JP2002340524A - Pattern detecting method and pattern detector - Google Patents
Pattern detecting method and pattern detectorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的手段を用い
て物体の表面の段差を検出する方法及び装置に係り、特
に半導体集積回路の微細な回路パターンを検出するのに
好適なパターン検出方法及びパターン検出装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for detecting a step on the surface of an object using optical means, and more particularly to a pattern detection method suitable for detecting a fine circuit pattern of a semiconductor integrated circuit. And a pattern detection device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路の製造
工程では、いわゆるフォトリソグラフィー技術により、
回路パターンを形成している。フォトリソグラフィー技
術では、縮小投影露光装置を用いて、レクチルやフォト
マスクに形成されたパターンを、感光材料（レジスト）
を塗布した半導体ウェーハ上に転写する。そして、現像
処理によってレジストパターンを形成し、さらに、この
レジストパターンをマスクとしてドライエッチングによ
り回路パターンを形成する。半導体集積回路を半導体ウ
ェーハ上に構成するためには、このような回路パターン
の形成を２０回〜３０回程度繰り返す必要がある。2. Description of the Related Art In the process of manufacturing semiconductor integrated circuits such as ICs and LSIs, a so-called photolithography technique is used.
A circuit pattern is formed. In the photolithography technology, a pattern formed on a reticle or a photomask is converted into a photosensitive material (resist) using a reduction projection exposure apparatus.
Is transferred onto the coated semiconductor wafer. Then, a resist pattern is formed by a development process, and a circuit pattern is formed by dry etching using the resist pattern as a mask. In order to form a semiconductor integrated circuit on a semiconductor wafer, it is necessary to repeat the formation of such a circuit pattern about 20 to 30 times.
【０００３】半導体集積回路の回路パターンの重ね合わ
せ精度は、ＳＩＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ） Ｒｏａｄｍ
ａｐ２０００年の表１「Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃｒｉｔｉｃ
ａｌ Ｌｅｖｅｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｒｅｑｕ
ｉｒｅｍｅｎｔｓ」に示されているような精度が要求さ
れる。The overlay accuracy of circuit patterns of a semiconductor integrated circuit is determined by SIA (Semiconductor Incorporated).
dust Association) Roadm
Table 1 "Product Critic" of ap2000
al Level Lithography Requ
Accuracy as shown in “elements” is required.
【０００４】一般に、回路パターンの重ね合わせ精度の
測定は、半導体集積回路の製造工程で回路パターンの他
に回路パターンより大き目の合わせ用パターンを形成
し、重ね合わせ精度測定装置を用いてこの合わせ用パタ
ーンの位置を検出することにより行われている。In general, the measurement of overlay accuracy of a circuit pattern is performed by forming an alignment pattern larger than the circuit pattern in addition to the circuit pattern in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit, and using an overlay accuracy measuring device. This is performed by detecting the position of the pattern.
【０００５】図８（ａ）は半導体集積回路の基本構造で
あるＭＯＳゲートトランジスタのゲートレジストパター
ンを形成した後の半導体ウェーハの一部の上面図、図８
（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。半導体ウェーハ１の
シリコン基板２には素子分離パターン２ａ及び合わせ用
素子分離パターン２ｂが掘り込まれ、素子分離パターン
２ａには素子分離絶縁膜３と素子分離埋め込み層４が形
成される。その後ゲート絶縁膜５及びゲート電極層６が
形成され、ゲート電極層６の上にゲートレジストパター
ン７と合わせ用ゲートレジストパターン８が形成され
る。このとき、素子分離パターン２ａと合わせ用素子分
離パターン２ｂの寸法の違いから、ゲート電極層６の合
わせ用素子分離パターン２ｂの部分には段差６ｂが生じ
る。この段差６ｂは、必ずしも安定した形状とはならな
い。ゲートレジストパターン７の重ね合わせ精度を調べ
るときは、この段差６ｂを測定することにより合わせ用
素子分離パターン２ｂの位置を検出し、合わせ用素子分
離パターン２ｂと合わせ用ゲートレジストパターン８と
の重ね合わせ精度を測定する。FIG. 8A is a top view of a part of a semiconductor wafer after forming a gate resist pattern of a MOS gate transistor which is a basic structure of a semiconductor integrated circuit.
(B) is the AA sectional view. An element isolation pattern 2a and a matching element isolation pattern 2b are dug in the silicon substrate 2 of the semiconductor wafer 1, and an element isolation insulating film 3 and an element isolation buried layer 4 are formed in the element isolation pattern 2a. Thereafter, a gate insulating film 5 and a gate electrode layer 6 are formed, and a gate resist pattern 8 for alignment with the gate resist pattern 7 is formed on the gate electrode layer 6. At this time, a step 6b occurs in the portion of the gate electrode layer 6 where the matching element isolation pattern 2b is formed due to a difference in size between the element isolation pattern 2a and the matching element isolation pattern 2b. The step 6b does not always have a stable shape. When checking the overlay accuracy of the gate resist pattern 7, the position of the alignment element isolation pattern 2b is detected by measuring the step 6b, and the overlay of the alignment element isolation pattern 2b and the alignment gate resist pattern 8 is measured. Measure accuracy.
【０００６】図９は、従来の重ね合わせ精度測定装置の
概略を示す構成図である。白色光源８０からの白色光
は、照明レンズ８１，照明絞り８２，照明レンズ８４を
通った後、ビームスプリッタ８５で反射し、対物レンズ
８６を通して半導体ウェーハ１へ照射される。半導体ウ
ェーハ１の表面で反射した白色光は、対物レンズ８６を
通ってビームスプリッタ８５を透過し、ＣＣＤセンサ９
０の検出面で結像して検出信号として検出される。この
ように、従来の重ね合わせ精度測定装置では、白色光
（波長約６５０〜４００ｎｍ）が使用され、対物レンズ
８６の開口数ＮＡは０．８程度で、照明光は半導体ウェ
ーハ１の表面に平行光線で照射されていた。平行光線を
用いる照明方法はケーラー照明と呼ばれ、被測定物の表
面で均一な照度分布が得られるため、最も一般的な照明
方法である。FIG. 9 is a block diagram schematically showing a conventional overlay accuracy measuring device. White light from a white light source 80 passes through an illumination lens 81, an illumination stop 82, and an illumination lens 84, is reflected by a beam splitter 85, and is emitted to the semiconductor wafer 1 through an objective lens 86. The white light reflected on the surface of the semiconductor wafer 1 passes through the objective lens 86, passes through the beam splitter 85, and
An image is formed on the 0 detection surface and detected as a detection signal. As described above, in the conventional overlay accuracy measuring device, white light (wavelength: about 650 to 400 nm) is used, the numerical aperture NA of the objective lens 86 is about 0.8, and the illumination light is parallel to the surface of the semiconductor wafer 1. Had been irradiated with light. The illumination method using parallel rays is called Koehler illumination and is the most common illumination method because a uniform illuminance distribution can be obtained on the surface of the object to be measured.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体集積回路
の製造工程では、ケミカル・メカニカル・ポリッシング
（ＣＭＰ）と呼ばれる技術を用いて、平坦化加工を行う
のが主流となってきている。縮小投影露光装置でマスク
パターンの転写を行う際に、表面が平坦でないと焦点が
きっちりと合わなくなり、微細なゲートパターンの形成
が困難となる。このため、図８の例では、素子分離埋め
込み層４を形成後にケミカル・メカニカル・ポリッシン
グによる平坦化加工を行って、段差６ｂの高さを極めて
低くしている。このような平坦化加工を行った場合、従
来の重ね合わせ精度測定装置では、段差が極めて低いパ
ターンを精度よく測定することが困難であった。In the manufacturing process of semiconductor integrated circuits in recent years, flattening processing using a technique called chemical mechanical polishing (CMP) has become mainstream. When a mask pattern is transferred by a reduction projection exposure apparatus, if the surface is not flat, the focus will not be precisely adjusted, and it will be difficult to form a fine gate pattern. For this reason, in the example of FIG. 8, after forming the element isolation burying layer 4, flattening by chemical mechanical polishing is performed to make the height of the step 6b extremely low. When such a flattening process is performed, it is difficult for the conventional overlay accuracy measuring device to accurately measure a pattern having an extremely low step.
【０００８】また、半導体集積回路の製造工程で、アラ
イメント用のターゲットパターンの段差の形状を管理で
きれば、露光装置のアライメント精度を安定化させるこ
とができる。アライメント用のターゲットパターンの段
差の形状を管理するためには、アライメント用のターゲ
ットパターンの段差の形状を測定して、ケミカル・メカ
ニカル・ポリッシングの加工条件を管理しなければなら
ない。しかしながら、従来の重ね合わせ精度測定装置で
は、パターンの段差の形状は検出できなかった。Further, if the shape of the step of the alignment target pattern can be managed in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit, the alignment accuracy of the exposure apparatus can be stabilized. In order to manage the shape of the step of the alignment target pattern, the shape of the step of the alignment target pattern must be measured and the processing conditions of chemical mechanical polishing must be managed. However, the conventional superposition accuracy measuring apparatus cannot detect the shape of the step of the pattern.
【０００９】なお、このような段差の極めて低いパター
ンの位置を検出する方法としては、特開昭６３−２０８
７０３号公報及び特開平１−１２１７０３号公報に記載
のものが提案されている。これらの技術は、単色光を用
い、ビームスプリッタで分割した単色光の一方を被測定
物の表面に照射し、他方を被測定物の表面に対して光学
的に所定の角度傾斜した反射面に照射して、両者の反射
光による干渉縞の形状からパターンの位置を検出するも
のである。しかしながら、これらの技術は、使用される
単色光の波長に対してパターンの段差が一定より高い場
合、干渉縞の段差部が重なってしまうために、パターン
の位置は検出できても、パターンの段差の高さや段差の
形状を特定するのは困難であった。As a method of detecting the position of such a pattern having an extremely low step, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-208 discloses a method.
No. 703 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-121703 have been proposed. These techniques use monochromatic light, irradiate one of monochromatic lights split by a beam splitter to the surface of the object to be measured, and apply the other to a reflective surface that is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured. Irradiation is performed, and the position of the pattern is detected from the shape of the interference fringes due to the reflected light from both. However, in these techniques, if the step of the pattern is higher than a certain wavelength with respect to the wavelength of the monochromatic light to be used, the step of the interference fringe overlaps. It was difficult to specify the height and the shape of the step.
【００１０】本発明は、段差が極めて低いパターンの段
差の高さを精度よく検出することを目的とする。An object of the present invention is to accurately detect the height of a step in a pattern having an extremely low step.
【００１１】本発明はまた、段差が極めて低いパターン
の段差の形状を精度よく検出することを目的とする。Another object of the present invention is to accurately detect the shape of a step in a pattern having an extremely low step.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明に係るパターン検
出方法及びパターン検出装置では、照明光を分割して、
一方を被測定物の表面に照射し、他方を被測定物の表面
と光学的にほぼ等距離に位置し被測定物の表面に対して
光学的に所定の角度傾斜した反射面に照射する。そし
て、被測定物の表面からの反射光と反射面からの反射光
とが干渉して得られる干渉縞を検出する。According to the pattern detecting method and the pattern detecting apparatus of the present invention, the illumination light is divided into
One is irradiated to the surface of the object to be measured, and the other is irradiated to a reflecting surface which is located at an optically equidistant distance from the surface of the object to be measured and is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured. Then, interference fringes obtained by interference between the reflected light from the surface of the device and the reflected light from the reflecting surface are detected.
【００１３】パターンの段差の高さを検出する場合は、
波長の異なる第１及び第２の単色光を別々に照明光とし
て用い、第１の単色光による第１の干渉縞及び第２の単
色光による第２の干渉縞を検出する。第１の干渉縞と第
２の干渉縞とでは、干渉縞のピッチ及び干渉縞の段差部
のシフトが異なり、これらの違いからパターンの段差の
高さが求められる。When detecting the height of a step in a pattern,
The first and second monochromatic lights having different wavelengths are separately used as illumination light, and a first interference fringe by the first monochromatic light and a second interference fringe by the second monochromatic light are detected. The pitch of the interference fringes and the shift of the steps of the interference fringes are different between the first interference fringes and the second interference fringes, and the height of the steps of the pattern is determined from these differences.
【００１４】パターン検出装置のフォーカス位置を検出
する場合は、異なる波長の複数の光を含む照明光を用い
る。パターン検出装置のフォーカス位置がパターンまで
の焦点距離と一致したときに、異なる波長の複数の光の
干渉により光強度が最大となる。本発明では、反射面が
傾斜していることによって、パターン検出装置のフォー
カス位置が検出手段の検出面で検出方向に対応付けられ
ている。従って、検出手段の検出面で光強度が最大の位
置を求めれば、パターン検出装置のフォーカス位置が求
まる。When detecting the focus position of the pattern detecting device, illumination light including a plurality of lights of different wavelengths is used. When the focus position of the pattern detection device coincides with the focal length to the pattern, the light intensity becomes maximum due to interference of a plurality of lights of different wavelengths. In the present invention, since the reflection surface is inclined, the focus position of the pattern detection device is associated with the detection direction on the detection surface of the detection means. Therefore, if the position where the light intensity is maximum on the detection surface of the detection means is determined, the focus position of the pattern detection device is determined.
【００１５】パターンの段差の形状を検出する場合は、
異なる波長の複数の光を含む照明光を用いる。本発明で
は、反射面が傾斜していることによって、パターン検出
装置のフォーカス位置が検出手段の検出面で検出方向に
対応付けられている。従って、パターン検出装置のフォ
ーカス位置がパターンまでの焦点距離と一致したとき、
異なる波長の複数の光の干渉により、検出手段の検出面
では中央の縞の光強度が最大となる。この光強度最大の
縞を追跡することで、パターンの段差の形状が求められ
る。When detecting the shape of the step of the pattern,
Illumination light including a plurality of lights having different wavelengths is used. In the present invention, since the reflection surface is inclined, the focus position of the pattern detection device is associated with the detection direction on the detection surface of the detection means. Therefore, when the focus position of the pattern detection device matches the focal length to the pattern,
Due to interference of a plurality of lights having different wavelengths, the light intensity of the central stripe becomes maximum on the detection surface of the detection means. By tracking the stripe having the maximum light intensity, the shape of the step of the pattern can be obtained.
【００１６】また、パターンの段差の形状を検出する場
合に、異なる波長の２つ以上の単色光を別々に照明光と
して用いる。異なる波長の単色光による２つ以上の干渉
縞を順番に検出し、それらの検出結果を合成すると、上
記と同様の結果が得られる。When detecting the shape of a step in a pattern, two or more monochromatic lights having different wavelengths are separately used as illumination light. When two or more interference fringes due to monochromatic lights of different wavelengths are sequentially detected and their detection results are combined, the same result as described above is obtained.
【００１７】なお、パターン検出装置は、反射面の傾斜
角度を制御する傾斜制御手段を備え、検出項目に応じた
適切な反射面の傾斜角度を設定する。Note that the pattern detection device includes an inclination control means for controlling the inclination angle of the reflection surface, and sets an appropriate inclination angle of the reflection surface according to the detection item.
【００１８】また、パターン検出装置は、照明手段が、
異なる波長の複数の光を含む照明光を発生する光源と、
複数の異なるバンドパスフィルタを有する波長切換装置
とを備え、検出項目に応じた適切な照明光を発生する。Further, in the pattern detecting device, the illumination means may include:
A light source that generates illumination light including a plurality of lights of different wavelengths,
A wavelength switching device having a plurality of different bandpass filters, and generates appropriate illumination light according to a detection item.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。図１は、本発明の一実施の形態
によるパターン検出装置の構成図である。被測定物の半
導体ウェーハ１は、図示しないウェーハローダから供給
され、プリアライメント後、ウェーハチャック１０上に
搬送される。ウェーハチャック１０は、図示しないＸＹ
Ｚθテーブル上に設置されており、ＸＹ方向、Ｚ方向、
及びθ方向に移動可能となっている。パターン検出装置
は、ＸＹＺθテーブルにより、半導体ウェーハ１の被測
定部分を所定の位置へ移動し、概略のＺ方向位置を決め
た後、測定を開始する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a pattern detection device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor wafer 1 to be measured is supplied from a wafer loader (not shown), and is conveyed onto a wafer chuck 10 after pre-alignment. The wafer chuck 10 is an XY (not shown)
It is installed on a Zθ table,
And θ directions. The pattern detection device moves the measured portion of the semiconductor wafer 1 to a predetermined position using the XYZθ table, determines the approximate position in the Z direction, and starts measurement.
【００２０】光源２０は、異なる波長の複数の光を含む
照明光を発生する。この光源２０には、例えば、白色光
源、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メ
タルハライドランプ、紫外線用の白色光源の重水素ラン
プ等のように複数の輝線スペクトルを持つ光源を用いる
とよい。光源２０からの照明光は、照明レンズ２１，照
明絞り２２，バンドパスフィルタ２３ａ，照明レンズ２
４を通った後、ビームスプリッタ２５へ照射される。こ
こで、バンドパスフィルタ２３ａを通過した照明光は、
１つの単色光又は異なる波長の２つ以上の単色光、ある
いは波長分布が一定範囲内の光となる。照明波長切換装
置２３は、複数の異なるバンドパスフィルタを有し、そ
れらを切り換えることで、異なる波長の複数の単色光又
は異なる波長範囲の複数の光を供給可能に構成されてい
る。The light source 20 generates illumination light including a plurality of lights having different wavelengths. As the light source 20, for example, a light source having a plurality of bright line spectra such as a white light source, a mercury lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, and a deuterium lamp as a white light source for ultraviolet rays may be used. Illumination light from the light source 20 includes an illumination lens 21, an illumination stop 22, a bandpass filter 23a, and an illumination lens 2.
After passing through 4, the light is irradiated to the beam splitter 25. Here, the illumination light that has passed through the band-pass filter 23a is:
One monochromatic light, two or more monochromatic lights having different wavelengths, or light having a wavelength distribution within a certain range. The illumination wavelength switching device 23 has a plurality of different bandpass filters, and is configured to be able to supply a plurality of monochromatic lights of different wavelengths or a plurality of lights of different wavelength ranges by switching between them.
【００２１】ビームスプリッタ２５は照明光を分割し、
分割された照明光の一方は対物レンズ２６を通して半導
体ウェーハ１の表面へ照射される。半導体ウェーハ１の
表面からの反射光は、対物レンズ２６を通ってビームス
プリッタ２５を透過し、二次元画像検出器４０に到達す
る。二次元画像検出器としては、例えば、ＣＣＤ固体撮
像素子、ＭＯＳイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセン
サ、光電撮像管、アバランシェ電子倍増効果撮像管、Ｅ
Ｂ−ＣＣＤ等がある。The beam splitter 25 splits the illumination light,
One of the divided illumination lights is applied to the surface of the semiconductor wafer 1 through the objective lens 26. Light reflected from the surface of the semiconductor wafer 1 passes through the beam splitter 25 through the objective lens 26, and reaches the two-dimensional image detector 40. Examples of the two-dimensional image detector include a CCD solid-state imaging device, a MOS image sensor, a CMOS image sensor, a photoelectric imaging tube, an avalanche electron doubling effect imaging tube,
B-CCD and the like.
【００２２】測定を開始してシャッター２８が開かれる
と、ビームスプリッタ２５で分割された照明光の他方
は、対物レンズ２７，シャッター２８を通してリファレ
ンスミラー２９へ照射される。リファレンスミラー２９
の反射面からの反射光は、対物レンズ２７を通ってビー
ムスプリッタ２５で反射し、二次元画像検出器４０に到
達する。ここで、リファレンスミラー２９の反射面は、
半導体ウェーハ１の表面と光学的にほぼ等距離に置か
れ、被測定物の表面に対して光学的に所定の角度だけ傾
斜している。リファレンスミラー２９に取り付けられた
傾斜制御装置３０は、リファレンスミラー２９の反射面
の傾斜が最適な量と方向となるように、傾斜角度を制御
する。When measurement is started and the shutter 28 is opened, the other of the illumination light split by the beam splitter 25 is applied to the reference mirror 29 through the objective lens 27 and the shutter 28. Reference mirror 29
Is reflected by the beam splitter 25 through the objective lens 27 and reaches the two-dimensional image detector 40. Here, the reflection surface of the reference mirror 29 is
It is placed at an optically equidistant distance from the surface of the semiconductor wafer 1 and is optically inclined by a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured. The tilt control device 30 attached to the reference mirror 29 controls the tilt angle so that the tilt of the reflection surface of the reference mirror 29 has an optimum amount and direction.
【００２３】傾斜制御装置３０でリファレンスミラー２
９の反射面の傾斜角度が適当に制御されると、二次元画
像検出器４０の検出面では、半導体ウェーハ１の表面か
らの反射光とリファレンスミラー２９の反射面からの反
射光とが干渉して、干渉縞が得られる。二次元画像検出
器４０は、検出面に得られた干渉縞を干渉画像信号とし
て検出し、検出した干渉画像信号を画像信号記憶装置５
０へ出力する。画像信号記憶装置５０は、二次元画像検
出器４０で検出された干渉画像信号を記憶する。画像信
号処理装置６０及び測定結果処理装置７０は、画像信号
記憶装置５０に記憶された干渉画像信号から、半導体ウ
ェーハ１の表面のパターンの段差の高さを検出し、又は
パターン検出装置のフォーカス位置を検出し、又はパタ
ーンの段差の形状を検出する。The reference mirror 2 is used by the tilt control device 30.
When the inclination angle of the reflecting surface of the reference numeral 9 is appropriately controlled, the reflected light from the surface of the semiconductor wafer 1 and the reflected light from the reflecting surface of the reference mirror 29 interfere with each other on the detection surface of the two-dimensional image detector 40. Thus, interference fringes are obtained. The two-dimensional image detector 40 detects interference fringes obtained on the detection surface as an interference image signal, and stores the detected interference image signal in the image signal storage device 5.
To output to 0. The image signal storage device 50 stores the interference image signal detected by the two-dimensional image detector 40. The image signal processing device 60 and the measurement result processing device 70 detect the height of the step of the pattern on the surface of the semiconductor wafer 1 from the interference image signal stored in the image signal storage device 50, or the focus position of the pattern detection device. Or the shape of the step of the pattern is detected.
【００２４】最初に、パターンの段差の高さの検出につ
いて説明する。パターンの段差の高さを検出する場合、
まず、照明光としては、段差の高さの検出に適した波長
の単色光を、照明波長切換装置２３により選択する。ま
た、リファレンスミラー２９の反射面の傾斜角度を、検
出する段差の高さの範囲で干渉縞が得られるように、傾
斜制御装置３０で制御する。そして、シャッター２８を
開き、半導体ウェーハ１の表面からの反射光とリファレ
ンスミラー２９の反射面からの反射光を干渉させる。First, the detection of the height of the step in the pattern will be described. When detecting the height of the step of the pattern,
First, as the illumination light, monochromatic light having a wavelength suitable for detecting the height of the step is selected by the illumination wavelength switching device 23. Further, the inclination angle of the reflection surface of the reference mirror 29 is controlled by the inclination control device 30 so that interference fringes can be obtained within the range of the height of the step to be detected. Then, the shutter 28 is opened, and the light reflected from the surface of the semiconductor wafer 1 and the light reflected from the reflection surface of the reference mirror 29 interfere with each other.
【００２５】図２は、パターンの段差が一定より低い場
合の干渉画像信号の一例を示す説明図である。なお、図
２では、光強度の強い部分に斜線を引いて示している。
図２に示すように、二次元画像検出器４０で検出された
干渉画像信号は、パターンの段差の高さに対応した位相
差信号として検出される。パターンの段差が一定より低
い場合、干渉縞が重なり合わないので、干渉縞の連続性
の識別が容易にでき、干渉画像信号からパターンの段差
の高さを次のように求めることができる。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an interference image signal when the step of the pattern is lower than a certain level. In FIG. 2, a portion where the light intensity is high is shaded.
As shown in FIG. 2, the interference image signal detected by the two-dimensional image detector 40 is detected as a phase difference signal corresponding to the height of the step of the pattern. When the step of the pattern is lower than a certain level, the interference fringes do not overlap, so that the continuity of the interference fringes can be easily identified, and the height of the step of the pattern can be obtained from the interference image signal as follows.
【００２６】照明波長切換装置２３のバンドパスフィル
タ２３ａを通過した単色光の波長をλ、リファレンスミ
ラー２９の反射面の傾斜角度をＲ（ｒａｄ）としたと
き、図２の干渉縞のピッチＰは、Ｐ＝λ／２Ｒとなる。
また、パターンの段差の高さをＤとしたとき、図２の干
渉縞の段差部のシフトＳは、Ｓ＝２ＤＰ／λ＝Ｄ／Ｒと
なる。従って、Ｄ＝Ｓλ／２Ｐとなり、干渉縞のピッチ
Ｐと干渉縞の段差部のシフトＳを測定することにより、
パターンの段差の高さＤを検出することができる。When the wavelength of the monochromatic light that has passed through the band-pass filter 23a of the illumination wavelength switching device 23 is λ, and the inclination angle of the reflection surface of the reference mirror 29 is R (rad), the pitch P of the interference fringes in FIG. , P = λ / 2R.
When the height of the step of the pattern is D, the shift S of the step of the interference fringes in FIG. 2 is S = 2DP / λ = D / R. Therefore, D = Sλ / 2P, and by measuring the pitch P of the interference fringes and the shift S of the step portion of the interference fringes,
The height D of the step of the pattern can be detected.
【００２７】一方、図３（ａ）はパターンの段差が一定
より高い場合の干渉画像信号の一例を示す説明図、図３
（ｂ）は同様の場合に照明光の波長を変えたときの干渉
画像信号の一例を示す説明図である。なお、図３では、
図２と同様に、光強度の強い部分に斜線を引いて示して
いる。図２においてＤ＝λ／２のときにＳ＝Ｐとなるの
で、Ｄ＞λ／２の場合は図３（ａ），（ｂ）に示すよう
に干渉縞が段差部で重なり合う。このため、干渉縞の連
続性の識別が困難で、このままでは干渉画像信号からパ
ターンの段差の高さを求めることができない。そこで、
本発明では、波長の異なる第１及び第２の単色光を別々
に照明光として用い、第１の単色光による第１の干渉縞
の検出結果及び第２の単色光による第２の干渉縞の検出
結果から、パターンの段差の高さを次のように検出す
る。On the other hand, FIG. 3A is an explanatory view showing an example of an interference image signal when the step of the pattern is higher than a certain level.
(B) is an explanatory diagram showing an example of an interference image signal when the wavelength of illumination light is changed in the same case. In FIG. 3,
As in FIG. 2, a portion where the light intensity is strong is indicated by hatching. In FIG. 2, since S = P when D = λ / 2, when D> λ / 2, the interference fringes overlap at the step portion as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). For this reason, it is difficult to identify the continuity of the interference fringes, and it is not possible to determine the height of the pattern step from the interference image signal as it is. Therefore,
In the present invention, the first and second monochromatic lights having different wavelengths are separately used as the illumination light, and the detection result of the first interference fringe by the first monochromatic light and the second interference fringe by the second monochromatic light are used. From the detection result, the height of the step of the pattern is detected as follows.
【００２８】パターンの段差の高さをＤ、照明波長切換
装置２３のバンドパスフィルタ２３ａを通過した第１の
単色光の波長をλ1、リファレンスミラー２９の反射面
の傾斜角度をＲ（ｒａｄ）、図３（ａ）の干渉縞のピッ
チをＰ1、干渉縞の段差部のシフトをＳ1としたとき、Ｓ
1／Ｐ1＝２Ｄ／λ1となる。同様にパターンの段差の高
さをＤ、照明波長切換装置２３のバンドパスフィルタ２
３ａを通過した第２の単色光の波長をλ2、リファレン
スミラー２９の反射面の傾斜角度をＲ（ｒａｄ）、図３
（ｂ）の干渉縞のピッチをＰ2、干渉縞の段差部のシフ
トをＳ2としたとき、Ｓ2／Ｐ2＝２Ｄ／λ2となる。従っ
て、これら２つ式から、Ｓ1／Ｐ1−Ｓ2／Ｐ2＝２Ｄ（１
／λ1−１／λ2）となる。The height of the step of the pattern is D, the wavelength of the first monochromatic light passing through the bandpass filter 23a of the illumination wavelength switching device 23 is λ 1 , and the inclination angle of the reflection surface of the reference mirror 29 is R (rad). When the pitch of the interference fringes in FIG. 3A is P 1 and the shift of the step portion of the interference fringes is S 1 ,
1 / P 1 = 2D / λ 1 Similarly, the height of the step of the pattern is D, and the bandpass filter 2 of the illumination wavelength switching device 23 is
The wavelength of the second monochromatic light passing through 3a is λ 2 , the inclination angle of the reflection surface of the reference mirror 29 is R (rad), and FIG.
Assuming that the pitch of the interference fringes in (b) is P 2 and the shift of the step portion of the interference fringes is S 2 , S 2 / P 2 = 2D / λ 2 . Therefore, from these two equations, S 1 / P 1 −S 2 / P 2 = 2D (1
/ Λ 1 −1 / λ 2 ).
【００２９】図４は、一例として、λ1＝５００ｎｍ，
λ2＝６００ｎｍのときのパターンの段差の高さＤとＸ
＝Ｓ1／Ｐ1−Ｓ2／Ｐ2との関係を示す説明図である。図
４に示すように、パターンの段差の高さＤとＸ＝Ｓ1／
Ｐ1−Ｓ2／Ｐ2とは比例関係にあり、干渉画像信号から
Ｓ1／Ｐ1及びＳ2／Ｐ2を測定できれば、パターンの段差
の高さＤを検出することができる。しかしながら、干渉
縞が段差部で重なり合い、干渉縞の連続性の識別が困難
なため、干渉縞の段差部のシフトをＳ1，Ｓ2を測定する
ことは困難である。そこで、本実施の形態では、図３
（ａ）及び図３（ｂ）において、干渉縞の段差部のシフ
トをＳ1，Ｓ2の代わりに一番近いシフトＳ10，Ｓ20を測
定することにより、Ｓ10／Ｐ1−Ｓ20／Ｐ2からパターン
の段差の高さＤを検出する。FIG. 4 shows, as an example, λ 1 = 500 nm,
Pattern heights D and X when λ 2 = 600 nm
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship with = S 1 / P 1 −S 2 / P 2 . As shown in FIG. 4, the height D of the step of the pattern and X = S 1 /
It is proportional to P 1 −S 2 / P 2. If S 1 / P 1 and S 2 / P 2 can be measured from the interference image signal, the height D of the step in the pattern can be detected. However, since the interference fringes overlap at the steps and it is difficult to identify the continuity of the interference fringes, it is difficult to measure the shifts S 1 and S 2 of the steps of the interference fringes. Therefore, in the present embodiment, FIG.
In (a) and 3 (b), the shift of the stepped portion of the interference fringes by measuring S 1, closest shift S 10, S 20 instead of S 2, S 10 / P 1 -S 20 / detect the height D of the step of the pattern from P 2.
【００３０】ここで、一番近いシフトＳ10，Ｓ20を用い
ると、Ｓ10／Ｐ1及びＳ20／Ｐ2の最大値は１となり、Ｓ
10／Ｐ1−Ｓ20／Ｐ2の値は１を超えることがないため、
検出可能なパターンの段差の高さＤが制限される。図４
の例の場合、検出可能なパターンの段差の高さＤの最大
は１５００ｎｍである。しかしながら、波長λ1 ，λ 2
の差を小さくすれば、段差がより高いパターンの段差の
高さを検出することができる。Here, the closest shift STen, S20Using
Then, STen/ P1And S20/ PTwoIs 1 and S
Ten/ P1-S20/ PTwoSince the value of does not exceed 1,
The height D of the step of the detectable pattern is limited. FIG.
In the case of the above example, the maximum of the height D of the step of the detectable pattern is
Is 1500 nm. However, the wavelength λ1 , Λ Two
If the difference between the steps is small, the step
Height can be detected.
【００３１】なお、２つの干渉縞の検出結果からパター
ンの段差の高さを検出する場合、パターンの段差の方向
が凸か凹かによってＳ1／Ｐ1−Ｓ2／Ｐ2の値が正か負か
異なるため、パターンの段差の方向を予め知る必要があ
る。本実施の形態によるパターン検出装置を重ね合わせ
精度測定装置に用いた場合、重ね合わせ精度測定装置の
オートフォーカス機構等を用いてパターンの段差の方向
を容易に判定することができる。また、Ｓ1／Ｐ1−Ｓ2
／Ｐ2の値の正負の不一致は、位相が３６０度ずれてい
る場合に発生するので、Ｓ1／Ｐ1−Ｓ2／Ｐ2の値に１を
加えるか、もしくはＳ1／Ｐ1−Ｓ2／Ｐ2の値から１を引
くことにより、正負を合わせることができる。When the height of the step of the pattern is detected from the detection results of the two interference fringes, the value of S 1 / P 1 -S 2 / P 2 is positive depending on whether the direction of the step of the pattern is convex or concave. Therefore, it is necessary to know in advance the direction of the step in the pattern. When the pattern detection device according to the present embodiment is used for an overlay accuracy measurement device, the direction of the step of the pattern can be easily determined using an autofocus mechanism or the like of the overlay accuracy measurement device. Also, S 1 / P 1 -S 2
/ Negative mismatch P 2 values, since occurs when the phase is shifted 360 degrees, or 1 is added to the value of S 1 / P 1 -S 2 / P 2, or S 1 / P 1 - By subtracting 1 from the value of S 2 / P 2 , the sign can be matched.
【００３２】次に、パターン検出装置のフォーカス位置
の検出について説明する。パターン検出装置のフォーカ
ス位置を検出する場合、まず、照明光としては、フォー
カス位置の検出に適した波長の複数の光を含む照明光
を、照明波長切換装置２３により選択する。本実施の形
態では、異なる波長の２つ又は３つの単色光からなる照
明光を用いる。また、リファレンスミラー２９の反射面
の傾斜角度を、異なる波長の複数の光の干渉強度信号が
十分に分解できる程度に、傾斜制御装置３０で制御す
る。そして、シャッター２８を開き、半導体ウェーハ１
の表面からの反射光とリファレンスミラー２９の反射面
からの反射光を干渉させる。Next, detection of the focus position of the pattern detection device will be described. When detecting the focus position of the pattern detection device, first, as the illumination light, the illumination wavelength switching device 23 selects illumination light including a plurality of lights having wavelengths suitable for the detection of the focus position. In the present embodiment, illumination light composed of two or three monochromatic lights having different wavelengths is used. Further, the inclination control device 30 controls the inclination angle of the reflection surface of the reference mirror 29 to such an extent that the interference intensity signals of a plurality of lights having different wavelengths can be sufficiently resolved. Then, the shutter 28 is opened, and the semiconductor wafer 1 is opened.
And the reflected light from the reflecting surface of the reference mirror 29 interfere with each other.
【００３３】図５は、一例として、波長５１０ｎｍ，５
５０ｎｍの２つの単色光の干渉強度とパターン検出装置
のフォーカス位置との関係を示す説明図である。また、
図６は、一例として、波長５１０ｎｍ，５３０ｎｍ，５
５０ｎｍの３つの単色光の干渉強度とパターン検出装置
のフォーカス位置との関係を示す説明図である。なお、
図５及び図６の横軸のフォーカス位置の値は焦点距離と
のずれを示し、パターン検出装置のフォーカス位置が焦
点距離と一致したときに零となる。図５及び図６に示す
ように、パターン検出装置のフォーカス位置が焦点距離
と一致したときに、２つ又は３つの単色光の干渉により
光強度が最大となる。FIG. 5 shows, as an example, a wavelength of 510 nm and a wavelength of 510 nm.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between the interference intensity of two monochromatic lights of 50 nm and the focus position of the pattern detection device. Also,
FIG. 6 shows wavelengths of 510 nm, 530 nm, 5
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between interference intensity of three monochromatic lights of 50 nm and a focus position of a pattern detection device. In addition,
The value of the focus position on the horizontal axis in FIGS. 5 and 6 indicates a deviation from the focal length, and becomes zero when the focus position of the pattern detection device matches the focal length. As shown in FIGS. 5 and 6, when the focus position of the pattern detection device matches the focal length, the light intensity becomes maximum due to interference of two or three monochromatic lights.
【００３４】本発明のパターン検出装置では、フォーカ
ス位置を実際に移動する必要はなく、リファレンスミラ
ー２９の反射面が傾斜していることによって、パターン
検出装置のフォーカス位置が二次元画像検出器４０の検
出面で検出方向に対応付けられている。パターン検出装
置のフォーカス位置が焦点距離と一致したときは、二次
元画像検出器４０の検出面の中央で光強度が最大とな
る。一方、パターン検出装置のフォーカス位置が焦点距
離とずれたときは、二次元画像検出器４０の検出面の中
央からずれた位置で、光強度が最大となる。従って、二
次元画像検出器４０の干渉画像信号の強度が最大の位置
を求めることによって、パターン検出装置のフォーカス
位置を数ｎｍの精度で検出することができる。In the pattern detecting apparatus of the present invention, it is not necessary to actually move the focus position, and since the reflecting surface of the reference mirror 29 is inclined, the focus position of the pattern detecting apparatus can be adjusted by the two-dimensional image detector 40. It is associated with the detection direction on the detection surface. When the focus position of the pattern detection device coincides with the focal length, the light intensity becomes maximum at the center of the detection surface of the two-dimensional image detector 40. On the other hand, when the focus position of the pattern detection device deviates from the focal length, the light intensity becomes maximum at a position deviated from the center of the detection surface of the two-dimensional image detector 40. Therefore, by finding the position where the intensity of the interference image signal of the two-dimensional image detector 40 is maximum, the focus position of the pattern detection device can be detected with an accuracy of several nm.
【００３５】パターン検出装置は、検出したパターン検
出装置のフォーカス位置に基づき、半導体ウェーハ１を
ＸＹＺθテーブルによりＺ方向及びθ方向へ移動し、フ
ォーカス位置を適切に設定する。The pattern detection device moves the semiconductor wafer 1 in the Z and θ directions using the XYZθ table based on the detected focus position of the pattern detection device, and sets the focus position appropriately.
【００３６】最後に、パターンの段差の形状の検出につ
いて説明する。パターンの段差の形状を検出する場合、
まず、上記の方法によりパターン検出装置のフォーカス
位置を適切に設定する。そして、照明光としては、パタ
ーンの段差の形状の検出に適した波長の単色光又はパタ
ーンの段差の形状の検出に適した波長の複数の光を含む
照明光を、照明波長切換装置２３により選択する。段差
の高さが１００ｎｍ未満のパターンに対しては単色光を
照明光として用いるのが望ましく、段差の高さが１００
ｎｍ以上のパターンに対しては異なる波長の２つ以上の
単色光からなる照明光を用いるのが望ましい。また、段
差の高さが８００ｎｍ以上のパターンに対しては、異な
る波長の３つ以上の単色光からなる照明光を用いるのが
望ましい。また、リファレンスミラー２９の反射面の傾
斜角度を、異なる波長の複数の光の干渉強度信号が十分
に分解できる程度に、傾斜制御装置３０で制御する。そ
して、シャッター２８を開き、半導体ウェーハ１の表面
からの反射光とリファレンスミラー２９の反射面からの
反射光を干渉させる。Finally, detection of the shape of the step in the pattern will be described. When detecting the shape of the step in the pattern,
First, the focus position of the pattern detection device is appropriately set by the above method. As the illumination light, the illumination wavelength switching device 23 selects monochromatic light having a wavelength suitable for detecting the shape of the step of the pattern or illumination light including a plurality of lights having a wavelength suitable for detecting the shape of the step of the pattern. I do. For a pattern having a step height of less than 100 nm, it is desirable to use monochromatic light as illumination light.
For a pattern of nm or more, it is desirable to use illumination light composed of two or more monochromatic lights of different wavelengths. For a pattern having a step height of 800 nm or more, it is desirable to use illumination light composed of three or more monochromatic lights of different wavelengths. The tilt angle of the reflection surface of the reference mirror 29 is controlled by the tilt control device 30 to such an extent that the interference intensity signals of a plurality of lights having different wavelengths can be sufficiently resolved. Then, the shutter 28 is opened, and the light reflected from the surface of the semiconductor wafer 1 and the light reflected from the reflection surface of the reference mirror 29 interfere with each other.
【００３７】パターンの段差が一定より低く単色光を照
明光として用いた場合、干渉画像信号は図２に示したも
のと同様となる。この場合、干渉縞が重なり合わないの
で、干渉縞の連続性の識別が容易にでき、干渉画像信号
からパターンの段差の形状を求めることができる。When the step of the pattern is lower than a certain level and monochromatic light is used as the illumination light, the interference image signal is the same as that shown in FIG. In this case, since the interference fringes do not overlap, the continuity of the interference fringes can be easily identified, and the shape of the step of the pattern can be obtained from the interference image signal.
【００３８】パターンの段差が一定より高く、異なる波
長の２つ以上の単色光からなる照明光を用いた場合、干
渉強度が図５や図６に示したようにパターン検出装置の
フォーカス位置によって異なり、また、リファレンスミ
ラー２９の反射面が傾斜していることによってパターン
検出装置のフォーカス位置が二次元画像検出器４０の検
出面で検出方向に対応付けられているため、干渉画像信
号には光強度の強弱が発生する。図７は、３つの単色光
による干渉画像信号の一例を示す説明図である。なお、
図７では、光強度の強い部分に斜線を引き、光強度の強
弱を斜線の密度で示している。図７に示すように、フォ
ーカス位置が焦点距離と一致しているとき、干渉画像信
号では中央の縞の光強度が最大となる。この光強度最大
の縞を追跡することによって、パターンの段差の形状を
検出することができる。When the pattern step is higher than a certain level and illumination light composed of two or more monochromatic lights of different wavelengths is used, the interference intensity varies depending on the focus position of the pattern detection device as shown in FIGS. Since the reflection surface of the reference mirror 29 is inclined, the focus position of the pattern detection device is associated with the detection direction on the detection surface of the two-dimensional image detector 40. The strength of the occurs. FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of an interference image signal using three monochromatic lights. In addition,
In FIG. 7, oblique lines are drawn on portions where the light intensity is high, and the intensity of the light intensity is indicated by the density of the oblique lines. As shown in FIG. 7, when the focus position coincides with the focal length, the light intensity of the central stripe becomes maximum in the interference image signal. By tracking the stripe having the maximum light intensity, the shape of the step in the pattern can be detected.
【００３９】パターンの段差の形状を検出する場合、異
なる波長の２つ以上の単色光を別々に照明光として用
い、異なる波長の単色光による２つ以上の干渉縞を順番
に検出し、それらの検出結果を記憶して電気的に合成し
ても、同様の結果が得られる。この場合、本実施の形態
では、画像信号処理装置６０で、画像信号記憶装置５０
に記憶された２つ以上の干渉画像信号を合成する。この
ように干渉縞を別々に検出した結果を合成すると、検出
時間は増加するが、照明波長切換装置２３のバンドパス
フィルタ２３ａの種類を節約することができる。When detecting the shape of the step of the pattern, two or more monochromatic lights of different wavelengths are separately used as illumination light, and two or more interference fringes due to the monochromatic lights of different wavelengths are detected in order. Similar results can be obtained by storing the detection results and electrically combining them. In this case, in the present embodiment, the image signal processing device 60 uses the image signal storage device 50
Are synthesized with each other. When the results of separately detecting interference fringes are combined as described above, the detection time increases, but the type of the bandpass filter 23a of the illumination wavelength switching device 23 can be saved.
【００４０】本実施の形態によるパターン検出装置を重
ね合わせ精度測定装置に用いると、上記したパターンの
段差の形状の検出結果から、パターンの段差の位置を容
易に検出することができる。When the pattern detecting device according to the present embodiment is used for an overlay accuracy measuring device, the position of the step of the pattern can be easily detected from the detection result of the shape of the step of the pattern.
【００４１】[0041]
【発明の効果】本発明のパターン検出方法及びパターン
検出装置によれば、段差が極めて低いパターンの段差の
高さを精度よく検出することができる。According to the pattern detecting method and the pattern detecting apparatus of the present invention, it is possible to accurately detect the height of a step of a pattern having an extremely low step.
【００４２】また、本発明のパターン検出方法及びパタ
ーン検出装置によれば、パターン検出装置のフォーカス
位置を精度よく検出することができる。Further, according to the pattern detecting method and the pattern detecting device of the present invention, the focus position of the pattern detecting device can be detected with high accuracy.
【００４３】また、本発明のパターン検出方法及びパタ
ーン検出装置によれば、段差が極めて低いパターンの段
差の形状を精度よく検出することができる。Further, according to the pattern detecting method and the pattern detecting apparatus of the present invention, it is possible to accurately detect the shape of a step having a very low step.
【００４４】なお、本発明のパターン検出装置は、反射
面の傾斜角度を制御する傾斜制御手段を備えることによ
り、検出項目に応じた適切な反射面の傾斜角度を設定す
ることができる。Since the pattern detecting device of the present invention includes the inclination control means for controlling the inclination angle of the reflection surface, it is possible to set an appropriate inclination angle of the reflection surface according to the detection item.
【００４５】また、本発明のパターン検出装置は、照明
手段が、異なる波長の複数の光を含む照明光を発生する
光源と、複数の異なるバンドパスフィルタを有する波長
切換装置とを備えることにより、検出項目に応じた適切
な照明光を発生することができる。Further, in the pattern detection device of the present invention, the illumination means includes a light source for generating illumination light including a plurality of lights of different wavelengths, and a wavelength switching device having a plurality of different bandpass filters. Appropriate illumination light can be generated according to the detection item.
【図１】 本発明の一実施の形態によるパターン検出装
置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a pattern detection device according to an embodiment of the present invention.
【図２】 パターンの段差が一定より低い場合の干渉画
像信号の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an interference image signal when a step of a pattern is lower than a certain level.
【図３】 図３（ａ）はパターンの段差が一定より高い
場合の干渉画像信号の一例を示す説明図、図３（ｂ）は
同様の場合に照明光の波長を変えたときの干渉画像信号
の一例を示す説明図である。FIG. 3A is an explanatory diagram showing an example of an interference image signal when a step of a pattern is higher than a predetermined value, and FIG. 3B is an interference image when the wavelength of illumination light is changed in the same case. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal.
【図４】 図４は、λ1＝５００ｎｍ，λ2＝６００ｎｍ
のときのパターンの段差の高さＤとＸ＝Ｓ1／Ｐ1−Ｓ2
／Ｐ2との関係を示す説明図である。FIG. 4 shows λ 1 = 500 nm and λ 2 = 600 nm.
Height D and X = S 1 / P 1 −S 2
It is an explanatory view showing the relationship between / P 2.
【図５】 波長５１０ｎｍ，５５０ｎｍの２つの単色光
の干渉強度とパターン検出装置のフォーカス位置との関
係を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between the interference intensity of two monochromatic lights having wavelengths of 510 nm and 550 nm and a focus position of a pattern detection device.
【図６】 波長５１０ｎｍ，５３０ｎｍ，５５０ｎｍの
３つの単色光の干渉強度とパターン検出装置のフォーカ
ス位置との関係を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the interference intensity of three monochromatic lights having wavelengths of 510 nm, 530 nm, and 550 nm and the focus position of the pattern detection device.
【図７】 ３つの単色光による干渉画像信号の一例を示
す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of an interference image signal using three monochromatic lights.
【図８】 図８（ａ）はＭＯＳゲートトランジスタのゲ
ートレジストパターンを形成した後の半導体ウェーハの
一部の上面図、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。FIG. 8A is a top view of a part of a semiconductor wafer after a gate resist pattern of a MOS gate transistor is formed, and FIG. 8B is a cross-sectional view along AA.
【図９】 従来の重ね合わせ精度測定装置の概略を示す
構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram schematically showing a conventional overlay accuracy measuring device.
１０…ウェーハチャック、２０…光源、２１，２４…照
明レンズ、２２…照明絞り、２３…照明波長切換装置、
２３ａ…バンドパスフィルタ、２５…ビームスプリッ
タ、２６，２７…対物レンズ、２８…シャッター、２９
…リファレンスミラー、３０…傾斜制御装置、４０…二
次元画像検出器、５０…画像信号記憶装置、６０…画像
信号処理装置、７０…測定結果処理装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Wafer chuck, 20 ... Light source, 21, 24 ... Illumination lens, 22 ... Illumination stop, 23 ... Illumination wavelength switching apparatus,
23a: band-pass filter, 25: beam splitter, 26, 27: objective lens, 28: shutter, 29
... Reference mirror, 30 ... Tilt control device, 40 ... Two-dimensional image detector, 50 ... Image signal storage device, 60 ... Image signal processing device, 70 ... Measurement result processing device
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｒ ５２５Ｍ ５２５Ｗ (72)発明者 細江 卓朗 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 鈴木 高彦 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA25 BB03 CC17 CC20 DD03 FF01 FF51 GG02 GG03 GG12 GG24 HH03 HH13 JJ09 JJ26 LL04 LL12 LL22 LL30 LL62 MM03 MM04 4M106 AA01 CA48 DH31 DJ21 5F046 FA03 FA06 FA10 FA17 FA20 FB08 FB10 FB13 FC04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/66 H01L 21/30 525R 525M 525W (72) Inventor Takuro Hosoe 3-16-16 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo No. 3 Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Takahiko Suzuki Inventor 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo F-term in Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. 2F065 AA25 BB03 CC17 CC20 DD03 FF01 FF51 GG02 GG03 GG12 GG24 HH03 HH13 JJ09 JJ26 LL04 LL12 LL22 LL30 LL62 MM03 MM04 4M106 AA01 CA48 DH31 DJ21 5F046 FA03 FA06 FA10 FA17 FA20 FB08 FB10 FB13 FC04
Claims (16)
るパターンの検出方法であって、 第１の単色光を分割して、一方を被測定物の表面に照射
し、他方を被測定物の表面と光学的にほぼ等距離に位置
し被測定物の表面に対して光学的に所定の角度傾斜した
反射面に照射し、 被測定物の表面からの反射光と前記反射面からの反射光
とが干渉して得られる第１の干渉縞を検出した後、 第１の単色光と波長の異なる第２の単色光を分割して、
一方を被測定物の表面に照射し、他方を前記反射面に照
射し、 被測定物の表面からの反射光と前記反射面からの反射光
とが干渉して得られる第２の干渉縞を検出し、 第１及び第２の干渉縞の検出結果からパターンの段差の
高さを検出することを特徴とするパターン検出方法。1. A method for detecting a pattern having a step provided on a surface of an object to be measured, the method comprising dividing a first monochromatic light, irradiating one of the first monochromatic lights onto the surface of the object to be measured, and the other to be measured. Irradiates a reflective surface that is optically substantially equidistant from the surface of the object and is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured, and reflects light reflected from the surface of the object to be measured and from the reflective surface. After detecting the first interference fringe obtained by interference with the reflected light, the first monochromatic light and the second monochromatic light having a different wavelength are divided,
One is irradiated on the surface of the object to be measured, the other is irradiated on the reflecting surface, and a second interference fringe obtained by interference of the reflected light from the surface of the measured object and the reflected light from the reflecting surface is obtained. A pattern detection method comprising: detecting a height of a step of a pattern from detection results of the first and second interference fringes.
るパターンの検出装置であって、 波長の異なる第１及び第２の単色光を発生する照明手段
と、 前記照明手段が発生した単色光を分割する分割手段と、 被測定物の表面と光学的にほぼ等距離に位置し被測定物
の表面に対して光学的に所定の角度傾斜した反射面を有
する反射手段と、 前記照明手段が発生した単色光を前記分割手段で分割し
た一方を被測定物の表面に照射した反射光と、他方を前
記反射手段の反射面に照射した反射光とが干渉して得ら
れる干渉縞を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出された干渉縞の検出結果を記憶する
記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された第１の単色光による第１の干
渉縞の検出結果及び第２の単色光による第２の干渉縞の
検出結果からパターンの段差の高さを検出する処理手段
とを備えたことを特徴とするパターン検出装置。2. An apparatus for detecting a stepped pattern provided on a surface of an object to be measured, comprising: illuminating means for generating first and second monochromatic lights having different wavelengths; and monochromatic light generated by the illuminating means. A splitting unit for splitting light; a reflecting unit that is located at an optically equidistant distance from the surface of the measured object and has a reflecting surface that is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the measured object; The interference fringes obtained by interfering the reflected light, which is obtained by irradiating the surface of the object to be measured with one of the divided monochromatic lights generated by the dividing means and the other by irradiating the reflecting surface of the reflecting means, with each other, are detected. Detecting means for detecting the interference fringes detected by the detecting means; storing the detection results of the first interference fringes based on the first monochromatic light stored in the storage means; Pattern from the result of detection of the second interference fringe by light And a processing unit for detecting the height of the step.
する傾斜制御手段を備えたことを特徴とする請求項２に
記載のパターン検出装置。3. The pattern detecting apparatus according to claim 2, further comprising an inclination control unit for controlling an inclination angle of a reflection surface of the reflection unit.
とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のパターン
検出装置。4. The apparatus according to claim 2, wherein said illuminating means comprises: a light source for generating illumination light including a plurality of lights having different wavelengths; and a wavelength switching device having a plurality of different bandpass filters. The pattern detection device according to the above.
るパターンを検出するパターン検出装置において、 異なる波長の複数の光を含む照明光を分割して、一方を
被測定物の表面に照射し、他方を被測定物の表面と光学
的にほぼ等距離に位置し被測定物の表面に対して光学的
に所定の角度傾斜した反射面に照射し、 被測定物の表面からの反射光と前記反射面からの反射光
とが干渉して得られる干渉縞を検出し、 干渉縞の検出結果からパターン検出装置のフォーカス位
置を検出することを特徴とするパターン検出方法。5. A pattern detection apparatus for detecting a pattern having a step provided on a surface of an object to be measured, wherein the illumination light including a plurality of lights of different wavelengths is divided and one of the light is irradiated on the surface of the object to be measured. And irradiates the other to a reflecting surface which is located at an optically equidistant distance from the surface of the object to be measured and which is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured. A pattern detection method comprising: detecting an interference fringe obtained by interfering with light reflected from the reflection surface; and detecting a focus position of the pattern detection device from a result of detecting the interference fringe.
るパターンの検出装置であって、 異なる波長の複数の光を含む照明光を発生する照明手段
と、 前記照明手段が発生した照明光を分割する分割手段と、 被測定物の表面と光学的にほぼ等距離に位置し被測定物
の表面に対して光学的に所定の角度傾斜した反射面を有
する反射手段と、 前記照明手段が発生した照明光を前記分割手段で分割し
た一方を被測定物の表面に照射した反射光と、他方を前
記反射手段の反射面に照射した反射光とが干渉して得ら
れる干渉縞を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出された干渉縞の検出結果を記憶する
記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された干渉縞の検出結果からパター
ン検出装置のフォーカス位置を検出する処理手段とを備
えたことを特徴とするパターン検出装置。6. An apparatus for detecting a pattern having a step provided on a surface of an object to be measured, comprising: illumination means for generating illumination light including a plurality of lights of different wavelengths; and illumination light generated by the illumination means. A dividing unit that optically inclines with a surface of the measured object and has a reflecting surface that is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the measured object; An interference fringe obtained by interfering a reflected light, which is obtained by irradiating one of the generated illumination light with the splitting means on the surface of the object to be measured and a reflected light irradiating the other on the reflecting surface of the reflecting means, is detected. Detecting means, storing means for storing a detection result of the interference fringe detected by the detecting means, and processing means for detecting a focus position of the pattern detecting device from the detection result of the interference fringe stored in the storing means Characterized by Pattern detection device.
する傾斜制御手段を備えたことを特徴とする請求項６に
記載のパターン検出装置。7. The pattern detecting device according to claim 6, further comprising an inclination control unit for controlling an inclination angle of a reflection surface of the reflection unit.
とを備えたことを特徴とする請求項６に記載のパターン
検出装置。8. The apparatus according to claim 6, wherein said illuminating means comprises: a light source for generating illumination light including a plurality of lights of different wavelengths; and a wavelength switching device having a plurality of different bandpass filters. The pattern detection device according to the above.
るパターンの検出方法であって、 異なる波長の複数の光を含む照明光を分割して、一方を
被測定物の表面に照射し、他方を被測定物の表面と光学
的にほぼ等距離に位置し被測定物の表面に対して光学的
に所定の角度傾斜した反射面に照射し、 被測定物の表面からの反射光と前記反射面からの反射光
とが干渉して得られる干渉縞を検出し、 干渉縞の検出結果からパターンの段差の形状を検出する
ことを特徴とするパターン検出方法。9. A method for detecting a pattern having a step provided on a surface of an object to be measured, the method comprising dividing illumination light including a plurality of lights of different wavelengths, and irradiating one of the light to the surface of the object to be measured. Irradiate the other to a reflective surface which is located at an optically equidistant distance from the surface of the device under test and which is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the device to be measured; A pattern detection method, comprising: detecting an interference fringe obtained by interference with light reflected from the reflection surface; and detecting a shape of a step of the pattern from a detection result of the interference fringe.
するパターンの検出装置であって、 異なる波長の複数の光を含む照明光を発生する照明手段
と、 前記照明手段が発生した照明光を分割する分割手段と、 被測定物の表面と光学的にほぼ等距離に位置し被測定物
の表面に対して光学的に所定の角度傾斜した反射面を有
する反射手段と、 前記照明手段が発生した照明光を前記分割手段で分割し
た一方を被測定物の表面に照射した反射光と、他方を前
記反射手段の反射面に照射した反射光とが干渉して得ら
れる干渉縞を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出された干渉縞の検出結果を記憶する
記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された干渉縞の検出結果からパター
ンの段差の形状を検出する処理手段とを備えたことを特
徴とするパターン検出装置。10. An apparatus for detecting a pattern having a step provided on a surface of an object to be measured, comprising: illumination means for generating illumination light including a plurality of lights of different wavelengths; and illumination light generated by the illumination means. A dividing unit that optically inclines with a surface of the measured object and has a reflecting surface that is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the measured object; An interference fringe obtained by interfering a reflected light, which is obtained by irradiating one of the generated illumination light with the splitting means on the surface of the object to be measured and a reflected light irradiating the other on the reflecting surface of the reflecting means, is detected. Detecting means, storing means for storing a detection result of the interference fringe detected by the detecting means, and processing means for detecting the shape of the step of the pattern from the detection result of the interference fringe stored in the storing means Pattern detection characterized by Output device.
御する傾斜制御手段を備えたことを特徴とする請求項１
０に記載のパターン検出装置。11. An apparatus according to claim 1, further comprising an inclination control means for controlling an inclination angle of a reflection surface of said reflection means.
0. The pattern detection device according to 0.
とを備えたことを特徴とする請求項１０に記載のパター
ン検出装置。12. The apparatus according to claim 10, wherein said illuminating means comprises: a light source for generating illumination light including a plurality of lights having different wavelengths; and a wavelength switching device having a plurality of different bandpass filters. The pattern detection device according to the above.
するパターンの検出方法であって、 異なる波長の２つ以上の単色光を順番に分割して、一方
を被測定物の表面に照射し、他方を被測定物の表面と光
学的にほぼ等距離に位置し被測定物の表面に対して光学
的に所定の角度傾斜した反射面に照射し、 被測定物の表面からの反射光と前記反射面からの反射光
とが干渉して得られる干渉縞を順番に検出し、 それらの検出結果を合成してパターンの段差の形状を検
出することを特徴とするパターン検出方法。13. A method for detecting a stepped pattern provided on a surface of an object to be measured, wherein two or more monochromatic lights having different wavelengths are sequentially divided and one of the light is irradiated onto the surface of the object to be measured. And irradiates the other to a reflecting surface which is located at an optically equidistant distance from the surface of the object to be measured and which is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured. A pattern detection method comprising sequentially detecting interference fringes obtained by interfering with light reflected from the reflection surface, and synthesizing the detection results to detect the shape of the step of the pattern.
するパターンの検出装置であって、 異なる波長の２つ以上の単色光を発生する照明手段と、 前記照明手段が発生した単色光を分割する分割手段と、 被測定物の表面と光学的にほぼ等距離に位置し被測定物
の表面に対して光学的に所定の角度傾斜した反射面を有
する反射手段と、 前記照明手段が発生した単色光を前記分割手段で分割し
た一方を被測定物の表面に照射した反射光と、他方を前
記反射手段の反射面に照射した反射光とが干渉して得ら
れる干渉縞を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出された干渉縞の検出結果を記憶する
記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された異なる波長の単色光による２
つ以上の干渉縞の検出結果を合成してパターンの段差の
形状を検出する処理手段とを備えたことを特徴とするパ
ターン検出装置。14. An apparatus for detecting a pattern having a step provided on the surface of an object to be measured, comprising: illuminating means for generating two or more monochromatic lights of different wavelengths; Dividing means for dividing, a reflecting means which is located at an optically equidistant distance from the surface of the object to be measured and which has a reflecting surface which is optically inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the object to be measured; A detection method for detecting an interference fringe obtained by interfering one of the divided monochromatic lights divided by the dividing means with the reflected light irradiated on the surface of the object to be measured and the other with the reflected light irradiated on the reflecting surface of the reflecting means. Means for storing detection results of the interference fringes detected by the detection means; and 2 means for storing monochromatic light of different wavelengths stored in the storage means.
Processing means for combining the detection results of at least one interference fringe to detect the shape of the step of the pattern.
御する傾斜制御手段を備えたことを特徴とする請求項１
４に記載のパターン検出装置。15. An apparatus according to claim 1, further comprising an inclination control means for controlling an inclination angle of a reflection surface of said reflection means.
5. The pattern detection device according to 4.
とを備えたことを特徴とする請求項１４に記載のパター
ン検出装置。16. The apparatus according to claim 14, wherein said illuminating means includes a light source for generating illumination light including a plurality of lights of different wavelengths, and a wavelength switching device having a plurality of different bandpass filters. The pattern detection device according to the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001147127A JP2002340524A (en) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | Pattern detecting method and pattern detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001147127A JP2002340524A (en) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | Pattern detecting method and pattern detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002340524A true JP2002340524A (en) | 2002-11-27 |
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ID=18992657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001147127A Pending JP2002340524A (en) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | Pattern detecting method and pattern detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002340524A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033217A (en) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Keyence Corp | Interference measuring instrument, and interference measuring method |
| JP2007155418A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Tohoku Univ | Film thickness gage of interference fringe type and film thickness measuring method |
| JP2010219528A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Asml Netherlands Bv | Structure of level sensor for lithographic apparatus and method for manufacturing device |
| US8351024B2 (en) | 2009-03-13 | 2013-01-08 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method involving a level sensor having a detection grating including three or more segments |
| US8488107B2 (en) | 2009-03-13 | 2013-07-16 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method involving a level sensor having multiple projection units and detection units |
| US8619235B2 (en) | 2010-03-12 | 2013-12-31 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| US8675210B2 (en) | 2009-03-13 | 2014-03-18 | Asml Netherlands B.V. | Level sensor, lithographic apparatus, and substrate surface positioning method |
-
2001
- 2001-05-16 JP JP2001147127A patent/JP2002340524A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033217A (en) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Keyence Corp | Interference measuring instrument, and interference measuring method |
| JP2007155418A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Tohoku Univ | Film thickness gage of interference fringe type and film thickness measuring method |
| JP2010219528A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Asml Netherlands Bv | Structure of level sensor for lithographic apparatus and method for manufacturing device |
| US8351024B2 (en) | 2009-03-13 | 2013-01-08 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method involving a level sensor having a detection grating including three or more segments |
| US8488107B2 (en) | 2009-03-13 | 2013-07-16 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method involving a level sensor having multiple projection units and detection units |
| US8675210B2 (en) | 2009-03-13 | 2014-03-18 | Asml Netherlands B.V. | Level sensor, lithographic apparatus, and substrate surface positioning method |
| US8842293B2 (en) | 2009-03-13 | 2014-09-23 | Asml Netherlands B.V. | Level sensor arrangement for lithographic apparatus and device manufacturing method |
| US8619235B2 (en) | 2010-03-12 | 2013-12-31 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
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