KR20020005977A

KR20020005977A - 광학적 위치어긋남 검출장치

Info

Publication number: KR20020005977A
Application number: KR1020010040860A
Authority: KR
Inventors: 후꾸이다쯔오
Original assignee: 시마무라 테루오; 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2002-01-18
Also published as: TW504751B; US20020003626A1; US6885450B2; JP2002025879A; JP4725822B2; KR100808435B1

Abstract

어느 측정 마크에 대해서도 최적으로 되는 공통된 시야영역을 찾아낸다.

광학적 위치어긋남 검출장치가, 조명광학계 (10), 측정 마크의 이미지를 결상시키는 결상광학계 (20), 측정 마크의 이미지를 촬영하는 CCD 카메라 (30), 화상신호를 처리하여 하지(下地) 마크에 대한 레지스트 마크의 중첩위치어긋남을 측정하는 화상처리장치 (35) 및, 시야영역을 조정하는 시야영역 조정기구로 구성된다. 시야영역 조정기구는, 조명광학계 (10) 에 설치된 시야조리개 (14), 시야조리개 위치를 조정하는 시야조리개 위치조정기구 (40) 및 CCD 카메라 (30) 위치를 조정하는 촬상위치 조정기구 (45) 로 구성되어 있고, 시야조리개 (14) 와 CCD 카메라의 촬상면이 광학적으로 공액(共役)인 위치에 배치되어 있다.

Description

광학적 위치어긋남 검출장치{APPARATUS FOR OPTICALLY DETECTING MISALIGNMENT}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 제조공정 등에서 반도체 웨이퍼 등의 피검기판 상에 형성된 측정 마크 (중첩 마크) 에서의 제 1 마크 (예컨대 하지(下地) 마크) 에 대한 제 2 마크 (예컨대, 레지스트 마크) 의 위치어긋남 (중첩위치어긋남) 을 광학적으로 검출하기 위해서 사용되는 광학적 위치어긋남 검출장치에 관한 것이다.

반도체 칩의 제조공정의 하나인 포토리소그래피 제조공정에서는 웨이퍼 상에 몇단계로 나뉘어져 레지스트 패턴이 형성된다. 즉, 각 단계마다 이미 형성되어 있는 패턴 (이것을 하지 패턴이라고 함) 상에 소정의 레지스트 패턴을 중첩시켜 형성하는 것이지만, 이 각 단계마다 하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩위치어긋남을 측정 검출하는 것이 요구된다. 이러한 중첩위치어긋남의 검출을 위한 장치는 종래부터 알려져 왔다 (예컨대, 일본 공개특허공보 2000-77295 호 참조). 이 중첩위치어긋남 측정은 레지스트 패턴 형성시에 기판 상에 형성된 하지 마크 상에 레지스트 마크를 형성하고 측정 마크를 형성해두고, 광학적 위치어긋남 검출장치 (중첩위치어긋남 검출장치) 를 사용하여 측정 마크에 조명광을 조사함과 동시에 그 반사광으로부터 측정 마크의 이미지를 CCD 카메라 등에서 촬상하고, 촬상된 이미지를 화상 처리하여 하지 마크에 대한 레지스트 마크의 중첩위치어긋남량을 측정하도록 되어 있다.

그런데, 이렇게 광학적으로 중첩위치어긋남 측정을 하는 경우 측정광학계 (즉, 측정 마크에 조명광을 조사하는 조명광학계 및 측정 마크로부터의 반사광을 집광 결상시키는 집광광학계) 에 광학적인 수차가 발생하는 것을 피할 수 없어, 이러한 수차, 특히 광축에 대하여 비회전 대칭인 수차가 측정 시야영역 내에 존재하면 중첩위치어긋남 측정값의 측정 오차 (TIS : Tool Induced Shift) 가 발생한다. 이러한 측정 오차 (TIS) 의 발생 요인이 되는 비회전 대칭 수차량은 측정 시야영역에 의존하여 변화하기 때문에 비회전 대칭 수차량이 최소가 되는 측정 시야영역을 설정하는 것이 요구된다.

측정시야영역에 대해서는 측정 오차의 관점에서 보아 측정 마크 종류 (예컨대, 측정 마크에서의 레지스트 마크의 높이, 하지 높이 또는 깊이, 반사율, 크기 등) 에 따라 각각 최적인 시야영역이 다르다. 그래서, 설령 동일한 측정광학계라도 많은 종류의 측정 마크 각각에 대하여 최적으로 되는 시야영역을 조정할 필요가 있으므로, 시야영역의 조정이 어려워지고 또한 시간이 걸리는 작업으로 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제를 감안한 것으로, 어떠한 측정 마크에 대해서도 최적으로 되는 공통된 시야영역을 찾아내어 설정할 수 있어 측정 마크 종류마다 시야영역을 조정할 필요가 없어지는 구성의 광학적 위치어긋남 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 관한 광학적 위치어긋남 검출장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 2 는 상기 광학적 위치어긋남 검출에 사용되는 측정 마크를 나타낸 평면도 및 단면도.

도 3 은 상기 측정 마크를 0도 및 180도 회전한 위치에서 나타낸 평면도.

도 4 는 시야영역 조정을 위해서 사용되는 L/S 마크를 나타낸 평면도와 단면도 및, L/S 마크 이미지의 화상신호 강도 프로파일을 나타낸 그래프.

도 5 는 L/S 마크 이미지 전체에 대한 QZ 곡선을 나타낸 그래프.

도 6 은 L/S 마크 이미지에 대해서 좌측, 중앙 및 우측 영역마다의 QZ 곡선을 나타낸 그래프.

도 7 은 L/S 마크 이미지에 대해서 좌측, 중앙 및 우측 영역마다의 QZ 곡선을 나타낸 그래프.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 조명광학계 14 : 시야조리개

20 : 결상광학계 30 : CCD 카메라

35 : 화상처리장치 40 : 시야조리개 위치조정기구

45 : 촬상위치 조정기구 50 : 스테이지

51 : 웨이퍼 52 : 위치 마크

53 : 하지(下地) 마크 (제 1 마크) 54 : 레지스트 마크 (제 2 마크)

60 : L/S 마크

과제를 해결하기 위한 수단

이러한 목적 달성을 위해서 본 발명에 관한 광학적 위치어긋남 검출장치는 제 1 마크 (예컨대 하지 마크) 상에 제 2 마크 (예컨대, 레지스트 마크) 가 형성되어 이루어진 측정 마크를 조명하는 조명광학계, 측정 마크로부터의 반사광을 집광하여 측정 마크의 이미지를 결상시키는 결상광학계, 결상광학계에 의해 결상된 측정 마크의 이미지를 촬영하는 촬상장치 및 촬상장치로 얻은 화상신호를 처리하여 제 1 마크에 대한 제 2 마크의 중첩위치어긋남을 측정하는 화상처리장치를 구비하고, 그리고 촬상장치에 의한 측정 마크의 이미지의 촬상에서의 시야영역을 조정하는 시야영역 조정기구가 설치된다.

이 시야영역 조정기구는 조명광학계에 설치된 시야조리개, 이 시야조리개 위치를 조정하는 시야조리개 위치조정기구 및 촬상장치 위치를 조정하는 촬상위치 조정기구로 구성되고, 시야조리개와 촬상장치에서의 촬상면이 광학적으로 공액인 위치에 배치되어 있으며, 시야조리개 위치조정기구에 의한 시야조리개의 위치조정에 따라 촬상위치 조정기구에 의한 촬상장치의 위치조정을 한다. 그럼으로써, 측정 마크의 촬상시에 사용되는 시야영역을 측정광학계가 갖는 전체 시야영역내에서적절한 영역에 설정할 수 있다.

이러한 구성의 광학적 위치어긋남 검출장치를 사용하여 측정 마크에서의 제 1 마크와 제 2 마크의 중첩위치어긋남을 광학적으로 검출하는 경우 시야영역 조정기구를 사용하여 촬상장치에 의한 측정 마크의 촬상이 이루어지는 시야영역을, 측정광학계가 갖는 전체 시야영역내에서 측정 오차 (TIS) 가 측정 마크 종류에 상관없이 항상 최소로 할 수 있는 영역으로 미리 설정할 수 있다. 이렇게 미리 최적 시야영역을 설정해두면 측정 마크 종류에 상관없이 이렇게 설정한 시야영역을 사용하여 중첩위치어긋남을 측정할 수 있어 효율 높은 측정을 할 수 있다.

그래서, 시야영역 조정기구는 촬상장치의 시야영역내에 L/S (Line and Space) 마크 이미지를 결상시켰을 때의 L/S 마크 이미지의 비대칭성의 포커스 특성 곡선에 따라 시야영역을 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 시야영역 조정기구는 촬상장치의 시야영역내에 L/S 마크 이미지를 결상시켰을 때의 L/S 마크 이미지의 비대칭성의 포커스 특성 곡선이 시야 중심에 대하여 대칭이 되는 특성을 갖도록 시야영역을 조정하는 것이 바람직하다.

발명의 실시형태

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1 에 본 발명에 관한 광학적 위치어긋남 측정장치의 일례를 나타내고 있다. 또한, 설명을 쉽게 하기 위해, 도 1 에서 지면에 수직인 방향을 X 축 방향, 좌우로 연장된 방향을 Y 방향, 상하로 연장된 방향을 Z 방향으로 한다.

이 측정장치는 웨이퍼 (51) 상에 형성된 측정 마크 (52) 에서의 레지스트 마크의 중첩위치어긋남을 측정하는 것으로, 측정시 웨이퍼 (51) 는 회전 및 수평 이동 (X-Y 방향 이동) 이 가능하고, 또한 상하 이동 (Z 방향 이동) 이 가능하게 구성된 스테이지 (50) 상에 탑재된다. 측정 마크 (52) 는 웨이퍼 (51) 의 하지 패턴 상에 소정의 레지스트 패턴을 포토리소그래피 공정으로 형성시킬 때, 예컨대 도 2 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 (51) 의 단부에 형성된 직사각형의 하지 마크 (53) 상에 직사각형의 레지스트 마크 (54) 를 형성하여 제작되고, 본 발명에 관한 광학적 위치어긋남 측정장치에 의해 하지 마크 (53) 에 대한 레지스트 마크 (54) 의 중첩위치어긋남을 측정한다.

이 광학적 위치어긋남 측정장치는 측정 마크 (52) 에 조명광을 조사하기 위한 조명광학계 (10), 측정 마크로부터의 반사광을 집광하여 측정 마크의 이미지를 결상시키는 결상광학계 (20), 이렇게 결상된 측정 마크의 이미지를 촬영하는 촬상장치 (30) 및, 촬상장치로 얻은 화상신호를 처리하는 화상처리장치 (35) 를 구비한다.

먼저, 조명광학계 (10) 는 조명광원 (11), 조명개구조리개 (12) 및 컨덴서렌즈 (13) 를 구비하고, 조명광원 (11) 에서 사출된 조명광속은 조명개구조리개 (12) 에 의해 특정한 광속계 (光束系) 에 조여져 컨덴서렌즈 (13) 에 입력되어 집광된다. 컨덴서렌즈 (13) 에 의해 집광된 조명광은 시야조리개 (14) 를 균일하게 조명한다. 시야조리개 (14) 는 도 1 에서 패칭을 하여 나타낸 바와 같이 직사각형의 조리개 개구 (S1) 를 갖는다. 시야조리개 (14) 는 시야조리개 위치조정기구 (40) 에 의해 X-Z 방향으로 이동이 가능 (즉, 지면에 수직인 상하로 연장된면 내에서 이동이 가능) 하게 지지되어 있다.

시야조리개 (14) 의 시야 개구 (S1) 를 투과하여 사출된 조명광은 조명 릴레이렌즈 (15) 에 입사되고 이 조명 릴레이렌즈 (15) 에 의해 콜리메이팅되어 평행 광속으로 된 상태에서 하프프리즘 (16) 에 입사된다. 하프프리즘 (16) 에서 반사된 조명광은 하측으로 출사되고 제 1 대물렌즈 (17) 에 의해 집광되어 웨이퍼 (51) 상의 측정 마크 (52) 를 수직으로 조사한다. 여기에서 시야조리개 (14) 와 측정 마크 (52) 는 조명광학계 (10) 에서 공액인 위치에 배치되어 있으며, 웨이퍼 (51) 의 측정 마크 (52) 에 대하여 시야 개구 (S1) 의 형상에 대응하는 직사각형의 영역이 조명광에 의해 조사된다.

이렇게 해서 측정 마크 (52) 를 포함한 웨이퍼 (51) 표면에 조명광이 조사되어 나오게 되는 반사광이 결상광학계 (20) 를 통해 촬상장치 (30) 로 유도된다. 구체적으로는 이 반사광은 제 1 대물렌즈 (17) 에 의해 콜리메이팅되어 평행 광속이 되고, 하프프리즘 (16) 을 통과하여 하프프리즘 (16) 상측에 배치된 제 2 대물렌즈 (21) 에 의해 일차 결상면 (28) 에 측정 마크 (52) 의 이미지를 형성한다. 또한, 제 1 결상 릴레이렌즈 (22) 를 투과하고 결상 개구 조리개 (23) 에 의해 특정한 광속직경에 조여지고, 제 2 결상 릴레이렌즈 (24) 에 의해 2차 결상면 (29) 에 측정 마크 (52) 의 이미지를 형성한다.

이 2차 결상면 (29) 과 촬상면 (31) 이 일치하도록 CCD 카메라 (촬상장치 : 30) 가 배치되어 있으며, 측정 마크 (52) 의 이미지가 CCD 카메라 (30) 에 의해 촬상된다. 그리고, CCD 카메라 (30) 로 얻은 화상신호가 화상처리장치 (35) 로송신되어 후술하는 바와 같이 신호 처리된다. 이 구성에서 알 수 있듯이 측정 마크 (52) 와 촬상면 (31) 은 공액인 위치관계에 있다. 또한, CCD 카메라 (30) 는 촬상위치조정기구 (45) 에 의해 X-Y 방향으로 이동이 가능 (즉, 지면에 수직인 좌우 방향으로 연장된 면 내에서 이동이 가능) 하게 지지되어 있다.

측정 마크 (52) 는 도 2 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 (51) 표면에 형성된 직사각형의 오목부로 이루어진 하지 마크 (53) 및 포토리소그래피 제조공정에서 레지스트 패턴 형성과 동시에 하지 마크 (53) 상에 형성된 레지스트 마크 (54) 로 구성된다. 포토리소그래피 제조공정에서 레지스트 마크 (54) 는 하지 마크 (53) 중앙에 위치하여 형성되도록 설정되어 있어, 하지 마크 (53) 에 대한 레지스트 마크 (54) 의 위치어긋남량이 하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩위치어긋남량에 대응한다. 그래서, 도 2 에 나타낸 바와 같이 하지 마크 (53) 의 중심선 (C1) 과 레지스트 마크 (54) 의 중심선 (C2) 의 간격 (R) 을 중첩위치어긋남량으로 하여 상기 구성의 광학적 위치어긋남 검출장치에 의해 측정된다. 또한, 도 2 에 나타낸 중첩위치어긋남량 (R) 은 Y 축 방향 (가로 방향) 의 위치어긋남량이지만, 이것과 직각 방향, 즉 X 축 방향 (세로 방향) 의 위치어긋남량도 동일하게 측정된다.

이렇게 해서 측정 마크 (52) 에서의 중첩위치어긋남량 (R) 을 측정할 때에 측정광학계 (즉, 조명광학계 (10) 및 결상광학계 (20)) 에 수차, 특히 비회전 대칭인 수차가 존재하면 이 중첩위치어긋남량 (R) 의 측정값에 측정 오차 (TIS) 가 포함된다는 문제가 있다. 이 측정 오차 (TIS) 에 대하여 간단히 설명한다. 이 측정은 도 3A 및 도 3B 에 나타낸 바와 같이 측정 마크 (52) 를 0 도와 180도두방향에 대해서 실행한다. 즉, 먼저 도 3A 에 나타낸 바와 같이 가상적으로 나타낸 위치 마크 (53a) 가 좌측에 위치하는 상태에서 하지 마크 (53) 에 대한 레지스트 마크 (54) 의 중첩위치어긋남량 (R₀) 을 측정하고, 이어서 도 3B 에 나타낸 바와 같이 측정 마크 (52) 를 180 도 회전시켜 가상위치 마크 (53a) 가 우측에 위치하는 상태에서 중첩위치어긋남량 (R₁₈₀) 을 측정하여 다음 수학식 (1) 로 측정 오차 (TIS) 를 계산한다.

수학식 1

TIS = (R₀+ R₁₈₀)/2 …(1)

수학식 (1) 에서 알 수 있듯이 하지 마크 (53) 에 대하여 레지스트 마크 (54) 의 중첩위치어긋남이 있어도 수학식 (1) 에 의해 연산된 측정 오차 (TIS) 는 이론적으로는 0 이 되어야 한다. 그러나, 측정광학계에 광학적인 수차, 특히 비회전 대칭인 수차가 있는 경우 측정 마크 (52) 를 상기와 같이 180도 회전시켜도 이 수차는 회전되는 것이 아니기 때문에 수학식 (1) 의 계산 결과에서 수차 영향에만 대응하는 값을 측정 오차 (TIS) 로 구할 수 있다.

이러한 광학적 수차에 의해 발생하는 측정 오차 (TIS) 를 포함한 상태에서 상술한 광학적 위치어긋남 측정장치에 의해 중첩위치어긋남량 (R) 을 측정한 것으로는 정확한 중첩위치어긋남량 (R) 을 측정할 수 없다. 그래서, 본 발명에 관한 광학적 위치어긋남 측정장치에서는 상기 측정 오차 (TIS) 의 영향을 될 수 있는 한 억제하는 시야영역을 조정하도록 되어 있으며 그것에 대해서 아래에 설명한다.

시야영역 조정은 도 4 에 나타낸 바와 같은 형상의 L/S 마크 (60) 를 갖는 웨이퍼를 도 1 에 나타낸 장치의 웨이퍼 (51) 를 대신하여 스테이지 (50) 상에 탑재하고 조명광학계 (11) 에 의해 L/S 마크 (60) 를 조명하여 CCD 카메라 (30) 에 의해 촬상된 L/S 마크 이미지를 화상 처리함으로써 실행된다. 이 L/S 마크 (60) 는 도 4A 및 도 4B 에 나타낸 바와 같이 선 폭 3㎛, 단차 0.085㎛ (조명광 (λ) 의 1/8 상당) 이고 피치 6㎛ 의 평행으로 연장된 복수의 선형 마크 (61∼67) 로 이루어진 마크이다.

CCD 카메라 (30) 로 촬상된 L/S 마크 이미지를 화상처리장치 (35) 로 처리하여 화상신호 강도를 구하면 그 프로파일은 도 4C 에 나타낸 바와 같이 된다. 여기에서 각 선형 마크 (61∼67) 의 단차 위치에서 신호 강도가 저하되지만, 각 선형 마크마다 좌우 양측의 단차 위치에서의 신호 강도 차이 (ΔI) 를 구하고, 이것을 전체 선형 마크 (61∼67) 에 대해서 평균함으로써 L/S 마크 이미지의 비대칭성을 나타낸 Q 값 (Q=1/7×∑(ΔI/I)) 을 구한다. 이어서, 스테이지 (50) 를 상하 방향 (Z 방향) 으로 이동시켜 L/S 마크 (60) 를 Z 방향으로 이동시키고 각 높이위치 (Z 방향 위치) 마다 Q 값을 구하여 Q 값의 포커스 특성을 구하면 예컨대 도 5 에 나타낸 바와 같은 QZ 곡선을 얻을 수 있다.

도 5 에는 두종류의 QZ 곡선, 즉 QZ 곡선 (1) 및 QZ 곡선 (2) 을 나타내고 있으며, QZ 곡선 (1) 의 경우에는 비회전 대칭인 수차가 크고, QZ 곡선 (2) 의 경우에는 비회전 대칭인 수차가 작다. 그래서, QZ 곡선 (2) 이 되는 조정을 하면 된다고 생각된다.

이러한 조정 (이것을 QZ 조정이라고 함) 에 대하여 이하에 간단히 설명한다. 상기 QZ 곡선 형상은 조명 텔레센 (조명광의 경사), 결상 광속의 이클립스(eclipse), 편심 코마 수차 등에 따라 정해진다. 따라서, QZ 조정에서는 조명 개구 조리개 (12) 의 X 축 방향 및 Z 축 방향의 위치를 조정하여 조명 텔레센 (조명광의 경사) 을 조정하고, 결상 개구 조리개 (23) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치를 조정하여 결상 광속의 이클립스를 조정한다. 또한, 이들 렌즈 (21, 22) 의 렌즈계 전체 또는 일부 렌즈를 광축에 대하여 수직으로 편심 구동함으로써 편심 코마 수차(coma aberration)를 보정한다. QZ 조정에 대해서는 일본 공개특허공보 2000-77295 호에 상세하게 기재되어 있다.

본 발명에서는 시야영역 조정을 아래와 같이 실행한다. 먼저, 도 4 에 나타낸 L/S 마크 전체에 대해서 도 5 에 나타낸 QZ 곡선 (1) 의 상태에서 QZ 곡선 (2) 의 상태가 되도록 상술한 QZ 조정법에 따른 조정을 한다. 이어서, 도 4 에 나타낸 L/S 마크 (60) 를 구성하는 선형 마크 (61∼67) 를 좌측 영역 (L) 내에 위치한 좌측 영역 선형 마크 (61∼63), 중앙영역 (C) 내에 위치한 중앙영역 선형 마크 (63∼65) 및 우측 영역 (R) 내에 위치한 우측 영역 선형 마크 (65∼67) 로 나눈다. 그리고, 각 영역마다 선형 마크의 신호 강도 차이 (ΔI) 의 평균으로 Q 값을 구하고, 각 영역마다 도 6 에 나타낸 바와 같이 QZ 곡선을 구한다. 또한, 도 6 에는 이렇게 해서 구한 각 영역마다의 QZ 곡선의 일례를 나타내고 있으며, 이 경우에는 좌측 영역 (L) 에서 비회전 대칭인 수차가 크고, 중앙영역 (C) 및 우측 영역 (R) 에서 비회전 대칭인 수차가 적다. 도 6 에 나타낸 QZ 곡선은 모니터 상에 표시된다.

도 6 에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 시야영역을 이용하며 측정 마크 (52) 의 이미지를 CCD 카메라 (30) 로 촬상하여 하지 마크 (53) 에 대한 레지스트 마크 (54) 의 중첩위치어긋남량 (R) 을 측정하는 경우 수학식 (1) 로 연산된 측정 오차 (TIS) 가 발생하는 것은 피할 수 없어 정확한 중첩위치어긋남량 (R) 을 구하는 것이 어렵다.

그래서, 이어서 시야조리개 위치조정기구 (40) 로 시야조리개 (14) 위치를 조정하여 측정광학계에서의 시야영역을 변경한다. 또한, 이 시야조리개 (14) 의 위치 조정에 대응하여 시야조리개 (14) 와 광학적으로 공액인 위치에 있는 L/S 마크 (60) 위치 및 CCD 카메라 (30) 위치를 각각 스테이지 (50) 및 촬상위치 조정기구 (45) 로 조정한다. 그리고, 이렇게 시야영역 조정을 한 상태에서 재차 상술한 QZ 조정을 한 후 상기와 마찬가지로 해서 좌측, 중앙 및 우측 영역 (L, C, R) 마다 QZ 곡선을 구한다. 이와 같은 시야영역 조정은, 오퍼레이터가 모니터 화면을 보면서 수행해도 되고, 자동으로 수행되어도 된다.

이렇게 해서 시야영역을 변경하면서 구한 좌측, 중앙 및 우측 영역 (L, C, R) 마다의 QZ 곡선이 도 7 에 나타낸 바와 같이 시야 중심에 대하여 좌우 대칭이 되는 시야영역을 찾아낸다. 그리고, 이 시야영역을 사용하여 측정 마크 (52) 의 중첩위치어긋남량을 측정한다. L/S 마크 이미지의 QZ 곡선 (비회전 대칭성을 나타낸 포커스 특성 곡선) 이 도 7 에 나타낸 바와 같은 특성이 되는 시야영역의 경우에는 예컨대 L/S 마크 (60) 를 180도 회전시켜도 좌우영역에서의 QZ 곡선이대상이기 때문에 광학적으로 거의 동일한 특성이 된다. 도 7 에 나타낸 QZ 곡선은 모니터 상에 표시된다.

그래서, 이 시야영역에서 측정 마크 (52) 의 이미지를 CCD 카메라 (30) 로 촬상하여 하지 마크 (53) 에 대한 레지스트 마크 (54) 의 중첩위치어긋남량 (R) 을 측정하면, 수학식 (1) 에 의한 연산에서 중첩위치어긋남량 (R₀) 에 포함된 비회전 대칭인 수차에 따른 오차 및 중첩위치어긋남량 (R₁₈₀) 에 포함된 비회전 대칭인 수차에 따른 오차가 상쇄되면서 측정 오차 (TIS) 가 매우 작아져 정확한 중첩위치어긋남량 (R) 을 구할 수 있다. 이렇게 수학식 (1) 에 따른 연산에서 중첩위치어긋남량 (R₀) 에 포함된 비회전 대칭인 수차에 따른 오차 및 중첩위치어긋남량 (R₁₈₀) 에 포함된 비회전 대칭인 수차에 따른 오차가 상쇄되는 시야영역을 설정하기 때문에, 측정 마크 종류에 관계없이 항상 정확한 중첩위치어긋남량을 측정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 측정 마크에서의 제 1 마크 (하지 마크) 와 제 2 마크 (레지스트 마크) 의 중첩위치어긋남을 광학적으로 검출하는 경우 시야영역 조정기구를 사용하여, 촬상장치에 의한 측정마크의 촬상이 이루어지는 시야영역을, 측정광학계가 갖는 전체 시야영역 내에서 측정 오차 (TIS) 가 측정 마크 종류에 관계없이 항상 최소로 할 수 있는 영역으로 미리 설정할 수 있다. 이렇게 미리 최적 시야영역을 설정해두면 측정 마크 종류에 관계없이 이렇게 설정한 시야영역을 사용하여 중첩위치어긋남을 측정할 수 있어 효율 높은 조정을 할 수있다.

그래서, 시야영역 조정기구는 촬상장치의 시야영역 내에 L/S 마크 이미지를 결상시켰을 때의 L/S 마크 이미지의 비대칭성의 포커스 특성 곡선에 따라 시야영역을 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 시야영역 조정기구는 촬상장치의 시야영역 내에 L/S 마크 이미지를 결상시켰을 때의 L/S 마크 이미지의 비대칭성의 포커스 특성 곡선이 시야 중심에 대하여 대칭이 되는 특성을 갖도록 시야영역을 조정하는 것이 바람직하다.

Claims

제 1 마크 상에 제 2 마크가 형성되어 이루어진 측정 마크에서의 상기 제 1 마크와 상기 제 2 마크의 중첩위치어긋남을 광학적으로 검출하는 장치로서,

상기 측정 마크를 조명하는 조명광학계와,

상기 측정 마크로부터의 반사광을 집광하여 상기 측정 마크의 이미지를 결상시키는 결상광학계와,

상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 측정 마크의 이미지를 촬영하는 촬상장치와,

상기 촬상장치로 얻은 화상신호를 처리하여 상기 제 1 마크와 상기 제 2 마크의 중첩위치어긋남을 측정하는 화상처리장치와,

상기 촬상장치로 상기 측정 마크의 이미지를 촬상하기 위한 시야영역을 조정하는 시야영역 조정기구를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학적 위치어긋남 검출장치.
제 1 항에 있어서, 상기 시야영역 조정기구는, 상기 조명광학계에 설치된 시야조리개와, 상기 시야조리개의 위치를 조정하는 시야조리개 위치조정기구와, 상기 촬상장치의 위치를 조정하는 촬상위치 조정기구로 이루어지고,

상기 시야조리개와 상기 촬상장치에서의 촬상면이 광학적으로 공액인 위치에 배치되어 있으며, 상기 시야조리개 위치조정기구에 의한 상기 시야조리개의 위치조정에 따라 상기 촬상위치 조정기구에 의한 상기 촬상장치의 위치조정을 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학적 위치어긋남 검출장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시야영역 조정기구는, 상기 촬상장치의 시야영역내에 L/S 마크 이미지를 결상시켰을 때의 상기 L/S 마크 이미지의 비대칭성의 포커스 특성 곡선에 따라 시야영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 광학적 위치어긋남 검출장치.
제 3 항에 있어서, 상기 시야영역 조정기구는, 상기 촬상장치의 시야영역내에 L/S 마크 이미지를 결상시켰을 때의 상기 L/S 마크 이미지의 비대칭성의 포커스 특성 곡선이 시야 중심에 대하여 대칭으로 되는 특성을 갖도록 시야영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 광학적 위치어긋남 검출장치.