JPH1187231A - 画像取り込み装置 - Google Patents

画像取り込み装置

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Publication number
JPH1187231A
JPH1187231A JP9254094A JP25409497A JPH1187231A JP H1187231 A JPH1187231 A JP H1187231A JP 9254094 A JP9254094 A JP 9254094A JP 25409497 A JP25409497 A JP 25409497A JP H1187231 A JPH1187231 A JP H1187231A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
optical system
forming optical
imaging optical
exposure
Prior art date
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Pending
Application number
JP9254094A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Ochiai
浩治 落合
Tomoaki Yamada
智明 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH1187231A publication Critical patent/JPH1187231A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射率が相当異なる2物体の画像を、時間ド
リフトの悪影響を抑制しつつ適切に取り込むことのでき
る画像取り込み装置を提供する。 【解決手段】 本画像取り込み装置は、ウェハ23上の
ボックスマークのような第1の物体25の画像及び第2
の物体27の画像を取り込む装置である。同装置は、両
物体を照明する照明光学系(光源11等)を備える。ま
た、第1の物体25からの反射光を第1の光電変換器3
9aに結像する第1の結像光学系と、第2の物体27か
らの反射光を第2の光電変換器39bに結像する第2の
結像光学系と、装置各部をコントロールする制御部50
を備える。上記第1の結像光学系又は第2の結像光学系
の露光時間のうちのいずれか長い方の間、両結像光学系
のうちのいずれか短い露光時間の方の結像光学系を繰り
返し露光し、繰り返し露光して得られた光電変換画像を
積算し、次いで、積算した画像を平均化して露光時間の
短い方の結像光学系の画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造工程において重ね合わせ精度等を測定するレジストレ
ーション装置用の画像処理装置に代表される、近接して
配置されている微細な二つの物体の画像を取り込むのに
適した画像取り込み装置に関する。特には、反射率又は
透過率が相当異なる2物体の画像を、時間ドリフトの悪
影響を抑制しつつ適切に取り込むことのできる画像取り
込み装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスのレジストレーション装
置を例にとって説明する。図3は、従来のレジストレー
ション装置の構成を模式的に示す図である。このレジス
トレーション装置は、例えば半導体ウェハ23上に形成
されている下地層のような第1の物体25と、該物体の
上に積層された現像済のフォトレジスト層のような第2
の物体27との中心のズレを検査するため、それらの物
体の側辺である第1の部位25aと第2の部位27aと
の間の距離を測定する装置である。なお、両物体25、
27は検査用のボックスマークである。
【0003】この従来例のレジストレーション装置は、
照明用の光源11を有する。光源11から発した照明光
13は、光源11と同軸上に配置されているコンデンサ
レンズ15を通って適当な照明倍率に調整される。コン
デンサレンズ15を出た照明光19は、コンデンサレン
ズ15の軸と、対物レンズ21や結像レンズ33の軸と
が交差する点に置かれているハーフミラー17に当って
下方に偏向され、ハーフミラー17の下方に置かれてい
る対物レンズ21を通過して上記第1の物体25及び第
2の物体27を照明する。通常この種のレジストレーシ
ョン装置においては、照明の均一性を保つために、照明
光学系の配置をいわゆるケーラー照明とすることが多
い。なお、第1の物体25及び第2の物体27は、対物
レンズ21の光軸付近に、ウェハステージ24によって
位置決めされる。
【0004】第1の物体25及び第2の物体27に当て
られた光は反射して(反射光28)、対物レンズ21及
び、ハーフミラー17を通過し、さらに同レンズ21と
同軸で上方に配置された結像レンズ33を通過して、さ
らに上方に配置された光電変換器としてのCCDカメラ
203の光電変換面に達する。この対物レンズ21及び
結像レンズ33によって、第1の物体25及び第2の物
体27の拡大像がCCDカメラ203の光電変換面に結
像する。そして、例えば、第1の部位25aの像と第2
の部位27aの像を、CCDカメラ203からの画像信
号を処理する画像処理制御部205で自動認識し、両像
の間隔を測定する。同間隔を光学系の拡大率で割れば実
際の第1の部位25aと第2の部位27aの間の距離を
知ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例において
は、次のような問題点があった。 (1)第1の物体25の反射率と第2の物体27の反射
率との間には、極端な差がある場合がある。例えばアル
ミニウムやポリシリコンの配線層の反射率は数十%であ
るのに対し、反射防止膜(ARC)の反射率はわずか数
%である。その場合、反射率の高い方の像が飽和(露光
オーバー)しないような露光条件にすると、反射率の低
い方の像のコントラストが十分得られず、良好な測定再
現性を得られない欠点があった。
【0006】(2)像のコントラストを確保するため
に、第1の物体25と第2の物体27とを、時間分割し
てかつ別々の露光時間でそれぞれ光電変換して像を得る
こともできる。しかし、その場合は、ウェハステージ2
4が温度の揺らぎなどの影響でドリフトすることに起因
して、第1の物体25と第2の物体27との間の測定距
離に、ウェハステージ(XYZステージ)24のドリフ
ト要素が加わる。このドリフトは、例えばX・Yステー
ジ上に載置されているウェハの移動速度で100〜20
0nm/minに達する場合があり、到底無視しえぬものであ
る。そのため、正確な測定ができず、ドリフトの大小が
不確定要因となって測定再現性を悪くする欠点があっ
た。
【0007】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、反射率が相当異なる2物体の画像を、時間
ドリフトの悪影響を抑制しつつ適切に取り込むことので
きる画像取り込み装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の画像取り込み装置は、 第1の物体の画像
及び第2の物体の画像を取り込む装置であって; 第1
の物体及び第2の物体を照明する照明光学系と、 第1
の物体からの反射光又は透過光を第1の光電変換器に結
像する、適正露光量調整機構を有する第1の結像光学系
と、 第2の物体からの反射光又は透過光を第2の光電
変換器に結像する、適正露光量調整機構を有する第2の
結像光学系と、 装置各部をコントロールする制御部
と、を具備し; 該制御部の指令により、 上記第1の
結像光学系又は第2の結像光学系の露光時間のうちのい
ずれか長い方の間、両結像光学系のうちのいずれか短い
露光時間の方の結像光学系を繰り返し露光し、 繰り返
し露光して得られた光電変換画像を積算し、 次いで、
積算した画像を平均化して露光時間の短い方の結像光学
系の画像を得ることを特徴とする。
【0009】本発明によれば、コントラストの異なる第
1の物体と第2の物体をそれぞれ適切な露光時間で光電
変換し、より露光に時間を要する物体を露光している
間、露光時間の短い方も露光を繰り返し積算して像を得
るようにしたことにより、どちらの物体も測定に十分な
コントラストが得られる。また、どちらの物体も、ほぼ
同時に露光することにより、ステージのドリフトに影響
されることなく測定ができ、良好な測定再現性を実現で
きる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図1は、本発明の1実施例に係る画像取り込み装置
の構成を示す図である。(A)は全体構成を示し、
(B)は画像処理制御部内の構成を示す。図2は、第1
及び第2の光電変換器における露光状態を示すタイミン
グチャートである。
【0011】このレジストレーション装置は、半導体ウ
ェハ23上に形成されている下地層のような第1の物体
25と、該物体の上に積層された現像済のフォトレジス
ト層のような第2の物体27との中心のズレを検査する
ため、例えば、それらの物体の側辺である第1の部位2
5aと第2の部位27aとの間の距離を測定する装置で
ある。なお、両物体25、27は検査用のボックスマー
クである。
【0012】このレジストレーション装置は、照明用の
光源11を有する。光源11から発した照明光13は、
光源11と同軸上に配置されているコンデンサレンズ1
5を通って適当な照明倍率に調整される。コンデンサレ
ンズ15を出た照明光19は、コンデンサレンズ15の
軸と、対物レンズ21や結像レンズ33の軸とが交差す
る点に置かれているハーフミラー17に当って下方に偏
向され、ハーフミラー17の下方に置かれている対物レ
ンズ21を通過して上記第1の物体25及び第2の物体
27を照明する。この種のレジストレーション装置にお
いては、照明の均一性を保つために、照明光学系の配置
としていわゆるケーラー照明を採用している。なお、第
1の物体25及び第2の物体27は、対物レンズ21の
光軸付近に、ウェハステージ24によって位置決めされ
る。
【0013】第1の物体25及び第2の物体27に当て
られた光は反射して(反射光28)、対物レンズ21及
び、ハーフミラー17を通過し、さらに同レンズ21と
同軸で上方に配置された結像レンズ33を通過する。そ
の後、さらに上方に配置されたハーフミラー35におい
て分割され、同ミラー35を通過した光37aは、上方
の第1のCCDカメラ(第1の光電変換器)39aの光
電変換面に達する。一方、ハーフミラー35で左方向に
反射された光37bは、第2のCCDカメラ(第2の光
電変換器)39bに入射する。ここで、両光電変換器3
9a、39bは、各々第1の物体25又は第2の物体2
7のコントラストが測定に最適になるように露光時間を
設定して画像を取り込む。
【0014】次に、各光電変換器39a、39bからの
信号を処理するとともに両光電変換器をコントロールす
る画像処理制御部50について、図1(B)を参照しつ
つ説明する。第1の光電変換器(CCDカメラ)39a
の光電変換信号は、画像処理制御部50内の積算器41
aに送られて積算される。次に、積算された信号は、ビ
ットシフタ等からなる割算器43aに送られて、後述す
る露光の繰り返し数Naで割算して平均化される。平均
化された信号は、画像処理部45に送られて、画像合成
やエッジ認識、寸法測定、表示等の処理がなされる。同
様に、第2の光電変換器(CCDカメラ)39bの光電
変換信号は、積算器41bに送られて積算される。次
に、積算された信号は、ビットシフタ等からなる割算器
43bに送られて、露光の繰り返し数Nbで割算して平
均化される。平均化された信号は、画像処理部45に送
られて処理される。なお、いずれか片方の信号処理系統
は、本実施例では、繰り返し数Na=1である。
【0015】ここで、第2の物体27の方が、第1の物
体25よりも相当反射率が高いとする。そうすると、図
2に示すように、第1の光電変換器の露光時間T1 は長
く、第2の光電変換器39bの露光時間T2 は短い。図
中のT3 は、第2の光電変換器の複数の露光の間のイン
ターバル65の長さである。両画像処理制御部50は、
1 をT2 +T3 で割って端数を切り捨て整数Nbを得
る。そして、第1の光電変換器の長い露光61の間(T
1 )に、第2の光電変換器の露光63をNb回(この場
合6回)繰り返す。なお、第2の光電変換器の複数の露
光の間のインターバル65の長さT3 は、最終的には、
両光電変換器の露光の始点と終点を合わせるため、 T3 =(T1 −NT2 )÷(N−1) T3 >Ttr(画像データをCCDカメラ39bから積算
器41bに転送するのに必要とされる時間)により設定
される。なお、繰り返し数Nは、上述の計算よりも少し
低い数としてもよいし、予め画像処理制御部に登録して
おいてもよい。また、両光電変換器の露光の始点と終点
は少々ずれてもよい。
【0016】この実施例では、第1の光電変換器39a
の露光繰り返しは行わないので、図1(B)に示す積算
器41a、割算器43aは、単に第1の光電変換器39
aからの信号を素通して画像処理部45に送るのみであ
る。一方、第2の光電変換器39aでは6回露光が繰り
返されるので、積算器41bは6回分の露光の光電変換
信号を積算し、割算器43bはその積算値を6で割って
平均化し画像処理部45に送る。
【0017】画像処理部45は、両者の光電変換信号を
合成し、第1の物体25及び第2の物体27のエッジ2
5a及び27aを認識する。合成して得られる画像は、
各物体25、27の反射率に合わせた適切なコントラス
トであるので、合成画像上では両物体を明確に認識でき
る。その後、両エッジ25aと27aの間隔を測定し、
両物体(ボックスマーク)の中心位置ずれを検出し、半
導体デバイスの転写露光の重ね合わせ精度の指標が提供
される。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第1の物体及び第2の物体それぞれの適切な
コントラストの画像が得られ、良好な測定再現性を実現
することができる。また、露光時間が短い方の物体のト
ータルの画像取り込み時間を、露光時間が長い方にほぼ
合わせることができるので、露光中に測定物がドリフト
移動したとしても、短い露光時間と長い露光時間の物体
の画像には、ドリフト移動の影響が均等に反映されるの
で、良好な測定再現性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係る画像取り込み装置の構
成を示す図である。(A)は全体構成を示し、(B)は
画像処理制御部内の構成を示す。
【図2】第1及び第2の光電変換器における露光状態を
示すタイミングチャートである。
【図3】従来例に係るレジストレーション装置の構成を
模式的に示す図である。
【符号の説明】
11 光源 13 照明光 15 コンデンサレンズ 17 ハーフミラ
ー 19 照明光 21 対物レンズ 23 ウェハ 24 ウェハステ
ージ 25 第1の物体 27 第2の物体 28 反射光 33 結像レンズ 35 ハーフミラー 37 反射光 39a 第1のCCDカメラ 39b 第2のC
CDカメラ 41a、41b 積算器 43a、43b
割算器 45 画像処理部 50 画像処理制
御部 61 第1の光電変換器の露光 63 第2の光電
変換器の露光 65 第2の光電変換器の複数の露光の間のインターバ
ル長さ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の物体の画像及び第2の物体の画像
    を取り込む装置であって;第1の物体及び第2の物体を
    照明する照明光学系と、 第1の物体からの反射光又は透過光を第1の光電変換器
    に結像する、適正露光量調整機構を有する第1の結像光
    学系と、 第2の物体からの反射光又は透過光を第2の光電変換器
    に結像する、適正露光量調整機構を有する第2の結像光
    学系と、 装置各部をコントロールする制御部と、を具備し;該制
    御部の指令により、 上記第1の結像光学系又は第2の結像光学系の露光時間
    のうちのいずれか長い方の間、両結像光学系のうちのい
    ずれか短い露光時間の方の結像光学系を繰り返し露光
    し、 繰り返し露光して得られた光電変換画像を積算し、 次いで、積算した画像を平均化して露光時間の短い方の
    結像光学系の画像を得ることを特徴とする画像取り込み
    装置。
  2. 【請求項2】 さらに、上記第1の物体の画像と第2の
    物体の画像を合成する機構を有する請求項1記載の画像
    取り込み装置。
  3. 【請求項3】 上記第1の物体及び第2の物体が半導体
    デバイス製造過程におけるプロセス層又はレジスト層で
    ある請求項1又は2記載の画像取り込み装置。
JP9254094A 1997-09-04 1997-09-04 画像取り込み装置 Pending JPH1187231A (ja)

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JP9254094A JPH1187231A (ja) 1997-09-04 1997-09-04 画像取り込み装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005520353A (ja) * 2000-10-26 2005-07-07 ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション 重ね合わせ誤差検出

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005520353A (ja) * 2000-10-26 2005-07-07 ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション 重ね合わせ誤差検出

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Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20040720