JPS6316687B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6316687B2 JPS6316687B2 JP20828882A JP20828882A JPS6316687B2 JP S6316687 B2 JPS6316687 B2 JP S6316687B2 JP 20828882 A JP20828882 A JP 20828882A JP 20828882 A JP20828882 A JP 20828882A JP S6316687 B2 JPS6316687 B2 JP S6316687B2
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- JP
- Japan
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- light
- image
- height
- bright
- semiconductor
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は物体の高さ、例えば荷電粒子線露光装
置におけるマスクブランクやウエハ表面の高さを
極めて正確に検知することの可能な装置に関する
ものである。
置におけるマスクブランクやウエハ表面の高さを
極めて正確に検知することの可能な装置に関する
ものである。
例えば、電子線露光装置により半導体ウエハ等
上に微細回路パターンを描画する際、該ウエハ表
面が設定した高さからずれていると、露光された
回路の位置や大きさが所定のものと異なつてしま
い、特に半導体ウエハにおける多重露光をすると
きには描画精度は著しく低下してしまう。従つ
て、被露光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。
上に微細回路パターンを描画する際、該ウエハ表
面が設定した高さからずれていると、露光された
回路の位置や大きさが所定のものと異なつてしま
い、特に半導体ウエハにおける多重露光をすると
きには描画精度は著しく低下してしまう。従つ
て、被露光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。
従来の高さ測定装置としては、被露光材料の表
面に対向して電極を配置し、この表面と電極との
間に形成されるコンデンサの静電容量が該表面の
上下動に伴つて変化することを利用するもの及び
被露光材料表面にレーザ光を照射し、その表面で
の反射光と照射光との干渉縞を利用するものが使
用されている。
面に対向して電極を配置し、この表面と電極との
間に形成されるコンデンサの静電容量が該表面の
上下動に伴つて変化することを利用するもの及び
被露光材料表面にレーザ光を照射し、その表面で
の反射光と照射光との干渉縞を利用するものが使
用されている。
しかし乍ら、前者では静電界の発生があるの
で、測定時電子線に悪影響を与えることになる。
従つて、高さ測定点は最も重要な電子線照射点か
ら著しく離れた点にならざるを得ず、高い測定精
度は望めない。又、後者は光学的測定であるの
で、電子線照射点と測定点とを一致させることは
できるが、干渉パルスの数の積算を利用している
ので、被露光材料表面の凹凸を横切つたりして光
の中断があると、その後の測定は全く信頼性のな
いものとなる。
で、測定時電子線に悪影響を与えることになる。
従つて、高さ測定点は最も重要な電子線照射点か
ら著しく離れた点にならざるを得ず、高い測定精
度は望めない。又、後者は光学的測定であるの
で、電子線照射点と測定点とを一致させることは
できるが、干渉パルスの数の積算を利用している
ので、被露光材料表面の凹凸を横切つたりして光
の中断があると、その後の測定は全く信頼性のな
いものとなる。
この様な欠点を解決し得る装置が近時提案され
ている。この装置は、第１図に示す如く光源１よ
りの光を被露光材料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ヤを有する部材
３に照射してその通過した光をレンズ４によつて
前記被露光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を置いて
前記像をイメージデイセクター管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するように
なしたものである。
ている。この装置は、第１図に示す如く光源１よ
りの光を被露光材料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ヤを有する部材
３に照射してその通過した光をレンズ４によつて
前記被露光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を置いて
前記像をイメージデイセクター管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するように
なしたものである。
斯かる装置において、今材料２が第２図に示す
如く、２ａから２ｂに高さｈだけ変化した場合、
アパーチヤ像ｐの虚像p′とp″との間隔をＬ、レン
ズ５の倍率をＭ、光の入、反射角をθとしたと
き、検出面でのアパーチヤ像のズレ量Δは Δ＝Ｍ・Lcosθ＝Ｍ・2hcosθ で与えられる。上記Ｍ及びθは既知であるので、
Δが求まれば容易に高さ変位ｈが求まることにな
る。
如く、２ａから２ｂに高さｈだけ変化した場合、
アパーチヤ像ｐの虚像p′とp″との間隔をＬ、レン
ズ５の倍率をＭ、光の入、反射角をθとしたと
き、検出面でのアパーチヤ像のズレ量Δは Δ＝Ｍ・Lcosθ＝Ｍ・2hcosθ で与えられる。上記Ｍ及びθは既知であるので、
Δが求まれば容易に高さ変位ｈ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
る表面高さを測定でき、且つ干渉パルスの積算は
用いないので、凹凸等の光中断部があつても正確
な高さ測定が可能であるという効果を有してい
る。
の影響を与えることなく該電子線の照射点におけ
る表面高さを測定でき、且つ干渉パルスの積算は
用いないので、凹凸等の光中断部があつても正確
な高さ測定が可能であるという効果を有してい
る。
しかし、前記イメージデイセクター管は光電変
換面、アパーチヤ板、２次電子増倍管、コレクタ
ー電極、静電レンズ、偏向コイル及び各部の電源
等から構成されるので構造が複雑で大型であり、
且つ非常に高価であるという問題がある。特に、
装置が大型であることは狭隘な露光室への設置が
困難となり折角の利点をもつ装置の活用ができな
くなる。そこで、イメージデイセクター管に代え
て半導体アレイセンサを使用すれば上記構造的問
題は解決するが、新たな問題が生ずる。即ち、半
導体アレイセンサは半導体光検出素子を10〜30μ
ｍのピツチで多数（例えば2048個）配列したもの
であるが、測定精度（絶対精度）に限界があり、
高さ換算で1μｍ又はそれ以下の精度を得ること
は難しい。今、結像レンズ系の倍率Ｍを10倍と
し、半導体素子のピツチＰを25μｍとするとアレ
イセンサ上に結像する像に全くボケがないとして
も、原理的に2hcosθの量としてＰ／Ｍ＝25／10
＝2.5μｍの測定精度しか得られない。しかも、ア
パーチヤ板を通した光をレンズで結像して材料面
に投影し、更に反射光を結像レンズで拡大して検
出器上に投影するので、検出器上の像にはかなり
のボケがあり、且つ又各半導体素子の感度は通常
20％程度のバラツキを有しているので、上記精度
は更に悪いものになる。
換面、アパーチヤ板、２次電子増倍管、コレクタ
ー電極、静電レンズ、偏向コイル及び各部の電源
等から構成されるので構造が複雑で大型であり、
且つ非常に高価であるという問題がある。特に、
装置が大型であることは狭隘な露光室への設置が
困難となり折角の利点をもつ装置の活用ができな
くなる。そこで、イメージデイセクター管に代え
て半導体アレイセンサを使用すれば上記構造的問
題は解決するが、新たな問題が生ずる。即ち、半
導体アレイセンサは半導体光検出素子を10〜30μ
ｍのピツチで多数（例えば2048個）配列したもの
であるが、測定精度（絶対精度）に限界があり、
高さ換算で1μｍ又はそれ以下の精度を得ること
は難しい。今、結像レンズ系の倍率Ｍを10倍と
し、半導体素子のピツチＰを25μｍとするとアレ
イセンサ上に結像する像に全くボケがないとして
も、原理的に2hcosθの量としてＰ／Ｍ＝25／10
＝2.5μｍの測定精度しか得られない。しかも、ア
パーチヤ板を通した光をレンズで結像して材料面
に投影し、更に反射光を結像レンズで拡大して検
出器上に投影するので、検出器上の像にはかなり
のボケがあり、且つ又各半導体素子の感度は通常
20％程度のバラツキを有しているので、上記精度
は更に悪いものになる。
本発明は上記問題点を全て解消するためになさ
れたもので、構造が簡単で且つ廉価な半導体アレ
イセンサを使用して高精度の高さ測定を行う装置
を提案するものである。本発明の構成は物体表面
に一定角度θで光を照射し、その照射点の近傍に
微小間隔をなした複数の明暗像を結ばせる照射光
学系と、該照射点から反射する光を集光し、前記
複数の明暗像を結像するための結像光学系と、該
結像光学系の結像面に配置され、多数の半導体光
検出素子からなる半導体アレイセンサと、該セン
サ上における各明暗像の基準位置からの距離を求
め、それらを平均化する演算手段とを備え、前記
半導体アレイセンサ上で複数の明暗像の配列長さ
を該センサの長さより充分短く成した物体の表面
高さ測定装置を特徴とするものである。
れたもので、構造が簡単で且つ廉価な半導体アレ
イセンサを使用して高精度の高さ測定を行う装置
を提案するものである。本発明の構成は物体表面
に一定角度θで光を照射し、その照射点の近傍に
微小間隔をなした複数の明暗像を結ばせる照射光
学系と、該照射点から反射する光を集光し、前記
複数の明暗像を結像するための結像光学系と、該
結像光学系の結像面に配置され、多数の半導体光
検出素子からなる半導体アレイセンサと、該セン
サ上における各明暗像の基準位置からの距離を求
め、それらを平均化する演算手段とを備え、前記
半導体アレイセンサ上で複数の明暗像の配列長さ
を該センサの長さより充分短く成した物体の表面
高さ測定装置を特徴とするものである。
以下本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。
る。
第３図において、７は電子銃を示し、該電子銃
より出た電子線８は電子レンズ系９により集束さ
れて被露光材料２上に投射される。１０は偏向器
であり、電子線８を偏向し、被露光材料２上で移
動させてパターンを描くためのもので、増幅器１
１を介してコンピユータ１２よりパターン信号が
送られる。光源１と照射光学系のレンズ４との間
には微小間隔をもつて配列された複数、例えば３
個のを有するスリツト板３′が置かれており、該
スリツト板を通過した光はレンズ４で結像され、
ｐ点にその明暗像を結んだ後、材料２上に角θで
投射される。該材料２で反射した光は結像レンズ
５により結像され、多数の半導体光検出素子を配
列した半導体アレイセンサ１３上に拡大・結像さ
れる。つまり、点ｐの虚像p′がセンサ上に投射さ
れることになる。尚、レンズ４によるスリツト板
３′の結像位置は図の如き材料照射点の前方に限
られるものではなく、該照射点又は、それより後
方であつても良い。半導体アレイセンサ１３から
の信号は増幅器１４により増幅され、演算回路１
５に送られる。この演算回路において、スリツト
像の各明暗像の基準位置からの距離を求め、それ
らを平均化する。平均化された材料２の高さ信号
は表示装置１６に送られ、高さ位置として表示さ
れる。又、該信号は前記偏向器の増幅器１１や対
物レンズ、ビームシフト用偏向器、更にはフイー
ルド回転レンズ等に送られ、被露光材料の高さ変
位に拘わらず描画パターンの描画位置や露光フイ
ールドの大きさ、フオーカシング等が一定になる
ようにそれらを制御する。
より出た電子線８は電子レンズ系９により集束さ
れて被露光材料２上に投射される。１０は偏向器
であり、電子線８を偏向し、被露光材料２上で移
動させてパターンを描くためのもので、増幅器１
１を介してコンピユータ１２よりパターン信号が
送られる。光源１と照射光学系のレンズ４との間
には微小間隔をもつて配列された複数、例えば３
個のを有するスリツト板３′が置かれており、該
スリツト板を通過した光はレンズ４で結像され、
ｐ点にその明暗像を結んだ後、材料２上に角θで
投射される。該材料２で反射した光は結像レンズ
５により結像され、多数の半導体光検出素子を配
列した半導体アレイセンサ１３上に拡大・結像さ
れる。つまり、点ｐの虚像p′がセンサ上に投射さ
れることになる。尚、レンズ４によるスリツト板
３′の結像位置は図の如き材料照射点の前方に限
られるものではなく、該照射点又は、それより後
方であつても良い。半導体アレイセンサ１３から
の信号は増幅器１４により増幅され、演算回路１
５に送られる。この演算回路において、スリツト
像の各明暗像の基準位置からの距離を求め、それ
らを平均化する。平均化された材料２の高さ信号
は表示装置１６に送られ、高さ位置として表示さ
れる。又、該信号は前記偏向器の増幅器１１や対
物レンズ、ビームシフト用偏向器、更にはフイー
ルド回転レンズ等に送られ、被露光材料の高さ変
位に拘わらず描画パターンの描画位置や露光フイ
ールドの大きさ、フオーカシング等が一定になる
ようにそれらを制御する。
第４図は本発明の作用を説明する図であり、ａ
図は半導体アレイセンサ１３の検出面を示し、半
導体光検出素子が一定間隔で多数配列されてい
る。又、ｂ図はその検出面上に投影されるスリツ
ト板３′の像（明暗像）の光強度分布を示してあ
る。この図では３個のスリツトを有するスリツト
板３′を用いた場合でＡ，Ｂ，Ｃはその像の光強
度分布である。Ａの光像により、素子a1，a2から
出力が生じＡの光像の両エツジに対応する該a1，
a2の基準位置（ここでは左端を基準装置とした）
からの距離A1とA2が求められる。Ｂの光像によ
つてはb1，b2，b3の素子から出力が得られ、両エ
ツジに対応するb1，b3の基準位置からの距離B1，
B2が求められる。更にＣの光像によつてc1，c2，
c3，c4の素子から出力が生じ、c1とc4の基準位置
からの距離C1，C2が求められる。
図は半導体アレイセンサ１３の検出面を示し、半
導体光検出素子が一定間隔で多数配列されてい
る。又、ｂ図はその検出面上に投影されるスリツ
ト板３′の像（明暗像）の光強度分布を示してあ
る。この図では３個のスリツトを有するスリツト
板３′を用いた場合でＡ，Ｂ，Ｃはその像の光強
度分布である。Ａの光像により、素子a1，a2から
出力が生じＡの光像の両エツジに対応する該a1，
a2の基準位置（ここでは左端を基準装置とした）
からの距離A1とA2が求められる。Ｂの光像によ
つてはb1，b2，b3の素子から出力が得られ、両エ
ツジに対応するb1，b3の基準位置からの距離B1，
B2が求められる。更にＣの光像によつてc1，c2，
c3，c4の素子から出力が生じ、c1とc4の基準位置
からの距離C1，C2が求められる。
この様にして得られたA1，A2，B1，B2，C1，
C2は演算回路１５において互いに加算され平均
化される。この平均化された距離信号（従つて、
材料２の高さに対応する信号）は表示装置１６に
送られ、例えば数字により高さ表示される。又、
この距離信号は基準値と比較され、その差信号が
例えば増幅器１１に送られ、コンピユータ１２か
らのパターン信号等が補正される。被露光材料２
の高さが変化した場合には、光像Ａ，Ｂ，Ｃの半
導体アレイセンサ１３上での位置が変化（第４図
において、右又は左へシフト）するので、前記平
均化した信号値が変化し、表示は変り、且つ補正
信号もそれに応じて変化する。尚、第４図ａ，ｂ
から分る様に、３個のスリツトの光像（各々Ａ，
Ｂ，Ｃに対応）の配列長さ（ＡからＣ迄の長さ）
はアレイセンサ１３の検出面に比べ、材料２の通
常の高さ変位に対応した分以上短くされている。
この様に短くしないと、材料２の変位によつて３
個のスリツト光像Ａ，Ｂ，Ｃの内何れか１個以上
のスリツト光像がアレイセンサ検出面から外れて
投影されてしまう事がある。その様な事が起こる
と、該外れたスリツト光像から距離の信号が得ら
れないので、演算回路１５での演算値が３個のス
リツト光像Ａ，Ｂ，Ｃからの距離の信号に基づく
それ迄の演算値に対し狂つたものとなる 以上の如く、本発明においては複数の光像Ａ，
Ｂ，Ｃの両エツジの基準位置からの距離を求め、
それらを平均化して材料面の高さとなしているの
で、半導体素子の配列間隔や各素子の感度のバラ
ツキ、更には像のボケ等による測定精度の限界を
突破でき、単一のアパーチヤ像を用いる場合に比
し、数倍（５倍程度）の精度向上が達成でき、従
つてサブミクロンの精度で高さ測定が可能とな
る。
C2は演算回路１５において互いに加算され平均
化される。この平均化された距離信号（従つて、
材料２の高さに対応する信号）は表示装置１６に
送られ、例えば数字により高さ表示される。又、
この距離信号は基準値と比較され、その差信号が
例えば増幅器１１に送られ、コンピユータ１２か
らのパターン信号等が補正される。被露光材料２
の高さが変化した場合には、光像Ａ，Ｂ，Ｃの半
導体アレイセンサ１３上での位置が変化（第４図
において、右又は左へシフト）するので、前記平
均化した信号値が変化し、表示は変り、且つ補正
信号もそれに応じて変化する。尚、第４図ａ，ｂ
から分る様に、３個のスリツトの光像（各々Ａ，
Ｂ，Ｃに対応）の配列長さ（ＡからＣ迄の長さ）
はアレイセンサ１３の検出面に比べ、材料２の通
常の高さ変位に対応した分以上短くされている。
この様に短くしないと、材料２の変位によつて３
個のスリツト光像Ａ，Ｂ，Ｃの内何れか１個以上
のスリツト光像がアレイセンサ検出面から外れて
投影されてしまう事がある。その様な事が起こる
と、該外れたスリツト光像から距離の信号が得ら
れないので、演算回路１５での演算値が３個のス
リツト光像Ａ，Ｂ，Ｃからの距離の信号に基づく
それ迄の演算値に対し狂つたものとなる 以上の如く、本発明においては複数の光像Ａ，
Ｂ，Ｃの両エツジの基準位置からの距離を求め、
それらを平均化して材料面の高さとなしているの
で、半導体素子の配列間隔や各素子の感度のバラ
ツキ、更には像のボケ等による測定精度の限界を
突破でき、単一のアパーチヤ像を用いる場合に比
し、数倍（５倍程度）の精度向上が達成でき、従
つてサブミクロンの精度で高さ測定が可能とな
る。
尚、上記は本発明の一実施例であり、幾多の変
更が可能である。例えば、スリツトの数は図示の
如き３個に限られるものではなく、センサ１３上
にその像が２個以上投影されるものであれば幾つ
でも良い。但し、複数のスリツトの光像の配列長
さはアレイセンサの検出面に比べ、材料の通常の
高さ変位に対応した分以上短くされる。勿論、ス
リツトの数は多い方が精度は良くなる。又、第４
図では明るい部分、つまり光の照射された部分の
素子の位置を検出する様にしたが、逆に暗い部
分、つまり光の当らない部分の素子の位置を検出
する様にしても良い。更に、第３図は電子ビーム
露光装置に適用した場合であるが、適用装置に特
別な制限はない。更に又、各スリツトの幅、つま
り光像Ａ，Ｂ，Ｃの幅は同一でも良く、第４図の
如く夫々異つた幅であつても良い。更に、各スリ
ツトの間隔は一定の場合を示したが、異つた間隔
にしても良い。
更が可能である。例えば、スリツトの数は図示の
如き３個に限られるものではなく、センサ１３上
にその像が２個以上投影されるものであれば幾つ
でも良い。但し、複数のスリツトの光像の配列長
さはアレイセンサの検出面に比べ、材料の通常の
高さ変位に対応した分以上短くされる。勿論、ス
リツトの数は多い方が精度は良くなる。又、第４
図では明るい部分、つまり光の照射された部分の
素子の位置を検出する様にしたが、逆に暗い部
分、つまり光の当らない部分の素子の位置を検出
する様にしても良い。更に、第３図は電子ビーム
露光装置に適用した場合であるが、適用装置に特
別な制限はない。更に又、各スリツトの幅、つま
り光像Ａ，Ｂ，Ｃの幅は同一でも良く、第４図の
如く夫々異つた幅であつても良い。更に、各スリ
ツトの間隔は一定の場合を示したが、異つた間隔
にしても良い。
第１図及び第２図は従来の高さ測定を説明する
ための図、第３図は本発明の一実施例を示すブロ
ツク線図、第４図は本発明の作用を説明する図で
ある。 １：光源、２：被露光材料、３′：スリツト板、
４，５：光学レンズ、７：電子銃、８：電子線、
９：電子レンズ系、１０：偏向器、１１：増幅
器、１２：コンピユータ、１３：半導体アレイセ
ンサ、１４：増幅器、１５：演算回路、１６：表
示装置。
ための図、第３図は本発明の一実施例を示すブロ
ツク線図、第４図は本発明の作用を説明する図で
ある。 １：光源、２：被露光材料、３′：スリツト板、
４，５：光学レンズ、７：電子銃、８：電子線、
９：電子レンズ系、１０：偏向器、１１：増幅
器、１２：コンピユータ、１３：半導体アレイセ
ンサ、１４：増幅器、１５：演算回路、１６：表
示装置。
Claims (1)
- １ 物体表面に一定角度θで光を照射し、その照
射点の近傍に微小間隔をなした複数の明暗像を結
ばせる照射光学系と、該照射点から反射する光を
集光し、前記複数の明暗像を結像するための結像
光学系と、該結像光学系の結像面に配置され、多
数の半導体光検出素子からなる半導体アレイセン
サと、該センサ上における各明暗像の基準位置か
らの距離を求め、それらを平均化する演算手段と
を備え、前記半導体アレイセンサ上での複数の明
暗像の配列長さを該センサの長さより充分短く成
した物体の表面高さ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20828882A JPS5999216A (ja) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | 物体の表面高さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20828882A JPS5999216A (ja) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | 物体の表面高さ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5999216A JPS5999216A (ja) | 1984-06-07 |
| JPS6316687B2 true JPS6316687B2 (ja) | 1988-04-11 |
Family
ID=16553762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20828882A Granted JPS5999216A (ja) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | 物体の表面高さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5999216A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0820230B2 (ja) * | 1984-06-08 | 1996-03-04 | オリンパス光学工業株式会社 | 計測用内視鏡 |
| JPS6174338A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-16 | Hitachi Ltd | 縮小投影露光装置およびその方法 |
| JP2728368B2 (ja) * | 1994-09-05 | 1998-03-18 | 株式会社 日立製作所 | 露光方法 |
-
1982
- 1982-11-27 JP JP20828882A patent/JPS5999216A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5999216A (ja) | 1984-06-07 |
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