は、撮像装置
の視野領域内にＬ／Ｓマーク像を結像させたときにおけ
るＬ／Ｓマーク像の非対称性のフォーカス特性曲線に基
づいて視野領域を調整するのが好ましい。さらに、視野
領域調整機構は、撮像装置の視野領域内にＬ／Ｓマーク
像を結像させたときにおけるＬ／Ｓマーク像の非対称性
のフォーカス特性曲線が、視野中心に対して対称となる
特性を有するように視野領域を調整するのが好ましい。
の視野領域内にＬ／Ｓマーク像を結像させたときにおけ
るＬ／Ｓマーク像の非対称性のフォーカス特性曲線に基
づいて視野領域を調整するのが好ましい。さらに、視野
領域調整機構は、撮像装置の視野領域内にＬ／Ｓマーク
像を結像させたときにおけるＬ／Ｓマーク像の非対称性
のフォーカス特性曲線が、視野中心に対して対称となる
特性を有するように視野領域を調整するのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る
光学的位置ずれ測定装置の一例を示している。なお、説
明の容易化のため、図１において紙面に垂直な方向をＸ
軸方向、左右に延びる方向をＹ方向、上下に延びる方向
をＺ方向とする。
ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る
光学的位置ずれ測定装置の一例を示している。なお、説
明の容易化のため、図１において紙面に垂直な方向をＸ
軸方向、左右に延びる方向をＹ方向、上下に延びる方向
をＺ方向とする。
【００１１】その測定装置は、ウエハ５１の上に形成さ
れた測定マーク５２におけるレジストマークの重ね合わ
せ位置ずれを測定するものであり、測定に際してウエハ
５１は、回転および水平移動（Ｘ−Ｙ方向移動）可能
で、且つ上下移動（Ｚ方向移動）可能に構成されたステ
ージ５０の上に載置される。測定マーク５２は、ウエハ
５１の下地パターンの上に所定のレジストパターンをフ
ォトリソグラフィー工程により形成させるときに、例え
ば図２に示すように、ウエハ５１の端部に形成された矩
形状の下地マーク５３の上に矩形状のレジストマーク５
４を形成して作られており、本発明に係る光学的位置ず
れ測定装置により、下地マーク５３に対するレジストマ
ーク５４の重ね合わせ位置ずれを測定する。
れた測定マーク５２におけるレジストマークの重ね合わ
せ位置ずれを測定するものであり、測定に際してウエハ
５１は、回転および水平移動（Ｘ−Ｙ方向移動）可能
で、且つ上下移動（Ｚ方向移動）可能に構成されたステ
ージ５０の上に載置される。測定マーク５２は、ウエハ
５１の下地パターンの上に所定のレジストパターンをフ
ォトリソグラフィー工程により形成させるときに、例え
ば図２に示すように、ウエハ５１の端部に形成された矩
形状の下地マーク５３の上に矩形状のレジストマーク５
４を形成して作られており、本発明に係る光学的位置ず
れ測定装置により、下地マーク５３に対するレジストマ
ーク５４の重ね合わせ位置ずれを測定する。
【００１２】この光学的位置ずれ測定装置は、測定マー
ク５２に照明光を照射するための照明光学系１０と、測
定マークからの反射光を集光して測定マークの像を結像
させる結像光学系２０と、このように結像された測定マ
ークの像を撮影する撮像装置３０と、撮像装置により得
られた画像信号を処理する画像処理装置３５とを備え
る。
ク５２に照明光を照射するための照明光学系１０と、測
定マークからの反射光を集光して測定マークの像を結像
させる結像光学系２０と、このように結像された測定マ
ークの像を撮影する撮像装置３０と、撮像装置により得
られた画像信号を処理する画像処理装置３５とを備え
る。
【００１３】まず、照明光学系１０は、照明光源１１、
照明開口絞り１２およびコンデンサーレンズ１３を備
え、照明光源１１から射出される照明光束は照明開口絞
り１２により特定の光束系に絞られてコンデンサーレン
ズ１３に入力されて集光される。コンデンサーレンズ１
３によって集光された照明光は視野絞り１４を均一に照
明する。視野絞り１４は、図１においてハッチングを施
して示すように、矩形状の絞り開口Ｓ１を有する。視野
絞り１４は視野絞り位置調整機構４０によりＸ−Ｚ方向
に移動自在（すなわち、紙面に垂直な上下に延びる面内
で移動自在）に支持されている。
照明開口絞り１２およびコンデンサーレンズ１３を備
え、照明光源１１から射出される照明光束は照明開口絞
り１２により特定の光束系に絞られてコンデンサーレン
ズ１３に入力されて集光される。コンデンサーレンズ１
３によって集光された照明光は視野絞り１４を均一に照
明する。視野絞り１４は、図１においてハッチングを施
して示すように、矩形状の絞り開口Ｓ１を有する。視野
絞り１４は視野絞り位置調整機構４０によりＸ−Ｚ方向
に移動自在（すなわち、紙面に垂直な上下に延びる面内
で移動自在）に支持されている。
【００１４】視野絞り１４の視野開口Ｓ１を透過して射
出される照明光は照明リレーレンズ１５に入射し、この
照明リレーレンズ１５によってコリメートされて平行光
束となった状態でハーフプリズム１６に入射する。ハー
フプリズム１６において反射された照明光は下方に出射
され、第１対物レンズ１７によって集光されてウエハ５
１上の測定マーク５２を垂直に照射する。ここで、視野
絞り１４と測定マーク５２とは照明光学系１０において
共役な位置に配設されており、ウエハ５１の測定マーク
５２に対して、視野開口Ｓ１の形状に対応する矩形状の
領域が照明光により照射される。
出される照明光は照明リレーレンズ１５に入射し、この
照明リレーレンズ１５によってコリメートされて平行光
束となった状態でハーフプリズム１６に入射する。ハー
フプリズム１６において反射された照明光は下方に出射
され、第１対物レンズ１７によって集光されてウエハ５
１上の測定マーク５２を垂直に照射する。ここで、視野
絞り１４と測定マーク５２とは照明光学系１０において
共役な位置に配設されており、ウエハ５１の測定マーク
５２に対して、視野開口Ｓ１の形状に対応する矩形状の
領域が照明光により照射される。
【００１５】このようにして測定マーク５２を含むウエ
ハ５１の表面に照明光が照射されて出てくる反射光が、
結像光学系２０を介して撮像装置３０に導かれる。具体
的には、この反射光は第１対物レンズ１７によってコリ
メートされて平行光束となり、ハーフプリズム１６を通
過して、ハーフプリズム１６の上方に配設された第２対
物レンズ２１によって一次結像面２８に測定マーク５２
の像を形成する。さらに、第１結像リレーレンズ２２を
透過し、結像開口絞り２３により特定の光束径に絞ら
れ、第２結像リレーレンズ２４によって二次結像面２９
に測定マーク５２の像を形成する。
ハ５１の表面に照明光が照射されて出てくる反射光が、
結像光学系２０を介して撮像装置３０に導かれる。具体
的には、この反射光は第１対物レンズ１７によってコリ
メートされて平行光束となり、ハーフプリズム１６を通
過して、ハーフプリズム１６の上方に配設された第２対
物レンズ２１によって一次結像面２８に測定マーク５２
の像を形成する。さらに、第１結像リレーレンズ２２を
透過し、結像開口絞り２３により特定の光束径に絞ら
れ、第２結像リレーレンズ２４によって二次結像面２９
に測定マーク５２の像を形成する。
【００１６】この二次結像面２９と撮像面３１とが一致
するようにＣＣＤカメラ（撮像装置）３０が配設されて
おり、測定マーク５２の像がＣＣＤカメラ３０により撮
像される。そして、ＣＣＤカメラ３０により得られた画
像信号が画像処理装置３５に送られて後述するように信
号処理される。この構成から分かるように、測定マーク
５２と撮像面３１とは共役な位置関係にある。なお、Ｃ
ＣＤカメラ３０は撮像位置調整機構４５により、Ｘ−Ｙ
方向に移動自在（すなわち、紙面に垂直な左右に延びる
面内で移動自在）に支持されている。
するようにＣＣＤカメラ（撮像装置）３０が配設されて
おり、測定マーク５２の像がＣＣＤカメラ３０により撮
像される。そして、ＣＣＤカメラ３０により得られた画
像信号が画像処理装置３５に送られて後述するように信
号処理される。この構成から分かるように、測定マーク
５２と撮像面３１とは共役な位置関係にある。なお、Ｃ
ＣＤカメラ３０は撮像位置調整機構４５により、Ｘ−Ｙ
方向に移動自在（すなわち、紙面に垂直な左右に延びる
面内で移動自在）に支持されている。
【００１７】測定マーク５２は、図２に示すように、ウ
エハ５１の表面に形成された矩形状の凹部からなる下地
マーク５３と、フォトリソグラフィー製造工程において
レジストパターンの形成と同時に下地マーク５３の上に
形成されるレジストマーク５４とから構成される。フォ
トリソグラフィー製造工程において、レジストマーク５
４は下地マーク５３の中央に位置して形成されるように
設定されており、下地マーク５３に対するレジストマー
ク５４の位置ずれ量が下地パターンに対するレジストパ
ターンの重ね合わせ位置ずれ量に対応する。このため、
図２に示すように、下地マーク５３の中心線Ｃ１とレジ
ストマーク５４の中心線Ｃ２との間隔Ｒを重ね合わせ位
置ずれ量として上記の構成の光学的位置ずれ検出装置に
より測定される。なお、図２に示す重ね合わせ位置ずれ
量ＲはＹ軸方向（横方向）の位置ずれ量であるが、これ
と直角方向すなわちＸ軸方向（縦方向）の位置ずれ量も
同様に測定される。
エハ５１の表面に形成された矩形状の凹部からなる下地
マーク５３と、フォトリソグラフィー製造工程において
レジストパターンの形成と同時に下地マーク５３の上に
形成されるレジストマーク５４とから構成される。フォ
トリソグラフィー製造工程において、レジストマーク５
４は下地マーク５３の中央に位置して形成されるように
設定されており、下地マーク５３に対するレジストマー
ク５４の位置ずれ量が下地パターンに対するレジストパ
ターンの重ね合わせ位置ずれ量に対応する。このため、
図２に示すように、下地マーク５３の中心線Ｃ１とレジ
ストマーク５４の中心線Ｃ２との間隔Ｒを重ね合わせ位
置ずれ量として上記の構成の光学的位置ずれ検出装置に
より測定される。なお、図２に示す重ね合わせ位置ずれ
量ＲはＹ軸方向（横方向）の位置ずれ量であるが、これ
と直角方向すなわちＸ軸方向（縦方向）の位置ずれ量も
同様に測定される。
【００１８】このようにして測定マーク５２における重
ね合わせ位置ずれ量Ｒの測定を行うときに、測定光学系
（すなわち、照明光学系１０および結像光学系２０）に
収差、特に、非回転対称な収差が存在すると、この重ね
合わせ位置ずれ量Ｒの測定値に測定誤差ＴＩＳが含まれ
るという問題がある。この測定誤差ＴＩＳについて、簡
単に説明する。この測定は、図３（Ａ）および（Ｂ）に
示すように、測定マーク５２を０度と１８０度との二方
向について行う。すなわち、まず、図３（Ａ）に示すよ
うに、仮想的に示した位置マーク５３ａが左に位置する
状態で下地マーク５３に対するレジストマーク５４の重
ね合わせ位置ずれ量Ｒ０を測定し、次に図３（Ｂ）に示
すように、測定マーク５２を１８０度回転させて、仮想
位置マーク５３ａが右に位置する状態で重ね合わせ位置
ずれ量Ｒ１８０を測定し、次式（１）により測定誤差Ｔ
ＩＳを計算する。
ね合わせ位置ずれ量Ｒの測定を行うときに、測定光学系
（すなわち、照明光学系１０および結像光学系２０）に
収差、特に、非回転対称な収差が存在すると、この重ね
合わせ位置ずれ量Ｒの測定値に測定誤差ＴＩＳが含まれ
るという問題がある。この測定誤差ＴＩＳについて、簡
単に説明する。この測定は、図３（Ａ）および（Ｂ）に
示すように、測定マーク５２を０度と１８０度との二方
向について行う。すなわち、まず、図３（Ａ）に示すよ
うに、仮想的に示した位置マーク５３ａが左に位置する
状態で下地マーク５３に対するレジストマーク５４の重
ね合わせ位置ずれ量Ｒ０を測定し、次に図３（Ｂ）に示
すように、測定マーク５２を１８０度回転させて、仮想
位置マーク５３ａが右に位置する状態で重ね合わせ位置
ずれ量Ｒ１８０を測定し、次式（１）により測定誤差Ｔ
ＩＳを計算する。
【００１９】
【数１】 ＴＩＳ ＝ （ Ｒ0 ＋ Ｒ180 ）／２ ・・・（１）
【００２０】式（１）から分かるように、下地マーク５
３に対してレジストマーク５４の重ね合わせ位置ずれが
あっても、式（１）により演算される測定誤差ＴＩＳは
理論的には零になるべきものである。しかしながら、測
定光学系に光学的な収差、特に非回転対称な収差がある
ばあい、測定マーク５２を上記のように１８０度回転さ
せても、この収差は回転される訳ではないため、式
（１）の計算結果から収差の影響のみに対応する値が測
定誤差ＴＩＳとして求められる。
３に対してレジストマーク５４の重ね合わせ位置ずれが
あっても、式（１）により演算される測定誤差ＴＩＳは
理論的には零になるべきものである。しかしながら、測
定光学系に光学的な収差、特に非回転対称な収差がある
ばあい、測定マーク５２を上記のように１８０度回転さ
せても、この収差は回転される訳ではないため、式
（１）の計算結果から収差の影響のみに対応する値が測
定誤差ＴＩＳとして求められる。
【００２１】このような光学的収差により発生する測定
誤差ＴＩＳを含んだままで、上述した光学的位置ずれ測
定装置により重ね合わせ位置ずれ量Ｒを測定したので
は、正確な重ね合わせ位置ずれ量Ｒを測定することがで
きない。このため、本発明に係る光学的位置ずれ測定装
置においては、上記測定誤差ＴＩＳの影響をできる限り
抑えるような視野領域調整を行うようにしており、これ
について以下に説明する。
誤差ＴＩＳを含んだままで、上述した光学的位置ずれ測
定装置により重ね合わせ位置ずれ量Ｒを測定したので
は、正確な重ね合わせ位置ずれ量Ｒを測定することがで
きない。このため、本発明に係る光学的位置ずれ測定装
置においては、上記測定誤差ＴＩＳの影響をできる限り
抑えるような視野領域調整を行うようにしており、これ
について以下に説明する。
【００２２】視野領域の調整は、図４に示すような形状
のＬ／Ｓマーク６０を有したウエハを、図１に示す装置
におけるウエハ５１に代えてステージ５０の上に載置
し、照明光学系１１によりＬ／Ｓマーク６０を照明して
ＣＣＤカメラ３０により撮像されたＬ／Ｓマーク像を画
像処理することにより行われる。このＬ／Ｓマーク６０
は、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、線幅３μ
ｍ、段差０．０８５μｍ（照射光λの１／８相当）で、
ピッチ６μｍの平行に延びる複数の線状マーク６１〜６
７からなるマークである。
のＬ／Ｓマーク６０を有したウエハを、図１に示す装置
におけるウエハ５１に代えてステージ５０の上に載置
し、照明光学系１１によりＬ／Ｓマーク６０を照明して
ＣＣＤカメラ３０により撮像されたＬ／Ｓマーク像を画
像処理することにより行われる。このＬ／Ｓマーク６０
は、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、線幅３μ
ｍ、段差０．０８５μｍ（照射光λの１／８相当）で、
ピッチ６μｍの平行に延びる複数の線状マーク６１〜６
７からなるマークである。
【００２３】ＣＣＤカメラ３０により撮像されたＬ／Ｓ
マーク像を画像処理装置３５により処理して画像信号強
度を求めると、そのプロファイルは図４（Ｃ）に示すよ
うになる。ここで、各線状マーク６１〜６７の段差位置
において信号強度が低下するが、各線状マーク毎におけ
る左右両側の段差位置での信号強度差ΔＩを求め、これ
を全線状マーク６１〜６７について平均することによ
り、Ｌ／Ｓマーク像の非対象性を示すＱ値（Ｑ＝１／７
×Σ（ΔＩ／Ｉ））を求める。次に、ステージ５０を上
下方向（Ｚ方向）に移動させてＬ／Ｓマーク６０をＺ方
向に移動させ、各高さ位置（Ｚ方向位置）毎にＱ値を求
めてＱ値のフォーカス特性を求めると、例えば図５に示
すようなＱＺ曲線が得られる。
マーク像を画像処理装置３５により処理して画像信号強
度を求めると、そのプロファイルは図４（Ｃ）に示すよ
うになる。ここで、各線状マーク６１〜６７の段差位置
において信号強度が低下するが、各線状マーク毎におけ
る左右両側の段差位置での信号強度差ΔＩを求め、これ
を全線状マーク６１〜６７について平均することによ
り、Ｌ／Ｓマーク像の非対象性を示すＱ値（Ｑ＝１／７
×Σ（ΔＩ／Ｉ））を求める。次に、ステージ５０を上
下方向（Ｚ方向）に移動させてＬ／Ｓマーク６０をＺ方
向に移動させ、各高さ位置（Ｚ方向位置）毎にＱ値を求
めてＱ値のフォーカス特性を求めると、例えば図５に示
すようなＱＺ曲線が得られる。
【００２４】図５には、二種類のＱＺ曲線、すなわち、
ＱＺ曲線（１）およびＱＺ曲線（２）を示しており、Ｑ
Ｚ曲線（１）の場合には非回転対称な収差が大きく、Ｑ
Ｚ曲線（２）の場合には非回転対称な収差が小さい。こ
のため、ＱＺ曲線（２）となるような調整を行えば良い
と考えられる。
ＱＺ曲線（１）およびＱＺ曲線（２）を示しており、Ｑ
Ｚ曲線（１）の場合には非回転対称な収差が大きく、Ｑ
Ｚ曲線（２）の場合には非回転対称な収差が小さい。こ
のため、ＱＺ曲線（２）となるような調整を行えば良い
と考えられる。
【００２５】このような調整（これをＱＺ調整と称す
る）について以下に簡単に説明する。上記ＱＺ曲線の形
状は、照明テレセン（照明光の傾斜）、結像光束のケラ
レ、偏心コマ収差等により定まる。よって、ＱＺ調整で
は、照明開口絞り１２のＸ軸方向およびＺ軸方向の位置
調整を行って照明テレセン（照明光の傾斜）調整を行
い、結像開口絞り２３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置
調整を行って結像光束のケラレ調整を行う。さらに、こ
れらレンズ２１，２２のレンズ系全体または一部のレン
ズを光軸に対して垂直に偏心駆動することにより偏心コ
マ収差の補正を行う。
る）について以下に簡単に説明する。上記ＱＺ曲線の形
状は、照明テレセン（照明光の傾斜）、結像光束のケラ
レ、偏心コマ収差等により定まる。よって、ＱＺ調整で
は、照明開口絞り１２のＸ軸方向およびＺ軸方向の位置
調整を行って照明テレセン（照明光の傾斜）調整を行
い、結像開口絞り２３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置
調整を行って結像光束のケラレ調整を行う。さらに、こ
れらレンズ２１，２２のレンズ系全体または一部のレン
ズを光軸に対して垂直に偏心駆動することにより偏心コ
マ収差の補正を行う。
【００２６】本発明では視野領域調整を以下のようにし
て行う。まず、図４に示すＬ／Ｓマーク全体について、
図５に示すＱＺ曲線（１）の状態からＱＺ曲線（２）の
状態となるように、上述したＱＺ調整法に基づく調整を
行う。次に、図４に示すＬ／Ｓマーク６０を構成する線
状マーク６１〜６７を、左領域Ｌ内に位置する左領域線
状マーク６１〜６３と、中央領域Ｃ内に位置する中央領
域線状マーク６３〜６５と、右領域Ｒ内に位置する右領
域線状マーク６５〜６７とに分ける。そして、各領域毎
における線状マークの信号強度差ΔＩの平均によりＱ値
を求め、各領域毎に、図６に示すようにＱＺ曲線を求め
る。なお、図６には、このようにして求めた各領域毎の
ＱＺ曲線の一例を示しており、この場合には、左領域Ｌ
において非回転対称な収差が大きく、中央領域Ｃおよび
右領域Ｒにおいて非回転対称な収差が小さい。
て行う。まず、図４に示すＬ／Ｓマーク全体について、
図５に示すＱＺ曲線（１）の状態からＱＺ曲線（２）の
状態となるように、上述したＱＺ調整法に基づく調整を
行う。次に、図４に示すＬ／Ｓマーク６０を構成する線
状マーク６１〜６７を、左領域Ｌ内に位置する左領域線
状マーク６１〜６３と、中央領域Ｃ内に位置する中央領
域線状マーク６３〜６５と、右領域Ｒ内に位置する右領
域線状マーク６５〜６７とに分ける。そして、各領域毎
における線状マークの信号強度差ΔＩの平均によりＱ値
を求め、各領域毎に、図６に示すようにＱＺ曲線を求め
る。なお、図６には、このようにして求めた各領域毎の
ＱＺ曲線の一例を示しており、この場合には、左領域Ｌ
において非回転対称な収差が大きく、中央領域Ｃおよび
右領域Ｒにおいて非回転対称な収差が小さい。
【００２７】図６に示すような特性を有する視野領域を
用いて測定マーク５２の像をＣＣＤカメラ３０により撮
像して、下地マーク５３に対するレジストマーク５４の
重ね合わせ位置ずれ量Ｒを測定する場合、式（１）によ
り演算される測定誤差ＴＩＳが発生するのは避けられ
ず、正確な重ね合わせ位置ずれ量Ｒを求めることが難し
い。
用いて測定マーク５２の像をＣＣＤカメラ３０により撮
像して、下地マーク５３に対するレジストマーク５４の
重ね合わせ位置ずれ量Ｒを測定する場合、式（１）によ
り演算される測定誤差ＴＩＳが発生するのは避けられ
ず、正確な重ね合わせ位置ずれ量Ｒを求めることが難し
い。
【００２８】このため、次に、視野絞り位置調整機構４
０により視野絞り１４の位置を調整し、測定光学系にお
ける視野領域を変更する。なお、この視野絞り１４の位
置調整に対応して、視野絞り１４と光学的に共役な位置
にあるＬ／Ｓマーク６０の位置およびＣＣＤカメラ３０
の位置を、それぞれステージ５０および撮像位置調整機
構４５により調整する。そして、このように視野領域調
整を行った状態で、再度前述のＱＺ調整を行った上で、
上記と同様にして、左、中央および右領域Ｌ，Ｃ，Ｒ毎
にＱＺ曲線を求める。
０により視野絞り１４の位置を調整し、測定光学系にお
ける視野領域を変更する。なお、この視野絞り１４の位
置調整に対応して、視野絞り１４と光学的に共役な位置
にあるＬ／Ｓマーク６０の位置およびＣＣＤカメラ３０
の位置を、それぞれステージ５０および撮像位置調整機
構４５により調整する。そして、このように視野領域調
整を行った状態で、再度前述のＱＺ調整を行った上で、
上記と同様にして、左、中央および右領域Ｌ，Ｃ，Ｒ毎
にＱＺ曲線を求める。
【００２９】このようにして視野領域を変更しながら求
めた左、中央および右領域Ｌ，Ｃ，Ｒ毎のＱＺ曲線が、
図７に示すように、視野中心に対して左右対称となるよ
うな視野領域を探し出す。そして、この視野領域を用い
て測定マーク５２の重ね合わせ位置ずれを測定する。Ｌ
／Ｓマーク像のＱＺ曲線（非回転対称性を示すフォーカ
ス特性曲線）が図７に示すような特性となる視野領域の
場合には、例えば、Ｌ／Ｓマーク６０を１８０度回転さ
せても、左右領域におけるＱＺ曲線が対象であるため、
光学的にほぼ同一の特性となる。
めた左、中央および右領域Ｌ，Ｃ，Ｒ毎のＱＺ曲線が、
図７に示すように、視野中心に対して左右対称となるよ
うな視野領域を探し出す。そして、この視野領域を用い
て測定マーク５２の重ね合わせ位置ずれを測定する。Ｌ
／Ｓマーク像のＱＺ曲線（非回転対称性を示すフォーカ
ス特性曲線）が図７に示すような特性となる視野領域の
場合には、例えば、Ｌ／Ｓマーク６０を１８０度回転さ
せても、左右領域におけるＱＺ曲線が対象であるため、
光学的にほぼ同一の特性となる。
【００３０】このため、この視野領域において、測定マ
ーク５２の像をＣＣＤカメラ３０により撮像して、下地
マーク５３に対するレジストマーク５４の重ね合わせ位
置ずれ量Ｒを測定すれば、式（１）による演算におい
て、重ね合わせ位置ずれ量Ｒ０に含まれる非回転対称な
収差に基づく誤差と、重ね合わせ位置ずれ量Ｒ１８０に
含まれる非回転対称な収差に基づく誤差とが相殺され、
測定誤差ＴＩＳは非常に小さくなり、正確な重ね合わせ
位置ずれ量Ｒを求めることができる。このように、式
（１）による演算において、重ね合わせ位置ずれ量Ｒ０
に含まれる非回転対称な収差に基づく誤差と、重ね合わ
せ位置ずれ量Ｒ１８０に含まれる非回転対称な収差に基
づく誤差とが相殺されるような視野領域を設定するもの
であるため、測定マークの種類に拘わらず常に正確な重
ね合わせ位置ずれ量測定が可能である。
ーク５２の像をＣＣＤカメラ３０により撮像して、下地
マーク５３に対するレジストマーク５４の重ね合わせ位
置ずれ量Ｒを測定すれば、式（１）による演算におい
て、重ね合わせ位置ずれ量Ｒ０に含まれる非回転対称な
収差に基づく誤差と、重ね合わせ位置ずれ量Ｒ１８０に
含まれる非回転対称な収差に基づく誤差とが相殺され、
測定誤差ＴＩＳは非常に小さくなり、正確な重ね合わせ
位置ずれ量Ｒを求めることができる。このように、式
（１）による演算において、重ね合わせ位置ずれ量Ｒ０
に含まれる非回転対称な収差に基づく誤差と、重ね合わ
せ位置ずれ量Ｒ１８０に含まれる非回転対称な収差に基
づく誤差とが相殺されるような視野領域を設定するもの
であるため、測定マークの種類に拘わらず常に正確な重
ね合わせ位置ずれ量測定が可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定マークにおける第１のマーク（下地マーク）と第２
のマーク（レジストマーク）との重ね合わせ位置ずれを
光学的に検出する場合、視野領域調整機構を用いて、撮
像装置による測定マークの撮像が行われる視野領域を、
測定光学系が有する全視野領域内において、測定誤差Ｔ
ＩＳが測定マークの種類に拘わらず常に最小とすること
ができる領域に予め設定することができる。このように
予め最適視野領域を設定しておけば、測定マークの種類
に拘わらずこのように設定した視野領域を用いて重ね合
わせ位置ずれ測定が可能であり、効率の良い調整ができ
る。
測定マークにおける第１のマーク（下地マーク）と第２
のマーク（レジストマーク）との重ね合わせ位置ずれを
光学的に検出する場合、視野領域調整機構を用いて、撮
像装置による測定マークの撮像が行われる視野領域を、
測定光学系が有する全視野領域内において、測定誤差Ｔ
ＩＳが測定マークの種類に拘わらず常に最小とすること
ができる領域に予め設定することができる。このように
予め最適視野領域を設定しておけば、測定マークの種類
に拘わらずこのように設定した視野領域を用いて重ね合
わせ位置ずれ測定が可能であり、効率の良い調整ができ
る。
【００３２】このため、視野領域調整機構は、撮像装置
の視野領域内にＬ／Ｓマーク像を結像させたときにおけ
るＬ／Ｓマーク像の非対称性のフォーカス特性曲線に基
づいて視野領域を調整するのが好ましい。さらに、視野
領域調整機構は、撮像装置の視野領域内にＬ／Ｓマーク
像を結像させたときにおけるＬ／Ｓマーク像の非対称性
のフォーカス特性曲線が、視野中心に対して対称となる
特性を有するように視野領域を調整するのが好ましい。
の視野領域内にＬ／Ｓマーク像を結像させたときにおけ
るＬ／Ｓマーク像の非対称性のフォーカス特性曲線に基
づいて視野領域を調整するのが好ましい。さらに、視野
領域調整機構は、撮像装置の視野領域内にＬ／Ｓマーク
像を結像させたときにおけるＬ／Ｓマーク像の非対称性
のフォーカス特性曲線が、視野中心に対して対称となる
特性を有するように視野領域を調整するのが好ましい。
【図１】本発明に係る光学的位置ずれ検出装置の構成を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図２】上記光学的位置ずれ検出に用いられる測定マー
クを示す平面図および断面図である。
クを示す平面図および断面図である。
【図３】上記測定マークを０度および１８０度回転した
位置で示す平面図である。
位置で示す平面図である。
【図４】視野領域調整のために用いられるＬ／Ｓマーク
を示す平面図および断面図と、Ｌ／Ｓマーク像の画像信
号強度プロファイルを示すグラフである。
を示す平面図および断面図と、Ｌ／Ｓマーク像の画像信
号強度プロファイルを示すグラフである。
【図５】Ｌ／Ｓマーク像全体についてのＱＺ曲線を示す
グラフである。
グラフである。
【図６】Ｌ／Ｓマーク像について左、中央および右領域
毎でのＱＺ曲線を示すグラフである。
毎でのＱＺ曲線を示すグラフである。
【図７】Ｌ／Ｓマーク像について左、中央および右領域
毎でのＱＺ曲線を示すグラフである。
毎でのＱＺ曲線を示すグラフである。
１０ 照明光学系 １４ 視野絞り ２０ 結像光学系 ３０ ＣＣＤカメラ ３５ 画像処理装置 ４０ 視野絞り位置調整機構 ４５ 撮像位置調整機構 ５０ ステージ ５１ ウエハ ５２ 位置マーク ５３ 下地マーク（第１のマーク） ５４ レジストマーク（第２のマーク） ６０ Ｌ／Ｓマーク
Claims (4)
- 【請求項１】 第１のマークの上に第２のマークが形成
されてなる測定マークにおける前記第１のマークと前記
第２のマークとの重ね合わせ位置ずれを光学的に検出す
る装置であって、 前記測定マークを照明する照明光学系と、 前記測定マークからの反射光を集光して前記測定マーク
の像を結像させる結像光学系と、 前記結像光学系により結像された前記測定マークの像を
撮影する撮像装置と、 前記撮像装置により得られた画像信号を処理して前記第
１のマークと前記第２のマークとの重ね合わせ位置ずれ
を測定する画像処理装置と、 前記撮像装置により前記測定マークの像を撮像するため
の視野領域を調整する視野領域調整機構とを有して構成
されることを特徴とする光学的位置ずれ検出装置。 - 【請求項２】 前記視野領域調整機構は、前記照明光学
系に設けられた視野絞りと、前記視野絞りの位置を調整
する視野絞り位置調整機構と、前記撮像装置の位置を調
整する撮像位置調整機構とからなり、 前記視野絞りと前記撮像装置における撮像面とが光学的
に共役な位置に配設されており、前記視野絞り位置調整
機構による前記視野絞りの位置調整に応じて前記撮像位
置調整機構による前記撮像装置の位置調整を行うように
構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学
的位置ずれ検出装置。 - 【請求項３】 前記視野領域調整機構は、前記撮像装置
の視野領域内にＬ／Ｓマーク像を結像させたときにおけ
る前記Ｌ／Ｓマーク像の非対称性のフォーカス特性曲線
に基づいて視野領域を調整することを特徴とする請求項
１もしくは２に記載の光学的位置ずれ検出装置。 - 【請求項４】 前記視野領域調整機構は、前記撮像装置
の視野領域内にＬ／Ｓマーク像を結像させたときにおけ
る前記Ｌ／Ｓマーク像の非対称性のフォーカス特性曲線
が、視野中心に対して対称となる特性を有するように視
野領域を調整することを特徴とする請求項３に記載の光
学的位置ずれ検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000208634A JP4725822B2 (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 光学的位置ずれ検出装置 |
| US09/897,904 US6885450B2 (en) | 2000-07-10 | 2001-07-05 | Apparatus for detecting optical positional deviation |
| KR1020010040860A KR100808435B1 (ko) | 2000-07-10 | 2001-07-09 | 광학적 위치어긋남 검출장치 |
| TW090116833A TW504751B (en) | 2000-07-10 | 2001-07-10 | Detector for optical position deviation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000208634A JP4725822B2 (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 光学的位置ずれ検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002025879A true JP2002025879A (ja) | 2002-01-25 |
| JP4725822B2 JP4725822B2 (ja) | 2011-07-13 |
Family
ID=18705184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000208634A Expired - Lifetime JP4725822B2 (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 光学的位置ずれ検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6885450B2 (ja) |
| JP (1) | JP4725822B2 (ja) |
| KR (1) | KR100808435B1 (ja) |
| TW (1) | TW504751B (ja) |
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| JP2011022309A (ja) * | 2009-07-15 | 2011-02-03 | Nsk Ltd | 露光装置の制御方法 |
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| US7142314B2 (en) * | 2003-11-19 | 2006-11-28 | Wafertech, Llc | Wafer stage position calibration method and system |
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- 2000-07-10 JP JP2000208634A patent/JP4725822B2/ja not_active Expired - Lifetime
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2001
- 2001-07-05 US US09/897,904 patent/US6885450B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-09 KR KR1020010040860A patent/KR100808435B1/ko active IP Right Grant
- 2001-07-10 TW TW090116833A patent/TW504751B/zh not_active IP Right Cessation
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