JPH01217207A - 非接触光学的変位測定装置 - Google Patents
非接触光学的変位測定装置Info
- Publication number
- JPH01217207A JPH01217207A JP63043164A JP4316488A JPH01217207A JP H01217207 A JPH01217207 A JP H01217207A JP 63043164 A JP63043164 A JP 63043164A JP 4316488 A JP4316488 A JP 4316488A JP H01217207 A JPH01217207 A JP H01217207A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- light
- slit
- lens
- photodetector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は非接触光学的変位測定装置に関し、更に詳しく
はビームが照射される材料面の高さ方向の変位を非接触
で測定できるようにした非接触光学的変位測定装置に関
する。
はビームが照射される材料面の高さ方向の変位を非接触
で測定できるようにした非接触光学的変位測定装置に関
する。
（従来の技術）
例えば、電子線描画装置により半導体ウェハ等上に微細
回路パターンを描画する際、該ウェハ表面が設定した高
さからずれていると、描画された回路パターンの位置や
大きさが所定のものと異なってしまい、特に半導体ウェ
ハにおける多重露光をするとぎには描画精度は著しく低
下してしまう。
回路パターンを描画する際、該ウェハ表面が設定した高
さからずれていると、描画された回路パターンの位置や
大きさが所定のものと異なってしまい、特に半導体ウェ
ハにおける多重露光をするとぎには描画精度は著しく低
下してしまう。
従って、描画材料の高さを正確に測定することは高精度
な描画のために極めて重要である。
な描画のために極めて重要である。
本発明者は先に上記要求を満足する新規な高さ測定装置
（特開昭５７−６０２０５号公報）を提案した。この装
置は、第３図に示す如く光源１よりの光を材料２の表面
に対して斜め方向から投射し、この投射光をアパーチャ
を有する部材３に照射してその通過した光をレンズ４に
よって前記描両材料表面近傍に結像せしめ、該材料表面
で反射された光の進行方向にレンズ５をおいて前記像（
スリット像）をイメージディセクタ管や半導体アレイセ
ンサ等の光検出器６の光電検出面上に結像するようにな
し、該像の位置に応じた信号を発生し、それより高さ変
位を演算づ”るようになしたものである。
（特開昭５７−６０２０５号公報）を提案した。この装
置は、第３図に示す如く光源１よりの光を材料２の表面
に対して斜め方向から投射し、この投射光をアパーチャ
を有する部材３に照射してその通過した光をレンズ４に
よって前記描両材料表面近傍に結像せしめ、該材料表面
で反射された光の進行方向にレンズ５をおいて前記像（
スリット像）をイメージディセクタ管や半導体アレイセ
ンサ等の光検出器６の光電検出面上に結像するようにな
し、該像の位置に応じた信号を発生し、それより高さ変
位を演算づ”るようになしたものである。
今材斜２が第４図に示す如く、２ａから２ｂに高さｈだ
け変化した場合、スリット像ｐの虚像ｐ′とｐｎの間隔
をし、レンズ５の倍率をＭ、光の人１反射角をθとした
時、検出面でのスリット像のズレ量Δは Δ−Ｍ −Ｌ ＣＯ３θ−Ｍ・２ ｈｃｏｓθで与えら
れる。上記Ｍ及びθは既知であるので、△が求まれば容
易に高さ変位りが求まることになる。
け変化した場合、スリット像ｐの虚像ｐ′とｐｎの間隔
をし、レンズ５の倍率をＭ、光の人１反射角をθとした
時、検出面でのスリット像のズレ量Δは Δ−Ｍ −Ｌ ＣＯ３θ−Ｍ・２ ｈｃｏｓθで与えら
れる。上記Ｍ及びθは既知であるので、△が求まれば容
易に高さ変位りが求まることになる。
この装置は非接触、光学式であり電子線や描画材料に何
等の影響を与えることなく該電子線の照射点における表
面高さを正確に測定できるという効果を有している。
等の影響を与えることなく該電子線の照射点における表
面高さを正確に測定できるという効果を有している。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、直接描画においては何度も露光処理を行
ったウェハ上に更にパターンを描画することが多く、こ
のような場合、材料表面には凹凸があり、光の反射率に
大きなムラを生ずることになる。上記の装置では、観測
対象であるアパーチャ像ｐが材料表面の近傍に結像され
ているため、前記光検出器の検出面上に光量のムラを生
起し、該検出器出力に基づく高さ測定値に誤差が混入づ
“ることになる。
ったウェハ上に更にパターンを描画することが多く、こ
のような場合、材料表面には凹凸があり、光の反射率に
大きなムラを生ずることになる。上記の装置では、観測
対象であるアパーチャ像ｐが材料表面の近傍に結像され
ているため、前記光検出器の検出面上に光量のムラを生
起し、該検出器出力に基づく高さ測定値に誤差が混入づ
“ることになる。
この問題を解決するには観測対象であるアパーチャ像を
材料の表面から遠くに離しておけば良いが、像１）を照
射点から離すと第５図から解るＪ：うに材料表面が僅か
に傾斜した場合でも！像ｐ′はｐ″′ の位置に移動
する。その量はアパーチャ像と照射点の距１７と材料の
傾斜角△θとの積に略等しく、前述のように像ｐを照射
点から大きく離した場合には虚像ｐ′とｐ″′ の距離
が大きくずれることになり、僅かの材料面の傾きが材料
の高さのずれとして検知されることになる。
材料の表面から遠くに離しておけば良いが、像１）を照
射点から離すと第５図から解るＪ：うに材料表面が僅か
に傾斜した場合でも！像ｐ′はｐ″′ の位置に移動
する。その量はアパーチャ像と照射点の距１７と材料の
傾斜角△θとの積に略等しく、前述のように像ｐを照射
点から大きく離した場合には虚像ｐ′とｐ″′ の距離
が大きくずれることになり、僅かの材料面の傾きが材料
の高さのずれとして検知されることになる。
本発明はこのような点に鑑みてなされてものであって、
その目的は、光スリツト像を材料面近傍に結像する場合
においても材料面の高さ変位を正確に測定することかで
きるようにした非接触光学的変位測定装置を実現するこ
とにある。
その目的は、光スリツト像を材料面近傍に結像する場合
においても材料面の高さ変位を正確に測定することかで
きるようにした非接触光学的変位測定装置を実現するこ
とにある。
（課題を解決するだめの手段）
前記した課題を解決する本発明は、第１の光学系を用い
てスリット像を材料面近傍に結像し、そのスリット像を
第２の光学系を用いて光検出器上に結像し、その像位置
の変化から材料面の高さ変位を測定するようにした非接
触光学的変位測定装置において、前記第１の光学系にお
いてスリン１〜に均一な照明を行う手段を用いると共に
、第２の光学系を、スリット像のみ光検出器上に結像し
、材料面像は光検出器から前方に所定距離だけ離れた点
に結像するように構成したことを特徴とするものである
。
てスリット像を材料面近傍に結像し、そのスリット像を
第２の光学系を用いて光検出器上に結像し、その像位置
の変化から材料面の高さ変位を測定するようにした非接
触光学的変位測定装置において、前記第１の光学系にお
いてスリン１〜に均一な照明を行う手段を用いると共に
、第２の光学系を、スリット像のみ光検出器上に結像し
、材料面像は光検出器から前方に所定距離だけ離れた点
に結像するように構成したことを特徴とするものである
。
（作用）
検出器の表面にはスーツ１〜像のみ結像し、材料面像は
結像しないように光学系を構成する。
結像しないように光学系を構成する。
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。
。
第１図は本発明の〜実施例を示す構成図である。
図において、１０は光源１からの発光を受けて３８に均
一に照明するケーラー照明系である。１１は材料２から
の反射を受ける対物レンズ、１２は対物レンズ１１の通
過光を受ける拡大レンズである。対物レンズ１１は、材
料の表面に形成されたパターン等の像（材料面像）が丁
度拡大レンズ１２ａの主面上及びその近傍に結像するよ
うな焦点距離をもつものが用いられる。このように構成
された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
一に照明するケーラー照明系である。１１は材料２から
の反射を受ける対物レンズ、１２は対物レンズ１１の通
過光を受ける拡大レンズである。対物レンズ１１は、材
料の表面に形成されたパターン等の像（材料面像）が丁
度拡大レンズ１２ａの主面上及びその近傍に結像するよ
うな焦点距離をもつものが用いられる。このように構成
された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
光源１から出射した光は、ケーラー照明系１０に入って
部材３をケーラー照明し、中央部に形成された開口３ａ
から矩形状のスリット光が出射する。このスリン１−光
は、レンズ４により収束され材お１２の近傍のΔ点にス
ーツ１〜像を結ぶ。Ａ点を通過したスリット光は材料２
の表面に入射し、Ａ′点のスリット像（虚像）から光が
出射されたかのように反射する。この場合において、観
察対象となる開口３ａにはケーラー照明系１０を用いて
ケーラー照明するので、像１の全ての点からは第２図に
示ずＪ：うに材料面に一様に照射される。
部材３をケーラー照明し、中央部に形成された開口３ａ
から矩形状のスリット光が出射する。このスリン１−光
は、レンズ４により収束され材お１２の近傍のΔ点にス
ーツ１〜像を結ぶ。Ａ点を通過したスリット光は材料２
の表面に入射し、Ａ′点のスリット像（虚像）から光が
出射されたかのように反射する。この場合において、観
察対象となる開口３ａにはケーラー照明系１０を用いて
ケーラー照明するので、像１の全ての点からは第２図に
示ずＪ：うに材料面に一様に照射される。
これにより、材料面の反射ムラによる影響を排除するこ
とができる。
とができる。
材料面から反射する光は、光スーツ１〜像成分（図の実
線）と材料面像成分（図の破線）を含んでいる。この内
、光スーツ１〜像成分は、対物レンズ１１．拡大レンズ
１２を経て光検出器６上に結像する、一方、材料面像成
分は対物レンズ１１で収束された後、拡大レンズ１２の
主面上乃至はその近傍に結像する。このため、結像後の
材料面像成分は、このレンズ１２を通過後再び分散する
ので光検出器６の検出面には結像しない。従って、光検
出器６は光スリン１〜像のみ検出するので、正確な測定
を行うことができる。尚、光検出器６の検出結果を基に
材料面の高さの変位を測定する方法については、第３図
、第４図について詳細に説明したものと同じであるので
、ここではその説明を省略する。
線）と材料面像成分（図の破線）を含んでいる。この内
、光スーツ１〜像成分は、対物レンズ１１．拡大レンズ
１２を経て光検出器６上に結像する、一方、材料面像成
分は対物レンズ１１で収束された後、拡大レンズ１２の
主面上乃至はその近傍に結像する。このため、結像後の
材料面像成分は、このレンズ１２を通過後再び分散する
ので光検出器６の検出面には結像しない。従って、光検
出器６は光スリン１〜像のみ検出するので、正確な測定
を行うことができる。尚、光検出器６の検出結果を基に
材料面の高さの変位を測定する方法については、第３図
、第４図について詳細に説明したものと同じであるので
、ここではその説明を省略する。
尚、上述の説明では拐お１面像を拡大レンズ１２の主面
上及びその近傍に結像させた場合を例にとったが、必ず
しも、これに限るものではない。要は光検出器６上に月
利面像が結像しなければよいのであるから、光検出器６
から前方又は後方に所定距離だけ離れた点に結像させれ
ばよいことになる。
上及びその近傍に結像させた場合を例にとったが、必ず
しも、これに限るものではない。要は光検出器６上に月
利面像が結像しなければよいのであるから、光検出器６
から前方又は後方に所定距離だけ離れた点に結像させれ
ばよいことになる。
又、上述の説明では部材３を照明する照明系としてケー
ラー照明系を用いたが必ずしもこれに限るものではなく
これに近い光学系、又は光源１がらの光を略均−な照明
に変換できる光学系であれば、どのＪ：うなものを用い
てもよい。又、光像も必ずしもスリン１へ像に限る必要
はなく、観察対象となる光束断面部から材料面への照明
が、その光束断面の全ての点から一様になるものであれ
ばよい。
ラー照明系を用いたが必ずしもこれに限るものではなく
これに近い光学系、又は光源１がらの光を略均−な照明
に変換できる光学系であれば、どのＪ：うなものを用い
てもよい。又、光像も必ずしもスリン１へ像に限る必要
はなく、観察対象となる光束断面部から材料面への照明
が、その光束断面の全ての点から一様になるものであれ
ばよい。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば、光検出器
上には光スリツト像のみ結像し、月利面像は光検出器面
では分散させることにより正確に光スリツト像を検出す
ることができるので、光スリツト像を材料面近傍に結像
する場合においても月利面の高さ変位を正確に測定する
ことのできる非接触光学的変位測定装置を実現すること
ができる。
上には光スリツト像のみ結像し、月利面像は光検出器面
では分散させることにより正確に光スリツト像を検出す
ることができるので、光スリツト像を材料面近傍に結像
する場合においても月利面の高さ変位を正確に測定する
ことのできる非接触光学的変位測定装置を実現すること
ができる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は像１
の材料面への照射状態を示す図、第３図は従来装置の構
成例を示す図、第４図、第５図は第３図に示す装置の作
用説明図である。 １・・・光源 ２・・・材料３・・・部材
３ａ・・・開口４・・・レンズ
６・・・光検出器１０・・・ケーラー照明系 １１
・・・対物レンズ１２・・・拡大レンズ 特許出願人 日 本 電 子 株 式
会 社代 理 人 弁 理 士
井 島 藤 治外１名 第３ 図 第４ 国司 第５ 図 ！・Δθ
の材料面への照射状態を示す図、第３図は従来装置の構
成例を示す図、第４図、第５図は第３図に示す装置の作
用説明図である。 １・・・光源 ２・・・材料３・・・部材
３ａ・・・開口４・・・レンズ
６・・・光検出器１０・・・ケーラー照明系 １１
・・・対物レンズ１２・・・拡大レンズ 特許出願人 日 本 電 子 株 式
会 社代 理 人 弁 理 士
井 島 藤 治外１名 第３ 図 第４ 国司 第５ 図 ！・Δθ
Claims (2)
- （１）第１の光学系を用いてスリット像を材料面近傍に
結像し、そのスリット像を第２の光学系を用いて光検出
器上に結像し、その像位置の変化から材料面の高さ変位
を測定するようにした非接触光学的変位測定装置におい
て、前記第１の光学系においてスリットに均一な照明を
行う手段を用いると共に、第２の光学系を、スリット像
のみ光検出器上に結像し、材料面像は光検出器から前方
又は後方に所定距離だけ離れた点に結像するように構成
したことを特徴とする非接触光学的変位測定装置。 - （２）前記第１の光学系において、均一な照明を行う手
段としてケーラー照明系を用いたことを特徴する請求項
１記載の非接触光学的変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63043164A JPH01217207A (ja) | 1988-02-25 | 1988-02-25 | 非接触光学的変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63043164A JPH01217207A (ja) | 1988-02-25 | 1988-02-25 | 非接触光学的変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01217207A true JPH01217207A (ja) | 1989-08-30 |
Family
ID=12656232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63043164A Pending JPH01217207A (ja) | 1988-02-25 | 1988-02-25 | 非接触光学的変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01217207A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5760205A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-12 | Jeol Ltd | Exposure be electron beam |
| JPS58119642A (ja) * | 1981-12-31 | 1983-07-16 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | 電子線自動焦点装置 |
-
1988
- 1988-02-25 JP JP63043164A patent/JPH01217207A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5760205A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-12 | Jeol Ltd | Exposure be electron beam |
| JPS58119642A (ja) * | 1981-12-31 | 1983-07-16 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | 電子線自動焦点装置 |
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