JP4639808B2 - Measuring apparatus and adjustment method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えばウェハ上に形成される各種パターンのアライメント光学系、位置測定光学系に用いる測定装置及びその調整方法に関する。 The present invention relates to an alignment optical system for various patterns formed on, for example, a wafer, a measurement apparatus used for a position measurement optical system, and an adjustment method thereof.
例えばウェハ上に形成される各種パターンの位置測定光学系は、特許文献1にも開示してあるように、従来、図4に示すように、照明光学系、結像光学系、及び画像処理手段からなる。なお、図4は、従来に係り、各種パターンの位置測定光学系の模式図である。
For example, as disclosed in
照明光学系に於いては、光源(ハロゲンランプ)1のフィラメント像は、光源用第1及び第2リレーレンズ2,3にて、光ファイバ4のファイバ入射端面に投影される。この照明光は、光ファイバ4を介して、照明用第1及び第2リレーレンズ5,6にて、照明開口絞り7に投影される。なお、光ファイバ4の出射端面と、照明用第1リレーレンズ6との間には、光学的拡散板(レモンスキン)20が配置されている。
In the illumination optical system, the filament image of the light source (halogen lamp) 1 is projected onto the fiber entrance end face of the
その後、照明用第3リレーレンズ8、視野絞り9、及び照明用第4リレーレンズ10を通り、落射プリズム11にて、90度方向に反射され、結像絞り12、第1対物レンズ13を通り、ウェハ14に照明される。なお、ウェハ14は、移動ステージ16上のウェハホルダー15に載置してあり、ウェハ14には、測定対象パターンが形成してある。
Thereafter, the light passes through the
結像光学系に於いては、ウェハ14の測定対象パターンで反射された光は、再び第1対物レンズ13を通り、結像開口絞り12を通り、落射プリズム11、反射ミラー21、及び第2対物レンズ17を通過後、CCDカメラ18の撮像面にて結像する。
In the imaging optical system, the light reflected by the measurement target pattern on the
画像処理手段に於いては、CCDカメラ18の撮像面に投影された測定対象パターン像をデジタル信号に変換後、その画像は、画像処理部19に送られ、測定対象パターンの位置計側か行われる。
In the image processing means, the measurement target pattern image projected on the imaging surface of the
ところで、上述したような光学顕微鏡を用いた測定装置に於いては、光学系誤差(照明テレセン、結像テレセン、コマ収差)が測定精度に大きく影響する。そのため、これまで精度向上のために、さまざまな調整方法が考えだされてきた。 By the way, in a measuring apparatus using an optical microscope as described above, optical system errors (illumination telecentricity, imaging telecentricity, coma aberration) greatly affect measurement accuracy. Therefore, various adjustment methods have been devised so far to improve accuracy.
例えば、光学系誤差に敏感な照明波長の1/8の段差を有する調整パターンを利用する方法がある。この基準パターンを用いれば、フォーカスオフセット量に対する光学像の対称性の変化から光学系誤差を推測できるため、調整機構部(照明開口絞り7、結像開口絞り12、第2対物レンズ17)を最適な位置に調整することができる。
For example, there is a method of using an adjustment pattern having a step of 1/8 of the illumination wavelength that is sensitive to an optical system error. If this reference pattern is used, the optical system error can be estimated from the change in the symmetry of the optical image with respect to the focus offset amount, so the adjustment mechanism (
しかしながら、光学系に含まれる反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)等については、これまでその総合精度に対する影響が小さく、問題視されてこなかった。
However, the reflection glass parts (the epi-
従来、これらの反射系ガラス部品等については、面精度、寸法精度など、部品単体の精度を管理することで、十分な効果が得られていた。
ところが、近年、半導体デバイスの高集積化、記憶容量の増加に伴って、測定装置に要求される精度が飛躍的に厳しくなり、反射系ガラス部品等の精度を無視することができなくなってきた。 However, in recent years, with the higher integration of semiconductor devices and the increase in storage capacity, the accuracy required for measuring devices has become extremely severe, and the accuracy of reflective glass components and the like cannot be ignored.
よって、反射系ガラス部品等に要求される精度が益々高くなり、製造限界に迫っている。 Therefore, the accuracy required for reflective glass parts and the like is becoming higher and the manufacturing limit is approaching.
例えば、落射プリズム11に関しては、反射面精度、ガラス面精度、屈折率誤差、屈折率ムラ、張り合わせガラスの特性差、接着剤の特性(接着層の厚さ)など、全ての要素が測定精度に影響する。反射ミラー21に関しても、同様に反射面精度が測定精度に影響する。
For example, with respect to the epi-
また、これら反射系ガラス部品等は、光学像面に近く配置される場合は、直接的に光学像の品質(光学像の歪み)に影響し、瞳面付近に配置される場合は、瞳面の品質に影響し、間接的に光学像の品質(光学像の歪み)に影響を及ぼす。 Also, when these reflective glass parts are arranged close to the optical image plane, they directly affect the quality of the optical image (distortion of the optical image), and when placed near the pupil plane, the pupil plane Affects the quality of the image and indirectly affects the quality of the optical image (distortion of the optical image).
例えば、図3(a)は、光学像の状態を示す模式図であり、ウェハ14の位置に、試料(理想格子物体)を載置した時に、CCDカメラ18の撮像面に結像した光学像である。反射系ガラス部品等の面精度の影響により、試料の光学像が歪んでいることが観察される。
For example, FIG. 3A is a schematic diagram showing the state of an optical image, and an optical image formed on the imaging surface of the
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、例えば現状の方式では調整できない反射系ガラス部品等の精度の影響を極力排除して、高集積化や記憶容量の増加の下で、CCDカメラの撮像面に結像する「光学像の歪み」を極力抑えた高精度な測定装置及びその調整方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above. For example, the influence of accuracy such as reflective glass parts that cannot be adjusted by the current method is eliminated as much as possible, and high integration and increase in storage capacity are achieved. An object of the present invention is to provide a highly accurate measuring apparatus and an adjustment method thereof that can suppress “distortion of an optical image” formed on the imaging surface of a CCD camera as much as possible.
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係る測定装置は、試料へ照明光を供給するための光源を有する照明光学系と、
前記試料の光学像を観察する結像光学系と、
前記光学像を撮像手段で取り込み画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面に結像した前記試料の光学像の歪み量を算出する解析手段と、
前記解析手段の解析結果に基づいて、前記照明光学系又は前記結像光学系の光軸上で、入出射面が略平坦であり前記光学像の歪みの要因となる歪み要因光学部品の位置を、前記光学像の位置が変化せず、かつ前記入出射面の反射ポイントがずれるように前記入射出面に平行な方向に移動して調整する位置調整機構と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a measuring apparatus according to
An imaging optical system for observing an optical image of the sample;
An image processing unit that captures the optical image with an imaging unit and performs image processing;
Analyzing means for calculating the distortion amount of the optical image of the sample imaged on the imaging surface of the imaging means;
Based on the analysis result of the analysis means, the position of the distortion factor optical component that has a substantially flat entrance and exit surface and causes distortion of the optical image on the optical axis of the illumination optical system or the imaging optical system. characterized by comprising a position adjusting mechanism for adjusting the no position change of the optical image, and moving in the direction parallel to the entering exit surface so that the reflected point is shifted before entry exit surface.
本発明の請求項2に係る測定装置は、前記歪み要因光学部品は、落射プリズム、反射ミラー、指標板、色補正ガラス、及び前記撮像手段の保護面のうち、何れか少なくとも一つであることを特徴とする。
In the measurement apparatus according to
本発明の請求項3に係る測定装置の調整方法は、試料へ照明光を供給するための光源を有する照明光学系と、
前記試料の光学像を観察する結像光学系と、
前記光学像を撮像手段で取り込み画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面に結像した前記試料の光学像の歪み量を算出する解析工程と、
前記解析工程の解析結果に基づいて、前記照明光学系又は前記結像光学系の光軸上で、入出射面が略平坦であり前記光学像の歪みの要因となる歪み要因光学部品の位置を、前記光学像の位置が変化せず、かつ前記入出射面の反射ポイントがずれるように前記入射出面に平行な方向に移動して調整する位置調整工程と、を備えることを特徴とする。
An adjustment method for a measuring apparatus according to
An imaging optical system for observing an optical image of the sample;
An image processing unit that captures the optical image with an imaging unit and performs image processing;
An analysis step of calculating a distortion amount of the optical image of the sample imaged on the imaging surface of the imaging means;
Based on the analysis result of the analysis step, the position of the distortion factor optical component that has a substantially flat entrance and exit surface and causes distortion of the optical image on the optical axis of the illumination optical system or the imaging optical system. characterized by comprising a position adjustment step of adjusting the no position change of the optical image, and moving in the direction parallel to the entering exit surface so that the reflected point is shifted before entry exit surface.
本発明の請求項4に係る測定装置の調整方法は、前記歪み要因光学部品は、落射プリズム、反射ミラー、指標板、色補正ガラス、及び前記撮像手段の保護面のうち、何れか少なくとも一つであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the measuring apparatus adjustment method, wherein the distortion factor optical component is at least one of an epi-illumination prism, a reflecting mirror, an index plate, color correction glass, and a protective surface of the imaging means. It is characterized by being.
本発明によれば、物体面の検査対象の位置に、試料を載置し、撮像手段の撮像面に結像した試料の光学像の歪み量を算出・解析し、この解析結果に基づいて、照明光学系又は結像光学系の光軸上で、光学像の歪みの要因となる歪み要因光学部品の位置を調整するように構成してあることから、例えば現状の方式では調整できない反射系ガラス部品等の面精度の影響を極力排除して、高集積化や記憶容量の増加の下で、撮像手段の撮像面に結像する「光学像の歪み」を極力抑えた高精度な測定装置を提供することができる。 According to the present invention, the sample is placed at the position to be inspected on the object surface, and the amount of distortion of the optical image of the sample imaged on the imaging surface of the imaging means is calculated and analyzed. Reflective glass that cannot be adjusted by the current method, for example, because it is configured to adjust the position of the distortion factor optical component that causes distortion of the optical image on the optical axis of the illumination optical system or the imaging optical system. A high-precision measuring device that eliminates the effects of surface accuracy of parts, etc. as much as possible, and minimizes the distortion of the optical image that forms an image on the imaging surface of the imaging means with high integration and increased storage capacity. Can be provided.
以下、本発明の実施の形態に係る測定装置及びその調整方法を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a measuring device and an adjustment method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係り、各種パターンの位置測定光学系の模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a position measurement optical system for various patterns according to an embodiment of the present invention.
図2(a)は、位置調整機構の正面図であり、(b)は、その側面図であり、(c)は、その平面図である。 2A is a front view of the position adjusting mechanism, FIG. 2B is a side view thereof, and FIG. 2C is a plan view thereof.
図3(a)は、「光学像の歪み」調整前に於ける光学像の状態を示す模式図であり、(b)は、「光学像の歪み」調整後に於ける光学像の状態を示す模式図である。 FIG. 3A is a schematic diagram showing the state of the optical image before the “distortion of optical image” adjustment, and FIG. 3B shows the state of the optical image after the adjustment of “distortion of optical image”. It is a schematic diagram.
図1に示すように、例えばウェハ上に形成される各種パターンの位置測定光学系は、照明光学系、結像光学系、及び画像処理手段からなる。 As shown in FIG. 1, for example, a position measuring optical system for various patterns formed on a wafer includes an illumination optical system, an imaging optical system, and image processing means.
照明光学系に於いては、光源(ハロゲンランプ)1のフィラメント像は、光源用第1及び第2リレーレンズ2,3にて、光ファイバ4のファイバ入射端面に投影される。この照明光は、光ファイバ4を介して、照明用第1及び第2リレーレンズ5,6にて、照明開口絞り7に投影される。なお、光ファイバ4の出射端面と、照明用第1リレーレンズ6との間には、光学的拡散板(レモンスキン)20が配置されている。
In the illumination optical system, the filament image of the light source (halogen lamp) 1 is projected onto the fiber entrance end face of the
その後、照明用第3リレーレンズ8、視野絞り9、及び照明用第4リレーレンズ10を通り、落射プリズム11にて、90度方向に反射され、結像絞り12、第1対物レンズ13を通り、ウェハ14に照明される。なお、ウェハ14は、移動ステージ16上のウェハホルダー15に載置してあり、ウェハ14には、測定対象パターンが形成してある。
Thereafter, the light passes through the
結像光学系に於いては、ウェハ14の測定対象パターンで反射された光は、再び第1対物レンズ13を通り、結像開口絞り12を通り、落射プリズム11、反射ミラー21、及び第2対物レンズ17を通過後、CCDカメラ18の撮像面にて結像する。
In the imaging optical system, the light reflected by the measurement target pattern on the
画像処理手段に於いては、CCDカメラ18の撮像面に投影された測定対象パターン像をデジタル信号に変換後、その画像は、画像処理部19に送られ、測定対象パターンの位置計側か行われる。
In the image processing means, the measurement target pattern image projected on the imaging surface of the
さて、本実施の形態では、落射プリズム11の位置を調整する位置調整機構30と、反射ミラー21の位置を調整する位置調整機構31とが設けてある。
In the present embodiment, a
なお、図2に、反射ミラー21のための位置調整機構31を例示するが、落射プリズム11のための位置調整機構30についても同様に構成することができる。また、反射ミラー21の位置調整方向は、反射面に沿った方向であり、一方向であるが、二方向であってもよい。
2 illustrates the
位置調整機構30は、図2に示すように、その基本構成部品は、台座部品51、及び移動テーブル52である。
As shown in FIG. 2, the basic components of the
すなわち、台座部品51に対して、移動テーブル52が一方向に移動できるように構成してあり、この移動テーブル52に、反射ミラー21が装着してある。
That is, the moving table 52 is configured to move in one direction with respect to the
この移動テーブル52を調整つまみ55により移動することにより、反射ミラー21の反射ポイントをずらして位置調整を行う。反射ミラー21の位置調整後には、固定ビス53により、移動テーブル52を固定する。
By moving the moving table 52 with the
次に、本実施の形態では、図3(a)は、ウェハ14の位置に、試料(理想格子物体)を載置した時に、CCDカメラ18の撮像面に結像した試料の光学像である。この図3(a)に示すように、この光学像に、歪みが観察された場合には、以下に示すように、反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の位置を調整して、「光学像の歪み」を極力抑制する。
Next, in the present embodiment, FIG. 3A is an optical image of the sample imaged on the imaging surface of the
移動ステージ16上のウェハ14の位置に、その格子形状が予め規定された試料(理想格子物体)を載置すると、この試料の光学像がCCDカメラ18の撮像面に結像される。画像処理部19により、結像した試料の光学像の歪み量を算出・解析する。
When a sample (ideal lattice object) whose lattice shape is defined in advance is placed on the position of the
この際、光学像が図3(a)に示すような光学像41であった場合には、画像処理部19の解析結果に基づいて、光学像41の歪みの要因となる反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の位置を調整する。その結果、図3(b)に示すような「歪みの少ない」光学像42を捜し出し、この状態で、反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の位置を固定する。これにより「光学像の歪み」を極力抑制することができる。
At this time, when the optical image is an
具体的には、CCDカメラ18の撮像面に写し出された試料の光学像を、画像処理部19にて算出・解析を行って、その「光学像の歪み」を定量化する。その数値に対して、許容値内か否かの判定を行う。この定量化及び判定には、所定の評価関数やフローチャートを用いて行うことができる。
Specifically, an optical image of the sample imaged on the imaging surface of the
判定にて、NGとなった場合(光学像の歪みが大きい場合)には、反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の位置調整を行う。
If the determination is NG (when the distortion of the optical image is large), the position of the reflective glass component (the epi-
なお、この調整の際、位置調整方向は、光学像位置がずれないように、反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の反射面方向とする。これは、光学像の状態は、厳密にいえば反射面位置に依存するからである。
In this adjustment, the position adjustment direction is the direction of the reflection surface of the reflective glass component (the epi-
このように、図3(b)のような光学像42を捜し出す作業を、画像処理部19の解析結果を考慮しながら、複数回繰り返し、移動テーブル52の位置を繰り返し調整する。
In this way, the operation of searching for the
その結果、判定にて、OKとなった場合(光学像の歪みが許容値範囲内となった場合)には、移動テーブル52の位置を固定する。これにより、「光学像の歪み」を極力抑制することができる。 As a result, when the determination is OK (when the distortion of the optical image is within the allowable value range), the position of the moving table 52 is fixed. Thereby, “distortion of the optical image” can be suppressed as much as possible.
以上から、本実施の形態によれば、CCDカメラ18の撮像面に結像した試料の光学像の歪み量を算出・解析し、この解析結果に基づいて、照明光学系又は結像光学系の光軸上で、光学像の歪みの要因となる反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の位置を調整するように構成してあることから、現状の方式では調整できない反射系ガラス部品の面精度の影響を極力排除して、高集積化や記憶容量の増加の下で、CCDカメラ18の撮像面に結像する「光学像の歪み」を極力抑えた高精度な測定装置を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the distortion amount of the optical image of the sample imaged on the imaging surface of the
(変形例)
上述した実施の形態では、反射系ガラス部品(落射プリズム11、反射ミラー21)の位置を調整し、その面精度の影響を排除して、CCDカメラ18の撮像面に結像する「光学像の歪み」を抑制しているが、以下に示すように、光学像の歪みの要因となる他の歪み要因光学部品の位置を調整するように構成してあってもよい。この場合にも、この歪み要因光学部品の位置を調整すれば、その影響を極力排除して、「光学像の歪み」を抑えることができる。
(Modification)
In the above-described embodiment, the position of the reflective glass parts (the epi-
なお、光学像の歪みの要因となる歪み要因光学部品は、その入出射面が平坦である光学部品に限られる。これは、その入出射面が曲面であるレンズ等の位置を調整すると、照明光学系又は結像光学系の光軸がずれると共に、収差等が出現する虞れがあるからである。 The distortion factor optical component that causes the distortion of the optical image is limited to an optical component having a flat entrance / exit surface. This is because when the position of a lens or the like whose curved surface is curved is adjusted, the optical axis of the illumination optical system or the imaging optical system is shifted, and aberrations may appear.
例えば、1次像の位置に指標板(ガラス板)を配置し、この指標板の光学的下流側にリレー光学レンズ系を介してCCDカメラを配置している場合、CCDカメラの撮像面に、試料(理想格子物体)の共役な2次光学像と共に、指標板が写し出される。この際、指標板の位置を調整すれば、その影響を極力排除して「光学像の歪み」を抑えることができる。 For example, when an index plate (glass plate) is disposed at the position of the primary image and a CCD camera is disposed on the optical downstream side of the index plate via a relay optical lens system, on the imaging surface of the CCD camera, An indicator plate is projected together with a conjugate secondary optical image of the sample (ideal lattice object). At this time, if the position of the index plate is adjusted, the influence can be eliminated as much as possible to suppress “distortion of the optical image”.
また、照明光学系又は結像光学系の光軸上で、例えば第2対物レンズ17とCCDカメラ18との間に色補正レンズを配置している場合、この色補正レンズの傾斜角度を調整してレンズの色収差等を補正し、これによっても、その影響を極力排除して「光学像の歪み」を抑えることができる。
Further, when a color correction lens is disposed between the second
さらに、CCDカメラの保護面(保護ガラス)の歪みも、「光学像の歪み」に影響を与える虞れがあることから、CCDカメラを、その保護面(保護ガラス)に沿って移動し、その影響を極力排除して「光学像の歪み」を抑えることができる。 Furthermore, since the distortion of the protective surface (protective glass) of the CCD camera may affect the “distortion of the optical image”, the CCD camera is moved along the protective surface (protective glass). It is possible to suppress the “distortion of the optical image” by eliminating the influence as much as possible.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、平面ガラスからなる光学部品による「光学像の歪み」を対象とするもので、例えば撮像面の保護ガラス、偏光板、色フィルターなどがあり、種々変形可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is intended for “distortion of an optical image” by an optical component made of flat glass. There are various modifications.
1 光源(ハロゲンランプ)
2,3 光源用第1及び第2リレーレンズ
4 光ファイバ
5,6 照明用第1及び第2リレーレンズ
7 照明開口絞り
8 照明用第3リレーレンズ
9 視野絞り
10 照明用第4リレーレンズ
11 落射プリズム
12 結像絞り
13 第1対物レンズ
14 ウェハ
15 ウェハホルダー
16 移動ステージ
17 第2対物レンズ
18 CCDカメラ(撮像手段)
19 画像処理部
20 光学的拡散板(レモンスキン)
21 反射ミラー
30,31 位置調整機構
41 光学像(調整前)
42 光学像(調整後)
51 台座
52 移動テーブル
53 固定ビス
55 調整つまみ
1 Light source (halogen lamp)
DESCRIPTION OF
19
21
42 Optical image (after adjustment)
51
Claims (4)
前記試料の光学像を観察する結像光学系と、
前記光学像を撮像手段で取り込み画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面に結像した前記試料の光学像の歪み量を算出する解析手段と、
前記解析手段の解析結果に基づいて、前記照明光学系又は前記結像光学系の光軸上で、入出射面が略平坦であり前記光学像の歪みの要因となる歪み要因光学部品の位置を、前記光学像の位置が変化せず、かつ前記入出射面の反射ポイントがずれるように前記入射出面に平行な方向に移動して調整する位置調整機構と、を備えることを特徴とする測定装置。 An illumination optical system having a light source for supplying illumination light to the sample;
An imaging optical system for observing an optical image of the sample;
An image processing unit that captures the optical image with an imaging unit and performs image processing;
Analyzing means for calculating the distortion amount of the optical image of the sample imaged on the imaging surface of the imaging means;
Based on the analysis result of the analysis means, the position of the distortion factor optical component that has a substantially flat entrance and exit surface and causes distortion of the optical image on the optical axis of the illumination optical system or the imaging optical system. , measured, characterized in that it comprises a position adjusting mechanism for adjusting the no position change of the optical image, and moving in the direction parallel to the entering exit surface so that the reflected point is shifted before entry exit surface apparatus.
前記試料の光学像を観察する結像光学系と、
前記光学像を撮像手段で取り込み画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面に結像した前記試料の光学像の歪み量を算出する解析工程と、
前記解析工程の解析結果に基づいて、前記照明光学系又は前記結像光学系の光軸上で、入出射面が略平坦であり前記光学像の歪みの要因となる歪み要因光学部品の位置を、前記光学像の位置が変化せず、かつ前記入出射面の反射ポイントがずれるように前記入射出面に平行な方向に移動して調整する位置調整工程と、を備えることを特徴とする測定装置の調整方法。 An illumination optical system having a light source for supplying illumination light to the sample;
An imaging optical system for observing an optical image of the sample;
An image processing unit that captures the optical image with an imaging unit and performs image processing;
An analysis step of calculating a distortion amount of the optical image of the sample imaged on the imaging surface of the imaging means;
Based on the analysis result of the analysis step, the position of the distortion factor optical component that is substantially flat on the optical axis of the illumination optical system or the imaging optical system and causes the distortion of the optical image is determined. , measured, characterized in that it comprises a position adjustment step of adjusting the no position change of the optical image, and moving in the direction parallel to the entering exit surface so that the reflected point is shifted before entry exit surface Device adjustment method.
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