JPH1019794A - 落射照明光学系における垂直照明設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】数量的に垂直度を検出して落射照明の状態を実
質的に垂直に設定することができる落射照明光学系にお
ける垂直照明設定装置を提供することにある。 【解決手段】対物レンズの焦点と共役関係にある照明光
学系の光路の位置に光を透過させる開口を有するスリッ
トと、試料が画素の配列方向に対して直行する方向にパ
ターンを有していて開口を移動させてパターンに対して
試料面上での第１および第２の落射照明位置で落射照明
を行い、焦点の位置をパターン近傍でパターンに対して
垂直方向に所定量移動させて、複数の焦点位置のそれぞ
れにおいて得られるパターンのエッジからの反射光の光
学センサの検出信号に基づきこの検出信号に対応する画
素位置を算出し、第１の落射照明位置および第２の落射
照明位置のそれぞれにおける所定量移動に応じた画素位
置の変化量と第１の落射照明位置および第２の落射照明
位置とにより実質的に画素位置が変化しない試料面上で
の落射照明位置を求め、この位置に対応するように開口
を設定するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、落射照明光学系
における垂直照明設定装置に関し、詳しくは、ウエハ上
に形成された各種のパターンの相互間の位置ずれ量、い
わゆるレジストレーションを測定する位置ずれ量測定装
置において、落射照明測定光学系の照射光の垂直度を検
出してそれが垂直になるように調整することができるよ
うな垂直照明設定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造においては、表面が平
滑なサブストレートのウエハに対して、各種のパターン
が形成される。これらのパターンは相互間の位置が正確
に形成されることが必要であって、既形成パターンと次
に形成するパターンとの間で、その相互間の位置ずれ
量、いわゆるレジストレーションが精密に測定されてい
る。例えば、これは、ある半導体製造工程において、マ
スク等を介して露光により形成されたレジストパターン
とその１つ前の工程ですでに形成されている、エッチン
グされたパターンとの位置ずれ量をレジストレーション
測定装置（位置ずれ量測定装置）により高精度に測定す
ることによる。

【０００３】近年、１６Ｍから６４Ｍ、２５６Ｍと、Ｄ
ＲＡＭの記憶容量の飛躍的な増加に伴い、この位置ずれ
量の測定検査がますます重要となってきている。高密度
の記憶容量を持つＤＲＡＭを製造するには、露光装置の
検出光学系の調整、そして、検出光学系の中心とウエハ
上の各チップの中心とが高精度に位置決めされる必要が
あるが、従来のこの位置決めは、ウエハの面の中心と露
光装置の光学系の対物レンズの中心、リレーレンズ、そ
して位置合わせマークを検出するＣＣＤなどの検出器の
中心をレーザ光によりこれらが一致するように位置合わ
せすることによる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レジストレーション測
定装置の測定光学系は、通常、落射照明により対物レン
ズを介してウエハ等の試料に照射されるので、前記の中
心合わせや各種の位置合わせは、この落射照明光学系を
介して行われる。この落射照明光学系は、同時に検出光
学系を兼ねているので、これの垂直照明が正確に垂直に
設定されていないと高い精度での位置合わせや検出がで
きない。落射照明光学系を試料に垂直に位置合わせする
位置調整は従来から行われているが、それは、試料を何
回か測定してその実測値の傾向から経験的に照明光の垂
直性を判断して調整しているのが現状である。例えば、
１０サンプル以上のサンプルを最初に測定して、その結
果に応じて調整がなされ、それの繰り返しになる。そこ
で、垂直性の調整が数時間以上に亙ることになる。しか
も、それが完全に垂直に調整されているかは不明であ
る。すなわち、落射照明光の垂直性の調整には熟練を要
し、かつ、時間がかかる。この発明の目的は、このよう
な従来技術の問題点を解決するものであって、数量的に
垂直度を検出して落射照明の状態を実質的に垂直に設定
することができる落射照明光学系における垂直照明設定
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の落射照明光学系における垂直照明設
定装置の特徴は、対物レンズの焦点と共役関係にある照
明光学系の光路の位置に光を透過させる開口を有する開
口絞りと、試料が画素の配列方向に対して直行する方向
にパターンを有していて開口を移動させてパターンに対
して試料面上での第１および第２の落射照明位置で落射
照明を行い、焦点の位置をパターン近傍でパターンに対
して垂直方向に所定量移動させて、複数の焦点位置のそ
れぞれにおいて得られるパターンのエッジからの反射光
の光学センサの検出信号に基づきこの検出信号に対応す
る画素位置を算出し、第１の落射照明位置および第２の
落射照明位置のそれぞれにおける所定量移動に応じた画
素位置の変化量と第１の落射照明位置および第２の落射
照明位置とにより実質的に画素位置が変化しない試料面
上での落射照明位置を求め、この位置に対応するように
開口絞りを設定するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明の垂直照明設定の原理に
ついて、まず、図７に従って説明すると、対物レンズ１
を介して検査領域のパターン９ａの映像をそのまま一次
元光学センサ上に結像させてパターン映像を採取すると
仮定する。このような場合において、照明光がウエハ９
に対して実質的に垂直になっているときには、図（ａ）
に示すように、ウエハ９上のパターン９ａに対する焦点
合わせ位置の前後に対物レンズ係を移動させてもウエハ
９上に形成されたパターン９ａの映像の位置はあまりず
れることはない。したがって、一次元光学センサ上での
エッジの受光位置（●で示す位置）はほとんど変化しな
い。一方、照明光がウエハに対して斜め照射されている
ときには、図（ｂ）に示すように、焦点合わせ位置の前
後に焦点を移動させた場合にウエハ９上に形成されたパ
ターン９ａの映像の受光位置が焦点位置の移動に応じて
移動するので、一次元光学センサ上でのエッジの受光位
置（●）が焦点位置の移動に応じて変化する。

【０００７】そこで、前記の構成のように、対物レンズ
の焦点位置と共役関係に配置した照明光学系の開口絞り
（ピンホール）の位置をウエハ上での第１の落射照明位
置に設定してウエハへの照明光を傾斜させてパターンに
対する合焦位置の前後に焦点を移動してエッジ検出信号
の受光位置の変化量を採取し、前記の傾斜とは逆方向に
なるウエハ上での第２の落射照明位置に開口絞りを設定
して同様にエッジ位置の変化量を採取して、これら２つ
のエッジ位置の変化量と第１，第２の落射照明位置との
関係により照射光が垂直になる開口絞りのウエハ上での
落射照明位置を算出して、そこの位置に対応する位置に
開口絞りを設定することで照射光を試料に対して垂直に
することができる。

【０００８】

【実施例】図１は、この発明の落射照明光学系における
垂直照明設定装置を適用した一実施例のレジストレーシ
ョン測定装置の説明図であり、図２は、各ピント合わせ
位置におけるウエハ上のパターン検出信号とＣＣＤセン
サの画素位置との関係の説明図、図３は、傾斜照明にお
けるパターンのエッジからの反射光受光位置の検出につ
いての位置変化の説明図、図４は、ＣＣＤセンサの検出
信号を微分した場合のエッジ検出信号についてのウエハ
上のパターンに対する合焦位置とその前後の検出レベル
についての説明図、図５は、垂直照明設定処理のフロー
チャート、そして、図６は、傾斜照明における各ピント
合わせ位置と画素番号との関係の説明図である。

【０００９】１００は、レジストレーション測定装置で
あって、１は、落射照明を行い、ウエハ９からの反射光
をＣＣＤリニアセンサ１０とＣＣＤリニアセンサ１１に
送る対物レンズである。この対物レンズ１の中心に位置
合わせされて、リレーレンズ２ａ，シリンドリカルレン
ズ２ｂ（Ｘ軸方向）、リレーレンズ３ａ，シリンドリカ
ルレンズ３ｂ（Ｙ軸方向）が設けられている。なお、Ｃ
ＣＤリニアセンサ１０とＣＣＤリニアセンサ１１は、レ
ジストレーション測定における位置ずれ量を検出するた
めに設けられた、前記の光学系を介して反射光を受光す
るＸ軸方向およびＹ軸方向の検出器である。

【００１０】４は、ハーフミラーであって、Ｘ方向とＹ
方向との検出系にウエハ９からの反射光を分離する。５
は、照明光学系であって、光源５０と、光路の途中に設
けられたファイバ５２と、照明光を絞る絞り機構５３、
視野絞り５４、そして、ハーフミラー５５と、これら各
要素に対応して設けられた集光あるいは平行光を発生す
るレンズ系とからなる。７は、ウエハチャック、８は、
ウエハチャック７をＸＹＺ方向に移動させるＸＹＺ移動
ステージ、９は、ウエハチャック７にチャックされた垂
直性検査用のウエハである。

【００１１】この実施例では、照明光学系５の絞り機構
５３の開口（ピンホール）の位置を垂直性検査用のウエ
ハ９の表面に採られたＸＹ座標系におけるＸ，Ｙ方向に
移動させる開口位置移動機構６０が設けられている。こ
れは、制御装置２０により移動機構等駆動回路１４を介
して駆動される。これにより照射光の中心位置をウエハ
９上でのＸ，Ｙ方向に二次元移動させて垂直性の測定と
その調整をする。なお、垂直性検査用のウエハ９は、対
物レンズ１の軸と直角になるように配置され、表面に平
行に所定の幅でエッジングされた短冊状のパターンがそ
の表面に形成されている。また、絞り機構５３の開口の
径は、１．０mmφ程度のピンホール（アパーチャストッ
プ）になっている。

【００１２】まず、制御装置２０は、後述する垂直照明
設定処理のほかに、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）１５は、
制御装置２０により制御されてＣＣＤリニアセンサ１
０，１１の検出信号をデジタル化して制御装置２０に送
出する。

【００１３】制御装置２０は、画像メモリ１６、デジタ
ルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１７、フォーカスコン
トローラ１８、ＭＰＵ１９、そしてメモリ２１等で構成
され、バス２２を介してＭＰＵ１９と画像メモリ１６、
ＤＳＰ１７、フォーカスコントローラ１８、メモリ２１
等が相互に接続されている。Ａ／Ｄ１５は、ＣＣＤリニ
アセンサ１０，１１からの検出信号を受け、所定のサン
プリング周期でＡ／Ｄ変換したデータを画像メモリ１６
に送出する。画像メモリ１６は、Ａ／Ｄ１５からのデー
タを順次記憶する。

【００１４】ＤＳＰ１７は、ＭＰＵ１９に制御されて画
像メモリ１６のデジタルデータを受けてこれからずれ量
ΔＸ（ΔＹ）を高速に算出して、算出結果をＭＰＵ１９
に送出する。これは、ずれ量算出専用のプロセッサであ
る。フォーカスコントローラ１８は、ＭＰＵ１９に制御
されてＣＣＤリニアセンサ１０，１１、Ａ／Ｄ１５、画
像メモリ１６を制御し、画像メモリ１６からのデータを
受けてＸＹＺ移動ステージ８をＺ方向に移動させて焦点
合わせを行う。なお、前記のずれ量ΔＸ（ΔＹ）の算出
処理については、発明に直接関係していないので割愛す
る。メモリ２１には、エッジ画素位置検出プログラム２
１ａ、開口絞り位置調整プログラム２１ｂ、垂直照明設
定プログラム２１ｃ、そしてマークのずれ量測定プログ
ラム２１ｄ等が設けられている。２３は、制御装置２０
からの制御信号に応じてＸＹＺ移動ステージ８をＸ，
Ｙ，Ｚの方向に移動させる駆動信号をＸＹＺ移動ステー
ジ８に送出するステージ駆動回路である。

【００１５】さて、前記のエッジ画素位置検出プログラ
ム２１ａは、ＭＰＵ１９がこれを実行することでＣＣＤ
センサから検出信号を取込む処理をして画像メモリ１６
に記憶された、Ａ／Ｄ変換されたパターンからの反射光
についての検出データ（検出信号の電圧値）を読み出し
て取込み、このデータに対して微分処理をして検査用ウ
エハ９に形成されたパターンのエッジ部分の信号（ここ
では一方のエッジからの反射光受光信号）に対応するピ
ークを微分処理することにより求めて、このピーク位置
に対応する画素番号（画素位置）を検出するプログラム
である。なお、ここでの画素位置は、画素位置の変位量
を求める関係から相対的な位置でよく、画像メモリ１６
に記憶されたそのときの焦点合わせをした視野における
受光信号全体においてカウントされる単なるカウント値
を検出位置とすることでもよい。そこで、この位置は、
ピーク値が得られた画像メモリ１６上のデータの位置か
ら簡単に得ることができる。開口絞り位置調整プログラ
ム２１ｂは、ＭＰＵ１９がこれを実行することで開口位
置移動機構６０を駆動して絞り機構５３の開口（ピンホ
ール）の位置をウエハ９の表面上におけるＸ、Ｙ方向に
移動させるプログラムである。

【００１６】垂直照明設定プログラム２１ｃは、ＭＰＵ
１９がこれを実行することで前記の開口絞り位置調整プ
ログラム２１ｂをコールして開口位置を所定のＸＹ座標
に設定して、パターンに対する合焦位置を中心にしてそ
の前後に移動させて検出値を得て、次に前記のエッジ画
素位置検出プログラム２１ａをコールして各焦点移動位
置におけるエッジ受光位置の画素番号を検出し、開口位
置の座標とエッジ受光位置の変位量とに基づき落射照明
のウエハ９上の位置を算出して、その位置になるように
開口（ピンホール）の位置を設定するプログラムであ
る。

【００１７】図２は、各ピント合わせ位置におけるウエ
ハ上のパターン検出信号とＣＣＤセンサの画素位置との
関係を示すものであって、９ａは、検査用のウエハ９に
形成されたパターンの１つを断面で表している。このパ
ターン９ａの断面がＸ方向の断面であるとすると、ＣＣ
Ｄリニアセンサ１０により受光したパターン９ａの検出
信号が１０ａである。もちろん、これは、Ｙ方向の断面
である場合には、ＣＣＤリニアセンサ１１による信号に
なる。以下の説明では、このＸ方向のＣＣＤリニアセン
サ１０による検出信号を例として説明するが、Ｘ方向の
移動とＹ方向の移動とは独立にできるので、Ｙ方向にあ
って以下の説明はそのまま適用することができる。

【００１８】さて、図２の（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ
垂直状態で落射照明がなされているときの対物レンズ１
の位置を順次ウエハ９側に下げていったときの焦点位置
（点線）とその右側に対応して示すそのときのパターン
９ａの検出信号の状態である。パターン９ａに対して点
線で示す位置が対物レンズ１の焦点位置とすると、各検
出信号１０ａは、図示のように順次変化していく。ここ
で、各検出信号の右側に示す矢印を付けた位置は、パタ
ーン９ａの右側エッジの中央部分に相当する。この位置
に着目して対物レンズ１の焦点位置の移動との関係をみ
ると、検出信号の波形は変化するが、パターン９ａに対
して照明光がほぼ垂直状態になっていると、矢印で示す
エッジの位置には実質的な変化は少ない。したがって、
ＣＣＤリニアセンサ１０とすると、矢印で示すエッジの
位置に対応する信号（エッジ検出信号）の画素位置はあ
まり変化しない。

【００１９】しかし、次の図３の（i）〜（iii）に示す
ように、対物レンズ１からの照明光が斜めになると、前
ピント位置と合焦位置、後ピント位置で示すように、反
射光Ｒの方向が同じ方向になっていても、合焦位置前後
のピント位置での反射光Ｒを合焦位置に移して点Ａ，Ｂ
として発生させると分かるように、前ピント位置の反射
光Ｒは、合焦位置のパターン９ａのエッジ部分の後ろの
山の部分に入り込み（点Ａ参照）、後ピント位置の反射
光Ｒは、合焦位置のパターン９ａのエッジの手前の谷の
部分に入り込む（点Ｂ参照）。したがって、それぞれの
位置でのエッジからの反射光Ｒを受光するＣＣＤリニア
センサ１０の画素位置は、図３の（iv）のエッジについ
ての検出信号１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとして示すように
異なってくる。

【００２０】これらの検出信号１０ｂ〜１０ｄは、得ら
れた検出信号を微分処理することにより容易に得ること
ができる。すなわち、ＣＣＤリニアセンサの検出信号の
うち前記の図２の矢印の位置で示すエッジ検出信号を微
分処理した場合の検出信号であって、この検出信号の微
分処理と焦点位置との検出レベルについての説明図が図
４である。この微分処理は、前記のエッジ画素位置検出
プログラム２１ａにより行われ、これによりピーク位置
が求められて画素位置（画素番号）が算出される。な
お、図４の縦軸は、ｄＶ／ｄｎであって画素に対する微
分電圧値であり、横軸は対物レンズ１の高さであり、グ
ラフにおける各点の（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ図２の
（ａ）〜（ｇ）の各焦点位置に対応している。図に示さ
れるように、焦点をずらせても微分処理をすればエッジ
からの反射光受光位置に対応して検出信号（エッジ検出
信号）を得ることができる。

【００２１】次に、照明光の垂直照明設定処理について
図５に従って説明する。ＭＰＵ１９は、垂直照明設定プ
ログラム２１ｃを実行して垂直照明設定処理に入る。そ
して、まず、開口絞り位置調整プログラム２１ｂをコー
ルしてＭＰＵ１９がこのプログラムを実行し、開口位置
移動機構６０を駆動して絞り機構５３の開口（ピンホー
ル）の位置をウエハ９の表面上におけるＸ、Ｙ方向にお
いて座標（ｘ1，ｙ1）の落射照明位置に対応する位置に
移動させる（ステップ１０１）。ここで、座標（ｘ1，
ｙ1）は、キーボードより入力されてもよいし、あらか
じめメモリ２１にパラメータとして記憶されていてもよ
い。また、実際にエッジ検出信号の画素を得るのは、Ｃ
ＣＤリニアセンサ１０上の画素、すなわち、Ｘ方向だけ
であるので、Ｙ座標については特別な値を採る必要はな
い。これにより図７の（ｂ）に示すように対物レンズ１
からウエハ９に対して傾斜した光束が照射される。

【００２２】次に、フォーカスコントローラ１８を制御
してウエハ９に焦点合わせをし（ステップ１０２）、対
物レンズ１を所定量上昇させて図３の（ａ）に対応する
ような前ピント位置に設定する（ステップ１０３）。そ
して、移動ステップ変数ｍをｍ＝１（初期値）に設定す
る（ステップ１０４）。次にエッジ画素位置検出プログ
ラム２１ａをコールしてＭＰＵ１９に実行させて、図３
の（ａ）の位置に対応する焦点位置において、ＣＣＤ検
出信号の取込み処理をして、パターン９ａの矢印で示す
エッジ受光位置についてＣＣＤリニアセンサ１０のエッ
ジ画素番号を算出し（ステップ１０５）、この画素番号
をメモリ２１の所定の領域のｍ番目（最初は１番目）の
位置に記憶する（ステップ１０６）。次に、焦点移動終
了か否かを前記変数ｍ＞＝６０か否かにより判定をする
（ステップ１０７）。ｍが５９以下の場合には、ＮＯと
なり、ｍをｍ＝ｍ＋１としてインクリメントして（ステ
ップ１０８）、ステップ１０５へと戻り、再び、エッジ
位置に対応する画素番号を算出して、メモリ２１の所定
の領域のｍ番目に記憶する。このようにしてｍ＝６０に
なり、６０ステップ分の画素番号が得られると、ステッ
プ１０７の判定において、ＹＥＳとなり、現在の落射照
明（開口絞りの位置）の座標値が（ｘ1，ｙ1）か否かに
より、検出処理終了か否かの判定を行う（ステップ１０
９）。

【００２３】最初は、ここでＹＥＳとなると、再び、開
口絞り位置調整プログラム２１ｂをコールしてＭＰＵ１
９がこのプログラムを実行し、開口位置移動機構６０を
駆動して絞り機構５３の開口の位置をウエハ９の表面上
におけるＸ、Ｙ方向において落射照明座標（ｘ2，ｙ2）
の位置に対応する位置に移動させる（ステップ１１
０）。なお、座標（ｘ2，ｙ2）もキーボードより入力さ
れてもよいが、あらかじめメモリ２１にパラメータとし
て記憶されている値が引かれて、ｘ2＝ｘ1−ｋ1，ｙ2＝
ｙ1−ｋ2により算出される。ここで、ｋ1，ｋ2は、座標
（ｘ2，ｙ2）が前記の座標（ｘ1，ｙ1）における対物レ
ンズ１の照射光の傾斜とは逆の傾斜になるような座標が
選択されるような値である。このステップ１１０の後に
ステップ１０２へと戻り前記と同様な処理を行う。な
お、１ステップの焦点移動距離は、ここでは、例えば、
０．１μｍであって、６０ステップの移動により６μｍ
程度高さ方向に焦点が移動する。このような処理の結
果、最初の座標（ｘ1，ｙ1）における傾斜照明における
各ピント合わせ位置と画素番号との関係は、図６の
（ａ）に示すところになる。その横軸は画素番号ｎであ
り、縦軸が焦点位置のステップ数ｍである。また、次の
座標（ｘ2，ｙ2）における傾斜照明における各ピント合
わせ位置と画素番号との関係は、図６の（ｂ）に示すと
ころである。同様にその横軸は画素番号であり、縦軸が
焦点位置のステップ数ｍである。

【００２４】さて、前記のステップ１０９における検出
処理終了か否かの判定によりＮＯとなると、次にステッ
プ１１１へと移行して垂直照射位置の算出が行われる。
これは、まず、座標（ｘ1，ｙ1）における画素番号の変
位量Ａ1（図６（ａ）参照）を算出し、次に、座標（ｘ
2，ｙ2）における画素番号の変位量Ａ2（図６（ｂ）参
照）を算出するものである（ステップ１１１）。次に、
Ｘ方向の座標値ｘ1，ｘ2と前記のＡ1，Ａ2とから次の式
によりＸ方向の設定位置ｘが算出される（ステップ１１
２）。 ｘ＝（Ａ1ｘ2−Ａ2ｘ1）／（Ａ1−Ａ2） これは、図６（ｃ）に示すように、画素の変位量が
“０”になるようなＸ座標を求めることである。

【００２５】このようにして求められた設定値ｘに基づ
いて次に開口絞り位置調整プログラム２１ｂをコールし
てＭＰＵ１９がこのプログラムを実行し、開口位置移動
機構６０を駆動して絞り機構５３の開口（ピンホール）
の位置をウエハ９の表面上におけるＸ、Ｙ方向において
落射照明座標（ｘ，ｙ1）の位置に対応する位置に移動
させる（ステップ１１３）。これによりＸ方向の対物レ
ンズ１の照射光を実質的に垂直な照明になるように調整
することができる。その後に、ステップ１１３において
落射照明位置のＸ座標を求められた値ｘに固定するよう
に開口を設定する。さらに、ｙ座標をｙ3にして座標
（ｘ，ｙ3）に設定してＹ方向について、同様に、ステ
ップ１０２からステップ１１３までの処理を行う。この
とき、図２に示すパターン９ａがＹ方向に直角なパター
ンとなり、ステップ１０５においては、矢印で示すエッ
ジからの反射光についてＣＣＤリニアセンサ１１のエッ
ジ画素番号ｍを算出することになる。そして、ステップ
１０６においてはこのＹ方向の画素番号ｍをメモリ２１
の所定の領域のｍ番目（最初は１番目）の位置に記憶す
る。このような処理によりＹ方向においても傾斜のない
落射照明位置ｙを求める。

【００２６】そして、最後に、ステップ１１２におい
て、Ｙ方向の設定値ｙをｙ＝（Ａ3ｙ3−Ａ4ｙ4）／（Ａ
3−Ａ4）から求める。なお、ｙ3，ｙ4は、それぞれＹ方
向に採られた２点の落射照明座標値であり、Ａ3，Ａ4
は、これら２点のそれぞれにおけるＹ方向の画素変位量
である。これにより、先のステップ１１３においては、
開口位置移動機構６０を駆動して絞り機構５３の開口
（ピンホール）の位置をウエハ９の表面上におけるＸ、
Ｙ方向において落射照明の位置が座標（ｘ，ｙ）の位置
になるような、これに対応する位置に移動させる。この
ことで、Ｘ，Ｙ方向での落射照明の垂直設定を終了す
る。

【００２７】以上説明してきたが、実施例では、ウエハ
における凸型のパターンを使用して説明しているが、凹
型のパターンのエッジであってもよいことはもちろんで
ある。また、試料は、液晶基板等であってもよく、ウエ
ハに限定されないことももちろんである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したようなこの発明によれば、
対物レンズの焦点位置と共役関係に配置した照明光学系
の開口絞り（ピンホール）の位置をウエハ上での第１の
落射照明位置に設定してウエハへの照明光を傾斜させて
パターンに対する合焦位置の前後に焦点を移動してエッ
ジ検出信号の受光位置の変化量を採取し、前記の傾斜と
は逆方向になるウエハ上での第２の落射照明位置に開口
絞りを設定して同様にエッジ位置の変化量を採取して、
これら２つのエッジ位置の変化量と第１，第２の落射照
明位置との関係により照射光が垂直になる開口絞りのウ
エハ上での落射照明位置を算出して、そこの位置に対応
する位置に開口絞りを設定するようにしているので、照
射光を試料に対して垂直な落射照明にすることができ
る。その結果、短時間に確実にしかも熟練を要すること
なく、自動的に落射照明光学系における照明を垂直に設
定できることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の落射照明光学系における垂
直照明設定装置を適用した一実施例のレジストレーショ
ン測定装置の説明図である。

【図２】図２は、各ピント合わせ位置におけるウエハ上
のパターン検出信号とＣＣＤセンサの画素位置との関係
の説明図である。

【図３】図３は、傾斜照明におけるパターンのエッジか
らの反射光受光位置の検出についての位置変化の説明図
である。

【図４】図４は、ＣＣＤセンサの検出信号を微分した場
合のエッジ検出信号についてのウエハ上のパターンに対
する合焦位置とその前後の検出レベルについての説明図
である。

【図５】図５は、垂直照明設定処理のフローチャートで
ある。

【図６】図６は、傾斜照明における各ピント合わせ位置
と画素番号との関係の説明図であって、（ａ）は、最初
の落射照明位置における測定値の説明図、（ｂ）は、次
の落射照明位置における測定値の説明図、（ｃ）は、垂
直な落射照明位置の求め方についての説明図である。

【図７】図７は、測定原理の説明図であって、（ａ）
は、垂直な落射照明とエッジの受光位置の説明図、
（ｂ）は、傾斜した落射照明とエッジ受光位置の説明図
である。

【符号の説明】

１…対物レンズ、２ａ，３ａ…リレーレンズ、２ｂ，３
ｂ…シリンドリカルレンズ、４，５５…ハーフミラー、
５…照明光学系、７…ウエハチャック、８…ＸＹＺ移動
ステージ、９…ウエハ、１０，１１…ＣＣＤリニアセン
サ、１５…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、１６…画像メモ
リ、１７…高速数値演算プロセッサ、１８…フォーカス
コントローラ、１９…ＭＰＵ、２０…制御装置、２１…
メモリ、２２…バス、２１ａ…エッジ画素位置検出プロ
グラム、２１ｂ…開口絞り位置調整プログラム、２１ｃ
…垂直照明設定プログラム、２１d…マークのずれ量測
定プログラム、３０…レジストレーションパターン、５
０…光源、５１…光量調整フィルタ、５２…ファイバ、
５３…絞り機構、５４…視野絞り、６０…開口位置移動
機構。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】落射照明光学系の対物レンズを介して試料
   に落射照明を行い、前記対物レンズを介して前記試料か
   らの反射光を、所定の方向に配列され画素対応に設けら
   れた複数の受光素子を有する光学センサにより検出する
   測定装置あるいは検査装置において、 前記対物レンズの焦点と共役関係にある照明光学系の光
   路の位置に光を透過させる開口を有する開口絞りと、 前記試料が前記画素の配列方向に対して直行する方向に
   パターンを有していて前記開口を移動させて前記パター
   ンに対して前記試料面上での第１および第２の落射照明
   位置で前記落射照明を行い、前記焦点の位置を前記パタ
   ーン近傍で前記パターンに対して垂直方向に所定量移動
   させて、複数の焦点位置のそれぞれにおいて得られる前
   記パターンのエッジからの反射光の前記光学センサの検
   出信号に基づきこの検出信号に対応する前記画素位置を
   算出し、前記第１の落射照明位置および第２の落射照明
   位置のそれぞれにおける前記所定量移動に応じた画素位
   置の変化量と前記第１の落射照明位置および第２の落射
   照明位置とにより実質的に画素位置が変化しない前記試
   料面上での落射照明位置を求め、この位置に対応するよ
   うに前記開口絞りを設定する落射照明光学系における垂
   直照明設定装置。
2. 【請求項２】前記試料はウエハであり、前記測定装置あ
   るいは検査装置はレジストレーション測定装置であり、
   前記ウエハ面を平行にＸＹ座標系を採り、前記光学セン
   サは、前記ウエハ面上におけるＸ方向とＹ方向とにそれ
   ぞれ配列されたＣＣＤリニアセンサであり、前記第１お
   よび第２の落射照明位置として前記ウエハ面上での前記
   Ｘ方向および前記Ｙ方向のいずれか一方の座標が採用さ
   れて前記試料の落射照明位置がいずれか一方の座標位置
   として求められ、さらにいずれか他方の座標が採用され
   て前記試料の落射照明位置がいずれか他方の座標位置と
   して求められ、これらいずれか一方と他方とにより決定
   される前記ウエハ面上での前記ＸＹ座標位置に対応する
   ように前記開口絞りを設定する請求項１記載の落射照明
   光学系における垂直照明設定装置。