JPH04158203A - パターンの位置ずれ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 本発明は物体の表面に形成されたパターンの位置ずれ測
定装置に関し、 パターンの位置ずれを、−度に高精度に測定する事を目
的とし、 １個の対物レンズ手段と接眼レンズを含む第１の画像入
力手段と第２の画像入力手段から構成された光学系に於
いて、該対物レンズが対向する被測定物体の表面から反
射される光りが該対物レンズを介して該第１と第２の画
像入力手段に於けるそれぞれの接眼レンズに同時に供給
される様に構成されており、且つ、該各画像入力手段に
は、焦点調整手段が含まれており、又、該光学系とは独
立した、該対物レンズ手段と該被測定物体の表面との距
離を調整しう調整手段が設けらる様に構成する。

［産業上の利用分野〕 本発明は、物体の表面に形成されたパターンの位置ずれ
測定装置に関するものである。

〔従来の技術］ 本発明に係る物体の表面に形成されたパターンの位置ず
れ測定装置は、適宜の被測定物体の表面に形成された任
意の複数のパターン間に於いて、所定の位置に当該パタ
ーンが所定の関係を持って、配列形成されているが否が
を測定するものである。

係る技術分野に於いては、特に近年になって、半導体、
更にはＬＳＩの製造工程に於いて、基板上に形成される
各種の構造、即ち、トランジスタ、ダイオード等の形成
の為、ウェル部分の形成、絶縁膜の形成或いはその部分
的な除去、コンタクトホールの形成、ゲートやベースの
配置等に於いて、各部分の形成位置は厳密に管理される
必要があり、その為、各必要部分の相互位置関係を所定
の関係に維持する事が重要になって来ている。

特に、係る半導体の分野に於いては、各工程毎に前の工
程で製造された、第１の層に形成された１つのパターン
と次工程に於いて形成される第２の層に形成されるパタ
ーンとが予め定められた所定の位置関係に有るがどうか
を厳密に測定し管理する必要がある。

例えば、第１の層の第１のパターンと第２の層の第２の
パターンとの中心が一致している必要のある場合に、当
該各パターンの中心位置を測定して、両パターン間にず
れが存在するか否かを判断し、許容範囲を越えるずれが
存在する場合には、その半導体装置そのものを不良品と
して、その後の製造工程から除外する処置がとられる事
になる。

従って、係る被測定物体の表面に形成される複数のパタ
ーン間の位置ずれを高精度で効率良く測定する装置が要
求されてきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

処で、従来に於いては、係るパターンの位置ずれ測定装
置としては、第２図に示す様に、被測定物体４０の表面
に対向する１つの対物レンズ手段７と該対物レンズ手段
７に対向した１つの接眼レンズ６が設けられているのみ
であるので、当該被測定物体２０の表面に２個の高さが
異なるパターン８と９が存在している場合には、先ず、
例えばパターン８について該接眼レンズ６の焦点ｆ１を
合わせ、それに基づいて画像入力手段４を介して適宜の
画像処理手段４０で当該パターン８に関して所定の画像
処理を実行し、次いで該接眼レンズ６の焦点ｆ＋を他の
パターン９に合わせて、上記と同様の処理を実行し、そ
の両者を比較して各パターン間で中心位置のずれが有る
か否かを判断している。

然かしながら、係る方法においては、測定の為の工程が
増えるので時間が係る為、測定コストが高くなると言う
欠点があった。

又、別の方法として、上記の２段差のある２つのパター
ン８．９に対し、それぞれの高さの中間位置に該接眼レ
ンズ６の焦点を合わせて、両パターンを別々の測定する
事も行われているが、係る方法に於いては、測定精度が
高くなく、実用的な方法とは言えない。

本発明の目的は、係る従来の欠点を解決し、複数のパタ
ーンを同時に測定することによって、両パターンに関す
る位置ずれを高精度に且つ短時間Ｓこ実行することによ
って、測定コストを大幅に減少させる事の出来る物体の
表面に形成されたパターンの位置ずれ測定装置を提供す
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載され
たような技術構成を採用するものである。

即ち、本発明に於けるパターンの位置ずれ測定装置は基
本的には、１個の対物レンズ手段と接眼レンズを含む第
１の画像入力手段と第２の画像入力手段から構成された
光学系に於いて、該対物レンズが対向する被測定物体の
表面から反射される光りが該対物レンズを介して該第１
と第２の画像入力手段に於けるそれぞれの接眼レンズに
同時に供給される様に構成されており、且つ、該各画像
入力手段には、焦点調整手段が含まれており、又、該光
学系とは独立した、該対物レンズ手段と該被測定物体の
表面との距離を調整しう調整手段が設けられている測定
装置である。

〔作　　用］ 本発明に於ける物体の表面に形成されたパターンの位置
ずれ測定装置に於いては、上記した様な構成を持ってい
るので、被測定物体の表面に形成された２種類のパター
ン８．９を同時に第１と第２の画像入力手段で個々に読
み取り、画像処理手段によって解析を実行するものであ
る。

〔実施例〕

以下に、本発明に係る物体の表面に形成されたパターン
の位置ずれ測定装置の具体例を図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は、本発明に係る物体の表面に形成されたパター
ンの位置ずれ測定装置の原理説明図であり又本発明に係
る当該位置ずれ測定装置の一具体例を示す図である。

第１図から明らかな通り、該パターンの位置ずれ測定装
置は、１個の対物レンズ手段７と接眼レンズ５を含む第
１の画像入力手段３と接眼レンズ６を含む第２の画像入
力手段４から構成された光学系３０に於いて、該対物レ
ンズ７が対向する被測定物体２０の表面から反射される
光が該対物レンズ７を介して該第１と第２の画像入力手
段３．４に於けるそれぞれの接眼レンズ５．６に同時に
供給される様に構成されており、且つ、該各画像入力手
段３．４には、焦点調整手段２２．２３及び適宜の受光
手段２４．２５が含まれている。

又、該装置には、該光学系３０とは独立した、該対物レ
ンズ手段７と該被測定物体２０の表面との距離りを調整
しう調整手段２６が設けられているものである。

本発明に於いて使用される被測定物体２０としては、そ
の表面に適宜の互いに異なるパターンが形成されている
物であれば、如何なる物体であっても使用しえるもので
あり、特に好ましくは、半導体チップ、半導体装置であ
る。

この場合に於いては、該半導体装置の表面に形成されて
いる複数のパターン８と９は、その製造工程に於ける前
の工程で製造された第１のパターン８とその次の工程で
製造された第２のパターン９で有っても良い。

係る場合には、当該パターン８と９とは通常その高さが
異なっている。

本発明に於ける該装置に於いて、該光学系３０に入射さ
れ、当該被測定物体の表面を照射する光ビームを発生さ
せる光ａ！１０と該被測定物体の表面から反射された光
ビームを第１の画像入力手段３と第２の画像入力手段４
とに同時に入射させる為のハーフミラ−１及び２が該対
物レンズ手段と該画像入力手段の該接眼レンズとの間に
設けられている。

更に、本発明に係る該第１の画像入力手段３と第２の画
像入力手段５には例えばＣＯＤと称される受光素子から
構成される受光手段２４．２５と該接眼レンズ５と６の
焦点を調整させる焦点調整手段２２と２３がそれぞれ設
けられている。

該第１の画像入力手段３の接眼レンズ５は、例えば、該
被測定物体２０の表面に形成された第１のパターン８の
表面に焦点が合う様に調整され、又該第２の画像入力手
段４の接眼レンズ６は、該被測定物体２０の表面に形成
された第２のパターン９の表面に焦点が合う様に調整さ
れる。

又、本発明に係る上記装置に於いて、該第１と第２の画
像入力手段に於ける受光手段２４．２５は、適宜の画像
処理手段４０に接続されており、該画像処理手段４０に
於いて、々受光手段２４．２５から出力された、各パタ
ーンに関する情報に基づいて画像処理を行うものである
。

一方、本発明に於いては、上記の光学系３０とは別に、
独立して作動する該対物レンズ手段７と該被測定物体２
０の表面との距離りを調整しう調整手段２６が設けられ
ており、該調整手段２６は該光学系３０と所定の位置関
係を維持しながら上下に移動しうる様に構成されており
、当該被測定物体の表面に光ビームを照射する光源部１
１と、該被測定物体２０の表面から反射した光ビームを
受光して当該被測定物体の表面の高さ方向の位置を算出
する位置センサー１２、及び、該光源部１１から該被測
定物体の表面を介して該位置センサー１２に至る光ビー
ム経路を形成する為の、光ビーム経路屈折用ミラー１３
．１３゛　とで構成されている。

本発明に於いては、先ず、該調整手段２６を使用して該
対物レンズ手段７と該被測定物体２ｏの表面との間の間
隔りを所定の距離に設定する。

該距離は特に限定されるものでは無いが、好ましくは、
前記接眼レンズ５及び６の焦点調整可能な範囲内に設定
する事が好ましい。

係る設定を行う事によって、当該光学系３０は該被測定
物体２０の表面を絶えず一定の制御された状態で観察測
定出来、更には当該接眼レンズ５．６の焦点調整を容易
に且つ精度の高いものとする事が出来る、従って、常に
高さに異なる被測定物体２０の表面パターンをベストフ
ォーカスの状態で測定する事が出来る。

次いで、本発明に於いては、測定しようとする被測定物
体２０の各パターン８．９の基準となるパターンを当該
光学系３０に設定し、第１のパターン８の表面に該第１
の画像入力手段３の接眼レンズ５の焦点を合わせる。

その後、第２のパターン９の表面に第２の画像入力手段
４に於ける接眼レンズ６の焦点を合わせる。

かくの如く、両方の接眼レンズ５．６の焦点を設定して
おく事によって、以後実際のサンプルである被測定物体
２０を該光学系３０にセットし、順次その表面の各パタ
ーン８．９を観察する場合、ある所定領域に於ける、所
定のパターン群８．９は常に同時に第１と第２の画像入
力手段３．４によりベストフォーカスで当該パターンを
認識する事が出来る。

かくして、第１と第２の画像入力手段３．４により得ら
れた画像情報は該画像処理手段４ｏで適宜の画像処理手
法を用いて解析を行い、両パターンの中心を演算で求め
、その結果から、両パターン８．９の相互のずれを検出
するものである。

本発明に於いては、上記の画像処理方法は特に限定され
るものではなく、従来公知の画像処理方法を用いる事が
出来る。

例えば、上記の様にして、各パターン８．９の画像が該
画像処理手段４０で同時にえられたとすると、先ず第１
のパターン８について、当該パターン８に関し予め定め
られた複数の基準パターン、例えばテンプレートと称さ
れる基準パターンを幾つか用意しておき、上記処理によ
り得られたパターン８の画像と該複数の基準パターンと
をそれぞれパターン認識手法を活用して比較して、その
中で最も誤差の少ない当該基準パターンを選択し、その
基準パターンの中心部を当該パターン８の中心部の真価
と決定する。

同様に、第２のパターン９に関しても同じ手法を用いて
、パターン９の中心部の真価をい求め、その両者を比較
して、両パターン８．９が互いにその中心位置がずれて
いるか否かを判断するものである。

係る測定に於いて、両パターン８．９の中心位置が、許
容される範囲を逸脱している場合には、そのパターンを
持つ被測定物体２０は不良品として除外する事も有りう
る。

上記した本発明に係る物体の表面に形成されたパターン
の位置ずれ測定方法を具体的に示すならば、 該被測定物体の基準となる物体の適宜の表面と該対物レ
ンズ手段との間隔を所定の値に設定する第１の工程、 該物体の第１のパターンの表面に第１の画像入力手段の
接眼レンズの焦点を合わせる第２の工程、該物体の第２
のパターンの表面に第２の画像入力手段の接眼レンズの
焦点を合わせる第３の工程、当該被測定物体の表面に適
宜の光を照射させ、その反射光を該対物レンズを介して
該第１と第２の画像入力手段に同時に入射させる第４の
工程、該各画像入力手段からの画像情報に基づいて、第
１と第２の各パターンを解析し、基準パターンと比較処
理する事によって、各パターンの真の中心値を求める第
５の工程、 及び両者の真の中心値から、当該量パターンのずれ量を
算出する第６の工程 とから構成されているものである。

本発明に於いては、上記した通り、同一のパターン群を
有する被測定物体に於ける各パターンの位置ずれを検出
する場合には、当初に於いて、基準パターンを用いて所
定の条件を設定すれば、他のパターンを有する被測定物
体２０を測定する迄、その後の工程中では特に上記の設
定された各条件の修正を行う必要が無い。

〔発明の効果〕

本発明に於いては、上記した通り、特に高さに差の有る
２つのパターン間の位置ずれを測定する場合に、２個の
接眼レンズを設け、個々の接眼レンズによって、それぞ
れのパターンを同時に且つベストフォーカスの状態で検
出して、各パターン間の位置ずれを高精度で測定する事
が出来ると共に、一つの被測定物体を短時間で迅速に且
つ効率的に測定する事が可能であるので、位置ずれ測定
に要するコストを大幅に削減する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る物体の表面に形成されたパターン
の位置ずれ測定装置の原理説明図であり又−具体例を示
す図である。 第２図；ま従来の物体の表面に形成されたパターンの位
置ずれ測定装置の例を示す図である。 １．２−−−−−−ハーフミラ−１ ３−−−−−−−第１の画像入力手段、４−−−−−−
一第２の画像入力手段、５．６・−−−−−一接眼レン
ズ、 ７−−−−−・一対物レンズ手段、 ８．９・−・・−パターン、 １０．１１−・−光源、 １２−−−−−−一位置センサ、 １３．１４−・・・−ミラー、 ２０−−−−−−一被測定物体、 ２２．２３−−−−−−一焦点調整手段、２４．２５−
−−−−−一受光素子、 ２６−・−調整手段、 ３０−−−−−−一光学系、 ４０−・−画像処理手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１個の対物レンズ手段と接眼レンズを含む第１の画
   像入力手段と第２の画像入力手段から構成された光学系
   に於いて、該対物レンズが対向する被測定物体の表面か
   ら反射される光が該対物レンズを介して該第１と第２の
   画像入力手段に於けるそれぞれの接眼レンズに同時に供
   給される様に構成されており、且つ、該各画像入力手段
   には、焦点調整手段が含まれており、又、該光学系とは
   独立した、該対物レンズ手段と該被測定物体の表面との
   距離を調整しう調整手段が設けられている事を特徴とす
   る物体の表面に形成されたパターンの位置ずれ測定装置
   。 ２、該第１の画像入力手段の接眼レンズは、該被測定物
   体の表面に形成された第１のパターンの表面に焦点が合
   う様に調整され、又該第２の画像入力手段の接眼レンズ
   は、該被測定物体の表面に形成された第２のパターンの
   表面に焦点が合う様に調整されている事を特徴とする請
   求項１記載の位置ずれ測定装置。 ３、該対物レンズ手段と該画像入力手段の該接眼レンズ
   との間に、ハーフミラーが設けられている事を特徴とす
   る請求項１記載の物体の表面に形成されたパターンの位
   置ずれ測定装置。 ４、１個の対物レンズ手段と接眼レンズを含む第１の画
   像入力手段と第２の画像入力手段から構成された光学系
   に於いて、該対物レンズが対向する被測定物体の表面か
   ら反射される光りが該対物レンズを介して該第１と第２
   の画像入力手段に於けるそれぞれの接眼レンズに同時に
   供給される様に構成されており、且つ、該各画像入力手
   段には、焦点調整手段が含まれており、又、該光学系と
   は独立した、該対物レンズ手段と該被測定物体の表面と
   の距離を調整しう調整手段が設けられていると共に、該
   第１と第２の画像入力手段に接続された画像処理手段と
   からなる物体の表面に形成されたパターンの位置ずれ測
   定装置に於いて、該被測定物体の基準となる物体の適宜
   の表面と該対物レンズ手段との間隔を所定の値に設定す
   る第１の工程、該物体の第１のパターンの表面に第１の
   画像入力手段の接眼レンズの焦点を合わせる第２の工程
   、該物体の第２のパターンの表面に第２の画像入力手段
   の接眼レンズの焦点を合わせる第３の工程、当該被測定
   物体の表面に適宜の光りを照射させ、その反射光を該対
   物レンズを介して該第１と第２の画像入力手段に同時に
   入射させる第４の工程、該各画像入力手段からの画像情
   報に基づいて、第１と第２の各パターンを解析し、基準
   パターンと比較処理する事によって、各パターンの真の
   中心値を求める第５の工程、及び両者の真の中心値から
   、当該量パターンのずれ量を算出する第６の工程とから
   構成されている事を特徴とする物体の表面に形成された
   パターンの位置ずれ方法。