JPH1026513A - 試料面位置測定装置及び測定方法 - Google Patents
試料面位置測定装置及び測定方法Info
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- JPH1026513A JPH1026513A JP18355496A JP18355496A JPH1026513A JP H1026513 A JPH1026513 A JP H1026513A JP 18355496 A JP18355496 A JP 18355496A JP 18355496 A JP18355496 A JP 18355496A JP H1026513 A JPH1026513 A JP H1026513A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レジストへのダメージやドリフトの影響がな
く、構造並びに処理の簡単化が図れる試料面位置測定装
置及び測定方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 光源１から出射されたレーザー光をビー
ムスプリッタ２で分け、ＡＯＭ３、４に供給して微小量
異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 で変調し、ＡＯＭ３から出射さ
れた光束５をビームスプリッタ６でさらに分け、光束
５、７、８を試料９の測定面に照射する。試料で反射ま
たは回折した光を重ね合わせてセンサ１６、１７に導
き、周波数の異なる２つの光の波動の干渉により生じる
うなりの信号の位相差を位相計１８で測定することによ
り、測定面の位置を高さまたは並進方向に検出すること
を特徴とする。光ヘテロダインを採用した位相測定のた
め、試料面からの反射光量の変化に依存せず、レジスト
へのダメージやドリフトの影響がなく、装置構成を複雑
にすることなく、高精度な位置検出が可能となる。
く、構造並びに処理の簡単化が図れる試料面位置測定装
置及び測定方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 光源１から出射されたレーザー光をビー
ムスプリッタ２で分け、ＡＯＭ３、４に供給して微小量
異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 で変調し、ＡＯＭ３から出射さ
れた光束５をビームスプリッタ６でさらに分け、光束
５、７、８を試料９の測定面に照射する。試料で反射ま
たは回折した光を重ね合わせてセンサ１６、１７に導
き、周波数の異なる２つの光の波動の干渉により生じる
うなりの信号の位相差を位相計１８で測定することによ
り、測定面の位置を高さまたは並進方向に検出すること
を特徴とする。光ヘテロダインを採用した位相測定のた
め、試料面からの反射光量の変化に依存せず、レジスト
へのダメージやドリフトの影響がなく、装置構成を複雑
にすることなく、高精度な位置検出が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハある
いはマスクなどの試料の表面位置を非接触で測定する試
料面位置測定装置及び測定方法に関する。
いはマスクなどの試料の表面位置を非接触で測定する試
料面位置測定装置及び測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体
装置に要求される回路線幅は、ますます狭くなってきて
いる。これらの半導体装置は、所望の回路パターンが形
成された数十種類の原画パターン（レチクルあるいはマ
スク）を、ウエハ上の露光領域に高精度に位置合わせし
た後、転写を繰り返して作成される。この転写の際に用
いられる装置は、高精度な光学系を有する縮小投影露光
装置で、転写される側のウエハ全面に露光できるよう
に、ウエハ側は高精度なＸＹステージ上に固定されてい
る。このウエハが光学系に対しステップ＆リピートする
ために、掲記転写装置はステッパとも呼ばれている。
装置に要求される回路線幅は、ますます狭くなってきて
いる。これらの半導体装置は、所望の回路パターンが形
成された数十種類の原画パターン（レチクルあるいはマ
スク）を、ウエハ上の露光領域に高精度に位置合わせし
た後、転写を繰り返して作成される。この転写の際に用
いられる装置は、高精度な光学系を有する縮小投影露光
装置で、転写される側のウエハ全面に露光できるよう
に、ウエハ側は高精度なＸＹステージ上に固定されてい
る。このウエハが光学系に対しステップ＆リピートする
ために、掲記転写装置はステッパとも呼ばれている。
【０００３】ステッパの縮小率は、従来５分の１のもの
が主流であった。これまで光の波長限界から、１μｍ以
下のパターンは解像できないといわれてきたが、光学系
・照明系の改良やレチクル上で光の位相を調整する位相
シフトマスク等の出現により、サブμｍパターンを解像
するに至っている。解像度の向上に伴い、縮小レンズの
焦点深度が減少し、あらかじめウエハ上に形成されたパ
ターン上に原画パターンを転写する精度には一層厳しい
値が要求されるため、ステッパのアライメント光学系に
は試料の位置を試料面方向と焦点方向に高精度に検出す
ることが求められるようになっている。
が主流であった。これまで光の波長限界から、１μｍ以
下のパターンは解像できないといわれてきたが、光学系
・照明系の改良やレチクル上で光の位相を調整する位相
シフトマスク等の出現により、サブμｍパターンを解像
するに至っている。解像度の向上に伴い、縮小レンズの
焦点深度が減少し、あらかじめウエハ上に形成されたパ
ターン上に原画パターンを転写する精度には一層厳しい
値が要求されるため、ステッパのアライメント光学系に
は試料の位置を試料面方向と焦点方向に高精度に検出す
ることが求められるようになっている。
【０００４】原画パターンは、高精度に仕上げられたガ
ラス基板上に描かれ、レジストプロセス等を経てＣｒ
（クロム）のパターンとして形成される。通常は、片面
にＣｒを蒸着したガラス基板上にレジストを均一に塗布
したものを使用する。パターン描画装置の集束した電子
あるいはレーザー等を光源としたエネルギービームが基
板上の所望の領域のレジストに照射され、設計データに
従いビームスポットが基板の全面を走査する。そして、
上記エネルギービームの照射によって変質したレジスト
を使って、Ｃｒのエッチングを場所によって抑止させ、
所望のＣｒパターンを得る。また、このとき絞られたビ
ームスポットを繋いで一つのパターンを形成して行くた
め、ビームのコントロール次第では高精度にパターンを
形成することが可能となっている。上記ビームスポット
の解像度向上のために、光源には一層の高加速電圧化が
求められている。
ラス基板上に描かれ、レジストプロセス等を経てＣｒ
（クロム）のパターンとして形成される。通常は、片面
にＣｒを蒸着したガラス基板上にレジストを均一に塗布
したものを使用する。パターン描画装置の集束した電子
あるいはレーザー等を光源としたエネルギービームが基
板上の所望の領域のレジストに照射され、設計データに
従いビームスポットが基板の全面を走査する。そして、
上記エネルギービームの照射によって変質したレジスト
を使って、Ｃｒのエッチングを場所によって抑止させ、
所望のＣｒパターンを得る。また、このとき絞られたビ
ームスポットを繋いで一つのパターンを形成して行くた
め、ビームのコントロール次第では高精度にパターンを
形成することが可能となっている。上記ビームスポット
の解像度向上のために、光源には一層の高加速電圧化が
求められている。
【０００５】また、解像度の向上に伴い、前記Ｃｒパタ
ーン上の露光光透過部を通過する光の位相、即ち透過部
の光路長を、基板の厚さをエッチングにより減少させ
る、或いは屈折率の異なる材料を付加するなどの手法に
より部分的に変化させる、いわゆる位相シフトマスクが
提案されている（特開平６−２２２１９０号公報な
ど）。位相シフトマスクの作成にあたっては、あらかじ
めＣｒパターンが形成されたガラス基板に再度レジスト
を塗布し、光透過部の位相を部分的に変化させるための
材料を付加した後、不要部分のエッチングを行う方法、
または特定の光透過部のガラス基板を厚さ方向に堀り込
み、選択的に光路長を変化させる方法が採用される。そ
のため、前記パターン描画装置にて所定の位置のレジス
トを高精度に感光させる必要がある。
ーン上の露光光透過部を通過する光の位相、即ち透過部
の光路長を、基板の厚さをエッチングにより減少させ
る、或いは屈折率の異なる材料を付加するなどの手法に
より部分的に変化させる、いわゆる位相シフトマスクが
提案されている（特開平６−２２２１９０号公報な
ど）。位相シフトマスクの作成にあたっては、あらかじ
めＣｒパターンが形成されたガラス基板に再度レジスト
を塗布し、光透過部の位相を部分的に変化させるための
材料を付加した後、不要部分のエッチングを行う方法、
または特定の光透過部のガラス基板を厚さ方向に堀り込
み、選択的に光路長を変化させる方法が採用される。そ
のため、前記パターン描画装置にて所定の位置のレジス
トを高精度に感光させる必要がある。
【０００６】パターン位置を検出するに当たり、電子ビ
ーム描画装置においては基板上に設けられた位置合わせ
マークを描画ビームで走査し、得られる反射電子などを
センサに取り込み、信号処理する方法が提案されている
（特開昭５８−２２３３２６号公報など）。しかし、こ
の方法では、（ａ）高加速ビームの照射により、位置合
わせマーク上のレジストがダメージを受ける、（ｂ）ダ
メージを受けたレジストが真空雰囲気を劣化させる、
（ｃ）レジスト層を介してマークを測定するため、信号
コントラストが低下するといった問題がある。前記
（ａ）〜（ｃ）の問題を回避するため、あらかじめマー
ク部分のレジストを削除する方法もあるが、そのための
工程が必要となり、処理が煩雑になるという問題があ
る。
ーム描画装置においては基板上に設けられた位置合わせ
マークを描画ビームで走査し、得られる反射電子などを
センサに取り込み、信号処理する方法が提案されている
（特開昭５８−２２３３２６号公報など）。しかし、こ
の方法では、（ａ）高加速ビームの照射により、位置合
わせマーク上のレジストがダメージを受ける、（ｂ）ダ
メージを受けたレジストが真空雰囲気を劣化させる、
（ｃ）レジスト層を介してマークを測定するため、信号
コントラストが低下するといった問題がある。前記
（ａ）〜（ｃ）の問題を回避するため、あらかじめマー
ク部分のレジストを削除する方法もあるが、そのための
工程が必要となり、処理が煩雑になるという問題があ
る。
【０００７】また、パターン位置を精度よく測定するた
めには、電子ビームの照射位置が時間経過によらず安定
に再現する必要がある。しかし、実際には電子ビームは
鏡筒内部に汚れが生じるとチャージアップによりドリフ
トが生じ、電子ビームがドリフトしていると測定値が変
動する。そこで、マスク上の位置合わせマーク検出に先
立ち、ビームの照射位置はステージ上に設けられたマー
クなどを用いて測定・校正される。これに対し、ステー
ジの位置はレーザー干渉計により高精度でモニターされ
るので、レーザー干渉計の座標系を基準として、ビーム
の照射位置や変位を測定することが可能となる。一方、
マスク上のマーク位置測定は、ステージ上のマークを介
した間接測定となるため、測定値に変動が生じたとき、
原因がビームドリフトなのか、マークそのものが変位し
ているかの区別ができないという問題がある。
めには、電子ビームの照射位置が時間経過によらず安定
に再現する必要がある。しかし、実際には電子ビームは
鏡筒内部に汚れが生じるとチャージアップによりドリフ
トが生じ、電子ビームがドリフトしていると測定値が変
動する。そこで、マスク上の位置合わせマーク検出に先
立ち、ビームの照射位置はステージ上に設けられたマー
クなどを用いて測定・校正される。これに対し、ステー
ジの位置はレーザー干渉計により高精度でモニターされ
るので、レーザー干渉計の座標系を基準として、ビーム
の照射位置や変位を測定することが可能となる。一方、
マスク上のマーク位置測定は、ステージ上のマークを介
した間接測定となるため、測定値に変動が生じたとき、
原因がビームドリフトなのか、マークそのものが変位し
ているかの区別ができないという問題がある。
【０００８】ところで、電子ビーム描画装置やステッパ
において、上記マークの位置を精度よく測定するための
方法として、レーザー光を用いた測定光学系を設ける方
法が知られている。しかし、高精度な測定のためには、
電子ビームまたは露光光を照射する位置で測定を行う必
要があるため、光学系の配置が難しい、装置が複雑にな
るといった問題がある。
において、上記マークの位置を精度よく測定するための
方法として、レーザー光を用いた測定光学系を設ける方
法が知られている。しかし、高精度な測定のためには、
電子ビームまたは露光光を照射する位置で測定を行う必
要があるため、光学系の配置が難しい、装置が複雑にな
るといった問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の試
料面位置測定装置及び測定方法は、試料面の位置測定を
行うための構造が複雑になったり、処理が繁雑化し、電
子ビームによるレジストへのダメージやビームドリフト
の影響を受けて精度が低下するという問題があった。
料面位置測定装置及び測定方法は、試料面の位置測定を
行うための構造が複雑になったり、処理が繁雑化し、電
子ビームによるレジストへのダメージやビームドリフト
の影響を受けて精度が低下するという問題があった。
【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、簡単な構造で試料面の位置測定を行うことが
でき、電子ビームによるレジストへのダメージやビーム
ドリフトの影響のない高精度な試料面位置測定装置及び
測定方法を提供することを目的とする。
たもので、簡単な構造で試料面の位置測定を行うことが
でき、電子ビームによるレジストへのダメージやビーム
ドリフトの影響のない高精度な試料面位置測定装置及び
測定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には先
願（特願平３−８２３１８号）の技術をベースにしてい
るが、比較的簡単な構造で十分に実用性のある試料面の
位置測定装置及び測定方法を実現している。
願（特願平３−８２３１８号）の技術をベースにしてい
るが、比較的簡単な構造で十分に実用性のある試料面の
位置測定装置及び測定方法を実現している。
【００１２】即ち、請求項１に記載した本発明の試料面
位置測定装置は、試料の測定面に可干渉性のある光を少
なくとも２本照射する手段と、前記試料の測定面で反射
または回折した光を検出器に導く手段と、検出器に導か
れた２光束に含まれる周波数の異なる光の波動の干渉に
より生じるうなりの位相を検出する手段とを具備し、前
記試料の測定面における法線方向の位置または前記試料
の測定面内で互いに直交する２方向の変位を検出するこ
とを特徴としている。
位置測定装置は、試料の測定面に可干渉性のある光を少
なくとも２本照射する手段と、前記試料の測定面で反射
または回折した光を検出器に導く手段と、検出器に導か
れた２光束に含まれる周波数の異なる光の波動の干渉に
より生じるうなりの位相を検出する手段とを具備し、前
記試料の測定面における法線方向の位置または前記試料
の測定面内で互いに直交する２方向の変位を検出するこ
とを特徴としている。
【００１３】請求項１に記載の試料面位置測定装置にお
いて、前記試料の測定面に照射される少なくとも２本の
光は、周波数がわずかに異なる波動が混在しているもの
であり、前記検出器に導かれる反射または回折した光の
うち、任意の２光束を組み合わせて互いに干渉するよう
に重ね合わせる光学手段と、前記２光束の波動の干渉に
より生じるうなりと等しい周波数を有する基準信号と前
記２光束の波動の干渉により生じるうなりの信号との位
相差を測定する測定手段とを更に具備し、前記試料の測
定面の法線方向の位置及び試料の測定面内で互いに直交
する２方向の変位を検出することが望ましい。
いて、前記試料の測定面に照射される少なくとも２本の
光は、周波数がわずかに異なる波動が混在しているもの
であり、前記検出器に導かれる反射または回折した光の
うち、任意の２光束を組み合わせて互いに干渉するよう
に重ね合わせる光学手段と、前記２光束の波動の干渉に
より生じるうなりと等しい周波数を有する基準信号と前
記２光束の波動の干渉により生じるうなりの信号との位
相差を測定する測定手段とを更に具備し、前記試料の測
定面の法線方向の位置及び試料の測定面内で互いに直交
する２方向の変位を検出することが望ましい。
【００１４】また、請求項２に記載した本発明の試料面
位置測定装置は、測定面に回折光を２次元分布させる回
折格子が形成された試料に、測定面と平行な変位検出方
向のうちの一方と試料の測定面における法線方向とが成
す面に対し、互いに異なる方向から少なくとも２本の光
束を入射させるとともに、前記２本の光束に対し試料の
測定面の法線方向に異なる角度で少なくとも１本の光束
を入射させる試料面照射手段と、前記試料の測定面上に
設けられた回折格子から生じる反射回折光のうち任意の
２光束を組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせ
る光学手段と、前記２光束の波動の干渉により生じるう
なりと等しい周波数を有する基準信号と前記２光束の波
動の干渉により生じるうなりの信号との位相差を測定す
る測定手段とを具備し、前記試料の測定面の法線方向の
位置及び試料の測定面内で互いに直交する２方向の変位
を検出することを特徴としている。
位置測定装置は、測定面に回折光を２次元分布させる回
折格子が形成された試料に、測定面と平行な変位検出方
向のうちの一方と試料の測定面における法線方向とが成
す面に対し、互いに異なる方向から少なくとも２本の光
束を入射させるとともに、前記２本の光束に対し試料の
測定面の法線方向に異なる角度で少なくとも１本の光束
を入射させる試料面照射手段と、前記試料の測定面上に
設けられた回折格子から生じる反射回折光のうち任意の
２光束を組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせ
る光学手段と、前記２光束の波動の干渉により生じるう
なりと等しい周波数を有する基準信号と前記２光束の波
動の干渉により生じるうなりの信号との位相差を測定す
る測定手段とを具備し、前記試料の測定面の法線方向の
位置及び試料の測定面内で互いに直交する２方向の変位
を検出することを特徴としている。
【００１５】請求項２に記載の試料面位置測定装置にお
いて、前記測定面と平行な変位検出方向のうちの一方と
試料の測定面における法線方向とが成す面に対し、互い
に異なる方向から入射される少なくとも２本の光束は、
周波数がわずかに異なる波動が混在しているものである
ことが望ましい。
いて、前記測定面と平行な変位検出方向のうちの一方と
試料の測定面における法線方向とが成す面に対し、互い
に異なる方向から入射される少なくとも２本の光束は、
周波数がわずかに異なる波動が混在しているものである
ことが望ましい。
【００１６】請求項１または２に記載の試料面位置測定
装置において、前記試料の測定面に入射させる２光束を
それぞれ異なる偏光方向あるいは回転方向を持つように
偏光する偏光手段を更に具備し、それぞれの反射回折光
をこの偏光手段で分離した後に、前記光学手段に導いて
互いに干渉するよう重ね合わせること、前記試料の測定
面に入射させる少なくとも２本の光束と、入射角度が前
記試料の測定面の法線方向に異なる少なくとも１本の光
束の法線方向の角度差を調整する入射角度変更手段を更
に具備すること、前記試料の測定面に平行な変位検出方
向のうちの一方と試料の測定面の法線方向とが成す面に
対し、対称な方向から入射する２本の光束は、波長を
λ、Ｘ，Ｙ方向の回折格子のピッチをＰx ，Ｐy 、Ｘ方
向とＹ方向のｎ次の回折角をそれぞれθx ，θy とした
とき、“ｓｉｎθx ＝±λ／Ｐx ”、“ｓｉｎθ1 −ｓ
ｉｎθy ＝±λ／Ｐy ”と表され、Ｘ方向の入射角がα
（≠θx ）に設定されていることが望ましい。
装置において、前記試料の測定面に入射させる２光束を
それぞれ異なる偏光方向あるいは回転方向を持つように
偏光する偏光手段を更に具備し、それぞれの反射回折光
をこの偏光手段で分離した後に、前記光学手段に導いて
互いに干渉するよう重ね合わせること、前記試料の測定
面に入射させる少なくとも２本の光束と、入射角度が前
記試料の測定面の法線方向に異なる少なくとも１本の光
束の法線方向の角度差を調整する入射角度変更手段を更
に具備すること、前記試料の測定面に平行な変位検出方
向のうちの一方と試料の測定面の法線方向とが成す面に
対し、対称な方向から入射する２本の光束は、波長を
λ、Ｘ，Ｙ方向の回折格子のピッチをＰx ，Ｐy 、Ｘ方
向とＹ方向のｎ次の回折角をそれぞれθx ，θy とした
とき、“ｓｉｎθx ＝±λ／Ｐx ”、“ｓｉｎθ1 −ｓ
ｉｎθy ＝±λ／Ｐy ”と表され、Ｘ方向の入射角がα
（≠θx ）に設定されていることが望ましい。
【００１７】請求項３に記載した本発明の試料面位置測
定装置は、試料の測定面に可干渉性のある光を少なくと
も２本照射する手段と、前記試料の測定面で反射または
回折した光を検出器に導く手段と、検出器に導かれた２
光束に含まれる周波数の異なる光の波動の干渉により生
じるうなりの位相を検出する手段とを具備し、荷電粒子
ビームを用いたパターン描画装置内に設けられた試料を
移動させるためのステージの位置、またはこのステージ
に載置された試料の測定面の位置を検出することを特徴
としている。
定装置は、試料の測定面に可干渉性のある光を少なくと
も２本照射する手段と、前記試料の測定面で反射または
回折した光を検出器に導く手段と、検出器に導かれた２
光束に含まれる周波数の異なる光の波動の干渉により生
じるうなりの位相を検出する手段とを具備し、荷電粒子
ビームを用いたパターン描画装置内に設けられた試料を
移動させるためのステージの位置、またはこのステージ
に載置された試料の測定面の位置を検出することを特徴
としている。
【００１８】更に、請求項４に記載した本発明の試料面
位置測定方法は、微小量異なる周波数で変調された少な
くとも２本の可干渉性のある光ビームを生成する第１の
ステップと、前記少なくとも２本の光ビームを試料の測
定面に照射する第２のステップと、前記試料の測定面で
反射または回折した少なくとも２本の光ビームを受光す
る第３のステップと、前記第３のステップで受光した光
ビームの光学的演算を行って選択的に重ね合わせる第４
のステップと、前記第４のステップで光学的演算を施し
た光信号を電気信号に変換する第５のステップと、前記
第５のステップで変換された電気信号と基準信号との位
相差を演算する第６のステップとを具備し、前記試料の
測定面における法線方向の位置または前記試料の測定面
内で互いに直交する２方向の変位を検出することを特徴
としている。
位置測定方法は、微小量異なる周波数で変調された少な
くとも２本の可干渉性のある光ビームを生成する第１の
ステップと、前記少なくとも２本の光ビームを試料の測
定面に照射する第２のステップと、前記試料の測定面で
反射または回折した少なくとも２本の光ビームを受光す
る第３のステップと、前記第３のステップで受光した光
ビームの光学的演算を行って選択的に重ね合わせる第４
のステップと、前記第４のステップで光学的演算を施し
た光信号を電気信号に変換する第５のステップと、前記
第５のステップで変換された電気信号と基準信号との位
相差を演算する第６のステップとを具備し、前記試料の
測定面における法線方向の位置または前記試料の測定面
内で互いに直交する２方向の変位を検出することを特徴
としている。
【００１９】上記のような構成並びに方法において、試
料の測定面で正反射された角度の異なる２光束を受光
し、この角度の差から、試料の測定面が高さ方向に変位
したとき、光路差が発生することにより２光束の位相が
変化する。この量を測定することで、特殊なマークを用
意することなく、試料の測定面の高さが測定できる。ま
た、光束を照射する試料の測定面に、回折光を２次元分
布させる回折格子を位置合わせマークとして設け、試料
の測定面に平行な変位検出方向のうちの一方と試料面の
法線方向とが成す面に対し対称な方向に出射する２本の
光束を受光し、回折角の差から試料の測定面がこの測定
面と平行な方向に変位したとき、光路差が発生して２光
束の位相が変化する。この量を測定することで、試料の
測定面内で互いに直交する２方向の変位を測定できる。
料の測定面で正反射された角度の異なる２光束を受光
し、この角度の差から、試料の測定面が高さ方向に変位
したとき、光路差が発生することにより２光束の位相が
変化する。この量を測定することで、特殊なマークを用
意することなく、試料の測定面の高さが測定できる。ま
た、光束を照射する試料の測定面に、回折光を２次元分
布させる回折格子を位置合わせマークとして設け、試料
の測定面に平行な変位検出方向のうちの一方と試料面の
法線方向とが成す面に対し対称な方向に出射する２本の
光束を受光し、回折角の差から試料の測定面がこの測定
面と平行な方向に変位したとき、光路差が発生して２光
束の位相が変化する。この量を測定することで、試料の
測定面内で互いに直交する２方向の変位を測定できる。
【００２０】上記構成並びに方法は、光ヘテロダインを
採用した位相測定のため、試料の測定面からの反射光量
の変化に依存しない位置測定が可能になる。また、光源
にレーザー光を採用しているため、チャージアップによ
るドリフトを生じず、安定した信号を得ることが可能と
なる。更に、上記構成の光学系により、試料面の位置を
高さ及び並進方向に検出することができるので、装置構
成を複雑にすることなく、高精度な位置検出が可能とな
る。
採用した位相測定のため、試料の測定面からの反射光量
の変化に依存しない位置測定が可能になる。また、光源
にレーザー光を採用しているため、チャージアップによ
るドリフトを生じず、安定した信号を得ることが可能と
なる。更に、上記構成の光学系により、試料面の位置を
高さ及び並進方向に検出することができるので、装置構
成を複雑にすることなく、高精度な位置検出が可能とな
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法につい
て説明するためのもので、（ａ）図はレーザー光の照射
側の概略構成図、（ｂ）図は試料の測定面の高さを測定
する場合の受光側の概略構成図、図２は図１（ａ），
（ｂ）における試料の測定面への入射光と反射光の関係
を詳細に示す斜視図である。
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法につい
て説明するためのもので、（ａ）図はレーザー光の照射
側の概略構成図、（ｂ）図は試料の測定面の高さを測定
する場合の受光側の概略構成図、図２は図１（ａ），
（ｂ）における試料の測定面への入射光と反射光の関係
を詳細に示す斜視図である。
【００２２】図１（ａ）において、１はレーザー光を発
生する光源で、この光源１から出射された干渉性の強い
レーザー光は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）２で
第一の光路と第二の光路とに分けられる。分けられた各
光束は音響光学変調素子（ＡＯＭ）３、４によってそれ
ぞれ微小量異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 で変調される。ＡＯ
Ｍ３から出射された光束５はビームスプリッタ６でさら
に分けられ、第三の光束７を得るようになっている。こ
れら３本の光束５、７、８は、図示しない折り返しミラ
ーとレンズを介し、その内の２光束５、８が試料９の測
定面に対して所定の角度θ1 で、光束７はこれらの光束
５、８と入射角度差Δθをもって試料９の測定面に斜め
方向から照射される（図２参照）。なお、光束５と７、
８は互いに試料９の測定面に平行な変位検出方向のうち
一方の変位方向と試料９における測定面の法線方向が成
す面に対し対称な方向から角度αにて入射する。この２
光束７、８の正反射光１２、１０は図示するように高さ
方向に出射角度差Δθをもって分離したものとなる。一
方、光束５と８の正反射光１１、１０は高さ方向に等し
い出射角度で、試料９の測定面に平行な方向に角度差２
αをもって分離したものとなる。
生する光源で、この光源１から出射された干渉性の強い
レーザー光は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）２で
第一の光路と第二の光路とに分けられる。分けられた各
光束は音響光学変調素子（ＡＯＭ）３、４によってそれ
ぞれ微小量異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 で変調される。ＡＯ
Ｍ３から出射された光束５はビームスプリッタ６でさら
に分けられ、第三の光束７を得るようになっている。こ
れら３本の光束５、７、８は、図示しない折り返しミラ
ーとレンズを介し、その内の２光束５、８が試料９の測
定面に対して所定の角度θ1 で、光束７はこれらの光束
５、８と入射角度差Δθをもって試料９の測定面に斜め
方向から照射される（図２参照）。なお、光束５と７、
８は互いに試料９の測定面に平行な変位検出方向のうち
一方の変位方向と試料９における測定面の法線方向が成
す面に対し対称な方向から角度αにて入射する。この２
光束７、８の正反射光１２、１０は図示するように高さ
方向に出射角度差Δθをもって分離したものとなる。一
方、光束５と８の正反射光１１、１０は高さ方向に等し
い出射角度で、試料９の測定面に平行な方向に角度差２
αをもって分離したものとなる。
【００２３】図１（ｂ）に示すように、試料９の測定面
で反射された２光束１０、１１と１０、１２をハーフミ
ラー１３、１４、１５を用いてそれぞれ重ね合わせるこ
とにより、波動の干渉により生じるうなりをセンサ１６
（これが高さ検出信号となる）とセンサ１７（これが基
準信号となる）で測定することが可能となる。これらの
信号の位相差を位相計１８を用いて測定し、変位信号を
得ることにより、位相差に比例した試料９の表面の高さ
を知ることができる。
で反射された２光束１０、１１と１０、１２をハーフミ
ラー１３、１４、１５を用いてそれぞれ重ね合わせるこ
とにより、波動の干渉により生じるうなりをセンサ１６
（これが高さ検出信号となる）とセンサ１７（これが基
準信号となる）で測定することが可能となる。これらの
信号の位相差を位相計１８を用いて測定し、変位信号を
得ることにより、位相差に比例した試料９の表面の高さ
を知ることができる。
【００２４】試料９の測定面が高さＺだけ変位したとき
の２つの信号間の位相変化φは、 φ＝４πＺ（ｃｏｓθ1 −ｃｏｓ（θ1 ＋Δθ））／λ …（１） と表される（λはレーザー光の波長）。
の２つの信号間の位相変化φは、 φ＝４πＺ（ｃｏｓθ1 −ｃｏｓ（θ1 ＋Δθ））／λ …（１） と表される（λはレーザー光の波長）。
【００２５】なお、図２における試料９の測定面の光束
照射位置には、回折光を２次元分布させる回折格子が位
置合わせマークＭとして配置されているが、高さ検出に
必要な光束は正反射光のみなので、高さ検出のみの場合
にはマークＭは不要である。
照射位置には、回折光を２次元分布させる回折格子が位
置合わせマークＭとして配置されているが、高さ検出に
必要な光束は正反射光のみなので、高さ検出のみの場合
にはマークＭは不要である。
【００２６】図３は、上式（１）で求められる位相変化
特性を示している。式（１）から分かるように、（ｃｏ
ｓθ1 −ｃｏｓ（θ1 ＋Δθ））／λの値を適当に設定
することにより、任意のＺの測定範囲で位相差が２π変
化するように調整することができる。具体的には入射角
度差Δθを調整することにより、Ｚの測定範囲を変化で
きる。よって、試料９の測定面に入射する光束５、８
と、入射角度が試料９の測定面の法線方向に異なる光束
７の法線方向の入射角度差Δθを調整する入射角度変更
機構を設ければ、高さＺの測定範囲を自由に設定でき
る。
特性を示している。式（１）から分かるように、（ｃｏ
ｓθ1 −ｃｏｓ（θ1 ＋Δθ））／λの値を適当に設定
することにより、任意のＺの測定範囲で位相差が２π変
化するように調整することができる。具体的には入射角
度差Δθを調整することにより、Ｚの測定範囲を変化で
きる。よって、試料９の測定面に入射する光束５、８
と、入射角度が試料９の測定面の法線方向に異なる光束
７の法線方向の入射角度差Δθを調整する入射角度変更
機構を設ければ、高さＺの測定範囲を自由に設定でき
る。
【００２７】また、位相差信号は基準信号、測定信号共
に試料９の表面に入射した光を用いて得ているので、試
料９の表面にレジストが塗布されるなどして表面状態が
変化した場合でも、この変化による光路長変化はどちら
の信号にも同じだけ影響する。従って、表面状態の影響
を受けることなく試料９の測定面の高さの変化のみを検
出することができる。
に試料９の表面に入射した光を用いて得ているので、試
料９の表面にレジストが塗布されるなどして表面状態が
変化した場合でも、この変化による光路長変化はどちら
の信号にも同じだけ影響する。従って、表面状態の影響
を受けることなく試料９の測定面の高さの変化のみを検
出することができる。
【００２８】一方、試料９の測定面と平行な方向の位置
検出を行うためには、測定面上の光束照射位置に図２に
示したような回折格子（マークＭ）を設け、この格子を
利用して変位を検出する。
検出を行うためには、測定面上の光束照射位置に図２に
示したような回折格子（マークＭ）を設け、この格子を
利用して変位を検出する。
【００２９】図４は、上記格子によって得られる回折光
分布を示すもので、図２における矢印１７の方向から観
察した状態を示している。図２中の座標系に基づき、
Ｘ，Ｙ方向の回折格子のピッチをＰx ，Ｐy とする。そ
して、光束１０、１１のＸ方向とＹ方向のｎ次の回折角
をそれぞれθx ，θy とすれば、 ｓｉｎθx ＝±λ／Ｐx …（２） ｓｉｎθ1 −ｓｉｎθy ＝±λ／Ｐy …（３） と表される。ここで、Ｘ方向の入射角をα（≠θx ）と
設定すれば、互いの反射回折光（正反射光を含む）は重
ならず、独立に取り込むことが可能になる。得られた回
折光の内、１次の回折光に注目する。Ｘ，Ｙ方向のマー
クＭの変位をそれぞれΔｘ，Δｙとすれば、Ｘ，Ｙ方向
変位に対する回折光の位相変化φx ，φyはそれぞれ、 φx ＝２πΔｘ／Ｐx …（４） φy ＝２πΔｙ／Ｐy …（５） と表される。また、高さＺが変化することによっても位
相が変化する（φz ）。
分布を示すもので、図２における矢印１７の方向から観
察した状態を示している。図２中の座標系に基づき、
Ｘ，Ｙ方向の回折格子のピッチをＰx ，Ｐy とする。そ
して、光束１０、１１のＸ方向とＹ方向のｎ次の回折角
をそれぞれθx ，θy とすれば、 ｓｉｎθx ＝±λ／Ｐx …（２） ｓｉｎθ1 −ｓｉｎθy ＝±λ／Ｐy …（３） と表される。ここで、Ｘ方向の入射角をα（≠θx ）と
設定すれば、互いの反射回折光（正反射光を含む）は重
ならず、独立に取り込むことが可能になる。得られた回
折光の内、１次の回折光に注目する。Ｘ，Ｙ方向のマー
クＭの変位をそれぞれΔｘ，Δｙとすれば、Ｘ，Ｙ方向
変位に対する回折光の位相変化φx ，φyはそれぞれ、 φx ＝２πΔｘ／Ｐx …（４） φy ＝２πΔｙ／Ｐy …（５） と表される。また、高さＺが変化することによっても位
相が変化する（φz ）。
【００３０】例えば、Ｘ方向に−１次、Ｙ方向に１次の
回折光２１について、マークＭの変位に比例した位相変
化φ（−１，１）は、 φ（−１，１）＝φx ＋φy ＋φz ＝−２πΔｘ／Ｐx ＋２πΔｙ／Ｐy ＋φz …（６） の様に表される。この回折光は周波数ｆ2 で変調されて
いるので、位相変化を便宜上、ｆ2 （−ｘ，ｙ，ｚ）と
表す。例えば、この回折光２１とｆ1 ´（ｚ）で表され
る回折光１０とを重ね合わせ、うなりの信号を生成する
と、回折光１０、２１共に、Ｚの変化に対する位相変化
φz が等しいため、マークＭの変位による位相変化φb
は、 φb ＝φx ＋φy ＝−２πΔｘ／Ｐx ＋２πΔｙ／Ｐy …（７） となり、Δｘ，Δｙのみの関数となる。しかし、このま
まではＸ，Ｙ方向どちらに変位しても位相が変化し、変
位信号として適当でない。そこで、回折光１０と２１を
重ね合わせることにより生じるうなりの信号に加えて、
回折光１１と２０を重ね合わせることにより生じるうな
りの信号を生成する。
回折光２１について、マークＭの変位に比例した位相変
化φ（−１，１）は、 φ（−１，１）＝φx ＋φy ＋φz ＝−２πΔｘ／Ｐx ＋２πΔｙ／Ｐy ＋φz …（６） の様に表される。この回折光は周波数ｆ2 で変調されて
いるので、位相変化を便宜上、ｆ2 （−ｘ，ｙ，ｚ）と
表す。例えば、この回折光２１とｆ1 ´（ｚ）で表され
る回折光１０とを重ね合わせ、うなりの信号を生成する
と、回折光１０、２１共に、Ｚの変化に対する位相変化
φz が等しいため、マークＭの変位による位相変化φb
は、 φb ＝φx ＋φy ＝−２πΔｘ／Ｐx ＋２πΔｙ／Ｐy …（７） となり、Δｘ，Δｙのみの関数となる。しかし、このま
まではＸ，Ｙ方向どちらに変位しても位相が変化し、変
位信号として適当でない。そこで、回折光１０と２１を
重ね合わせることにより生じるうなりの信号に加えて、
回折光１１と２０を重ね合わせることにより生じるうな
りの信号を生成する。
【００３１】即ち、図５に示すように、回折光１０と２
１をハーフミラー１３によって重ね合わせてセンサ１６
に供給すると共に、回折光１１と２０をハーフミラー１
４によって重ね合わせてセンサ１７に供給し、これらセ
ンサ１６、１７の出力信号を位相計１８に供給して変位
信号を生成する。センサ１６から出力されるうなりの信
号２２の位相φ1 とセンサ１７から出力されるうなりの
信号２３の位相φ2 の位相差Δφは、 Δφ＝φ1 −φ2 ＝４πΔｙ／Ｐy …（８） となり、位相計１８によってＹ方向の変位のみを検出で
きることになる。
１をハーフミラー１３によって重ね合わせてセンサ１６
に供給すると共に、回折光１１と２０をハーフミラー１
４によって重ね合わせてセンサ１７に供給し、これらセ
ンサ１６、１７の出力信号を位相計１８に供給して変位
信号を生成する。センサ１６から出力されるうなりの信
号２２の位相φ1 とセンサ１７から出力されるうなりの
信号２３の位相φ2 の位相差Δφは、 Δφ＝φ1 −φ2 ＝４πΔｙ／Ｐy …（８） となり、位相計１８によってＹ方向の変位のみを検出で
きることになる。
【００３２】上記と同様に図６に示すような組み合わせ
で回折光を合成し、センサ１６、１７、２４、２５、２
６でうなりの信号を取り出し、位相計１８、２７、２８
にて位相差を検出することによりＸ，Ｙ，Ｚの変位をそ
れぞれ独立に測定することが可能となる。即ち、回折光
ｆ2 （−ｘ，ｙ，ｚ）の光束２１と回折光ｆ1 （ｚ）の
光束１２をビームスプリッタ（ハーフミラー）３０で分
けた光束とを合成部３１で重ね合わせ、波動の干渉によ
り生ずるうなりをセンサ１６で測定する。回折光ｆ2
（ｚ）の光束１１と回折光ｆ1 （ｚ）の光束１２とを合
成部３２で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなり
をセンサ２５で測定する。また、回折光ｆ2 （ｘ，ｙ，
ｚ）の光束３３と回折光ｆ1 （−ｘ，ｙ，ｚ）の光束３
４とを合成部３５で重ね合わせ、波動の干渉により生ず
るうなりをセンサ２４で測定する。回折光ｆ1 ´（ｚ）
の光束１０と回折光ｆ2 （ｚ）の光束１１をハーフミラ
ー３６で分けた光束とを合成部３７で重ね合わせ、波動
の干渉により生ずるうなりをセンサ２６で測定する。更
に、回折光ｆ1 （ｘ，ｙ，ｚ）の光束２０と回折光ｆ2
（ｚ）の光束１１をハーフミラー３８で分けた光束とを
合成部３９で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうな
りをセンサ１７で測定する。そして、位相計２７によっ
て上記センサ２５から出力されるうなりの信号と上記セ
ンサ２４から出力されるうなりの信号の位相差を測定す
ると、Ｘ方向の変位信号（−２ｘ）が得られる。また、
位相計１８によって上記センサ１６から出力されるうな
りの信号と上記センサ１７から出力されるうなりの信号
の位相差を測定すると、Ｙ方向の変位信号（−２ｙ）が
得られる。同様に、位相計２８によって上記センサ２６
から出力されるうなりの信号と上記センサ２５から出力
されるうなりの信号の位相差を測定すると、Ｚ方向の変
位信号（Δｚ）が得られる。
で回折光を合成し、センサ１６、１７、２４、２５、２
６でうなりの信号を取り出し、位相計１８、２７、２８
にて位相差を検出することによりＸ，Ｙ，Ｚの変位をそ
れぞれ独立に測定することが可能となる。即ち、回折光
ｆ2 （−ｘ，ｙ，ｚ）の光束２１と回折光ｆ1 （ｚ）の
光束１２をビームスプリッタ（ハーフミラー）３０で分
けた光束とを合成部３１で重ね合わせ、波動の干渉によ
り生ずるうなりをセンサ１６で測定する。回折光ｆ2
（ｚ）の光束１１と回折光ｆ1 （ｚ）の光束１２とを合
成部３２で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなり
をセンサ２５で測定する。また、回折光ｆ2 （ｘ，ｙ，
ｚ）の光束３３と回折光ｆ1 （−ｘ，ｙ，ｚ）の光束３
４とを合成部３５で重ね合わせ、波動の干渉により生ず
るうなりをセンサ２４で測定する。回折光ｆ1 ´（ｚ）
の光束１０と回折光ｆ2 （ｚ）の光束１１をハーフミラ
ー３６で分けた光束とを合成部３７で重ね合わせ、波動
の干渉により生ずるうなりをセンサ２６で測定する。更
に、回折光ｆ1 （ｘ，ｙ，ｚ）の光束２０と回折光ｆ2
（ｚ）の光束１１をハーフミラー３８で分けた光束とを
合成部３９で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうな
りをセンサ１７で測定する。そして、位相計２７によっ
て上記センサ２５から出力されるうなりの信号と上記セ
ンサ２４から出力されるうなりの信号の位相差を測定す
ると、Ｘ方向の変位信号（−２ｘ）が得られる。また、
位相計１８によって上記センサ１６から出力されるうな
りの信号と上記センサ１７から出力されるうなりの信号
の位相差を測定すると、Ｙ方向の変位信号（−２ｙ）が
得られる。同様に、位相計２８によって上記センサ２６
から出力されるうなりの信号と上記センサ２５から出力
されるうなりの信号の位相差を測定すると、Ｚ方向の変
位信号（Δｚ）が得られる。
【００３３】このような構成によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚの変
位をそれぞれ独立に測定することができる。よって、電
子ビーム描画装置やステッパにおいて、簡単な構造でス
テージに載置された試料の測定面の位置測定やステージ
の位置検出を行うことができ、しかも電子ビームによる
レジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高
精度な試料面位置測定装置及び測定方法が得られる。
位をそれぞれ独立に測定することができる。よって、電
子ビーム描画装置やステッパにおいて、簡単な構造でス
テージに載置された試料の測定面の位置測定やステージ
の位置検出を行うことができ、しかも電子ビームによる
レジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高
精度な試料面位置測定装置及び測定方法が得られる。
【００３４】図７は、本発明の第４の実施の形態に係る
試料面位置測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。光源１から出射されたレーザー光は、ビームスプリ
ッタ２で第一の光路と第二の光路とに分けられ、音響光
学変調素子（ＡＯＭ）３、４にそれぞれ供給されて微小
量異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 で変調される。上記ＡＯＭ
３、４から出射された光束はそれぞれ、折り返しミラー
やレンズ等の光学素子２９を介して試料９の測定面に照
射される。試料９の測定面で反射された光束はハーフミ
ラー１３で重ね合わされ、波動の干渉により生じるうな
りがセンサ１６で測定される。そして、上記センサ１６
によるうなりの信号と上記ＡＯＭ３、４の駆動電気信号
とが位相計１８に入力され、変位信号を得るようになっ
ている。
試料面位置測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。光源１から出射されたレーザー光は、ビームスプリ
ッタ２で第一の光路と第二の光路とに分けられ、音響光
学変調素子（ＡＯＭ）３、４にそれぞれ供給されて微小
量異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 で変調される。上記ＡＯＭ
３、４から出射された光束はそれぞれ、折り返しミラー
やレンズ等の光学素子２９を介して試料９の測定面に照
射される。試料９の測定面で反射された光束はハーフミ
ラー１３で重ね合わされ、波動の干渉により生じるうな
りがセンサ１６で測定される。そして、上記センサ１６
によるうなりの信号と上記ＡＯＭ３、４の駆動電気信号
とが位相計１８に入力され、変位信号を得るようになっ
ている。
【００３５】この第４の実施の形態では、出射光学系側
で周波数ｆ1 ，ｆ2 の干渉光束を生成せずに、ＡＯＭ
３、４の駆動電気信号を取り出して基準信号として位相
計１８に入力し、変位信号を得るようにしている。この
ような構成並びに方法であっても上述した各実施の形態
と同様な位置測定が行える。
で周波数ｆ1 ，ｆ2 の干渉光束を生成せずに、ＡＯＭ
３、４の駆動電気信号を取り出して基準信号として位相
計１８に入力し、変位信号を得るようにしている。この
ような構成並びに方法であっても上述した各実施の形態
と同様な位置測定が行える。
【００３６】図８は、本発明の第５の実施の形態に係る
試料面位置測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。この第５の実施の形態にあっては、入射光学系側で
ハーフミラー４０、４１を用いて周波数ｆ1 ，ｆ2 の光
を干渉させ、これを測定することにより基準信号として
いる。そして、この基準信号とセンサ１６で検出したう
なりの信号とを位相計１８に入力して変位信号を得るよ
うにしている。このような構成並びに方法でも前述した
各実施の形態と同様な作用効果が得られる。
試料面位置測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。この第５の実施の形態にあっては、入射光学系側で
ハーフミラー４０、４１を用いて周波数ｆ1 ，ｆ2 の光
を干渉させ、これを測定することにより基準信号として
いる。そして、この基準信号とセンサ１６で検出したう
なりの信号とを位相計１８に入力して変位信号を得るよ
うにしている。このような構成並びに方法でも前述した
各実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００３７】なお、この発明は上述した第１ないし第５
の実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することが可能である。例
えば、図１、７、８で示した実施の形態の場合、測定範
囲や光学系の設置角度の選定によっては互いの光束の分
離角度が小さく、２光束が完全に分離し難いことが考え
られる。このような場合には、入射光側の片側の光束に
偏光板を挿入し、一方の光束を他方の光束と偏光方向を
変えておくと良い。そして、反射光側で偏光ビームスプ
リッタによって２光束を分離し、再度偏光板を用いて偏
光方向を一致させ、再度重ね合わせる。ここでの偏光と
は、例えばＰ波、Ｓ波のように偏光するような場合であ
って、このような偏光を利用した分離方法によって１度
以下の分離角度でも容易に互いの光束の分離や重ね合わ
せが可能となる。
の実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することが可能である。例
えば、図１、７、８で示した実施の形態の場合、測定範
囲や光学系の設置角度の選定によっては互いの光束の分
離角度が小さく、２光束が完全に分離し難いことが考え
られる。このような場合には、入射光側の片側の光束に
偏光板を挿入し、一方の光束を他方の光束と偏光方向を
変えておくと良い。そして、反射光側で偏光ビームスプ
リッタによって２光束を分離し、再度偏光板を用いて偏
光方向を一致させ、再度重ね合わせる。ここでの偏光と
は、例えばＰ波、Ｓ波のように偏光するような場合であ
って、このような偏光を利用した分離方法によって１度
以下の分離角度でも容易に互いの光束の分離や重ね合わ
せが可能となる。
【００３８】また、上述した各実施の形態では、電子ビ
ーム描画装置やステッパに適用する場合を例にとって説
明したが、本発明の試料面位置検出装置及び測定方法
は、これらの装置への適用に限定されるものではないの
は勿論であり、試料の測定面の位置を非接触で高精度に
測定する必要がある装置であれば、いずれにも適用可能
である。
ーム描画装置やステッパに適用する場合を例にとって説
明したが、本発明の試料面位置検出装置及び測定方法
は、これらの装置への適用に限定されるものではないの
は勿論であり、試料の測定面の位置を非接触で高精度に
測定する必要がある装置であれば、いずれにも適用可能
である。
【００３９】
【発明の効果】上記のような構成並びに方法によれば、
光ヘテロダインを採用した位相測定のため、試料面から
の反射光量の変化に依存しない位置測定が可能になる。
また、光源にレーザー光を採用しているため、チャージ
アップによるドリフトを生じず、レジストに対するダメ
ージもなく安定した信号を得ることが可能となる。しか
も、本構成の光学系により、試料面の位置を高さ及び並
進方向に検出することができるので、装置構成を複雑に
することなく、高精度の位置検出が可能となる。
光ヘテロダインを採用した位相測定のため、試料面から
の反射光量の変化に依存しない位置測定が可能になる。
また、光源にレーザー光を採用しているため、チャージ
アップによるドリフトを生じず、レジストに対するダメ
ージもなく安定した信号を得ることが可能となる。しか
も、本構成の光学系により、試料面の位置を高さ及び並
進方向に検出することができるので、装置構成を複雑に
することなく、高精度の位置検出が可能となる。
【００４０】従って、本発明によれば、簡単な構造で試
料面の位置測定を行うことができ、電子ビームによるレ
ジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高精
度な試料面位置測定装置及び測定方法が得られる。
料面の位置測定を行うことができ、電子ビームによるレ
ジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高精
度な試料面位置測定装置及び測定方法が得られる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る試料面位置測
定装置及び測定方法について説明するためのもので、
（ａ）図は出射光側の概略構成図、（ｂ）図は試料面の
高さを測定する場合の受光側の概略構成図。
定装置及び測定方法について説明するためのもので、
（ａ）図は出射光側の概略構成図、（ｂ）図は試料面の
高さを測定する場合の受光側の概略構成図。
【図２】図１における試料の測定面への入射光と反射光
の関係を詳細に示す斜視図。
の関係を詳細に示す斜視図。
【図３】試料面の高さ測定により得られる位相変化特性
を示す図。
を示す図。
【図４】図１及び図２に示した試料面位置測定装置で得
られた回折光分布を示す図。
られた回折光分布を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る試料面位置測
定装置及び測定方法について説明するためのもので、Ｙ
方向の変位を検出する場合の受光側の概略構成図。
定装置及び測定方法について説明するためのもので、Ｙ
方向の変位を検出する場合の受光側の概略構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る試料面位置測
定装置及び測定方法について説明するためのもので、
Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向の変位を検出する場合の受光側の概略
構成図。
定装置及び測定方法について説明するためのもので、
Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向の変位を検出する場合の受光側の概略
構成図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る試料面位置測
定装置及び測定方法について説明するための概略構成
図。
定装置及び測定方法について説明するための概略構成
図。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る試料面位置測
定装置及び測定方法について説明するための概略構成
図。
定装置及び測定方法について説明するための概略構成
図。
１…光源、２，６，１３，１４，１５…ビームスプリッ
タ（ハーフミラー）、３，４…音響光学変調素子（ＡＯ
Ｍ）、５，７，８…入射光束、９…試料、１０，１１，
１２…出射光束、１６，１７，２４，２５，２６…セン
サ、１８，２７，２８…位相計、２０，２１…回折光、
２２，２３…うなりの信号、２９…光学素子。
タ（ハーフミラー）、３，４…音響光学変調素子（ＡＯ
Ｍ）、５，７，８…入射光束、９…試料、１０，１１，
１２…出射光束、１６，１７，２４，２５，２６…セン
サ、１８，２７，２８…位相計、２０，２１…回折光、
２２，２３…うなりの信号、２９…光学素子。
Claims (4)
- 【請求項１】 試料の測定面に可干渉性のある光を少な
くとも２本照射する手段と、前記試料の測定面で反射ま
たは回折した光を検出器に導く手段と、検出器に導かれ
た２光束に含まれる周波数の異なる光の波動の干渉によ
り生じるうなりの位相を検出する手段とを具備し、前記
試料の測定面における法線方向の位置または前記試料の
測定面内で互いに直交する２方向の変位を検出すること
を特徴とする試料面位置測定装置。 - 【請求項２】 測定面に回折光を２次元分布させる回折
格子が形成された試料に、測定面と平行な変位検出方向
のうちの一方と試料の測定面における法線方向とが成す
面に対し、互いに異なる方向から少なくとも２本の光束
を入射させるとともに、前記２本の光束に対し試料の測
定面の法線方向に異なる角度で少なくとも１本の光束を
入射させる試料面照射手段と、前記試料の測定面上に設
けられた回折格子から生じる反射回折光のうち任意の２
光束を組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせる
光学手段と、前記２光束の波動の干渉により生じるうな
りと等しい周波数を有する基準信号と前記２光束の波動
の干渉により生じるうなりの信号との位相差を測定する
測定手段とを具備し、前記試料の測定面の法線方向の位
置及び試料の測定面内で互いに直交する２方向の変位を
検出することを特徴とする試料面位置測定装置。 - 【請求項３】 試料の測定面に可干渉性のある光を少な
くとも２本照射する手段と、前記試料の測定面で反射ま
たは回折した光を検出器に導く手段と、検出器に導かれ
た２光束に含まれる周波数の異なる光の波動の干渉によ
り生じるうなりの位相を検出する手段とを具備し、荷電
粒子ビームを用いたパターン描画装置内に設けられた試
料を移動させるためのステージの位置、またはこのステ
ージに載置された試料の測定面の位置を検出することを
特徴とする試料面位置測定装置。 - 【請求項４】 微小量異なる周波数で変調された少なく
とも２本の可干渉性のある光ビームを生成する第１のス
テップと、前記少なくとも２本の光ビームを試料の測定
面に照射する第２のステップと、前記試料の測定面で反
射または回折した少なくとも２本の光ビームを受光する
第３のステップと、前記第３のステップで受光した光ビ
ームの光学的演算を行って選択的に重ね合わせる第４の
ステップと、前記第４のステップで光学的演算を施した
光信号を電気信号に変換する第５のステップと、前記第
５のステップで変換された電気信号と基準信号との位相
差を演算する第６のステップとを具備し、前記試料の測
定面における法線方向の位置または前記試料の測定面内
で互いに直交する２方向の変位を検出することを特徴と
する試料面位置測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18355496A JP3364382B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 試料面位置測定装置及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18355496A JP3364382B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 試料面位置測定装置及び測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1026513A true JPH1026513A (ja) | 1998-01-27 |
| JP3364382B2 JP3364382B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=16137844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18355496A Expired - Lifetime JP3364382B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 試料面位置測定装置及び測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364382B2 (ja) |
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| US6239443B1 (en) | 1997-03-19 | 2001-05-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for emitting a beam to a sample used for manufacturing a semiconducor device |
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| WO2018165742A1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Magna International Inc. | Dynamic space heater |
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| US10120078B2 (en) | 2012-12-19 | 2018-11-06 | Basf Se | Detector having a transversal optical sensor and a longitudinal optical sensor |
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| US10412283B2 (en) | 2015-09-14 | 2019-09-10 | Trinamix Gmbh | Dual aperture 3D camera and method using differing aperture areas |
| US10775505B2 (en) | 2015-01-30 | 2020-09-15 | Trinamix Gmbh | Detector for an optical detection of at least one object |
| US10890491B2 (en) | 2016-10-25 | 2021-01-12 | Trinamix Gmbh | Optical detector for an optical detection |
| US10948567B2 (en) | 2016-11-17 | 2021-03-16 | Trinamix Gmbh | Detector for optically detecting at least one object |
| US10955936B2 (en) | 2015-07-17 | 2021-03-23 | Trinamix Gmbh | Detector for optically detecting at least one object |
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| US11060922B2 (en) | 2017-04-20 | 2021-07-13 | Trinamix Gmbh | Optical detector |
| US11067692B2 (en) | 2017-06-26 | 2021-07-20 | Trinamix Gmbh | Detector for determining a position of at least one object |
| US11125880B2 (en) | 2014-12-09 | 2021-09-21 | Basf Se | Optical detector |
| US11211513B2 (en) | 2016-07-29 | 2021-12-28 | Trinamix Gmbh | Optical sensor and detector for an optical detection |
| US11428787B2 (en) | 2016-10-25 | 2022-08-30 | Trinamix Gmbh | Detector for an optical detection of at least one object |
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-
1996
- 1996-07-12 JP JP18355496A patent/JP3364382B2/ja not_active Expired - Lifetime
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