(57)【要約】【課題】  現状の方式では調整できない照明瞳面の「光量ムラ」を極力抑えて、高集積化や記憶容量の増加の下で、「照明光のムラ」を極力排除すること。【解決手段】  光ファイバ４の出射端面の瞳面状態の「光量ムラ」が比較的大きい場合に、焦点切換用レンズ３１により、ＣＣＤカメラ１８の撮像面の焦点を、ウェハ１４の試料から、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面に切り換える。画像処理部１９で、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面の「光量ムラ」を算出・解析し、この解析結果に基づいて、照明光学系内で、光ファイバ４の出射端面の位置を調整する。これにより、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面を、「光量ムラ」の少ない箇所に切り換えることができる。【選択図】  図１
2006194645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料へ照明光を供給するための光源を有し、少なくとも光ファイバを介して前記照明光を案内する照明光学系と、
前記試料の像を観察する結像光学系と、
光学像を撮像手段で取り込み、画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面の焦点を、前記試料から、前記光ファイバの出射端面の照明瞳面に切り換える焦点切換手段と、
前記画像処理手段で、光ファイバの出射端面の照明瞳面の光量ムラを算出する解析手段と、
前記解析手段の解析結果に基づいて、前記照明光学系内で、光ファイバの出射端面の位置を調整する光ファイバ出射端面位置調整機構と、を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
試料へ照明光を供給するための光源を有し、少なくとも光ファイバを介して前記照明光を案内する照明光学系と、
前記試料の像を観察する結像光学系と、
光学像を撮像手段で取り込み、画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面の焦点を、前記試料から、前記光ファイバの出射端面の照明瞳面に切り換える切換工程と、
前記画像処理手段で、光ファイバの出射端面の照明瞳面の光量ムラを算出する解析工程と、
前記解析工程の解析結果に基づいて、前記照明光学系内で、光ファイバの出射端面の位置を調整する調整工程と、を備えることを特徴とする測定装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばウェハ上に形成される各種パターンのアライメント光学系、位置測定光学系に用いる測定装置及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばウェハ上に形成される各種パターンの位置測定光学系は、特許文献１にも開示してあるように、従来、図４に示すように、照明光学系、結像光学系、及び画像処理手段からなる。なお、図４は、従来に係り、各種パターンの位置測定光学系の模式図である。
【０００３】
照明光学系に於いては、光源（ハロゲンランプ）１のフィラメント像は、光源用第１及び第２リレーレンズ２，３にて、光ファイバ４のファイバ入射端面に投影される。この照明光は、光ファイバ４を介して、照明用第１及び第２リレーレンズ５，６にて、照明開口絞り７に投影される。
【０００４】
その後、照明用第３リレーレンズ８、視野絞り９、及び照明用第４リレーレンズ１０を通り、落射プリズム１１にて、９０度方向に反射され、結像絞り１２、第１対物レンズ１３を通り、ウェハ１４に照明される。なお、ウェハ１４は、移動ステージ１６上のウェハホルダー１５に載置してあり、ウェハ１４には、測定対象パターンが形成してある。
【０００５】
結像光学系に於いては、ウェハ１４の測定対象パターンで反射された光は、再び第１対物レンズ１３を通り、結像開口絞り１２を通り、落射プリズム１１、及び第２対物レンズ１７を通過後、ＣＣＤカメラ１８の撮像面にて結像する。
【０００６】
画像処理手段に於いては、ＣＣＤカメラ１８の撮像面に投影された測定対象パターン像をデジタル信号に変換後、その画像は、画像処理部１９に送られ、測定対象パターンの位置計側か行われる。
【０００７】
ところで、上述したような光学顕微鏡を用いた測定装置に於いては、光学系誤差（照明テレセン、結像テレセン、コマ収差）が測定精度に大きく影響する。そのため、これまで精度向上のために、さまざまな調整方法が考えだされてきた。
【０００８】
例えば、光学系誤差に敏感な照明波長の１／８の段差を有する調整パターンを利用する方法がある。この基準パターンを用いれば、フォーカスオフセット量に対する光学像の対称性の変化から光学系誤差を推測できるため、調整機構部（照明開口絞り７、結像開口絞り１２、第２対物レンズ１７）を最適な位置に調整することができる。
【０００９】
しかしながら、照明光学系の「照明光のムラ」については、その精度に対する影響度が小さく、これまで問題視されてこなかった。
【００１０】
従来、この「照明光のムラ」を低減するためには、照明光学系の途中に、光学的拡散板（レモンスキン）を入れることで、十分な効果が得られていた。
【００１１】
即ち、図４に示すように、光ファイバ４の出射端面と、照明用第１リレーレンズ６との間には、レモンスキン２０が配置されている。
【特許文献１】特開２００１−３１７９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、近年、半導体デバイスの高集積化、記憶容量の増加に伴って、測定装置に要求される精度が飛躍的に厳しくなり、「照明光のムラ」を無視することができなくなってきた。
【００１３】
前記光学的拡散板（レモンスキン）は、光ファイバのファイバ出射端面付近に挿入されるが、ファイバ出射端面の「光量ムラ」を完全に無くすことは不可能である。
【００１４】
すなわち、光ファイバ（バンドル光ファイバ）は、一般的にコアとクラッドからなる複数の心線がより合わせられて構成されており、丸い心線と心線との間には、わずかな隙間があり、「光量ムラ」の原因となっている。また、製造上数％の断線した心線が含まれてしまうのは避けられない。さらに、光ファイバの入射端面に投影されるハロゲンランプのフィラメント像の位置や「光量ムラ」も、光ファイバの出射端面の「光量ムラ」の原因となり得る。
【００１５】
また、これまで光ファイバの出射端面のコア径は、照明瞳径に対して十分な大きさを有しており、厳密な位置調整が不要な構造であった。よって、その調整機構が装置に付帯することもこれまでなかった。
【００１６】
このような状態であると、高集積化や記憶容量の増加の下では、ファイバ出射端面の瞳面の「光量ムラ」に起因して、測定装置は、大きな「照明光のムラ」を含むことになる。
【００１７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、現状の方式では調整できない照明瞳面の「光量ムラ」を極力抑えて、高集積化や記憶容量の増加の下で、「照明光のムラ」を極力排除した高精度な測定装置及びその調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る測定装置は、試料へ照明光を供給するための光源を有し、少なくとも光ファイバを介して前記照明光を案内する照明光学系と、
前記試料の像を観察する結像光学系と、
光学像を撮像手段で取り込み、画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面の焦点を、前記試料から、前記光ファイバの出射端面の照明瞳面に切り換える焦点切換手段と、
前記画像処理手段で、光ファイバの出射端面の照明瞳面の光量ムラを算出する解析手段と、
前記解析手段の解析結果に基づいて、前記照明光学系内で、光ファイバの出射端面の位置を調整する光ファイバ出射端面位置調整機構と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項２に係る測定装置の調整方法は、試料へ照明光を供給するための光源を有し、少なくとも光ファイバを介して前記照明光を案内する照明光学系と、
前記試料の像を観察する結像光学系と、
光学像を撮像手段で取り込み、画像処理を行う画像処理手段と、を具備した測定装置において、
前記撮像手段の撮像面の焦点を、前記試料から、前記光ファイバの出射端面の照明瞳面に切り換える切換工程と、
前記画像処理手段で、光ファイバの出射端面の照明瞳面の光量ムラを算出する解析工程と、
前記解析工程の解析結果に基づいて、前記照明光学系内で、光ファイバの出射端面の位置を調整する調整工程と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、撮像手段の撮像面の焦点を、試料から、光ファイバの出射端面の照明瞳面に切り換え、画像処理手段で、光ファイバの出射端面の照明瞳面の「光量ムラ」を算出・解析し、この解析結果に基づいて、照明光学系内で、光ファイバの出射端面の位置を調整するように構成してある。
【００２１】
従って、現状の方式では調整できない照明瞳面の「光量ムラ」を極力抑えることができ、これにより、高集積化や記憶容量の増加の下で、「照明光のムラ」を極力排除した高精度な測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態に係る測定装置及びその調整方法を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係り、各種パターンの位置測定光学系の模式図である。
【００２４】
図２（ａ）は、光ファイバ出射端面位置調整機構の正面図であり、（ｂ）は、その側面図であり、（ｃ）は、その平面図である。
【００２５】
図３（ａ）は、光ファイバの位置調整前に於ける、瞳面状態と照明状態を示す模式図であり、（ｂ）光ファイバの位置調整後に於ける、瞳面状態と照明状態を示す模式図である。
【００２６】
図１に示すように、例えばウェハ上に形成される各種パターンの位置測定光学系は、照明光学系、結像光学系、及び画像処理手段からなる。
【００２７】
照明光学系に於いては、光源（ハロゲンランプ）１のフィラメント像は、光源用第１及び第２リレーレンズ２，３にて、光ファイバ４のファイバ入射端面に投影される。この照明光は、光ファイバ４を介して、照明用第１及び第２リレーレンズ５，６にて、照明開口絞り７に投影される。なお、光ファイバ４の出射端面と、照明用第１リレーレンズ６との間には、光学的拡散板（レモンスキン）２０が配置されている。
【００２８】
その後、照明用第３リレーレンズ８、視野絞り９、及び照明用第４リレーレンズ１０を通り、落射プリズム１１にて、９０度方向に反射され、結像絞り１２、第１対物レンズ１３を通り、ウェハ１４に照明される。なお、ウェハ１４は、移動ステージ１６上のウェハホルダー１５に載置してあり、ウェハ１４には、測定対象パターンが形成してある。
【００２９】
結像光学系に於いては、ウェハ１４の測定対象パターンで反射された光は、再び第１対物レンズ１３を通り、結像開口絞り１２を通り、落射プリズム１１、及び第２対物レンズ１７を通過後、ＣＣＤカメラ１８の撮像面にて結像する。
【００３０】
画像処理手段に於いては、ＣＣＤカメラ１８の撮像面に投影された測定対象パターン像をデジタル信号に変換後、その画像は、画像処理部１９に送られ、測定対象パターンの位置計側か行われる。
【００３１】
さて、本実施の形態では、光ファイバ４の出射端面の位置を調整する光ファイバ出射端面位置調整機構３０が設けてある。
【００３２】
また、結像光学系に於いて、第２対物レンズ１７とＣＣＤカメラ１８との間に、ＣＣＤカメラ１８の撮像面の焦点をウェハ１４の測定対象パターンから光ファイバ４の出射端面の照明瞳面に切り換える焦点切換用レンズ３１を挿入できるように構成してある。例えば、焦点切換用レンズ３１を含むスライダー部材を測定装置の外部から挿入する。
【００３３】
光ファイバ出射端面位置調整機構３０は、図２に示すように、その基本構成部品は、台座部品５１、ｙ移動テーブル５２、及びｘ移動テーブル５３である。
【００３４】
すなわち、ｘ移動テーブル５３に、光ファイバー４を保持できるように構成してある。また、台座部品５１に対して、ｙ移動テーブル５２がｙ方向に移動できるように構成してあり、このｙ移動テーブル５２に対して、ｘ移動テーブル５３をｘ方向に移動できるように構成してある。これにより、光ファイバ４の出射端面の位置をｘ−ｙの２方向に調整することができる。
【００３５】
なお、ｘ移動テーブル５３は、ｘ移動つまみ５６を回動することにより、ｘ方向に調整することができ、ｙ移動テーブル５２は、ｙ移動つまみ５５を回動することにより、ｙ方向に調整することができる。また、ｘ−ｙ移動テーブル５３，５２の位置調整後には、ｘ移動つまみ５６近傍のネジ及びｙ移動つまみ５５近傍のネジにより、ｘ−ｙ移動テーブル５３，５２の位置を固定するようになっている。
【００３６】
次に、例えば、図３（ａ）に示すように、光ファイバ４の出射端面の瞳面状態の「光量ムラ」が比較的大きく、照明状態に明暗の差があるとすると、上述したように、瞳面の「光量ムラ」に起因して、測定装置は、比較的大きな「照明光のムラ」を含むことになる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面の「光量ムラ」を調整する。
【００３８】
この際、図１に示すように、結像光学系に於いて、第２対物レンズ１７とＣＣＤカメラ１８との間に、焦点切換用レンズ３１を挿入し、ＣＣＤカメラ１８の撮像面の焦点を、ウェハ１４の測定対象パターンから、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面に切り換える。
【００３９】
これにより、ＣＣＤカメラ１８の撮像面に、照明瞳面４０が写し出される。この瞳面の像は、画像処理部１９にて算出・解析を行う。
【００４０】
次いで、図３（ａ）に示す照明瞳面４０の状態であった場合に、画像処理部１９の解析結果に基づいて、図２に示した光ファイバ出射端面位置調整機構３０により、ｘ−ｙ移動テーブル５３，５２の位置を調整して、図３（ｂ）に示すような「光量ムラ」の少ない照明瞳面４１を捜し出し、これにより、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面を、「光量ムラ」の少ない照明瞳面４１に切り換える。
【００４１】
具体的には、ＣＣＤカメラ１８の撮像面に写し出された照明瞳面４０の像を、画像処理部１９にて算出・解析を行って、その「光量ムラ」を定量化する。例えば、照明瞳面４０の「光量ムラ」を定量化し、「光量ムラ」の数値に対して、許容値内か否かの判定を行う。この定量化及び判定には、所定の評価関数やフローチャートを用いて行うことができる。
【００４２】
判定にて、ＮＧとなった場合（「光量ムラ」が大きい場合）は、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面（４０→４１）の位置調整を行う。
【００４３】
このように、図３（ｂ）のような照明瞳面４１を捜し出す作業を、画像処理部１９の解析結果を考慮しながら、複数回繰り返し、ｘ−ｙ移動テーブル５３，５２の位置を繰り返し調整する。
【００４４】
その結果、判定にて、ＯＫとなった場合（「光量ムラ」が許容値範囲内となった場合）は、ｘ−ｙ移動テーブル５３，５２の位置を固定する。これにより、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面を、「光量ムラ」の少ない照明瞳面４１に切り換えることができる。
【００４５】
以上から、本実施の形態では、光ファイバ４の出射端面の瞳面状態の「光量ムラ」が比較的大きい場合に、焦点切換用レンズ３１により、ＣＣＤカメラ１８の撮像面の焦点を、ウェハ１４の試料から、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面に切り換える。画像処理部１９で、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面の「光量ムラ」を算出・解析し、この解析結果に基づいて、照明光学系内で、光ファイバ４の出射端面の位置を調整する。これにより、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面を、「光量ムラ」の少ない照明瞳面４１に切り換えることができる。また、光ファイバ４の出射端面の照明瞳面の「光量ムラ」が適正範囲内に入らない場合には、光ファイバ４自身の不良が考えられるので、光ファイバ４の良品への交換が考えられる。
【００４６】
従って、現状の方式では調整できない照明瞳面の「光量ムラ」を極力抑えることができ、これにより、高集積化や記憶容量の増加の下で、「照明光のムラ」を極力排除した高精度な測定装置を提供することができる。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係り、各種パターンの位置測定光学系の模式図である。
【図２】（ａ）は、光ファイバ出射端面位置調整機構の正面図であり、（ｂ）は、その側面図であり、（ｃ）は、その平面図である。
【図３】（ａ）は、光ファイバの位置調整前に於ける、瞳面状態と照明状態を示す模式図であり、（ｂ）光ファイバの位置調整後に於ける、瞳面状態と照明状態を示す模式図である。
【図４】従来に係り、各種パターンの位置測定光学系の模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  光源（ハロゲンランプ）
２，３  光源用第１及び第２リレーレンズ
４  光ファイバ
５，６  照明用第１及び第２リレーレンズ
７  照明開口絞り
８  照明用第３リレーレンズ
９  視野絞り
１０  照明用第４リレーレンズ
１１  落射プリズム
１２  結像絞り
１３  第１対物レンズ
１４  ウェハ
１５  ウェハホルダー
１６  移動ステージ
１７  第２対物レンズ
１８  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１９  画像処理部
２０  光学的拡散板（レモンスキン）
３０  光ファイバ出射端面位置調整機構
３１  焦点切換用レンズ（焦点切換用手段）
４０  照明瞳面（調整前）
４１  照明瞳面（調整後）
５１  台座部品
５２  ｙ移動テーブル
５３  ｘ移動テーブル
５５  ｙ移動つまみ
５６  ｘ移動つまみ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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