JPH0942925A - Alignment optical system - Google Patents

Alignment optical system

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Publication number
JPH0942925A
JPH0942925A JP19652795A JP19652795A JPH0942925A JP H0942925 A JPH0942925 A JP H0942925A JP 19652795 A JP19652795 A JP 19652795A JP 19652795 A JP19652795 A JP 19652795A JP H0942925 A JPH0942925 A JP H0942925A
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JP
Japan
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optical system
pattern
lens
objective lens
light
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Application number
JP19652795A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Aoki
雅弘 青木
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0942925A publication Critical patent/JPH0942925A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To match a reference pattern with a target pattern with a high degree of accuracy, by providing a spatial filter having a specific number of apertures which are line-symmetric with respect to a plurality of line segments that pass through the center of the pupil of an objective lens and that are parallel with a regular arrangement direction of the pattern and, orthogonal to each other. SOLUTION: A spatial filter 11 has more than four apertures which are line-symmetric with respect to two line segments that pass through the center of the pupil of an objective lens 12 in parallel with a regular arrangement direction of a pattern and that cross together, orthogonal to one another. Light emitted from a fiber bundle 16 is projected onto the filter 11 through an illuminating lens 17 and a half-mirror 18, and passes through one point of one of the apertures so as to serve as a secondary light source. Then, it is turned into a parallel ray beam which is irradiated onto a sample 13 by an angle ϕwith respect to an optical axis Lc by means of a lens 12. A zero-degree diffraction light beam among the diffraction light beams passes, as a normal reflection light beam, through the aperture of the filter 11 by means of the lens 12, and is led to an image plane by a focusing lens 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエーハ
等のように表面に規則的なパターンが形成された対象物
を精密に位置決め及びアラインメントさせるための装
置、特にその光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for precisely positioning and aligning an object such as a semiconductor wafer having a regular pattern formed on its surface, and more particularly to an optical system thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の装置としては、特公平3−27
043号公報によって、ダイシング装置のための自動精
密位置合わせシステムが提案されている。又、実公平5
−37476号公報によっても、プローバのための自動
整列装置が提案されている。これら従来装置に共通する
半導体ウエーハ等の位置決め、即ちアラインメントの方
法は、まず、比較的低倍で広い範囲を観測できる光学系
によって「ストリート」と称されるチップ間の区切り目
等を目標として比較的粗い位置合わせを行い、次に、比
較的高倍で狭い範囲を観測する光学系によって、特徴的
なパターン、例えば配線のクロス部分やワイヤのボンデ
ィングパット等を目標として精密な位置合わせを行うと
いうものである。又、前記ストリートやボンディングパ
ットの形状は、予め画像メモリに記憶されている標準パ
ターンとのテンプレートマッチングの手法により決定さ
れる。
2. Description of the Related Art As a device of this type, Japanese Patent Publication No. 3-27
No. 043 proposes an automatic precision alignment system for a dicing machine. In addition, actual fairness 5
No. 37476 discloses an automatic aligner for a prober. The positioning method of semiconductor wafers common to these conventional devices, that is, the alignment method, is first compared by aiming at a break point between chips called "street" by an optical system capable of observing a wide range at a relatively low magnification. After performing a rough alignment, the optical system that observes a narrow range at a relatively high magnification is then used to perform a precise alignment by targeting a characteristic pattern, such as a wiring cross section or a wire bonding pad. Is. Further, the shapes of the streets and the bonding pads are determined by a template matching method with a standard pattern stored in the image memory in advance.

【0003】近年の半導体は、チップの大型化,高機能
化に伴って、その製造工程における検査項目が増大し、
プローバ等の検査装置も大型化,高価格化の傾向にあ
る。従って、半導体メーカでは、1台の検査装置に複数
の検査機能を備えることにより、検査の迅速化及び検査
装置のコストパーフォーマンスの向上を図ろうとしてい
る。その一例として、前記プローバの場合、その光学系
が前述のような半導体ウエーハの位置決めのために使用
されるだけでなく、例えばプローブテスト終了時のボン
ディングパット上に残る針跡の検査にも使用できるよう
な複合的な検査装置も製造され始めている。
In recent semiconductors, the number of inspection items in the manufacturing process has increased as the size and functionality of chips have increased.
Inspection devices such as probers are also becoming larger and more expensive. Therefore, semiconductor manufacturers are trying to speed up the inspection and improve the cost performance of the inspection device by providing one inspection device with a plurality of inspection functions. As an example, in the case of the prober, its optical system can be used not only for positioning the semiconductor wafer as described above, but also for inspecting needle traces remaining on the bonding pad at the end of the probe test, for example. Such complex inspection devices are also beginning to be manufactured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、一つの光学系
(特に高倍のもの)を、アラインメント及び針跡等のイ
ンスペクションに共通に用いると、以下のような不具合
も生じてくる。図5は、半導体チップの配線パターンの
例を示した図であるが、この半導体チップの上部分には
複数の配線が走っており、その一部からボンディングパ
ット1への配線が引き出されている。パターンマッチン
グには、ボンディングパット1のコーナー部分2や、配
線のクロス部分3等の特徴的な一部分が用いられる。図
示したように、金属部分のパターン内には、ボンディン
グの安定化を図る等のために粗面処理が施されており、
細かい粒塊が多数存在している。これらの粒塊は、パタ
ーンマッチングを行う際に、マッチングの度合の測定値
に対してバックグランドノイズとして作用するので、好
ましくない。又、針跡のインスペクション等では、可能
な限り解像度の高い画像が要求される。
However, if one optical system (particularly a high-magnification one) is commonly used for inspection of alignment and needle marks, the following problems will occur. FIG. 5 is a diagram showing an example of a wiring pattern of a semiconductor chip. A plurality of wirings run on the upper portion of this semiconductor chip, and the wiring to the bonding pad 1 is drawn from a part thereof. . For pattern matching, characteristic portions such as the corner portion 2 of the bonding pad 1 and the wiring cross portion 3 are used. As shown in the figure, the surface of the metal part is roughened to stabilize the bonding.
There are many fine agglomerates. These agglomerates are not preferable because they act as background noise for the measured value of the degree of matching when performing pattern matching. Further, in the inspection of needle traces, an image with the highest possible resolution is required.

【0005】従って、半導体ウエーハのアラインメント
のために用いられる光学系としては、どのような半導体
チップの配線パターンの形状を測定する場合でも、又エ
ッジのダレ等が生じている場合でも、正確さを損なうこ
となく、且つ前述の粒塊のような孤立点も消去されなく
てはならないという極めて特殊な条件が要求される。一
方、針跡のインスペクション時に用いられる光学系とし
ては、ごく普通の観察系であっても解像限界に達する程
度の鮮明な画像を供給可能であることが望まれる。従っ
て、半導体ウエーハのアラインメント,インスペクショ
ンを同一の光学系を用いて行う場合には、かかる光学系
は上記条件を全て満足していることが要求される。
Therefore, as an optical system used for alignment of semiconductor wafers, the accuracy is ensured no matter what kind of semiconductor chip wiring pattern shape is measured or when edge sagging occurs. A very special condition is required that the isolated points such as the above-mentioned agglomerates must be erased without damage. On the other hand, as an optical system used at the time of inspecting a needle trace, it is desired that even an ordinary observation system can supply a clear image to the extent of reaching the resolution limit. Therefore, when the semiconductor wafer is aligned and inspected using the same optical system, the optical system is required to satisfy all the above conditions.

【0006】そこで、本発明は上記のような従来技術の
問題点に鑑み、半導体ウエーハのように表面に規則的な
パターンが形成された対象物のアラインメント,インス
ペクションを行う際に要求される性能を全て備えた光学
系を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention provides performance required for alignment and inspection of an object such as a semiconductor wafer having a regular pattern formed on its surface. It is an object to provide an optical system equipped with everything.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本発明によるアラインメント光学系は、標準
座標のX,Y軸方向に規則的なパターンが繰り返し形成
された対象物の精密なアラインメントを行うための画像
を取得する観察光学系において、対物レンズを基準にし
て試料面とフーリエ変換の位置関係にある平面内又はそ
の近傍に、前記対物レンズの瞳内にあってこの瞳の中心
を通り前記パターンの規則的配列方向と平行で互いに垂
直に交わる2本の線分の何れに対しても線対称となる4
個以上の開口を有する遮蔽板(空間フィルタ)が配置さ
れていることを特徴とする。又、本発明の光学系は、予
め記憶されている標準パターンと観測されたパターンと
のマッチングを行う場合には、一定のデフォーカス量を
与えられた状態で使用され、その他の検査のための画像
を取得する場合には、合焦状態で使用されるようにした
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the alignment optical system according to the present invention provides a precise alignment of an object in which a regular pattern is repeatedly formed in the X and Y axis directions of standard coordinates. In an observation optical system for acquiring an image for performing the above, the center of the pupil in the pupil of the objective lens is located in or near a plane that is in a positional relationship of Fourier transform with the sample surface with respect to the objective lens. As a result, it is line-symmetric with respect to any two line segments that are parallel to the regular array direction of the pattern and intersect each other at right angles.
A shielding plate (spatial filter) having at least one opening is arranged. Further, the optical system of the present invention is used in a state in which a constant defocus amount is given when matching the pre-stored standard pattern with the observed pattern, and is used for other inspections. When acquiring an image, it is characterized in that it is used in a focused state.

【0008】即ち、本発明のアラインメント光学系は、
対物レンズを基準にして試料面とフーリエ変換の位置関
係にある平面内又はその近傍に、図2に示すような4個
以上の開口を有する空間フィルタ11を配置することに
よって構成される。更に、この空間フィルタ11の開口
は、前記対物レンズの瞳内にあって、その瞳の中心Oを
通って図示しない半導体ウエーハのパターンの規則的配
列方向と平行で互いに垂直に交わる2本の線分A,Bの
何れに対しても線対称となるように設けられている。
尚、図2中、xはフィルタ11の基準座標系におけるY
軸方向の直径(線分A)と開口の中心との距離、yは同
様にX軸方向の直径(線分B)と開口の中心との距離、
0 は線分Aと開口の円周との最短距離、rn は線分A
と開口の円周との最長距離を夫々示している。
That is, the alignment optical system of the present invention is
It is configured by arranging a spatial filter 11 having four or more openings as shown in FIG. 2 in or near a plane having a positional relationship of Fourier transform with the sample surface with respect to the objective lens. Further, the aperture of the spatial filter 11 is in the pupil of the objective lens, and passes through the center O of the pupil and is parallel to the regular arrangement direction of the pattern of the semiconductor wafer (not shown), and is perpendicular to each other. It is provided so as to be line-symmetric with respect to both the parts A and B.
In FIG. 2, x is Y in the reference coordinate system of the filter 11.
The distance between the diameter in the axial direction (line segment A) and the center of the opening, and y is the distance between the diameter in the X-axis direction (line segment B) and the center of the opening,
r 0 is the shortest distance between the line segment A and the circumference of the opening, and r n is the line segment A
And the longest distance between the circumference of the opening and the circumference of the opening, respectively.

【0009】このような空間フィルタ11を備えた本発
明の光学系により得られる画像は、その対物レンズを合
焦点から僅かにデフォーカスした状態では、前述のよう
な粒塊として現れる孤立点がぼけて消滅するのに対し、
図2中のX,Y軸方向に施されている半導体ウエーハの
配線パターンやエッジは鮮明に観察できる。
An image obtained by the optical system of the present invention equipped with such a spatial filter 11 has a defocused isolated point which appears as a grain agglomerate when the objective lens is slightly defocused from the focal point. Disappears,
The wiring patterns and edges of the semiconductor wafer provided in the X and Y axis directions in FIG. 2 can be clearly observed.

【0010】従って、本発明の光学系では、半導体ウエ
ーハのパターンマッチングにおいて、僅かにデフォーカ
スされた画像を取り込むことによって、特徴的なパター
ン形状を正確に捕らえたうえで、バックグランドノイズ
となる前記孤立点が除去された画像を得ることができ
る。又、針跡等のインスペクションの際には、合焦状態
で観察することにより、解像限界若しくはそれ以上の繊
細な画像を得ることができる。
Therefore, in the optical system of the present invention, in pattern matching of a semiconductor wafer, by capturing a slightly defocused image, a characteristic pattern shape is accurately captured, and a background noise is generated. An image with isolated points removed can be obtained. Further, during inspection of needle marks and the like, by observing in a focused state, it is possible to obtain a delicate image having a resolution limit or higher.

【0011】以下、本発明の原理を図3に基づき、又図
4に示す従来のこの種の光学系と対比して、詳細に説明
する。尚、図3及び図4において、実際に対象物のアラ
インメントを行う光学系では落射照明が採用されている
が、ここでは説明の便宜上、透過照明タイプを採用した
光学系の構成を示している。従って、図示された空間フ
ィルタ11と空間フィルタ11’、対物レンズ12と対
物レンズ12’は全く同一のものであり、落射型の場合
は照明光を往復させている関係で共用されるべきもので
ある。
The principle of the present invention will be described in detail below with reference to FIG. 3 and in comparison with the conventional optical system of this type shown in FIG. 3 and 4, epi-illumination is adopted in the optical system for actually aligning the objects, but here, for convenience of explanation, the configuration of the optical system adopting the transillumination type is shown. Therefore, the illustrated spatial filter 11 and the spatial filter 11 ′, the objective lens 12 and the objective lens 12 ′ are exactly the same, and in the case of the epi-illumination type, they should be commonly used because the illumination light is reciprocated. is there.

【0012】本発明のアラインメント光学系は、図3に
示すように、図示しない光源側(図の左側)から順に、
光源側空間フィルタ11,光源側対物レンズ12,受光
側対物レンズ12’,受光側空間フィルタ11’及び結
像レンズ14が夫々配置されて構成されている。13は
観察される試料を、15は像面を示している。尚、前記
光源には、ファイババンドルの如き比較的均一な面光線
が空間フィルタ11上に投影されるようなものが採用さ
れている。空間フィルタ11,11’は図2に示された
構成のフィルタである。又、図中のfは対物レンズ1
2,12’の焦点距離を、fi は結像レンズ14の焦点
距離を夫々示している。
The alignment optical system of the present invention, as shown in FIG. 3, has a light source (not shown) side (left side in the figure) in order.
The light source side spatial filter 11, the light source side objective lens 12, the light receiving side objective lens 12 ′, the light receiving side spatial filter 11 ′, and the imaging lens 14 are arranged and configured. Reference numeral 13 indicates the sample to be observed, and 15 indicates the image plane. As the light source, a light source such as a fiber bundle that projects a relatively uniform surface ray onto the spatial filter 11 is adopted. The spatial filters 11 and 11 'are filters having the configuration shown in FIG. Further, f in the figure is the objective lens 1.
The focal length of 2,12 ', f i denotes respectively the focal length of the imaging lens 14.

【0013】本発明の光学系では、まず、光源側空間フ
ィルタ11の開口の1点から発した球面波が光源側対物
レンズ12によって平行光束とされ、光軸LC に対する
角度φを以て試料13を照射する。そして、この光は、
試料13により回折され、まず0次回折光(図中実線で
示されている)が光軸LC との角度φを保持しながら受
光側対物レンズ12’へ入射し、受光側対物レンズ1
2’を基準にして試料13とフーリエ変換の関係に配置
されている受光側空間フィルタ11’の開口上に集光さ
れる。受光側空間フィルタ12’の開口を通過した0次
回折光は、結像レンズ14によって逆フーリエ変換され
て、像面15上に後述する+1次の回折光と干渉して結
像される。このとき、受光側空間フィルタ11’と結像
レンズ14との距離は任意で良いが、理想的な逆フーリ
エ変換が行われるようにするためには、結像レンズ14
の焦点距離fi と同一の距離に設定されるのが好まし
い。一方、試料13による+1次回折光(図中破線で示
されている)は、試料13中のピッチPS の空間周波数
成分により、 sinθ+sinφ=λ/PS ・・・・(1) (但し、λは試料13による+1次回折光の波長)の関
係を満足する角度θを維持しながら受光側対物レンズ1
2’に入射し、0次回折光と同様に受光側空間フィルタ
11’,結像レンズ14を介して像面15上に到達し、
0次回折光との干渉作用によって試料13の像を形成す
る。
In the optical system of the present invention, first, the spherical wave emitted from one point of the aperture of the light source side spatial filter 11 is made into a parallel light flux by the light source side objective lens 12, and the sample 13 is made at an angle φ with respect to the optical axis L C. Irradiate. And this light
Diffracted by the sample 13, first, the 0th-order diffracted light (shown by the solid line in the figure) enters the light-receiving side objective lens 12 ′ while maintaining the angle φ with the optical axis L C, and the light-receiving side objective lens 1
The light is condensed on the aperture of the light-receiving side spatial filter 11 ′ arranged in a Fourier transform relationship with the sample 13 based on 2 ′. The 0th-order diffracted light that has passed through the aperture of the light-receiving side spatial filter 12 ′ is subjected to inverse Fourier transform by the imaging lens 14 and is imaged on the image plane 15 by interfering with the + 1st-order diffracted light described later. At this time, the distance between the light-receiving side spatial filter 11 ′ and the imaging lens 14 may be arbitrary, but in order to perform ideal inverse Fourier transform, the imaging lens 14
It is preferable to set the same distance as the focal length f i of . On the other hand, the + 1st order diffracted light (indicated by the broken line in the figure) by the sample 13 is sin θ + sin φ = λ / P S (1) (where λ, depending on the spatial frequency component of the pitch P S in the sample 13). Is the objective lens 1 on the light-receiving side while maintaining the angle θ that satisfies the relationship of the + 1st order diffracted light by the sample 13).
2 ', enters the image plane 15 through the light-receiving side spatial filter 11' and the imaging lens 14 similarly to the 0th-order diffracted light,
An image of the sample 13 is formed by the interference action with the 0th-order diffracted light.

【0014】これに対し、図4はこの種の従来の光学系
の構成を示す光軸に沿う断面図である。空間フィルタ2
1の開口の1点から発した光は、図3に示した光学系と
同様に、試料13中のピッチPS の空間周波数成分で回
折されるが、その0次光は光軸LC に沿って直進し、像
面15上に達する。又、試料13において±1次回折光
が発生し、これらの光は、 sinθ’=±λ/PS ・・・・(2) (但し、±λは±1次回折光の波長)の関係を満足する
光軸LC に対する角度±θ’を夫々保持して受光側対物
レンズ12’へ入射し、図3に示した光学系と同様に、
像面15上で0次回折光と干渉して結像することにな
る。
On the other hand, FIG. 4 is a sectional view taken along the optical axis showing the structure of a conventional optical system of this type. Spatial filter 2
The light emitted from one point of the aperture of No. 1 is diffracted by the spatial frequency component of the pitch P S in the sample 13 as in the optical system shown in FIG. 3, but the 0th-order light is on the optical axis L C. Go straight along and reach the image plane 15. Further, ± 13th-order diffracted light is generated in the sample 13, and these lights satisfy the relationship of sin θ ′ = ± λ / P S (2) (where, ± λ is the wavelength of ± 1st-order diffracted light) angle ± theta with respect to the optical axis L C 'respectively held by the light-receiving-side objective lens 12' is incident to, similarly to the optical system shown in FIG. 3,
An image is formed on the image plane 15 by interfering with the 0th-order diffracted light.

【0015】さて、ここで受光側対物レンズ12’若し
くは試料13が光軸LC に沿う方向へ距離Δfだけ移動
したとすると、0次回折光と±1次回折光との位相の変
化Δlは、 Δl=Δf・sin2 θ’/2 ・・・・(3) となり、像面15上の像がぼけることになる。
Now, assuming that the objective lens 12 'on the light-receiving side or the sample 13 moves in the direction along the optical axis L C by a distance Δf, the phase change Δl between the 0th order diffracted light and the ± 1st order diffracted light is Δl. = Δf · sin 2 θ ′ / 2 (3), and the image on the image plane 15 is blurred.

【0016】一方、図3に示した光学系においては、 sinθ=sinφ=λ/2PS ・・・・(4) を満足している空間周波数PS に対しては、受光側対物
レンズ12’若しくは試料13が光軸LC に沿う方向へ
移動しても、像面15上での0次回折光と1次回折光と
の位相関係は一定に保持され、像面15上に結像する像
はぼけることはない。又、上記式(4)は、 r1 /f=r2 /f=λ/2PS ・・・・(5) とも書くことができる。従って、上記式(4)を満足す
る空間周波数PS は、空間フィルタ11,11’に設け
られている開口の位置とその大きさによって定まり、 PS =fλ/2r ・・・・(6) (但し、r0 ≦r≦rn )となる(r0 及びrn は図2
に示した通りである)。
On the other hand, in the optical system shown in FIG. 3, for the spatial frequency P S satisfying sin θ = sin φ = λ / 2P S (4), the light-receiving side objective lens 12 ' Alternatively, even if the sample 13 moves in the direction along the optical axis L C , the phase relationship between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light on the image plane 15 is kept constant, and the image formed on the image plane 15 is There is no blur. Further, the above formula (4) can also be written as r 1 / f = r 2 / f = λ / 2P S ... (5). Therefore, the spatial frequency P S satisfying the above equation (4) is determined by the position and size of the openings provided in the spatial filters 11 and 11 ′, and P S = fλ / 2r (6) (However, r 0 ≤r ≤r n ) (r 0 and r n are shown in FIG.
As shown in).

【0017】以上のように、本発明によるアラインメン
ト光学系を用いれば、一定の範囲内の空間周波数成分に
対して焦点深度を格段に深くすることが可能になる。但
し、この効果は、標準座標のX若しくはY軸方向の空間
周波数に対してのみ有効であって、45°の方向につい
ては全く効果がないことが知られている(SPIE Vol.167
4 Optical/Laser Microlithography V(1992) 741頁参
照)。従って、本発明の光学系を用いて図5に示すよう
な半導体ウエーハの配線パターンを観察すると、デフォ
ーカスに対して、X若しくはY軸方向にエッジを有する
パターンの像はぼけにくく、孤立点は従来通り像がぼけ
て観察できないことになる。
As described above, when the alignment optical system according to the present invention is used, the depth of focus can be remarkably increased with respect to the spatial frequency components within a certain range. However, it is known that this effect is effective only for the spatial frequency in the X or Y axis direction of the standard coordinate and has no effect in the direction of 45 ° (SPIE Vol.167).
4 Optical / Laser Microlithography V (1992) 741). Therefore, when the wiring pattern of the semiconductor wafer as shown in FIG. 5 is observed using the optical system of the present invention, the image of the pattern having an edge in the X-axis or Y-axis direction is less likely to be blurred due to defocus, and the isolated point is As before, the image will be blurred and unobservable.

【0018】更に、本発明の光学系の有利点として、分
解能の向上も図ることもできる。即ち、図3に示された
光学系(以下、第1の光学系と称す)及び図4に示され
た光学系(以下、第2の光学系と称す)では、共にその
分解能は0次回折光と±1次回折光とのなす角度によっ
て定まるが、第1の光学系と第2の光学系とにおいて対
物レンズの開口数や空間フィルタのカットオフ周波数が
等しいとすると、図3に示す角度(φ+θ)は図4に示
す角度θ’の約1.5倍となり、それだけ第1の光学系
の方が分解能が高いことが分かる。
Further, as an advantage of the optical system of the present invention, the resolution can be improved. That is, in the optical system shown in FIG. 3 (hereinafter referred to as the first optical system) and the optical system shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as the second optical system), the resolution is 0th order diffracted light. Is determined by the angle formed by the diffracted light of ± 1st order and the numerical aperture of the objective lens and the cutoff frequency of the spatial filter are equal in the first optical system and the second optical system, the angle (φ + θ) shown in FIG. ) Is about 1.5 times the angle θ ′ shown in FIG. 4, and it can be seen that the resolution of the first optical system is higher.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0020】図1は本実施例にかかるアラインメント光
学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の
光学系は反射型のものであり、まず、先端が照明光用面
光源として構成されたファイババンドル16から発せら
れた光が、照明レンズ17を介しハーフミラー18によ
り反射されて、対物レンズ12の焦点位置に配置された
空間フィルタ11上に投影される。この空間フィルタ1
1の構成は先に図2に基づき説明した通りである。空間
フィルタ11に設けられている開口の1点を通過した光
束は2次光源となり、図中の太い実線で示されているよ
うにケラー照明となるように平行光とされた後、対物レ
ンズ12によって光軸LC に対し角度φを以て試料13
に向けて照射される。試料13からの回折光のうち、0
次回折光(図中の太い実線)は、正反射光として再度結
像レンズ12を介し空間フィルタ11の開口を通過し
て、結像レンズ14により像面15上に到達する。尚、
本実施例では、空間フィルタ11と結像レンズ14との
間の距離を結像レンズ14の焦点距離fi と同一になる
ように設定しているため、正確にフーリエ変換の関係が
保たれ、像面15に到達する光束は平行光となってい
る。
FIG. 1 is a sectional view taken along the optical axis showing the configuration of the alignment optical system according to this embodiment. The optical system of the present embodiment is of a reflection type. First, the light emitted from the fiber bundle 16 whose tip is configured as a surface light source for illumination light is reflected by the half mirror 18 via the illumination lens 17, It is projected on the spatial filter 11 arranged at the focal position of the objective lens 12. This spatial filter 1
The configuration of No. 1 is as described above with reference to FIG. The light flux that has passed through one point of the aperture provided in the spatial filter 11 becomes a secondary light source, and is converted into parallel light so as to be Keller illumination as shown by a thick solid line in the figure, and then the objective lens 12 The sample 13 at an angle φ with respect to the optical axis L C
It is irradiated toward. 0 out of diffracted light from sample 13
The secondary diffracted light (thick solid line in the figure) passes through the aperture of the spatial filter 11 again via the imaging lens 12 as specular reflection light, and reaches the image plane 15 by the imaging lens 14. still,
In this embodiment, the distance between the spatial filter 11 and the imaging lens 14 is set to be the same as the focal length f i of the imaging lens 14, so that the Fourier transform relationship is accurately maintained, The light flux reaching the image plane 15 is parallel light.

【0021】ここで、試料13に含まれるX軸方向の空
間周波数PS による回折光は、本実施例の光学系の場
合、上記式(1)に示されたものとは異なっている。即
ち、図1において破線で示されているように、 −sinθ+sinφ=λ/PS ・・・・(7) を満足する角度θの方向に生じることになる。これは、
−1次回折光を示しており、+1次若しくはより高次の
回折光は、空間フィルタ11の開口では捕らえられない
ので、省略されているためである。このようにして、本
実施例の光学系では、0次回折光と−1次回折光とが図
3に基づいて説明した光学系と同様に、像面15上にお
いて干渉し合いピッチPSの干渉縞が形成されることに
なる。又、θ=φとなるPS に対しては、デフォーカス
による0次と−1次との回折光に位相差が生じないこと
も、空間フィルタ11の開口の位置や大きさにより、像
面15上に結像する像に関与する空間周波数PS の範囲
が決定されることも前述した通りである。
Here, the diffracted light with the spatial frequency P S in the X-axis direction contained in the sample 13 is different from that expressed by the above equation (1) in the case of the optical system of this embodiment. That is, as shown by the broken line in FIG. 1, it occurs in the direction of the angle θ satisfying −sin θ + sin φ = λ / P S (7). this is,
This is because the −1st-order diffracted light is shown, and the + 1st-order or higher-order diffracted light cannot be captured by the aperture of the spatial filter 11, and is omitted. Thus, in the optical system of the present embodiment, 0 as with the next optical system and diffracted light and -1 order diffracted light is described with reference to FIG. 3, the interference fringes of the pitch P S interfere in the image plane 15 Will be formed. Further, for P S where θ = φ, there is no phase difference between the 0th-order diffracted light and the −1st-order diffracted light due to defocusing. As described above, the range of the spatial frequency P S involved in the image formed on the image 15 is determined.

【0022】以上のように、本実施例の光学系と図3に
示された光学系との相違点は、結像に関する回折光が+
1次か−1次かの相違のみであり、他は全く同様である
ため、作用効果も図3に基づき説明したものと全く同様
である。
As described above, the difference between the optical system of this embodiment and the optical system shown in FIG.
Since only the difference between the first order and the first order and the other things are exactly the same, the operation and effect are also exactly the same as those described based on FIG.

【0023】又、本発明のアラインメント光学系は、半
導体ウエーハに限らず、表面に規則的なパターンが形成
されているもの(例えば、LCD基板,カラーフィルタ
基板等)であれば適用が可能である。
Further, the alignment optical system of the present invention is not limited to a semiconductor wafer, but can be applied as long as it has a regular pattern on the surface (for example, LCD substrate, color filter substrate, etc.). .

【0024】[0024]

【発明の効果】上述のように、本発明のアラインメント
光学系によれば、標準座標のX,Y軸方向に規則的なパ
ターンを有する半導体ウエーハ等のアライメントを行う
際に、基板のパターンマッチングのマッチング度合の評
価値に対して、バックグランドノイズとなる微細な孤立
点のみが非合焦状態で消去され、X,Y軸方向への繰り
返しパターン若しくはX,Y軸方向のエッジを捕らえた
画像は鮮明さを維持することができる。従って、特別な
画像処理を施すことなく、メモリ中の基準パターンと観
測された目標パターンとのマッチングを高精度に行うこ
とができ、アラインメントの正確さも向上させることが
可能になる。
As described above, according to the alignment optical system of the present invention, when aligning a semiconductor wafer or the like having a regular pattern in the X and Y axis directions of standard coordinates, it is possible to perform pattern matching of the substrate. With respect to the evaluation value of the matching degree, only minute isolated points that become background noise are erased in an out-of-focus state, and an image in which a repeating pattern in the X and Y axis directions or an edge in the X and Y axis directions is captured is The sharpness can be maintained. Therefore, the reference pattern in the memory and the observed target pattern can be matched with high accuracy without performing special image processing, and the accuracy of alignment can be improved.

【0025】更に、本発明の光学系は、通常の合焦状態
では同程度の開口数を有する観察光学系を上回る解像度
を得ることができるため、パターンマッチング以外に、
例えばプローブテスト後の針跡検査等の繊細なインスペ
クトに対しても従来以上の性能を発揮でき、半導体ウエ
ーハの複合的検査装置のための観測光学系として極めて
有用である。
Further, since the optical system of the present invention can obtain a resolution higher than that of an observation optical system having a similar numerical aperture in a normal focusing state, other than pattern matching,
For example, it can exhibit higher performance than before even for delicate inspection such as needle mark inspection after a probe test, and is extremely useful as an observation optical system for a composite inspection apparatus for semiconductor wafers.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるアラインメント光学系の構成を示
す一実施例である。
FIG. 1 is an embodiment showing a configuration of an alignment optical system according to the present invention.

【図2】本発明の光学系に備えられている空間フィルタ
の構成を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing the configuration of a spatial filter provided in the optical system of the present invention.

【図3】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図4】従来の半導体ウエーハ等のアラインメントを行
う光学系の構成を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration of an optical system for aligning a conventional semiconductor wafer or the like.

【図5】半導体チップの配線パターンの例を示した図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a wiring pattern of a semiconductor chip.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ボンディングパット 2 ボンディングパットのコーナー部分 3 配線のクロス部分 11,11’,21,21’ 空間フィルタ 12,12’ 対物レンズ 13 試料 14 結像レンズ 15 像面 16 ファイババンドル 17 照明レンズ 18 ハーフミラー LC 光軸1 Bonding pad 2 Corner part of bonding pad 3 Crossing part of wiring 11, 11 ', 21, 21' Spatial filter 12, 12 'Objective lens 13 Sample 14 Imaging lens 15 Image plane 16 Fiber bundle 17 Illumination lens 18 Half mirror L C optical axis

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 21/66 G06F 15/62 405C Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Reference number within the agency FI technical display location // H01L 21/66 G06F 15/62 405C

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 標準座標のX,Y軸方向に規則的なパタ
ーンが繰り返し形成された対象物のアラインメントを行
うための画像を取得する観察光学系において、 対物レンズを基準にして試料面とフーリエ変換の位置関
係にある平面内又はその近傍に、前記対物レンズの瞳内
にあって該瞳の中心を通り前記パターンの規則的配列方
向と平行で互いに垂直に交わる2本の線分の何れに対し
ても線対称となる4個以上の開口を有する遮蔽板が配置
されていることを特徴とするアラインメント光学系。
1. An observation optical system for acquiring an image for aligning an object, in which a regular pattern is repeatedly formed in the X and Y axis directions of standard coordinates, in an observation optical system with reference to an objective lens and a Fourier plane. In any of two line segments in the pupil of the objective lens, passing through the center of the pupil, parallel to the regular arrangement direction of the pattern, and perpendicular to each other in the plane having the positional relationship of conversion. An alignment optical system in which a shield plate having four or more openings that are line-symmetric with respect to each other is arranged.
【請求項2】 予め記憶されている標準パターンと観測
されたパターンとのマッチングを行う場合には、一定の
デフォーカス量を与えられた状態で使用され、その他の
検査のための画像を取得する場合には、合焦状態で使用
されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のア
ラインメント光学系。
2. When performing matching between a standard pattern stored in advance and an observed pattern, the standard pattern is used with a given defocus amount, and an image for other inspection is acquired. In some cases, the alignment optical system is used in a focused state.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214637B1 (en) 1999-04-30 2001-04-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of forming a photoresist pattern on a semiconductor substrate using an anti-reflective coating deposited using only a hydrocarbon based gas
US7391388B2 (en) * 2002-10-28 2008-06-24 Raytheon Company Segmented spectrum imaging system and method
WO2023095442A1 (en) * 2021-11-29 2023-06-01 浜松ホトニクス株式会社 Observation device and observation method

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