JPH0365913A - 光学システムおよびこれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents
光学システムおよびこれを用いたデバイス製造方法Info
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- JPH0365913A JPH0365913A JP2188176A JP18817690A JPH0365913A JP H0365913 A JPH0365913 A JP H0365913A JP 2188176 A JP2188176 A JP 2188176A JP 18817690 A JP18817690 A JP 18817690A JP H0365913 A JPH0365913 A JP H0365913A
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0052—Optical details of the image generation
- G02B21/0072—Optical details of the image generation details concerning resolution or correction, including general design of CSOM objectives
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70641—Focus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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]
本発明は主に、光学システム(例えば共焦点顕微鏡)と
、デバイス(例えば半導体デバイス)の製造へのこの種
の顕微鏡の応用とに関する。
、デバイス(例えば半導体デバイス)の製造へのこの種
の顕微鏡の応用とに関する。
[従来の技術]
半導体デバイスのような特定デバイスの製造過程におい
て、リソグラフィプロセスは、シリコンウェハ、または
、例えば金属、二酸化シリコンあるいは多結晶シリコン
で全体的あるいは部分的に覆われている処理中のシリコ
ンウェハ、のような基板をパターン形成するために用い
られる。すなわち、基板は、レジストと呼ばれる感エネ
ルギー性材料でコートされている。そして、レジストの
選択部分をある形態のエネルギーに晒すことで、晒され
た部分をレジストの無い状態にする。より一般的には、
所与の現像剤やエツチング液に対する露出部分の溶解度
や反応度に変化を引き起こす。
て、リソグラフィプロセスは、シリコンウェハ、または
、例えば金属、二酸化シリコンあるいは多結晶シリコン
で全体的あるいは部分的に覆われている処理中のシリコ
ンウェハ、のような基板をパターン形成するために用い
られる。すなわち、基板は、レジストと呼ばれる感エネ
ルギー性材料でコートされている。そして、レジストの
選択部分をある形態のエネルギーに晒すことで、晒され
た部分をレジストの無い状態にする。より一般的には、
所与の現像剤やエツチング液に対する露出部分の溶解度
や反応度に変化を引き起こす。
続いて、レジストのより溶解しやすい、即ち反応しやす
い部分が除去され、レジストがパターニングされる。そ
してレジストの除去された基板部分が処理される(例え
ば、パターニングされたレジストを通して、エツチング
され、不純物注入され、または金属蒸着される)。
い部分が除去され、レジストがパターニングされる。そ
してレジストの除去された基板部分が処理される(例え
ば、パターニングされたレジストを通して、エツチング
され、不純物注入され、または金属蒸着される)。
前記のパターン形成方法に関する最大の関心は、パター
ン形成されたレジストから基板へパターンを転写する際
の十分な線幅制御を達成することである。この十分な線
幅制御を保証するために、従来の光学顕微鏡が広く使用
されており、パターン形成されたレジストの線幅とパタ
ーン形成された基板でのデバイスの線幅とが測定されて
いる。選択的に、これら顕微鏡は、いわゆるノックオフ
パターン(所望デバイスパターンを表現しているが、基
板の1以上の部分において形成され破棄されることで製
品としてのデバイスには含まれないパターン)の線幅を
測定するために使われている。もし測定された線幅が要
求基準を満たせば、基板内に形成されるデバイスは完成
する。もしそうでなければ、例えば、(要求基準を満た
さない)パターン形成されたレジストは取り除かれ、新
しいパターン形成されたレジストが作られる、あるいは
(要求基準を満たさない)パターン形成された基板は廃
棄される。
ン形成されたレジストから基板へパターンを転写する際
の十分な線幅制御を達成することである。この十分な線
幅制御を保証するために、従来の光学顕微鏡が広く使用
されており、パターン形成されたレジストの線幅とパタ
ーン形成された基板でのデバイスの線幅とが測定されて
いる。選択的に、これら顕微鏡は、いわゆるノックオフ
パターン(所望デバイスパターンを表現しているが、基
板の1以上の部分において形成され破棄されることで製
品としてのデバイスには含まれないパターン)の線幅を
測定するために使われている。もし測定された線幅が要
求基準を満たせば、基板内に形成されるデバイスは完成
する。もしそうでなければ、例えば、(要求基準を満た
さない)パターン形成されたレジストは取り除かれ、新
しいパターン形成されたレジストが作られる、あるいは
(要求基準を満たさない)パターン形成された基板は廃
棄される。
周知のように、従来の光学@微鏡の分解能限界は、顕微
鏡の対物レンズの回折の限界、すなわちλ/2NAであ
る(ここで、λは光の波長、NAは開口数)。半導体デ
バイス内の構造は、現在1マイクロメーター(μm)と
同じか、あるいはより小さく、またこの構造の大きさは
(可視波長で機能する)従来の光学顕微鏡の分解能限界
に近づきつつあるので、分解能の優れた線幅測定装置が
必要となってきた。
鏡の対物レンズの回折の限界、すなわちλ/2NAであ
る(ここで、λは光の波長、NAは開口数)。半導体デ
バイス内の構造は、現在1マイクロメーター(μm)と
同じか、あるいはより小さく、またこの構造の大きさは
(可視波長で機能する)従来の光学顕微鏡の分解能限界
に近づきつつあるので、分解能の優れた線幅測定装置が
必要となってきた。
実際に、従来の光学顕微鏡より小さい分解能を示す顕微
鏡は、従来の共焦点顕微鏡である。第1図に示されてい
るものが、従来の共焦点顕微鏡lOであり、一般に、光
が2回通過する単一の対物レンズ30を有している。す
なわち、ピンホール20により開口された光は、対物レ
ンズ30により試料40上に焦点を合わされ、試料40
から反射した光は、レンズ30によりピンホール20上
に焦点を合わされ、そこで光が検知される。開口(アパ
ーチャ)20はピンホールで、本明細書の目的では、開
口の所定の大きさ(例えば、直径)は、レンズ30の長
共役距離での(すなわちピンホール20での)レンズ3
0の回折限界より小さくなる。周知のように、従来の共
焦点顕微鏡10は、従来の光学顕微鏡に比較して焦点深
度が比較的浅い。結果的に、従来の共焦点顕微鏡は、試
料40の表面での例えば階段状の構造物の上段と下段の
間で比較的はっきりしたコントラストを得ることができ
る。階段状構造物の端がより正確に決定されるので、実
際に、従来の共焦点顕微鏡は、従来の光学顕微鏡により
得られた垂直方向の分解能より小さな垂直方向の分解能
を達成している。
鏡は、従来の共焦点顕微鏡である。第1図に示されてい
るものが、従来の共焦点顕微鏡lOであり、一般に、光
が2回通過する単一の対物レンズ30を有している。す
なわち、ピンホール20により開口された光は、対物レ
ンズ30により試料40上に焦点を合わされ、試料40
から反射した光は、レンズ30によりピンホール20上
に焦点を合わされ、そこで光が検知される。開口(アパ
ーチャ)20はピンホールで、本明細書の目的では、開
口の所定の大きさ(例えば、直径)は、レンズ30の長
共役距離での(すなわちピンホール20での)レンズ3
0の回折限界より小さくなる。周知のように、従来の共
焦点顕微鏡10は、従来の光学顕微鏡に比較して焦点深
度が比較的浅い。結果的に、従来の共焦点顕微鏡は、試
料40の表面での例えば階段状の構造物の上段と下段の
間で比較的はっきりしたコントラストを得ることができ
る。階段状構造物の端がより正確に決定されるので、実
際に、従来の共焦点顕微鏡は、従来の光学顕微鏡により
得られた垂直方向の分解能より小さな垂直方向の分解能
を達成している。
加えて、従来の共焦点顕微鏡は、従来の光学顕微鏡によ
り得られた水平方向の分解能より1/、ffはど小さい
水平方向の分解能を達成している。
り得られた水平方向の分解能より1/、ffはど小さい
水平方向の分解能を達成している。
従来の共焦点顕微鏡の利用が提案されてきており、半導
体デバイス製造過程で、線幅測定において現在おそらく
広く使用されている。しかし、将来の半導体デバイスは
現在のデバイスの構造よりはるかに小さな構造を持つで
あろうことが予想されるので、従来の共焦点顕微鏡が示
す焦点深度や分解能より、小さな焦点深度を、また実際
に小さな分解能を示す顕微鏡が求められている。
体デバイス製造過程で、線幅測定において現在おそらく
広く使用されている。しかし、将来の半導体デバイスは
現在のデバイスの構造よりはるかに小さな構造を持つで
あろうことが予想されるので、従来の共焦点顕微鏡が示
す焦点深度や分解能より、小さな焦点深度を、また実際
に小さな分解能を示す顕微鏡が求められている。
[発明の概要]
本発明は、従来の共焦点顕微鏡より小さな有効焦点深度
とより小さな有効分解能を示す新しい共焦点顕微鏡を含
む。この新しい共焦点顕微鏡は、従来の共焦点顕微鏡と
同様に、対物レンズを有する。しかし、従来の共焦点顕
微鏡とは対照的に、新しい共焦点顕微鏡は、対物レンズ
を通り抜ける入射光の多重通過(例えば、3回、4回、
5回、6回、7回あるいはより多い通過)を達成する構
造を有する。対物レンズを通り抜ける光の、これら多重
通過は、異なる反射率および/または異なる焦点の領域
間(例えば、階段状構造の上段と下段の間)でのコント
ラストを連続的に増加させ、従って事実上焦点深度を連
続的に減少させる。結果的に、例えば階段状構造の端の
位置が、従来の共焦点顕微鏡よりも正確に決定され、よ
って分解能が有効に増強されている。この分解能の増強
は、一般に、比較的長い構造に対して、そのような構造
の幅に関してのみ達成される。すなわち、そのような構
造の幅のみがより正確に決定される。
とより小さな有効分解能を示す新しい共焦点顕微鏡を含
む。この新しい共焦点顕微鏡は、従来の共焦点顕微鏡と
同様に、対物レンズを有する。しかし、従来の共焦点顕
微鏡とは対照的に、新しい共焦点顕微鏡は、対物レンズ
を通り抜ける入射光の多重通過(例えば、3回、4回、
5回、6回、7回あるいはより多い通過)を達成する構
造を有する。対物レンズを通り抜ける光の、これら多重
通過は、異なる反射率および/または異なる焦点の領域
間(例えば、階段状構造の上段と下段の間)でのコント
ラストを連続的に増加させ、従って事実上焦点深度を連
続的に減少させる。結果的に、例えば階段状構造の端の
位置が、従来の共焦点顕微鏡よりも正確に決定され、よ
って分解能が有効に増強されている。この分解能の増強
は、一般に、比較的長い構造に対して、そのような構造
の幅に関してのみ達成される。すなわち、そのような構
造の幅のみがより正確に決定される。
すなわち、本発明は、従来の共焦点顕微鏡より小さな有
効焦点深度と、より小さな有効分解能とを示す新しい共
焦点顕微鏡を提供するものであり、また、線幅制御が新
しい共焦点顕微鏡を用いてなされるデバイス製造方法を
も提供するものである。
効焦点深度と、より小さな有効分解能とを示す新しい共
焦点顕微鏡を提供するものであり、また、線幅制御が新
しい共焦点顕微鏡を用いてなされるデバイス製造方法を
も提供するものである。
[実施例コ
第2図を参照すると、本発明の共焦点顕微鏡50の第一
の実施例は、光源60(例えば、ヘリウム−ネオンレー
ザ−やアルゴンイオンレーザ−のようなレーザー)を有
する。光源60により生成される光は、好ましい右円偏
光あるいは左円偏光、または有効な(右円偏光と左円偏
光の両方からなる)直線偏光を含むことが必要である。
の実施例は、光源60(例えば、ヘリウム−ネオンレー
ザ−やアルゴンイオンレーザ−のようなレーザー)を有
する。光源60により生成される光は、好ましい右円偏
光あるいは左円偏光、または有効な(右円偏光と左円偏
光の両方からなる)直線偏光を含むことが必要である。
もし、例えば、光源60がレーザー(一般に直線偏光を
生成する)ならば、本発明の共焦点顕微鏡50は、入射
直線偏光を円偏光に変換するために、レーザーにより発
せられる光の経路中に位置する四分の一波長板70(あ
るいは機能的に同等なもの)を有するのが好ましい。本
質的ではないが、顕微鏡50は、開口(アパーチャ)上
に四分の一波長板70から生じる円偏光の焦点を合わせ
る役割を果たす集光レンズ80を有するのもまた好まし
い。
生成する)ならば、本発明の共焦点顕微鏡50は、入射
直線偏光を円偏光に変換するために、レーザーにより発
せられる光の経路中に位置する四分の一波長板70(あ
るいは機能的に同等なもの)を有するのが好ましい。本
質的ではないが、顕微鏡50は、開口(アパーチャ)上
に四分の一波長板70から生じる円偏光の焦点を合わせ
る役割を果たす集光レンズ80を有するのもまた好まし
い。
従来の共焦点顕微鏡と同様に、本発明の共焦点顕微鏡5
0は、共焦点顕微鏡50の対物レンズ30の長共役回折
限界より小さな断面寸法を持つビームを定める役割を果
たす開口された表面を有する。しかし、この実施例では
、第2図と第3図に示されるように、ビームはスリット
100(この部分は、集光レンズ80から生じる光の経
路に位置する)を有する不透明表面90により、実質土
足められる。表面90は不透明で、本発明の目的のため
には、表面上への入射光の約10%のみ(約1%のみが
好ましい)を透過するよう設定される。望ましいビーム
を得るために、スリット幅Wは、対物レンズの長共役回
折限界より小さくすべきである。考慮すべきは、以下で
議論するように、スリット100への入射光は、スリッ
トに沿った異なる位置で、スリット100を多重通過す
るのと同様に、対物レンズ30を多重通過する。
0は、共焦点顕微鏡50の対物レンズ30の長共役回折
限界より小さな断面寸法を持つビームを定める役割を果
たす開口された表面を有する。しかし、この実施例では
、第2図と第3図に示されるように、ビームはスリット
100(この部分は、集光レンズ80から生じる光の経
路に位置する)を有する不透明表面90により、実質土
足められる。表面90は不透明で、本発明の目的のため
には、表面上への入射光の約10%のみ(約1%のみが
好ましい)を透過するよう設定される。望ましいビーム
を得るために、スリット幅Wは、対物レンズの長共役回
折限界より小さくすべきである。考慮すべきは、以下で
議論するように、スリット100への入射光は、スリッ
トに沿った異なる位置で、スリット100を多重通過す
るのと同様に、対物レンズ30を多重通過する。
結果的に、スリット長りは、この多重通過をできるよう
十分長くなければならない。
十分長くなければならない。
スリット100を使用するよりもむしろ、間隔をおいて
配置された複数のピンホールが、スリットの代わりに採
用されている。スリットと同様にピンホールの大きさは
、対物レンズの長共役限界よりも小さくなければならな
い。
配置された複数のピンホールが、スリットの代わりに採
用されている。スリットと同様にピンホールの大きさは
、対物レンズの長共役限界よりも小さくなければならな
い。
スリッ)100を通過する最初の入射光の多重通過を実
現するために、また従来の共焦点igIIR鏡と対照的
に、本発明の共焦点顕微鏡50はまた、集光レンズ80
から生じる光の経路外で、スリットの後ろに位置した、
スリットlOOへの入射光を少なくとも部分的に反射す
る、実質上平坦な表面110をも有する。表面110は
、対物レンズとスリット100を通り抜は表面11oに
当たり、スリット100を逆に対物レンズへと通り抜け
る光を少なくとも部分的に反射する役割を果たす。
現するために、また従来の共焦点igIIR鏡と対照的
に、本発明の共焦点顕微鏡50はまた、集光レンズ80
から生じる光の経路外で、スリットの後ろに位置した、
スリットlOOへの入射光を少なくとも部分的に反射す
る、実質上平坦な表面110をも有する。表面110は
、対物レンズとスリット100を通り抜は表面11oに
当たり、スリット100を逆に対物レンズへと通り抜け
る光を少なくとも部分的に反射する役割を果たす。
いくつかの場合においては、平坦な反射表面を使用する
よりもむしろ、それぞれが一般に少なくとも部分的に反
射する二つの表面(横に並んだ)を有する、複数の従来
の逆反射板を使用することが望ましい。
よりもむしろ、それぞれが一般に少なくとも部分的に反
射する二つの表面(横に並んだ)を有する、複数の従来
の逆反射板を使用することが望ましい。
開口されたビームを定める表面90と反射表面110と
は、第2図で示される実施例では二つの異なる部分を構
成するが、この二つの部分によりなされる二つの機能は
、容易に単一の部分に合体される。例えば、第4図と第
5図に示されるように、表面90と表面110は、ピン
ホール(第4図)あるいはスリット(第5図)の形の開
口(アパーチャ)130と線状反射1140とを有する
単一表面120で容易に変更される。開口130は、表
面120の不透明部分122内に位置され、線状反射鏡
は、表面120の光学的に透明なあるいは吸収のある部
分124内に位置される。
は、第2図で示される実施例では二つの異なる部分を構
成するが、この二つの部分によりなされる二つの機能は
、容易に単一の部分に合体される。例えば、第4図と第
5図に示されるように、表面90と表面110は、ピン
ホール(第4図)あるいはスリット(第5図)の形の開
口(アパーチャ)130と線状反射1140とを有する
単一表面120で容易に変更される。開口130は、表
面120の不透明部分122内に位置され、線状反射鏡
は、表面120の光学的に透明なあるいは吸収のある部
分124内に位置される。
従来の共焦点顕微鏡と同様、第2図に示されるように、
本発明の顕微鏡50は、スリット100により透過され
た光を試料40上に、直接反射された光を逆にスリット
100へと、焦点を合わせる役割を果たす。しかし、従
来の共焦点顕微鏡と対照的に、本発明の顕微ff150
はまた、デバイス160を有するが、このデバイスは、
スリットlOOと対物レンズ30との間に位置され、デ
バイス中を光が順調に通過する間、デバイス160の(
仮想)軸210に対して、(第2図に示されるように)
右回りあるいは左回りどちらかの方向へ、入射光の方向
角を適切に増す役割を果たす。加えて、本発明の本質で
はないが、本発明の顕微鏡50はさらに、スリット10
0とデバイス160との間に位置され、デバイス160
と対物レンズ30とへ光を方向付ける役割を果たす、視
野レンズ150を有する。注意すべきは、もし視野レン
ズ150が採用されると、デバイス16oは、視!lI
Pレンズ150と対物レンズ30との共通の焦点に位置
されることが望ましいことである。
本発明の顕微鏡50は、スリット100により透過され
た光を試料40上に、直接反射された光を逆にスリット
100へと、焦点を合わせる役割を果たす。しかし、従
来の共焦点顕微鏡と対照的に、本発明の顕微ff150
はまた、デバイス160を有するが、このデバイスは、
スリットlOOと対物レンズ30との間に位置され、デ
バイス中を光が順調に通過する間、デバイス160の(
仮想)軸210に対して、(第2図に示されるように)
右回りあるいは左回りどちらかの方向へ、入射光の方向
角を適切に増す役割を果たす。加えて、本発明の本質で
はないが、本発明の顕微鏡50はさらに、スリット10
0とデバイス160との間に位置され、デバイス160
と対物レンズ30とへ光を方向付ける役割を果たす、視
野レンズ150を有する。注意すべきは、もし視野レン
ズ150が採用されると、デバイス16oは、視!lI
Pレンズ150と対物レンズ30との共通の焦点に位置
されることが望ましいことである。
本発明に沿って、デバイス160は、四分の一波長板1
70と200との間に複屈折光学素子(例えば、複屈折
レンズ、あるいは例えば二等辺三角形の形をした複屈折
プリズム)を有する。複屈折光学素子は、入射直線偏光
に対し、光の偏光方向によって、二つの屈折率のいずれ
かを示す。
70と200との間に複屈折光学素子(例えば、複屈折
レンズ、あるいは例えば二等辺三角形の形をした複屈折
プリズム)を有する。複屈折光学素子は、入射直線偏光
に対し、光の偏光方向によって、二つの屈折率のいずれ
かを示す。
このような素子は光軸と呼ばれる軸により特徴付けられ
るが、入射光はこの軸に沿って、偏光方向に関わらず、
同じ屈折率を経る。デバイス160は、四分の一波長板
170と200との間に位置される二つの複屈折プリズ
ム180と190とを有するが、プリズム180の光軸
は紙面に垂直ね方向を向き、プリズム190の光軸はプ
リズム180の光軸に垂直で、(仮想)軸210に垂直
な方向を向いている。さらに、プリズム180と190
とは、第2図に示されるように、従来ウオラストン(W
ollaston)プリズムと呼ばれるプリズムを形成
するように互いに結合される。
るが、入射光はこの軸に沿って、偏光方向に関わらず、
同じ屈折率を経る。デバイス160は、四分の一波長板
170と200との間に位置される二つの複屈折プリズ
ム180と190とを有するが、プリズム180の光軸
は紙面に垂直ね方向を向き、プリズム190の光軸はプ
リズム180の光軸に垂直で、(仮想)軸210に垂直
な方向を向いている。さらに、プリズム180と190
とは、第2図に示されるように、従来ウオラストン(W
ollaston)プリズムと呼ばれるプリズムを形成
するように互いに結合される。
デバイス160の動作は第6図に示されているが、第6
図を参照して容易に理解できる。すなわち、入射光が(
右または左)円偏光であり、かつ最初に11111とラ
ベルされた光経路を通ると仮定すると、四分の一波長板
170を通った後で、光は直線偏光され、伝播方向に垂
直で(入射光が右円偏光か左円偏光かによって)プリズ
ム180あるいはプリズム190の光軸に平行に並ぶ偏
光方向を持つ。プリズム180内で、光はプリズム18
0に関する二つの屈折率の一つを経て、プリズム190
内ではもう一方の反射率を経る。二つのプリズムを通り
伝播する際に、光は途中で経る二つの屈折率の大きさに
よって決定される補正屈折(スネルの法則に支配される
)を経る。例えば、第6図に示されるように、補正屈折
は、伝播方向が次第に偏光される(すなわち、第6図に
示されるように、右回りの方向に回転される)ようにな
り得る。注意すべきことは、四分の一波長板2゜Oを通
る際、光は再び円偏光となることである。
図を参照して容易に理解できる。すなわち、入射光が(
右または左)円偏光であり、かつ最初に11111とラ
ベルされた光経路を通ると仮定すると、四分の一波長板
170を通った後で、光は直線偏光され、伝播方向に垂
直で(入射光が右円偏光か左円偏光かによって)プリズ
ム180あるいはプリズム190の光軸に平行に並ぶ偏
光方向を持つ。プリズム180内で、光はプリズム18
0に関する二つの屈折率の一つを経て、プリズム190
内ではもう一方の反射率を経る。二つのプリズムを通り
伝播する際に、光は途中で経る二つの屈折率の大きさに
よって決定される補正屈折(スネルの法則に支配される
)を経る。例えば、第6図に示されるように、補正屈折
は、伝播方向が次第に偏光される(すなわち、第6図に
示されるように、右回りの方向に回転される)ようにな
り得る。注意すべきことは、四分の一波長板2゜Oを通
る際、光は再び円偏光となることである。
考慮すべきは、試料40から反射すると、先は円偏光さ
れたままだが、偏光は逆向きとなる、すなわち、右円偏
光は左円偏光となり、逆もまた成り立つことである。加
えて、対物レンズ30は反射光をデバイス160上に焦
点を合わせ、それにより光は来た経路を引き返す、すな
わち2″′とラベルされた経路をたどることになる。し
かし、四分の一波長板200を通る際に、光は再び直線
偏光されるが、この時偏光方向は(円偏光の向きの変化
のために)逆になる。結果的に、プリズム190と18
0を通る際、光は各プリズム内で、以前にそのプリズム
内で経なかった屈折率を経て、再び時計方向に伝播方向
を次第に回転する補正屈折を受ける。表面110から反
射すると、視野レンズは光をデバイス160上に焦点を
合わせ、結果的に光は′″3′″とラベルされた経路を
たどる。
れたままだが、偏光は逆向きとなる、すなわち、右円偏
光は左円偏光となり、逆もまた成り立つことである。加
えて、対物レンズ30は反射光をデバイス160上に焦
点を合わせ、それにより光は来た経路を引き返す、すな
わち2″′とラベルされた経路をたどることになる。し
かし、四分の一波長板200を通る際に、光は再び直線
偏光されるが、この時偏光方向は(円偏光の向きの変化
のために)逆になる。結果的に、プリズム190と18
0を通る際、光は各プリズム内で、以前にそのプリズム
内で経なかった屈折率を経て、再び時計方向に伝播方向
を次第に回転する補正屈折を受ける。表面110から反
射すると、視野レンズは光をデバイス160上に焦点を
合わせ、結果的に光は′″3′″とラベルされた経路を
たどる。
同様に、試料40からの続く反射に際しては、光は4″
′とラベルされた経路をたどり、以下同様に繰り返す。
′とラベルされた経路をたどり、以下同様に繰り返す。
よって、デバイス180を通る光の各連続した経路にお
いて、本実施例では、(仮想)軸210に対する光の伝
播方向の方向角度が右回りの方向に連続して増加するこ
とになる。もちろん、もし最初の入射光の円偏光の向き
が逆になったならば、伝播方向の方向角度は、左回りの
方向に連続して増加するだろう。
いて、本実施例では、(仮想)軸210に対する光の伝
播方向の方向角度が右回りの方向に連続して増加するこ
とになる。もちろん、もし最初の入射光の円偏光の向き
が逆になったならば、伝播方向の方向角度は、左回りの
方向に連続して増加するだろう。
もし最初の入射光が円偏光ではなく直線偏光されていれ
ば、直線偏光は右円偏光の部分と左円偏光の部分との共
存からなるので、二つの成分の伝播方向は分かれるだろ
う。すなわち、右円価光成分の伝播方向の方向角度は、
デバイス160を相次いで通過中に、例えば右回りの方
向に連続的に増加する。一方で、左円偏光部分の伝播方
向の方向角度は、デバイス160を相次いで通過中に、
逆の方向に、例えば左回りの方向に連続的な増加を受け
る。しかし、もしスリット100と反射表面110との
幾何的な配置が、デバイス160を通る連続した経路内
で、円偏光部分の一つがスリット100と表面110に
よって妨げられるようであれば、通常と同様、前記のよ
うに一つの円偏光部分のみが処理される。
ば、直線偏光は右円偏光の部分と左円偏光の部分との共
存からなるので、二つの成分の伝播方向は分かれるだろ
う。すなわち、右円価光成分の伝播方向の方向角度は、
デバイス160を相次いで通過中に、例えば右回りの方
向に連続的に増加する。一方で、左円偏光部分の伝播方
向の方向角度は、デバイス160を相次いで通過中に、
逆の方向に、例えば左回りの方向に連続的な増加を受け
る。しかし、もしスリット100と反射表面110との
幾何的な配置が、デバイス160を通る連続した経路内
で、円偏光部分の一つがスリット100と表面110に
よって妨げられるようであれば、通常と同様、前記のよ
うに一つの円偏光部分のみが処理される。
再度第2図を参照すると、前記の顕微鏡部品に加えて、
本発明の共焦点顕微鏡50はまた、視野レンズ150に
連接して位置するピックオフミラー220を有する。こ
のミラーは、光が所定の偶数回数、例えば2.4.6.
8回、デバイス160内を通過した後の光を妨げるよう
に、また光検知装置230へ光を反射するように、位置
される。
本発明の共焦点顕微鏡50はまた、視野レンズ150に
連接して位置するピックオフミラー220を有する。こ
のミラーは、光が所定の偶数回数、例えば2.4.6.
8回、デバイス160内を通過した後の光を妨げるよう
に、また光検知装置230へ光を反射するように、位置
される。
もし入射光が試料40の上からよりもむしろ下から発生
するならば、またもし試料が入射光に対し少なくとも部
分的に透明ならば、ピックオフミラー220は、光が所
定の奇数回数、例えば3.5.7.9回、デバイス16
0内を通過した後の光を妨げるよう位置される。
するならば、またもし試料が入射光に対し少なくとも部
分的に透明ならば、ピックオフミラー220は、光が所
定の奇数回数、例えば3.5.7.9回、デバイス16
0内を通過した後の光を妨げるよう位置される。
注目すべきことは、顕微鏡50の光学素子を通る入射光
の各通過では、それに伴う光度の光学的損失と、それに
応じた光度の減少とがあることである。結果的に、経路
の数は光検知装置230の感度によって制限される。
の各通過では、それに伴う光度の光学的損失と、それに
応じた光度の減少とがあることである。結果的に、経路
の数は光検知装置230の感度によって制限される。
本発明の共焦点顕微鏡50の全体動作では、光源60に
より生成される光は、四分の一波長板70を通過後、対
物レンズ30の長共役回折限界より小さな大きさを有す
るビームを作るため、レンズ80によりスリット100
の一端上に焦点を合わせられる。この光線は、視野レン
ズ150によりデバイス160上に焦点を合わされ、そ
こでビームの伝播方向が変えられる。そのビームは、対
物レンズ30により試料40上に焦点を合わされ、その
試料40の、焦点を合わされたビームのスポットサイズ
に等しい大きさの領域、に当てられる。
より生成される光は、四分の一波長板70を通過後、対
物レンズ30の長共役回折限界より小さな大きさを有す
るビームを作るため、レンズ80によりスリット100
の一端上に焦点を合わせられる。この光線は、視野レン
ズ150によりデバイス160上に焦点を合わされ、そ
こでビームの伝播方向が変えられる。そのビームは、対
物レンズ30により試料40上に焦点を合わされ、その
試料40の、焦点を合わされたビームのスポットサイズ
に等しい大きさの領域、に当てられる。
試料40から反射すると、対物レンズ30はビームをデ
バイス180上に焦点を合わせ、そこでビームの伝播方
向は再び変えられ、そのビームは視野レンズ150によ
りスリット100上に焦点を合わせられる。反射表面1
10から反射すると、ビームは経路を引き返し、その伝
播方向を再度デバイス160により変えられ、そのビー
ムは試料40の異なる領域に当たる。この異なる領域か
らの反射後、またデバイス160によりまた再び伝播方
向を変更後、ビームは、以前に当てられた位置から横方
向に移動した位置でスリット100に当たる。よって、
前記処理のために、ビームはある方向としては試料40
を通過し、またスリットを通過する。考慮すべきは、も
しビームが試料40内の比較的長い階段状構造の一端を
通過すれば、ビームの連続した反射が、構造の上段と下
段との間のコントラストの連続的な増加という結果にな
ることである。もしビームが異なる幅の位置で構造の長
さを通過するために使われるならば、両端の位置は容易
に正確に決められ、よって幅は正確に決定される。
バイス180上に焦点を合わせ、そこでビームの伝播方
向は再び変えられ、そのビームは視野レンズ150によ
りスリット100上に焦点を合わせられる。反射表面1
10から反射すると、ビームは経路を引き返し、その伝
播方向を再度デバイス160により変えられ、そのビー
ムは試料40の異なる領域に当たる。この異なる領域か
らの反射後、またデバイス160によりまた再び伝播方
向を変更後、ビームは、以前に当てられた位置から横方
向に移動した位置でスリット100に当たる。よって、
前記処理のために、ビームはある方向としては試料40
を通過し、またスリットを通過する。考慮すべきは、も
しビームが試料40内の比較的長い階段状構造の一端を
通過すれば、ビームの連続した反射が、構造の上段と下
段との間のコントラストの連続的な増加という結果にな
ることである。もしビームが異なる幅の位置で構造の長
さを通過するために使われるならば、両端の位置は容易
に正確に決められ、よって幅は正確に決定される。
試料40からの各反射後のビームを容易に検知し、それ
によりその各反射後に生成された増加したコントラスト
を利用するために、スリット100からまたスリット1
00へという往復の間にビームより受ける補正偏光角度
δは、ビームのスポットサイズに等しいかより太きい、
スリット100での、ビームの横方向の移動Sで示され
る。この点で、前記のように、スリット100は、対物
レンズ30の長共役回折限界、λ/2NAより小さい断
面長を有するビームを生成する。もしRがデバイス16
0と視野レンズ150との間の距%tを表し、またもし
δが小さければ、Sはおおよそ以下のように与えられる
。
によりその各反射後に生成された増加したコントラスト
を利用するために、スリット100からまたスリット1
00へという往復の間にビームより受ける補正偏光角度
δは、ビームのスポットサイズに等しいかより太きい、
スリット100での、ビームの横方向の移動Sで示され
る。この点で、前記のように、スリット100は、対物
レンズ30の長共役回折限界、λ/2NAより小さい断
面長を有するビームを生成する。もしRがデバイス16
0と視野レンズ150との間の距%tを表し、またもし
δが小さければ、Sはおおよそ以下のように与えられる
。
S=δR
前記条件を満たすために、以下の式が与えられ、S=δ
R〉λ/2NA よって、 δ〉λ/2 (NA)R δ、λ、R,NAの間の前記関係は、実際にデバイス1
60の複数の複屈折素子の屈折率と、本発明の共焦点顕
微鏡を特徴づける(本発明の顕微鏡を製作するために必
要なあらゆる情報である)他のパラメータとの、関係を
定義している。
R〉λ/2NA よって、 δ〉λ/2 (NA)R δ、λ、R,NAの間の前記関係は、実際にデバイス1
60の複数の複屈折素子の屈折率と、本発明の共焦点顕
微鏡を特徴づける(本発明の顕微鏡を製作するために必
要なあらゆる情報である)他のパラメータとの、関係を
定義している。
前記のように、新しい共焦点顕微鏡50に加えて、本発
明はまた、線幅制御が、新しい共焦点顕微鏡を用いて達
成される新しいデバイス製造方法をも含む。これに関し
て、製造時、例えば半導体デバイスや、加工後あるいは
加工前のシリコンウェハのような基板はレジストを塗布
され、パターニングされる。パターン形成されたレジス
トでの比較的長い構造の線幅は、新しい共焦点顕微鏡5
0を用いて容易に決定される。すなわち、パターン形成
されたレジストでの比較的長い構造の線幅を測定する際
、顕微鏡50はスリッ)100がパターン形成されたレ
ジストでの構造に平行に配列されるように位置される。
明はまた、線幅制御が、新しい共焦点顕微鏡を用いて達
成される新しいデバイス製造方法をも含む。これに関し
て、製造時、例えば半導体デバイスや、加工後あるいは
加工前のシリコンウェハのような基板はレジストを塗布
され、パターニングされる。パターン形成されたレジス
トでの比較的長い構造の線幅は、新しい共焦点顕微鏡5
0を用いて容易に決定される。すなわち、パターン形成
されたレジストでの比較的長い構造の線幅を測定する際
、顕微鏡50はスリッ)100がパターン形成されたレ
ジストでの構造に平行に配列されるように位置される。
顕微鏡50からの光線は、異なる幅の位置で、構造の長
さ、あるいは少なくとも構造の長さの一部、を通過する
。そのような通過では、ビームが、構造の少なくとも二
つの異なる部分に当たり、ビックオフミラー220と光
検知装置230により検知されるように、光線が対物レ
ンズ30を少なくとも4回通過することが必要である。
さ、あるいは少なくとも構造の長さの一部、を通過する
。そのような通過では、ビームが、構造の少なくとも二
つの異なる部分に当たり、ビックオフミラー220と光
検知装置230により検知されるように、光線が対物レ
ンズ30を少なくとも4回通過することが必要である。
(もし入射光が基板の下から光生し、またもし基板とレ
ジストとが入射光に対して少なくとも部分的に透明なら
ば、対物レンズ30を光線が3回通過するのみで、構造
の二つの異なる部分が当てられることになるだろう。)
もしパターン形成されたレジストでの構造の、測定され
た線幅が要求基準を満たすならば、それによりパターン
形成されたレジストでのパターンが基板上に変換され、
基板に作られるデバイスは、従来の技術を用いて完成さ
れる。もし測定された線幅が要求基準を満たさないなら
ば、それによりパターン形成されたレジストは廃棄され
、新しいパターン形成されたレジストが作られる、とい
う手順が繰り返される。
ジストとが入射光に対して少なくとも部分的に透明なら
ば、対物レンズ30を光線が3回通過するのみで、構造
の二つの異なる部分が当てられることになるだろう。)
もしパターン形成されたレジストでの構造の、測定され
た線幅が要求基準を満たすならば、それによりパターン
形成されたレジストでのパターンが基板上に変換され、
基板に作られるデバイスは、従来の技術を用いて完成さ
れる。もし測定された線幅が要求基準を満たさないなら
ば、それによりパターン形成されたレジストは廃棄され
、新しいパターン形成されたレジストが作られる、とい
う手順が繰り返される。
本発明のデバイス製造方法の選択的な実施例において、
本発明の共焦点顕微鏡は、パターン形成された基板にお
いて、実際のデバイス構造の、あるいはノックオフパタ
ーンでの構造の、線幅を測定するために使われる。もし
測定された線幅が要求基準を満たせば、それにより基板
に作られたデバイスは完成される。もしそうでなければ
、それにより基板は廃棄される。
本発明の共焦点顕微鏡は、パターン形成された基板にお
いて、実際のデバイス構造の、あるいはノックオフパタ
ーンでの構造の、線幅を測定するために使われる。もし
測定された線幅が要求基準を満たせば、それにより基板
に作られたデバイスは完成される。もしそうでなければ
、それにより基板は廃棄される。
第1図は、従来の共焦点顕微鏡の断面図、第2図は、本
発明の共焦点顕微鏡の一つの実施例の断面図、 第3図は、第2図の実施例で採用された、スリット10
0を有する、はぼ不透明な表面90の前面図、 第4図と第5図は、第2図の実施例で採用された、スリ
ットを有する、はぼ不透明な表面90と少なくとも部分
的な反射表面110との組合せに対する有効な代用とな
る、開口された部分的に反射鏡となっている表面120
の二つの二者択一の実施例の前面図であり、 第6図は、第2図の実施例に含まれるデバイス160の
機能図である。 出 願 人:アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムパニー
発明の共焦点顕微鏡の一つの実施例の断面図、 第3図は、第2図の実施例で採用された、スリット10
0を有する、はぼ不透明な表面90の前面図、 第4図と第5図は、第2図の実施例で採用された、スリ
ットを有する、はぼ不透明な表面90と少なくとも部分
的な反射表面110との組合せに対する有効な代用とな
る、開口された部分的に反射鏡となっている表面120
の二つの二者択一の実施例の前面図であり、 第6図は、第2図の実施例に含まれるデバイス160の
機能図である。 出 願 人:アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムパニー
Claims (10)
- (1)光源と; 少なくとも一つの開口を有し、少なくとも一部が前記光
源により発せられた光に対し実質的に不透明であり、か
つ前記開口が前記光源により発せられた光の少なくとも
一部を受けるよう位置している、第1の表面と; 前記開口を介して前記光源との光学的連絡を可能にする
対物レンズと; 前記光源から発せられた光を少なくとも部分的に反射し
、かつ前記第1の表面とは別個に前記開口を介して前記
レンズと光学的連絡が可能かあるいは前記第1の表面に
含まれ前記レンズと光学的連絡が可能かのいずれかであ
る、第2の表面と;前記開口と前記対物レンズとの間に
位置し、前記開口と前記レンズとに光学的連絡が可能で
あるとともに、前記光線の連続的通過に際し軸に対して
光線の方向角度を連続的に増加させる角度増加手段と; を有することを特徴とする光学システム。 - (2)前記角度増加手段が、第1の四分の一波長板と第
2の四分の一波長板との間に位置される少なくとも一つ
の複屈折光学素子を有することを特徴とする請求項1記
載の光学システム。 - (3)前記少なくとも一つの複屈折光学素子が複屈折プ
リズムであることを特徴とする請求項2記載の光学シス
テム。 - (4)前記角度増加手段が、さらに前記第1の四分の一
波長板と第2の四分の一波長板との間に第2の複屈折プ
リズムを有することを特徴とする請求項3記載の光学シ
ステム。 - (5)前記第1の複屈折プリズムと策2の複屈折プリズ
ムが、ウォラストン・プリズムを形成するよう互いに結
合されることを特徴とする請求項4記載の光学システム
。 - (6)前記開口と前記角度増加手段との間に位置し、そ
れらと光学的連絡が可能である視野レンズを育すること
を特徴とする請求項1記載の光学システム。 - (7)前記開口がスリットであることを特徴とする請求
項1記載の光学システム。 - (8)基板上にパターン形成されたレジストを形成する
ステップと; レンズを通して前記パターン形成されたレジストの少な
くとも一つの構造の少なくとも一部を光学的に写像する
ステップと; 前記写像ステップの結果が要求基準を満たしているなら
ば、前記パターン形成されたレジストのパターンを前記
基板に転写するステップと;前記転写ステップが起こる
と、前記基板でのデバイスの製造を完了させるステップ
と; を有し、前記写像ステップが、同じ光線を前記レンズに
3回以上通過させて前記構造の複数の異なる領域に前記
光線を当てるステップを有することを特徴とするデバイ
ス製造方法。 - (9)少なくとも部分的にデバイスを製造するステップ
と; レンズを通して、前記少なくとも部分的に製造されたデ
バイスの少なくとも一つの構造の少なくとも一部を光学
的に写像するステップと; 前記写像ステップの結果が要求基準を満たすならば、少
なくとも部分的に製造されたデバイスを完成させるステ
ップと; を育し、前記写像ステップが、同じ光線を前記レンズに
3回以上通過させ、前記構造の複数の異なる領域に前記
光線を当てるステップを有することを特徴とするデバイ
ス製造方法。 - (10)パターン形成された基板がデバイスに組み込ま
れるべき第1の部分と廃棄されるべき第2の部分とを有
するように、前記基板にパターンを形成するステップと
; 前記第2の部分に形成されたパターンの少なくとも一つ
の構造の少なくとも一部を光学的に写像するステップと
; 前記写像ステップの結果が要求基準を満たすならば、前
記デバイスを完成させるステップと;を有し、前記写像
ステップが、同じ光線を前記レンズに3回以上通過させ
て、前記構造の複数の異なる領域に前記光線を当てるス
テップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US387,248 | 1989-07-28 | ||
| US07/387,248 US5004321A (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Resolution confocal microscope, and device fabrication method using same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0365913A true JPH0365913A (ja) | 1991-03-20 |
| JPH081369B2 JPH081369B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=23529098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2188176A Expired - Fee Related JPH081369B2 (ja) | 1989-07-28 | 1990-07-18 | 光学システムおよびこれを用いたデバイス製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5004321A (ja) |
| EP (1) | EP0410634B1 (ja) |
| JP (1) | JPH081369B2 (ja) |
| DE (1) | DE69024274T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9574904B2 (en) | 2014-02-24 | 2017-02-21 | Fanuc Corporation | Rotational angle detector including seat and rotary machine including the detector |
Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
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| US5184021A (en) * | 1991-06-24 | 1993-02-02 | Siscan Systems, Inc. | Method and apparatus for measuring the dimensions of patterned features on a lithographic photomask |
| DE69109285T2 (de) * | 1991-08-02 | 1995-11-02 | Ibm | Apparat und Methode zur Inspektion eines Substrates. |
| US5254854A (en) * | 1991-11-04 | 1993-10-19 | At&T Bell Laboratories | Scanning microscope comprising force-sensing means and position-sensitive photodetector |
| US5248876A (en) * | 1992-04-21 | 1993-09-28 | International Business Machines Corporation | Tandem linear scanning confocal imaging system with focal volumes at different heights |
| EP0568478A1 (en) * | 1992-04-29 | 1993-11-03 | International Business Machines Corporation | Darkfield alignment system using a confocal spatial filter |
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