JPH0359413A - 位置測定装置 - Google Patents
位置測定装置Info
- Publication number
- JPH0359413A JPH0359413A JP1195484A JP19548489A JPH0359413A JP H0359413 A JPH0359413 A JP H0359413A JP 1195484 A JP1195484 A JP 1195484A JP 19548489 A JP19548489 A JP 19548489A JP H0359413 A JPH0359413 A JP H0359413A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grating
- sample surface
- image
- detector
- lens
- 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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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (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〕
本発明は位置測定装置に関し、特に半導体露光装置・検
査装置におけるウェハ表面の位置計測に適用しうる非接
触型の位置測定装置に関する。
査装置におけるウェハ表面の位置計測に適用しうる非接
触型の位置測定装置に関する。
従来の技術としては、例えば、特開昭５６−２６３２号
公報に示されているように、ウェハ表面に対し斜め方向
から光を照射して反射光の位置からウェハ表面の位置を
測定する方法が挙げられる。
公報に示されているように、ウェハ表面に対し斜め方向
から光を照射して反射光の位置からウェハ表面の位置を
測定する方法が挙げられる。
この方法の従来の位置測定装置は、光源から放射された
光を試料表面上に集光させる手段と、試料表面からの反
射光を検出器に結像させる手段とを含んで構成されてい
る。
光を試料表面上に集光させる手段と、試料表面からの反
射光を検出器に結像させる手段とを含んで構成されてい
る。
次に、従来の位置測定装置について、図面を参照して説
明する。
明する。
第４図は従来の位置測定装置の一例を示すブロック図で
ある。
ある。
第４図に示す位置測定装置は、光源４１と、光源４１か
ら放射された光を試料表面４２上に集光するレンズ４３
と、試料表面４２からの反射光を結像させるレンズ′４
４と、レンズ４４の結像面上に配置された検出器４５と
を含んでいる。この検出器４５としては、２分割検出器
や半導体装置検出素子（以下、ＰＳＤという）等が用い
られ、レンズ４４によって結像されたビーム位置が検出
できるようになっている。
ら放射された光を試料表面４２上に集光するレンズ４３
と、試料表面４２からの反射光を結像させるレンズ′４
４と、レンズ４４の結像面上に配置された検出器４５と
を含んでいる。この検出器４５としては、２分割検出器
や半導体装置検出素子（以下、ＰＳＤという）等が用い
られ、レンズ４４によって結像されたビーム位置が検出
できるようになっている。
そして、試料表面４２の高さが変わると試料表面４２上
のスポット位置が動き、それに伴い検出器４５上でのビ
ーム位置が変化する。したがって、検出器４５上でのビ
ーム位置を検出することにより、試料表面４２の高さを
測定することができる。
のスポット位置が動き、それに伴い検出器４５上でのビ
ーム位置が変化する。したがって、検出器４５上でのビ
ーム位置を検出することにより、試料表面４２の高さを
測定することができる。
ビームの入射角度をθとすると、試料表面がΔｈ屏だけ
変化したときの検出器４５上でのビームの位置ずれΔＸ
は次式で表わされる。
変化したときの検出器４５上でのビームの位置ずれΔＸ
は次式で表わされる。
Δｘ ＝ ２ ｃｏｓθ０Δｈ０ｎ
ｎ：レンズ４４の倍率
検出器４５として用いられる２分割検出器またはＰＳＤ
等は、ａ、ｂ２つの信号を出力し、これら２つの差を演
算することによって、検出器４５に照射されているビー
ム位置を知ることができる。
等は、ａ、ｂ２つの信号を出力し、これら２つの差を演
算することによって、検出器４５に照射されているビー
ム位置を知ることができる。
しかし、試料表面４２の反射率の変化等により、検出器
４５に入射するビーム強度が変動すると、位置測定誤差
が発生し、試料表面４２の正確な高さの測定ができなく
なる。
４５に入射するビーム強度が変動すると、位置測定誤差
が発生し、試料表面４２の正確な高さの測定ができなく
なる。
そこで、第４図に示した従来の位置測定装置では、検出
器４５の出力ａ、ｂは、減算器４６で減算されるととも
に、加算器４７で加算される。そして、割算器４８によ
って減算器４６の出力（ａ−ｂ）を加算器４７の出力（
ａ＋ｂ）で割って規格化することにより、検出器４５に
入射するビームの強度変化に影響をうけない位置ずれ信
号を得ている。
器４５の出力ａ、ｂは、減算器４６で減算されるととも
に、加算器４７で加算される。そして、割算器４８によ
って減算器４６の出力（ａ−ｂ）を加算器４７の出力（
ａ＋ｂ）で割って規格化することにより、検出器４５に
入射するビームの強度変化に影響をうけない位置ずれ信
号を得ている。
以上のような従来の位置測定装置は、縮小投影方式の半
導体露光装置（ステラノリにおいて、投影レンズの焦点
をウェハ表面に合わせるためのウェハ表面の高さ測定に
良く用いられている。ところが、ステッパの露光領域は
、通常１５ｍａ＋Ｘ１５ｍｍ程度であり、正確に焦点合
わせを行うためには露光領域内のウェハ表面の平均的な
高さを知る必要がある。これはウェハには反りや加工に
よる凹凸があり、露光領域内の高さが一定とは限らない
ためである。
導体露光装置（ステラノリにおいて、投影レンズの焦点
をウェハ表面に合わせるためのウェハ表面の高さ測定に
良く用いられている。ところが、ステッパの露光領域は
、通常１５ｍａ＋Ｘ１５ｍｍ程度であり、正確に焦点合
わせを行うためには露光領域内のウェハ表面の平均的な
高さを知る必要がある。これはウェハには反りや加工に
よる凹凸があり、露光領域内の高さが一定とは限らない
ためである。
第４図に示した従来の位置測定装置では、光をスポット
状に集光し、そのスポット位置の変化を検出するために
、試料表面４２上のスポット位置における高さしか測定
できない。試料表面４２上のスポット径を大きくすれば
、それだけ平均的な高さを知ることができるが、検出器
４５上に形成されるスポット径も大きくなり、位置検出
の分解能が低下する。
状に集光し、そのスポット位置の変化を検出するために
、試料表面４２上のスポット位置における高さしか測定
できない。試料表面４２上のスポット径を大きくすれば
、それだけ平均的な高さを知ることができるが、検出器
４５上に形成されるスポット径も大きくなり、位置検出
の分解能が低下する。
したがって、より正確にウェノ）表面の平均的な高さを
知るために、第４図に示した位置測定装置を複数個設け
て、多点におけるウェハ表面の高さを求める方法が考え
られ、実際に装置に適用されているが、光学系が増大し
、装置全体が複雑になる。
知るために、第４図に示した位置測定装置を複数個設け
て、多点におけるウェハ表面の高さを求める方法が考え
られ、実際に装置に適用されているが、光学系が増大し
、装置全体が複雑になる。
上述した従来の位置測定装置は、試料表面上にビームを
スポット状に集光するために、試料表面内の一点におけ
る高さしか測定することができないので、試料表面に反
りや凹凸があった場合に正確な位置を検出することがで
きないという欠点を有している。
スポット状に集光するために、試料表面内の一点におけ
る高さしか測定することができないので、試料表面に反
りや凹凸があった場合に正確な位置を検出することがで
きないという欠点を有している。
また、従来の位置測定装置は、正確に位置を検出するた
めには、同じ構成の位置測定装置が複数個必要になり、
装置全体が複雑になって高価になるという欠点を有して
いる。
めには、同じ構成の位置測定装置が複数個必要になり、
装置全体が複雑になって高価になるという欠点を有して
いる。
本発明の位置測定装置は、試料表面に対し斜め方向から
第１の格子による第１の格子像を投影する投影光学系と
、前記試料表面で反射した前記第１の格子像を再び結像
させて第２の格子像を形成する受光光学系と、前記受光
光学系の結像面に配置した第２の格子と、前記第２の格
子を通過した光量を検出する検出器と、前記試料表面に
投影された第１の格子像を振動させる手段と、前記第１
の格子像を振動させる手段によって変調された前記検出
器の出力を位相検波する手段とを含んで構成されている
。
第１の格子による第１の格子像を投影する投影光学系と
、前記試料表面で反射した前記第１の格子像を再び結像
させて第２の格子像を形成する受光光学系と、前記受光
光学系の結像面に配置した第２の格子と、前記第２の格
子を通過した光量を検出する検出器と、前記試料表面に
投影された第１の格子像を振動させる手段と、前記第１
の格子像を振動させる手段によって変調された前記検出
器の出力を位相検波する手段とを含んで構成されている
。
次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明の位置測定装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
第１図に示す位置測定装置は、第１の格子である振動格
子ｌと、振動格子ｌを投影するための光源２と、振動格
子ｌの像を試料表面３上に結像させるレンズ４と、試料
表面３で反射された振動格子ｌの像を再び結像させるレ
ンズ５と、レンズ５の結像面に配置された第２の格子で
ある固定格子６と、固定格子６を透過する光量を検出す
る検出器であるフォトディテクタ７と、フォトディテク
タ７の出力を増幅するアンプ８と、振動格子ｌを加振す
る加振器９と、加振器９に駆動信号を与える発振器ｌＯ
と、発振器ｌＯの出力を参照信号にしてアンプ８の出力
を位相検波するロックインアンプＩＩとを含んで構成さ
れている。
子ｌと、振動格子ｌを投影するための光源２と、振動格
子ｌの像を試料表面３上に結像させるレンズ４と、試料
表面３で反射された振動格子ｌの像を再び結像させるレ
ンズ５と、レンズ５の結像面に配置された第２の格子で
ある固定格子６と、固定格子６を透過する光量を検出す
る検出器であるフォトディテクタ７と、フォトディテク
タ７の出力を増幅するアンプ８と、振動格子ｌを加振す
る加振器９と、加振器９に駆動信号を与える発振器ｌＯ
と、発振器ｌＯの出力を参照信号にしてアンプ８の出力
を位相検波するロックインアンプＩＩとを含んで構成さ
れている。
なお、固定格子６上に投影される振動格子ｌの像のピッ
チと固定格子６のピッチとは、等しくなるように設計し
ている。
チと固定格子６のピッチとは、等しくなるように設計し
ている。
振動格子ｌが試料表面３に投影される照射角をθとする
と、試料表面３の高さの変化Δｈと固定格子６上での振
動格子ｌの像の変位ΔＸとの関係は、レンズ５の光学的
倍率なｎとすると、Δに＝２ｃｏｓθ・Δｈ−ｎ で表わされる。
と、試料表面３の高さの変化Δｈと固定格子６上での振
動格子ｌの像の変位ΔＸとの関係は、レンズ５の光学的
倍率なｎとすると、Δに＝２ｃｏｓθ・Δｈ−ｎ で表わされる。
したがって、振動格子ｌの像の位相変化Δφは、Δｘ＝
Ｐ・Δφ／２ｙｒ＝２ｃｏｓθ・Δｈ−ｎ、°、Δφ＝
４ｘｎｃｏｓθ・Δｈ／Ｐ〔ｒａｄ：］ただし、Ｐは固
定格子６のピッチ となり、試料表面３の高さの変化Δｈに伴い振動格子ｌ
の像の空間的位相が変化することになる。
Ｐ・Δφ／２ｙｒ＝２ｃｏｓθ・Δｈ−ｎ、°、Δφ＝
４ｘｎｃｏｓθ・Δｈ／Ｐ〔ｒａｄ：］ただし、Ｐは固
定格子６のピッチ となり、試料表面３の高さの変化Δｈに伴い振動格子ｌ
の像の空間的位相が変化することになる。
このことは、振動格子１と等しいピッチを持つ固定格子
６を透過する光量Ｉが周期的に変化することを示してい
る。
６を透過する光量Ｉが周期的に変化することを示してい
る。
第２図は第１図における試料表面３の高さの変化Δｈと
固定格子６を透過する光量Ｉとの関係の一例を示すグラ
フである。第２図に示すように、試料表面３の高さの変
化Δｈに換算して周期がＰ／２ｎｃｏｓθの周期的な信
号となる。
固定格子６を透過する光量Ｉとの関係の一例を示すグラ
フである。第２図に示すように、試料表面３の高さの変
化Δｈに換算して周期がＰ／２ｎｃｏｓθの周期的な信
号となる。
本実施例では、高精度に試料表面３の位置を測定するた
めに、加振器９によって振動格子ｌを一定周波数で微小
振動させ固定格子６上に投影される振動格子ｌの像の空
間的位相に変調をかける。
めに、加振器９によって振動格子ｌを一定周波数で微小
振動させ固定格子６上に投影される振動格子ｌの像の空
間的位相に変調をかける。
したがって、フォトディテクタ７では変調された信号が
検出されてアンプ８で増幅され、加振器９を駆動する発
振器ｌＯの出力を参照信号にして変調された信号をロッ
クインアンプ１１で位相検波することにより、高精度な
位置ずれ信号を得ることができる。
検出されてアンプ８で増幅され、加振器９を駆動する発
振器ｌＯの出力を参照信号にして変調された信号をロッ
クインアンプ１１で位相検波することにより、高精度な
位置ずれ信号を得ることができる。
第３図は第１図における試料表面３の高さの変化Δｈと
ロックインアンプ１１の出力との関係の一例を示すグラ
フである。第３図に示す位置ずれ信号は、第２図に示し
た光量Ｉの変化の曲線の微分曲線となり、光量Ｉの最大
値および最小値がゼロクロス点になる。
ロックインアンプ１１の出力との関係の一例を示すグラ
フである。第３図に示す位置ずれ信号は、第２図に示し
た光量Ｉの変化の曲線の微分曲線となり、光量Ｉの最大
値および最小値がゼロクロス点になる。
このゼロクロス点の近傍でのりニアリティは良く、本実
施例の位置測定装置を焦点合わせ機構に適用する場合に
は、ロックインアンプ１１の出力がゼロとなる点で合焦
点となるように調整する。
施例の位置測定装置を焦点合わせ機構に適用する場合に
は、ロックインアンプ１１の出力がゼロとなる点で合焦
点となるように調整する。
このゼロクロス点は、試料表面３の反射率変化による光
量ｌの変動が生じても、変動することがないので、試料
表面３の反射率に影響をうけない高精度な焦点合わせが
実現できる。
量ｌの変動が生じても、変動することがないので、試料
表面３の反射率に影響をうけない高精度な焦点合わせが
実現できる。
に、ある面積を持った第１の格子の像を試料表面に投影
し、試料表面から反射した第１の格子の像の空間的位相
変化を検出して試料表面の高さを測定するために、試料
表面のある面積内の平均的な高さを高精度に測定するこ
とができるという効果を有している。
し、試料表面から反射した第１の格子の像の空間的位相
変化を検出して試料表面の高さを測定するために、試料
表面のある面積内の平均的な高さを高精度に測定するこ
とができるという効果を有している。
第１図は本発明の位置測定装置の一実施例を示すブロッ
ク図、第２図は第１図における試料表面３の高さの変化
Δｈと固定格子６を透過する光量Ｉとの関係の一例を示
すグラフ、第３図は第１図における試料表面３の高さの
変化Δｈとロックインアンプ１１の出力との関係の一例
を示すグラフ、第４図は従来の位置測定装置の一例を示
すブロック図である。 １・・・・・・振動格子、２・・・・・・光源、３・・
・・・・試料表面、４．５・・・・・・レンズ、６・・
・・・・固定格子、７・・・・・・フォトディテクタ、
８・・・・・・アンプ、９・・・・・・加振器、ｌＯ・
・・・・・発ｍ器、１１・・・・・・ロフィンアンプ、
４１・・・・・・光源、４２・・・・・・試料表面、４
３，４４・・・・・・レンズ、４５・・・・・・検出器
、４６・・・・・・減算器、４７・・・・・・加算器、
４８・・・・・・割算器。
ク図、第２図は第１図における試料表面３の高さの変化
Δｈと固定格子６を透過する光量Ｉとの関係の一例を示
すグラフ、第３図は第１図における試料表面３の高さの
変化Δｈとロックインアンプ１１の出力との関係の一例
を示すグラフ、第４図は従来の位置測定装置の一例を示
すブロック図である。 １・・・・・・振動格子、２・・・・・・光源、３・・
・・・・試料表面、４．５・・・・・・レンズ、６・・
・・・・固定格子、７・・・・・・フォトディテクタ、
８・・・・・・アンプ、９・・・・・・加振器、ｌＯ・
・・・・・発ｍ器、１１・・・・・・ロフィンアンプ、
４１・・・・・・光源、４２・・・・・・試料表面、４
３，４４・・・・・・レンズ、４５・・・・・・検出器
、４６・・・・・・減算器、４７・・・・・・加算器、
４８・・・・・・割算器。
Claims (1)
- 試料表面に対し斜め方向から第１の格子による第１の格
子像を投影する投影光学系と、前記試料表面で反射した
前記第１の格子像を再び結像させて第２の格子像を形成
する受光光学系と、前記受光光学系の結像面に配置した
第２の格子と、前記第２の格子を通過した光量を検出す
る検出器と、前記試料表面に投影された第１の格子像を
振動させる手段と、前記第１の格子像を振動させる手段
によって変調された前記検出器の出力を位相検波する手
段とを含むことを特徴とする位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1195484A JPH0359413A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1195484A JPH0359413A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 位置測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0359413A true JPH0359413A (ja) | 1991-03-14 |
Family
ID=16341855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1195484A Pending JPH0359413A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0359413A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019534474A (ja) * | 2016-11-02 | 2019-11-28 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 高さセンサ、リソグラフィ装置、及びデバイスを製造するための方法 |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP1195484A patent/JPH0359413A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019534474A (ja) * | 2016-11-02 | 2019-11-28 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 高さセンサ、リソグラフィ装置、及びデバイスを製造するための方法 |
| US11467505B2 (en) | 2016-11-02 | 2022-10-11 | Asml Netherlands B.V. | Height sensor, lithographic apparatus and method for manufacturing devices |
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