JPH071161B2 - 二次元的な対象物を整向、検査及び／または測定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも互いに垂直に延びている２つの座
標方向に移動可能な測定機械のテーブル上にある二次元
的な対象物を整向、検査及び／または測定するための方
法及び装置に関するものである。

この種の方法及び装置は、例えばマスクまたはウェーハ
ーの構造を検知、整向、検査及び／または測定するため
に用いられる。

特許出願P3512615.9から公知の装置では、光点により走
査することによって複数個の対象物の座標方向における
位置を検知するため、照明装置から各座標方向ごとに生
じた光束を１つの光路に合流させ、集光系によって１つ
の共通の中間像面に結像させるようになっている。さら
に光束は、光学的要素によって各座標方向に対応して偏
向せしめられ、結像系によって各測定されるべき対象物
に投射される。各対象物から反射した光束は、少なくと
も１つの光電式受光系によって電気的な測定信号に変換
され、この電気的な測定信号から、光点の偏向と測定機
械のテーブルの位置とに依存して対象物に対応する量が
コンピュータで検出される。

この装置の欠点は、個々の座標方向における測定を同時
に行なえないこと、非常に狭い光点を結像させるときに
光の回折が生じるので、対象物のエッジの状態を精度よ
く検知するには限度があることである。

上記の欠点を解消するため、本発明の目的は、両座標方
向における測定を同時に行なうことができ、非常に小さ
な光点を結像させることにより走査精度に影響を与えな
いようになし、対象物の温度負荷が小さくなるような方
法及び装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するため、方法においては、 ａ）各座標方向にたいして区別可能で共通の光路に統合
される光束により照明条光を生じさせ、前記光路を、位
置可変な光学的要素において転向させること、 ｂ）区別可能な光束から各座標方向ごとにそれぞれ別個
の照明条光を生じさせ、この照明条光を中間像面に結像
させること、 ｃ）照明条光を、被測定対象物の対象物構造に投影する
こと、 ｄ）照明条光によって照明された対象物構造を他の中間
像面に結像させること、 ｅ）対象物構造の像に関係づけられる照明光束を共通の
光路に合流させ、この光路を位置可変な前記光学的要素
において転向させること、 ｆ）光学的要素の位置を変化させることにより、照明条
光の像と対象物構造の像とを２つの座標方向において同
期して移動させ、その際光学的要素の位置を付設の検出
系によって検出すること、 ｇ）２つの座標方向に関係づけられる光束にしたがって
対象物構造の像を別個に走査手段に結像させること、 ｈ）対象物構造の像の走査から得られるそれぞれの光束
を電気的な測定信号に変換すること、 ｉ）この電気的な測定信号と前記検出系の信号とを評価
して、測定値の検出、表示、制御及び／または調節を行
なうこと、 を特徴とするものである。

また、この方法を実施するための装置においては、 ａ）各座標方向にたいして区別可能な光束を統合させる
ための照明条光を生じさせる照明装置あって、光線を制
限する手段を含んでいる照明装置と、 ｂ）照明条光を中間像面に結像させるための第１の筒光
学系と、 ｃ）結像光路内の中間像面前方に配置され、光線を分割
させ像を回転させる光学的手段であって、区別可能な光
束に対応して分割された照明条光を各座標方向ごとに生
じさせるための光学的手段と、 ｄ）中間像面の後方に配置され、分割プリズムと結像系
とを含んでいる光学系であって、照明条光を被測定対象
物の対象物構造に投影させ、対象物構造から反射した光
束を他の中間像面に結像させるための光学系と、 ｅ）光線を分割させ像を回転させる第２の光学的手段で
あって、対象物構造の像に関係づけられる光束を共通の
光路に合流させるための第２の光学的手段と、 ｆ）第２の光学的手段の後方に配置される第２の筒光学
系であって、座標方向に関係づけられる光束にしたがっ
て対象物構造の像を別個に走査手段に結像させるための
第２の筒光学系と、 ｇ）第１の筒光学系の後方であって第２の筒光学系の前
方に配置され、位置を可変な光学的要素であって、照明
条光の像と対象物構造の像とを同期して移動させる光学
的要素、及び該光学的要素に付設され、光学的要素の位
置を表示するための検出系と、 ｈ）対象物構造の像の走査からそれぞれ得られる光束を
電気的な測定信号に変換するためのそれぞれ１つの光電
受光系と、 ｉ）この電気的な測定信号と前記検出系の信号とを処理
して、測定値の検出、表示、制御及び／または調節を行
なう評価電子装置と、 を有していることを特徴とするものである。

本発明による方法及びこの方法を実施するための装置の
他の構成は、実施態様項に開示されている。

次に、本発明の１実施例を添付の図面を用いて説明す
る。

第１図は 本発明による装置の構成図、 第２図は 線II−IIによる装置の側断面図、 第３図は 線III−IIIによる装置の断面図 である。

第１ずにおいて、図示していない光源から光誘導体
（１）２によって供給される照明エネルギーは、レンズ
（３）４と分割プリズム５と集光系６とを介して照明ス
リットを照射する。照明スリットの長さは、本発明の対
象ではないので詳細には説明しないスリット長さ制限装
置を用いて検査されるべき対象物の構造に適合させるこ
とができる。

レンズ8,9と転向プリズム10から構成されている筒光学
系は、照明スリットを光束に共通な中間像面11に結像さ
せる。中間像面11に至るまでに光束は、二重矢印Ａの方
向に旋回可能な揺動ミラー12と偏光性二重像プリズム13
とを介して誘導される。

二重像プリズム13は、偏光体として作用する分割層15を
具備した分割六面体14と、該分割六面体の隣接面16,17
に配置されるペンタプリズム18,19から構成されてい
る。ペンタプリズムのうちペンタプリズム19は、ペンタ
プリズム18に対して45゜だけ回動した位置に配置されて
いる。さらに分割六面体14の面16,17とペンタプリズム1
8,19の間にはそれぞれ位相板20或いは21が挿入され、そ
の結果ペンタプリズム18,19で反射した光の偏光方向が9
0゜回転し、光束は中間像面11の方向に射出することが
でき、揺動ミラー12を旋回させると、ｙ座標方向におけ
る１つの像とｙ座標方向における他の像とが移動する。

２つのスリット像は、二重像プリズム13を通過した後筒
レンズ22,23（第２図）と分割プリズム24と転向プリズ
ム25と結像系26（第２図）とを介して対象物の面に投射
され、図示していない対象物の構造を照射する。

スリット状に照射される対象物の構造の位置と大きさを
検出するため、対象物の構造は筒レンズ23と転向プリズ
ム25と分割プリズム24と視野レンズ27とを介して結像系
26によって中間像面28に結像される。中間像は、次に二
重像プリズム29によって受容される。二重像プリズム29
の構造は、ペンタプリズム18の代わりにプレートミラー
30が設けられていることを除けば二重像プリズム13の構
造に等しい。

対象物の構造に関する情報を担持している光束はその後
揺動ミラー12の背面に達する。揺動ミラー12は光束を転
向させ、転向プリズム34を中間接続したレンズ32と33か
ら成る筒光学系に供給される。

この筒光学系は、照明された対象物の構造を担持してい
る中間像面28を、分析器としての分割プリズム35を通過
後スリット絞り37,38に結像させる。この場合分割プリ
ズム35の分割面は、二重像プリズム13,29によって偏光
された光束を座標方向ｘとｙに従って別々にそれぞれの
スリット絞り37,38に供給する。

筒光学系32−34は、視野レンズ39,40とともに、結像系
の射出瞳部の、ミラー背面31の面内にある像を、図示し
ていない光電式受光系に結像させ、或いは測定装置への
温度の影響を避けるため、光誘導体41或いは42へ結像さ
せる。光誘導体41或いは42は、検出装置の外側に設けら
れている図示していない光電式受光系にそれぞれ付設さ
れている。

対象物の構造を走査するため揺動ミラー12を旋回させ
る。これによって、座標方向に従って像を別々にスリッ
ト絞り37,38を介して案内することができる。これによ
って生じた光束は、すでに述べたように光誘導体41と42
に供給され、光誘導体41と42は光束を、検出装置の外側
に配置される光電式受光系に送る。光電式受光系はミラ
ーの位置に依存してエッジ関数を記録し、これから電気
信号を生じさせる。この電気信号は、対象物の構造を検
出し、測定機械の移動可能なテーブルを制御及び／また
は位置調整するために用いられる。

揺動ミラー12が旋回運動を行なうときに該揺動ミラー12
の前面が照明光路から逸脱し、且つこれに同期してその
後面が測定光路から逸脱することによって、常にスリッ
ト絞り７によって照明された対象物構造がスリット絞り
37,38を介して案内される。照明スリット７での回折の
ためにスリット絞り37と38の領域で不均質に照明される
ことを避けるため、照明スリット７の幅をスリット絞り
37と38の幅よりも大きく選定することができる。

揺動ミラー12の運動を検出するため、それ自体公知の送
信系43が配置されている。この送信系43は、結像系の後
方に配置され中空ミラー45とレンズ46から構成される対
物レンズ系44を有している。中空ミラー45は揺動ミラー
12と結合されている。その都度の揺動ミラーの位置を検
出するため、格子60は対物レンズ系44を２回通過後第２
の格子61に結像される。その際生じる光変調は、カウン
ティングパルスを得るために利用される。カウンティン
グパルスは、加算されるとミラーの偏位を表わす量にな
り、従って照明スリットの像と対象物構造の像の偏位を
表わす量になる。

送信系43は増分送信系であるため、本発明による装置を
オフにすると揺動ミラー12の“ゼロ”点の正確な位置が
消失してしまう。しかしこの“ゼロ”点の位置は他の評
価のために重要であり、特に本発明による装置内で使用
される光学系のひずみを修正するために重要である。従
って“ゼロ”点の位置に対応した電気パルスを生じさせ
ねばならない。このため揺動ミラー12の前面に特殊な鏡
面47aが設けられている。鏡面47aに対しては、照明ダイ
オード50からの光がレンズ48とコリメータレンズ49とを
介して照射される。鏡面47aで反射した光は、レンズ48
の面内に配置されている差動ダイオード51に入射する。
両ダイオード面が同じ強さで照射されると、“ゼロ”パ
ルスが導出される。

走査スリットに対する照明スリットの像の位置を正確に
調整するため、スリット絞り37,38の前方にそれぞれ微
調整を可能にする旋回可能な平面平行板52或いは53が配
置されている。

光誘導体１と２から出た光のゆらぎは少なくとも１つの
光電式受光系54によって検出される。光電式受光系54
は、分割六面体５の後方に配置され、その出力信号は、
照度を変えたときにエッジ関数を修正するために使用す
ることができる。

１つの座標方向でのみ交互に走査する場合には、分割六
面体５を偏光するように実施し、両座標方向に対する光
は、両座標方向に関係付けられる２つの光誘導体1,2に
よって供給される。

さらに、結像系によって生じる像をTVカメラまたはCCD
カメラに供給することができる。このため転向プリズム
25は分割層を具備している。分割層は、対象物構造の像
と照明スリットの像とを反映し、直角プリズム55を介し
て例えばこの種のカメラの破線で示したバリオ（Vari
o）光学系56,57に供給する。

第２図に示すように、結像系26と筒レンズ23との間に他
の分割ミラー58を設けることができる。分割ミラー58
は、TVカメラ及び／またはレーザーオートフォーカシン
グ装置のための入射照明を反射させるために用いられ
る。

本発明による装置の利点は、二重像プリズム13,29と偏
光特性を備えた分割六面体５とを使用することによっ
て、偏光要素12を用いて温度負荷を少なくして２つの座
標方向に同時に走査することができることにある。

さらに、幅狭のスリットを対象物に結像させる場合に生
じる光の回折がエッジ走査に影響を与えないことも利点
である。

本発明による装置の他の利点は、特許出願P3512615.9に
開示された装置と同様に面の状態を検知するために適し
ていることである。これは、検査されるべきミラーの平
面で２回反射させ且つ中空ミラー内で反射させた後、対
象物の面に対して照明スリット像とスリット面とが相対
運動を行ない、その結果照明スリット像の両エッジによ
ってエッジ関数が記録され、ミラー面の正確な状態が検
出されることができるためである。

さらに本発明による装置は、前記P3512615.9に開示され
ているように、器具内に設けられているミラーの平面性
を組み込んだ状態で検知することにも使用することがで
きる。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも互いに垂直に延びている２つの
   座標方向に移動可能な測定機械のテーブル上にある二次
   元的な対象物を整向、検査及び／または測定するための
   方法において、 ａ）各座標方向にたいして区別可能で共通の光路に統合
   される光束により照明条光を生じさせ、前記光路を、位
   置可変な光学的要素（12）において転向させること、 ｂ）区別可能な光束から各座標方向ごとにそれぞれ別個
   の照明条光を生じさせ、この照明条光を中間像面（11）
   に結像させること、 ｃ）照明条光を、被測定対象物の対象物構造に投影する
   こと、 ｄ）照明条光によって照明された対象物構造を他の中間
   像面（28）に結像させること、 ｅ）対象物構造の像に関係づけられる照明光束を共通の
   光路に合流させ、この光路を位置可変な前記光学的要素
   （12）において転向させること、 ｆ）光学的要素（12）の位置を変化させることにより、
   照明条光の像と対象物構造の像とを２つの座標方向にお
   いて同期して移動させ、その際光学的要素（12）の位置
   を付設の検出系（43）によって検出すること、 ｇ）２つの座標方向に関係づけられる光束にしたがって
   対象物構造の像を別個に走査手段（37,38）に結像させ
   ること、 ｈ）対象物構造の像の走査から得られるそれぞれの光束
   を電気的な測定信号に変換すること、 ｉ）この電気的な測定信号と前記検出系（43）の信号と
   を評価して、測定値の検出、表示、制御及び／または調
   節を行なうこと、 を特徴とする方法。
2. 【請求項２】照明条光が座標方向ごとに異なった特性を
   有していることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。
3. 【請求項３】対象物構造から出る光束を座標方向ごとに
   異なって特徴づけることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。
4. 【請求項４】少なくとも２つの座標方向に移動可能な測
   定機械のテーブル上にある二次元的な対象物を整向、検
   査及び／または測定するための装置において、 ａ）各座標方向にたいして区別可能な光束を統合させる
   ための照明条光を生じさせる照明装置（１ないし７）あ
   って、光線を制限する手段（７）を含んでいる照明装置
   （１ないし７）と、 ｂ）照明条光を中間像面（11）に結像させるための第１
   の筒光学系（8,9,10）と、 ｃ）結像光路内の中間像面（11）前方に配置され、光線
   を分割させ像を回転させる光学的手段（13）であって、
   区別可能な光束に対応して分割された照明条光を各座標
   方向ごとに生じさせるための光学的手段（13）と、 ｄ）中間像面（11）の後方に配置され、分割プリズム
   （24）と結像系（26）とを含んでいる光学系（22ないし
   26）であって、照明条光を被測定対象物の対象物構造に
   投影させ、対象物構造から反射した光束を他の中間像面
   （28）に結像させるための光学系（22ないし26）と、 ｅ）光線を分割させ像を回転させる第２の光学的手段
   （29）であって、対象物構造の像に関係づけられる光束
   を共通の光路に合流させるための第２の光学的手段（2
   9）と、 ｆ）第２の光学的手段（29）の後方に配置される第２の
   筒光学系（32,33,34）であって、座標方向に関係づけら
   れる光束にしたがって対象物構造の像を別個に走査手段
   （37,38）に結像させるための第２の筒光学系（32,33,3
   4）と、 ｇ）第１の筒光学系（8,9,10）の後方であって第２の筒
   光学系（32,33,34）の前方に配置され、位置を可変な光
   学的要素（12）であって、照明条光の像と対象物構造の
   像とを同期して移動させる光学的要素（12）、及び該光
   学的要素（12）に付設され、光学的要素（12）の位置を
   表示するための検出系（43）と、 ｈ）対象物構造の像の走査からそれぞれ得られる光束を
   電気的な測定信号に変換するためのそれぞれ１つの光電
   受光系と、 ｉ）この電気的な測定信号と前記検出系（43）の信号と
   を処理して、測定値の検出、表示、制御及び／または調
   節を行なう評価電子装置と、 を有していることを特徴とする装置。
5. 【請求項５】各座標方向にそれぞれ１つの光誘導体（1,
   2）が設けられ、その光束が１つのプリズム（５）に集
   められ、且つそれぞれ異なった特性をもつことを特徴と
   する、特許請求の範囲第４項に記載の装置。
6. 【請求項６】各座標方向に関係付けられる光束を別々に
   特徴づけるため少なくとも１つの偏光体（15）が設けら
   れていることを特徴とする、特許請求の範囲第５項に記
   載の装置。
7. 【請求項７】偏光体（15）によって生じた光の偏光状態
   を変えるための付加的な光学的構成要素（20,21）が設
   けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第６項
   に記載の装置。
8. 【請求項８】走査手段がスリット絞り（37,38）を有し
   ていることを特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載
   の装置。
9. 【請求項９】照明条光の長さ及び／または幅に応じて微
   調整するための光学的手段（52,53）が設けられている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第４項または第８項
   に記載の装置。
10. 【請求項１０】結像系（26）と走査手段（37,38）の間
    の光路内に少なくとも１つの偏光体（15a）が設けられ
    ていることを特徴とする、特許請求の範囲第４項または
    第８項に記載の装置。
11. 【請求項１１】結像系（26）と走査手段（37,38）の間
    の光路内に、偏光体（15a）によって生じた光の偏光状
    態を変える光学的手段（29）が偏光体（15a）に対して
    付加的に設けられていることを特徴とする、特許請求の
    範囲第４項、第８項または第10項のいずれか１つに記載
    の装置。
12. 【請求項１２】結像系（26）と走査手段（37,38）の間
    の光路内に二重像プリズム（29）が光線分割用光学的要
    素として設けられていることを特徴とする、特許請求の
    範囲第４項に記載の装置。
13. 【請求項１３】照明条光を移動させ位置可変な光学的構
    成要素（12）の背面（31）が、対象物構造の像を両座標
    方向に移動させるために使用されていることを特徴とす
    る、特許請求の範囲第４項に記載の装置。
14. 【請求項１４】位置可変な光学的構成要素（12）のその
    都度の角度状態を検知するための手段（43,44）が設け
    られていることを特徴とする、特許請求の範囲第13項に
    記載の装置。
15. 【請求項１５】前記角度状態を検知するための手段が、
    結像系の後方に配置されるそれ自体公知の対物レンズ
    （44）とそれ自体公知のステップ式送信系（43）とを有
    していることを特徴とする、特許請求の範囲第14項に記
    載の装置。
16. 【請求項１６】位置可変な光学的構成要素（12）にゼロ
    パルスを生じさせるためのゼロパルス発生器（47a,48な
    いし50）が付設されていることを特徴とする、特許請求
    の範囲第４項から第15項までのいずれか１つに記載の装
    置。
17. 【請求項１７】ゼロパルス発生器（47a,48ないし50）が
    コリメータ系を有していることを特徴とする、特許請求
    の範囲第16項に記載の装置。
18. 【請求項１８】照明装置（1,2）の光源の後方に、照度
    の変動を検知する光電的手段（54）が設けられ、該光電
    的手段（54）の出力信号が、照度を調整するため、及び
    ／またはその都度の測定信号から検出される測定値を修
    正するために用いられることを特徴とする、特許請求の
    範囲第４項から第17項までのいずれか１つに記載の装
    置。