專利名稱：標(biāo)記位置檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測基板上的被檢標(biāo)記的位置的標(biāo)記位置檢測裝置，特別是涉及一種適用于半導(dǎo)體元件等的制造工序中進(jìn)行高精度位置檢測的標(biāo)記位置檢測裝置。
接下來，為了在形成于上述規(guī)定材料膜上的電路圖形上面形成另外的電路圖形，反復(fù)進(jìn)行相同的圖形形成工序。通過反復(fù)數(shù)次進(jìn)行圖形形成工序，各種材料膜的電路圖形被疊合在基板(半導(dǎo)體晶片或源極基板)上，從而形成半導(dǎo)體元件或液晶顯示元件的電路。
但是，在上述制造工序中，為了高精度地疊合各種材料膜的電路圖形，在各個圖形形成工序中的曝光工序之前，進(jìn)行掩模和基板的對準(zhǔn)，而且在顯影工序之后加工工序之前，進(jìn)行基板上的抗蝕圖形的疊合狀態(tài)的檢查，以提高產(chǎn)品的合格率。
其中，掩模和基板的對準(zhǔn)(曝光工序之前)是指掩模上的電路圖形和上一個圖形形成工序中在基板上形成的電路圖形的對準(zhǔn)，該對準(zhǔn)使用表示各個電路圖形的基準(zhǔn)位置的標(biāo)記來進(jìn)行。
此外，基板上的抗蝕圖形的疊合狀態(tài)的檢查(加工工序之前)是指抗蝕圖形相對于在上一個圖形形成工序中形成的電路圖形(以下稱為“基底圖形”)的疊合檢查，該檢查使用表示基底圖形和抗蝕圖形的各個基準(zhǔn)位置的標(biāo)記進(jìn)行。
用于上述對準(zhǔn)和疊合檢查的標(biāo)記位置檢測是這樣進(jìn)行的，即利用CCD照相機(jī)等攝像元件拍攝標(biāo)記的圖像，然后再對得到的圖像信號進(jìn)行圖像處理。
本發(fā)明的目的就是提供一種即使在形成標(biāo)記圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)中殘留有畸變像差，也能正確地檢測標(biāo)記位置的標(biāo)記位置檢測裝置。
本發(fā)明技術(shù)方案1的標(biāo)記位置檢測裝置包括照明裝置，對基板上的被檢標(biāo)記進(jìn)行照明；成像光學(xué)系統(tǒng)，對來自上述被檢標(biāo)記的光進(jìn)行成像，形成上述被檢標(biāo)記的像；光學(xué)元件支持裝置，以垂直于上述成像光學(xué)系統(tǒng)光軸的軸為中心，可傾斜地支持上述成像光學(xué)系統(tǒng)的一部分的光學(xué)元件；攝像裝置，拍攝由上述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的上述被檢標(biāo)記的像，輸出圖像信號；以及計(jì)算裝置，從上述攝像裝置輸入上述圖像信號，計(jì)算出上述被檢標(biāo)記的位置。
技術(shù)方案2是技術(shù)方案1所述的標(biāo)記位置檢測裝置，包括測定裝置，從上述攝像裝置輸入上述圖像信號，測定上述成像光學(xué)系統(tǒng)的畸變像差的分布狀態(tài)；以及控制裝置，根據(jù)上述測定裝置的測定結(jié)果，控制上述光學(xué)元件支持裝置，調(diào)整上述一部分的光學(xué)元件的傾斜狀態(tài)。
技術(shù)方案3是根據(jù)技術(shù)方案2所述的標(biāo)記位置檢測裝置，包括基板支持裝置，以上述光軸為中心，可旋轉(zhuǎn)地支持上述基板。上述測定裝置控制上述基板支持裝置，調(diào)整上述基板的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在使上述基板旋轉(zhuǎn)180度的前后的狀態(tài)下，分別從上述攝像裝置輸入上述圖像信號，測定上述畸變像差的分布狀態(tài)。
技術(shù)方案4是根據(jù)技術(shù)方案2或3所述的標(biāo)記位置檢測裝置，上述控制裝置調(diào)整上述一部分的光學(xué)元件的傾斜狀態(tài)，使得上述畸變像差的分布狀態(tài)相對于該裝置的視場中心對稱。
技術(shù)方案5是根據(jù)技術(shù)方案2至4任意一項(xiàng)所述的標(biāo)記位置檢測裝置，上述光學(xué)元件支持裝置沿垂直于上述光軸的軸，可移動地支持上述成像光學(xué)系統(tǒng)的其余部分的光學(xué)元件，上述控制裝置在調(diào)整上述一部分的光學(xué)元件的傾斜狀態(tài)之后，使上述其余部分的光學(xué)元件移動，校正上述成像光學(xué)系統(tǒng)的彗形像差。
圖2是形成于晶片11上的疊合標(biāo)記30的俯視圖(a)和剖視圖(b)。
圖3是形成于晶片11上的直線&基體標(biāo)記33的俯視圖(a)和剖視圖(b)。
圖4是表示成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差造成的像的位置偏移量的簡圖。
圖5是說明TIS值的測定方法的圖。
圖6是表示在疊合測定裝置10檢查疊合狀態(tài)之前進(jìn)行的光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整順序的流程圖。
圖7是說明利用QZ法進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的微調(diào)方法的圖。
圖8是表示疊合測定裝置10的整體構(gòu)成的圖。
本發(fā)明的實(shí)施方式與權(quán)利要求1～權(quán)利要求5對應(yīng)。
其中，對于本實(shí)施方式的標(biāo)記位置檢測裝置，以如

圖1所示的疊合測定裝置10為例進(jìn)行說明。
如圖1(a)所示，疊合測定裝置10由以下部分構(gòu)成檢測臺12，支承作為被測物體的晶片11(基板)；照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)，對著檢測臺12上的晶片11，射出照明光L1；成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)，形成由照明光L1進(jìn)行照明的晶片11的像；CCD攝像元件25；圖像處理裝置26；控制裝置27。
在對該疊合測定裝置10具體說明之前，對作為被測物體的晶片11進(jìn)行說明。
多個電路圖形(未圖示)被疊層在晶片11的表面上。最上層的電路圖形是被復(fù)制在抗蝕膜上的抗蝕圖形。即，晶片11處于在上一個圖形形成工序中形成的基底圖形上形成另一個電路圖形的工序中(對抗蝕膜進(jìn)行曝光·顯影之后，并且在對材料膜進(jìn)行蝕刻之前)的狀態(tài)。
然后，通過疊合測定裝置10，檢測抗蝕圖形對晶片11的基底圖形的疊合狀態(tài)。為此，在晶片11上形成用于進(jìn)行疊合狀態(tài)檢測的疊合標(biāo)記30(圖2)。圖2(a)是疊合標(biāo)記30的俯視圖，圖2(b)是其剖視圖。
如圖2(a)、(b)所示，疊合標(biāo)記30由尺寸不同的矩形基底標(biāo)記31和抗蝕標(biāo)記32構(gòu)成?；讟?biāo)記31與基底圖形同時(shí)形成，表示基底圖形的基準(zhǔn)位置?？刮g標(biāo)記32與抗蝕圖形同時(shí)形成，表示抗蝕圖形的基準(zhǔn)位置?；讟?biāo)記31、抗蝕標(biāo)記32分別與權(quán)利要求的“被檢標(biāo)記”對應(yīng)。
在抗蝕標(biāo)記32和抗蝕圖形之間，以及基底標(biāo)記31和基底圖形之間，形成作為加工對象的材料膜，其圖示省略。疊合測定裝置10進(jìn)行疊合狀態(tài)檢查之后，在抗蝕標(biāo)記32相對于基底標(biāo)記31正確地疊合、抗蝕圖形相對于基底圖形正確地疊合的情況下，該材料膜通過抗蝕圖形被實(shí)際地加工。
上述疊合標(biāo)記30也用于構(gòu)成疊合測定裝置10的成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的調(diào)整中。如后面所詳細(xì)說明的，使用疊合標(biāo)記30的成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的調(diào)整，在疊合測定裝置10進(jìn)行疊合狀態(tài)的檢查之前進(jìn)行。
在晶片11上形成直線&基體標(biāo)記33。直線&基體標(biāo)記33，如圖3(a)、(b)所示，線寬3μm、間距6μm、高度85nm(測定波長λ的1/8左右)。圖3(a)是直線&基體標(biāo)記33的俯視圖，圖3(b)是剖視圖。
該直線&基體標(biāo)記33用于照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的微調(diào)中。如后面所詳細(xì)說明的，使用直線&基體標(biāo)記33的微調(diào)在使用上述疊合標(biāo)記30的成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的調(diào)整之后，在疊合測定裝置10進(jìn)行疊合狀態(tài)的檢查之間的階段，根據(jù)需要進(jìn)行。
以下對疊合測定裝置10(圖1)的具體構(gòu)成進(jìn)行說明。
疊合測定裝置10的檢測臺12支持晶片11，使其保持水平狀態(tài)，同時(shí)使晶片11在水平方向(XY方向)、垂直方向(Z方向)、旋轉(zhuǎn)方向(θ方向)移動。檢測臺12和晶片11以成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的光軸O2為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。光軸O2與Z方向平行。檢測臺12對應(yīng)于權(quán)利要求中的“基板支持裝置”。
照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)由沿光軸順序配置的光源13、照明孔徑光闌14、聚光透鏡15、視場光闌16、照明中繼透鏡17以及半棱鏡18構(gòu)成。半棱鏡18的反射透過面18a相對于光軸O1傾斜約45°，也配置在成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的光軸O2上。照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)的光軸O1與成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的光軸O2垂直。
此外，照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)的光源13射出白色光。照明孔徑光闌14將從光源13射出的光的直徑限制在特定的直徑內(nèi)。該照明孔徑光闌14相對于光軸O1可移動地被支持。照明孔徑光闌14的移動狀態(tài)的調(diào)整，利用上述直線&基體標(biāo)記33(圖3)來進(jìn)行，其結(jié)果是照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)被微調(diào)。
聚光透鏡15匯聚照明孔徑光闌14射出的光。視場光闌16是限制疊合測定裝置10的視場的光學(xué)元件。如圖1(b)所示，具有一個矩形開口的狹縫16a。照明中繼透鏡17對來自視場光闌16的狹縫16a的光進(jìn)行校準(zhǔn)。半棱鏡18反射來自照明中繼透鏡17的光，將其導(dǎo)向成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的光軸O2上(照明光L1)。
成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)由沿光軸O2順序配置的第一物鏡19、第二物鏡20，21、第一成像中繼透鏡22、成像孔徑光闌23以及第二成像中繼透鏡24構(gòu)成。第一物鏡19和第二物鏡20，21之間配置有上述半棱鏡18。
第一物鏡19將來自半棱鏡18的照明光L1匯聚在晶片11上，同時(shí)對由晶片11產(chǎn)生的光(反射光L2)進(jìn)行校準(zhǔn)。上述半棱鏡18使來自第一物鏡19的光透過。第二物鏡20，21將來自半棱鏡18的光在一次成像面10a上成像。
第二物鏡20，21由第一組透鏡20和第二組透鏡21等兩組透鏡構(gòu)成。支持第一組透鏡20的支持部件20a和支持第二組透鏡21的支持部件21a與權(quán)利要求中的“光學(xué)元件支持裝置”對應(yīng)。
第二物鏡的第一組透鏡20是具有規(guī)定倍率的透鏡系統(tǒng)，以垂直于光軸O2的X軸和Y軸為中心，可傾斜地被支持。所謂的可傾斜，是指第一組透鏡20自身的光軸相對于成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的光軸O2可傾斜。
第二物鏡的第二組透鏡21是沒有倍率的聚焦系統(tǒng)，沿垂直于光軸O2的軸，在XY平面內(nèi)可移動地被支持。所謂的可移動，是指第二組透鏡21自身的光軸相對于成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的光軸O2不能傾斜，但可平行移動。
第一組透鏡20的傾斜狀態(tài)的調(diào)整，利用上述疊合標(biāo)記30(圖2)來進(jìn)行，其結(jié)果是調(diào)整了成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差。此外，第二組透鏡21的移動狀態(tài)的調(diào)整，利用上述直線&基體標(biāo)記33(圖3)來進(jìn)行，其結(jié)果是成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)被微調(diào)。第一組透鏡20與權(quán)利要求中的“成像光學(xué)系統(tǒng)的一部分的光學(xué)元件”相對應(yīng)。
第一成像中繼透鏡22對來自第二物鏡20，21的光進(jìn)行校準(zhǔn)。成像孔徑光闌23將來自第一成像中繼透鏡22的光的直徑限制在特定的直徑內(nèi)。該成像孔徑光闌23相對于光軸O2，被可移動地支持。成像孔徑光闌23的移動狀態(tài)的調(diào)整，利用上述直線&基體標(biāo)記33來進(jìn)行，其結(jié)果是成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)被微調(diào)。第二成像中繼透鏡24將來自成像孔徑光闌23的光在CCD攝像元件25的攝像面(二次成像面)上再次成像。
在如上述構(gòu)成的照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)中，從光源13射出的光，透過照明孔徑光闌14和聚光透鏡15，均勻地對視場光闌16進(jìn)行照明。透過視場光闌16的狹縫16a的光，通過照明中繼透鏡17和半棱鏡18，被導(dǎo)向第一物鏡19，然后透過第一物鏡19，成為與光軸O2大致平行的照明光L1。照明光L1大致垂直地對檢測臺12上的晶片11進(jìn)行照明。
入射到晶片11上的照明光L1的入射角度范圍，由配置在與第一物鏡19的光瞳共軛的表面上的照明孔徑光闌14的光闌直徑?jīng)Q定。此外，由于視場光闌16和晶片11具有共軛的位置關(guān)系，所以晶片11的表面上與視場光闌16的狹縫16a對應(yīng)的區(qū)域被均勻地照明。即，狹縫16a的像被投影在晶片11的表面上。
來自被照射照明光L1的晶片11的反射光L2，通過第一物鏡19和半棱鏡18，被導(dǎo)向第二物鏡20，21，由第二物鏡20，21在一次成像面10a上成像。此外，來自第二物鏡20，21的光，通過第一成像中繼透鏡22和成像孔徑光闌23，被導(dǎo)向第二成像中繼透鏡24，由第二成像中繼透鏡24在CCD攝像元件25的攝像面上再次成像。CCD攝像元件25是二維地排列有多個像素的面?zhèn)鞲衅鳌?br> 照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和第一物鏡19對應(yīng)于權(quán)利要求中的“照明裝置”。此外，成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)對應(yīng)于權(quán)利要求中的“成像光學(xué)系統(tǒng)”。CCD攝像元件25對應(yīng)于“攝像裝置”。
其中，當(dāng)晶片11上的疊合標(biāo)記30(圖2)被定位在疊合測定裝置10的視場中心上時(shí)，該疊合標(biāo)記30由照明光L1被照明，疊合標(biāo)記30的像成像在CCD攝像元件25的攝像面上。此時(shí)，CCD攝像元件25拍攝疊合標(biāo)記30的像，并將與該像的光強(qiáng)度(亮度)對應(yīng)的圖像信號輸出到圖像處理裝置26。
此外，當(dāng)晶片11上的直線&基體標(biāo)記33(圖3)被定位在疊合測定裝置10的視場中心上時(shí)，該直線&基體標(biāo)記33由照明光L1被照明，直線&基體標(biāo)記33成像在CCD攝像元件25的攝像面上。此時(shí)，CCD攝像元件25拍攝直線&基體標(biāo)記33的像，并將與該像的光強(qiáng)度(亮度)對應(yīng)的圖像信號輸出到圖像處理裝置26。
當(dāng)圖像處理裝置26從CCD攝像元件25輸入與疊合標(biāo)記30(圖2)的像相關(guān)的圖像信號后，取出圖像中出現(xiàn)的多條邊，分別計(jì)算出基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2。所謂邊，是指圖像信號的強(qiáng)度急劇變化的地方。圖像處理裝置26對應(yīng)于權(quán)利要求中的“計(jì)算裝置”。
圖像處理裝置26在檢查抗蝕圖形相對于晶片11的基底圖形的疊合狀態(tài)時(shí)，根據(jù)基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2的差，計(jì)算出疊合偏移量R。疊合偏移量R表現(xiàn)為晶片11的表面的二維向量。
此外，圖像處理裝置26在計(jì)算出疊合偏移量R之前，根據(jù)基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2，測定疊合測定裝置10的成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的分布狀態(tài)(后面詳細(xì)說明)。圖像處理裝置26對應(yīng)于權(quán)利要求中的“測定裝置”。
另一方面，圖像處理裝置26在從CCD攝像元件25輸入與直線&基體標(biāo)記33(圖3)的像相關(guān)的圖像信號后，測定后面說明的Q值的聚焦特性(參照圖7(b))，作為用于微調(diào)照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的指標(biāo)。
在構(gòu)成說明的最后，對控制裝置27進(jìn)行說明?？刂蒲b置27對應(yīng)于權(quán)利要求中的“控制裝置”。
控制裝置27在檢查抗蝕圖形相對于晶片11的基底圖形的疊合狀態(tài)時(shí)，控制檢測臺12和晶片11在XY方向上的移動，將晶片11上的疊合標(biāo)記30(圖2)定位在疊合測定裝置10的視場中心。
此外，控制裝置27在調(diào)整疊合測定裝置10的成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差時(shí)，與上述同樣，將疊合標(biāo)記30(圖2)定位在視場中心，同時(shí)控制檢測臺12和晶片11在θ方向上的旋轉(zhuǎn)，使圖像處理裝置26測定成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的分布狀態(tài)。然后，根據(jù)由圖像處理裝置26測定的畸變像差的分布狀態(tài)，控制第二物鏡20，21的支持部件20a，調(diào)整第一組透鏡20的傾斜狀態(tài)。
此外，控制裝置27在微調(diào)照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)時(shí)，控制檢測臺12和晶片11在XY方向上的移動，將晶片11上的直線&基體標(biāo)記33(圖3)定位在疊合測定裝置10的視場中心。然后，一邊控制檢測臺12和晶片11在Z方向上的移動，一邊使圖像處理裝置26測定Q值(參照圖7)，根據(jù)需要，控制第二物鏡20，21的支持部件21a，調(diào)整第二組透鏡21的移動狀態(tài)。此外，根據(jù)需要，也調(diào)整照明孔徑光闌14和成像孔徑光闌23的移動狀態(tài)。
以下，對如上述構(gòu)成的疊合測定裝置10的成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的調(diào)整、照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的微調(diào)依次進(jìn)行說明。
一般，在成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)中存在畸變像差。該畸變像差的成因是，在CCD攝像元件25的攝像面上成像的像發(fā)生失真。由于畸變像差而造成的像的位置偏移量Δ如下式(1)表示，與像高y的三次方成比例增大。y0表示像高y的任意位置，D0表示y＝y(tǒng)0時(shí)的畸變像差。
Δ＝(D0/y02)×y3…(1)一般，在成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的配置中包含了組裝時(shí)的制造誤差(偏心誤差)。因此，成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心非對稱地分布。此時(shí)，畸變像差造成的像的位置偏移量Δ，如圖4(a)的曲線b所示，相對于視場中心也非對稱地分布。
這樣，當(dāng)像的位置偏移量Δ相對于視場中心非對稱地分布時(shí)，在例如將疊合標(biāo)記30(圖2)定位在視場中心的情況下，如圖4(b)所示，矩形標(biāo)記(基底標(biāo)記31或抗蝕標(biāo)記32)的圖像的左側(cè)邊34和右側(cè)邊35的位置偏移量(以圖中的箭頭的大小表示)有差異。
該位置偏移量的差直接反映在矩形標(biāo)記的中心位置C(如圖2所示的基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2)的計(jì)算結(jié)果中，其結(jié)果是上述疊合偏移量R不正確。
與此相對，如果使成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心對稱分布，則該畸變像差造成的像的位置偏移量Δ，如圖4(a)的曲線a所示，相對于視場中心對稱分布。
在例如將疊合標(biāo)記30(圖2)定位在視場中心的情況下，如圖4(c)所示，矩形標(biāo)記(基底標(biāo)記31或抗蝕標(biāo)記32)的圖像的左側(cè)邊34和右側(cè)邊35的位置偏移量(以圖中的箭頭的尺寸表示)相等。
因此，左側(cè)邊34的位置偏移量和右側(cè)邊35的位置偏移量，在計(jì)算矩形標(biāo)記的中心位置C(如圖2所示的基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2)時(shí)被抵消，其結(jié)果是可以正確地求出上述疊合偏移量R。
在本實(shí)施方式中，為了調(diào)整成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差，使該畸變像差相對于視場中心對稱分布，從而能使畸變像差造成的像的位置偏移量Δ相對于視場中心對稱分布(圖4(a)的曲線b→曲線a)，而使第二物鏡20，21的第一組透鏡20可圍繞X軸和Y軸傾斜。通過調(diào)整第一組透鏡20的傾斜，可以改變成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的分布狀態(tài)。
此外，在本實(shí)施方式中，作為判斷成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心是非對稱分布，還是對稱分布的指標(biāo)，使用后面說明的TIS(Tool Induced Shift)值。當(dāng)成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心對稱分布時(shí)，TIS值為0，當(dāng)非對稱分布時(shí)為任意值(≠0)。此外，畸變像差的分布狀態(tài)的非對稱性越大，TIS值也越大。
以下，對TIS值的測定方法進(jìn)行簡單說明。測定TIS值時(shí)，晶片11上的疊合標(biāo)記30(圖2)被定位在疊合測定裝置10的視場中心。控制裝置27在使晶片11圍繞光軸O2旋轉(zhuǎn)180度的前后的狀態(tài)下(圖5(a)、(b))，使圖像處理裝置26分別計(jì)算出基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2。
通過圖像處理裝置26，根據(jù)在圖5(a)的狀態(tài)下計(jì)算出的中心位置C1、C2，以中心位置C1為起點(diǎn)，計(jì)算出0度方向的疊合偏移量R0，同樣，根據(jù)在圖5(b)的狀態(tài)下計(jì)算出的中心位置C1、C2，以中心位置C1為起點(diǎn)，計(jì)算出180度方向的疊合偏移量R180。然后根據(jù)下式(2)，測定TIS值。
TIS值＝(R0+R180)/2 …(2)以TIS作為指標(biāo)，判斷成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的分布狀態(tài)，然后根據(jù)該判斷結(jié)果，調(diào)整第二物鏡20，21的第一組透鏡20的傾斜。使成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心成對稱分布狀態(tài)的簡要操作順序，如圖6的步驟S1～S3所示。
圖6的步驟S1～S3的處理是成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的調(diào)整處理，下面的步驟S4的處理是后面說明的照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的微調(diào)處理。
在圖6的步驟S1中，控制裝置27取入由圖像處理裝置26測定的TIS值，在以后的步驟S2中，將其與預(yù)先確定的閾值進(jìn)行比較。閾值表示為十分小的值。
如果所測定的TIS值大于閾值(S2為N)，則成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心非對稱分布，所以在以后的步驟S3中，調(diào)整第二物鏡20，21的第一組透鏡20的傾斜，稍微改變成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的分布狀態(tài)。在第一組透鏡20的傾斜調(diào)整之后，再次進(jìn)行步驟S1、S2的處理。
這樣，控制裝置27反復(fù)進(jìn)行步驟S1～S3，直到所測定的TIS值小于閾值。當(dāng)所測定的TIS值小于閾值(S2為Y)時(shí)，由于成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差相對于視場中心已對稱分布，所以進(jìn)行以后的步驟S4。
此時(shí)，成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差造成的像的位置偏移量Δ也相對于視場中心對稱分布(圖4(a)的曲線a)。因此，如圖4(c)所示，在計(jì)算定位于視場中心的矩形標(biāo)記的中心位置C(如圖2所示的中心位置C1、C2)時(shí)，左側(cè)邊34和右側(cè)邊35的位置偏移量Δ抵消，其結(jié)果是可以正確地求出上述疊合偏移量R。
但是，在對第二物鏡20，21的第一組透鏡20進(jìn)行傾斜調(diào)整時(shí)，在成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)中可能會發(fā)生一定的偏心彗形像差。在本實(shí)施方式中，為了校正此時(shí)的偏心彗形像差，更正確地求出上述疊合偏移量R，使第二物鏡20，21的第二組透鏡21可移動。
此外，在本實(shí)施方式中，為了更正確地求出上述疊合偏移量R，在成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的偏心彗形像差的校正的基礎(chǔ)上，還對成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的反射光L2的消除、照明光L1的主光線的傾斜(照明遠(yuǎn)心)進(jìn)行校正。反射光L2的消除、照明光L1的傾斜的校正，分別通過成像孔徑光闌23、照明孔徑光闌14的移動調(diào)整來進(jìn)行。
作為第二物鏡20，21的第二組透鏡21、成像孔徑光闌23、照明孔徑光闌14的移動調(diào)整的方法，可以利用特開2000-77295號公報(bào)所公開的方法(稱為“QZ法”)。
這樣，在本實(shí)施方式中，為了更正確地求出上述疊合偏移量R，在圖6的步驟S4中，利用QZ法，對第二物鏡的第二組透鏡21、成像孔徑光闌23、照明孔徑光闌14進(jìn)行移動調(diào)整。
此時(shí)，晶片11上的直線&基體標(biāo)記33(圖3)被定位在疊合測定裝置10的視場中心，其結(jié)果是，如圖7(a)所示，與直線&基體標(biāo)記33的像的光強(qiáng)度相應(yīng)的圖像信號被輸入圖像處理裝置26。
在圖像處理裝置26中，當(dāng)輸入與直線&基體標(biāo)記33的像相關(guān)的圖像信號(圖7(a))后，取出圖像中顯示的多條邊，計(jì)算出左側(cè)邊36和右側(cè)邊37的信號強(qiáng)度差ΔI。然后，通過任意的信號強(qiáng)度I，對所得到的信號強(qiáng)度差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算出下式(3)所示的Q值。Q值表示左側(cè)邊36和右側(cè)邊37的非對稱性。
Q值＝ΔI/I×100(％)…(3)
控制裝置27每次在Z方向上使晶片11移動時(shí)，都進(jìn)行上述Q值的計(jì)算。其結(jié)果是，可以得到如圖7(b)所示的Q值的聚焦特性曲線。
控制裝置27將Q值的聚焦特性曲線(圖7(b))作為指標(biāo)，進(jìn)行第二物鏡的第二組透鏡21、成像孔徑光闌23、照明孔徑光闌14的移動調(diào)整。
在Q值的聚焦特性曲線(圖7(b))中，如圖7(c)所示的平行移動成分α是由照明孔徑光闌14的移動調(diào)整改變的成分。此外，如圖7(b)所示的凹凸成分β是由成像孔徑光闌23的移動調(diào)整改變的成分。圖7(e)所示的傾斜成分γ是由第二物鏡的第二組透鏡21的移動調(diào)整改變的成分。
因此，根據(jù)需要，通過對第二物鏡的第二組透鏡21、成像孔徑光闌23、照明孔徑光闌14進(jìn)行移動調(diào)整，可以將Q值的聚焦特性曲線(圖7(b))限定在預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)值(例如表示與Z位置無關(guān)的0狀態(tài))范圍內(nèi)。
當(dāng)利用QZ法對照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)進(jìn)行微調(diào)處理結(jié)束后，控制裝置27為了檢查抗蝕圖形相對于晶片11的基底圖形的疊合狀態(tài)，再次將晶片11上的疊合標(biāo)記30(圖2)定位在疊合測定裝置10的視場中心。然后，圖像處理裝置26根據(jù)基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2的差，計(jì)算出疊合偏移量R。
在本實(shí)施方式中，由于使成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差造成的像的位置偏移量Δ相對于視場中心對稱分布(圖4(a))，所以可以正確地計(jì)算出基底標(biāo)記31的中心位置C1和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C2。其結(jié)果是也可以正確地計(jì)算出疊合偏移量R。
此外，在本實(shí)施方式中，由于對成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的偏心彗形像差和反射光L2的消除、照明光L1的主光線的傾斜(照明遠(yuǎn)心)也進(jìn)行了校正，所以可以更正確地進(jìn)行上述中心位置C1、C2和疊合偏移量R的計(jì)算。
因此，采用疊合測定裝置10，即使成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)中存在畸變像差，也能高精度地檢查晶片11的疊合狀態(tài)，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品的成品率。
在上述實(shí)施方式中，為了調(diào)整成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的畸變像差的分布，對第二物鏡的第一組透鏡20進(jìn)行傾斜調(diào)整，但本發(fā)明不限于該構(gòu)成。例如，也可以對第二物鏡的第二組透鏡21進(jìn)行傾斜調(diào)整。此外，也可以對第一物鏡19或第一成像中繼透鏡22、第二成像中繼透鏡24進(jìn)行傾斜調(diào)整。
在上述實(shí)施方式中，為了校正成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的偏心彗形像差，對第二物鏡的第二組透鏡21進(jìn)行傾斜調(diào)整，但本發(fā)明不限于該構(gòu)成。例如，也可以對第二物鏡的第一組透鏡20進(jìn)行傾斜調(diào)整。也可以對第一物鏡19或第一成像中繼透鏡22、第二成像中繼透鏡24進(jìn)行傾斜調(diào)整。
但是，當(dāng)對第二物鏡的第一組透鏡20等具有規(guī)定倍率的透鏡進(jìn)行傾斜調(diào)整時(shí)，由于考慮到可能會發(fā)生偏心彗形像差以外的新的像差(色像差等)，所以優(yōu)選對第二物鏡的第二組透鏡21那樣的聚焦系統(tǒng)進(jìn)行移動調(diào)整。
此外，共同對透鏡進(jìn)行傾斜調(diào)整和移動調(diào)整的構(gòu)成，由于會使驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜且大型化，所以優(yōu)選傾斜調(diào)整用透鏡和移動調(diào)整用透鏡分別構(gòu)成。
此外，在上述實(shí)施方式中，通過控制裝置27，自動地進(jìn)行照明光學(xué)系統(tǒng)(13～18)和成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)的調(diào)整，然后檢查疊合標(biāo)記30的基底標(biāo)記31和抗蝕標(biāo)記32的中心位置C1、C2和疊合偏移量R，但本發(fā)明也適用于手動地進(jìn)行調(diào)整和位置檢測的裝置。在這種情況下，疊合測定裝置10的控制裝置27被省略。
此外，在上述實(shí)施方式中，以例子對疊合測定裝置10進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此。
如圖8所示的疊合測定裝置11，沒有與疊合測定裝置10的成像光學(xué)系統(tǒng)的中繼光學(xué)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)?2～24，而是采用在一次成像面10a上配置CCD攝像元件25，同時(shí)在第一物鏡19內(nèi)組合成像孔徑光闌23。這樣也能與疊合測定裝置10同樣地進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整。圖8的疊合測定裝置由于采用從疊合測定裝置10的構(gòu)成中去除中繼中繼透鏡的構(gòu)成，所以可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。
此外，在抗蝕膜上曝光形成于掩模上的電路圖形的曝光工序之前，也可以適用于對掩模和晶片11進(jìn)行對準(zhǔn)的裝置(曝光裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng))。在這種情況下，可以高精度地檢測形成于晶片11上的對準(zhǔn)標(biāo)記的位置。此外，本發(fā)明也適用于檢測單一的標(biāo)記和照相機(jī)的基準(zhǔn)位置的光學(xué)位置偏移的裝置。
如上所述，采用本發(fā)明，即使在形成標(biāo)記的像的成像光學(xué)系統(tǒng)中存在畸變像差，也可以正確地檢測出標(biāo)記的位置，所以可以在半導(dǎo)體制造工藝中高精度地進(jìn)行疊合檢查和對準(zhǔn)，確實(shí)地提高產(chǎn)品的成品率。
權(quán)利要求
1.一種標(biāo)記位置檢測裝置，其特征在于，包括照明裝置，對基板上的被檢標(biāo)記進(jìn)行照明；成像光學(xué)系統(tǒng)，對來自上述被檢標(biāo)記的光進(jìn)行成像，形成上述被檢標(biāo)記的像；光學(xué)元件支持裝置，以垂直于上述成像光學(xué)系統(tǒng)光軸的軸為中心，可傾斜地支持上述成像光學(xué)系統(tǒng)的一部分的光學(xué)元件；攝像裝置，拍攝由上述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的上述被檢標(biāo)記的像，輸出圖像信號；以及計(jì)算裝置，從上述攝像裝置輸入上述圖像信號，計(jì)算出上述被檢標(biāo)記的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記位置檢測裝置，其特征在于，包括測定裝置，從上述攝像裝置輸入上述圖像信號，測定上述成像光學(xué)系統(tǒng)的畸變像差的分布狀態(tài)；以及控制裝置，根據(jù)上述測定裝置的測定結(jié)果，控制上述光學(xué)元件支持裝置，調(diào)整上述一部分的光學(xué)元件的傾斜狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的標(biāo)記位置檢測裝置，其特征在于，包括基板支持裝置，以上述光軸為中心，可旋轉(zhuǎn)地支持上述基板，上述測定裝置控制上述基板支持裝置，調(diào)整上述基板的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在使上述基板旋轉(zhuǎn)180度的前后的狀態(tài)下，分別從上述攝像裝置輸入上述圖像信號，測定上述畸變像差的分布狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的標(biāo)記位置檢測裝置，其特征在于，上述控制裝置調(diào)整上述一部分的光學(xué)元件的傾斜狀態(tài)，使得上述畸變像差的分布狀態(tài)相對于該裝置的視場中心對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任意一項(xiàng)所述的標(biāo)記位置檢測裝置，其特征在于，上述光學(xué)元件支持裝置沿垂直于上述光軸的軸，可移動地支持上述成像光學(xué)系統(tǒng)的其余部分的光學(xué)元件，上述控制裝置在調(diào)整上述一部分的光學(xué)元件的傾斜狀態(tài)之后，使上述其余部分的光學(xué)元件移動，校正上述成像光學(xué)系統(tǒng)的彗形像差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在形成標(biāo)記的像的成像光學(xué)系統(tǒng)中殘存畸變像差，也能正確地檢測標(biāo)記的位置的標(biāo)記位置檢測裝置。包括照明裝置(13～19)，對基板(11)上的被檢標(biāo)記(30)進(jìn)行照明；成像光學(xué)系統(tǒng)(19～24)，對來自被檢標(biāo)記的光L2進(jìn)行成像，形成被檢標(biāo)記的像；光學(xué)元件支持裝置20a，以垂直于光軸O2的X軸、Y軸為中心，可傾斜地支持成像光學(xué)系統(tǒng)的一部分的光學(xué)元件20；攝像裝置25，拍攝由成像光學(xué)系統(tǒng)形成的被檢標(biāo)記的像，輸出圖像信號；以及計(jì)算裝置26，從攝像裝置輸入上述圖像信號，計(jì)算出被檢標(biāo)記的位置。
文檔編號H01L21/66GK1419275SQ02150400
公開日2003年5月21日 申請日期2002年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月12日
發(fā)明者福井達(dá)雄 申請人:株式會社尼康