位置測定装置
【課題】 波長に依存する測定誤差を最小にすることができる位置測定装置を提供すること。
【解決手段】 被検物１５に照明光を照射する照明光学系１と、前記被検物の像を撮像装置２５に結像する結像光学系２と、前記撮像装置からの信号を処理する画像処理装置３を有する位置測定装置において、複数の狭波長帯域の光それぞれを前記被検物にテレセントリックに照明する前記狭波長帯域の光毎の専用照明光学系１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと、前記被検物からの前記複数の狭波長帯域の光それぞれをテレセントリックに結像する前記狭波長帯域の光毎の専用結像光学系２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを有し、前記専用照明光学系を選択する照明光学系選択手段２７と前記専用結像光学系を選択する結像光学系選択手段２６を有する位置測定装置。
【解決手段】 被検物１５に照明光を照射する照明光学系１と、前記被検物の像を撮像装置２５に結像する結像光学系２と、前記撮像装置からの信号を処理する画像処理装置３を有する位置測定装置において、複数の狭波長帯域の光それぞれを前記被検物にテレセントリックに照明する前記狭波長帯域の光毎の専用照明光学系１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと、前記被検物からの前記複数の狭波長帯域の光それぞれをテレセントリックに結像する前記狭波長帯域の光毎の専用結像光学系２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを有し、前記専用照明光学系を選択する照明光学系選択手段２７と前記専用結像光学系を選択する結像光学系選択手段２６を有する位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被検物に設けられた、アライメントマーク等の位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程において形成されたレジストパターンと下地パターンとのアライメントマークのずれ量を測定する必要がある。このようなずれ量を測定する、位置測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１の開示例では、アライメントマークに対して照明光を照射し、アライメントマークからの反射光を結像光学系により結像して、ＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像して、画像処理を経てアライメントマークのずれ量を測定している。この際、照明光の波長帯域は、多種多様なアライメントマークの構造に対して安定した反射強度を得るために、可視光から近赤外光までの広い領域が用いられている。
【０００４】
ところで、このように光学的にアライメントマークのずれ測定を行う場合、測定光学系（すなわち、アライメントマークに照明光を照射する照明光学系およびアライメントマークからの反射光を集光結像させる結像光学系）に光学的な収差が発生することが避けられず、このような収差が測定視野領域内に存在すると、アライメントマークの位置の検出に誤差が生じ、その結果、アライメントマークのずれ測定値に測定誤差が生ずる。
【０００５】
このため、位置測定装置を用いてアライメントマークのずれ測定を行う前に、この装置の測定光学系に用いられている照明開口絞り、結像開口絞り、対物レンズなどの位置調整を行って、測定誤差を小さくすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−７７２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては、使用している照明光が可視光から近赤外光までを含む白色光のため、位置測定装置の光学部品を配置する際の製造誤差の影響により、照明光学系における対物レンズ仮想瞳位置での照明開口絞りの結像位置が照明光に含まれる波長により異なってしまう。これは照明光束の主光線の傾斜（以後、照明テレセントリシティーと記す）が波長によって異なり、アライメントマークの反射分光特性によっては測定誤差の発生の原因となる。また、結像光学系においても光学部品を配置する際の製造誤差等の影響により、結像光学系における結像開口絞り位置での仮想瞳の結像位置が反射光の波長（狭波長帯域の光のことを言い、本明細書中では色光とも記す）により異なってしまう。これは反射光の波長領域によってはアライメントマークからの回折光が非対称にけられる（以後、結像テレセントリシティーと記す）ことを意味しており、アライメントマークの反射分光特性によっては測定誤差の発生原因となるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、波長に依存する測定誤差を最小にすることができる位置測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の狭波長帯域の光それぞれを前記被検物にテレセントリックに照明する前記狭波長帯域の光毎の専用照明光学系と、前記被検物からの前記複数の狭波長帯域の光それぞれをテレセントリックに結像する前記狭波長帯域の光毎の専用結像光学系を有し、前記位置測定装置は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系の少なくとも一方を具備し、前記専用照明光学系を選択する照明光学系選択手段と前記専用結像光学系を選択する結像光学系選択手段の少なくとも一方を有することを特徴とする位置測定装置を提供する。
【０００９】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系は、光学調整可能であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用照明光学系および前記専用結像光学系それぞれのテレセントリック調整は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系に配設された開口絞りでそれぞれ行われることが好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用照明光学系は、前記複数の狭波長帯域の光を一つの光軸に合成する合成手段を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用結像光学系は、前記被検物からの光を前記複数の狭波長帯域の光に分離する分離手段を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記合成手段と前記分離手段は、クロスダイクロイックプリズムからなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記合成手段と前記分離手段は、ダイクロイックミラーからなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記分離手段は、ハーフミラーと色フィルタからなることが好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記合成手段は、ハーフミラーからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波長に依存する測定誤差を最小にすることができる位置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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施の形態にかかる位置測定装置の概略構成図である。図１において、位置測定装置は、照明光学系１、結像光学系２、および画像処理系３から構成されている。
【００２０】
照明光学系１は、光源に、赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ、および青色ＬＥＤ４Ｂをそれぞれ使用した、専用の赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂからそれぞれ構成されている。
【００２１】
赤色ＬＥＤ４Ｒからの光は、レモンスキン５Ｒで面内の光量分布を均一にされ、２枚のリレーレンズ６Ｒ，７Ｒを通過し、照明開口絞り８Ｒに達する。照明開口絞り８Ｒは光軸に垂直な面内で移動可能な構成となっている。このようにして赤色光照明光学系１Ｒが構成されている。
【００２２】
緑色ＬＥＤ４Ｇからの光は、レモンスキン５Ｇで面内の光量分布を均一にされ、２枚のリレーレンズ６Ｇ，７Ｇを通過し、照明開口絞り８Ｇに達する。照明開口絞り８Ｇは光軸に垂直な面内で移動可能な構成となっている。このようにして緑色光照明光学系１Ｇが構成されている。
【００２３】
青色ＬＥＤ４Ｂからの光は、レモンスキン５Ｂで面内の光量分布を均一にされ、２枚のリレーレンズ６Ｂ，７Ｂを通過し、照明開口絞り８Ｂに達する。照明開口絞り８Ｂは光軸に垂直な面内で移動可能な構成となっている。このようにして青色光照明光学系１Ｂが構成されている。
【００２４】
赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂからの各色光は、クロスダイクロイックプリズム９にそれぞれ入射して共通の光軸Ｉの光束となり、照明リレーレンズ１０、視野絞り１１、照明リレーレンズ１２を介して落射プリズム１３に入射して反射され、第一対物レンズ１４でウエハ１５に集光される。ウエハ１５は、ウエハホルダ１６にて保持されており、そのウエハホルダ１６はＸＹステージ１７に載置されている。
【００２５】
本第１実施の形態の照明光学系１は、図１に記載の構成のほかに図２（ａ）〜（ｃ）に記載の照明光学系１ａ、１ｂ、１ｃを用いることができる。
【００２６】
図２（ａ）は、照明光学系１の第一変形例であり、図１のクロスダイクロイックプリズム９をクロスプリズム９Ａで置き換えている。クロスプリズム９Ａは、２枚のハーフミラーを略直交して配置したもので、赤色光照明光学系１Ｒからの光と青色光照明光学系１Ｂからの光をそれぞれ反射し、緑色光照明光学系１Ｇからの光を透過するように形成されている。その他の光学部材の構成および作用は図１の各色光の照明光学系１Ｒ、１Ｇ、１Ｂとそれぞれ同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２７】
図２（ｂ）は、照明光学系１の第２変形例であり、図１の各色光ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ，４Ｂにそれぞれ白色光源１０４を用い、所定の波長の赤色光を透過する赤色フィルタ１０４Ｒ、所定の波長の緑色光を透過する緑色フィルタ１０４Ｇ、および所定の波長の青色光を透過する青色フィルタ１０４Ｂをそれぞれ配置して、各色光を出射する構成となっている。各フィルタを透過した各色光は、各色光照明光学系１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを構成する図１と同様の光学部材を介してクロスプリズム９Ａにそれぞれ入射し、照明リレーレンズ１０に向けて赤色光と青色光は反射され、緑色光は透過される。また、それぞれの照明開口絞り８Ｒ，８Ｇ、８Ｂとクロスプリズム９Ａとの間にはシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂがそれぞれ配置され、図１のＬＥＤコントロール２７に替わる光源制御部３１で開閉が制御される。シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは、それぞれの色光をウエハ１５に選択的に照射する際に用いられ、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを用いることによって白色光源１０４をＯＮ／ＯＦＦする場合に比べ安定した照明光をウエハ１５に照射することが可能になる。なお、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの替わりに白色光源１０４の電源のＯＮ／ＯＦＦによる切替も可能である。また画像の取得を後述するＣＣＤの選択で実行するようにすれば、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂと光源制御部３１を不要にすることができる。その他の光学部材の構成および作用は図１の各色光照明光学系１Ｒ、１Ｇ、１Ｂとそれぞれ同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２８】
図２（ｃ）は、照明光学系１の第３変形例であり、各色光の光源に図２（ｂ）と同様の白色光源１０４を用いている。クロスダイクロイックプリズム９は所定の波長の赤色光、および所定の波長の青色光を反射し、所定の波長の緑色光を透過するため、白色光源１０４から所定の波長の各色光を選択する図２（ｂ）に示す色フィルタ１０４Ｒ，１０４Ｇ、１０４Ｂが不要となる。図２（ｂ）と同様にシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂがそれぞれの照明開口絞り８Ｒ，８Ｇ、８Ｂとクロスダイクロイックプリズム９の間に設けられ、光源制御部３１で開閉が制御され、ウエハ１５に照射する色光が選択される。なお、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの替わりに白色光源１０４の電源のＯＮ／ＯＦＦによる切替も可能である。また画像の取得を後述するＣＣＤの選択で実行するようにすれば、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂと光源制御部３１を不要にすることができる。その他の光学部材の構成および作用は図１および図２（ｂ）と同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２９】
ウエハ１５で反射された光は、第一対物レンズ１４で集光され、落射プリズム１３を透過して第二対物レンズ１８にて結像視野絞り１９の位置に一次像が形成される。その後、一次像からの光は第一リレーレンズ２０を通過してクロスダイクロイックプリズム２１に入射して、赤色光、緑色光、および青色光にそれぞれ分離される。
【００３０】
本第１実施の形態の結像光学系３に用いられるクロスダイクロイックプリズム２１は、図３に示すクロスプリズム２１Ａと各色光用の色フィルタ１０５Ｒ、１０５Ｇ，および１０５Ｂで置き換えることができる。クロスプリズム２１Ａは、２枚のハーフミラーを略直交して配置したもので、ウエハ１５からの反射光中の赤色光と青色光をそれぞれ反射し、緑色光を透過するように形成されている。
【００３１】
クロスダイクロイックプリズム２１またはクロスプリズム２１Ａと各色フィルタで色分離された各色光は、赤色光結像光学系２Ｒ、緑色光結像光学系２Ｇ、および青色光結像光学系２Ｂにそれぞれ入射する。
【００３２】
クロスダイクロイックプリズム２１またはクロスプリズム２１Ａと赤色フィルタ１０５Ｒから出射した赤色光は、結像開口絞り２２Ｒ、第二リレーレンズ２３Ｒを介してＣＣＤ２４Ｒに結像される。
【００３３】
クロスダイクロイックプリズム２１またはクロスプリズム２１Ａと緑色フィルタ１０５Ｇから出射した緑色光は、結像開口絞り２２Ｇ、第二リレーレンズ２３Ｇを介してＣＣＤ２４Ｇに結像される。
【００３４】
クロスダイクロイックプリズム２１またはまたはクロスプリズム２１Ａと青色フィルタ１０５Ｂから出射した青色光は、結像開口絞り２２Ｂ、第二リレーレンズ２３Ｂを介してＣＣＤ２４Ｂに結像される。
【００３５】
ＣＣＤ２４Ｒ、ＣＣＤ２４Ｇ，およびＣＣＤ２４Ｂからの各画像信号は、ＣＣＤアンプ２５Ｒ、２５Ｇ、および２５Ｂをそれぞれ介してカメラコントロール２６に送られ、赤色光、緑色光、青色光の少なくとも１色の画像が選択され出力される。
【００３６】
赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ、および青色ＬＥＤ４ＢはＬＥＤコントロール２７でＯＮ／ＯＦＦ、および発光強度などが制御される。図２（ｂ）、（ｃ）の変形例では、ＬＥＤコントロール２７の替わりに光源制御部３１でシャッタ３０の開閉制御が行われる。
【００３７】
カメラコントロール２６とＬＥＤコントロール２７または光源制御部３１は、カラーコントロール２８に接続され、例えば赤色ＬＥＤ４Ｒまたはシャッタ３０ＲがＯＮされた時にはＣＣＤ２４ＲがＯＮされ、赤色ＬＥＤ４Ｒまたはシャッタ３０ＲとＣＣＤ２４Ｒが同期して動作するように制御される。カラーコントロール２８からの画像信号は画像処理装置２９に入力され、位置測定処理が行われる。その他の色光が選択された場合も同様であり説明を省略する。
【００３８】
このようにして、本第１実施の形態にかかる位置測定装置が構成されている。
【００３９】
本第１実施の形態にかかる位置測定装置では、照明光学系の照明テレセントリシティーと結像光学系の結像テレセントリシティーが赤色光、緑色光、および青色光の各色光に対してそれぞれ調整されている。以下、ＬＥＤ光源を用いた場合を代表として説明するが、白色光源を用いた場合も同様である。
【００４０】
赤色光の調整をする場合、カラーコントロール２８からＬＥＤコントロール２７とカメラコントロール２６に制御信号を伝達して、赤色ＬＥＤ４Ｒと、赤色光結像光学系３ＲのＣＣＤ２４ＲのみをＯＮ状態にする。そして、照明光学系１Ｒのレンズ６Ｒ，７Ｒの一部を光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、照明開口絞り８Ｒが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように照明開口絞り８Ｒを調整して固定する。続いて、結像光学系２Ｒのレンズ２３Ｒを光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、結像開口絞り２２Ｒが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように結像開口絞り２２Ｒを調整して固定する。このような調整により、赤色光に対する照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーの両方の調整が完了する。この調整により、赤色の照明光は、ウエハ１５にテレセントリックに照射され、ウエハ１５からの反射光は結像開口絞り２２Ｒで非対称にけられることが無くなる。この結果、赤色光を用いた位置測定においては、ウエハ１５に形成されている、例えばアライメントマークの位置測定誤差を最小にすることができる。
【００４１】
緑色光の調整をする場合、カラーコントロール２８からＬＥＤコントロール２７とカメラコントロール２６に制御信号を伝達して、緑色ＬＥＤ４Ｇと、緑色光結像光学系３ＧのＣＣＤ２４ＧのみをＯＮ状態にする。そして、照明光学系１Ｇのレンズ６Ｇ，７Ｇの一部を光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、照明開口絞り８Ｇが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように照明開口絞り８Ｇを調整して固定する。続いて、結像光学系２Ｇのレンズ２３Ｇを光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、結像開口絞り２２Ｇが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように結像開口絞り２２Ｇを調整して固定する。このような調整により、緑色光に対する照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーの両方の調整が完了する。この調整により、緑色の照明光は、ウエハ１５にテレセントリックに照射され、ウエハ１５からの反射光は結像開口絞り２２Ｇで非対称にけられることが無くなる。この結果、緑色光を用いた位置測定においては、ウエハ１５に形成されている、例えばアライメントマークの位置測定誤差を最小にすることができる。
【００４２】
青色光の調整をする場合、カラーコントロール２８からＬＥＤコントロール２７とカメラコントロール２６に制御信号を伝達して、青色ＬＥＤ４Ｂと、青色光結像光学系３ＢのＣＣＤ２４ＢのみをＯＮ状態にする。そして、照明光学系１Ｂのレンズ６Ｂ，７Ｂの一部を光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、照明開口絞り８Ｂが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように照明開口絞り８Ｂを調整して固定する。続いて、結像光学系２Ｂのレンズ２３Ｂを光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、結像開口絞り２２Ｂが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように結像開口絞り２２Ｂを調整して固定する。このような調整により、青色光に対する照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーの両方の調整が完了する。この調整により、青色の照明光は、ウエハ１５にテレセントリックに照射され、ウエハ１５からの反射光は結像開口絞り２２Ｂで非対称にけられることが無くなる。この結果、青色光を用いた位置測定においては、ウエハ１５に形成されている、例えばアライメントマークの位置測定誤差を最小にすることができる。
【００４３】
以上の調整によって、赤色光、緑色光、および青色光の３色光全ての照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーがそれぞれ調整され、位置測定装置の光学系の調整が完了する。この結果、位置測定装置において、赤色ＬＥＤ４ＲとＣＣＤ２４Ｒ、緑色ＬＥＤ４ＧとＣＤ２４Ｇ、または青色ＬＥＤとＣＣＤ２４Ｂを用いて位置測定を行ったときの測定誤差をそれぞれ最小にすることが可能になる。
【００４４】
また、赤色光、緑色光、青色光のいずれか一色光ではウエハ１５からの反射光量が不十分な場合、いずれかの２色光、または３色光全てをウエハ１５に照射して位置測定を行う。この場合、各色光の照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーはそれぞれの光学系で確保されているので、色光による測定誤差はそれぞれ最小に抑えることができる。但し、１色光による位置測定の測定誤差に比べると各色光の画像を合成する画像合成処理による誤差が含まれる分精度が劣ることになる。
【００４５】
例えば、赤緑青の３色の光を用いた位置測定の場合、ＣＣＤ２４Ｒ、ＣＣＤ２４Ｇ、およびＣＣＤ２４Ｂの３枚の画像は画像処理装置２９で合成されて位置測定が行われる。ＣＣＤ２４Ｒ、ＣＣＤ２４Ｇ，ＣＣＤ２４Ｂの相対的な位置関係は予め測定されているので、この結果を画像合成時に補正データとして用いることによって、画像合成時の誤差を最小限に抑えることができる。この結果、２色光または３色光を用いた位置測定においても、測定誤差を従来の白色光を用いた位置測定に比べて高精度に行うことが可能になる。
【００４６】
本第１実施の形態によれば、ウエハ１５からの反射光が強く生じる色の照明光をウエハ１５に照射し、照射した照明光の色に対応する結像光学系で画像を取得し、画像処理することによって測定誤差を最小に抑えることができ、高精度の位置測定が可能となる。また、複数の色光による照明光で位置測定を行う場合でも、それぞれの色光に対応した照明光学系と結像光学系によって画像を取得して画像を合成することによって、従来の白色光による位置測定比べ高精度な測定を可能にすることができる。
【００４７】
（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態にかかる位置測定装置示す。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４８】
図４において、位置測定装置は、照明光学系１、結像光学系２、および画像処理系３から構成されている。
【００４９】
照明光学系１は、光源に、赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ、および青色ＬＥＤ４Ｂをそれぞれ使用した、専用の照明光学系１Ｒ、１Ｇ、および１Ｂから構成されている。なお、赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂの構成および作用は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００５０】
赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂのからの各色光は、共通の光軸Ｉに対して略４５度傾けて配設されているダイクロイックミラー１０９Ｒ、１０９Ｇ、および１０９Ｂにそれぞれ入射して一つの光束となり、照明リレーレンズ１０、視野絞り１１、照明リレーレンズ１２を介して落射プリズム１３に入射して反射され、第一対物レンズ１４でウエハ１５に集光される。ウエハ１５は、ウエハホルダ１６にて保持されており、そのウエハホルダ１６はＸＹステージ１７に載置されている。
【００５１】
なお、各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ，４Ｂを図２に示す白色光源１０４に置き換え、ダイクロイックミラー１０９Ｒ，１０９Ｇ，および１０９Ｂと照明開口絞り８Ｒ、８Ｇ、および８Ｂの間にそれぞれシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、および３０Ｂを設けても同様の効果を奏する。また、照明光学系１は、ダイクロイックミラー１０９Ｒ、１０９Ｇ，１０９Ｂをハーフミラーに置き換え、光源に各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ，４Ｂをそれぞれ配置、または図２（ｂ）に示すように白色光源１０４の前に所定の波長を透過する色フィルタ１０４Ｒ、１０４Ｇ，１０４Ｂをそれぞれ配置し、各ハーフミラーと照明開口絞り８Ｒ、８Ｇ、および８Ｂの間にそれぞれシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、および３０Ｂを設けても同様の効果を奏する。
【００５２】
ウエハ１５で反射された光は、第一対物レンズ１４で集光され、落射プリズム１３を透過して第二対物レンズ１８にて結像視野絞り１９の位置に一次像が結像される。その後、一次像からの光は第一リレーレンズ２０を通過して、光軸Ｊに対して略４５度に傾けて配設されているダイクロイックミラー１２１Ｒで赤色光が、ダイクロイックミラー１２１Ｇで緑色光が、ダイクロイックミラー１２１Ｂで青色光がそれぞれ反射分離される。なお、ダイクロイックミラー１２１Ｒ、１２１Ｇ，１２１Ｂはハーフミラーでそれぞれ構成し各ハーフミラーと各結像開口絞り２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとの間にそれぞれの色光に対応する色フィルタを配置しても同様の効果を奏する。
【００５３】
ダイクロイックミラー１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂでそれぞれ反射分離された各色光は、赤色光結像光学系２Ｒ、緑色光結像光学系２Ｇ、および青色光結像光学系２Ｂにそれぞれ入射する。なお、ダイクロイックミラー１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ以降の各色光の結像光学系の構成および作用は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。また、カメラコントロール２６、ＬＥＤコントロール２７、カラーコントロール２８、および画像処理系２９の構成および作用は、第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００５４】
このようにして、本第２実施の形態にかかる位置測定装置が構成されている。
【００５５】
なお、第２実施の形態にかかる位置測定装置の調整、作用、および効果は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００５６】
本第２実施の形態によれば、ウエハ１５からの反射光が強く生じる色の照明光をウエハ１５に照射し、照射した照明光の色に対応する結像光学系で画像を取得し、画像処理することによって測定誤差を最小に抑えることができ、高精度の位置測定が可能となる。また、複数の色光による照明光で位置測定を行う場合でも、それぞれの色光に対応した照明光学系と結像光学系によって画像を取得して画像を合成することによって、従来の白色光による位置測定比べ高精度な測定を可能にすることができる。
【００５７】
また、所望の色光に対応する照明光学系と結像光学系の一組を、それぞれの光軸に追加し、照明テレセントリシティーおよび結像テレセントリシティーを調整することによって所望の色光に対する測定誤差を最小にすることが可能になる。このように、必要な色光の照明光学系と結像光学系を追加したり、不必要な色光の照明光学系と結像光学系を取り外したりすることができ、種々の色光の組み合わせに対応することが可能になる。
【００５８】
なお、上述の全実施の形態において、色光は赤緑青の３色に限られず、ウエハ１５から反射される色光に対応する色光照明光学系と色光結像光学系を配設することができる。また、第１実施の形態と同様に白色光源と色フィルタを用いることも可能である。
【００５９】
なお、上述の全実施の形態では、色毎に照明テレセントリシティーが調整された照明光学系と色毎に結像テレセントリシティーが調整された結像光学系の両方を配設した場合について説明しているが、被検物の反射分光特性によってはどちらか一方の光学系を有していれば充分な測定精度が得られる場合がある。この場合には、照明光学系または結像光学系のどちらか一方の光学系を色毎にテレセントリシティーが調整された光学系を配設し、他方の光学系は通常の光学系を配設するようにすれば同様の効果を奏することができる。
【００６０】
また、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかる位置測定装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施の形態にかかる照明光学系の変形例をそれぞれ示す。
【図３】第１実施の形態にかかる結像光学系の変形例を示す。
【図４】本発明の第２実施の形態にかかる位置測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 照明光学系
２ 結像光学系
３ 画像処理系
４ ＬＥＤ
５ レモンスキン
６ リレーレンズ
７ リレーレンズ
８ 開口絞り
９ クロスダイクロイックプリズム
９Ａ クロスプリズム
１０ 照明リレーレンズ
１１ 照明視野絞り
１２ 照明リレーレンズ
１３ 落射プリズム
１４ 第一対物レンズ
１５ ウエハ
１６ ウエハホルダ
１７ ＸＹステージ
１８ 第二対物レンズ
１９ 結像視野絞り
２０ 第一リレーレンズ
２１ クロスダイクロイックプリズム
２２ 結像開口絞り
２３ 第二リレーレンズ
２４ ＣＣＤ
２５ ＣＣＤコントロール
２６ カメラコントロール
２７ ＬＥＤコントロール
２８ カラーコントロール
２９ 画像処理装置
３０ シャッタ
３１ 光源制御部
１０４ 白色光源
１０９ ダイクロイックミラー
１２１ ダイクロイックミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被検物に設けられた、アライメントマーク等の位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程において形成されたレジストパターンと下地パターンとのアライメントマークのずれ量を測定する必要がある。このようなずれ量を測定する、位置測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１の開示例では、アライメントマークに対して照明光を照射し、アライメントマークからの反射光を結像光学系により結像して、ＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像して、画像処理を経てアライメントマークのずれ量を測定している。この際、照明光の波長帯域は、多種多様なアライメントマークの構造に対して安定した反射強度を得るために、可視光から近赤外光までの広い領域が用いられている。
【０００４】
ところで、このように光学的にアライメントマークのずれ測定を行う場合、測定光学系（すなわち、アライメントマークに照明光を照射する照明光学系およびアライメントマークからの反射光を集光結像させる結像光学系）に光学的な収差が発生することが避けられず、このような収差が測定視野領域内に存在すると、アライメントマークの位置の検出に誤差が生じ、その結果、アライメントマークのずれ測定値に測定誤差が生ずる。
【０００５】
このため、位置測定装置を用いてアライメントマークのずれ測定を行う前に、この装置の測定光学系に用いられている照明開口絞り、結像開口絞り、対物レンズなどの位置調整を行って、測定誤差を小さくすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−７７２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては、使用している照明光が可視光から近赤外光までを含む白色光のため、位置測定装置の光学部品を配置する際の製造誤差の影響により、照明光学系における対物レンズ仮想瞳位置での照明開口絞りの結像位置が照明光に含まれる波長により異なってしまう。これは照明光束の主光線の傾斜（以後、照明テレセントリシティーと記す）が波長によって異なり、アライメントマークの反射分光特性によっては測定誤差の発生の原因となる。また、結像光学系においても光学部品を配置する際の製造誤差等の影響により、結像光学系における結像開口絞り位置での仮想瞳の結像位置が反射光の波長（狭波長帯域の光のことを言い、本明細書中では色光とも記す）により異なってしまう。これは反射光の波長領域によってはアライメントマークからの回折光が非対称にけられる（以後、結像テレセントリシティーと記す）ことを意味しており、アライメントマークの反射分光特性によっては測定誤差の発生原因となるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、波長に依存する測定誤差を最小にすることができる位置測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の狭波長帯域の光それぞれを前記被検物にテレセントリックに照明する前記狭波長帯域の光毎の専用照明光学系と、前記被検物からの前記複数の狭波長帯域の光それぞれをテレセントリックに結像する前記狭波長帯域の光毎の専用結像光学系を有し、前記位置測定装置は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系の少なくとも一方を具備し、前記専用照明光学系を選択する照明光学系選択手段と前記専用結像光学系を選択する結像光学系選択手段の少なくとも一方を有することを特徴とする位置測定装置を提供する。
【０００９】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系は、光学調整可能であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用照明光学系および前記専用結像光学系それぞれのテレセントリック調整は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系に配設された開口絞りでそれぞれ行われることが好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用照明光学系は、前記複数の狭波長帯域の光を一つの光軸に合成する合成手段を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記専用結像光学系は、前記被検物からの光を前記複数の狭波長帯域の光に分離する分離手段を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記合成手段と前記分離手段は、クロスダイクロイックプリズムからなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記合成手段と前記分離手段は、ダイクロイックミラーからなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記分離手段は、ハーフミラーと色フィルタからなることが好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかる位置測定装置では、前記合成手段は、ハーフミラーからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波長に依存する測定誤差を最小にすることができる位置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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施の形態にかかる位置測定装置の概略構成図である。図１において、位置測定装置は、照明光学系１、結像光学系２、および画像処理系３から構成されている。
【００２０】
照明光学系１は、光源に、赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ、および青色ＬＥＤ４Ｂをそれぞれ使用した、専用の赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂからそれぞれ構成されている。
【００２１】
赤色ＬＥＤ４Ｒからの光は、レモンスキン５Ｒで面内の光量分布を均一にされ、２枚のリレーレンズ６Ｒ，７Ｒを通過し、照明開口絞り８Ｒに達する。照明開口絞り８Ｒは光軸に垂直な面内で移動可能な構成となっている。このようにして赤色光照明光学系１Ｒが構成されている。
【００２２】
緑色ＬＥＤ４Ｇからの光は、レモンスキン５Ｇで面内の光量分布を均一にされ、２枚のリレーレンズ６Ｇ，７Ｇを通過し、照明開口絞り８Ｇに達する。照明開口絞り８Ｇは光軸に垂直な面内で移動可能な構成となっている。このようにして緑色光照明光学系１Ｇが構成されている。
【００２３】
青色ＬＥＤ４Ｂからの光は、レモンスキン５Ｂで面内の光量分布を均一にされ、２枚のリレーレンズ６Ｂ，７Ｂを通過し、照明開口絞り８Ｂに達する。照明開口絞り８Ｂは光軸に垂直な面内で移動可能な構成となっている。このようにして青色光照明光学系１Ｂが構成されている。
【００２４】
赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂからの各色光は、クロスダイクロイックプリズム９にそれぞれ入射して共通の光軸Ｉの光束となり、照明リレーレンズ１０、視野絞り１１、照明リレーレンズ１２を介して落射プリズム１３に入射して反射され、第一対物レンズ１４でウエハ１５に集光される。ウエハ１５は、ウエハホルダ１６にて保持されており、そのウエハホルダ１６はＸＹステージ１７に載置されている。
【００２５】
本第１実施の形態の照明光学系１は、図１に記載の構成のほかに図２（ａ）〜（ｃ）に記載の照明光学系１ａ、１ｂ、１ｃを用いることができる。
【００２６】
図２（ａ）は、照明光学系１の第一変形例であり、図１のクロスダイクロイックプリズム９をクロスプリズム９Ａで置き換えている。クロスプリズム９Ａは、２枚のハーフミラーを略直交して配置したもので、赤色光照明光学系１Ｒからの光と青色光照明光学系１Ｂからの光をそれぞれ反射し、緑色光照明光学系１Ｇからの光を透過するように形成されている。その他の光学部材の構成および作用は図１の各色光の照明光学系１Ｒ、１Ｇ、１Ｂとそれぞれ同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２７】
図２（ｂ）は、照明光学系１の第２変形例であり、図１の各色光ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ，４Ｂにそれぞれ白色光源１０４を用い、所定の波長の赤色光を透過する赤色フィルタ１０４Ｒ、所定の波長の緑色光を透過する緑色フィルタ１０４Ｇ、および所定の波長の青色光を透過する青色フィルタ１０４Ｂをそれぞれ配置して、各色光を出射する構成となっている。各フィルタを透過した各色光は、各色光照明光学系１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを構成する図１と同様の光学部材を介してクロスプリズム９Ａにそれぞれ入射し、照明リレーレンズ１０に向けて赤色光と青色光は反射され、緑色光は透過される。また、それぞれの照明開口絞り８Ｒ，８Ｇ、８Ｂとクロスプリズム９Ａとの間にはシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂがそれぞれ配置され、図１のＬＥＤコントロール２７に替わる光源制御部３１で開閉が制御される。シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは、それぞれの色光をウエハ１５に選択的に照射する際に用いられ、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを用いることによって白色光源１０４をＯＮ／ＯＦＦする場合に比べ安定した照明光をウエハ１５に照射することが可能になる。なお、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの替わりに白色光源１０４の電源のＯＮ／ＯＦＦによる切替も可能である。また画像の取得を後述するＣＣＤの選択で実行するようにすれば、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂと光源制御部３１を不要にすることができる。その他の光学部材の構成および作用は図１の各色光照明光学系１Ｒ、１Ｇ、１Ｂとそれぞれ同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２８】
図２（ｃ）は、照明光学系１の第３変形例であり、各色光の光源に図２（ｂ）と同様の白色光源１０４を用いている。クロスダイクロイックプリズム９は所定の波長の赤色光、および所定の波長の青色光を反射し、所定の波長の緑色光を透過するため、白色光源１０４から所定の波長の各色光を選択する図２（ｂ）に示す色フィルタ１０４Ｒ，１０４Ｇ、１０４Ｂが不要となる。図２（ｂ）と同様にシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂがそれぞれの照明開口絞り８Ｒ，８Ｇ、８Ｂとクロスダイクロイックプリズム９の間に設けられ、光源制御部３１で開閉が制御され、ウエハ１５に照射する色光が選択される。なお、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの替わりに白色光源１０４の電源のＯＮ／ＯＦＦによる切替も可能である。また画像の取得を後述するＣＣＤの選択で実行するようにすれば、シャッタ３０Ｒ、３０Ｇ，３０Ｂと光源制御部３１を不要にすることができる。その他の光学部材の構成および作用は図１および図２（ｂ）と同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２９】
ウエハ１５で反射された光は、第一対物レンズ１４で集光され、落射プリズム１３を透過して第二対物レンズ１８にて結像視野絞り１９の位置に一次像が形成される。その後、一次像からの光は第一リレーレンズ２０を通過してクロスダイクロイックプリズム２１に入射して、赤色光、緑色光、および青色光にそれぞれ分離される。
【００３０】
本第１実施の形態の結像光学系３に用いられるクロスダイクロイックプリズム２１は、図３に示すクロスプリズム２１Ａと各色光用の色フィルタ１０５Ｒ、１０５Ｇ，および１０５Ｂで置き換えることができる。クロスプリズム２１Ａは、２枚のハーフミラーを略直交して配置したもので、ウエハ１５からの反射光中の赤色光と青色光をそれぞれ反射し、緑色光を透過するように形成されている。
【００３１】
クロスダイクロイックプリズム２１またはクロスプリズム２１Ａと各色フィルタで色分離された各色光は、赤色光結像光学系２Ｒ、緑色光結像光学系２Ｇ、および青色光結像光学系２Ｂにそれぞれ入射する。
【００３２】
クロスダイクロイックプリズム２１またはクロスプリズム２１Ａと赤色フィルタ１０５Ｒから出射した赤色光は、結像開口絞り２２Ｒ、第二リレーレンズ２３Ｒを介してＣＣＤ２４Ｒに結像される。
【００３３】
クロスダイクロイックプリズム２１またはクロスプリズム２１Ａと緑色フィルタ１０５Ｇから出射した緑色光は、結像開口絞り２２Ｇ、第二リレーレンズ２３Ｇを介してＣＣＤ２４Ｇに結像される。
【００３４】
クロスダイクロイックプリズム２１またはまたはクロスプリズム２１Ａと青色フィルタ１０５Ｂから出射した青色光は、結像開口絞り２２Ｂ、第二リレーレンズ２３Ｂを介してＣＣＤ２４Ｂに結像される。
【００３５】
ＣＣＤ２４Ｒ、ＣＣＤ２４Ｇ，およびＣＣＤ２４Ｂからの各画像信号は、ＣＣＤアンプ２５Ｒ、２５Ｇ、および２５Ｂをそれぞれ介してカメラコントロール２６に送られ、赤色光、緑色光、青色光の少なくとも１色の画像が選択され出力される。
【００３６】
赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ、および青色ＬＥＤ４ＢはＬＥＤコントロール２７でＯＮ／ＯＦＦ、および発光強度などが制御される。図２（ｂ）、（ｃ）の変形例では、ＬＥＤコントロール２７の替わりに光源制御部３１でシャッタ３０の開閉制御が行われる。
【００３７】
カメラコントロール２６とＬＥＤコントロール２７または光源制御部３１は、カラーコントロール２８に接続され、例えば赤色ＬＥＤ４Ｒまたはシャッタ３０ＲがＯＮされた時にはＣＣＤ２４ＲがＯＮされ、赤色ＬＥＤ４Ｒまたはシャッタ３０ＲとＣＣＤ２４Ｒが同期して動作するように制御される。カラーコントロール２８からの画像信号は画像処理装置２９に入力され、位置測定処理が行われる。その他の色光が選択された場合も同様であり説明を省略する。
【００３８】
このようにして、本第１実施の形態にかかる位置測定装置が構成されている。
【００３９】
本第１実施の形態にかかる位置測定装置では、照明光学系の照明テレセントリシティーと結像光学系の結像テレセントリシティーが赤色光、緑色光、および青色光の各色光に対してそれぞれ調整されている。以下、ＬＥＤ光源を用いた場合を代表として説明するが、白色光源を用いた場合も同様である。
【００４０】
赤色光の調整をする場合、カラーコントロール２８からＬＥＤコントロール２７とカメラコントロール２６に制御信号を伝達して、赤色ＬＥＤ４Ｒと、赤色光結像光学系３ＲのＣＣＤ２４ＲのみをＯＮ状態にする。そして、照明光学系１Ｒのレンズ６Ｒ，７Ｒの一部を光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、照明開口絞り８Ｒが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように照明開口絞り８Ｒを調整して固定する。続いて、結像光学系２Ｒのレンズ２３Ｒを光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、結像開口絞り２２Ｒが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように結像開口絞り２２Ｒを調整して固定する。このような調整により、赤色光に対する照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーの両方の調整が完了する。この調整により、赤色の照明光は、ウエハ１５にテレセントリックに照射され、ウエハ１５からの反射光は結像開口絞り２２Ｒで非対称にけられることが無くなる。この結果、赤色光を用いた位置測定においては、ウエハ１５に形成されている、例えばアライメントマークの位置測定誤差を最小にすることができる。
【００４１】
緑色光の調整をする場合、カラーコントロール２８からＬＥＤコントロール２７とカメラコントロール２６に制御信号を伝達して、緑色ＬＥＤ４Ｇと、緑色光結像光学系３ＧのＣＣＤ２４ＧのみをＯＮ状態にする。そして、照明光学系１Ｇのレンズ６Ｇ，７Ｇの一部を光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、照明開口絞り８Ｇが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように照明開口絞り８Ｇを調整して固定する。続いて、結像光学系２Ｇのレンズ２３Ｇを光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、結像開口絞り２２Ｇが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように結像開口絞り２２Ｇを調整して固定する。このような調整により、緑色光に対する照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーの両方の調整が完了する。この調整により、緑色の照明光は、ウエハ１５にテレセントリックに照射され、ウエハ１５からの反射光は結像開口絞り２２Ｇで非対称にけられることが無くなる。この結果、緑色光を用いた位置測定においては、ウエハ１５に形成されている、例えばアライメントマークの位置測定誤差を最小にすることができる。
【００４２】
青色光の調整をする場合、カラーコントロール２８からＬＥＤコントロール２７とカメラコントロール２６に制御信号を伝達して、青色ＬＥＤ４Ｂと、青色光結像光学系３ＢのＣＣＤ２４ＢのみをＯＮ状態にする。そして、照明光学系１Ｂのレンズ６Ｂ，７Ｂの一部を光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、照明開口絞り８Ｂが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように照明開口絞り８Ｂを調整して固定する。続いて、結像光学系２Ｂのレンズ２３Ｂを光軸と垂直な方向へ移動し、収差（コマ収差等）を調整した後に固定し、結像開口絞り２２Ｂが第一対物レンズ１４の瞳位置に対して共役となるように結像開口絞り２２Ｂを調整して固定する。このような調整により、青色光に対する照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーの両方の調整が完了する。この調整により、青色の照明光は、ウエハ１５にテレセントリックに照射され、ウエハ１５からの反射光は結像開口絞り２２Ｂで非対称にけられることが無くなる。この結果、青色光を用いた位置測定においては、ウエハ１５に形成されている、例えばアライメントマークの位置測定誤差を最小にすることができる。
【００４３】
以上の調整によって、赤色光、緑色光、および青色光の３色光全ての照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーがそれぞれ調整され、位置測定装置の光学系の調整が完了する。この結果、位置測定装置において、赤色ＬＥＤ４ＲとＣＣＤ２４Ｒ、緑色ＬＥＤ４ＧとＣＤ２４Ｇ、または青色ＬＥＤとＣＣＤ２４Ｂを用いて位置測定を行ったときの測定誤差をそれぞれ最小にすることが可能になる。
【００４４】
また、赤色光、緑色光、青色光のいずれか一色光ではウエハ１５からの反射光量が不十分な場合、いずれかの２色光、または３色光全てをウエハ１５に照射して位置測定を行う。この場合、各色光の照明テレセントリシティーと結像テレセントリシティーはそれぞれの光学系で確保されているので、色光による測定誤差はそれぞれ最小に抑えることができる。但し、１色光による位置測定の測定誤差に比べると各色光の画像を合成する画像合成処理による誤差が含まれる分精度が劣ることになる。
【００４５】
例えば、赤緑青の３色の光を用いた位置測定の場合、ＣＣＤ２４Ｒ、ＣＣＤ２４Ｇ、およびＣＣＤ２４Ｂの３枚の画像は画像処理装置２９で合成されて位置測定が行われる。ＣＣＤ２４Ｒ、ＣＣＤ２４Ｇ，ＣＣＤ２４Ｂの相対的な位置関係は予め測定されているので、この結果を画像合成時に補正データとして用いることによって、画像合成時の誤差を最小限に抑えることができる。この結果、２色光または３色光を用いた位置測定においても、測定誤差を従来の白色光を用いた位置測定に比べて高精度に行うことが可能になる。
【００４６】
本第１実施の形態によれば、ウエハ１５からの反射光が強く生じる色の照明光をウエハ１５に照射し、照射した照明光の色に対応する結像光学系で画像を取得し、画像処理することによって測定誤差を最小に抑えることができ、高精度の位置測定が可能となる。また、複数の色光による照明光で位置測定を行う場合でも、それぞれの色光に対応した照明光学系と結像光学系によって画像を取得して画像を合成することによって、従来の白色光による位置測定比べ高精度な測定を可能にすることができる。
【００４７】
（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態にかかる位置測定装置示す。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４８】
図４において、位置測定装置は、照明光学系１、結像光学系２、および画像処理系３から構成されている。
【００４９】
照明光学系１は、光源に、赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ、および青色ＬＥＤ４Ｂをそれぞれ使用した、専用の照明光学系１Ｒ、１Ｇ、および１Ｂから構成されている。なお、赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂの構成および作用は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００５０】
赤色光照明光学系１Ｒ、緑色光照明光学系１Ｇ、および青色光照明光学系１Ｂのからの各色光は、共通の光軸Ｉに対して略４５度傾けて配設されているダイクロイックミラー１０９Ｒ、１０９Ｇ、および１０９Ｂにそれぞれ入射して一つの光束となり、照明リレーレンズ１０、視野絞り１１、照明リレーレンズ１２を介して落射プリズム１３に入射して反射され、第一対物レンズ１４でウエハ１５に集光される。ウエハ１５は、ウエハホルダ１６にて保持されており、そのウエハホルダ１６はＸＹステージ１７に載置されている。
【００５１】
なお、各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ，４Ｂを図２に示す白色光源１０４に置き換え、ダイクロイックミラー１０９Ｒ，１０９Ｇ，および１０９Ｂと照明開口絞り８Ｒ、８Ｇ、および８Ｂの間にそれぞれシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、および３０Ｂを設けても同様の効果を奏する。また、照明光学系１は、ダイクロイックミラー１０９Ｒ、１０９Ｇ，１０９Ｂをハーフミラーに置き換え、光源に各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ，４Ｂをそれぞれ配置、または図２（ｂ）に示すように白色光源１０４の前に所定の波長を透過する色フィルタ１０４Ｒ、１０４Ｇ，１０４Ｂをそれぞれ配置し、各ハーフミラーと照明開口絞り８Ｒ、８Ｇ、および８Ｂの間にそれぞれシャッタ３０Ｒ、３０Ｇ、および３０Ｂを設けても同様の効果を奏する。
【００５２】
ウエハ１５で反射された光は、第一対物レンズ１４で集光され、落射プリズム１３を透過して第二対物レンズ１８にて結像視野絞り１９の位置に一次像が結像される。その後、一次像からの光は第一リレーレンズ２０を通過して、光軸Ｊに対して略４５度に傾けて配設されているダイクロイックミラー１２１Ｒで赤色光が、ダイクロイックミラー１２１Ｇで緑色光が、ダイクロイックミラー１２１Ｂで青色光がそれぞれ反射分離される。なお、ダイクロイックミラー１２１Ｒ、１２１Ｇ，１２１Ｂはハーフミラーでそれぞれ構成し各ハーフミラーと各結像開口絞り２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとの間にそれぞれの色光に対応する色フィルタを配置しても同様の効果を奏する。
【００５３】
ダイクロイックミラー１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂでそれぞれ反射分離された各色光は、赤色光結像光学系２Ｒ、緑色光結像光学系２Ｇ、および青色光結像光学系２Ｂにそれぞれ入射する。なお、ダイクロイックミラー１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ以降の各色光の結像光学系の構成および作用は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。また、カメラコントロール２６、ＬＥＤコントロール２７、カラーコントロール２８、および画像処理系２９の構成および作用は、第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００５４】
このようにして、本第２実施の形態にかかる位置測定装置が構成されている。
【００５５】
なお、第２実施の形態にかかる位置測定装置の調整、作用、および効果は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００５６】
本第２実施の形態によれば、ウエハ１５からの反射光が強く生じる色の照明光をウエハ１５に照射し、照射した照明光の色に対応する結像光学系で画像を取得し、画像処理することによって測定誤差を最小に抑えることができ、高精度の位置測定が可能となる。また、複数の色光による照明光で位置測定を行う場合でも、それぞれの色光に対応した照明光学系と結像光学系によって画像を取得して画像を合成することによって、従来の白色光による位置測定比べ高精度な測定を可能にすることができる。
【００５７】
また、所望の色光に対応する照明光学系と結像光学系の一組を、それぞれの光軸に追加し、照明テレセントリシティーおよび結像テレセントリシティーを調整することによって所望の色光に対する測定誤差を最小にすることが可能になる。このように、必要な色光の照明光学系と結像光学系を追加したり、不必要な色光の照明光学系と結像光学系を取り外したりすることができ、種々の色光の組み合わせに対応することが可能になる。
【００５８】
なお、上述の全実施の形態において、色光は赤緑青の３色に限られず、ウエハ１５から反射される色光に対応する色光照明光学系と色光結像光学系を配設することができる。また、第１実施の形態と同様に白色光源と色フィルタを用いることも可能である。
【００５９】
なお、上述の全実施の形態では、色毎に照明テレセントリシティーが調整された照明光学系と色毎に結像テレセントリシティーが調整された結像光学系の両方を配設した場合について説明しているが、被検物の反射分光特性によってはどちらか一方の光学系を有していれば充分な測定精度が得られる場合がある。この場合には、照明光学系または結像光学系のどちらか一方の光学系を色毎にテレセントリシティーが調整された光学系を配設し、他方の光学系は通常の光学系を配設するようにすれば同様の効果を奏することができる。
【００６０】
また、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかる位置測定装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施の形態にかかる照明光学系の変形例をそれぞれ示す。
【図３】第１実施の形態にかかる結像光学系の変形例を示す。
【図４】本発明の第２実施の形態にかかる位置測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 照明光学系
２ 結像光学系
３ 画像処理系
４ ＬＥＤ
５ レモンスキン
６ リレーレンズ
７ リレーレンズ
８ 開口絞り
９ クロスダイクロイックプリズム
９Ａ クロスプリズム
１０ 照明リレーレンズ
１１ 照明視野絞り
１２ 照明リレーレンズ
１３ 落射プリズム
１４ 第一対物レンズ
１５ ウエハ
１６ ウエハホルダ
１７ ＸＹステージ
１８ 第二対物レンズ
１９ 結像視野絞り
２０ 第一リレーレンズ
２１ クロスダイクロイックプリズム
２２ 結像開口絞り
２３ 第二リレーレンズ
２４ ＣＣＤ
２５ ＣＣＤコントロール
２６ カメラコントロール
２７ ＬＥＤコントロール
２８ カラーコントロール
２９ 画像処理装置
３０ シャッタ
３１ 光源制御部
１０４ 白色光源
１０９ ダイクロイックミラー
１２１ ダイクロイックミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物に照明光を照射する照明光学系と、
前記被検物の像を撮像装置に結像する結像光学系と、
前記撮像装置からの信号を処理する画像処理装置を有する位置測定装置において、
複数の狭波長帯域の光それぞれを前記被検物にテレセントリックに照明する前記狭波長帯域の光毎の専用照明光学系と、
前記被検物からの前記複数の狭波長帯域の光それぞれをテレセントリックに結像する前記狭波長帯域の光毎の専用結像光学系を有し、
前記位置測定装置は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系の少なくとも一方を具備し、
前記専用照明光学系を選択する照明光学系選択手段と前記専用結像光学系を選択する結像光学系選択手段の少なくとも一方を有することを特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
前記専用照明光学系と前記専用結像光学系は、光学調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記専用照明光学系および前記専用結像光学系それぞれのテレセントリック調整は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系に配設された開口絞りでそれぞれ行われることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項４】
前記専用照明光学系は、前記複数の狭波長帯域の光を一つの光軸に合成する合成手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項５】
前記専用結像光学系は、前記被検物からの光を前記複数の狭波長帯域の光に分離する分離手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項６】
前記合成手段と前記分離手段は、クロスダイクロイックプリズムからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項７】
前記合成手段と前記分離手段は、ダイクロイックミラーからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項８】
前記分離手段は、ハーフミラーと色フィルタからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項９】
前記合成手段は、ハーフミラーからなることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の位置測定装置。
【請求項１】
被検物に照明光を照射する照明光学系と、
前記被検物の像を撮像装置に結像する結像光学系と、
前記撮像装置からの信号を処理する画像処理装置を有する位置測定装置において、
複数の狭波長帯域の光それぞれを前記被検物にテレセントリックに照明する前記狭波長帯域の光毎の専用照明光学系と、
前記被検物からの前記複数の狭波長帯域の光それぞれをテレセントリックに結像する前記狭波長帯域の光毎の専用結像光学系を有し、
前記位置測定装置は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系の少なくとも一方を具備し、
前記専用照明光学系を選択する照明光学系選択手段と前記専用結像光学系を選択する結像光学系選択手段の少なくとも一方を有することを特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
前記専用照明光学系と前記専用結像光学系は、光学調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記専用照明光学系および前記専用結像光学系それぞれのテレセントリック調整は、前記専用照明光学系と前記専用結像光学系に配設された開口絞りでそれぞれ行われることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項４】
前記専用照明光学系は、前記複数の狭波長帯域の光を一つの光軸に合成する合成手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項５】
前記専用結像光学系は、前記被検物からの光を前記複数の狭波長帯域の光に分離する分離手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項６】
前記合成手段と前記分離手段は、クロスダイクロイックプリズムからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項７】
前記合成手段と前記分離手段は、ダイクロイックミラーからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項８】
前記分離手段は、ハーフミラーと色フィルタからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項９】
前記合成手段は、ハーフミラーからなることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の位置測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３００５４５（Ｐ２００６−３００５４５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１８４１９（Ｐ２００５−１１８４１９）
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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