JPH07294225A - パターン検出装置 - Google Patents

パターン検出装置

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JPH07294225A
JPH07294225A JP8285694A JP8285694A JPH07294225A JP H07294225 A JPH07294225 A JP H07294225A JP 8285694 A JP8285694 A JP 8285694A JP 8285694 A JP8285694 A JP 8285694A JP H07294225 A JPH07294225 A JP H07294225A
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Japan
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JP8285694A
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English (en)
Inventor
Takashi Hiroi
高志 広井
Kenji Oka
健次 岡
Hitoshi Kubota
仁志 窪田
Shunji Maeda
俊二 前田
Hiroshi Makihira
坦 牧平
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】微細化し、高段差化したLSIウェーハ等のパ
ターンを正確に検出すること。 【構成】投影パターンマスクによりパターンを投影し、
これを合焦位置の前後に配置した投影パターン検出マス
クを介して焦点位置検出センサでコントラスト検出し、
この信号を元に対象物高さを制御することでパターン検
出センサで常に合焦点位置でパターン検出する。このと
き、マスクと焦点検出センサを同一のステージ上に配置
し移動させることでパターン検出センサでの合焦点位置
に対してオフセットをつける。 【効果】微細化するとともに、高段差化したパターンに
対し、高速に焦点合わせができ、焦点位置のオフセット
をつけることで、正確にパターン検出できる効果があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,例えばLSIウェーハ
やTFTなどのパターン欠陥を検査またはパターン検出
する装置の焦点位置検出に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、パターンのある対象物にたいして
は特開昭59−232306号公報記載のように照明光
学系に一定のパターンのマスクを挿入することで対象物
上に該パターンを投影し、そのパターンのコントラスト
を検出光学系に設けた焦点検出用のイメージセンサで検
出し、検出信号を解析することで合焦点の信号を得、ス
テージの高さを調整し、焦点が合った位置でのパターン
検出を可能にしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、LSIウェーハ
等のパターンは微細化するとともに高段差化している。
微細なパターンを検出するにはよりNAの大きい光学系
を用いる必要がある。NAが大きい場合、解像度は高い
が一方焦点深度は浅くなり、より精密に焦点合わせを行
う必要が有る。一方、高段差化したパターンに対しては
同一速度でパターンを検出する場合、より高速に焦点合
わせを行い、パターン段差に追従する必要が有る。また
同時に高段差化したパターンに対しては最も性能を出す
ことのできる焦点位置がパターンの性質や欠陥の種類に
より異なる。これらを鑑み、従来の技術は一次元イメー
ジセンサ等の素子を用いており、焦点合わせの速度がセ
ンサ素子により制限され、焦点合わせの高速化にたいす
る配慮がされていなかった。また、投影パターンと焦点
検出センサが別の位置にあるためパターン検出センサと
の位置関係を変化させる、つまりパターン検出センサに
焦点位置オフセットを付加することに対する配慮がされ
ていなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】課題を解決するための構
成を図1に示す。照明光源1と対象物と共役な位置に配
置した投影パターンマスク2とパターン検出光学系3の
対象物と共役な位置の前後に配置した投影パターン検出
マスク4aと4bと焦点位置を検出する焦点位置検出セ
ンサ5aと5bと焦点位置検出センサ5aと5bで検出
された信号を元焦点位置のずれ量を計算する焦点ずれ演
算部6と焦点ずれ演算部6よりの信号を元に対象物高さ
を制御するZステージ7とパターンを検出するパターン
検出センサ8とパターン検出センサ8の信号を元にパタ
ーン欠陥を抽出する画像処理部9より構成される。尚、
焦点合わせに関する説明が主目的であるので、パターン
を検出してから欠陥を抽出する処理、パターン欠陥検出
以外の例えば測長、パターンの目視確認等の用途につい
ては説明を省略する。
【0005】
【作用】照明光源1よりの光は例えば図2に示したよう
なハッチング部がマスクで透過率が低くその外の部分が
ガラスで透過率が高いパターンの投影パターンマスク2
を透過し対象物上に投影パターンと同一の照明パターン
を形成する。このパターンを検出して焦点ずれを検出す
る原理を図3を用いて説明する。図3は対象物位置が合
焦点位置に対して上、中、下にある場合の投影パターン
検出マスク4aの位置と投影パターン検出マスク4bの
位置で検出した投影パターンマスク2の照明パターンの
波形、及び対象物位置が合焦点位置に対して上、中、下
にある場合の焦点位置検出センサ5a、5bで検出した
光量を示している。照明パターンを対象物と共役な位置
の前に配置した投影パターン検出マスク4aの位置、及
び対象物と共役な位置の後ろに配置した投影パターン検
出マスク4bの位置で検出すると対象物が合焦点位置に
ある場合、いずれも同程度に鈍って検出される。対象物
が上にある場合、焦点位置は後ろになり、後ろに配置し
た投影パターン検出マスク4bの位置では高いコントラ
ストで検出され、前に配置した投影パターン検出マスク
4aの位置では低いコントラストで検出される。一方、
対象物が下にある場合、焦点位置は前になり、前に配置
した投影パターン検出マスク4aの位置では高いコント
ラストで検出され、後ろに配置した投影パターン検出マ
スク4bの位置では低いコントラストで検出される。
尚、コントラストが高い場合はパターン巾は狭く、コン
トラストが低い場合はパターン巾は広い。このような場
合、投影パターン検出マスク4a、4bをコントラスト
が高く狭い場合の寸法に設定しておけば焦点位置検出セ
ンサ5a、5bではコントラスト値に応じた検出信号値
が得られる。焦点ずれ演算部6で得られた信号値の差分
で対象物が上にあるか下にあるかを判断し、Zステージ
7を駆動し、常に焦点が合った位置でセンサ8を用いて
パターンを検出し、画像処理部9で欠陥を判定する。こ
の方式で用いる焦点位置検出センサ5a、5bはポイン
ト型のセンサであり、十分高速である。また、投影パタ
ーンマスク2と投影パターン検出マスク4と焦点位置検
出センサ5を一体にし、機械的に移動する移動ステージ
10の上に搭載することでセンサ8との位置関係を変化
させることが出来る。これらにより、高速に焦点合わせ
をすることが出来、また容易にセンサ8の焦点位置を変
更でき、微細化するとともに高段差化したLSIウェー
ハ等のパターンを正確に検出できる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図4により説
明する。本実施例ではLSIウェーハのパターンを例に
説明するが、TFTなどのパターンにも適用できること
は言うまでもない。図4はLSIウェーハのパターン検
出装置(以下の説明では検出装置と略す)の全体構成図
である。検査装置は照明光源1及び投影パターンマスク
2及びハーフミラー20、21、22及び対象物と共役
な位置の前に配置した投影パターン検出マスク4a及び
センサ5a及び対象物と共役な位置の後ろに配置した投
影パターン検出マスク4b及びセンサ5b及びパターン
検出光学系3及びパターンを検出する一次元のイメージ
センサであるセンサ8及び対象物ウェーハ23を載せて
XYZに移動可能なステージ24及びセンサ5aとセン
サ5bよりの信号をもとに焦点ずれ量を計算しステージ
24のZ方向の移動量を制御する焦点ずれ演算部6及び
センサ8よりの信号を元にパターン欠陥を検出する画像
処理部9及び全体を制御する全体制御部26で構成され
る。尚、投影パターンマスク2とハーフミラー20、2
1と投影パターン検出マスク4aとセンサ5aと投影パ
ターン検出マスク4bとセンサ5bは移動ステージ10
に搭載して全体制御部25よりの指令で移動することが
できる。
【0007】次に装置の各部は以下のように動作してパ
ターン欠陥を検出するものである。ウェーハ24をステ
ージ25に搭載し、移動ステージ10をウェーハの品
種、工程に固有の焦点位置になるような位置に移動させ
ておくなど所定のイニシャライズ終了後検査すべき場所
の最初の位置に位置決めし、ステージ24を連続的に走
査しながら一次元のイメージセンサであるパターン検出
センサ8で二次元パターンを得、得られたパターンを元
に画像処理部9で欠陥判定する。この時以下のように動
作してパターン検出センサ8で検出されるパターンの焦
点位置をあらかじめ定められた位置に保つものである。
即ち、照明光源1よりの光を図2に例示した投影パター
ンマスク2、ハーフミラー20、22を介して対象物ウ
ェーハ24を照明する。対象物ウェーハ24よりの反射
光をハーフミラー22、20、21を介して投影パター
ン検出マスク4aとセンサ5a及び投影パターン検出マ
スク4bとセンサ5bで検出する。このときの投影パタ
ーン検出マスク4の位置にイメージセンサを配置した場
合の検出波形とセンサ5で検出される信号は既に図3で
説明した。センサ5aの信号値からセンサ5bの信号値
を減算し、これを図5に示す方法で三値化する。即ち減
算値が+の閾値より大きい場合、ステージ25を上に移
動させ、減算値が−の閾値より小さい場合、ステージ2
5を上に移動させ、いずれでもない場合は移動させない
よう制御する。制御終了後一定時間待って次のセンサの
信号値検出をする。これを常時行うことで常に焦点位置
を一定に保つ。
【0008】次に本実施例の第1の変形を説明する。投
影パターン検出マスク4aと投影パターン検出マスク4
bの位置を180度位相分ずらす。または反射型のマス
クを用いる。これにより、センサ5で検出される信号値
は図6となる。センサ5bの信号値からセンサ5aの信
号値を減算し、これを同様の方法で三値化する。即ち減
算値が+の閾値より大きい場合、ステージ25を上に移
動させ、減算値が−の閾値より小さい場合、ステージ2
5を上に移動させ、いずれでもない場合は移動させない
よう制御する。
【0009】または、反射型のマスクを用いて反射と透
過の2つの成分をそれぞれセンサ5a1とセンサ5a2
を用いる。センサ5a1の信号値からセンサ5a2の信
号値を減算したものからセンサ5b1の信号値からセン
サ5b2の信号値を減算したものを減算し、これを同様
の方法で三値化する。即ち減算値が+の閾値より大きい
場合、ステージ25を上に移動させ、減算値が−の閾値
より小さい場合、ステージ25を上に移動させ、いずれ
でもない場合は移動させないよう制御する。これらの変
形ができるということは光学系の自由度が大きく最適な
方式を選択して利用することが出来る。
【0010】次に本実施例の第2の変形を説明する。移
動ステージ10で焦点位置の調整を行う替わりに図7に
示す2組みの楔ガラスを用い相対的に横に移動させるこ
とで上下方向の光路長を調整する。このほかにガラス板
の出し入れ,レンズ系を用いた方式がある。これらの方
式を用いた場合,センサやマスクを移動させる必要がな
いため機械的剛性を高くすることができる特長がある。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、微細化するとともに高
段差化したLSIウェーハ等のパターンに対しポイント
型の高速なセンサ素子を用いており焦点合わせの速度を
高速に出来、焦点検出にかかわる光学分品をステージ等
で移動することにより、パターン検出センサに焦点位置
オフセットを付加することができ、パターンを正確に検
出できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成図である。
【図2】投影パターンマスクの例を示す図である。
【図3】波形とセンサ検出値を示す図である。
【図4】本発明の第1実施例の構成図である。
【図5】センサ検出値と処理方法を示す図である。
【図6】センサ検出値と処理方法を示す図である。
【図7】光路長変更手段を示す図である。
【符号の説明】
1…照明光源、 2…投影パターンマスク、 4…投影パターン検出マスク、 5…センサ、 6…焦点ずれ検出部、 7…Zステージ、 8…パターン検出センサ、 10…移動ステージ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 俊二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 牧平 坦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照明光源と照明光学系中にパターンを対象
    物上に投影する投影パターンマスクと投影されたパター
    ンの情報のみを検出する為の検出パターンマスクと検出
    パターンマスクを透過又は反射又は透過と反射した光を
    検出するセンサを設け、検出された信号から焦点位置の
    ずれ量を検出し、ずれ量を元に対象物高さを制御し、パ
    ターン検出センサで常に同一の焦点位置で検出せしめる
    ことを特徴とするパターン検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記検出センサには投
    影パターンと同一又は白黒反転パターンと類似のパター
    ンを用いることを特徴とするパターン検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2において、前記投影
    パターンマスク又は検出パターンマスクとセンサはパタ
    ーン形状又は光学配置を変えて複数個設けることを特徴
    とするパターン検出装置。
  4. 【請求項4】請求項1又は請求項2において、前記投影
    パターンマスクと検出パターンマスクとセンサは光学的
    相対位置関係を同一に保ったまま移動させてパターン検
    出センサで検出される焦点位置にオフセットを設けるこ
    とを特徴とするパターン検出装置。
  5. 【請求項5】請求項4において、前記投影パターンマス
    クと検出パターンマスクとセンサは照明光学系の側に配
    置せしめ、機械的に同一の位置関係を保ったままに移動
    させてパターン検出センサで検出される焦点位置にオフ
    セットを設けることを特徴とするパターン検出装置。
  6. 【請求項6】請求項5において、前記投影パターンマス
    クと検出パターンマスクとセンサは照明光学系の側に配
    置せしめ、光学系のミラー、レンズ等の光学素子を移動
    又は出し入れさせてパターン検出センサで検出される焦
    点位置にオフセットを設けることを特徴とするパターン
    検出装置。
JP8285694A 1994-04-21 1994-04-21 パターン検出装置 Pending JPH07294225A (ja)

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JP8285694A JPH07294225A (ja) 1994-04-21 1994-04-21 パターン検出装置

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JP8285694A JPH07294225A (ja) 1994-04-21 1994-04-21 パターン検出装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004333584A (ja) * 2003-04-30 2004-11-25 Nec Corp レチクル検査装置の焦点位置制御方法
KR20190049806A (ko) * 2016-09-06 2019-05-09 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이. 검사 시스템에서의 포커싱을 위한 디바이스 및 방법

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