JP4691922B2 - Adjustment method of imaging optical system - Google Patents
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Description
本発明は、物体の像を形成する結像光学系の調整方法に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において基板(半導体ウエハや液晶基板など)に形成されたマークの位置を高精度に検出する装置に好適な結像光学系の調整方法に関する。 The present invention relates to a method for adjusting an imaging optical system that forms an image of an object, and in particular, increases the position of a mark formed on a substrate (such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate) in a manufacturing process of a semiconductor element or a liquid crystal display element. The present invention relates to a method for adjusting an imaging optical system suitable for an apparatus for detecting with accuracy.
半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知のリソグラフィ工程を経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、このパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板(半導体ウエハや液晶基板)の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。 In manufacturing processes such as semiconductor elements and liquid crystal display elements, a circuit pattern is transferred to a resist layer through a well-known lithography process, and a circuit pattern is formed on a predetermined material film by performing processing such as etching through the resist pattern. Is transferred (pattern forming step). By repeating this pattern forming process many times, circuit patterns of various material films are stacked on a substrate (semiconductor wafer or liquid crystal substrate), and a circuit of a semiconductor element or a liquid crystal display element is formed. .
さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため(製品の歩留まり向上を図るため)、各々のパターン形成工程のうち、リソグラフィ工程の前に、基板のアライメントを行い、リソグラフィ工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行っている。なお、基板のアライメントには、1つ前のパターン形成工程で下地層に形成されたアライメントマークが用いられる。レジストパターンの重ね合わせ検査には、現在のパターン形成工程でレジスト層に形成された重ね合わせマークと、1つ前のパターン形成工程で下地層に形成された重ね合わせマークとが用いられる。 Furthermore, in the manufacturing process described above, in order to accurately overlay circuit patterns of various material films (in order to improve product yield), the substrate is aligned before the lithography process in each pattern forming process. The registration inspection of the resist pattern on the substrate is performed after the lithography process and before the processing process. For alignment of the substrate, an alignment mark formed on the underlying layer in the previous pattern formation step is used. For overlay inspection of the resist pattern, the overlay mark formed on the resist layer in the current pattern forming process and the overlay mark formed on the underlying layer in the previous pattern forming process are used.
また、基板のアライメントを行う装置や、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置には、上記のアライメントマークや重ね合わせマーク(総じて単に「マーク」という)の位置を検出する装置が組み込まれている。位置検出装置では、検出対象のマークに対して照明光を照射し、マークからの光(例えば反射光)に基づく画像をCCDカメラなどの撮像素子によって取り込み、その画像に対して所定の画像処理を施すことにより、マークの位置検出を行う。照明光の波長帯域は、多種多様なマークの構造に対して安定した反射強度を得るため、可視光帯域から赤外光近傍帯域までの広帯域な範囲とすることが多い。 Also, a device for detecting the position of the alignment mark or overlay mark (generally simply referred to as “mark”) is incorporated in a device for aligning the substrate or a device for performing overlay inspection of a resist pattern on the substrate. ing. In the position detection device, illumination light is irradiated to a mark to be detected, an image based on light from the mark (for example, reflected light) is captured by an image sensor such as a CCD camera, and predetermined image processing is performed on the image. As a result, the position of the mark is detected. The wavelength band of the illumination light is often in a wide range from the visible light band to the near infrared light band in order to obtain a stable reflection intensity with respect to various mark structures.
さらに、位置検出装置では、その検出精度を高めるために、例えば特許文献1に開示されている方法を利用して、結像光学系(マークの像を形成する光学系)の開口絞りや対物レンズの配置をシフト方向に微調整し、装置起因の誤差成分(TIS値:Tool Induced Shift)を低減するようにしている。
しかしながら、上記した結像光学系の調整方法では、結像光学系の各光学部品を配置する際の製造誤差(光学部品の偏心誤差)などに起因して、結像光学系の開口絞り面における瞳像の結像位置が波長帯域に応じて異なった場合、装置起因の誤差成分(TIS値)を良好に低減することができない。
そこで、本発明者は、結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に調整用の光学素子を新たに配置して、この光学素子の配置を上記の特許文献1に開示した方法を利用して微調整し、開口絞り面における瞳像の波長帯域に応じた結像位置ずれを補正することを提案した(特願2003−54058号)。しかし、上記の特許文献1に開示した方法では、光学素子の配置を微調整する際の感度が低く、その調整誤差を小さくすることが難しかった。このため、装置起因の誤差成分(TIS値)を十分に低減できるとは限らず、検出精度の向上にも限界があった。
However, in the above-described adjustment method of the imaging optical system, due to a manufacturing error (decentration error of the optical component) at the time of arranging each optical component of the imaging optical system, the aperture stop surface of the imaging optical system When the imaging position of the pupil image differs depending on the wavelength band, the error component (TIS value) caused by the apparatus cannot be reduced satisfactorily.
Therefore, the present inventor newly arranges an optical element for adjustment between the pupil plane and the aperture stop surface of the imaging optical system, and uses the method disclosed in
本発明の目的は、調整用の光学素子の配置を感度良く微調整することが可能な結像光学系の調整方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for adjusting an imaging optical system capable of finely adjusting the arrangement of optical elements for adjustment with high sensitivity.
請求項1に記載の発明は、結像光学系の物体面に、所定の波長帯の落射照明光による±1次回折光束が前記結像光学系の瞳領域に内接するようなピッチ以上の第1のピッチで配列された第1のマークと、前記照明光による+1次回折光束が前記結像光学系の瞳領域に外接するようなピッチより小さい第2のピッチで配列された第2のマークとを、それぞれ前記結像光学系の視野中心に対して対称に配設し、前記照明光の波長が長波長側に設定されているときに前記結像光学系で形成された前記第1のマークの像と前記第2のマークの像との相対位置と、前記照明光の波長が短波長側に設定されているときに前記結像光学系で形成された前記第1のマークの像と前記第2のマークの像との相対位置との差に基づいて、前記結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に配設された光学素子の配置を調整するものである。 According to the first aspect of the present invention, on the object plane of the imaging optical system, the first or higher order diffracted light beam by the incident illumination light of a predetermined wavelength band is not less than a pitch that is inscribed in the pupil region of the imaging optical system. first and marks arranged in one pitch, the second mark + 1st-order diffracted light flux by the illumination light are arranged at a pitch smaller than the second pitch as circumscribing the pupil area of the image forming optical system Are arranged symmetrically with respect to the center of the visual field of the imaging optical system, and when the wavelength of the illumination light is set on the long wavelength side, the first optical system is formed by the imaging optical system. A relative position between the image of the mark and the image of the second mark, and the image of the first mark formed by the imaging optical system when the wavelength of the illumination light is set to the short wavelength side; based on the difference between the relative position between the image of the second mark, the pupil plane and the open of the imaging optical system And adjusts the arrangement of the disposed optical element between the stop surface.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の結像光学系の調整方法において、前記第1のピッチをP1(μm)、前記第2のピッチをP2(μm)、前記結像光学系の開口数をNAima、前記照明光の照射に用いた光学系の開口数をNAill、前記照明光の中心波長をλ(μm)とするとき、次の条件式を満足するものである。
NAima > NAill
NAima−NAill > λ/P1
NAima+NAill/2 ≦ λ/P2
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の結像光学系の調整方法において、前記第1のマークの像と前記第2のマークの像との相対位置の情報を取得する際に、前記第1のマーク及び前記第2のマークを前記視野中心に対して180°回転させる前後の状態の各々で、前記結像光学系で形成された像における前記第1のマークと前記第2のマークとの距離を測定してから、測定された2つの距離で表される装置起因の誤差成分量を、前記相対位置の情報として取得するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the method for adjusting an imaging optical system according to the first aspect, the first pitch is P1 (μm), the second pitch is P2 (μm), and the imaging optical system When the numerical aperture of the system is NAima, the numerical aperture of the optical system used for irradiation of the illumination light is NAill, and the center wavelength of the illumination light is λ (μm), the following conditional expression is satisfied.
NAima> NAill
NAima-NAill> λ / P1
NAima + NAill / 2 ≤ λ / P2
According to a third aspect of the present invention, in the image forming optical system adjustment method according to the first or second aspect, information on a relative position between the image of the first mark and the image of the second mark is obtained. when obtaining the first mark and the second mark in each of the states of before and after the 180 ° rotation with respect to the field center, the first mark in the image formed by the imaging optical system and after measuring the distance between the second mark, the error component of device due represented by the measured two distances were, and acquires as the information of the relative position.
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の結像光学系の調整方法において、前記光学素子は平行平面板であり、前記光学素子の配置の調整は、前記平行平面板を傾ける方向への調整である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the image forming optical system adjusting method according to any one of the first to third aspects, the optical element is a plane-parallel plate, and the arrangement of the optical elements is adjusted. it is adjusted in the direction of tilting the parallel flat plate.
本発明の結像光学系の調整方法によれば、調整用の光学素子の配置を感度良く微調整することができる。 According to the adjustment method of the imaging optical system of the present invention, the arrangement of the adjustment optical elements can be finely adjusted with high sensitivity.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、本実施形態の結像光学系の調整方法について、図1に示す重ね合わせ測定装置10を例に説明する。重ね合わせ測定装置10は、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において、基板11のレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査を行う装置である。重ね合わせ検査では、基板11の下地層に形成された回路パターン(以下「下地パターン」という)に対するレジストパターンの位置ずれ量の測定が行われる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, the adjustment method of the imaging optical system of the present embodiment will be described using the overlay measurement apparatus 10 shown in FIG. 1 as an example. The overlay measurement apparatus 10 is an apparatus that performs overlay inspection of a resist pattern (not shown) of the substrate 11 in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like. In the overlay inspection, the amount of displacement of the resist pattern with respect to a circuit pattern (hereinafter referred to as “underground pattern”) formed on the underlayer of the substrate 11 is measured.
重ね合わせ測定装置10には、図1(a)に示す通り、基板11または後述の調整用基板30(図2)を支持するステージ12と、照明光学系(13〜19)と、結像光学系(19〜24)と、CCD撮像素子25と、画像処理部26と、焦点検出部(41〜48)と、ステージ制御部27とが設けられる。
ステージ12は、図示省略したが、基板11または後述の調整用基板30(図2)を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(XY方向)に駆動するXY駆動部と、ホルダを鉛直方向(Z方向)に駆動するZ駆動部とで構成されている。そして、XY駆動部とZ駆動部は、ステージ制御部27に接続されている。
As shown in FIG. 1A, the overlay measuring apparatus 10 includes a
Although not shown, the
ここで、基板11は、半導体ウエハや液晶基板などの一般的な製品基板であり、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工前の状態にある。製品基板には、重ね合わせ検査のために多数の測定点が用意されている。測定点の位置は、各ショット領域の四隅などである。各測定点には、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークと下地パターンの基準位置を示す下地マークとが形成されている。以下の説明では、レジストマークと下地マークとを総じて「重ね合わせマーク11A」という。
Here, the substrate 11 is a general product substrate such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate, and is in a state after exposure / development of the resist layer and before processing of a predetermined material film. Many measurement points are prepared on the product substrate for overlay inspection. The positions of the measurement points are the four corners of each shot area. At each measurement point, a resist mark indicating the reference position of the resist pattern and a base mark indicating the reference position of the base pattern are formed. In the following description, the registration mark and the base mark are collectively referred to as “overlapping
また、調整用基板30(図2)は、結像光学系(19〜24)を調整する際の指標を求めるために設計されたものである。この調整用基板30には、外マーク31と内マーク32とを含む調整用マーク30Aが設けられている。調整用マーク30Aは、BAR in BAR タイプの2重マークであり、シリコンウエハなどをエッチング処理することにより作成される。調整用マーク30Aの段差hは、例えば83nmである。図2(a)は平面図、図2(b)は断面図である。
The adjustment substrate 30 (FIG. 2) is designed for obtaining an index for adjusting the imaging optical system (19 to 24). The
外マーク31は、X方向に細長い4本のバーマーク1Aと、Y方向に細長い4本のバーマーク1Bとで構成され、2本ずつが1組となって内マーク32の周囲に四辺状に配置されている。また、4本のバーマーク1Aは、各組ごとに、ピッチP1で配列されている。同様に、4本のバーマーク1Bも、各組ごとに、ピッチP1で配列されている。ピッチP1は、例えば3.8μmであり、請求項の「第1ピッチ」に対応する。
The
内マーク32は、X方向に細長い4本のバーマーク2Aと、Y方向に細長い4本のバーマーク2Bとで構成され、2本ずつが1組となって外マーク31の内側に四辺状に配置されている。また、4本のバーマーク2Aは、各組ごとに、上記ピッチP1とは異なるピッチP2で配列されている。同様に、4本のバーマーク2Bも、各組ごとに、ピッチP2で配列されている。ピッチP2は、例えば1μmであり、請求項の「第2ピッチ」に対応する。
The
上記の基板11(または調整用基板30)がステージ12のホルダに支持された状態で、ステージ制御部27は、ステージ12のXY駆動部を制御し、ホルダをXY方向に移動させて、基板11上の重ね合わせマーク11A(または調整用基板30上の調整用マーク30A)を視野領域内に位置決めする。また、焦点検出部(41〜48)から出力される後述のフォーカス信号に基づいて、ステージ12のZ駆動部を制御し、ホルダをZ方向に上下移動させる。このフォーカス調整により、基板11(または調整用基板30)をCCD撮像素子25の撮像面に対して合焦させることができる。このとき、基板11上の重ね合わせマーク11A(または調整用基板30上の調整用マーク30A)は、結像光学系(19〜24)の物体面に配置される。
In a state where the substrate 11 (or the adjustment substrate 30) is supported by the holder of the
照明光学系(13〜19)は、光源部13と、光軸O1に沿って順に配置された照明開口絞り14とコンデンサーレンズ15と視野絞り16と照明リレーレンズ17とビームスプリッタ18と、光軸O2上に配置された第1対物レンズ19とで構成されている。ビームスプリッタ18は、反射透過面が光軸O1に対して略45°傾けられ、光軸O2上にも配置されている。照明光学系(13〜19)の光軸O1は、結像光学系(19〜24)の光軸O2に垂直である。
The illumination optical system (13 to 19) includes a
また、光源部13は、光源3Aとコレクタレンズ3Bと光学リレーレンズ3Cと波長切替機構3Dとライトガイドファイバ3Eとで構成される。光源3Aは、波長帯域の広い光(例えば白色光)を射出する。波長切替機構3Dには、透過特性の異なる複数の光学フィルタが設けられる。光学フィルタを切り替えて照明光路に挿入することで、光源3Aから射出された光の波長帯域のうち、広帯域(例えば本実施形態では波長幅が270nm程度)、長波長帯域、短波長帯域の何れかを選択することができる。
The
上記の光源部13において、光源3Aから射出された広帯域波長の光は、コレクタレンズ3Bを介して波長切替機構3Dの光学フィルタに入射し、その透過特性に応じた波長帯域(つまり広帯域または長波長帯域または短波長帯域)の光となる。その後、光学リレーレンズ3Cとライトガイドファイバ3Eとを介して、照明開口絞り14に導かれる。
照明開口絞り14は、その中心が光軸O1上に位置し、光源部13から射出された光の径を特定の径に制限する。コンデンサーレンズ15は、照明開口絞り14からの光を集光する。視野絞り16は、重ね合わせ測定装置10の視野領域を制限する光学素子であり、図1(b)に示すように、矩形状の開口である1つのスリット16aを有する。照明リレーレンズ17は、視野絞り16のスリット16aからの光をコリメートする。ビームスプリッタ18は、照明リレーレンズ17からの光を下向きに反射する。
In the
The center of the
上記の構成において、光源部13から射出された光は、照明開口絞り14とコンデンサーレンズ15とを介して、視野絞り16を均一に照明する。そして、視野絞り16のスリット16aを通過した光は、照明リレーレンズ17を介してビームスプリッタ18に導かれ、その反射透過面で反射した後(照明光L1)、光軸O2上の第1対物レンズ19に導かれる。
In the above configuration, the light emitted from the
第1対物レンズ19は、ビームスプリッタ18からの照明光L1を入射して集光する。これにより、ステージ12上の基板11(または調整用基板30)は、第1対物レンズ19を透過した所定の波長帯域の照明光L1によって垂直に照明される(落射照明)。
なお、基板11(または調整用基板30)に入射するときの照明光L1の入射角度は、照明開口絞り14の中心と光軸O1との位置関係によって決まる。また、基板11(または調整用基板30)の各点における照明光L1の入射角度範囲は、照明開口絞り14の絞り径によって決まる。照明開口絞り14が第1対物レンズ19の仮想瞳面19Aと共役な位置関係にあるからである。
The first
The incident angle of the illumination light L1 when entering the substrate 11 (or the adjustment substrate 30) is determined by the positional relationship between the center of the
さらに、視野絞り16と基板11(または調整用基板30)とは共役な位置関係にあるため、基板11(または調整用基板30)の表面のうち、視野絞り16のスリット16aに対応する領域が照明光L1によって照明される。つまり、基板11(または調整用基板30)の表面には、照明リレーレンズ17と第1対物レンズ19の作用によって、スリット16aの像が投影される。
Furthermore, since the
そして、上記した所定の波長帯域の照明光L1が照射された基板11(または調整用基板30)の領域から、回折光L2が発生する。回折光L2には、0次回折光(つまり反射光)や、±1次回折光などが含まれる。回折光L2の波長特性は、調整用基板30の場合、調整用マーク30Aの外マーク31と内マーク32とで等しく、照明光L1の波長特性とも略等しい。また、基板11(一般的な製品基板)の場合、重ね合わせマーク11Aのレジストマークと下地マークの構造や物性に応じて異なる。これは、マークの反射特性が、マークの構造や物性に応じて変化するからである。基板11(または調整用基板30)からの回折光L2は、後述の結像光学系(19〜24)に導かれる。
Then, diffracted light L2 is generated from the region of the substrate 11 (or the adjustment substrate 30) irradiated with the illumination light L1 having the predetermined wavelength band described above. The diffracted light L2 includes 0th order diffracted light (that is, reflected light), ± 1st order diffracted light, and the like. In the case of the
結像光学系(19〜24)は、光軸O2に沿って順に配置された第1対物レンズ19と第2対物レンズ20と第1結像リレーレンズ21と平行平面板22と結像開口絞り23と第2結像リレーレンズ24とで構成されている。結像光学系(19〜24)の光軸O2は、Z方向に平行である。なお、第1対物レンズ19と第2対物レンズ20との間には、照明光学系(13〜19)のビームスプリッタ18が配置され、第2対物レンズ20と第1結像リレーレンズ21との間には、焦点検出部(41〜48)のビームスプリッタ41が配置されている。ビームスプリッタ18,41は、光の振幅分離を行うハーフプリズムである。
The imaging optical system (19-24) includes a first
そして、第1対物レンズ19は、基板11(または調整用基板30)からの回折光L2をコリメートする。第1対物レンズ19でコリメートされた回折光L2は、上記のビームスプリッタ18を透過して第2対物レンズ20に入射する。第2対物レンズ20は、ビームスプリッタ18からの回折光L2を1次結像面10a上に集光する。
1次結像面10aの後段に配置された焦点検出部(41〜48)のビームスプリッタ41は、焦点検出部(41〜48)の光軸O3と結像光学系(18〜24)の光軸O2に対して、反射透過面が略45°傾けられている。そして、ビームスプリッタ41は、第2対物レンズ20からの回折光L2の一部(L3)を透過すると共に、残りの一部(L4)を反射する。ビームスプリッタ41を透過した一部の光L3は、結像光学系(18〜24)の第1結像リレーレンズ21に導かれる。第1結像リレーレンズ21は、ビームスプリッタ41からの光L3をコリメートする。
The first
The
平行平面板22は、光軸O2に垂直な2つの軸(それぞれX軸とY軸に平行)を中心として、数度程度の範囲内でチルト可能である。つまり、平行平面板22の配置は、チルト方向に微調整可能である。X軸と平行な軸を中心としたチルト方向の微調整について示すと図3のようになる。図3に示す通り、平行平面板22の光軸22a(厚さ方向に平行な軸)を光軸O2に対して傾斜させる方向が「チルト方向」に対応する。平行平面板22の配置のチルト方向の微調整とは、平行平面板22のチルト角θの微調整に対応する。
The plane
上記のように、平行平面板22は、その配置をチルト方向に微調整可能であり(詳細は後述)、第1結像リレーレンズ21からの光を透過する。結像開口絞り23は、第1対物レンズ19の仮想瞳面19Aと共役な面に配置され、平行平面板22からの光の径を特定の径に制限する。第2結像リレーレンズ24は、結像開口絞り23からの光をCCD撮像素子25の撮像面(2次結像面)上に再結像する。
As described above, the arrangement of the plane
上記の結像光学系(18〜24)では、視野領域内に基板11上の重ね合わせマーク11A(または調整用基板30上の調整用マーク30A)が位置決めされているとき、そのマークの像をCCD撮像素子25の撮像面に形成する。さらに、第1対物レンズ19の仮想瞳面19Aと、結像開口絞り23の配置面(以下「開口絞り面23A」)との間に配置された平行平面板22は、その配置をチルト方向に微調整可能であり、平行平面板22を用いて結像光学系(18〜24)の調整が行われる(詳細は後述)。平行平面板22は、請求項の「調整用の光学素子」に対応する。
In the imaging optical system (18 to 24), when the
CCD撮像素子25は、その撮像面が結像光学系(18〜24)の像面と一致するように配置される。CCD撮像素子25は、複数の画素が2次元配列されたエリアセンサであり、基板11上の重ね合わせマーク11A(または調整用基板30上の調整用マーク30A)の像を撮像して、画像信号を画像処理部26に出力する。画像信号は、CCD撮像素子25の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布(輝度分布)を表している。
The CCD
画像処理部26は、CCD撮像素子25からの画像信号に基づいて、基板11上の重ね合わせマーク11A(または調整用基板30上の調整用マーク30A)の画像を取り込み、その画像に対して所定の画像処理を施す。ちなみに、重ね合わせマーク11Aの画像に対しては、重ね合わせ検査用の画像処理を施す。調整用マーク30Aの画像に対しては、平行平面板22の配置をチルト方向に微調整する際の指標を求めるために、所定の画像処理(後述)を施す。なお、画像処理部26を介して、不図示のテレビモニタよる目視観察も可能である。
The
次に、焦点検出部(41〜48)の説明を行う。焦点検出部(41〜48)は、ステージ12上の基板11(または調整用基板30)がCCD撮像素子25の撮像面に対して合焦状態にあるか否かを検出するものである。
焦点検出部(41〜48)は、光軸O3に沿って順に配置されたビームスプリッタ41とAF第1リレーレンズ42と平行平面板43と瞳分割ミラー44とAF第2リレーレンズ45とシリンドリカルレンズ46とからなる光学系と、AFセンサ47と、信号処理部48とで構成されている。AFセンサ47はラインセンサであり、その撮像面47aには複数の画素が1次元配列されている。シリンドリカルレンズ46は、AFセンサ47の撮像面47aにおける画素の配列方向(図中A方向)に対して垂直な方向の屈折力を持つ。
Next, the focus detection units (41 to 48) will be described. The focus detection units (41 to 48) detect whether or not the substrate 11 (or the adjustment substrate 30) on the
The focus detection units (41 to 48) include a
焦点検出部(41〜48)において、ビームスプリッタ41で反射した一部の光L4(以下「AF光」という)は、AF第1リレーレンズ42によってコリメートされ、平行平面板43を透過して、瞳分割ミラー44に入射する。瞳分割ミラー44上には、照明光学系(13〜19)の照明開口絞り14の像が形成される。平行平面板43は、照明開口絞り14の像を瞳分割ミラー44の中心に位置調整するための光学素子であり、チルト調整が可能な機構になっている。
In the focus detection unit (41 to 48), a part of the light L4 reflected by the beam splitter 41 (hereinafter referred to as “AF light”) is collimated by the AF
瞳分割ミラー44に入射したAF光は、そこで2方向の光に振幅分離された後、AF第2リレーレンズ45とシリンドリカルレンズ46を介して、AFセンサ47の撮像面47aの近傍に集光される。このとき、撮像面47aには、画素の配列方向(図中A方向)に沿って離れた位置に、計測方向に対して2つの視野絞り16の像が形成される。
そして、AFセンサ47は、撮像面47aに形成された2つの像の結像中心に関する受光信号を信号処理部48に出力する。信号処理部48は、AFセンサ47からの出力に基づいて、計測方向について2つの視野絞り16の像の結像中心の距離を算出し、予め記憶している合焦状態での距離との差を求め、フォーカス信号をステージ制御部27に出力する。このような瞳分割方式のAF動作の詳細は、例えば特開2002−40322号公報に記載されている。
The AF light that has entered the
Then, the
ところで、上記のように構成された重ね合わせ測定装置10(図1)において、結像光学系(18〜24)の各光学部品を配置する際には、各光学部品を金物で固定し、そのブロックをコリメータなどの器具により調整しながら光軸O2に対して平行に配置していく。しかし、ブロックの加工精度や調整誤差などに起因して、各光学部品が偏心誤差を持つことがある。 By the way, in the overlay measuring apparatus 10 (FIG. 1) configured as described above, when the optical components of the imaging optical system (18 to 24) are arranged, the optical components are fixed with hardware. The blocks are arranged in parallel to the optical axis O2 while being adjusted with a tool such as a collimator. However, each optical component may have an eccentric error due to block processing accuracy or adjustment error.
光学部品の偏心誤差が、結像光学系(18〜24)の仮想瞳面19Aと開口絞り面23Aとの間に発生した場合、その偏心誤差に起因して、開口絞り面23Aにおける瞳像の結像位置が波長帯域に応じて異なってしまう。このような場合の瞳像の位置関係を模式的に示すと、図4のようになる。図4には、照明光L1の中心波長帯域に相当する瞳像HGと、短波長帯域に相当する瞳像HBと、長波長帯域に相当する瞳像HRとの位置関係を示す。図4の瞳像HR,HG,HBは、結像開口絞り23Aに入射する回折光L3のうち、同じ回折次数の成分(例えば0次回折成分)である。
When an eccentric error of the optical component occurs between the
また、開口絞り面23Aにおける瞳像HR,HG,HBの結像位置ずれ(図4)を引き起こす場合の一例として、図5に示すようなビームスプリッタ18の偏心誤差(チルト誤差)が考えられる。図5では、光軸O2上の光学部品のうちビームスプリッタ41の図示を省略し、平行平面板22のチルト角θ=0(図3(a)と同様)とした。また、図5には、回折光L3のうち、短波長帯域の回折光LBの光路と、長波長帯域の回折光LRの光路とを分けて示した。
In addition, as an example of causing an imaging position shift (FIG. 4) of the pupil images H R , H G , H B on the
図5から分かるように、例えばビームスプリッタ18が偏心誤差を持つ場合、平行平面板22の微調整を行わないと(つまりチルト角θ=0に設定すると)、短波長帯域の回折光LBと長波長帯域の回折光LRとが位置ずれした状態のまま開口絞り面23Aに入射し、開口絞り面23Aにおける瞳像HR,HG,HBの結像位置ずれ(図4)が起きる。なお、ビームスプリッタ18に限らず、第2対物レンズ20やビームスプリッタ41や第1結像リレーレンズ21が偏心誤差を持つ場合も同様である。
As can be seen from FIG. 5, for example when the
そして、開口絞り面23Aにおける瞳像HR,HG,HBの結像位置が波長帯域に応じて異なると(図4)、そこに配置されている結像開口絞り23を各波長帯域の回折光L3が通過する際、波長帯域ごとにケラレの対称/非対称性が異なることになる。例えば、中心波長帯域のケラレが対称な場合には、短波長帯域のケラレも長波長帯域のケラレも非対称となってしまう。
If the imaging positions of the pupil images H R , H G , and H B on the
ケラレが非対称な場合とは、図6(a)に示す通り、結像開口絞り23の中心C23に対して、瞳像Hの中心CHの位置がずれている場合である。図6(a)では、瞳像Hの0次回折成分と±1次回折成分とを例示した。図6(a)の場合、瞳像Hのうち、+1次回折成分の一部(点ハッチング部)は、結像開口絞り23により遮られてケラレとなっているが、−1次回折成分は、結像開口絞り23による制限を受けない。このため、瞳像Hの中心CHに関して、ケラレが非対称となる。
And if vignetting is asymmetric is the case as shown in FIG. 6 (a), that with respect to the center C 23 of the
これに対し、ケラレが対称な場合とは、図7(a)に示す通り、瞳像Hの中心CHの位置が結像開口絞り23の中心C23に一致している場合である。図7(a)でも、瞳像Hの0次回折成分と±1次回折成分とを例示した。図7(a)の場合には、瞳像Hのうち、+1次回折成分と−1次回折成分の一部(点ハッチング部)が、同じ量だけ、結像開口絞り23により遮られてケラレとなっている。このため、瞳像Hの中心CHに関して、ケラレが対称となる。
In contrast, in the case vignetting is symmetric is the case as shown in FIG. 7 (a), the position of the center C H of the pupil image H is coincident with the center C 23 of the
また、ケラレが非対称な場合(図6(a))、結像開口絞り23を通過した後の回折光L3を考えると、0次回折成分と−1次回折成分の光量は変化しないが、+1次回折成分の光量は低下することになる。すなわち、−1次回折成分と比べて+1次回折成分の光量が少なくなる。これは、そもそも、結像光学系(19〜24)の物体面に配置された図6(b)のような凹凸構造のマークから回折光L2が発生するとき、−1次回折成分よりも+1次回折成分の光量が少なくなり、左右のエッジ像に関する結像状態に差が現れる。
Further, when the vignetting is asymmetric (FIG. 6A), considering the diffracted light L3 after passing through the
さらに、上記のような回折光L2の非対称性が起きると、図6(b)に示すマークの2つのエッジE1,E2の見え方が異なってしまう。そのため、結像光学系(18〜24)を介してCCD撮像素子25の撮像面に形成されたエッジE1,E2の像の強度プロファイルは、図6(c)のような歪み(左右のアンバランス)を含むことになる。この場合、CCD撮像素子25からの画像信号に基づいて、図6(b)に示すマークの位置を検出すると、検出結果には、左右のエッジ像のアンバランスに応じた誤差成分(TIS値)が含まれてしまう。
Further, when the asymmetry of the diffracted light L2 as described above occurs, the appearance of the two edges E1 and E2 of the mark shown in FIG. Therefore, the intensity profile of the images of the edges E1 and E2 formed on the imaging surface of the
一方、ケラレが対称な場合(図7(a))、結像開口絞り23を通過した後の回折光L3を考えると、0次回折成分の光量は変化しないが、−1次回折成分と+1次回折成分の光量は同じ量だけ低下する。
さらに、上記のような回折光L2の対称性が保たれると、図7(b)に示すマークの2つのエッジE1,E2の見え方が同じになる。つまり、一方のエッジE1は−1次回折成分の光量確保によって良く見え、他方のエッジE2は+1次回折成分の光量確保によって良く見えることになる。そのため、結像光学系(18〜24)を介してCCD撮像素子25の撮像面に形成されたエッジE1,E2の像の強度プロファイルは、図7(c)のように、左右で等しくなる(バランスする)ことになる。この場合、CCD撮像素子25からの画像信号に基づいて、図7(b)に示すマークの位置を検出すると、誤差成分(TIS値)を含まない正確な検出結果を得ることができる。
On the other hand, when the vignetting is symmetric (FIG. 7A), considering the diffracted light L3 after passing through the
Further, when the symmetry of the diffracted light L2 as described above is maintained, the two edges E1 and E2 of the mark shown in FIG. That is, one edge E1 looks good by securing the light amount of the −1st order diffraction component, and the other edge E2 looks good by securing the light amount of the + 1st order diffraction component. Therefore, the intensity profiles of the images of the edges E1 and E2 formed on the imaging surface of the
したがって、既に説明した通り、開口絞り面23Aにおける瞳像HR,HG,HBの結像位置が波長帯域に応じて異なると(図4)、波長帯域ごとにケラレの対称/非対称性が異なるため(図6(a),図7(a))、同じマーク(図6(b),図7(b))のエッジE1,E2の像であっても、その強度プロファイル(図6(c),図7(c))は波長帯域ごとに左右のバランス/アンバランスが異なってしまう。例えば、中心波長帯域のケラレが対称で、長波長帯域や短波長帯域のケラレが非対称な場合、前者のエッジ像の強度プロファイルは図7(c)のようになり、後者のエッジ像の強度プロファイルは図6(c)のようになる。
Therefore, as described above, if the imaging positions of the pupil images H R , H G , and H B on the
その結果、ケラレの対称な中心波長帯域では、マーク位置の正確な検出結果を得ることができるのに対し、ケラレの非対称な長波長帯域や短波長帯域では、マーク位置の検出結果が誤差成分(TIS値)を含む不正確なものとなってしまう。
ちなみに、長波長帯域におけるケラレの非対称性が図6(a)のような方向特性を持つ場合、短波長帯域におけるケラレの非対称性は、図8(a)のような反転した方向特性を持つことになる。そして、マークから発生する回折光L2の各成分の光量と、エッジE1,E2の像の強度プロファイルは、図8(b),(c)のようになる。このため、短波長帯域におけるマーク位置の検出結果の誤差成分(TIS値)は、長波長帯域におけるマーク位置の検出結果の誤差成分(TIS値)とは反転した方向特性を持つことになる。
As a result, an accurate detection result of the mark position can be obtained in the symmetric center wavelength band of the vignetting, whereas the detection result of the mark position is an error component (in the asymmetrical long wavelength band and short wavelength band of the vignetting. Inaccurate data including TIS value.
Incidentally, when the vignetting asymmetry in the long wavelength band has a directional characteristic as shown in FIG. 6A, the vignetting asymmetry in the short wavelength band has an inverted directional characteristic as shown in FIG. become. The light intensity of each component of the diffracted light L2 generated from the mark and the intensity profiles of the images of the edges E1 and E2 are as shown in FIGS. For this reason, the error component (TIS value) of the mark position detection result in the short wavelength band has a directional characteristic that is reversed from the error component (TIS value) of the mark position detection result in the long wavelength band.
次に、本実施形態の結像光学系(18〜24)の調整方法について説明する。結像光学系(18〜24)の調整は、開口絞り面23Aにおける瞳像HR,HG,HBの波長帯域に応じた結像位置ずれ(図4)を補正し、波長帯域に拘わらず同一の結像位置(例えば図7の位置)に瞳像HR,HG,HBを形成するために行われる。この調整には、図2に示す調整用基板30と、結像光学系(18〜24)の仮想瞳面19Aと開口絞り面23Aとの間に配置された平行平面板22とが用いられる。
Next, a method for adjusting the imaging optical system (18 to 24) of this embodiment will be described. The adjustment of the imaging optical system (18 to 24) corrects an imaging position shift (FIG. 4) corresponding to the wavelength bands of the pupil images H R , H G , and H B on the
調整用基板30(図2)に設けられている調整用マーク30Aは、既に説明した通り、外マーク31と内マーク32とで構成され、外マーク31のピッチP1が例えば3.8μmであり、内マーク32のピッチP2が例えば1μmである。このようなピッチP1,P2は、照明光学系(13〜19)の開口数をNAill、結像光学系(19〜24)の開口数をNAima、照明光L1の中心波長をλ(μm)とするとき、次の条件式(1)〜(3)を満足する。
As described above, the
NAima > NAill …(1)
NAima−1.2×NAill = λ/P1 …(2)
NAima+NAill/2 = λ/P2 …(3)
条件式(1)を満足する場合、結像光学系(19〜24)の開口絞り面23Aにおける瞳像H(図6〜図8参照)の大きさは、各成分ごとに結像開口絞り23より小さくなる。
NAima> NAill (1)
NAima-1.2 × NAill = λ / P1 (2)
NAima + NAill / 2 = λ / P2 (3)
When the conditional expression (1) is satisfied, the size of the pupil image H (see FIGS. 6 to 8) on the
条件式(2)は、調整用マーク30Aの外マーク31に関する。条件式(2)を満足する場合、開口絞り面23Aにおける外マーク31の波長λの瞳像H31は、図9(a)に示す通り、0次回折成分と±1次回折成分との全てが結像開口絞り23の内側に余裕を持って入射する。図9(a)には、瞳像H31の中心CHの位置が結像開口絞り23の中心C23に一致しているときの位置関係を示した。
Conditional expression (2) relates to the
また、条件式(2)を満足する場合、図4に示す波長帯域ごとの瞳像HR,HG,HBの結像位置ずれがあっても、波長帯域に拘わらず0次回折成分と±1次回折成分との全てを結像開口絞り23の内側に入射させることができる。つまり、外マーク31では、照明光L1の中心波長λだけでなく、長波長帯域と短波長帯域との何れにおいても、ケラレの対称性を保つことができる(図7参照)。
Further, when the conditional expression (2) is satisfied, even if there is an image formation position shift of the pupil images H R , H G , H B for each wavelength band shown in FIG. All of the ± first-order diffraction components can be incident on the inside of the
一方、条件式(3)は、調整用マーク30Aの内マーク32に関する。条件式(3)を満足する場合、開口絞り面23Aにおける内マーク32の波長λの瞳像H32は、図9(b)に示す通り、0次回折成分が結像開口絞り23の内側に入射し、±1次回折成分が結像開口絞り23の外側に入射する。図9(b)には、瞳像H32の中心CHの位置が結像開口絞り23の中心C23に一致しているときの位置関係を示した。この場合、ケラレの対称性が保たれている。
On the other hand, the conditional expression (3) relates to the
また、条件式(3)を満足する場合、図4に示す波長帯域ごとの瞳像HR,HG,HBの結像位置ずれがあると、長波長帯域では瞳像H32の中心CHが結像開口絞り23の中心C23よりも図中左方にシフトし(図6参照)、短波長帯域では反対に瞳像H32の中心CHが結像開口絞り23の中心C23よりも図中右方にシフトする(図8参照)ため、ケラレの対称性が崩れて非対称となる。
Further, when the conditional expression (3) is satisfied, if there is an imaging position shift of the pupil images H R , H G , H B for each wavelength band shown in FIG. 4, the center C of the pupil image H 32 in the long wavelength band. H is shifted to the left in the figure from the center C 23 of the imaging aperture stop 23 (see FIG. 6), the center C 23 of the center C H is imaging
本実施形態の結像光学系(18〜24)の調整方法では、上記のような内マーク32における波長帯域ごとのケラレの対称/非対称性を加味して、結像光学系(19〜24)を調整する際の指標を求め、その指標に基づいて平行平面板22の配置をチルト方向に微調整する(図3参照)。結像光学系(18〜24)の調整は、図10のフローチャートの手順にしたがって行われる。
In the adjustment method of the imaging optical system (18 to 24) of the present embodiment, the imaging optical system (19 to 24) is added in consideration of the vignetting symmetry / asymmetry for each wavelength band in the
ステップS1では、ステージ12のホルダに調整用基板30を載置し、重ね合わせ測定装置10の視野領域内に調整用マーク30Aを位置決めする。この位置決め後、焦点検出部(41〜48)からのフォーカス信号に基づいてAF動作を行い、調整用マーク30AをCCD撮像素子25の撮像面に対して合焦させる。つまり、結像光学系(19〜24)の物体面に調整用マーク30Aを配置する。
In step S <b> 1, the
ステップS2では、調整用マーク30Aに対して広帯域の照明光L1(例えば波長幅が270nm程度)を照射し、このとき調整用マーク30Aから発生する広帯域の回折光L2に基づいて、マーク画像を取り込む。マーク画像の取り込みは、調整用マーク30Aを180度回転させる前後の状態の各々で行う。そして、2つのマーク画像の輝度情報に基づいて、各々、外マーク31と内マーク32との位置ずれ量を算出する。
In step S2, the
さらに、次の式(4)にしたがって、0度方向(初期状態)での位置ずれ量L0と、180度方向での位置ずれ量L180との平均値を、TIS値として算出する。このTIS値は、開口絞り面23Aにおける広帯域の瞳像(図9に示す中心波長λの瞳像H31や瞳像H32の他、長波長帯域や短波長帯域の瞳像を含む)の中心波長λの中心CHと、結像開口絞り23の中心C23との位置ずれを表している。
Further, according to the following equation (4), the positional deviation amount L 0 at the 0-degree direction (initial state), the average value of the positional deviation amount L 180 in the direction of 180 degrees, is calculated as a TIS value. This TIS value is the center of a wide-band pupil image (including the pupil image H 31 and pupil image H 32 of the center wavelength λ shown in FIG. 9 as well as the pupil image of the long wavelength band and the short wavelength band) shown in FIG. represents the center C H wavelength lambda, the positional deviation between the center C 23 of the
TIS=(L0+L180)/2 …(4)
ステップS3では、ステップS2で算出したTIS値(つまり瞳像の中心波長λの中心CHの位置ずれ)を、予め定めた閾値と比較する。閾値は、十分に小さい規格値である。そして、TIS値が閾値より大きい場合(S3がNo)、このTIS値を指標として、結像開口絞り23の配置をシフト方向に微調整する(ステップS4)。その後、ステップS2の処理に戻る。上記したステップS2〜S4の処理は、TIS値(つまり瞳像の中心波長λの中心CHの位置ずれ)が閾値より小さくなる(S3がYesとなる)まで繰り返し行われる。
TIS = (L 0 + L 180 ) / 2 (4)
In step S3, the calculated TIS value in step S2 (that positional deviation of the center C H of the center wavelength λ of the pupil image), is compared with a predetermined threshold value. The threshold value is a sufficiently small standard value. If the TIS value is larger than the threshold (S3 is No), the arrangement of the
ステップS2で算出したTIS値が閾値より小さくなったとき、瞳像の中心波長λの中心CHと結像開口絞り23の中心C23とは、図9(a),(b)に示す通り、互いに略一致したことになる。この場合、中心波長λにおけるケラレは、調整用マーク30Aの外マーク3も内マーク32も対称となる。外マーク31のケラレの対称性は、瞳像H31の±1次回折成分の全てが結像開口絞り23の内側に入射したことによる。また、内マーク32のケラレの対称性は、瞳像H32の±1次回折成分の全てが結像開口絞り23の外側に入射したことによる。
When the TIS value calculated in step S2 is smaller than the threshold value, the center C H of the center wavelength λ of the pupil image and the center C 23 of the
次のステップS5では、照明光L1の波長帯域を変更し、調整用マーク30Aに対して短波長帯域の照明光L1を照射し、このとき調整用マーク30Aから発生する短波長帯域の回折光L2に基づいて、マーク画像を取り込む。短波長帯域の回折光L2には、外マーク31のピッチP1に応じた広がり角で発生した光と、内マーク32のピッチP2に応じた広がり角で発生した光とが含まれる。そして、この回折光L2のうち、結像開口絞り23を通過して結像光学系(19〜24)の像面に到達した光に基づいて、マーク画像の取り込みが行われる。
In the next step S5, the wavelength band of the illumination light L1 is changed, and the
図4に示す波長帯域ごとの瞳像HR,HG,HBの結像位置ずれがある場合、短波長帯域の回折光L2による外マーク31の瞳像は、図9(a)に示す中心波長λの瞳像H31よりも図中右方にシフトするが、上記の条件式(2)を満足するため、−1次回折成分が結像開口絞り23の外側にはみ出すことはない。したがって、外マーク31では、短波長帯域でもケラレの対称性を保つことができる。この場合、マーク画像の外マーク31の輝度情報は、その強度プロファイルが左右で等しくなる(図7(c)参照)。
When there is an imaging position shift of the pupil images H R , H G , H B for each wavelength band shown in FIG. 4, the pupil image of the
一方、内マーク32の場合には上記の条件式(3)を満足するため、短波長帯域の回折光L2による瞳像は、図9(b)に示す中心波長λの瞳像H32よりも図中右方にシフトして、+1次回折成分の一部が結像開口絞り23の内側に入射する。つまり、+1次回折成分のケラレ量が減少し、−1次回折成分のケラレ量は変化しない。したがって、内マーク32では、短波長帯域においてケラレが非対称となってしまう。この場合、マーク画像の内マーク32の輝度情報は、その強度プロファイルが歪み(左右のアンバランス)を含むことになる(図6(c)参照)。
On the other hand, in the case of the
短波長帯域の照明光L1を用いたマーク画像の取り込みも、調整用マーク30Aを180度回転させる前後の状態の各々で行う。そして、2つのマーク画像の輝度情報に基づいて、外マーク31に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味すると共に、内マーク32に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味して、各々、外マーク31と内マーク32との位置ずれ量を算出する。さらに、上記式(4)にしたがって、0度方向での位置ずれ量L0と、180度方向での位置ずれ量L180との平均値を、TIS値として算出する。このTIS値は、開口絞り面23Aにおける短波長帯域の瞳像の中心CHと、結像開口絞り23の中心C23との位置ずれを表している。
Capture of the mark image using the illumination light L1 in the short wavelength band is also performed in each of the states before and after the
さらに、ステップS6では、照明光L1の波長帯域を変更し、調整用マーク30Aに対して長波長帯域の照明光L1を照射し、このとき調整用マーク30Aから発生する長波長帯域の回折光L2に基づいて、マーク画像を取り込む。長波長帯域の回折光L2には、外マーク31のピッチP1に応じた広がり角で発生した光と、内マーク32のピッチP2に応じた広がり角で発生した光とが含まれる。そして、この回折光L2のうち、結像開口絞り23を通過して結像光学系(19〜24)の像面に到達した光に基づいて、マーク画像の取り込みが行われる。
Further, in step S6, the wavelength band of the illumination light L1 is changed, and the
図4に示す波長帯域ごとの瞳像HR,HG,HBの結像位置ずれがある場合、長波長帯域の回折光L2による外マーク31の瞳像は、図9(a)に示す中心波長λの瞳像H31よりも図中左方にシフトするが、上記の条件式(2)を満足するため、+1次回折成分が結像開口絞り23の外側にはみ出すことはない。したがって、外マーク31では、長波長帯域でもケラレの対称性を保つことができる。この場合、マーク画像の外マーク31の輝度情報は、その強度プロファイルが左右で等しくなる(図7(c)参照)。
When there is an imaging position shift of the pupil images H R , H G , H B for each wavelength band shown in FIG. 4, the pupil image of the
一方、内マーク32の場合には上記の条件式(3)を満足するため、長波長帯域の回折光L2による瞳像は、図9(b)に示す中心波長λの瞳像H32よりも図中左方にシフトして、−1次回折成分の一部が結像開口絞り23の内側に入射する。つまり、−1次回折成分のケラレ量が減少し、+1次回折成分のケラレ量は変化しない。したがって、内マーク32では、長波長帯域においてケラレが非対称となってしまう。この場合、マーク画像の内マーク32の輝度情報は、その強度プロファイルが歪み(左右のアンバランス)を含むことになる(図8(c)参照)。
On the other hand, in the case of the
長波長帯域の照明光L1を用いたマーク画像の取り込みも、調整用マーク30Aを180度回転させる前後の状態の各々で行う。そして、2つのマーク画像の輝度情報に基づいて、外マーク31に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味すると共に、内マーク32に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味して、各々、外マーク31と内マーク32との位置ずれ量を算出する。さらに、上記式(4)にしたがって、0度方向での位置ずれ量L0と、180度方向での位置ずれ量L180との平均値を、TIS値として算出する。このTIS値は、開口絞り面23Aにおける長波長帯域の瞳像の中心CHと、結像開口絞り23の中心C23との位置ずれを表している。
Capture of the mark image using the illumination light L1 in the long wavelength band is also performed in each of the states before and after the
上記したステップS5,S6の説明から分かるように、短波長帯域におけるケラレの非対称性と長波長帯域におけるケラレの非対称性とは反転した方向特性を持つ。このため、ステップS5で算出したTIS値(短波長帯域の瞳像の中心CHの位置ずれ)と、ステップS6で算出したTIS値(長波長帯域の瞳像の中心CHの位置ずれ)も、互いに反転した方向特性を持つことになる。 As can be seen from the description of steps S5 and S6 described above, the vignetting asymmetry in the short wavelength band and the vignetting asymmetry in the long wavelength band have inverted directional characteristics. Therefore, the TIS value calculated in step S5 (position shift of the center C H of the short wavelength band pupil image) and the TIS value calculated in step S6 (position shift of the center C H of the long wavelength band pupil image) are also obtained. , The direction characteristics are reversed.
そして、ステップS7では、ステップS5で算出したTIS値(短波長帯域の瞳像の中心CHの位置ずれ)と、ステップS6で算出したTIS値(長波長帯域の瞳像の中心CHの位置ずれ)との差を求める。「TIS値の差」は、開口絞り面23Aにおける短波長帯域の瞳像の中心CHと長波長帯域の瞳像の中心CHと位置ずれを表している。
ステップS8では、ステップS7で算出した「TIS値の差」を、予め定めた閾値(十分に小さい規格値)と比較する。そして、「TIS値の差」が閾値より大きい場合(S8がNo)、「TIS値の差」を指標として、平行平面板22の配置をチルト方向に微調整する(ステップS4)。その後、ステップS5の処理に戻る。上記したステップS5〜S9の処理は、「TIS値の差」が閾値より小さくなる(S8がYesとなる)まで繰り返し行われる。
In step S7, the TIS value calculated in step S5 (position shift of the center C H of the short wavelength band pupil image) and the TIS value calculated in step S6 (position of the center C H of the long wavelength band pupil image). Find the difference from the deviation. The “difference in TIS value” represents a positional deviation between the center C H of the short wavelength band pupil image and the center C H of the long wavelength band pupil image on the
In step S8, the “TIS value difference” calculated in step S7 is compared with a predetermined threshold value (a sufficiently small standard value). When the “TIS value difference” is larger than the threshold (No in S8), the arrangement of the plane
なお、調整用マーク30Aの外マーク31と内マーク32との位置ずれ量(0度方向での位置ずれ量L0と180度方向での位置ずれ量L180)は、結像開口絞り23と瞳像Hとの相対的な位置関係によって敏感に変化する。また、調整用マーク30AのTIS値を測定した場合、波長帯域ごとに、内マーク32の特性が反転するため、TIS値の変化が大きい。これは「TIS値の差」が波長帯域によって感度良く変化する指標となることを意味している。
The positional shift amount of the
ステップS7で算出した「TIS値の差」が閾値より小さくなったとき(S8がYesのとき)、開口絞り面23Aにおける短波長帯域の瞳像の中心CHと長波長帯域の瞳像の中心CHとは、互いに略一致したことになる。この場合、中心波長λの瞳像H31の中心CHも、短波長帯域や長波長帯域の中心CHと略一致する。ただし、この時点でステップS2のTIS値を再び算出すると、閾値から外れている(S3がNoとなる)可能性がある。
When the “difference in TIS value” calculated in step S7 is smaller than the threshold value (when S8 is Yes), the center C H of the short wavelength band pupil image and the center of the long wavelength band pupil image on the
したがって、ステップS2〜S9の処理を繰り返し行い、ステップS2のTIS値と、ステップS7の「TIS値の差」とが、各々の閾値より小さくなるように追い込む。ステップS2のTIS値とステップS7の「TIS値の差」との双方が規格値以内(ステップS10がNo)となった時点で、本実施形態の結像光学系(19〜24)の調整処理を終了する。 Accordingly, the processes in steps S2 to S9 are repeated, and the TIS value in step S2 and the “difference in TIS value” in step S7 are driven to be smaller than the respective threshold values. Adjustment processing of the imaging optical system (19 to 24) of the present embodiment when both the TIS value in step S2 and the “difference in TIS value” in step S7 are within the standard values (No in step S10). Exit.
このとき、開口絞り面23Aにおける瞳像HR,HG,HBの波長帯域に応じた結像位置ずれ(図4)が補正され、波長帯域に拘わらず同一の結像位置(例えば図7の位置)に瞳像HR,HG,HBを形成することができる。また、波長帯域に拘わらず、開口絞り面23Aにおけるケラレを対称な状態(図7)に保つことができる。
上記したように、本実施形態の結像光学系(19〜24)の調整方法では、調整用基板30の調整用マーク30Aの画像から指標(TIS値の差)を求め、この指標に基づいて平行平面板22の配置をチルト方向に微調整するため、平行平面板22の配置を感度良く微調整することができる。したがって、平行平面板22の調整誤差(チルト角θの誤差)を確実に小さくすることができ、装置起因の誤差成分(TIS値)を良好に低減できる。
At this time, the imaging position shift (FIG. 4) corresponding to the wavelength bands of the pupil images H R , H G , H B on the
As described above, in the adjustment method of the imaging optical system (19 to 24) of the present embodiment, an index (difference in TIS value) is obtained from the image of the
さらに、ステップS5における照明波長の設定を光源3Aの最も短波側とし、ステップS6における照明波長の設定を光源3Bの最も長波側とすることにより、可視光帯域から赤外光近傍帯域までの広帯域な範囲(例えば波長幅が270nm程度の範囲)で、装置起因の誤差成分(TIS値)を良好に低減できる。
その結果、重ね合わせ測定装置10における基板11(一般的な製品基板)の重ね合わせ検査の際に、重ね合わせマーク11Aのレジストマークと下地マークの構造や物性に応じて回折光L2の波長特性が異なる場合でも、それぞれのマーク位置の検出結果として誤差成分(TIS値)を含まない正確な値を求めることができ、検出精度が向上する。さらに、レジストマークと下地マークとの位置ずれ量も正確に求めることができ、高精度な重ね合わせ検査が可能となる。
(変形例)
なお、上記した実施形態では、調整用マーク30Aの外マーク31のピッチP1が条件式(2)を満足する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。次の条件式(4)を満足する場合にも、本発明を適用できる。
Furthermore, the setting of the illumination wavelength in step S5 is the shortest wave side of the
As a result, at the time of overlay inspection of the substrate 11 (general product substrate) in the overlay measurement apparatus 10, the wavelength characteristic of the diffracted light L2 depends on the structure and physical properties of the registration mark and the base mark of the
(Modification)
In the above-described embodiment, the example in which the pitch P1 of the
NAima−NAill > λ/P1 …(4)
さらに、上記した実施形態では、調整用マーク30Aの内マーク32のピッチP2が条件式(3)を満足する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。次の条件式(5)を満足する場合にも、本発明を適用できる。
NAima+NAill/2 ≦ λ/P2 …(5)
また、上記した実施形態では、外マーク31のピッチP1を内マーク32のピッチP2より大きくしたが、本発明はこれに限定されない。外マーク31と内マーク32のピッチP1,P2が異なっていれば、ピッチP1,P2の大小関係が逆であっても、本発明を適用できる。
NAima-NAill> λ / P1 (4)
Further, in the above-described embodiment, the example in which the pitch P2 of the
NAima + NAill / 2 ≤ λ / P2 (5)
In the above-described embodiment, the pitch P1 of the
さらに、上記した実施形態では、条件式(2),(3)や条件式(4),(5)のように、開口絞り面23Aにおける瞳像Hの±1次回折成分と結像開口絞り23との位置関係により、調整用マーク30AのピッチP1,P2を定めたが、本発明はこれに限定されない。±1次回折成分に代えて、±2次回折成分やそれ以上の高次成分と結像開口絞り23との位置関係を用い、ピッチP1,P2を定めても構わない。
Furthermore, in the above-described embodiment, the ± first-order diffraction components of the pupil image H on the
また、上記した実施形態では、2種類のマーク(外マーク31と内マーク32)により構成された調整用マーク30Aの例を説明したが、本発明はこれに限定されない。調整用マーク30Aが、ピッチの異なる3種類以上のマークからなる場合にも、本発明を適用できる。
さらに、上記した実施形態では、調整用マーク30Aを構成する複数のマーク(例えば外マーク31と内マーク32)をバーマークにより構成したが、本発明はこれに限定されない。他の形状(例えばドット状)とする場合にも、本発明を適用できる。また、調整用マーク30Aは、複数のマークを中心が一致するように重ねて配置した2重マーク(設計上の位置ずれ量が0のマーク)に限らず、複数のマークを予め定めた間隔(設計上の位置ずれ量≠0)をあけて並べて配置することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the example of the
Further, in the above-described embodiment, the plurality of marks (for example, the
また、上記した実施形態では、照明光L1の波長帯域が異なるときの誤差成分(TIS値)の差を指標として平行平面板22の配置を微調整する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。照明光L1の波長帯域が異なるときの位置ずれ量に基づいて、平行平面板22の配置を微調整する場合にも、本発明を適用できる。このとき、例えば位置ずれ量の差を指標とすればよい。
In the above-described embodiment, the example in which the arrangement of the plane-
さらに、上記した実施形態では、平行平面板22を用いて結像光学系(19〜24)を調整する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。調整用の光学素子としては、他に、屈折率の異なる2個の楔形プリズムを用いることが考えられる。この場合、2個の楔形プリズムの斜面どうしを対向させ、光軸O2に垂直な方向に沿ってスライドさせる(相対位置を変更する)ことによって、平行平面板22のチルト調整と同等の効果を得ることができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the imaging optical system (19 to 24) is adjusted using the plane
また、上記した実施形態では、重ね合わせ測定装置10に組み込まれた結像光学系(19〜24)を例にその調整方法を説明したが、本発明はこれに限定されない。物体を観察するための光学装置(例えば光学顕微鏡や外観検査装置など)の結像光学系を調整する場合にも、本発明を適用できる。 In the embodiment described above, the adjustment method has been described by taking the imaging optical system (19 to 24) incorporated in the overlay measurement apparatus 10 as an example, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied when adjusting an imaging optical system of an optical apparatus (for example, an optical microscope or an appearance inspection apparatus) for observing an object.
10 重ね合わせ測定装置
11 基板
12 ステージ
13 光源部
14 照明開口絞り
15 コンデンサーレンズ
16 視野絞り
17 照明リレーレンズ
18,41 ビームスプリッタ
19 第1対物レンズ
20 第2対物レンズ
21 第1結像リレーレンズ
22,43 平行平面板
23 結像開口絞り
24 第2結像リレーレンズ
25 CCD撮像素子
26 画像処理装置
27 ステージ制御装置
30 調整用基板
30A 調整用マーク
31 外マーク
32 内マーク
42 AF第1リレーレンズ
44 瞳分割ミラー
45 AF第2リレーレンズ
46 シリンドリカルレンズ
47 AFセンサ
48 信号処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Overlay measuring apparatus 11 Board |
Claims (4)
前記照明光の波長が長波長側に設定されているときに前記結像光学系で形成された前記第1のマークの像と前記第2のマークの像との相対位置と、前記照明光の波長が短波長側に設定されているときに前記結像光学系で形成された前記第1のマークの像と前記第2のマークの像との相対位置との差に基づいて、前記結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に配設された光学素子の配置を調整する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。 First ± first-order diffracted light beams produced by epi-illumination light in a predetermined wavelength band are arranged on the object plane of the imaging optical system at a first pitch that is greater than or equal to a pitch that is inscribed in the pupil region of the imaging optical system. And the second mark arranged at a second pitch smaller than the pitch at which the + 1st order diffracted light beam by the illumination light circumscribes the pupil region of the imaging optical system, respectively. Are arranged symmetrically with respect to the visual field center of
A relative position between the image of the first mark and the image of the second mark formed by the imaging optical system when the wavelength of the illumination light is set on the long wavelength side ; Based on the difference between the relative position between the image of the first mark and the image of the second mark formed by the imaging optical system when the wavelength is set to the short wavelength side, the imaging A method for adjusting an imaging optical system, characterized by adjusting an arrangement of optical elements disposed between a pupil plane and an aperture stop surface of the optical system.
前記第1のピッチをP1(μm)、前記第2のピッチをP2(μm)、前記結像光学系の開口数をNAima、前記照明光の照射に用いた光学系の開口数をNAill、前記照明光の中心波長をλ(μm)とするとき、次の条件式を満足する
NAima > NAill
NAima−NAill > λ/P1
NAima+NAill/2 ≦ λ/P2
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。 In the adjustment method of the imaging optical system according to claim 1,
The first pitch is P1 (μm), the second pitch is P2 (μm), the numerical aperture of the imaging optical system is NAima, the numerical aperture of the optical system used for irradiation of the illumination light is NAill, When the center wavelength of the illumination light is λ (μm), the following conditional expression is satisfied. NAima> NAill
NAima-NAill> λ / P1
NAima + NAill / 2 ≤ λ / P2
An imaging optical system adjustment method characterized by the above.
前記第1のマークの像と前記第2のマークの像との相対位置の情報を取得する際には、
前記第1のマーク及び前記第2のマークを前記視野中心に対して180°回転させる前後の状態の各々で、前記結像光学系で形成された像における前記第1のマークと前記第2のマークとの距離を測定してから、測定された2つの距離で表される装置起因の誤差成分量を、前記相対位置の情報として取得する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。 In the adjustment method of the imaging optical system according to claim 1 or 2,
When obtaining information on the relative position between the image of the first mark and the image of the second mark,
Said first mark and said second mark in each of the states before and after rotating 180 ° with respect to the field center, and the first mark in the image formed by the imaging optical system and the second after measuring the distance between the mark, the measured error component of device due represented by two distances, the adjustment method of the image forming optical system and acquires as the information of the relative position.
前記光学素子は平行平面板であり、
前記光学素子の配置の調整は、前記平行平面板を傾ける方向への調整である
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。 In the adjustment method of the imaging optical system of any one of Claims 1-3 ,
The optical element is a plane parallel plate;
The adjustment of the arrangement of the optical elements, the adjustment method of the image forming optical system, characterized in that an adjustment in the direction of tilting the parallel flat plate.
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