JPH05256607A

JPH05256607A - 座標測定機の位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH05256607A
Application number: JP4052416A
Authority: JP
Inventors: Eiji Matsubara; 永侍松原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】パターンエッジ形成状態にかかわらず確実に
位置ずれ量を検出し測定精度の向上を図った座標測定機
の位置合せ装置を提供する。【構成】位置合せすべき試料１を搭載する可動テーブ
ル２〜６と、前記試料の画像を得るための撮像手段２５
と、該撮像手段により得た画像から前記試料の位置情報
を得るための画像処理手段４８とを具備し、該位置情報
に基づいて前記試料の位置合せを行なうように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターンが形成された
試料のパターン位置座標を測定検査するための座標測定
機に関し、特に測定すべき試料の位置合せ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体あるいは液晶デバイス製造用露光
装置においては、所定の回路パターンが形成されたマス
クやレチクルを露光照射してパターンをウエハ等の基板
上に焼付けて転写し、基板上に回路を形成する。このよ
うなマスク、レチクルあるいはウエハ等の試料は製造
後、そのパターン形成精度等が要求される精度を満たし
ているか否か等が検査される。このような検査は、座標
測定機により、試料に形成されたパターン位置（座標）
を測定することにより行なわれる。測定すべき試料は、
座標測定機のホルダ上に搭載され所定の基準位置に位置
合せされた後各パターンの線幅、平行度、基準点からの
距離等が測定される。

【０００３】図８は従来の座標測定機で用いられていた
試料の位置合せ装置の構成を示す説明図である。（ａ）
は装置の側面およびブロック構成を示し、（ｂ）は装置
の上面を示す。被測定試料（マスク、レチクルまたはウ
エハ）１はホルダ２上に真空吸着される。ホルダ２は水
平面（ＸＹ平面）に垂直なＺ軸廻りに回転可能なθテー
ブル３上に支持される。θテーブル３は試料支持台４を
介してＹ方向に移動可能なＹテーブル５およびＸ方向に
移動可能なＸテーブル６上に搭載される。試料１を保持
するホルダ２の上方には、Ｙ方向走査用レーザ光源７お
よびＸ方向走査用レーザ光源８が設けられる。９、１０
はそれぞれＹ方向およびＸ方向のレーザ光源７、８によ
り試料１上に照射されたレーザ光の反射散乱光を検出す
るための光電変換素子等からなる光検出器である。ホル
ダ２の真空吸着手段を開閉するための電磁弁やθテーブ
ル３およびＸ、Ｙ各テーブル６、５を駆動するための各
々のモータ等を含む駆動装置１１は駆動回路１２により
作動が制御される。駆動回路１２はＣＰＵ１３により予
め定められたプログラムに従ってシーケンス制御され
る。

【０００４】上記構成の従来の位置合せ装置により試料
１の位置合せを行なう方法の一例を図９を用いて説明す
る。この例は、試料１に形成された所定のパターン１
５、１６のＸ方向のエッジラインを座標測定機のＸテー
ブル移動方向（Ｘ方向）と完全に一致させるように試料
１を位置決めする例である。まず、レーザ光源７からの
レーザ光１４により、試料１上のパターン１５を矢印Ｂ
のようにＹ方向に走査する。パターン１５のエッジ部で
は反射散乱光の状態が変化するため、光検知器９の出力
は、図中１７で示すように、エッジの位置でパルス状に
変化した波形の検出信号となる。次に、レーザ光１４を
矢印Ａのように所定の距離だけ移動し、パターン１６を
同様に矢印ＣのようにＹ方向に走査する。これにより、
光検知器９は、パターンエッジの位置に対応した波形の
検出信号１８を出力する。これらの検出信号１７、１８
の例えばパターン内側のエッジに対応した波形部の位置
を比較することにより、Ｙ方向についてその差（ずれ
量）が求まる。このＹ方向ずれ量とレーザ光のＸ方向移
動量とからパターンのＸ方向に対する角度ずれが算出さ
れる。この角度ずれを所定の許容範囲内とするように、
θテーブル３を回転させることにより、試料１のパター
ンをＸ方向に完全（許容範囲内）に平行に配置する。

【０００５】上記レーザ光を用いた位置合せ方法につい
てさらに説明する。まず、試料の回転方向位置合せにつ
いて説明する。ここで回転方向位置合せとは、試料搭載
テーブルの横または縦方向（ＸまたはＹ方向）の移動に
対し、これと同方向に形成されているパターンを平行に
位置合せするものである。これは、前述と同様にレーザ
光源７（または８）のレーザ光を使用し、ある点Ｐ１付
近でテーブルを数ｍｍだけＹ（またはＸ）方向に移動さ
せ、この移動に伴う試料からの散乱光情報（Ｉｎｆｏ−
１）を取込む。次に、１０数ｍｍだけＸ（またはＹ）方
向にテーブルを移動させ（移動量ｌｓ）、上記と同様に
レーザ光源７（または８）のレーザ光を使用し、その点
Ｐ２付近でテーブルを数ｍｍだけＹ（またはＸ）方向に
移動させ、この移動に伴う試料からの散乱光情報（Ｉｎ
ｆｏ−２）を取込む。

【０００６】２点Ｐ１、Ｐ２での散乱光情報Ｉｎｆｏ−
１、Ｉｎｆｏ−２の差の相関を行ない、Ｐ１とＰ２のＹ
（またはＸ）方向のずれ量ｌ_H（またはｌ_V）を求める。
以上のｌｓとｌ_H（またはｌ_V）とから、この試料のテー
ブルのＹ（またはＸ）方向の移動に対するずれ量を求
め、回転方向位置合せを行なう。次に、ＸＹ方向位置合
せについて説明する。ここでＸＹ方向位置合せとは、同
種類の試料を複数枚測定する場合において、各試料の同
一パターンをテーブル絶対座標系上で同一位置と座標認
識ができることを言う。

【０００７】これは、まず回転方向の位置合せをした後
予め基準となる試料の散乱光情報とその位置情報をＸ、
Ｙ両方向について取込んでおき、それぞれＩｎｆｏ−ｘ
−ｍ、Ｉｎｆｏ−ｙ−ｍとおく。まずＸ方向の情報を取
り出す。レーザ光源８からのレーザ光を使い、その情報
があるはずの位置でテーブルをＸ方向に移動させて散乱
光情報Ｉｎｆｏ−ｘ−ｏを得る。以上のＩｎｆｏ−ｘ−
ｍとＩｎｆｏ−ｘ−ｏとからＸ方向のずれ量Ｇａｐ−ｘ
を求める。

【０００８】次に、Ｙ方向の情報を取り出す。レーザ光
源７からのレーザ光を使い、その情報があるはずの位置
でテーブル移動をＹ方向に行ない散乱光情報Ｉｎｆｏ−
ｙ−ｏを得る。以上のＩｎｆｏ−ｙ−ｍとＩｎｆｏ−ｙ
−ｏとからＹ方向のずれ量Ｇａｐ−ｙを求める。これら
のずれ量に基づいてＸＹテーブルを駆動しパターンを座
標測定機上で所定位置に整合するように位置補正を行な
う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のレーザ光を照射しその反射散乱光を検出して検出信
号同士の比較に基づいて位置補正量を算出する方法にお
いては、情報のサンプリングを行なう点Ｐ１、Ｐ２（図
９のパターン１５、１６のパターンエッジに対応）にお
ける反射光状態がパターンエッジの形成状態等により微
妙に異なるため、図９の検出信号１７、１８の波形が完
全に同一とはならない。従って両方の波形の位置的ずれ
を計測する場合に比較すべき位置が定まらず計測値に誤
差を生じたりあるいは位置合せそのものができなくなる
場合があった。

【００１０】またこのように同一波形が得られないこと
に起因して、補正ずれ量の検出精度に限度があり、回転
方向位置合せでは±４μｍ／１００ｍｍ、ＸＹ方向位置
合せでは±４μｍまでの精度しか得られず、近年の微細
回路パターンの要求を満足できない場合があった。本発
明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、
パターンエッジ形成状態にかかわらず確実に位置ずれ量
を検出し測定精度の向上を図った座標測定機の位置合せ
装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る座標測定機の位置合せ装置は、位置合
せすべき試料を搭載する可動テーブルと、前記試料の画
像を得るための撮像手段と、該撮像手段により得た画像
から前記試料の位置情報を得るための画像処理手段とを
具備し、該位置情報に基づいて前記試料の位置合せを行
なうように構成している。

【００１２】

【作用】撮像手段により試料のパターン形成面の画像を
撮影してフレームメモリ等に記憶させ、これを画像処理
することにより所定のパターンの位置情報を求め、この
位置情報に基づいてパターン位置ずれ量を算出し、この
ずれ量をなくすように試料を移動して位置補正を行ない
パターンを所定の基準位置に整合させる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る座標測定機の位
置合せ装置の構成を示すブロック図である。この座標測
定機は、予め位置合せに必要な所定のパターン（アライ
メントマーク）の位置情報等を入力するためのマンマシ
ンインターフェイス１９と、所定のプログラムに基づい
て位置合せのシーケンス制御を行なうホストコンピュー
タ２０と、ホストコンピュータ２０の指令に応じてＸＹ
テーブルやθテーブル等の駆動装置１１の作動を制御す
る電気系ユニット２１と、Ｘテーブル６およびＹテーブ
ル５の移動に応じその位置を計測するためのレーザ干渉
計２２と、画像信号を得るためのＣＣＵ（Camera Contr
ol Unit)と、画像を表示するテレビ画面（ＩＴＶ）２４
とを有し、さらにホルダ２上に真空吸着された試料１を
撮影するためのＣＣＤや撮像管等からなる撮像手段２５
を備えている。レーザ干渉計２２は、Ｘ、Ｙ各テーブル
５、６の駆動モータ（パルスモータ）に連結され、ＸＹ
テーブル５、６上に固定したミラー（図示しない）にレ
ーザ光を照射しその反射光をＸ、Ｙ各テーブルの駆動モ
ータに同期して検出することによりＸＹテーブルの各方
向の位置を計測する。

【００１４】本発明においては、さらに撮像手段２５に
より撮影した試料１の画像を画像処理してアライメント
マークの位置情報を得るための画像処理ユニット４８を
備えている。この画像処理ユニット４８は、デジタル信
号処理装置（ＤＳＰ）２６と、画像処理に必要なプログ
ラムを格納し画像処理のシーケンス制御を行なうための
ＣＰＵ２７と、干渉計２２との間で座標情報の入出力を
行なうためのパラレルＩ／Ｏ２８と、画像入出力装置お
よび画像を一旦記憶するフレームメモリからなる画像記
憶手段２９と、画像処理工程において各種データを記憶
するハードディスク３０とにより構成される。

【００１５】次に上記構成の画像処理ユニットを備えた
位置合せ装置による試料１の位置合せ方法の一例につい
て説明する。レチクル等の試料１には、図２に示すよう
に、露光転写すべき回路パターンの他に露光装置での位
置合せのためのアライメントマークＰ１、Ｐ２が左右２
ヵ所に形成されている。図３はこのアライメントマーク
の拡大図である。十字形のアライメントマークの線幅は
約数１０μｍ、長さは約数ｍｍである。左右の各アライ
メントマークＰ１、Ｐ２の中心位置３３の座標、Ｐ１
（Ｘ_p1,Ｙ_p1）、Ｐ２（Ｘ_p2,Ｙ_p2）および線幅の値をマ
ンマシンインターフェイス１９を介して予めホストコン
ピュータ２０に入力し登録しておく。各アライメントマ
ークＰ１、Ｐ２は所定のシーケンスに従って、撮像手段
２５、ＣＣＵ２３を介して画像処理ユニット４８内の画
像記憶手段２９のフレームメモリにその画像が格納され
る。この画像はＩＴＶ２４に表示されオペレータにより
観察され確認される。ＣＰＵ２７はフレームメモリ内に
格納された静止画像をＤＳＰ２６を用いて以下に説明す
る所定のシーケンスに従って画像処理を行なう。画像の
各アライメントマークは図３の矢印Ｄ、Ｅに示すように
Ｘ、Ｙ方向に走査されエッジ３４、３５の座標が検出さ
れこれらを用いて以下の説明のように位置合せが行なわ
れる。

【００１６】撮像手段２５の画面の移動、即ちＸＹテー
ブル６、５の移動量は干渉計２２により計測される。図
４は試料１上の撮像手段の視野である画面３６の位置を
示す。干渉計２２によりこの画面３６の中央点３７の座
標がモニタされ、パラレルＩ／Ｏ２８を介して画像処理
ユニット４８へ送られる。画像処理ユニット４８はこの
画面中央位置座標データおよびこれとは独立のフレーム
メモリ内の静止画像データとを用いてアライメントマー
クのエッジの位置検出の演算処理を行なう。

【００１７】画像処理による位置合せは、まず図５に示
すような、低倍率の画面３６とした状態で粗い位置合せ
が行なわれ、続いて画面３６の倍率を切換えて図６に示
すような高倍率とした状態で精密な位置合せが行なわれ
る。なお、図中矢印は画像中のアライメントマークの走
査方向を示し、ＥＬＹ１は低倍でのアライメントマーク
Ｐ１のエッジＹ座標を表し、ＥＨＹ１は高倍でのアライ
メントマークＰ１のエッジＹ座標を表す。

【００１８】図７はこの画像処理のフローチャートであ
る。ステップ３８から４２までは低倍画面での位置合せ
シーケンスであり、ステップ４３から４７までは高倍画
面での位置合せシーケンスである。まず、試料の左側の
アライメントマークＰ１のエッジ位置ＥＬＹ１を検出す
る（ステップ３８）。続いて画面を移動し、右側のアラ
イメントマークＰ２のエッジ位置ＥＬＹ２を検出する
（ステップ３９）。さらにこの右側のアライメントマー
クＰ２のＸ方向のエッジ位置ＥＬＸ２（図３参照）を検
出する（ステップ４０）。上記ステップ３８、３９で求
めたＹ方向エッジ位置データの差および画面３６の移動
量からＸ方向の移動に対する２つのアライメントマーク
の平行度のずれが算出され、このずれ量に応じてθテー
ブル３を回転し試料１のθ回転補正が行なわれる（ステ
ップ４１）。これにより、試料１に形成されたアライメ
ントマークＰ１、Ｐ２のＸ方向のエッジラインは座標測
定機のＸテーブル６の移動方向と一致するように粗く位
置合せされる。

【００１９】次に、ステップ３９、４０で求めたアライ
メントマークＰ２のＸＹ各方向のエッジ位置データと予
め登録したアライメントマークの線幅データから観察画
面上のアライメントマークＰ２の中心位置座標Ｐ２−ｏ
ｂｊ−Ｌを計算し、これを予め登録したＰ２の中心位置
座標（Ｘ_P2,Ｙ_P2)と比較しその差をずれ量として前述の
ＸＹ位置合せ補正を行なう（ステップ４２）。

【００２０】ここで数値を用いてアライメントマークの
エッジの位置検出をさらに具体的に示す。図５の画面中
心３７の位置座標を干渉計のデータで（１００．００，
１５０．００）とし、画面上では、この中心位置座標を
原点Ｏ（０．００，０．００）とする。このとき、前記
エッジの位置検出によるエッジ位置ＥＬＹ１が画面の座
標で（−５．１５，−０．７５）であったとする。この
場合、エッジの位置は干渉計上の座標では、Ｘ座標は１
００．００−５．１５＝９４．８５、Ｙ座標は１５０．
００−０．７５＝１４９．２５となる。

【００２１】次に、画面を高倍率に切換えて、上記低倍
率でのステップ３８から４２までの方法と同様にして、
高倍画面でより高精度なθ回転補正およびＸＹ位置合せ
補正を行なう（ステップ４３〜４７）。即ち、まず現在
画面表示されているアライメントマークＰ２のエッジ位
置ＥＨＹ２、ＥＨＸ２を検出し（ステップ４３、４
４）、次にアライメントマークＰ１のエッジ位置ＥＨＹ
１を検出する（ステップ４５）。次に、エッジ位置ＥＨ
Ｙ１とＥＨＹ２との差および画面移動量から精密なθ回
転補正を行なう（ステップ４６）。続いて、アライメン
トマークＰ２の観察画面上の中心座標データＰ２−ｏｂ
ｊ−Ｈをエッジ位置データＥＨＹ２、ＥＨＸ２および予
め登録した線幅から算出する。このようにして算出した
中心位置座標データと予め登録した中心位置座標
（Ｘ_P2,Ｙ_P2）とを比較しその差をずれ量として精密な
ＸＹ位置補正を行なう（ステップ４７）。このとき、低
倍画面で粗い位置合せが行なわれているため、高倍画面
にしても測定すべきアライメントマークが画面から外れ
ることはない。以上で座標測定機に対する試料の位置合
せシーケンスが終了する。

【００２２】なお、低倍および高倍の倍率の値はアライ
メントマーク形状や寸法に応じて適宜選択可能とするこ
とが望ましい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、レーザ散乱光検出による位置合せ手段を用いず、Ｃ
ＣＤカメラや撮像管等を用いて試料を観察し画像を一旦
記憶してこれを画像処理して試料表面に形成されている
所定パターンの位置データを求め、この位置データに基
づいて試料の位置合せを行なっているため、従来のレー
ザ光を使用した場合のように検出波形不揃いによる測定
不能あるいは測定精度の低下等の問題点がなくなり、高
精度で再現性の高い位置合せが達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置合せ装置のブロック構成図
である。

【図２】試料のアライメントマークの説明図である。

【図３】アライメントマークの拡大図である。

【図４】試料上の撮像画面の説明図である。

【図５】低倍画面でのアライメントマーク説明図であ
る。

【図６】高倍画面でのアライメントマーク説明図であ
る。

【図７】本発明に係る位置合せシーケンスのフローチ
ャートである。

【図８】従来の位置合せ装置の説明図である。

【図９】従来の位置合せ方法の説明図である。

【符号の説明】

１；試料、２；ホルダ、３；θテーブル、５；Ｙテー
ブル、６；Ｘテーブル、２５；撮像手段、４８；画像処
理ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置合せすべき試料を搭載する可動テー
ブルと、前記試料の画像を得るための撮像手段と、該撮
像手段により得た画像から前記試料の位置情報を得るた
めの画像処理手段とを具備し、該位置情報に基づいて前
記試料の位置合せを行なうように構成したことを特徴と
する座標測定機の位置合せ装置。