(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを載置するステージと，光源からの光を前記ウェハに導く照明光学系と，前記ウェハの像を撮像手段に取り込む撮像光学系と，前記撮像手段から出力された画像信号を処理する画像処理手段と，を備え，前記ウェハ上に形成されたレジストパターンのずれ量を測定する重ね合わせ検査装置において，
前記照明光学系は、４開口形状の絞りを有し、前記４開口形状の絞りによって０次光と１次光の２光束を用いて前記ウェハ上に像を結像する２光束照明系であり、
前記撮像手段によって出力された画像信号に基づいて前記光源からの光軸位置を調整することを特徴とする重ね合わせ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は，半導体素子製造工程において用いられる重ね合わせ検査装置に関し，より詳細には，照明光学系に２光束照明系を用いた重ね合わせ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重ね合わせ検査装置は，半導体素子製造工程のフォトリソグラフィ工程で形成されたレジストパターンと下地パターンとのずれ量を測定するものである。重ね合わせ検査装置は，光源と，この光源からの光を対象物であるウェハ上に導く照明用光学系と，ＣＣＤセンサ等にウェハ上に結像された像を取り込む撮像光学系と，ＣＣＤセンサから出力される画像信号を処理する画像処理部とを備えている。なお，照明光学系としては，一般に３光束照明系が用いられ，０次と±１次光の３光束の干渉によってウェハ上に像が結像される。
【０００３】
上記重ね合わせ検査装置において，ウェハ上に形成されたレジストパターンのずれを測定する方法を簡単に説明する。まず，ウェハ上の重ね合わせ精度測定用マークの像をＣＣＤセンサで捕らえ，ＣＣＤセンサから画像信号が画像処理部に送られる。画像処理部では，画像信号を平均化する等の処理を行い，その信号波形より，パターンにおけるエッジを検出し，エッジ位置から重ね合わせ精度を測定する。
【０００４】
重ね合わせ検査装置において問題となる事項としてＴＩＳ（Ｔｏｏｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ：機器による誤差）がある。このＴＩＳは，測定装置自身の物理的非対称性によって生じる測定誤差のことであり，測定装置の光軸がウェハ面に対して垂直でない場合にＴＩＳが発生するということが現在明らかにされている。ＴＩＳが発生する場合，即ち測定装置の光軸がウェハ面に対して垂直でない場合，ＣＣＤセンサに結像される像に影響を与える結果，ＣＣＤセンサから出力される画像信号が変形し，測定したずれ量に誤差が生じることになる。
【０００５】
そのため，従来では，ウェハを載置するステージを回転させ，０度の位置と１８０度の位置でずれ量を測定し，その差の１／２をＴＩＳとして定義している。そのため，スループットの低下が発生していた。
【０００６】
上記ＴＩＳの影響による誤差が測定値に生じないようにしたものの具体例として，特開平６−８４７５１号公報『重ね合わせ精度測定機』がある。この重ね合わせ精度測定機は，照明用光源と，光源からの光を対象物に導く光学系と，対象物の像を取り込む光学系及びカメラと，カメラからの映像信号を処理する画像処理部とを有し，光軸を中心としてウェハと照明光を相対的に反転させる反転光学系及び反転光学系駆動機構を設け，反転前の相対位置においての測定値と，反転後の相対位置においての測定値とを求め，それらを平均化することにより測定値を求め，照明光学系の光軸の傾きによる誤差を相殺するというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，特開平６−８４７５１号公報『重ね合わせ精度測定機』においては，照明光学系の光軸の傾きによる誤差を相殺し，高精度でウェハ上に形成されたレジストパターンのずれ量を測定することができるが，相変わらず装置にはＴＩＳが発生しており，ＴＩＳの発生を抑制できるまでには至っていなかった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって，重ね合わせ検査装置において，ＴＩＳの発生を抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため，本発明の請求項１に係る重ね合わせ検査装置は，ウェハを載置するステージと，光源からの光を前記ウェハに導く照明光学系と，前記ウェハの像を撮像手段に取り込む撮像光学系と，前記撮像手段から出力された画像信号を処理する画像処理手段と，を備え，前記ウェハ上に形成されたレジストパターンのずれ量を測定する重ね合わせ検査装置において，前記照明光学系は、４開口形状の絞りを有し、前記４開口形状の絞りによって０次光と１次光の２光束を用いて前記ウェハ上に像を結像する２光束照明系であり、前記撮像手段によって出力された画像信号に基づいて前記光源からの光軸位置を調整することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照しつつ，本発明に係る重ね合わせ検査装置の一実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は，一実施の形態に係る重ね合わせ検査装置の概略構成図である。図１に示す重ね合わせ検査装置は，ウェハ１０を載置するステージ１１と，照明絞り１３，コンデンサレンズ１４，１５，ハーフミラー１６，対物レンズ１７を介して光源１２からの光をウェハ１０に導く照明光学系と，対物レンズ１７，ハーフミラー１６を介してウェハ１０の像を撮像手段としてのＣＣＤセンサ１８に取り込む撮像光学系と，ＣＣＤセンサ１８から出力された画像信号を処理する画像処理手段としての画像処理部１９と，を備えている。そして，この重ね合わせ検査装置では，照明光学系として０次光と１次光の２光束を用いてウェハ１０上に像を結像する２光束照明系を用いると共に，照明絞り１３として後述する４開口形状の絞りを用いている。
【００１３】
本発明に係る重ね合わせ検査装置では，照明光学系に用いる照明絞り１３として，４開口形状の絞りを用い，２光束照明による干渉によってウェハ１０に像を結像する。２光束照明を用いることにより，ＴＩＳを抑制することが可能となる。以下，本発明に係る重ね合わせ検査装置の照明光学系として使用する２光束照明系と照明光学系として従来一般に使用されている３光束照明系とを比較することにより，本発明に係る重ね合わせ検査装置でＴＩＳを抑制することができる理由を説明する。
【００１４】
図２（ａ）は３光束照明系の説明図，図２（ｂ）は３光束照明系で用いられる通常絞りの平面図，図３（ａ）は２光束照明系の説明図，図３（ｂ）は２光束照明系で用いられる４開口絞りの平面図である。なお，図２（ａ）において，２０は４開口絞り，２１は対物レンズ，２２はウェハを示し，図３（ａ）において，２３は通常絞りを示している。また，図４（ａ）は３光束照明系における光軸位置とコントラストとの関係，図４（ｂ）は２光束照明系における光軸位置とコントラストとの関係を示す説明図である。
【００１５】
図２（ａ）に示す３光束照明系では，円盤の中央部に円状の開口部２３ａを有する通常絞り２３を用いる。そして，３光束照明系では，光軸を０次光とし，この０次光と±１次光との計３光束を用い，いわゆる３光束干渉による像がウェハ２２上に形成される。３光束照明では，図４（ａ）に示すように多少光軸位置がずれていたとしても安定した照明像を得ることができる。すなわち，光軸のずれに対しても比較的結像性があり，フォーカスマージンも広いという点が３光束照明の利点である。
【００１６】
多少光軸位置がずれていても安定した照明像を得ることができるということは，裏を返せば最適な光軸位置を発見することが困難であるということがいえる。なぜなら，どこが最適な光軸位置かを判断することが困難であるからである。したがって，３光束照明系を重ね合わせ検査装置の照明系に用いた場合，光軸がウェハ２２に対して正確に垂直でない場合があり，ＴＩＳを抑制することは困難である。
【００１７】
一方，図３（ａ）に示す２光束照明系では，円盤の円周に沿って設けられた円状の４つの開口部２０ａ〜２０ｄを有する４開口絞り２０を用いる。そして，２光束照明系では，光軸に対して等しい入射角を有する０次光と＋１次光とによって，ウェハ２２上に像が形成される。２光束照明では，０次と＋１次光とによって像を形成しているため，図４（ｂ）に示すように，光軸位置がずれると正しく結像せず，照明像を得ることができない。
【００１８】
２光束照明では，正しく光軸位置を調整しなければ照明像を得ることができない。その結果，重ね合わせ検査装置の照明光学系に２光束照明系を適用し，照明像を得ることができるように調整するということは，ウェハ２２に対して垂直になるように検査装置の光軸を調整することになる。すなわち，２光束照明系を用いることにより，重ね合わせ検査装置の光軸調整を精密に行うことができ，ＴＩＳの発生を抑制することができる。
【００１９】
なお，上記実施の形態では，照明絞りとして４開口絞り２０を用いることにしたが，２光束照明を実現することができれば４開口絞り以外の絞りであっても本発明の重ね合わせ検査装置に適用可能であることはいうまでもない。
【００２０】
ただし，照明光学系に，例えば２開口の絞りを用いた場合は，ｘ方向には照明系の効果が発生するが，ｙ方向には照明系の効果が発生しない。また，５開口，その他の多開口の絞りでは，形状的に絞りの中心部に開口部を設けることになるため照明効果が発生しない。更に，輪帯絞りでは，ｘ，ｙ方向の照明効果が発生しない。したがって，これらの絞りは本発明の重ね合わせ検査装置に適用することはできない。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る重ね合わせ検査装置（請求項１）によれば，照明光学系が，０次光と１次光の２光束を用いてウェハ上に像を結像する２光束照明系であるため，ＴＩＳの発生を抑制することができ，高精度なずれ量の測定を行うことができる。
【００２２】
また，本発明に係る重ね合わせ検査装置（請求項１）によれば，照明光学系に用いる絞りとして４開口形状の絞りを用いるため，容易に２光束照明系を実現することができ，高精度なずれ量の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る重ね合わせ検査装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は３光束照明系の説明図，（ｂ）は３光束照明系で用いられる通常絞りの平面図である。
【図３】（ａ）は２光束照明系の説明図，（ｂ）は２光束照明系で用いられる４開口絞りの平面図である。
【図４】（ａ）は３光束照明系における光軸位置とコントラストとの関係，（ｂ）は２光束照明系における光軸位置とコントラストとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０      ウェハ
１１      ステージ
１２      光源
１３      照明絞り
１４，１５      コンデンサレンズ
１６      ハーフミラー
１７      対物レンズ
１８      ＣＣＤセンサ
１９      画像処理部
２０      ４開口絞り
２０ａ〜２０ｄ，２３ａ    開口部
２１      対物レンズ
２２      ウェハ
２３      通常絞り
【図１】
0003679203.tif 000002
【図２】
0003679203.tif 000003
【図３】
0003679203.tif 000004
【図４】
0003679203.tif 000005