(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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、ＤＲＡＭ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、ＣＣＤ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１０，１１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２１ａ、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、ＭＰＵ１９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、ＣＣＤ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、ＣＣＤ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１０９）。
【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１１０）。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（ｘ２，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１１２）。
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）／（Ａ３−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，３ｂ…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、
５０…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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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