JP3606410B2 - Vertical illumination setting device for epi-illumination optical system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、落射照明光学系における垂直照明設定装置に関し、詳しくは、ウエハ上に形成された各種のパターンの相互間の位置ずれ量、いわゆるレジストレーションを測定する位置ずれ量測定装置において、落射照明測定光学系の照射光の垂直度を検出してそれが垂直になるように調整することができるような垂直照明設定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ICの製造においては、表面が平滑なサブストレートのウエハに対して、各種のパターンが形成される。これらのパターンは相互間の位置が正確に形成されることが必要であって、既形成パターンと次に形成するパターンとの間で、その相互間の位置ずれ量、いわゆるレジストレーションが精密に測定されている。
例えば、これは、ある半導体製造工程において、マスク等を介して露光により形成されたレジストパターンとその1つ前の工程ですでに形成されている、エッチングされたパターンとの位置ずれ量をレジストレーション測定装置(位置ずれ量測定装置)により高精度に測定することによる。
【0003】
近年、16Mから64M、256Mと、DRAMの記憶容量の飛躍的な増加に伴い、この位置ずれ量の測定検査がますます重要となってきている。高密度の記憶容量を持つDRAMを製造するには、露光装置の検出光学系の調整、そして、検出光学系の中心とウエハ上の各チップの中心とが高精度に位置決めされる必要があるが、従来のこの位置決めは、ウエハの面の中心と露光装置の光学系の対物レンズの中心、リレーレンズ、そして位置合わせマークを検出するCCDなどの検出器の中心をレーザ光によりこれらが一致するように位置合わせすることによる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
レジストレーション測定装置の測定光学系は、通常、落射照明により対物レンズを介してウエハ等の試料に照射されるので、前記の中心合わせや各種の位置合わせは、この落射照明光学系を介して行われる。この落射照明光学系は、同時に検出光学系を兼ねているので、これの垂直照明が正確に垂直に設定されていないと高い精度での位置合わせや検出ができない。
落射照明光学系を試料に垂直に位置合わせする位置調整は従来から行われているが、それは、試料を何回か測定してその実測値の傾向から経験的に照明光の垂直性を判断して調整しているのが現状である。例えば、10サンプル以上のサンプルを最初に測定して、その結果に応じて調整がなされ、それの繰り返しになる。そこで、垂直性の調整が数時間以上に亙ることになる。しかも、それが完全に垂直に調整されているかは不明である。すなわち、落射照明光の垂直性の調整には熟練を要し、かつ、時間がかかる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、数量的に垂直度を検出して落射照明の状態を実質的に垂直に設定することができる落射照明光学系における垂直照明設定装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明の落射照明光学系における垂直照明設定装置の特徴は、対物レンズの焦点と共役関係にある照明光学系の光路の位置に光を透過させる開口を有する開口絞りと、試料が画素の配列方向に対して直行する方向にパターンを有していて開口を移動させてパターンに対して試料面上での第1および第2の落射照明位置で落射照明を行い、焦点の位置をパターン近傍でパターンに対して垂直方向に所定量移動させて、複数の焦点位置のそれぞれにおいて得られるパターンのエッジからの反射光の光学センサの検出信号に基づきこの検出信号に対応する画素位置を算出し、第1の落射照明位置および第2の落射照明位置のそれぞれにおける所定量移動に応じた画素位置の変化量と第1の落射照明位置および第2の落射照明位置とにより実質的に画素位置が変化しない試料面上での落射照明位置を求め、この位置に対応するように開口絞りを設定するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
この発明の垂直照明設定の原理について、まず、図7に従って説明すると、対物レンズ1を介して検査領域のパターン9aの映像をそのまま一次元光学センサ上に結像させてパターン映像を採取すると仮定する。このような場合において、照明光がウエハ9に対して実質的に垂直になっているときには、図(a)に示すように、ウエハ9上のパターン9aに対する焦点合わせ位置の前後に対物レンズ係を移動させてもウエハ9上に形成されたパターン9aの映像の位置はあまりずれることはない。したがって、一次元光学センサ上でのエッジの受光位置(●で示す位置)はほとんど変化しない。
一方、照明光がウエハに対して斜め照射されているときには、図(b)に示すように、焦点合わせ位置の前後に焦点を移動させた場合にウエハ9上に形成されたパターン9aの映像の受光位置が焦点位置の移動に応じて移動するので、一次元光学センサ上でのエッジの受光位置(●)が焦点位置の移動に応じて変化する。
【0007】
そこで、前記の構成のように、対物レンズの焦点位置と共役関係に配置した照明光学系の開口絞り(ピンホール)の位置をウエハ上での第1の落射照明位置に設定してウエハへの照明光を傾斜させてパターンに対する合焦位置の前後に焦点を移動してエッジ検出信号の受光位置の変化量を採取し、前記の傾斜とは逆方向になるウエハ上での第2の落射照明位置に開口絞りを設定して同様にエッジ位置の変化量を採取して、これら2つのエッジ位置の変化量と第1,第2の落射照明位置との関係により照射光が垂直になる開口絞りのウエハ上での落射照明位置を算出して、そこの位置に対応する位置に開口絞りを設定することで照射光を試料に対して垂直にすることができる。
【0008】
【実施例】
図1は、この発明の落射照明光学系における垂直照明設定装置を適用した一実施例のレジストレーション測定装置の説明図であり、図2は、各ピント合わせ位置におけるウエハ上のパターン検出信号とCCDセンサの画素位置との関係の説明図、図3は、傾斜照明におけるパターンのエッジからの反射光受光位置の検出についての位置変化の説明図、図4は、CCDセンサの検出信号を微分した場合のエッジ検出信号についてのウエハ上のパターンに対する合焦位置とその前後の検出レベルについての説明図、図5は、垂直照明設定処理のフローチャート、そして、図6は、傾斜照明における各ピント合わせ位置と画素番号との関係の説明図である。
【0009】
100は、レジストレーション測定装置であって、1は、落射照明を行い、ウエハ9からの反射光をCCDリニアセンサ10とCCDリニアセンサ11に送る対物レンズである。この対物レンズ1の中心に位置合わせされて、リレーレンズ2a,シリンドリカルレンズ2b(X軸方向)、リレーレンズ3a,シリンドリカルレンズ3b(Y軸方向)が設けられている。なお、CCDリニアセンサ10とCCDリニアセンサ11は、レジストレーション測定における位置ずれ量を検出するために設けられた、前記の光学系を介して反射光を受光するX軸方向およびY軸方向の検出器である。
【0010】
4は、ハーフミラーであって、X方向とY方向との検出系にウエハ9からの反射光を分離する。5は、照明光学系であって、光源50と、光路の途中に設けられたファイバ52と、照明光を絞る絞り機構53、視野絞り54、そして、ハーフミラー55と、これら各要素に対応して設けられた集光あるいは平行光を発生するレンズ系とからなる。7は、ウエハチャック、8は、ウエハチャック7をXYZ方向に移動させるXYZ移動ステージ、9は、ウエハチャック7にチャックされた垂直性検査用のウエハである。
【0011】
この実施例では、照明光学系5の絞り機構53の開口(ピンホール)の位置を垂直性検査用のウエハ9の表面に採られたXY座標系におけるX,Y方向に移動させる開口位置移動機構60が設けられている。これは、制御装置20により移動機構等駆動回路14を介して駆動される。これにより照射光の中心位置をウエハ9上でのX,Y方向に二次元移動させて垂直性の測定とその調整をする。
なお、垂直性検査用のウエハ9は、対物レンズ1の軸と直角になるように配置され、表面に平行に所定の幅でエッジングされた短冊状のパターンがその表面に形成されている。また、絞り機構53の開口の径は、1.0mmφ程度のピンホール(アパーチャストップ)になっている。
【0012】
まず、制御装置20は、後述する垂直照明設定処理のほかに、A/D変換回路(A/D)15は、制御装置20により制御されてCCDリニアセンサ10,11の検出信号をデジタル化して制御装置20に送出する。
【0013】
制御装置20は、画像メモリ16、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)17、フォーカスコントローラ18、MPU19、そしてメモリ21等で構成され、バス22を介してMPU19と画像メモリ16、DSP17、フォーカスコントローラ18、メモリ21等が相互に接続されている。
A/D15は、CCDリニアセンサ10,11からの検出信号を受け、所定のサンプリング周期でA/D変換したデータを画像メモリ16に送出する。画像メモリ16は、A/D15からのデータを順次記憶する。
【0014】
DSP17は、MPU19に制御されて画像メモリ16のデジタルデータを受けてこれからずれ量ΔX(ΔY)を高速に算出して、算出結果をMPU19に送出する。これは、ずれ量算出専用のプロセッサである。フォーカスコントローラ18は、MPU19に制御されてCCDリニアセンサ10,11、A/D15、画像メモリ16を制御し、画像メモリ16からのデータを受けてXYZ移動ステージ8をZ方向に移動させて焦点合わせを行う。なお、前記のずれ量ΔX(ΔY)の算出処理については、発明に直接関係していないので割愛する。
メモリ21には、エッジ画素位置検出プログラム21a、開口絞り位置調整プログラム21b、垂直照明設定プログラム21c、そしてマークのずれ量測定プログラム21d等が設けられている。
23は、制御装置20からの制御信号に応じてXYZ移動ステージ8をX,Y,Zの方向に移動させる駆動信号をXYZ移動ステージ8に送出するステージ駆動回路である。
【0015】
さて、前記のエッジ画素位置検出プログラム21aは、MPU19がこれを実行することでCCDセンサから検出信号を取込む処理をして画像メモリ16に記憶された、A/D変換されたパターンからの反射光についての検出データ(検出信号の電圧値)を読み出して取込み、このデータに対して微分処理をして検査用ウエハ9に形成されたパターンのエッジ部分の信号(ここでは一方のエッジからの反射光受光信号)に対応するピークを微分処理することにより求めて、このピーク位置に対応する画素番号(画素位置)を検出するプログラムである。なお、ここでの画素位置は、画素位置の変位量を求める関係から相対的な位置でよく、画像メモリ16に記憶されたそのときの焦点合わせをした視野における受光信号全体においてカウントされる単なるカウント値を検出位置とすることでもよい。そこで、この位置は、ピーク値が得られた画像メモリ16上のデータの位置から簡単に得ることができる。
開口絞り位置調整プログラム21bは、MPU19がこれを実行することで開口位置移動機構60を駆動して絞り機構53の開口(ピンホール)の位置をウエハ9の表面上におけるX、Y方向に移動させるプログラムである。
【0016】
垂直照明設定プログラム21cは、MPU19がこれを実行することで前記の開口絞り位置調整プログラム21bをコールして開口位置を所定のXY座標に設定して、パターンに対する合焦位置を中心にしてその前後に移動させて検出値を得て、次に前記のエッジ画素位置検出プログラム21aをコールして各焦点移動位置におけるエッジ受光位置の画素番号を検出し、開口位置の座標とエッジ受光位置の変位量とに基づき落射照明のウエハ9上の位置を算出して、その位置になるように開口(ピンホール)の位置を設定するプログラムである。
【0017】
図2は、各ピント合わせ位置におけるウエハ上のパターン検出信号とCCDセンサの画素位置との関係を示すものであって、9aは、検査用のウエハ9に形成されたパターンの1つを断面で表している。このパターン9aの断面がX方向の断面であるとすると、CCDリニアセンサ10により受光したパターン9aの検出信号が10aである。もちろん、これは、Y方向の断面である場合には、CCDリニアセンサ11による信号になる。以下の説明では、このX方向のCCDリニアセンサ10による検出信号を例として説明するが、X方向の移動とY方向の移動とは独立にできるので、Y方向にあって以下の説明はそのまま適用することができる。
【0018】
さて、図2の(a)〜(g)は、それぞれ垂直状態で落射照明がなされているときの対物レンズ1の位置を順次ウエハ9側に下げていったときの焦点位置(点線)とその右側に対応して示すそのときのパターン9aの検出信号の状態である。パターン9aに対して点線で示す位置が対物レンズ1の焦点位置とすると、各検出信号10aは、図示のように順次変化していく。ここで、各検出信号の右側に示す矢印を付けた位置は、パターン9aの右側エッジの中央部分に相当する。この位置に着目して対物レンズ1の焦点位置の移動との関係をみると、検出信号の波形は変化するが、パターン9aに対して照明光がほぼ垂直状態になっていると、矢印で示すエッジの位置には実質的な変化は少ない。したがって、CCDリニアセンサ10とすると、矢印で示すエッジの位置に対応する信号(エッジ検出信号)の画素位置はあまり変化しない。
【0019】
しかし、次の図3の(i)〜(iii)に示すように、対物レンズ1からの照明光が斜めになると、前ピント位置と合焦位置、後ピント位置で示すように、反射光Rの方向が同じ方向になっていても、合焦位置前後のピント位置での反射光Rを合焦位置に移して点A,Bとして発生させると分かるように、前ピント位置の反射光Rは、合焦位置のパターン9aのエッジ部分の後ろの山の部分に入り込み(点A参照)、後ピント位置の反射光Rは、合焦位置のパターン9aのエッジの手前の谷の部分に入り込む(点B参照)。したがって、それぞれの位置でのエッジからの反射光Rを受光するCCDリニアセンサ10の画素位置は、図3の(iv)のエッジについての検出信号10b,10c,10dとして示すように異なってくる。
【0020】
これらの検出信号10b〜10dは、得られた検出信号を微分処理することにより容易に得ることができる。すなわち、CCDリニアセンサの検出信号のうち前記の図2の矢印の位置で示すエッジ検出信号を微分処理した場合の検出信号であって、この検出信号の微分処理と焦点位置との検出レベルについての説明図が図4である。この微分処理は、前記のエッジ画素位置検出プログラム21aにより行われ、これによりピーク位置が求められて画素位置(画素番号)が算出される。
なお、図4の縦軸は、dV/dnであって画素に対する微分電圧値であり、横軸は対物レンズ1の高さであり、グラフにおける各点の(a)〜(g)は、それぞれ図2の(a)〜(g)の各焦点位置に対応している。図に示されるように、焦点をずらせても微分処理をすればエッジからの反射光受光位置に対応して検出信号(エッジ検出信号)を得ることができる。
【0021】
次に、照明光の垂直照明設定処理について図5に従って説明する。
MPU19は、垂直照明設定プログラム21cを実行して垂直照明設定処理に入る。そして、まず、開口絞り位置調整プログラム21bをコールしてMPU19がこのプログラムを実行し、開口位置移動機構60を駆動して絞り機構53の開口(ピンホール)の位置をウエハ9の表面上におけるX、Y方向において座標(x1,y1)の落射照明位置に対応する位置に移動させる(ステップ101)。ここで、座標(x1,y1)は、キーボードより入力されてもよいし、あらかじめメモリ21にパラメータとして記憶されていてもよい。また、実際にエッジ検出信号の画素を得るのは、CCDリニアセンサ10上の画素、すなわち、X方向だけであるので、Y座標については特別な値を採る必要はない。
これにより図7の(b)に示すように対物レンズ1からウエハ9に対して傾斜した光束が照射される。
【0022】
次に、フォーカスコントローラ18を制御してウエハ9に焦点合わせをし(ステップ102)、対物レンズ1を所定量上昇させて図3の(a)に対応するような前ピント位置に設定する(ステップ103)。そして、移動ステップ変数mをm=1(初期値)に設定する(ステップ104)。次にエッジ画素位置検出プログラム21aをコールしてMPU19に実行させて、図3の(a)の位置に対応する焦点位置において、CCD検出信号の取込み処理をして、パターン9aの矢印で示すエッジ受光位置についてCCDリニアセンサ10のエッジ画素番号を算出し(ステップ105)、この画素番号をメモリ21の所定の領域のm番目(最初は1番目)の位置に記憶する(ステップ106)。次に、焦点移動終了か否かを前記変数m>=60か否かにより判定をする(ステップ107)。mが59以下の場合には、NOとなり、mをm=m+1としてインクリメントして(ステップ108)、ステップ105へと戻り、再び、エッジ位置に対応する画素番号を算出して、メモリ21の所定の領域のm番目に記憶する。このようにしてm=60になり、60ステップ分の画素番号が得られると、ステップ107の判定において、YESとなり、現在の落射照明(開口絞りの位置)の座標値が(x1,y1)か否かにより、検出処理終了か否かの判定を行う(ステップ109)。
【0023】
最初は、ここでYESとなると、再び、開口絞り位置調整プログラム21bをコールしてMPU19がこのプログラムを実行し、開口位置移動機構60を駆動して絞り機構53の開口の位置をウエハ9の表面上におけるX、Y方向において落射照明座標(x2,y2)の位置に対応する位置に移動させる(ステップ110)。なお、座標(x2,y2)もキーボードより入力されてもよいが、あらかじめメモリ21にパラメータとして記憶されている値が引かれて、x2=x1−k1,y2=y1−k2により算出される。ここで、k1,k2は、座標(x2,y2)が前記の座標(x1,y1)における対物レンズ1の照射光の傾斜とは逆の傾斜になるような座標が選択されるような値である。
このステップ110の後にステップ102へと戻り前記と同様な処理を行う。なお、1ステップの焦点移動距離は、ここでは、例えば、0.1μmであって、60ステップの移動により6μm程度高さ方向に焦点が移動する。
このような処理の結果、最初の座標(x1,y1)における傾斜照明における各ピント合わせ位置と画素番号との関係は、図6の(a)に示すところになる。その横軸は画素番号nであり、縦軸が焦点位置のステップ数mである。また、次の座標(x2,y2)における傾斜照明における各ピント合わせ位置と画素番号との関係は、図6の(b)に示すところである。同様にその横軸は画素番号であり、縦軸が焦点位置のステップ数mである。
【0024】
さて、前記のステップ109における検出処理終了か否かの判定によりNOとなると、次にステップ111へと移行して垂直照射位置の算出が行われる。これは、まず、座標(x1,y1)における画素番号の変位量A1(図6(a)参照)を算出し、次に、座標(x2,y2)における画素番号の変位量A2(図6(b)参照)を算出するものである(ステップ111)。次に、X方向の座標値x1,x2と前記のA1,A2とから次の式によりX方向の設定位置xが算出される(ステップ112)。
x=(A1x2−A2x1)/(A1−A2)
これは、図6(c)に示すように、画素の変位量が“0”になるようなX座標を求めることである。
【0025】
このようにして求められた設定値xに基づいて次に開口絞り位置調整プログラム21bをコールしてMPU19がこのプログラムを実行し、開口位置移動機構60を駆動して絞り機構53の開口(ピンホール)の位置をウエハ9の表面上におけるX、Y方向において落射照明座標(x,y1)の位置に対応する位置に移動させる(ステップ113)。
これによりX方向の対物レンズ1の照射光を実質的に垂直な照明になるように調整することができる。
その後に、ステップ113において落射照明位置のX座標を求められた値xに固定するように開口を設定する。さらに、y座標をy3にして座標(x,y3)に設定してY方向について、同様に、ステップ102からステップ113までの処理を行う。このとき、図2に示すパターン9aがY方向に直角なパターンとなり、ステップ105においては、矢印で示すエッジからの反射光についてCCDリニアセンサ11のエッジ画素番号mを算出することになる。そして、ステップ106においてはこのY方向の画素番号mをメモリ21の所定の領域のm番目(最初は1番目)の位置に記憶する。このような処理によりY方向においても傾斜のない落射照明位置yを求める。
【0026】
そして、最後に、ステップ112において、Y方向の設定値yをy=(A3y3−A4y4)/(A3−A4)から求める。なお、y3,y4は、それぞれY方向に採られた2点の落射照明座標値であり、A3,A4は、これら2点のそれぞれにおけるY方向の画素変位量である。
これにより、先のステップ113においては、開口位置移動機構60を駆動して絞り機構53の開口(ピンホール)の位置をウエハ9の表面上におけるX、Y方向において落射照明の位置が座標(x,y)の位置になるような、これに対応する位置に移動させる。
このことで、X,Y方向での落射照明の垂直設定を終了する。
【0027】
以上説明してきたが、実施例では、ウエハにおける凸型のパターンを使用して説明しているが、凹型のパターンのエッジであってもよいことはもちろんである。また、試料は、液晶基板等であってもよく、ウエハに限定されないことももちろんである。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したようなこの発明によれば、対物レンズの焦点位置と共役関係に配置した照明光学系の開口絞り(ピンホール)の位置をウエハ上での第1の落射照明位置に設定してウエハへの照明光を傾斜させてパターンに対する合焦位置の前後に焦点を移動してエッジ検出信号の受光位置の変化量を採取し、前記の傾斜とは逆方向になるウエハ上での第2の落射照明位置に開口絞りを設定して同様にエッジ位置の変化量を採取して、これら2つのエッジ位置の変化量と第1,第2の落射照明位置との関係により照射光が垂直になる開口絞りのウエハ上での落射照明位置を算出して、そこの位置に対応する位置に開口絞りを設定するようにしているので、照射光を試料に対して垂直な落射照明にすることができる。
その結果、短時間に確実にしかも熟練を要することなく、自動的に落射照明光学系における照明を垂直に設定できることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の落射照明光学系における垂直照明設定装置を適用した一実施例のレジストレーション測定装置の説明図である。
【図2】図2は、各ピント合わせ位置におけるウエハ上のパターン検出信号とCCDセンサの画素位置との関係の説明図である。
【図3】図3は、傾斜照明におけるパターンのエッジからの反射光受光位置の検出についての位置変化の説明図である。
【図4】図4は、CCDセンサの検出信号を微分した場合のエッジ検出信号についてのウエハ上のパターンに対する合焦位置とその前後の検出レベルについての説明図である。
【図5】図5は、垂直照明設定処理のフローチャートである。
【図6】図6は、傾斜照明における各ピント合わせ位置と画素番号との関係の説明図であって、(a)は、最初の落射照明位置における測定値の説明図、(b)は、次の落射照明位置における測定値の説明図、(c)は、垂直な落射照明位置の求め方についての説明図である。
【図7】図7は、測定原理の説明図であって、(a)は、垂直な落射照明とエッジの受光位置の説明図、(b)は、傾斜した落射照明とエッジ受光位置の説明図である。
【符号の説明】
1…対物レンズ、2a,3a…リレーレンズ、
2b,3b…シリンドリカルレンズ、
4,55…ハーフミラー、5…照明光学系、
7…ウエハチャック、8…XYZ移動ステージ、9…ウエハ、
10,11…CCDリニアセンサ、15…A/D変換回路(A/D)、
16…画像メモリ、17…高速数値演算プロセッサ、
18…フォーカスコントローラ、19…MPU、
20…制御装置、21…メモリ、22…バス、
21a…エッジ画素位置検出プログラム、
21b…開口絞り位置調整プログラム、
21c…垂直照明設定プログラム、
21d…マークのずれ量測定プログラム、
30…レジストレーションパターン、
50…光源、51…光量調整フィルタ、52…ファイバ、
53…絞り機構、54…視野絞り、
60…開口位置移動機構。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical illumination setting device in an epi-illumination optical system, and more particularly, to a misalignment measuring device for measuring misregistration amounts between various patterns formed on a wafer, so-called registration. The present invention relates to a vertical illumination setting device capable of detecting a vertical degree of irradiation light of a measurement optical system and adjusting the detection light to be vertical.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor ICs, various patterns are formed on a wafer having a smooth surface. The positions of these patterns must be accurately formed, and the amount of misalignment between them, the so-called registration, is precisely measured between the pre-formed pattern and the next pattern to be formed. Has been.
For example, in a certain semiconductor manufacturing process, the amount of misalignment between a resist pattern formed by exposure through a mask or the like and an etched pattern already formed in the previous process is registered. By measuring with high accuracy by a measuring device (position displacement measuring device).
[0003]
In recent years, with a dramatic increase in the storage capacity of DRAM from 16M to 64M, 256M, measurement and inspection of this misregistration amount has become increasingly important. In order to manufacture a DRAM having a high storage capacity, it is necessary to adjust the detection optical system of the exposure apparatus and position the center of the detection optical system and the center of each chip on the wafer with high accuracy. In this conventional positioning, the center of the wafer surface and the center of the objective lens of the optical system of the exposure apparatus, the relay lens, and the center of a detector such as a CCD for detecting the alignment mark are aligned by laser light. By aligning with.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the measurement optical system of the registration measuring apparatus is normally irradiated to a sample such as a wafer through an objective lens by epi-illumination, the center alignment and various alignments are performed through the epi-illumination optical system. Is called. Since this epi-illumination optical system also serves as a detection optical system at the same time, alignment and detection with high accuracy cannot be performed unless the vertical illumination of the epi-illumination optical system is accurately set vertically.
The position adjustment for aligning the epi-illumination optical system perpendicularly to the sample has been conventionally performed. This is because the sample is measured several times, and the perpendicularity of the illumination light is determined empirically from the tendency of the measured values. The current situation is adjusting. For example, 10 or more samples are measured first, adjustments are made according to the results, and this is repeated. Therefore, the vertical adjustment will take several hours or more. Moreover, it is unclear whether it is perfectly adjusted vertically. In other words, adjustment of the verticality of the epi-illumination light requires skill and takes time.
An object of the present invention is to solve such a problem of the prior art, and an epi-illumination optical system capable of detecting the vertical degree quantitatively and setting the state of the epi-illumination to be substantially vertical. A vertical illumination setting device is provided.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the vertical illumination setting device in the epi-illumination optical system of the present invention is characterized by an aperture having an aperture that transmits light to the position of the optical path of the illumination optical system that is conjugate with the focal point of the objective lens. The aperture has a pattern in a direction perpendicular to the pixel array direction and the aperture is moved to perform epi-illumination on the pattern at first and second epi-illumination positions on the sample surface. The focus position is moved by a predetermined amount in the vicinity of the pattern in the direction perpendicular to the pattern, and this detection signal is handled based on the detection signal of the optical sensor reflected from the edge of the pattern obtained at each of the multiple focus positions. The pixel position to be calculated is calculated, and the change amount of the pixel position according to the movement of the predetermined amount at each of the first epi-illumination position and the second epi-illumination position, the first epi-illumination position and the second Substantially determine the epi-illumination position on the specimen surface where the pixel position is not changed by the epi-illumination position is for setting the aperture stop so as to correspond to this position.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The principle of the vertical illumination setting according to the present invention will be described first with reference to FIG. 7. It is assumed that the image of the
On the other hand, when the illumination light is obliquely applied to the wafer, an image of the
[0007]
Therefore, as described above, the position of the aperture stop (pinhole) of the illumination optical system arranged in a conjugate relationship with the focal position of the objective lens is set as the first epi-illumination position on the wafer, so that The incident light is tilted to move the focal point before and after the in-focus position with respect to the pattern, the amount of change in the light receiving position of the edge detection signal is sampled, and the second epi-illumination on the wafer in the direction opposite to the tilt. An aperture stop is set at the position, and the amount of change in the edge position is sampled in the same manner, and the aperture stop in which the irradiation light is vertical due to the relationship between the change amount of these two edge positions and the first and second incident illumination positions. By calculating the epi-illumination position on the wafer and setting the aperture stop at a position corresponding to that position, the irradiation light can be made perpendicular to the sample.
[0008]
【Example】
FIG. 1 is an explanatory diagram of a registration measuring apparatus according to an embodiment to which a vertical illumination setting apparatus in an epi-illumination optical system according to the present invention is applied. FIG. 2 shows a pattern detection signal on a wafer and a CCD at each focus position. FIG. 3 is an explanatory view of the relationship with the pixel position of the sensor, FIG. 3 is an explanatory view of the position change for detecting the reflected light receiving position from the edge of the pattern in inclined illumination, and FIG. FIG. 5 is a flowchart of the vertical illumination setting process, and FIG. 6 is each focus position in inclined illumination. FIG. It is explanatory drawing of the relationship with a pixel number.
[0009]
[0010]
A half mirror 4 separates reflected light from the
[0011]
In this embodiment, an opening position moving mechanism for moving the position of the aperture (pinhole) of the
The
[0012]
First, in addition to the vertical illumination setting process described later, the
[0013]
The
The A / D 15 receives detection signals from the CCD
[0014]
The
The
A
[0015]
The edge pixel position detection program 21a executes the reflection process from the A / D-converted pattern stored in the
The aperture stop
[0016]
When the
[0017]
FIG. 2 shows the relationship between the pattern detection signal on the wafer and the pixel position of the CCD sensor at each focus position. 9a is a cross-sectional view of one of the patterns formed on the
[0018]
2 (a) to 2 (g) show focal positions (dotted lines) when the position of the objective lens 1 is lowered to the
[0019]
However, as shown in (i) to (iii) of FIG. 3 below, when the illumination light from the objective lens 1 becomes oblique, the reflected light R as shown by the front focus position, the focus position, and the rear focus position, as shown in FIG. Even if the directions are the same, the reflected light R at the front focus position is generated as the points A and B are generated by moving the reflected light R at the focus position before and after the focus position to the focus position. The reflected light R at the rear focus position enters the valley portion before the edge of the
[0020]
These detection signals 10b to 10d can be easily obtained by differentiating the obtained detection signals. That is, it is a detection signal when the edge detection signal indicated by the position of the arrow in FIG. 2 among the detection signals of the CCD linear sensor is subjected to differentiation processing, and the detection level between the detection processing of the detection signal and the focus position is as follows. FIG. 4 is an explanatory diagram. This differentiation process is performed by the edge pixel position detection program 21a, whereby the peak position is obtained and the pixel position (pixel number) is calculated.
The vertical axis in FIG. 4 is dV / dn and is a differential voltage value with respect to the pixel, the horizontal axis is the height of the objective lens 1, and (a) to (g) of each point in the graph are respectively This corresponds to each of the focal positions in FIGS. As shown in the figure, a detection signal (edge detection signal) can be obtained corresponding to the position where the reflected light is received from the edge by performing differentiation even if the focus is shifted.
[0021]
Next, the vertical illumination setting process of illumination light will be described with reference to FIG.
The
As a result, as shown in FIG. 7B, an inclined light beam is irradiated from the objective lens 1 to the
[0022]
Next, the
[0023]
Initially, when YES is determined here, the aperture stop
After
As a result of such processing, the relationship between each focus position and the pixel number in the tilted illumination at the first coordinates (x1, y1) is as shown in FIG. The horizontal axis is the pixel number n, and the vertical axis is the step number m of the focal position. Further, the relationship between each focus position and the pixel number in the inclined illumination at the next coordinates (x2, y2) is as shown in FIG. 6B. Similarly, the horizontal axis is the pixel number, and the vertical axis is the step number m of the focal position.
[0024]
If the determination in
x = (A1x2-A2x1) / (A1-A2)
This is to obtain an X coordinate such that the displacement amount of the pixel becomes “0” as shown in FIG.
[0025]
Based on the set value x thus determined, the aperture stop
Thereby, the irradiation light of the objective lens 1 in the X direction can be adjusted so as to be substantially vertical illumination.
Thereafter, in
[0026]
Finally, in
Thus, in the
This completes the vertical setting of the epi-illumination in the X and Y directions.
[0027]
As described above, in the embodiment, the description is made using the convex pattern on the wafer, but it is needless to say that the edge of the concave pattern may be used. Of course, the sample may be a liquid crystal substrate or the like and is not limited to a wafer.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, the position of the aperture stop (pinhole) of the illumination optical system arranged in a conjugate relationship with the focal position of the objective lens is set as the first epi-illumination position on the wafer. By tilting the illumination light toward the pattern, the focal point is moved before and after the focus position with respect to the pattern, and the amount of change in the light receiving position of the edge detection signal is sampled. The aperture stop is set at the epi-illumination position, and the amount of change in the edge position is sampled in the same manner, and the irradiation light becomes vertical due to the relationship between the variation in these two edge positions and the first and second epi-illumination positions. The position of the epi-illumination on the wafer of the aperture stop is calculated, and the aperture stop is set at a position corresponding to the position, so that the illumination light can be made perpendicular to the sample. .
As a result, it is possible to automatically set the illumination in the epi-illumination optical system to be vertical without fail and without requiring skill.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a registration measuring apparatus according to an embodiment to which a vertical illumination setting apparatus in an epi-illumination optical system according to the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a relationship between a pattern detection signal on a wafer and a pixel position of a CCD sensor at each focus position.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a change in position with respect to detection of a reflected light receiving position from an edge of a pattern in inclined illumination.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an in-focus position with respect to a pattern on a wafer and detection levels before and after the edge detection signal when a detection signal of a CCD sensor is differentiated.
FIG. 5 is a flowchart of a vertical illumination setting process.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the relationship between each focusing position and pixel number in tilted illumination, where (a) is an explanatory diagram of measured values at the first epi-illumination position, and (b) is The explanatory diagram of the measured value at the next epi-illumination position, (c) is an explanatory diagram on how to obtain the vertical epi-illumination position.
7A and 7B are explanatory diagrams of a measurement principle, in which FIG. 7A is an explanatory diagram of vertical epi-illumination and an edge light receiving position, and FIG. 7B is an explanation of an inclined epi-illumination and an edge light receiving position; FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... objective lens, 2a, 3a ... relay lens,
2b, 3b ... cylindrical lens,
4, 55 ... half mirror, 5 ... illumination optical system,
7 ... wafer chuck, 8 ... XYZ moving stage, 9 ... wafer,
10, 11 ... CCD linear sensor, 15 ... A / D conversion circuit (A / D),
16 ... Image memory, 17 ... High-speed numerical processor,
18 ... focus controller, 19 ... MPU,
20 ... Control device, 21 ... Memory, 22 ... Bus,
21a ... Edge pixel position detection program,
21b ... aperture stop position adjustment program,
21c ... Vertical illumination setting program,
21d ... Mark shift amount measurement program,
30 ... Registration pattern,
50 ... Light source, 51 ... Light quantity adjustment filter, 52 ... Fiber,
53 ... Aperture mechanism, 54 ... Field stop,
60: Opening position moving mechanism.
Claims (2)
前記対物レンズの焦点と共役関係にある照明光学系の光路の位置に光を透過させる開口を有する開口絞りと、
前記試料が前記画素の配列方向に対して直行する方向にパターンを有していて前記開口を移動させて前記パターンに対して前記試料面上での第1および第2の落射照明位置で前記落射照明を行い、前記焦点の位置を前記パターン近傍で前記パターンに対して垂直方向に所定量移動させて、複数の焦点位置のそれぞれにおいて得られる前記パターンのエッジからの反射光の前記光学センサの検出信号に基づきこの検出信号に対応する前記画素位置を算出し、前記第1の落射照明位置および第2の落射照明位置のそれぞれにおける前記所定量移動に応じた画素位置の変化量と前記第1の落射照明位置および第2の落射照明位置とにより実質的に画素位置が変化しない前記試料面上での落射照明位置を求め、この位置に対応するように前記開口絞りを設定する落射照明光学系における垂直照明設定装置。An optical system that includes a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction so that reflected light from the sample is incident on the sample via the objective lens of the epi-illumination optical system and reflected from the sample via the objective lens. In the measuring device or inspection device detected by the sensor,
An aperture stop having an aperture that transmits light to the position of the optical path of the illumination optical system in a conjugate relationship with the focal point of the objective lens;
The sample has a pattern in a direction perpendicular to the pixel arrangement direction, the opening is moved, and the epi-illumination is performed at first and second epi-illumination positions on the sample surface with respect to the pattern. Illumination is performed, and the position of the focal point is moved by a predetermined amount in the direction perpendicular to the pattern in the vicinity of the pattern, and the optical sensor detects the reflected light from the edge of the pattern obtained at each of a plurality of focal positions. The pixel position corresponding to the detection signal is calculated based on the signal, and the amount of change in the pixel position according to the predetermined amount movement at each of the first epi-illumination position and the second epi-illumination position and the first An epi-illumination position on the sample surface where the pixel position does not substantially change depending on the epi-illumination position and the second epi-illumination position is obtained, and the aperture stop is set so as to correspond to this position. Setting the vertical illumination setting device in epi-illumination optical system.
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