JP3048857B2 - ベストフォーカスの検出方法 - Google Patents
ベストフォーカスの検出方法Info
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- G—PHYSICS
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- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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- G—PHYSICS
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ベストフォーカスの検
出方法に関し、特に、半導体集積回路製造におけるマス
ク及びウエハアライメント時のマスクとウエハのベスト
フォーカスの検出方法に関する。
出方法に関し、特に、半導体集積回路製造におけるマス
ク及びウエハアライメント時のマスクとウエハのベスト
フォーカスの検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ベストフォーカスを検出する方法とし
て、臨界角法、非点収差法、光スキッド法等が知られて
いる。
て、臨界角法、非点収差法、光スキッド法等が知られて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高精度なＸ線源である
シンクロトロン放射光を光源に用いたＸ線リソグラフィ
は、解像性の良さと深い焦点深度及び高いスループット
の点からクォータミクロン領域における超ＬＳＩの製造
に有望な技術とされている。このＸ線リソグラフィは、
マスクとウエハを数十μｍの間隔で平行に近接させて、
Ｘ線によりパターン転写を行う露光技術である。
シンクロトロン放射光を光源に用いたＸ線リソグラフィ
は、解像性の良さと深い焦点深度及び高いスループット
の点からクォータミクロン領域における超ＬＳＩの製造
に有望な技術とされている。このＸ線リソグラフィは、
マスクとウエハを数十μｍの間隔で平行に近接させて、
Ｘ線によりパターン転写を行う露光技術である。
【０００４】このような微小なパターンを露光するＸ線
露光装置においては、最小線幅に応じてマスクとウエハ
を高精度に位置合わせすることが要求される。そのため
には、数十ｎｍの許容値でマスクとウエハの相対位置を
検出することが必要である。しかし、マスクとウエハと
の相対位置を検出する際に、マスク及びウエハのピント
が合っていないと正確に位置を検出することができな
い。
露光装置においては、最小線幅に応じてマスクとウエハ
を高精度に位置合わせすることが要求される。そのため
には、数十ｎｍの許容値でマスクとウエハの相対位置を
検出することが必要である。しかし、マスクとウエハと
の相対位置を検出する際に、マスク及びウエハのピント
が合っていないと正確に位置を検出することができな
い。
【０００５】図６は、焦点からのずれと、アライメント
誤差との関係の一例を示す。横軸は焦点からのずれを単
位μｍで表し、縦軸は、アライメント誤差を単位μｍで
表す。なお、使用したレンズは開口率０．３２、測定に
使用した光の波長は０．６３μｍである。
誤差との関係の一例を示す。横軸は焦点からのずれを単
位μｍで表し、縦軸は、アライメント誤差を単位μｍで
表す。なお、使用したレンズは開口率０．３２、測定に
使用した光の波長は０．６３μｍである。
【０００６】ベストフォーカス位置からずれるに従っ
て、アライメント誤差が大きくなっている。アライメン
ト装置に要求されるアライメント誤差は、通常±６０ｎ
ｍ程度である。アライメント誤差を±６０ｎｍ以内に抑
えるには、ベストフォーカス位置からのずれを±４μｍ
以下にしなければならないことがわかる。
て、アライメント誤差が大きくなっている。アライメン
ト装置に要求されるアライメント誤差は、通常±６０ｎ
ｍ程度である。アライメント誤差を±６０ｎｍ以内に抑
えるには、ベストフォーカス位置からのずれを±４μｍ
以下にしなければならないことがわかる。
【０００７】このレンズの波長０．６３μｍの光に対す
る焦点深度は、±３．１μｍである。すなわち、許され
るベストフォーカスからのずれは、焦点深度とほぼ同程
度である。従って、より正確なアライメントを行うため
には、焦点深度内でのフォーカスの変化をも検出するこ
とが好ましい。
る焦点深度は、±３．１μｍである。すなわち、許され
るベストフォーカスからのずれは、焦点深度とほぼ同程
度である。従って、より正確なアライメントを行うため
には、焦点深度内でのフォーカスの変化をも検出するこ
とが好ましい。
【０００８】なお、図６で示したアライメント誤差のフ
ォーカス依存性は、レンズの種類、アライメントマーク
の形状等によって異なる。アライメント時にはウエハ表
面にレジスト膜が塗布されており、アライメントマーク
近傍の表面状態は均一ではない。従来の方法で、このよ
うに表面状態が悪いウエハのピントを合わせるのは困難
である。
ォーカス依存性は、レンズの種類、アライメントマーク
の形状等によって異なる。アライメント時にはウエハ表
面にレジスト膜が塗布されており、アライメントマーク
近傍の表面状態は均一ではない。従来の方法で、このよ
うに表面状態が悪いウエハのピントを合わせるのは困難
である。
【０００９】また、従来のベストフォーカス検出方法を
使用する場合には、専用の装置をアライメント装置へ搭
載する必要がある。本発明の目的は、観測対象物の表面
状態に影響を受けにくく、専用の装置が不要なベストフ
ォーカスの検出方法を提供することである。
使用する場合には、専用の装置をアライメント装置へ搭
載する必要がある。本発明の目的は、観測対象物の表面
状態に影響を受けにくく、専用の装置が不要なベストフ
ォーカスの検出方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のベストフォーカ
スの検出方法は、レンズの光軸上に配置された観測対象
物を前記レンズによって結像させた像の、像面内のある
直線に沿った光強度分布を得る工程と、前記光強度分布
を微分して、微分光強度分布を求める工程と、前記微分
光強度分布を前記ある直線に沿ってシフトさせ、前記微
分光強度分布のシフト前の分布とシフト後の分布との相
関係数を求めるとともに、シフト量に対する相関係数の
分布を求める工程と、前記相関係数の分布をシフト量に
ついて積分する工程と、前記レンズと前記観測対象物と
の相対距離を変化させて、前記光強度分布を得る工程か
ら前記積分する工程までを繰り返す工程と、前記積分す
る工程で求めた積分結果の最小値を検出する工程とを含
む。
スの検出方法は、レンズの光軸上に配置された観測対象
物を前記レンズによって結像させた像の、像面内のある
直線に沿った光強度分布を得る工程と、前記光強度分布
を微分して、微分光強度分布を求める工程と、前記微分
光強度分布を前記ある直線に沿ってシフトさせ、前記微
分光強度分布のシフト前の分布とシフト後の分布との相
関係数を求めるとともに、シフト量に対する相関係数の
分布を求める工程と、前記相関係数の分布をシフト量に
ついて積分する工程と、前記レンズと前記観測対象物と
の相対距離を変化させて、前記光強度分布を得る工程か
ら前記積分する工程までを繰り返す工程と、前記積分す
る工程で求めた積分結果の最小値を検出する工程とを含
む。
【００１１】
【００１２】本発明のベストフォーカス検出装置は、光
学レンズと、前記光学レンズの光軸上に観測対象物を載
置する載置台と、前記光学レンズと前記載置台との相対
距離を変化させるための駆動手段と、前記光学レンズを
通して観測対象物が結像し、像のある直線に沿った光強
度分布信号を発生する受光手段と、前記光強度分布信号
が入力され、入力された光強度分布信号を微分して、微
分光強度分布を求め、前記微分光強度分布を前記ある直
線に沿ってシフトさせ、前記微分光強度分布のシフト前
の分布とシフト後の分布との相関係数を求めるととも
に、シフト量に対する相関係数の分布を求め、該相関係
数の分布をシフト量について積分する手段とを有する。
学レンズと、前記光学レンズの光軸上に観測対象物を載
置する載置台と、前記光学レンズと前記載置台との相対
距離を変化させるための駆動手段と、前記光学レンズを
通して観測対象物が結像し、像のある直線に沿った光強
度分布信号を発生する受光手段と、前記光強度分布信号
が入力され、入力された光強度分布信号を微分して、微
分光強度分布を求め、前記微分光強度分布を前記ある直
線に沿ってシフトさせ、前記微分光強度分布のシフト前
の分布とシフト後の分布との相関係数を求めるととも
に、シフト量に対する相関係数の分布を求め、該相関係
数の分布をシフト量について積分する手段とを有する。
【００１３】
【作用】観測対象物の像の光強度分布を微分すれば、観
測対象物に形成されたマークのエッジが強調される。エ
ッジを強調することにより、ベストフォーカスの検出が
容易になる。
測対象物に形成されたマークのエッジが強調される。エ
ッジを強調することにより、ベストフォーカスの検出が
容易になる。
【００１４】光強度分布を微分した微分光強度分布の自
己相関関数は、光強度分布によらず１つのピークを持っ
た分布になる。このピークは、ベストフォーカスに近づ
くほど急峻になる。従って、このピークの形状を観測す
ることにより、ベストフォーカス状態を検出することが
できる。
己相関関数は、光強度分布によらず１つのピークを持っ
た分布になる。このピークは、ベストフォーカスに近づ
くほど急峻になる。従って、このピークの形状を観測す
ることにより、ベストフォーカス状態を検出することが
できる。
【００１５】微分光強度分布を、ある直線に沿ってシフ
トさせ、シフト前の分布とシフト後の分布との相関係数
を求める。この相関係数は、シフト量が０のときに最大
値１のピークを示す。このピークは、ベストフォーカス
状態のとき最も細く、ベストフォーカスからずれると太
くなる。すなわち、ベストフォーカス状態の時に、この
ピーク内の面積が最小になる。従って、ピーク内の面積
を求めれば自動的にベストフォーカス状態を検出するこ
とができる。
トさせ、シフト前の分布とシフト後の分布との相関係数
を求める。この相関係数は、シフト量が０のときに最大
値１のピークを示す。このピークは、ベストフォーカス
状態のとき最も細く、ベストフォーカスからずれると太
くなる。すなわち、ベストフォーカス状態の時に、この
ピーク内の面積が最小になる。従って、ピーク内の面積
を求めれば自動的にベストフォーカス状態を検出するこ
とができる。
【００１６】
【実施例】以下、図１、図２を参照して、本発明の実施
例によるベストフォーカス検出方法を説明する。
例によるベストフォーカス検出方法を説明する。
【００１７】図１（Ａ）は、観測対象物からの反射光
の、ある直線（以下、この直線をｘ軸とする）に沿った
強度分布を示す。横軸は観測対象物の直線上の位置、縦
軸は光強度を表す。図１（Ａ）は、全面にわたって光強
度がほぼ一定であり、２か所で光強度が小さくなってい
る場合を示している。例えば、この２か所がウエハ表面
の段差部に該当する。
の、ある直線（以下、この直線をｘ軸とする）に沿った
強度分布を示す。横軸は観測対象物の直線上の位置、縦
軸は光強度を表す。図１（Ａ）は、全面にわたって光強
度がほぼ一定であり、２か所で光強度が小さくなってい
る場合を示している。例えば、この２か所がウエハ表面
の段差部に該当する。
【００１８】図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の光強度分布を
微分した微分光強度分布を示す。観測対象物をレンズを
通して像面上に結像させた場合、像の鮮明さは、その輪
郭部分で容易に判断することができる。ウエハ表面に凹
凸のパターンが形成されている場合には、その段差部分
の像の鮮明さに着目すればよい。光強度分布を微分する
ことにより、段差部分の光強度の変化を強調することが
でき、ベストフォーカスの検出が容易になる。
微分した微分光強度分布を示す。観測対象物をレンズを
通して像面上に結像させた場合、像の鮮明さは、その輪
郭部分で容易に判断することができる。ウエハ表面に凹
凸のパターンが形成されている場合には、その段差部分
の像の鮮明さに着目すればよい。光強度分布を微分する
ことにより、段差部分の光強度の変化を強調することが
でき、ベストフォーカスの検出が容易になる。
【００１９】図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の微分光強度分
布の自己相関関数を示す。自己相関関数Ｒx は、像面内
の一方向であるｘ軸に沿ったシフト量をτとして、
布の自己相関関数を示す。自己相関関数Ｒx は、像面内
の一方向であるｘ軸に沿ったシフト量をτとして、
【００２０】
【数１】
【００２１】と表される。ここで、ｕはｘ軸上の座標、
ｐ（ｕ）は座標ｕの微分光強度、Ｖは積分範囲を表す。
自己相関関数は、τ＝０の時に最大となり、τの絶対値
が大きくなると、次第に減少する。τ＝０におけるピー
クは、ベストフォーカスの時に最も急峻になり、ベスト
フォーカスからずれると、ピーク斜面の勾配が緩やかに
なる。従って、ベストフォーカスを検出するには、自己
相関関数のピークが最も急峻になる位置を探せばよい。
ｐ（ｕ）は座標ｕの微分光強度、Ｖは積分範囲を表す。
自己相関関数は、τ＝０の時に最大となり、τの絶対値
が大きくなると、次第に減少する。τ＝０におけるピー
クは、ベストフォーカスの時に最も急峻になり、ベスト
フォーカスからずれると、ピーク斜面の勾配が緩やかに
なる。従って、ベストフォーカスを検出するには、自己
相関関数のピークが最も急峻になる位置を探せばよい。
【００２２】式（１）を有限個のサンプル値で表すと、
自己相関関数Ｒx は、
自己相関関数Ｒx は、
【００２３】
【数２】
【００２４】となる。ここで、ｉは式（１）のシフト量
τに相当する量であり、−ＮからＮまでの整数をとる。
ｐ（ｊ＋ｉ）を確定するためには、ｘ軸上の−２Ｎ〜２
Ｎの４Ｎ＋１個のサンプル点の微分光強度を測定する必
要がある。
τに相当する量であり、−ＮからＮまでの整数をとる。
ｐ（ｊ＋ｉ）を確定するためには、ｘ軸上の−２Ｎ〜２
Ｎの４Ｎ＋１個のサンプル点の微分光強度を測定する必
要がある。
【００２５】自己相関関数のピークの高さは、微分光強
度分布ｐ（ｊ）に依存している。例えば、ベストフォー
カス状態からずれるとピーク斜面の勾配が緩やかになる
とともに、その高さも変化する。このように、ピークの
形状と高さが共に変化するため、ベストフォーカス状態
を自動的に検出するには不便である。
度分布ｐ（ｊ）に依存している。例えば、ベストフォー
カス状態からずれるとピーク斜面の勾配が緩やかになる
とともに、その高さも変化する。このように、ピークの
形状と高さが共に変化するため、ベストフォーカス状態
を自動的に検出するには不便である。
【００２６】ベストフォーカス状態を自動的に検出する
には、ピークの高さが常に一定となるように正規化する
のが便利である。ピークの高さが常に一定になるように
するには、微分光強度分布ｐ（ｊ）と、これをｘ軸に沿
ってｉだけシフトした分布ｐ（ｊ＋ｉ）との相関係数を
用いればよい。ｐ（ｊ）とｐ（ｊ＋ｉ）の相関係数Ｑ
（ｉ）は、
には、ピークの高さが常に一定となるように正規化する
のが便利である。ピークの高さが常に一定になるように
するには、微分光強度分布ｐ（ｊ）と、これをｘ軸に沿
ってｉだけシフトした分布ｐ（ｊ＋ｉ）との相関係数を
用いればよい。ｐ（ｊ）とｐ（ｊ＋ｉ）の相関係数Ｑ
（ｉ）は、
【００２７】
【数３】
【００２８】と表される。ここでＥk （ｐ（ｋ））は、
分布ｐ（ｋ）の平均、即ち
分布ｐ（ｋ）の平均、即ち
【００２９】
【数４】
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】を表す。すなわち、式（３）の分子は、ｐ
（ｊ）とｐ（ｊ＋ｉ）の共分散であり、分母はｐ（ｊ）
とｐ（ｊ＋ｉ）のそれぞれの標準偏差の積である。図２
は、相関係数Ｑ（ｉ）の分布を示す。曲線ａ１はベスト
フォーカス状態、曲線ａ２はベストフォーカスからずれ
た状態、曲線ａ３はさらにベストフォーカスからずれた
状態を表す。このように、ベストフォーカス状態のと
き、ｉ＝０におけるピーク幅が最も狭くなり、ベストフ
ォーカスからずれるに従ってピーク幅は広くなる。ま
た、相関係数Ｑ（ｉ）は、シフト量ｉ＝０のとき最大と
なり、その大きさはフォーカス状態によらず常に１であ
る。
（ｊ）とｐ（ｊ＋ｉ）の共分散であり、分母はｐ（ｊ）
とｐ（ｊ＋ｉ）のそれぞれの標準偏差の積である。図２
は、相関係数Ｑ（ｉ）の分布を示す。曲線ａ１はベスト
フォーカス状態、曲線ａ２はベストフォーカスからずれ
た状態、曲線ａ３はさらにベストフォーカスからずれた
状態を表す。このように、ベストフォーカス状態のと
き、ｉ＝０におけるピーク幅が最も狭くなり、ベストフ
ォーカスからずれるに従ってピーク幅は広くなる。ま
た、相関係数Ｑ（ｉ）は、シフト量ｉ＝０のとき最大と
なり、その大きさはフォーカス状態によらず常に１であ
る。
【００３３】ピークの高さが常に一定であるため、ベス
トフォーカス状態を検出するには、ピーク内の面積を求
め、その面積が最小になる状態を検出すればよい。ただ
し、図２に示すようにシフト量ｉの絶対値が大きくなる
と、相関係数Ｑ（ｉ）が０になり、さらにｉの絶対値を
増加すると負になる場合がある。相関係数Ｑ（ｉ）が０
になると、分布ｐ（ｊ）とｐ（ｊ＋ｉ）が無関係と考え
られる程度までシフトされたことを意味する。従って、
相関係数Ｑ（ｉ）が最初に０になる点よりも外側の領域
を考慮する必要はない。
トフォーカス状態を検出するには、ピーク内の面積を求
め、その面積が最小になる状態を検出すればよい。ただ
し、図２に示すようにシフト量ｉの絶対値が大きくなる
と、相関係数Ｑ（ｉ）が０になり、さらにｉの絶対値を
増加すると負になる場合がある。相関係数Ｑ（ｉ）が０
になると、分布ｐ（ｊ）とｐ（ｊ＋ｉ）が無関係と考え
られる程度までシフトされたことを意味する。従って、
相関係数Ｑ（ｉ）が最初に０になる点よりも外側の領域
を考慮する必要はない。
【００３４】従って、ベストフォーカス状態を検出する
ためには、評価関数Ｓを、
ためには、評価関数Ｓを、
【００３５】
【数７】
【００３６】と定義し、Ｓが最小になる状態を検出すれ
ばよい。ここで、Ｍは、シフト量ｉを増加したときＱ
（ｉ）が最初に負になる点よりも１つ手前の点である。
ただし、Ｑ（ｉ）が負にならない場合は、Ｍは式（２）
のＮに等しい。
ばよい。ここで、Ｍは、シフト量ｉを増加したときＱ
（ｉ）が最初に負になる点よりも１つ手前の点である。
ただし、Ｑ（ｉ）が負にならない場合は、Ｍは式（２）
のＮに等しい。
【００３７】なお、Ｎはアライメントマークの微分光強
度分布が変化している範囲を含むようにすることが好ま
しい。次に、図３、図４を参照して、上記実施例による
方法で、ピント合わせを行った実験結果について説明す
る。
度分布が変化している範囲を含むようにすることが好ま
しい。次に、図３、図４を参照して、上記実施例による
方法で、ピント合わせを行った実験結果について説明す
る。
【００３８】図３（Ａ）は、本実験に使用したベストフ
ォーカス検出装置の概略図を示す。光学レンズ２の光軸
上に載置台５が配置されており、フォーカス時には、観
測対象物１が載置台５の上に載置される。制御装置４か
らの指示により、載置台５を光軸に沿って図の上下方向
に１μｍ単位で移動させることができる。観測対象物１
から反射した光はレンズ２を通って、２０４８個の光セ
ンサが直線状に配列されたラインセンサ３上に結像す
る。ラインセンサ３の分解能は、１４μｍである。
ォーカス検出装置の概略図を示す。光学レンズ２の光軸
上に載置台５が配置されており、フォーカス時には、観
測対象物１が載置台５の上に載置される。制御装置４か
らの指示により、載置台５を光軸に沿って図の上下方向
に１μｍ単位で移動させることができる。観測対象物１
から反射した光はレンズ２を通って、２０４８個の光セ
ンサが直線状に配列されたラインセンサ３上に結像す
る。ラインセンサ３の分解能は、１４μｍである。
【００３９】ラインセンサ３上に結像すると、各光セン
サ毎に受光量に応じた電気信号が発生し、制御手段４に
入力される。制御手段４は、ラインセンサ３から入力さ
れた電気信号をもとに、式（７）に示す評価関数Ｓを計
算する。観測対象物１を移動させながら、各フォーカス
状態における評価関数Ｓを求める。
サ毎に受光量に応じた電気信号が発生し、制御手段４に
入力される。制御手段４は、ラインセンサ３から入力さ
れた電気信号をもとに、式（７）に示す評価関数Ｓを計
算する。観測対象物１を移動させながら、各フォーカス
状態における評価関数Ｓを求める。
【００４０】図３（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ本実験に
使用した２種類の観測対象物１の断面を示す。図３
（Ｂ）の観測対象物は、シリコン基板１０の表面に直線
状のレジストパターン１１が形成されたものである。レ
ジストパターン１１の幅は４μｍ、厚さは１０００±２
０ｎｍである。図３（Ｃ）の観測対象物は、表面に直線
状のメサ１５が形成されたシリコン基板１２の表面に、
厚さ５４０ｎｍのＡｌ膜１３、及び厚さ１０００±２０
ｎｍのレジスト膜１４を堆積したものである。
使用した２種類の観測対象物１の断面を示す。図３
（Ｂ）の観測対象物は、シリコン基板１０の表面に直線
状のレジストパターン１１が形成されたものである。レ
ジストパターン１１の幅は４μｍ、厚さは１０００±２
０ｎｍである。図３（Ｃ）の観測対象物は、表面に直線
状のメサ１５が形成されたシリコン基板１２の表面に、
厚さ５４０ｎｍのＡｌ膜１３、及び厚さ１０００±２０
ｎｍのレジスト膜１４を堆積したものである。
【００４１】図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図３
（Ｂ）、（Ｃ）に示すウエハのピント合わせを行った時
の評価関数を示す。横軸は観測対象物１の光軸に沿った
変位を表す。１目盛りが１μｍである。縦軸は評価関数
Ｓを相対目盛りで表す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、評価関数Ｓは下に凸の形状を示し、ある位置で最小
値を有する。この最小値を与える点がベストフォーカス
状態である。
（Ｂ）、（Ｃ）に示すウエハのピント合わせを行った時
の評価関数を示す。横軸は観測対象物１の光軸に沿った
変位を表す。１目盛りが１μｍである。縦軸は評価関数
Ｓを相対目盛りで表す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、評価関数Ｓは下に凸の形状を示し、ある位置で最小
値を有する。この最小値を与える点がベストフォーカス
状態である。
【００４２】図３（Ｂ）に示すレジストパターン１１の
ピント合わせを行った場合には、ベストフォーカス状態
からウエハを±３μｍ程度変位させても、光強度分布は
ほとんど変化しなかった。これに対し、評価関数Ｓは、
図４（Ａ）に示すように、ウエハを３μｍ変位させると
大きく変化する。このように、評価関数Ｓを用いること
により、より正確にベストフォーカス状態を検出するこ
とができる。
ピント合わせを行った場合には、ベストフォーカス状態
からウエハを±３μｍ程度変位させても、光強度分布は
ほとんど変化しなかった。これに対し、評価関数Ｓは、
図４（Ａ）に示すように、ウエハを３μｍ変位させると
大きく変化する。このように、評価関数Ｓを用いること
により、より正確にベストフォーカス状態を検出するこ
とができる。
【００４３】図３（Ｃ）に示すようにＡｌ膜１３を全面
に堆積した場合には、フォーカス状態を変化さても人間
の目でその変化を感知することは困難であった。一方、
図４（Ｂ）に示すように、評価関数Ｓを用いることによ
り、±１μｍの精度でベストフォーカス状態を検出する
ことができた。
に堆積した場合には、フォーカス状態を変化さても人間
の目でその変化を感知することは困難であった。一方、
図４（Ｂ）に示すように、評価関数Ｓを用いることによ
り、±１μｍの精度でベストフォーカス状態を検出する
ことができた。
【００４４】図５（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ図３
（Ａ）に示す載置台５を上下に移動した場合の微分光強
度及び相関係数の分布を移動距離２μｍごとに示す。各
図の左側のグラフは微分光強度、右側のグラフは相関係
数の分布を表す。
（Ａ）に示す載置台５を上下に移動した場合の微分光強
度及び相関係数の分布を移動距離２μｍごとに示す。各
図の左側のグラフは微分光強度、右側のグラフは相関係
数の分布を表す。
【００４５】図５（Ｄ）の状態で、評価関数Ｓが最小と
なり、ベストフォーカスであることを示している。ベス
トフォーカス状態からずれると、図５（Ｃ）、（Ｂ）、
（Ａ）の順で、あるいは図５（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）の
順で相関係数の分布のピークの幅が徐々に広がり、評価
関数Ｓが大きくなっていることがわかる。
なり、ベストフォーカスであることを示している。ベス
トフォーカス状態からずれると、図５（Ｃ）、（Ｂ）、
（Ａ）の順で、あるいは図５（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）の
順で相関係数の分布のピークの幅が徐々に広がり、評価
関数Ｓが大きくなっていることがわかる。
【００４６】アライメントマークの画像を肉眼で観察し
ただけでは、図５（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）の状態のう
ち、どの状態がベストフォーカスか確定することはでき
なかった。図５では、ウエハを移動させたときの状態を
２μｍ間隔で示しているが、図５（Ｃ）から図５（Ｅ）
の状態まで１μｍ単位に移動すると、評価関数Ｓは７．
２７、６．８７、６．７６、６．８３、７．２５のよう
に変化した。評価関数Ｓが最小値６．７６となる図５
（Ｄ）の状態がベストフォーカス状態であるということ
がわかる。このように、評価関数Ｓを求めることによ
り、ベストフォーカス状態を容易にかつ精密に検出する
ことができる。
ただけでは、図５（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）の状態のう
ち、どの状態がベストフォーカスか確定することはでき
なかった。図５では、ウエハを移動させたときの状態を
２μｍ間隔で示しているが、図５（Ｃ）から図５（Ｅ）
の状態まで１μｍ単位に移動すると、評価関数Ｓは７．
２７、６．８７、６．７６、６．８３、７．２５のよう
に変化した。評価関数Ｓが最小値６．７６となる図５
（Ｄ）の状態がベストフォーカス状態であるということ
がわかる。このように、評価関数Ｓを求めることによ
り、ベストフォーカス状態を容易にかつ精密に検出する
ことができる。
【００４７】上記実施例で使用した相関係数Ｑ（ｉ）
は、アライメントマークの形状に無関係に、常にｉ＝０
の位置に高さ１のピークを有する。このため、上記実施
例で説明したアルゴリズムは、アライメントマークの形
状に依存しない。また、観測対象物の表面に光学薄膜が
形成されており、干渉現象が発生する場合にも問題なく
適用することができる。
は、アライメントマークの形状に無関係に、常にｉ＝０
の位置に高さ１のピークを有する。このため、上記実施
例で説明したアルゴリズムは、アライメントマークの形
状に依存しない。また、観測対象物の表面に光学薄膜が
形成されており、干渉現象が発生する場合にも問題なく
適用することができる。
【００４８】また、上記実施例によるベストフォーカス
検出装置は、ラインセンサと制御装置以外に特別な装置
を必要としない。従って、マスクアライメント装置に組
み込む場合の設計上の制約も少ない。
検出装置は、ラインセンサと制御装置以外に特別な装置
を必要としない。従って、マスクアライメント装置に組
み込む場合の設計上の制約も少ない。
【００４９】図３（Ａ）のベストフォーカス検出装置を
用いてマスクとウエハの位置合わせを行うためには、例
えば、ラインセンサを像面内の相互に直交する２方向に
配置すればよい。マスク及びウエハのベストフォーカス
状態を検出した後に、それぞれのラインセンサ上に結像
した像の位置合わせを行うことによってウエハ面内の位
置合わせを行うことができる。
用いてマスクとウエハの位置合わせを行うためには、例
えば、ラインセンサを像面内の相互に直交する２方向に
配置すればよい。マスク及びウエハのベストフォーカス
状態を検出した後に、それぞれのラインセンサ上に結像
した像の位置合わせを行うことによってウエハ面内の位
置合わせを行うことができる。
【００５０】なお、マスクとウエハとを同時にベストフ
ォーカス状態にするためには、例えば、レンズの色収差
を利用し、マスクとウエハを２つの異なる波長の光で観
察すればよい。レンズの色収差により、数十μｍの間隔
で配置されたマスクとウエハを同時にラインセンサ上に
結像することができる。
ォーカス状態にするためには、例えば、レンズの色収差
を利用し、マスクとウエハを２つの異なる波長の光で観
察すればよい。レンズの色収差により、数十μｍの間隔
で配置されたマスクとウエハを同時にラインセンサ上に
結像することができる。
【００５１】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
観測対象物の表面状態が悪く、またフォーカスすべきマ
ークの形状が一定でない場合にも、高精度にベストフォ
ーカス状態を検出することができる。
観測対象物の表面状態が悪く、またフォーカスすべきマ
ークの形状が一定でない場合にも、高精度にベストフォ
ーカス状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるベストフォーカス状態検
出方法の原理を説明するための、観測対象物の像の光強
度分布、微分光強度分布及び自己相関関数を示すグラフ
である。
出方法の原理を説明するための、観測対象物の像の光強
度分布、微分光強度分布及び自己相関関数を示すグラフ
である。
【図２】観測対象物の微分光強度分布を一定量シフトさ
せたときの、シフト前とシフト後の分布の相関係数をシ
フト量に対して示すグラフである。
せたときの、シフト前とシフト後の分布の相関係数をシ
フト量に対して示すグラフである。
【図３】本発明の実施例によるベストフォーカス状態検
出装置の概略図、及びベストフォーカス検出実験で使用
した観測対象物の断面図である。
出装置の概略図、及びベストフォーカス検出実験で使用
した観測対象物の断面図である。
【図４】図３の観測対象物のベストフォーカス状態を検
出するための評価関数を示すグラフである。
出するための評価関数を示すグラフである。
【図５】アライメントマークのフォーカスを行う際に、
ウエハを光軸方向に平行に移動したときの微分光強度分
布及び相関係数の分布を移動距離２μｍごとに示すグラ
フである。
ウエハを光軸方向に平行に移動したときの微分光強度分
布及び相関係数の分布を移動距離２μｍごとに示すグラ
フである。
【図６】アライメント誤差のフォーカス依存性を示すグ
ラフである。
ラフである。
１ 観測対象物 ２ 光学レンズ ３ ラインセンサ ４ 制御装置 ５ 載置台 １０、１２ シリコン基板 １１ レジストパターン １３ Ａｌ膜 １４ レジスト膜 １５ メサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−75773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−272531（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−45122（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281855（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239925（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239924（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521
Claims (6)
- 【請求項１】 レンズの光軸上に配置された観測対象物
を前記レンズによって結像させた像の、像面内のある直
線に沿った光強度分布を得る工程と、 前記光強度分布を微分して、微分光強度分布を求める工
程と、 前記微分光強度分布を前記ある直線に沿ってシフトさ
せ、前記微分光強度分布のシフト前の分布とシフト後の
分布との相関係数を求めるとともに、シフト量に対する
相関係数の分布を求める工程と、 前記相関係数の分布をシフト量について積分する工程
と、 前記レンズと前記観測対象物との相対距離を変化させ
て、前記光強度分布を得る工程から前記積分する工程ま
でを繰り返す工程と、 前記積分する工程で求めた積分結果の最小値を検出する
工程とを含むベストフォーカスの検出方法。 - 【請求項２】 前記積分する工程は、前記相関係数が正
の範囲のみ積分する請求項１記載のベストフォーカスの
検出方法。 - 【請求項３】 前記観測対象物は、フォトマスクあるい
は半導体基板である請求項１または２に記載のベストフ
ォーカスの検出方法。 - 【請求項４】 前記相関関数の分布を求める工程の後、
積分する工程の前に、さらに、前記相関関数の分布のピ
ークの高さが一定となるように正規化する工程を含み、
前記積分する工程において、正規化された分布を積分す
る請求項１〜３のいずれかに記載のベストフォーカスの
検出方法。 - 【請求項５】 光学レンズと、 前記光学レンズの光軸上に観測対象物を載置する載置台
と、 前記光学レンズと前記載置台との相対距離を変化させる
ための駆動手段と、 前記光学レンズを通して観測対象物が結像し、像のある
直線に沿った光強度分布信号を発生する受光手段と、 前記光強度分布信号が入力され、入力された光強度分布
信号を微分して、微分光強度分布を求め、前記微分光強
度分布を前記ある直線に沿ってシフトさせ、前記微分光
強度分布のシフト前の分布とシフト後の分布との相関係
数を求めるとともに、シフト量に対する相関係数の分布
を求め、該相関係数の分布をシフト量について積分する
手段とを有するベストフォーカス検出装置。 - 【請求項６】 前記積分する手段が、さらに、前記相関
関数の分布のピークの高さが一定となるように正規化
し、正規化された分布を、シフト量について積分する請
求項５に記載のベストフォーカス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6263779A JP3048857B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | ベストフォーカスの検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6263779A JP3048857B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | ベストフォーカスの検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08124838A JPH08124838A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3048857B2 true JP3048857B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=17394165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6263779A Expired - Fee Related JP3048857B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | ベストフォーカスの検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3048857B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4351108B2 (ja) | 2004-04-07 | 2009-10-28 | 日本電子株式会社 | Ｓｅｍの収差自動補正方法及び収差自動補正装置 |
| AU2009230797B2 (en) * | 2009-10-28 | 2011-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Focus finding and alignment using a split linear mask |
-
1994
- 1994-10-27 JP JP6263779A patent/JP3048857B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08124838A (ja) | 1996-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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