DE69027738T2

DE69027738T2 - Projektions- und wiedergabeschaltung sowie projektions- und wiedergabeverfahren

Info

Publication number: DE69027738T2
Application number: DE69027738T
Authority: DE
Inventors: Yoshitada Shonan Raifu Taun B-16-6 Fujisawa-Shi Kanagawa 252 Oshida; Minoru 1-11-3-708 Serigaya Konan-K Kanagawa 233 Tanaka; Tetsuzo 2308-2-402 Shimonagayacho Yokohama-Shi Kanagawa 233 Tanimoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-04-21
Also published as: EP0426866A1; WO1990013000A1; US5227862A; DE69027738D1; EP0426866A4; EP0426866B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfähren zur Projektionsbelichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Projektionsbelichtungsgerät entsprechend Anspruch 9.
Bei der Belichtung eines feinen Musters eines integrierten Halbleiterschaltkreises oder der Belichtung eines Treiberschaltkreismusters in einem großen Sichtfeld eines Displays, wie es durch einen TFT (Dünnfilmtransistor), Flüssigkristallfernsehen oder dergleichen, repräsentiert wird, ist es notwendig, das Muster getreu dem ursprünglichen Bild zu belichten, mit einer kleinen Linienbreitenvariation über die gesamte Oberfläche im Belichtungsfeld. Insbesondere im Gebiet der integrierten Halbleiterschaltkreise wird es in der Zukunft erforderlich sein, ein Muster mit einer Linienbreite von 0,5 µm oder weniger über die gesamte Oberfläche eines Bereichs von ungefähr 15 mm zu belichten. Mit zunehmender Feinheit des Musters wird jedoch der Bildformungsbereich (Schärfentiefe) ± 1 µm oder weniger werden. Aus diesem Grund ist es wesentlich, daß die Photoresist-Oberfläche auf einer Scheibe genau mit der Oberfläche zusammenfällt, auf der das Musterbild ausgebildet werden soll. Um dies zu verwirklichen ist es erforderlich, die Neigung und Höhe der Scheibenoberfläche (Photoresist-Oberfläche) in dem Belichtungsfeld genau zu detektieren.
In einem ersten wohlbekannten Beispiel, das in JP-A-63-7626 beschrieben ist, wird ein Laserdiodenstrahl aus einer Diagonalrichtung auf die Scheibenoberfläche konvergiert und die Höhe wird detektiert durch Detektieren der Konvergenzposition. Entsprechend diesem wohlbekannten Beispiel wird auch die mehrfache Reflexion, die mit einer Mehrlagenstruktur einer Scheibe verbunden ist, durch Verwendung eines Dreiwellenlängen-Halbleiterlasers gehandhabt, mit dem Konvergenzpunkt enfiang der Richtung senkrecht auf die diagonale Einfalisrichtung geändert, um dadurch die Höhen der verschiedenen Orte auf der Scheibe zu bestimmen. Dieses wohlbekannte Beispiel, das vor allem dazu bestimmt ist, die Höhe zu detektieren, kann die Neigung durch Messungen an Positionen detektieren, die entlang der Richtung senkrecht auf die diagonale Einfallsrichtung geändert sind. Ein genauer Wert der Neigung ist schwierig zu erhalten, selbst wenn zwei Positionen in einem engen Bereich von ungefähr 20 mm Durchmesser gemessen werden. Wenn in diesem wohlbekannten Beispiel eine Höhendetektion mit hoher Genauigkeit realisiert werden soll, ist es erforderlich, auf der Scheibe ausreichende Konvergenz zu erhalten, d.h., den Durchmesser der Konvergenz soweit wie möglich zu reduzieren. Die Reduktion des Durchmessers der Konvergenz erfordert jedoch einen erhöhten Konvergenzwinkel des Konvergenzstrahls (der Winkel zwischen dem äußersten Strahl des Konvergenzlichffiusses zu dem Hauptlichtstrahl), mit dem Resultat, daß der Einfallswinkel des Hauptstrahles unvermeidbar reduziert würde. Diese Verringerung des Winkels (die den Winkel von einer Linie senkrecht zur Scheibenoberfläche verringert) erhöht den Effekt der mehrfachen Interferenz infolge der mehrschichtigen Struktur der Scheibe aus dem unten erwähnten Grund. Dieses wohlbekannte Beispiel verwendet drei Wellenlängen, um das Problem zu beherrschen. Da jedoch jede Wellenlänge durch die Interferenz beeinflußt wird, muß das Problem immer noch grundsätzlich gelöst werden.
Entsprechend einem zweiten wohlbekannten Beispiel, beschrieben in JP-A-63- 199420 als ein konventionelles Verfahren der Neigungsdetektion wird andererseits ein Lichtstrahl für die Neigungsdetektion mit einer Wellenlänge verschieden von der Belichtungswellenlänge durch eine Projektionslinse gestrahlt, der reflektierte Lichtstrahl wird konvergiert und die Neigung wird aus der Konvergenzposition detektiert. Da jedoch der Lichtstrahl auf die Scheibe in im wesentlichen senkrechter Richtung oder mit einem kleinen Einfallswinkel aufgebracht wird, ist der Interferenzeffekt mit dem von der Basis reflektierten Lichtstrahl nicht vernachlässigbar, wodurch eine genaue Detektion aus dem unten erwähnten Grund schwierig wird.
In einem dritten wohlbekannten Beispiel, beschrieben in JP-A-63-247741 als konventionelles Verfähren zum Detektieren der Höhe einer mehrschichtigen Struktur, werden die vom Basisfilm reflektierten Lichtstrahlen getrennt. Ein solches Verfahren ist jedoch schwierig in der Praxis auf einen Dünnfilm umzusetzen, wie er für den Prozeß zur Herstellung eines Halbleiterschaltkreises verwendet wird.
Der oben erwähnte Stand der Technik zieht nicht in Betracht, daß die Information über Neigung und Höhe in einem Belichtungsfeld für eine mehrschichtige Struktur, wie eine Scheibe mit einem Halbleiterschaltkreismuster, genau erhalten werden muß, und ergibt daher ein Problem beim Kontrollieren von Neigung und Höhe mit hoher Genauigkeit, wie es für die zukünftige Schaltkreismusterbelichtung von 0,5 µm oder weniger erforderlich wäre.
Auch sind konventionelle Geräte zum Detektieren der Neigung einer optischen Mehrschichtstruktur, wie eine Halbleiterscheibe, derart, daß, wie in der JP-A-61-170605 beschrieben, das das erste wohlbekannte Beispiel ergibt, beispielsweise der von einer Laserdiode 2002 in Fig. 8 emittierte Lichtstrahl durch eine Linse 2014 in einen Richtstrahl umgewandelt wird und von oben auf eine Scheibe 2004 gestrahlt wird, und die Position des reflektierten Lichts durch einen zweidimensionalen Positionsdetektor 2020 detektiert wird.
Es ist auch ein Instrument zum Messen der Distanz (Höhe) und Neigung eines allgemeinen Meßobjekts, einschließlich, aber nicht beschränkt auf optische mehrschichtige Strukturen, in JP-A-62-218802 von Fig. 29 beschrieben, das das zweite wohlbekannte Beispiel darstellt. In diesem wohlbekannten Beispiel wird die Neigung durch einen zweiten Photodetektor für den Lichtstrahl bestimmt, der in senkrechter Richtung wie in dem ersten wohlbekannten Beispiel eintritt, und die Distanz (in der Richtung senkrecht auf die Oberfläche des zu messenden Objekts 2106) wird bestimmt aus der Position, wo ein Bild eines Lichtflecks, der mit einem Einfallswinkel von ungefähr 60 Grad aus einem ersten Lichtpfad 2109 bestrahlt wird, auf einem ersten Detektor gebildet wird. In Fig. 29, bezeichnet 2101 eine Lichtquelle, 2106 ein Meßobjekt, 2108 einen ersten Photodetektor, 2118 einen zweiten Photodetektor und 2119 einen zweiten Lichtpfad.
Ebenso detektiert ein konventionelles Gerät zum Detektieren der Neigung einer optischen Mehrschichtstruktur wie einer Halbleiterscheibe die Neigung und den Brennpunkt in einer Weise, wie sie in Fig. 2 der JP-A-63-146013 beschrieben ist, die das erste wohlbekannte Beispiel bildet. In diesem wohlbekannten Beispiel wird zur Detektion eines Brennpunktes konvergiertes Licht auf eine Scheibe gestrahlt und die Position des davon reflektierten Lichts wird als Bild auf einem Positionssensor durch eine bilderzeugende Linse gebildet, so daß die Höhe (Brennpunkt) aus dieser speziellen Position detektiert wird. Die Neigung wird andererseits aus der Position des Detektierens paralleler Lichtstrahlen detektiert, die auf eine Scheibe gestrahlt werden, und durch Konvergieren des reflektieren Lichts auf einem Positionssensor durch eine Konvergenzlinse. In beiden Verfahren der Detektion ist es schwierig, einen Einfallswinkel von 85 Grad oder mehr auf die Scheibe vorzusehen, und die resultierende große Menge gebrochenen Lichts, das in den mit Resist überzogenen Film eintritt, macht es schwierig, die wahre Resist-Oberfläche zu detektieren. Aus diesem Grund weicht die Detektionsposition wesenflich von der Position der wahren Resist-Oberfläche ab, abhängig von der Reflektanz der Grundfläche oder der Dicke des Resists. Es ist daher notwendig, durch eine Versuchsbelichtung für jeden Prozeß der Scheibenbelichtung einen Versatzwert festzusetzen.
Auch wird in einer späteren Stufe des LSI-Belichtungsprozesses, wie beispielsweise dem Prozeß der Belichtung eines Verdrahtungsmusters, die Rauhigkeit der Scheibenoberfläche so groß, daß das darauf geschichtete Photoresist ziemlich rauh wird, wenn nicht so viel wie die ursprüngliche Scheibenoberfläche. Wenn das oben erwähnte konventionelle Verfahren auf diese Struktur angewandt wird, würde es unbekannt sein, welcher Abschnitt des rauhen Photoresist in Neigung oder Höhe gemessen wird, was eine verschlechterte Genauigkeit ergibt.
Der oben erwähnte Stand der Technik zieht die Tatsache nicht in Betracht, daß die Information über Neigung und Höhe in einem Belichtungsfeld hinsichtlich einer mehrschichtigen Struktur wie einer Scheibe mit einem Halbleiterschaltkreismuster genau erhalten werden muß, und ergibt somit ein Problem beim Steuern von Neigung und Höhe mit hoher Genauigkeit, wie es für die zukünftige Belichtung eines Schaltkreismusters von 0,5 µm oder weniger verlangt wird.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 24, Nr. 1B, Juni 1981, Seiten 541-542, "Evaluation of Sinusoidally Varying Light Signals", offenbart ein Verfahren zum Erhalten von Parametern sinusoidal variierender Signale, nämlich der Phase φ0, der Amplitude A und der Vorspannung B. Das beschriebene Verfahren erlaubt es, die Höhe einer Probe zu bestimmen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Projektionsbelichtung und ein Projektionsbelichtungsgerät zu schaffen, das die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik löst und bei dem die Neigung der Photoresist-Oberfläche in einem Belichtungsgebiet genau detektiert werden kann, für eine Scheibe in jedem Prozeß der Halbleiterherstellung, und die bilderzeugende Ebene veranlaßt wird, mit der Resist-Oberfläche oder einer fäst optimalen Position zusammenzufallen, um dadurch ein hochauflösendes Muster mit nur einer geringen Linienbreitenvariation zu belichten.
Die oben erwähnte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruch 9 geschaffen wird. Das von einer kohärenten Lichtquelle emittierte Licht wird in parallele Belichtungslichtstrahlen umgewandelt, die diagonal mit einem Einftdlswinkel θ in ein Belichtungsfeld eines optischen Projektionssystems auf der Photoresist-Oberfläche auf der Scheibe bestrahlt werden. Das reflektierte Licht und ein Referenzlicht, das durch Trennen des von der Lichtquelle emittierten Lichts erzeugt wird, werden mit einem gewünschten gegenseitigen Winkel auf einen Musterdetektor gebracht, und der entstehende Interferenzstreifen wird detektiert. Dieser Interferenzstreifen und eine Phasenänderung können verwendet werden, um eine Änderung in der Neigüng und Höhe der Photoresist-Oberfläche auf der Scheibe zu bestimmen. Auch kann der Einfallswinkel gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung paralleler Lichtflüsse auf 85 Grad und höher gesteigert werden. Infolge eines großen Einfallswinkels findet die Reflexion hauptsächlich auf der Photoresist-Oberfläche statt, so daß der Effekt einer Interferenz, verursacht mit der Reflexion auf jeder Schicht der Basisstruktur, im wesendichen vernachlässigbar wird. Ferner wird die Reflexion auf der Oberfläche zur Verbesserung der Genauigkeit weiter erhöht, wenn das Einfallslicht auf dem Photoresist S-Polarisationslicht ist.
Weiterhin kann die Neigung und Höhe der Scheibe mit einer doppelt so hohen Empfindlichkeit detektiert werden, was die Detektion mit einer noch höheren Genauigkeit möglich macht, wenn das von der Photoresist-Oberfläche reflektierte Licht in senkrechter Richtung auf einen ebenen Spiegel gebracht wird, das so reflektierte Licht wieder auf die Photoresist-Oberfläche gebracht wird und die Information über das Interferenzmuster mit diesem reflektierten Licht als Objektlicht erhalten wird.
Wenn außerdem das System derart aufgebaut ist, daß das Referenzlicht sich im wesentlichen in der gleichen Richtung effektiv durch das gleiche Feld wie das Illuminationslicht des Photoresists und das Objektlicht (reflektiertes Licht) fortpflanzt, ist es möglich, die Neigung und Höhe im wesentlichen frei von dem Effekt der Änderung in den Umgebungsbedingungen zu detektieren, da jeder Lichtpfad einer ähnlichen Störung ausgesetzt wird, wie z.B. Schwingungen der Luft.
Außerdem sind, wenn die Information über die so erhaltenen Interferenzstreifen einer schnellen Fourier-Transformation unterworfen wird und die Neigung Δθ und die Höhe Δh aus der Information in der Umgebung des Spektrums des davon resultierenden Streifens bestimmt werden, sowohl Δθ als auch Δh mit so hoher Geschwindigkeit erhalten werden, als wäre es in Echtzeit. Auch ist es in dem Prozeß möglich, wenn die bestrahlte Position des Photoresists in einer optisch konjugierten (Bilderzeugenden) Beziehung mit der lichterhaltenden Oberfläche eines Matrixsensors als Musterdetektionsvorrichtung ist, möglich, die Information nur von dem gewünschten Gebiet der Scheibe aufzunehmen und dadurch die Neigung und Höhe dieses speziellen Teils zu bestimmen.
Bei der Durchführung der oben erwähnten Interferenzmessung mit dem Licht einer einzigen Wellenlänge wird die Höhe aus der Phase des erhaltenen Interferenzstreifens bestimmt. Selbst wenn die Phase von α bis 2nπ + α (n: ganze Zahl) sich ändert, ist es unmöglich, den Wert n zu identifizieren. Es ist jedoch möglich, über einen großen Bereich von Höhenänderungen die Höheninformation genau zu erhalten, wenn ein zweites kohärentes Licht mit verschiedener Wellenlänge in das gleiche optische System (Lichtpfad) wie das Licht der ersten Wellenlänge eingeführt wird, so daß die zwei Wellenlängen getrennt werden, um die Höhe durch Verwendung der Information der zwei Interferenzstreifen zum Zeitpunkt der Detektion zu bestimmen. Auch wenn eine andere Scheibenhöhen-Detektionsvorrichtung wie ein Luftmikrometer zur gleichen Zeit verwendet wird, ist es möglich, die unbestimmten Faktoren entlang der Höhe infolge einer einzigen Wellenlängen-Detektion zu entfernen und dadurch eine genaue Information über die Höhe über einen großen Bereich von Höhenänderungen zu erhalten. Die Information auf dem Interferenzstreifen, der durch den oben erwähnten Musterdetektor erhalten wird, enthält die Information über Periode (Bzw. Teilung) und Phase, und daher wird die Information über Neigung und Höhe zur gleichen Zeit erhalten. Zusätzlich werden, wenn der Einfallswinkel auf 85 Grad oder mehr bestimmt ist, Neigung und Höhe der Photoresist-Oberfläche gleichzeitig in der unten beschriebenen Weise genau bestimmt. Eine Erläuterung wird über die Tatsache gegeben, daß der Effekt der folgenden Erfindung durch Einstellen des Einfallswinkels auf 85 Grad oder höher auffallender wird.
In einer Anwendung auf ein Muster, das auf einer Dünnfilmstruktur auf der Scheibenoberfläche, wie einer Halbleiterscheibe oder einem Photoresist, das in der Dicke von einem oder mehreren Mikrometern darauf beschichtet ist, wird das Beleuchtungslicht nicht nur auf der Oberfläche eines Meßobjekts reflektiert, sondern wird auch gebrochen und tritt in die inneren Teile der Lagenstruktur ein, so daß das auf der Basisschicht reflektierte Licht wieder durch die Oberfläche tritt und auf das Licht überlagert wird, das auf der oben erwähnten obersten Fläche reflektiert wird. In dem Prozeß interferieren die von der obersten Fläche und der Basisfläche reflektierten Lichtstrahlen miteinander, mit dem Ergebnis, daß die Interferenzintensität große Änderungen durchläuft mit einer sehr geringen Änderung im Einfallswinkel des Beleuchtungslichts und der Filmdicke. Wenn das Licht diagonal eingestrahlt wird, wie in dem System für das Detektieren der Distanz nach den Fig. 28 und 29, ist die Verteilung des von dem Meßobjekt reflektierten Lichts verschieden von der zur Zeit des Einfalls (wie eine Gauß-Verteilung), wie in Fig. 4 gezeigt. Außerdem beeinflussen auch die Lagenstruktur des Meßobjekts und die optischen Konstanten der die Struktur bildenden Materialien die Verteilung. Als Folge davon werden die Meßdaten von versetzten Daten für jedes unterschiedliche Meßobjekt begleitet, was eine genaue Messung in absoluten Werten schwierig macht. Auch abgesehen von der senkrechten Bestrahlung, wie sie in der Neigungsdetektion der Fig. 29 verwendet wird, würde ein Versuch, die Neigungs- oder Höhendetektion auf ein Halbleiter-Belichtungsgerät oder ein Halbleitermuster-Inspektionsgerät anzuwenden, ein optisches Belichtungssystem oder ein optisches Detektionssystem veranlassen, auf ein optisches Beleuchtungssystem überlagert zu werden, was die Konfiguration eines optischen Systems schwierig macht.
Das Auftreten eines Meßfehlers durch die Interferenz eines mehrschichtigen optischen Objekts wie oben erwähnt, ergibt ein auffallendes Problem zur Zeit der Messung der Neigung oder Höhe der Oberfläche eines Meßobjekts insbesondere durch ein Interferenzverfahren. Im Fall eines Interferenzverfahrens werden Neigung und Phase der Wellenfront des reflektierten Lichts aus dem Interferenzstreifen bestimmt, der durch ein Referenzlicht und das auf der Oberfläche des Meßobjekts reflektierten Lichts verursacht wird, was die Neigung und die Höhe des Meßobjekts anzeigt. Im Fall einer mehrschichtigen Struktur jedoch, wenn das Licht in das Meßobjekt mit einem normalen Einfaliswinkel von ungefähr 0 bis 85 Grad gemäß Fig. 27 eintritt, interferieren die auf der Oberfläche oder zwischen inneren Schichten der mehrschichtigen Struktur reflektierten Lichtstrahlen miteinander, so daß die Amplitude und Phase des Lichts unmittelbar nach der Reflexion auf dem Meßobjekt eine große Änderung entsprechend der Dicke jeder Schicht oder ihrer Ortsänderung erfährt. Als Ergebnis erzeugt der Interferenzstreifen, der durch Überlagerung des Referenzlichts erhalten wird, keine exakte Sinuswellenform, was zu einem großen Fehler führt.
Ferner wird eine leicht auf einem Belichtungsgerät oder einem Inspektionsgerät für das Belichten oder Detektieren eines Musters mit hoher Auflösung unterzubringende Vorrichtung vorgesehen.
In diesem Zusammenhang wird das Licht einer beträchtlich hohen Richtwirkung diagonal auf die Oberfläche eines Meßobjekts mit einer Vielschichtstruktur gestrahlt, wie einer Scheibe, in solcher Weise, daß der Haupflichtstrahl davon einen Einfällswinkel von 85 Grad oder mehr bildet. Wenn jedoch der Einfaliswinkel über 85 Grad liegt, wird das Verhältnis zwischen der Amplitude des reflektierten Lichts zur Amplitude des einfallenden Lichts, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, reduziert, so daß im wesentlichen das gesamte Licht auf der Oberfläche reflektiert wird, und nur ein kleiner Teil davon in das Objekt eintritt. Wenn außerdem die Amplitude des bestrahlenden Lichts in Form einer S-Polarisation ist, wird die Reflexion auf der Oberfläche noch weiter erhöht.
Die Richtung der regelmäßigen Reflexion des bestrahlenden Lichts, das in das Meßobjekt eintritt, wird durch 2α repräsentiert, gegenüber der Neigung a des Meßobjekts. Dieses regelmäßig reflektierte Licht wird in im wesentlichen senkrechter Richtung reflektiert und in den ursprünglichen Lichtpfad zurückgeführt, gefolgt vom Wiedereintritt in das Meßobjekt, und ist re präsentiert durch 4a wie in Fig. 3 gezeigt. Mit anderen Worten, das regelmäßig reflektierte Licht ist in einem Winkel geneigt, der viermal größer ist als der des Meßobjekts.
Außerdem macht es die Verwendung des oben erwähnten Interferenzverfahrens in dem Fall, wo die Interferenz als Verfahren zum Detektieren der Neigung oder Höhe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, möglich, daß die Amplitude und die Phase des regelmäßig reflektierten Lichts im wesentlichen die Information auf der Oberfläche repräsentiert, wenn die Reflexion auf der Oberfläche erhöht wird, um das Problem des oben erwähnten konventionellen Interferenzverfährens zu lösen, womit der Effekt der Dicke der inneren Schichten und der Fehlausrichtungen des Musters eliminiert wird.
Es wird die Detektionsgenauigkeit und die Polarisation des einfallenden Lichts sowie der Einfallswinkel im folgenden erläutert.
Angenommen, daß die Amplitude des in das Meßobjekt eintretenden Lichts As und Ap für die S- bzw. P-Polarisationen ist. Die Amplituden Rs, Rp und Ds, Dp des reflektierten und gebrochenen Lichts auf der Oberfläche eines Objekts mit dem Brechungsindex n werden durch die unten stehenden Gleichungen beschrieben, worin θ ein Einfallswinkel und φ ein Brechungswinkel ist (sinφ = sinθ/n).
Die Amplitude des von der Oberfläche reflektierten Lichts ist kleiner als die Hälfte der Amplitude des einfallenden Lichts, und der größte Teil des Lichts wird im Bereich der Einfallswinkel von 0 bis ungefähr 60 Grad für die S- Polarisation und im Bereich von 0 bis ungefähr 75 Grad für die P-Polarisation übertragen. Daher entsteht eine große Amplitudeninterferenz mit dem von der Oberfläche reflektierten Licht durch das von der Begrenzung der vielschichtigen Basisstruktur reflektierten Licht. Im Fall eines Einfallswinkels im Bereich des oben erwähnten Werts bis ungefähr 85 Grad ist andererseits die Amplitude des von der Oberfläche reflektierten Lichts mehr als halb so groß wie die des einfallenden Lichts, obwohl dies keine ausreichende Bedingung für das Realisieren einer genauen Messung ist. Der Grund hierfür wird unten erläutert. Wie in Fig. 17 gezeigt, wird angenommen, daß das Licht mit einer Amplitude A, eintretend mit dem Einfallswinkel von θ, mit dem Brechungswinkel φ mit der Amplitude D gebrochen und mit einer Amplitudenreflektanz Rb auf der Basis reflektiert wird. Die Amplitude dieses reflektierten Lichts ist mit DRb bezeichnet. Wenn die Amplitude des einfallenden Lichts A als Einheit gegeben ist, repräsentiert D einen Amplitudenübertragungsfaktor. Wenn das auf der Basis reflektierte Licht durch die Oberfläche übertragen wird, wird daher die Amplitude davon RdD². Das mit der Amplitude A (= 1) eintretende Licht wird andererseits auf der Oberfläche reflektiert unter Annahme der Amplitude von R. Wenn R, D bezeichnet sind als Rs, Ds oder Rp, Dp, je nach dem ob die Polarisation des einfallenden Lichts von der S- oder P-Type ist, gelten die oben beschriebenen Gleichungen (1) bis (4). Das Licht R&sub0;, das auf der Oberfläche reflektiert wird, und das Licht R&sub1;, das auf der Basis reflektiert wird, werden überlagert, wenn die Dicke d der Schicht klein ist, was zu einem Licht mit einer komplexen Amplitude AR führt, wie in der folgenden Gleichung gezeigt.
darin ist λ die Wellenlänge des für die Messung verwendeten Lichts. Man sieht, daß die Phase von AR der Gleichung (5) sogar bei einer sehr geringen Änderung (in einer Wellenlänge kleiner als eine Ziffer) der Fumdicke d nach Fig. 3 sich ändert. Die Beziehung zwischen dem Einfaliswinkel θ und R, D ergibt sich wie in Fig. 5 und 6 gezeigt für die S- bzw. P- Polarisation. Wenn das Amplitudenverhältnis RbD²/R im zweiten Ausdruck der Gleichung (5) im Vergleich zum ersten Ausdruck davon bestimmt wird, um das Verstehen der Graphiken zu erleichtern, ist es möglich, den die Messung beeinträchtigenden Fehlergrad auszuwerten. Als schlechtesten Fall nehme man Rb = 1, und das Verhältnis D²/R für den Einfallswinkel wird für die zwei Typen der Polarisation gemäß Fig. 7 bestimmt. Das Verhältnis D²/R ergibt eine Rausch-(Fehler)-Komponente in verschiedenen Detektionsverfahren, und daher ist ein Einfallswinkel von wenigstens 85 Grad erforderlich, wenn das Verhältnis bei 5 % oder weniger gehalten werden soll. Man sieht auch aus Fig. 7, daß das Rauschen weiter reduziert wird, wenn das Licht in den Status der S-Polarisation eintritt.
Bei dem Verfahren der doppelten Reflexion des Lichts auf der Oberfläche eines Meßobjekts, verglichen mit dem Fall, wo das Licht nur einmal reflektiert wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Licht um 4a gegen die Oberflächenneigung α geneigt, wobei die Empfindlichkeit der Detektion von Neigung und Höhe doppelt verbessert wird, was eine sehr genaue Detektion möglich macht.
Obwohl das von der Basisoberfläche reflektierte Licht auf das Interferenzmuster überlagert wird und die Periode und Phase des Interferenzstreifens stört, ist doch das mit einem Winkel von 85 Grad oder mehr eintretende Licht und die Verwendung der S-Polarisation in der Lage, im wesentlichen alle oben erwähnten Effekte zu eliminieren und dadurch eine Detektion mit hoher Genauigkeit zu erlauben. Wenn außerdem der Lichtpfad des Referenzlichts, das für die Interferenzmessung verwendet wird, im wesentlichen zum Zusammenfallen mit dem für das Meßlicht gebracht wird, wird eine sehr genaue und stabile Messung realisiert, im wesentlichen frei von dem Effekt der Meßumgebung wie den Schwingungen der Luft.
Wenn ferner die erhaltene Interferenzstreifen-Information als Spektrum durch das schnelle Fourier-Transformationsprogramm detektiert wird, erlaubt die Tatsache, daß die Spektruminformation der Frequenz des Streifens entspricht, die Periode und Phase repräsentiert, die Bestimmung von Neigung und Höhe zur gleichen Zeit. Auch ist eine Paralleloperation möglich, da die FFT eine Matrixoperation ist. Die Verwendung dieses Paralleloperationsschaltkreises erleichtert die Detektion von Neigung und Höhe und die Steuerung in Realzeit durch die Operation in weniger als 1 ms.
Außerdem würde im Fall einer Interferenzdetektion eine Änderung, wenn sie auftritt, der Periode des Interferenzstreifens zur Detektion eines exakt identischen Interferenzstreifens führen, mit dem Ergebnis, daß eine Verschiebung einer geeignet eingestellten Integralperiode als unbestimmter Detektionswert bleibt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Interferenzstreifen für die Detektion in ähnlicher Weise zu der ersten Wellenlänge mit der zweiten Länge als Detektionslicht verwendet, und eine genaue Höhendetektion über einen weiten Bereich wird ermöglicht durch die Phasenrelation zwischen der ersten und zweiten Wellenlänge, wodurch die Neigung und Höhe mit hoher Genauigkeit über einen weiten Bereich kontrolliert werden können. Außerdem wird eine andere Höhendetektionsvorrichtung, wie ein Luftmikrometer, verwendet, um einen unbestimmten Bereich zu detektieren zu der Zeit des Detektierens einer einzigen Wellenlänge, was eine genaue Detektion über einen weiten Bereich ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, hat die im folgenden beschriebenen Wirkungen:
(1) Es ist möglich, durch eine Interferenzmessung die Neigung und Höhe zur gleichen Zeit zu bestimmen.
(2) Durch Aufbau des Systems in solcher Weise, daß Referenzucht im wesentlichen die gleiche Position als Detektionslicht passiert, wird eine stabile Neigungs- und Höhendetektion möglich, ohne daß sie durch einen äußeren Störungsfaktor wie Luftschwingungen beeinflußt wird.
(3) Wenn der Einfaliswinkel auf das Meßobjekt über 85 Grad gesteigert wird oder wenn die einfallende Welle in der S-Type polarisiert ist, wird is Neigung und Höhe der Photoresist-Oberfläche genau detektiert, ohne daß sie durch die Basisfilmstruktur beeinflußt ist.
(4) Wenn das diagonal auf das Meßobjekt gestrahlte reflektierte Licht in senkrechter Richtung rückgeführt und wieder auf das Meßobjekt gestrahlt wird, kann die Genauigkeit der Detektion von Neigung und Höhe verdoppelt werden.
(5) Wenn die bilderzeugende Oberfläche der Musterdetektionsvorrichtung mit der Strahleinstrahlungsposition auf der Oberfläche des Meßobjekts konjugiert gemacht wird, um die Neigung und Höhe nur aus der Information zu detektieren, die dem Teil zugeordnet ist, das den gewünschten Punkten auf dem Objekt entspricht, ist es möglich, einen Brennpunkt an einen Ort zu setzen, der eine besonders genaue Brennpunkteinstellung erfordert.
Wie oben erläutert, kann man gemäß der vorliegenden Erfindung Neigung und Höhe eines mehrschichtigen optischen Materials, wie einer Scheibe mit verschiedenen mehrschichtigen Strukturen im Prozeß der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen, genau messen ohne Beeinflussung durch die mehrschichtige Struktur. Die Durchführung einer genauen Steuerung wird auch möglich gemacht für das Fokussieren durch das Halbleiter-Belichtungsgerät und das Überdecken der Scheibenoberfläche mit einer bilderzeugenden Fläche, d.h., daß diese beiden Flächen zusammenfallen. Somit beweist sich die vorliegende Erfindung auffallend vorteilhaft gegenüber einem verminderten Belichtungsbrennweiten-Spielraum, der zu einem geringen Schärfentiefenbereich gehört, wie er in einem Excimer-Laser-Kompressionsbelichtungsgerät zu erwarten ist oder in einem i-Linien-Reduktionsprojektions-Belichtungssystem mit hohem NA, wie es für die Belichtung des Schaltkreismusters einer Linienbreite von weniger als 0,8 µm oder speziellerweise weniger als 0,5 µm verwendet wird.
Es ist oben erläutert worden, daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung auffallend wird durch Vergrößern des Einfallswinkels auf die Scheibe auf 85 Grad oder mehr. Nun wird eine Erläuterung über eine weitere Verbesserung der Projektionsbelichtungstechnik gegeben, wie sie für einen Einfallswinkel von 85 Grad oder mehr praktiziert wird.
Das technische Problem, das gelöst werden muß, um den Scheibeneinfallswinkel auf 85 Grad oder mehr zu erhöhen, besteht darin, daß eine ausreichende Detektionsempfindlichkeit für die Fokusdetektion nicht erhalten werden kann, wenn nicht ein Spielraum des Konvergenzwinkels des konvergierten Lichtes bestimmt wird, um den Strahldurchmesser am Konvergenzpunkt zu vermindern. Auch im Fall der Detektion der Neigung ist es unmöglich, nur innerhalb des Belichtungsfeldes zu bestrahlen, das zu detektieren ist, wenn der Strahldurchmesser des Parallellichts nicht reduziert wird. In diesem Fall jedoch, wenn der Strahldurchmesser übermäßig klein wird, würde der auf einem Sensor oder eine Konvergenzlinse reduzierte Durchmesser des Strahlflecks vergrößert und eine ausreichende Detektionsempfindlichkeit könnte nicht erhalten werden. Zur Sicherung einer Detektionsempfindlichkeit hat man den Einfaliswinkel bisher auf etwa 80 Grad gesetzt. Im Falle eines Einfallswinkels von ungefähr 80 Grad tritt jedoch ein erheblicher Teil des einfallenden Lichts durch Brechung in das Resist ein, und das von dem Scheibenmuster unter dem Resist reflektierte Licht trägt zum Detektionslicht bei. Somit ändert sich der Brennpunkt (Höhe) oder die detektierte Neigung stark mit der Resistdicke oder der Reflektanz des Basismusters. Dies macht eine Versuchsbelichtung für jeden Scheibenbelichtungsprozeß erforderlich, um den Detektionsfehler von der Resist-Oberfläche als versetzten Wert zu bestimmen und so eine geeignete Korrektur durchzuführen. Ein anderes Problem ist es, daß eine Änderung der Resistdicke für die gleiche Prozeßscheibe eine Änderung in dem versetzten Wert hervorruft, was die hochgenaue Detektion beeinträchtigt.
Es wird außerdem ein Detektionsgerät für Neigung oder Höhe der Interferenztype und ein Belichtungsgerät der Reduktions-(Kompressions)-Projektionstype und ein Verfahren hierfür bereitgestellt, das durch Lösen des oben erwähnten technischen Problems in der Lage ist, genau die Höhe und die Neigung der obersten. Oberfläche eines Resists oder dergleichen zu detektieren, das auf eine Scheibe (Substrat) aufgeschichtet ist, immer ohne Rücksicht auf den Prozeß, dem die Scheibe (Substrat) unterliegen mag.
In diesem Zusammenhang wird ein kohärenter paralleler Strahl, wie von einem Laser, mit einem großen Einfallswinkel auf ein Meßobjekt, wie ein mehrschichtiges optisches Material, gestrahlt, und zwischen dem davon reflektierten Licht und einem Referenzlicht, das von dem Parallelstrahl getrennt ist, wird ein Interferenzstreifen erzeugt, um dadurch den Brennpunkt (Höhe) der Phase des Interferenzstreifens und die Neigung aus der Periode hiervon zu bestimmen. In dem Prozeß wird, wenn der Einfallswinkel vergrößert wird, insbesondere auf 85 Grad oder mehr, wie oben erwähnt, die auf der Resist-Oberfläche reflektierte Komponente vergrößert, was eine Detektion mit hoher Genauigkeit ermöglicht. In diesem Falle würde jedoch, wenn die Basis aus einem solchen Material wie Aluminium mit einer sehr großen Reflektanz besteht, der Detektionsfehler beträchtlich sein. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum genauen Detektieren von Höhe und Neigung der Resist-Oberfläche vorgesehen, in einer Weise völlig frei von dem Effekt des Basismaterials oder der Resistdicke, durch weiteres Verbessern der Genauigkeit der oben erwähnten Erfindung. Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung monochromatisches Licht mit zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen verwendet und eine Mehrzahl dieser Wellenlängen wird in ausgewählter Weise angewandt. Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wie später im Detail erläutert, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der durch die von der Basis reflektierte Komponente erzeugte Fehler, der durch die Resist-Oberfläche hindurchgeleitet wird, sich periodisch mit der Resistdicke im Brechungsindex der Basis und der Wellenlänge ändert, ein monochromatisches Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängen erzeugt, so daß eine Wellenlänge für die Messung in Übereinstimmung mit den oben erwähnten Objektbedingungen ausgewählt wird. Das Verfahren des Auswählens der Wellenlänge verwendet Daten über die Resistdicke, wenn sie vorher verfügbar sind, oder die zu verwendende Wellenlange wird auf der Basis einer theoretischen Gleichung bestimmt, die später beschrieben wird. Selbst in der Abwesenheit von Daten über das Resist kann die Lichtmenge, die in die Scheibe mit einem großen Winkel eintritt und reflektiert wird, d.h. die Reflektanz, über eine Vielzahl von Wellenlängen gemessen werden, um die zu verwendende Wellenlänge auszuwählen, für die der erzeugte Fehler vernachlässigbar ist.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert. Fig. 38 ist ein Diagramm, das die Reflexions- und Brechungsbedingungen in der Begrenzung des mit einem Einfallswinkel θ auf ein optisches mehrschichtiges Material gestrahlten Lichts zeigt. Das Medium 1 ist normale Luft mit einem Brechungsindex n&sub1; von 1,0. Das Medium 2 andererseits ist ein Photoresist im Fall einer Halbleiterscheibe und hat üblicherweise einen Brechungsindex n&sub2; von ungefähr 1,65. Medium 3 ist ein Grundmuster, das für jeden Prozeß verschieden ist. Dieses Medium 3 kann eine Vielschichtstruktur haben, und es wird angenommen, daß es einen Brechungsindex von nb hat, gesehen von der Grenze zum Medium 2. Wenn man die Reflexion und die Brechung an einem Grenzpunkt 0 des linear polarisierten Lichts betrachtet, das eine Amplitude Ap (P-Polarisation) und As (S-Polarisation) hat und wie in Fig. 38 dargestellt in die Resist-Oberfläche eintritt, kann man erkennen, daß das Licht vier Komponenten hat. Insbesondere umfässen diese reflektierten Lichtstrahlen Rp, Rs, gebrochene Lichtstrahlen D&sub2;p, D&sub2;s und Lichtstrahlen D&sub1;p, D&sub1;s, die am Punkt 0 aus dem Resist eintreffen. Wie weithin bekannt, hat das P-polarisierte Licht, verglichen mit dem S-polarisierten Licht, eine große Brechungskomponente und ist daher für den Zweck des Detektierens der Oberfläche in der vorliegenden Erfindung nicht sehr geeignet. Unter der Annahme, daß das 5-polarisierte Licht als Einfallslicht verwendet wird, wird daher die Amplitude des reflektierten Lichts wie unten gezeigt ausgedrückt, entsprechend der Bedingungen über die Kontinuität des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes am Punkt 0 an der Grenze in Fig. 38.
wobei θ der Einfallswinkel, φ der Brechungswinkel und As die Amplitude des einfallenden Lichts ist. In dieser Gleichung ist αs durch die untenstehende Gleichung gegeben unter Verwendung des Reflexionskoeffizienten γd (im allgemeinen eine komplexe Zahl), die Phase Φ, die sich während eines Vor- und Rücklaufs im Photoresist ändert, und dem Absorbanzindex β.
Der erste Ausdruck in { } der Gleichung (8) stellt die Phasendifferenz infolge der Differenz der Lichtpfadlängen des von der Basis reflektierten Lichts und des am Punkt 0 reflektierten Lichts dar, und der zweite Ausdruck die Abschwächung, die durch die Absorption verursacht wird. Wenn die Basis aus Aluminium besteht, wird der Wert γb ein Maximum und ist ungefähr 0,878 für die Detektionswellenlänge im sichtbaren Bereich. In dem Fall, wo die Basis Aluminium mit dem zweiten Ausdruck in { } gleich Null ist, d.h., dem Fall, wo das Resist das Detektionslicht nicht absorbieren kann, ist der Effekt der Basis ein Maximum und der Fehler am größten. Wenn das Aluminium Basismaterial ist, kann zur Zeit der Belichtung eines Musters eine stehende Welle erzeugt werden. Daher kann ein Absorbierungsmittel eingesetzt werden. Dieses Absorbierungsmittel ist jedoch dazu bestimmt, den g-Strahl (436 nm), den i-Strahl (365 nm) und den KrF- Excimer-Laser (248 nm) zu absorbieren, aber nicht notwendigerweise den für die Detektion der Neigung und Höhe verwendeten Laser. Wenn eine genaue Detektion selbst in dem Fall gesichert ist, daß der Effekt der Reflexion von der Basis ein Maximum ist und die Basis aus Aluminium besteht, als schlechtester Fall eines gesteigerten Fehlers mit dem Absorbtionsindex β bei Null, ist daher die Detektion von noch höherer Genauigkeit möglich, während die anderen Fälle kein Problem darstellen.
Die Funktion der vorliegenden Erfindung wird weiterhin erläutert unter Bezugnahme auf den oben angenommenen schlechtesten Fall. Wenn die Gleichung (8) in die Gleichung (7) eingesetzt wird mit β als Null, ist R&sub8; eine komplexe Zahl und kann ausgedrückt werden als
R&sub8;= γei As ... (9).
Unter der Annahme, daß die Reflexion an der Basis gleich Null ist, d.h. αs = 0, ist Rs gegeben wie unten gezeigt aus Gleichung (6).
Im Vergleich zur Gleichung (9) ist = 0. Diese Gleichung stellt die Reflexion in einer Begrenzung mit dem Brechungsindizes n&sub1; und n&sub2; dar. Da β in Gleichung (8) gleich Null ist, wird αs ausgedrückt durch
Aus den Gleichungen (6), (9) und (10) sind Rs und γb in Gleichung (9) gegeben wie unten gezeigt (wobei γb zunächst eine reale Zahl ist).
Die Amplitude As des einfällenden Lichtes wird definiert als 1, um aus der Gleichung (12) Rs zu bestimmen. Der Wert φ, der sich mit der Dicke d ändert, die aus der Gleichung (11) bestimmt wird, der Reflektanz γb = 0,878 der Aluminiumbasis, und dem Wert θ, der aus bestimmt wird, dem Brechungsindex n&sub2; (= 1) des Resists der Gleichung (7) werden in die Gleichung (13) eingesetzt. Der Wert Rs kann dargestellt werden auf der komplexen Ebene gegen θ von 88, 86 und 80 Grad, um die Fig. 39 bis 41 zu bestimmen. Die auf dem Umfäng der Graphik angegebenen Werte sind φ, bestimmt aus der Gleichung (11), und ändern sich mit der Resistdicke. Diese Diagramme werden erläutert. Die Länge eines Linienabschnitts, der einen Punkt auf der Kurve und den Koordinatenursprung verbindet, ist Rs , was die Amplitudenrefiektanz einschließlich des Effekts der Basis repräsentiert. Der Winkel, den dieser Linienabschnitt mit der reellen Koordinate (Abszisse) bildet, zeigt eine Phasenänderung des reflektierten Lichts an. Diese Phasenänderung erzeugt eine Phasenverschiebung infolge des Effekts der Basis, d.h. einen Fehler der Höhendetektion unter dem Effekt der Basis, in Anbetracht der Tatsache, daß φ = 0 ist, wie oben in Abwesenheit des Effekts der Basis beschrieben, wenn Reflexion nur auf der Oberfläche auftritt. Der Grad dieses Fehlers in dem Interferenzdetektionsverfahren soll nun untersucht werden. Wie im Detail später erläutert, ist die Beziehung zwischen der Scheibenhöhe ΔZ, der Neigung Δθ und dem im optischen Detektionssystem nach den Fig. 37 und 47 erhaltenen Interferenzstreifen gegeben durch
( und sind Konstanten in der Beziehung a > b ), wobei X die Koordinate enfiang der Richtung der Streifenperiode an einer Position der Interferenz mit den zwei überlagerten Lichtstrahlen ist, θ&sub0; und θ die Winkel von Referenzucht und dem Meßlicht zur Normalen, Δθ die Neigung des in der Scheibe enthaltenen Chips von der Horizontalebene, ΔZ die Höhenänderung entlang der Fokussierrichtung, und &sub0; eine Phasenkonstante, bestimmt durch die Bedingungen für die Ingangsetzung eines optischen Meßsystems sind. Wenn das Meßobjekt einmal wie in Fig. 37 dargestellt bestrahlt wird, wird m in der Gleichung (14) gleich eins, und wenn es zweimal bestrahlt wird, wie in Fig. 45 gezeigt, wird m gleich zwei. Der vertikale Versatz ΔZp der Scheibe, der erforderlich ist, um einen Periodenwechsel des Interferenzstreifens basierend auf der Gleichung (14) herbeizuführen, ist gegeben durch
ΔZp = λ&sub1;/2mcosθ ... (15).
Eine Lösung für θ = 80 bis 89 Grad mit λ = 0,6328 µm im Fall von m = 1 bzw. 2 ist in Fig. 42 dargestellt. Beim Bestimmen der Höhe ΔZ aus der durch die Gleichung (14) gegebenen Intensität, basierend auf der Interferenzmessung unter der Annahme, daß eine Phasenverschiebung von gemäß Gleichung (13) unter dem Einfluß der Reflexion von der Basis in dem Meßlicht verursacht wird, wird der Fehler ΔZe der Messung aus der Gleichung (15) gewonnen als
Ze = /360 ΔZp ... (16).
Der Wert von ΔZe, den man für die Aluminiumbasis im Fall von θ = 88,5, 88, 86 und 80 Grad erhält ist in Fig. 44A gezeigt. Der Wert von ist andererseits in Fig. 44B gezeigt. Wie ohne weiteres aus den Fig. 39 und 40 erkennbar, die Rs in einer komplexen Ebene mit dem Einfallswinkel von 88 und 86 Grad zeigen, stellt Maximalwinkel max, gesehen vom Ursprung gegen den Umfäng, einen maximalen Detektionsfehler dar durch Einsetzen dieses Werts in in Gleichung (16). Als Ergebnis ändert sich zwischen 0 und 36 Grad, wenn θ < 85º ist, wo der Umfäng in den zweiten und dritten Sektor eintritt. Daher wird der maximale Wert des Detektionsfehlers gleich ΔZy, was die Messung unmöglich macht. Es ist daher wichtig, daß der Einfallswinkel für eine Aluminiumbasis wenigstens 85 Grad beträgt. Fig. 43 zeigt den Maximalwert ΔZemax (einer der Maximalwerte im Diagramm) des Detektionsfehlers ΔZe nach Fig. 44A, bestimmt für die Basisreflektanz γb mit verschiedenen Einfallswinkeln als Parameter. Die mit Pfeilen in dem Diagramm der Fig. 43 zugeordneten Namen geben Materialien an, die die Basis einer Halbleiterscheibe darstellen. Man kann aus diesem Diagramm sehen, daß im Fall einer Aluminiumbasis der maximale Detektionsfehler ungefähr 0,6 µm erreicht, für eine spezifische Resistdicke (spezifisches φ), selbst wenn der Einfallswinkel über 85 Grad gesteuert wird, obwohl dieses für andere Materialien als Aluminium kein Problem darstellt. Die Diagramme der Fig. 44A bis 44C, die die Phase φ und den Detektionsfehler ΔZe repräsentieren, sind nur bis zu 180 Grad aufgezeichnet. Das Ergebnis für die Winkel 180 bis 360 Grad kann jedoch erhalten werden durch Rotieren der Kurve auf dem Diagramm für 0 bis 180 Grad um 180 Grad um den Punkt (180º, 0 µm). Dieses Diagramm zeigt, daß ein Detektionsfehler von nicht mehr als ungefähr 0,1 µm für den Wert φ zwischen 0 und 120 Grad oder zwischen 240 und 360 Grad besteht. In anderen Worten, eine hohe Detektionsgenauigkeit kann erhalten werden, wenn das System innerhalb dieser Bereiche verwendet wird. Ein Verfahren zur Erfüllung dieser Voraussetzung wird auf der Basis der Gleichung (11) erläutert, die die Beziehung zwischen dem Wert φ, Resistdicke d, und der Wellenlänge λ und dem Einfallswinkel θ des Meßlichtes wiedergibt. Unter der Annahme, daß zwei Laserstrahlen mit Wellenlängen λ&sub1; (=0,6328 µm) und λ&sub2; (= 0,6119 µm) auf ein Meßobjekt mit demselben Winkel gestrahlt werden, um eine Messung durch das Interferenzverfahren durchzuführen. Der Phasenwert φ, der mit dem Meßfehler (Fig. 44A) von wenigstens 0,1 µm verbunden ist, liegt im Bereich von 120 bis 240 Grad. Ähnliche Bereiche erscheinen in vorbestimmten Zyklen der Resistdicke, wie aus Gleichung (11) erkennbar. Fig. 46 zeigt einen Linienabschnitt, der einen Bereich repräsentiert, wo der Fehler mit zwei Wellenlängen groß ist. Wie man aus diesem Diagramm ohne weiteres erkennt, ist der Fehler ausreichend klein, was genaue Messungen möglich macht, wenn einer der zwei Laserstrahlen in dem Bereich der Resistdicke von 1,2 bis 2,4 µm verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, selbst wenn die Basis eines mehrschichtigen optischen Materials aus einem Material wie Aluminium mit sehr hoher Reflektanz besteht, wie oben erwähnt, die Höhe und Neigung der Oberfläche mit hoher Genauigkeit von weniger als 0,1 µm detektiert werden. Es ist daher möglich, die bilderzeugende Oberfläche und die Resist-Oberfläche in solcher Weise zu steuern, daß sie zur Zeit der Belichtung eines feinen Musters von 0,5 µm L&S in einem Halbleiterbelichtungsgerät vollständig ineinanderfallen, was ein Muster erlaubt, das im wesentlichen frei von Linienbreitenvariationen gebildet wird. Als Ergebnis wird der Ausstoß der Musterbelichtung merklich verbessert mit einem großen wirtschaftlichen Effekt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das von einer kohärenten Lichtquelle emittierte Licht in parallele Lichtstrahlen konvertiert, die mit einem Einfallswinkel von θ diagonal auf eine Belichtungsfläche eines optischen Projektionssystems auf die Photoresist-Oberfläche einer Scheibe eingestrahlt werden, so daß ein Interferenzstreifen detektiert wird, der durch Einstrahlen eines reflektieren Lichtstrahls und eines Referenzlichtstrahls mit einem gewünschten Winkel auf einen Musterdetektor erhalten wird, wobei der Referenzlichtstrahl durch Teilen des von der Lichtquelle emittierten Lichts erhalten wird. Eine Änderung in der Phase und der Interferenzstreifenperiode wird verwendet, um die Neigung und Höhe der Photoresist-Oberfläche auf der Scheibe zu bestimmen. Auch kann gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung paralleler Lichtflüsse der Einfallswinkel auf mehr als 85 Grad gesteigert werden. Da der Einfallswinkel groß ist, wird das Licht zum größten Teil auf der Photoresist-Oberfläche reflektiert, was es möglich macht, im wesentlichen alle Effekte der Interferenz zu ignorieren, die durch Reflexion in jeder Schicht der Basisschichtstruktur auftritt. Außerdem wird, wenn das Einfallslicht auf das Photoresist S-polarisiert ist, die Reflexion der Resist-Oberfläche für verbesserte Genauigkeit weiter vergrößert.
Ferner sei angenommen, daß das auf der Photoresist-Oberfläche reflektierte Licht in einer Richtung senkrecht zu einem Planspiegel eingestrahlt wird, dann wird das reflektierte Licht wieder auf die Photoresist-Oberfläche gestrahlt, und dasselbe reflektierte Licht wird als Objektlicht verwendet, um eine Information über das Interferenzmuster zu erzeugen. Dann wird es möglich, die Detektion von Neigung und Höhe der Scheibe mit doppelter Empfindlichkeit für eine noch höhere Detektion durchzuführen.
Wenn außerdem das System in der Weise aufgebaut ist, daß das Referenzlicht sich im wesentlichen in gleiche Richtung fortpflanzt, um im wesentlichen durch das gleiche Gebiet wie das auf das Photoresist gestrahlte Licht und das Objektlicht (reflektierte Licht) hindurchzutreten, erhält jeder Lichtpfäd den Effekt einer äußeren Störung wie z.B. Luftschwingungen, in gleicher Weise, so daß es möglich ist, die Neigung und Höhe zu detektieren, ohne durch eine Änderung in den Umgebungsbedingungen wesentlich betroffen zu sein.
Außerdem werden, in dem Ausmaß, daß die Information auf dem Interferenzstreifen einer schnellen Fourier-Transformation unterworfen wird und die resultierende Information in der Umgebung eines Streifenspektrums verwendet wird, um die Neigung Δθ und die Höhe ΔZ zu bestimmen, die Werte Δθ und ΔZ mit einer so hohen Geschwindigkeit als ob in Realzeit erhalten. Auch ist es möglich, wenn die bestrahlte Position des Photoresist eine konjugierte (bildformende) Beziehung mit der lichtempfangenden Oberfläche des Gruppensensors für die Musterdetektionsvorrichtung hat, die Information nur auf dem gewünschten Bereich der Scheibe aufzunehmen und die Neigung und Höhe des betreffenden speziellen Teils zu bestimmen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Winkel, mit dem Licht auf eine vergleichsweise rauhe Photoresist-Oberfläche in einer späteren Stufe des Belichtungsprozesses eingestrahlt wird, vergrößert, so daß das Licht auf die vorstehenden Teile des Resists gestrahlt wird, während die zurücktretenden Teile des Resists im Schatten bleiben, wodurch man deren Beitrag zur Detektion eines Interferenzstreifens reduziert. Als Folge davon wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Detektieren der obersten Oberflächen der vorstehenden Teile die Detektionsoberfläche, die bis dahin unbestimmt geblieben ist, geklärt. Dies macht eine korrekte Detektion der Resist-Oberfläche möglich. In einem Meßobjekt mit einer solchen rauhen Oberfläche wie oben erwähnt hat die Fläche der obersten Oberflächen der vorstehenden Teile einen Effekt auf die Intensität des reflektierten Lichts. Als Ergebnis wird der Betrag des reflektierten Lichts makroskopisch an einem Meßort an der Oberfläche erhöht, wo die Fläche der obersten Oberflächen der vorstehenden Teile einen großen Anteil aufweist. Die Verteilung der Interferenzstreifen, verursacht mit dem Referenzlicht auf der lichtempfängenden Oberfläche des Gruppensensors, wird somit ungleich. Insbesondere, wie oben beschrieben, haben die Teile der Oberfläche, die zu messen sind, wo das Verhältnis der Fläche der obersten Oberflächen der vorstehenden Teile groß ist, eine große Amplitude des Interferenzstreifens, wenn das Meßobjekt und der Gruppensensor in im wesentlichen konjugierter Positionsbeziehung miteinander stehen, während die Amplitude klein ist, wenn das Verhältnis der erwähnten Flächen klein ist. Als Ergebnis ist die Genauigkeit vermindert, wenn ein Interferenzstreifen mit verschiedenen Amplituden an verschiedenen Stellen der Fourier-Transformation unterworfen wird und die Neigung und Höhe aus der Spektruminformation entsprechend der Linienperiode bestimmt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein solches Objekt in der Weise behandelt, daß die Intensitätsverteilung eines Musters von nur dem vom Objekt reflektierten Licht, das nicht einem Referenzlicht überlagert wird, durch den oben erwähnten Gruppensensor detektiert wird, und die so erhaltene Information wird verwendet, um die Musterinformation der oben erwähnten Interferenzstreifen für die nachfolgende Fourier-Transformation zu korrigieren. Auf diese Weise hat das Interferenzstreifenmuster die gleiche Amplitude an ungefähr jeder Stelle, was es ermöglicht, die Neigung und Höhe genau aus der Spektruminformation zu bestimmen.
Da die von dem Musterdetektor erzeugte Interferenzstreifen-Information die Infbrmation sowohl über die Periode als auch die Phase enthält, wird die Information über Neigung und Höhe zur gleichen Zeit erhalten. Wenn außerdem der Einfidlswinkel über 85 Grad gesteuert wird, wird die Reflexion auf der Photoresist-Oberfläche erhöht, was es ermöglicht, die Neigung und Höhe der Photoresist-Oberfläche zur gleichen Zeit genau zu bestimmen.
Wenn weiterhin nur das von einem Objekt reflektierte Licht detektiert wird, für eine Scheibe mit sehr rauhem Photoresist in einem späteren Stadium des Belichtungsprozesses wie oben beschrieben, und die Daten über die detektierte Intensitätsverteilung als Korrekturwert verwendet werden, dann sind Höhe und Neigung der obersten Oberflächen der vorstehenden Teile in der Resist- Oberfläche hauptsächlich bestimmt. Diese Funktion wird detaillierter erläutert. Es sei angenommen, daß die Sektionsstruktur der Scheibe 4 aus einem Siliziumsubstrat 43 besteht, auf das eine unebene Schicht 42 mit einer verhältnismäßig großen Fehlausrichtung überlagert ist. Das auf dieser Bauemheit aufgeschichtete Photoresist 41 behält die Fehlausrichtung, obwohl im Vergleich zu der rauhen Schicht klein. Wenn parallele Laserstrahlen auf die Oberfläche des rauhen Photoresists mit einem Einfallswinkel von mehr als 45 Grad (z.B. 88 Grad) zur Normalen eingestrahlt werden, werden nur die in Fig. 58 schraffierten Teile regelmäßig reflektiert, während die anderen Teile der Strahlen gestreut werden, da sie in einer Richtung verschieden von den regelmäßig reflektierten Strahlen reflektiert werden, wie gezeigt durch die Strahlen A&sub1;, B&sub1;, C&sub1; in Fig. 59, einer Vergrößerung der Fig. 58. Als Ergebnis trifft kein Licht auf das Detektionssystem zur Entnahme nur des regelmäßig reflektierten Lichts, wie später beschrieben, abgesehen von dem, das auf den obersten Teilen der vorstehenden Teile reflektiert wird, wie durch die Strahlen A&sub1;, B&sub1;, C&sub1; dargestellt. Auf diese Weise erreicht im Fall einer Sektionsstruktur, die aus rauhen Teilen besteht, das Licht einer Intensität den Detektor, die im wesentlichen proportional zur Fläche der obersten Oberfläche ist.
Zusätzlich ist angesichts der Tatsache, daß die Scheibenoberfläche im wesentlichen konjugiert mit der lichtempfangenden Oberfläche des Gruppensensors ist, selbst wenn die Sektionsstruktur im wesentlichen flach ist oder einige Rauhheit aufweist, die Intensität dieser Teile entsprechend einer großen Fläche der obersten Oberfläche der vorstehenden Teile groß und umgekehrt. Als Ergebnis hat die Intensitätsverteilung Ox auf dem Gruppensensor des von dem Meßobjekt reflektierten Lichts verschiedene Niveaus an verschiedenen Punkten, wie beispielsweise in Fig. 53 gezeigt. Auf diese Weise zeigt die Amplitude des Streifens der Intensität Ix des Interferenzstreifens Variationen wie in Fig. 55 gezeigt, wenn das Licht mit solcher Verteilung mit dem Referenzlicht Rx interferiert, das ein vorbestimmtes Niveau gemäß Fig. 54 hat. Das oben beschriebene Phänomen wird theoretischer und quantitativer erläutert. Sei Ox die Intensität des von einem Meßobjekt reflektierten Lichts, welches Licht von einem Gruppensensor angelegt wird, α&sub1; der Einfallswinkel desselben Lichts, Rx die Intensität eines Referenzlichts und -α&sub1; der Einfaliswinkel des gleichen Referenzlichts (das Minuszeichen zeigt, daß das betroffene Licht in einer Richtung entgegengesetzt dem vom Meßobjekt reflektierten Licht gegenüber der Normalen auf die Oberfläche des Gruppensensors geneigt ist). Wenn diese beiden Lichtstrahlen in X-Richtung geneigt sind, wird ein Streifen mit Änderungen in X- Richtung detektiert. Die Intensität des so erhaltenen Interferenzstreifens ist gegeben als worin λ die Wellenlänge des Detektionslichts, Δθ die Neigung des Meßobjekts, n die Anzahl der Reflexionen an dem Meßobjekt, wie später beschrieben, m die bildformende Vergrößerung in dem optischen Detektionssystem, und φ(Z) eine Phasenänderung mit der Höhe ist. Gleichung (17) wird wie unten gezeigt ausgedrückt, wenn n = 1 aus der Beziehung Δθ < < α&sub1; « 1 ist.
Wenn OX und RX einen festen Wert ohne Rücksicht auf X annehmen, ist es möglich, die Werte von Δθ und φ(Z) durch Verwendung der spektralen Spitzenposition entsprechend der Streifenperiode eines Fourier-Spektrums zu bestimmen, das durch Fourier-Transformation des Detektionssignals gemäß der Gleichung (18) und den angrenzenden Daten gegeben ist. Da die Werte OX und RX nicht allgemein fixiert sind, unter Berücksichtigung der Rauhigkeit-Bedingungen der Resist-Oberfläche auf der Schicht, die sich von einem Punkt zum anderen, wie oben beschrieben, ändern, ändert sich jedoch der Wert OX wie in Fig. 53 dargestellt. Selbst wenn die Verteilung RX des Referenzlichts einen festen Wert RC gemäß Fig. 54 gegenüber OX an nimmt, ändern sich die Intensität und daher die Amplitude des Interferenzstreifens, der durch Gleichung (18) gegeben ist, von einem Punkt zum anderen, wie in Fig. 55 gezeigt. Infolge dieser Amplitudenänderung hat die Fourier- Transformation von Ix eine Ausdehnung um den Spitzenwert wie durch F[Ix] in Fig. 57 gezeigt, so daß die Information über die Original-Streifenperiode (Neigung) und Phase (Höhe) für eine verringerte Genauigkeit verborgen bleibt.
Um mit diesem Problem fertigzuwerden, wird vor dem Detektieren eines Interferenzstreifens ein Referenzlicht maskiert, um nur das Licht zu detektieren, das von einem Meßobjekt durch das gleiche Detektionssystem reflektiert wird. Dieser Wert ist natürlich OX. In dem Fall, wo RX nicht gleich RC ist, wie in dem Beispiel der Fig. 54, wenn also etwa RX eine Kurve gemäß Fig. 62 zeigt, wird andererseits die Intensitätsverteilung RX von nur dem Referenzlicht gemessen. Wenn diese zwei Messungen (OX, RX) oder RX = RC, wird die unten dargestellte Korrekturoperation mit einer Messung (OX) als Korrekturwert zur Erzeugung eines Korrektursignals Icx durchgeführt.
Die Abszisse k des Spektrums S(k) gibt keine Frequenzinformation, sondern Ix wird durch Gleichung (1) gegeben, und daher ist Icx bestimmt als
Wenn dieses Korrektursignal Icx einer Fourier-Transformation unterworfen wird, wird die Ausdehnung um den Spitzenwert eliminiert, wie durch F[Icx] angegeben. Ein scharfes Spektrum, basierend auf einer reinen trigonometrischen Funktion wird erhalten, was es möglich macht, Neigung und Höhe genau zu bestimmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Neigung und Höhe der Oberfläche eines Objekts wie einer Halbleiterscheibe aus einem mehrschichtigen optischen Material mit rauher Oberfläche genau zu detektieren.
Als Folge davon wird es möglich, selbst im Fall wo ein Kompressionsbelichtungsgerät mit einer verhältnismäßig geringen Tiefenschärfe für die weitere Größenreduktion des LSI in Zukunft verwendet wird, ein LSI-Muster in allen Prozessen, die von verschiedenen Scheibenoberflächenbedingungen begleitet werden, mit hohem Ausstoß zu belichten.
Auch kann entsprechend der vorliegenden Erfindung, die nicht auf den oben erwähnten Fall begrenzt ist, die Neigung und Höhe einer Oberfläche einer großen Vielzahl von Meßobjekten mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, ohne Rücksicht auf die Oberflächenschichtstruktur oder deren Musterbedingungen.
Die vorliegende Erfindung macht es außerdem möglich, sehr genau die Periode (Teilung) und die Anfangsphase eines Signals zu detektieren, das im allgemeinen eine periodische Wellenform hat, was die oben erwähnte hochgenaue Messung über einen großen Anwendungsbereich erlaubt.
Nun wird ein Verfahren der Signalverarbeitung in einem Projektionsbelichtungsgerät erläutert.
In einem Projektionsbelichtungsgerät werden Neigung und Höhe einer Objektoberfläche durch die Detektion von Periode und Phase einer Sinuswelle bestimmt.
In einem Projektionsbelichtungsgerät ist ein Verfahren zur Bestimmung von Periode oder Phase einer periodischen Welle, wie einer Sinuswelle, die Verwendung der diskreten Fourier-Transformation. Die diskrete Fourier- Transformation dient zur Bestimmung einer Frequenzinformation F(k) entsprechend der unten gegebenen Gleichung nach dem Digitalisieren durch Abtasten einer periodischen Welle in Zeitserien.
worin j oder k = 0, 1, 2, ..., N-1 ist, und N = 2m (m: ganze Zahl).
A(j) ist ein digitaler Wert der abgetasteten periodischen Welle, und N die gesamte Zahl der Abtastungen F(k) ist bestimmt durch die Berechnung einer komplexen Zahl, wie durch Gleichung (1) angegeben, und kann daher als eine komplexe Zahl, wie unten dargestellt, ausgedrückt werden.
F(k) = Fr(k) + iFi(k) ... (21)
Insbesondere ist F(k) als Ergebnis der Fourier-Transformation ein Vektor mit dem Realteil Fr(k) und einem imaginären Teil Fi(k). Die Höhe S(k) des Spektrums, das die Intensität der Frequenzkomponente von F(k) repräsentiert, wird wie unten gezeigt bestimmt durch Berechnung der Länge (Absolutwert) des Vektors.
Fig. 69 zeigt ein Beispiel des Spektrum S(k) nach einer diskreten Fourier- Transformation einer periodischen Welle. Die diskrete Fourier-Transformation stellt Information über die Zahl der Abtastungen für jede Periode einer periodischen Welle bereit. Genauer, die Information über die Zahl P der Abtastungen per Periode kann bestimmt werden durch Teilen der Gesamtzahl N der Abtastungen durch k, wie in der untenstehenden Gleichung gezeigt.
P = N/k ... (23)
Als Ergebnis folgt, daß das Spektrum S(k) für k = 0 (P = ∞) in dem Spektraldiagramm gemaß Fig. 69 eine Gleichstromkomponente anzeigt, während das Spektrum S(k) für eine große Position von k die Information über eine kurze Periode repräsentiert. Im Beispiel der Fig. 69 ist das Spektrum S(k) an der Stelle k = n&sub0; für andere als die Gleichstromkomponente von k = 0 ein Maximum, was anzeigt, daß die periodische Welle die periodische Komponente P&sub0; = N&sub0;/n&sub0; ist in Form der Zahl der meisten Datenabtastungen von allen. Es ist auch möglich, die Phase φ&sub0; der periodischen Komponente P&sub0; durch die Berechnung der untenstehenden Gleichung zu bestimmen.
φ&sub0; = tan&supmin;¹ (Fi(n&sub0;)/Fr(n&sub0;)) ... (24)
Das oben erwähnte Rechenverfahren realisiert ein Projektionsbelichtungsgerät entsprechend der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Neigung und Höhe eines zu belichtenden Objekts.
Das Verfahren unter Verwendung der diskreten Fourier-Transformation weist jedoch im allgemeinen ein unvermeidbares Problem auf, wie unten beschrieben. Insbesondere wird wegen der diskreten Natur der Fourier-Transformation das Genauigkeitsproblem aufgeworfen, wobei die Position k des Spektrum S(k) auch diskret ist, so daß es unmöglich ist, für mehr als N Abtastpunkte zu zerlegen. Dieses Problem wird insbesondere erläutert mit Bezugnahme auf einen Fall, bei dem die diskrete Fourier-Transformation auf einer Sinuswelle A(j) angewandt wird mit einer Periode P und einer Phase φ, wie in der untenstehenden Gleichung ausgedrückt.
worin eine Gleichstromkomponente und eine Verstärkung ist. Zunächst entnimmt man Gleichung (23), wenn das Ergebnis des Teilens der Zahl N der Abtastungen durch die Periode P eine ganze Zahl n&sub0; (= N/P) ist, daß das Spektrum S(k) nach der Fourier-Transformation nur an den Positionen k = 0 und k = n&sub0; gemäß Fig. 70 erscheint. In diesem Fall wird die Position K = n&sub0;, wo das Spektrum S(k) an anderen als der Position von k = 0 ein Maximum ist, oder die Spektrumposition infolge der Gleichstromkomponente in Gleichung (25) detektiert, um die Periode P&sub0; (= N/n&sub0;) aus Gleichung (23) zu bestimmen. Dann fällt diese Information P&sub0; mit der Periode P der Sinuswelle A(j) in Gleichung (25) zusammen. Die Phase φ&sub0;, die aus Gleichung (24) bestimmt wird, fällt auch mit der Phase φ in Gleichung (25) zusammen. Betrachtet wird nun der Fall, wo das Resultat des Teilens der Zahl N der Abtastungen durch die Periode P geteilt wird. Insbesondere wenn die untenstehende Gleichung zutrifft
N/P = n&sub0; + Δ
(N&sub0;: ganze Zahl, Δ < 0,5) ... (26),
dann wird das Spektrum S(k) nach der diskreten Fourier-Transformation gemaß Fig. 71 gegeben. In einem solchen Fall sollte ein virtuelles Maximumspektrum entstehen, angezeigt durch die gestrichelte Linie, an der durch k = 0 + Δ verschieden von k = 0 angezeigten Position. Da die Spektrumposition k nicht für andere als die Zahl N der Abtastungen (k = 1, 2, ..., N-1) zerlegt werden kann, erscheint ein Maximumspektrum an der Position k = n&sub0; in gleicher Weise wie in Fig. 70. Wenn die Sinuswellen gemaß Fig. 70 und 71 der diskreten Fourier-Transformation unterworfen werden, liegt der Unterschied zwischen den resultierenden zwei Spektrummustern darin, daß das Spektrum S(k) auch um k = n&sub0; verteilt wird durch den Effekt eines Teilwerts Δ in Fig. 71. Insbesondere, wie in Gleichung (26) gezeigt, ist die Position des Maximumspektrums identisch zu der in Abwesenheit von Δ, selbst wenn der Anteil Δ an der Position des virtuellen Maximumspektrums auftritt. Daher ist die Periode P(N&sub0;/n&sub0;), bestimmt durch die Gleichung (23) aus der Position k = n&sub0; des Maximumspektrums, nicht genau. Im Fall wo die Periode P einer Sinuswelle auf diese Weise bestimmt wird durch Verwendung nur der Position k = n&sub0; des Maximumspektrums durch eine konventionelle einfache Methode, wird der Fehler durch die untenstehende Gleichung ausgedrückt.
Wenn beispielsweise N = 512 und P = 10 ist, ist n&sub0; = 51 und Δ = 0,2. Daher tritt der Fehler E von 0,039 in dem konventionellen Detektionsverfahren auf. Auch wenn N = 128 und P = 10 ist, entsteht = -0,154. Es ist offensichtlich, daß die andere Phase φ&sub0; ebenfalls nicht genau durch die Operation der Gleichung (24) erhalten werden kann, soweit es einen Teilwert Δ gibt. Wie durch die obigen zwei Beispiele gezeigt, kann der Fehler E durch Erhöhen der Zahl N der Abtastungen verringert werden. Soweit die Fourier-Transformation jedoch diskret ist, ist der Fehler infolge Gleichung (27) unvermeidbar. Wenn andererseits die Zahl N der Abtastungen erhöht wird, entsteht der Nachteil, daß die Verarbeitungszeit der Fourier-Transformation verlängert wird.
Als ein Verfähren zur Lösung eines solchen Problempunkts der allgemeinen Verwendung der diskreten Fourier-Transformation, ist eine MEM-Theorie vorgeschlagen worden. Diese MEM-Theorie nimmt eine unbegrenzte Funktion durch wiederholte Entwicklung aus einer beobachteten begrenzten Wellenform an. Ein wesentliches Systematisierungsproblem ist jedoch, daß die Berechnungen so komplex sind, daß die Verarbeitungsoperation lange Zeit braucht. Ein System zum Messen der Periode und Phase einer Sinuswelle ist beispielsweise ein Formmeßgerät unter Verwendung der optischen Interferenzstreifen. JP-A-61-213704 wird genannt als in Beziehung stehende Patentveröffenflichung, die ein System dieser Art beschreibt.
Genauer, es wird der Tatsache nicht Rechnung getragen, daß ein wesentliches Problem der Genauigkeit, nämlich die Auflösung oder die Verarbeitungszeit, deswegen entsteht, weil die allgemein durch die diskrete Fourier- Transformation bestimmte Spektrumposition diskret ist. Man stößt somit auf das Problem, daß ein Fehler verursacht wird, wenn man versucht, die Periode oder Phase einer Sinuswelle durch Behandlung nur der Position eines Maximumspektrums zu bestimmen. Daher wird weiterhin ein Verfahren und ein Gerät zum Lösen der Probleme der diskreten Fourier-Transformation und zur Ableitung von Periode und Phase einer Sinuswelle mit hoher Genauigkeit aus einer Spektrumverteilung, sowie ein Gerät zu Messung der Neigung und Höhe der Oberfläche eines Objekts durch die Verwendung eines solchen Verfahrens und Gerätes bereitgestellt.
Es werden somit ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen der Periode und Phase einer Sinuswelle und ein Gerät zum Messen der Neigung und Höhe einer Oberfläche geschaffen, bei dem unter Beachtung der Tatsache, daß das Maximumspektrum nach einer diskreten Fourier-Transformation und die Höhe der angrenzenden Spektren sich mit der Periode der Sinuswelle ändern, die Position eines virtuellen Maximumspektrums aus den Positionen des Maximumspelttrums und der angrenzenden Spektren erhalten wird. Die Vektoren der Position dieses virtuellen Maximumspektrums und der oben erwahnten drei Spektren werden verwendet, um die Periode und Phase einer Sinuswelle mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Dieses Verfähren wird auch auf die Messung der Neigung und Höhe der Oberfläche eines Objekts angewendet, das einen optischen Interferenzstreifen verwendet. Auf diese Weise werden Neigung und Höhe einer Oberfläche durch eine arithmetische Vorrichtung aus der Periode und Phase eines Interferenzstreifens gemessen.
Das Verfähren und das Gerät zum Detektieren der Periode und Phase einer Sinuswelle und das Gerät zum Messen der Neigung und Höhe einer Oberfläche, wie oben beschrieben, sind in der Lage, die Position eines virtuellen Maximumspektrums durch eine Formel aus den Vektoren des Maximumspektrums und angrenzender Spektren als Variable zu bestimmen durch Entwikkeln der diskreten Fourier-Transformation. Es ist tatsächlich möglich, die Position eines virtuellen Maximumspektrums durch die arithmetische Operation des Einsetzens der Vektoren der oben erwähnten Spektren in die Formel abzuschätzen, wodurch die Periode und Phase einer Sinuswelle durch Rechnung genau bestimmt werden können. Es gibt ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Position eines virtuellen Maximumspektrums. Fig. 72 zeigt ein anderes Beispiel des Detektierens der Position eines virtuellen Maximumspektrum aus dem Spektrum S(k). Dieses Verfahren ist derart aufgebaut, daß die Spektrumverteilung um ein Maximumspektrum durch Minimumquadrat mit der am meisten analogen Funktion wie in Fig. 72 dargestellt anzunähern, und der Maximumwert der angenäherten Funktion wird verwendet, um die Position eines virtuellen Maximumspektrums zu schätzen. Dies führt jedoch wiederum zu einem Problem, da die hochgenaue Schätzung schwierig ist infolge der Schwierigkeit, auf die man beim Setzen einer Näherungsfunktion stößt. Nun wird insbesondere eine Erläuterung über ein Operationsverfahren zum Bestimmen von Periode und Phase einer Sinuswelle aus dem oben erwähnten Verfahren des Detektierens der Position eines virtuellen Maximumspektrums gegeben.
Zunächst kann die Sinuswelle A(j), die durch Gleichung (25) gegeben ist, durch Eulers Formel umgeschrieben werden durch die unten gegebene Gleichung.
wobei man, wenn die Sinuswelle A(j) durch Einsetzen in die Gleichung (1) der Fourier-Transformation entwickelt wird, den Fourier-Transformationswert F(k) erhält, wie unten dargestellt.
In dieser Gleichung reprasentiert der erste Ausdruck die Fourier-Transformation der Gleichstromkomponente und daher eine Deltafunktion, obwohl er einen definierten Wert hat wegen der definierten Anzahl von Fourier-Transformationen. Der zweite und dritte Ausdruck sind wie unten gezeigt angegeben durch Abkürzen des Koeffizienten b/2, wenn eine geometrische Reihe verwendet wird.
Durch Weglassen des ersten Ausdrucks der Gleichstromkomponente zur Vereinfächung der Gleichung, wird der Fourier-Transformationswert F(k) durch die untenstehende Gleichung gegeben.
Als nächstes werden die Größe des Maximumspektrums und der angrenzenden Spektren aus der Entwicklungsformel der Fourier-Transformationsgleichung (28) bestimmt. Die Position k&sub0; des virtuellen Maximumspektrums wird aus der Gleichung (26) wie folgt berechnet.
= N/P = n&sub0; + Δ
(n&sub0;: ganze Zahl, Δ < 0,5),
wobei n&sub0; die Position des Maximumspektrums repräsentiert, die durch die Fourier-Transformation bestimmt ist, und Δ ein Teilwert unter dem Dezimalpunkt der Position des virtuellen Maximumspektrums ist. In Gleichung (28) wird k gleich n&sub0; gesetzt und die Gleichung (29) wird in sie eingesetzt. Das Maximumspektrum F(n&sub0;) für die Position n&sub0; wird somit auf die Weise bestimmt, die in der untenstehenden Gleichung gezeigt ist.
wobei eine Annäherung durchgeführt wird wie unten gezeigt.
Wenn der Koeffizient NsinΔθ/θ weggelassen wird, um den Realteil R und den Imaginärteil I des Vektors des Maximumspektrums F(n&sub0;) zu bestimmen, erhält man die untenstehende Gleichung.
Diese Gleichung wird weiterentwickelt, indem man φ + Δπ als φ ansieht. Dann ist der Realteil R und der Imaginärteil N des Vektors des Maximumspektrums F(n&sub0;) wie unten gezeigt zu schreiben.
In ähnlicher Weise
Nun ist es in der gleichen Weise möglich, den Realteil und den Imaginärteil dieser Vektoren aus den Spektren F(n&sub0; - 1), F(n&sub0; + 1) neben dem Maximumspektrum F(n&sub0;) zu erhalten. Diese Ergebnisse sind unten summarisch aufgeführt. Realteil von F(n&sub0; - 1): Imaginärteil von F(n&sub0; - 1): Realteil von F(n&sub0;): Imaginärteil von F(n&sub0;): Realteil von F(n&sub0; + 1): Imaginärteil von F(n&sub0; + 1):
wobei φ = φ + Δπ.
Auf diese Weise kann man, sobald die Vektoren (Real- und Imaginärteil) des Maximumspektrums F(110) und die benachbarten Spektren F(n&sub0; - 1), F(n&sub0; + 1) bestimmt sind, die Abweichung (Teilwert) Δ der Position des virtuellen Maximumspektrums von 110 aus der unten gezeigten Operation abschätzen. Unter Verwendung des Realteils von Gleichung (30)
Elimieren von cosφ
Daraus wird der Teilwert Δ bestimmt als
Der Teilwert Δ kann in ähnlicher Weise auch unter Verwendung des Imaginärteils der Gleichung (30) bestimmt werden.
Die Veränderlichen auf der rechten Seite der Gleichungen (31) und (32) stellen die Real- und Imaginärteile des Spelttrums dar, das durch Fourier- Transformation bestimmt ist, und es ist daher möglich, den Teilwert Δ für die Position des virtuellen Maximumspektrums durch die Berechnung der Gleichungen (31) oder (32) abzuschätzen. Als Ergebnis wird, sobald der Teilwert Δ durch diese Berechnungen bestimmt ist, die Periode P der der Fourier-Transformation unterworfenen Sinuswelle aus der folgenden Gleichung unter Verwendung der Gleichung (29) berechnet.
Auch kann, solange der Teuwert Δ durch die Berechnung von Gleichung (31) oder (32) bestimmt ist, die Phase φ der Sinuswelle, die der Fourier- Transformation unterworfen ist, durch die untenstehenden Berechnungen bestimmt werden. Aus Gleichung (30),
Durch Teilen der zwei Seiten der Gleichungen jeweils durch einander erhält man
Somit wird die Phase φ durch die untenstehende Gleichung bestimmt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der grundsätzliche Nachteil der Ungenauigkeit durch die diskrete Fourier-Transformation umgangen. Für jede Periode einer Sinuswelle wird daher die Position eines virtuellen Maximumspektrums durch eine theoretische Formel aus einem diskreten Spektrum bestimmt, das auf der diskreten Fourier-Transformation basiert, wobei es möglich ist, die Periode und Phase einer Sinuswelle sehr genau zu detektieren. Auch kann diese Tatsache effektiv benutzt werden, um die Periode und Phase eines optischen Interferenzstreifens zu detektieren, um dadurch eine sehr genaue Messung von Neigung und Höhe der Oberfläche eines Objekts zu realisieren.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Aufbau einschließlich eines optischen Rücklauf-Detektionssystems gemaß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Detektionsmuster-Signalwellenform zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Effekts eines optischen Rücklauf-Detektionssystems.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verarbeitungsschaltkreises zeigt.
Fig. 5, 6 und 7 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel der Reflexion und der Brechungskomplexamplitude sowie die Charakteristiken einer Rauschrusammensetzung zeigen.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das einen Aufbau unter Verwendung zweier Wellenlängen entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Detektionsmustersignals mit einer Höhenänderung zeigt.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine Änderung eines Signals 1 zeigt an einem eingestellten Punkt mit der Höhenänderung ΔZ zur Zeit der Detektion mit zwei Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2;.
Fig. 11 und Fig. 12 sind Diagramme, die das auf ein belichtetes Gebiet und ein Betriebsverarbeitungsgebiet eingestrahlte Licht zeigen.
Fig. 13 ist ein Diagramm, das einen Aufbau für zweidimensionale Detektion mit zwei Wellenlängen entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 14 ist ein Diagramm, das ein Betriebsverarbeitungsgebiet für ein Belichtungsgebiet entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 zeigt.
Fig. 15 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Detektieren der Neigung in zwei Richtungen durch ein einziges Detektionssystem entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 16 ist ein Diagramm, das ein Detektionsmuster hiervon zeigt.
Fig. 17 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Amplitudenkomponente des eingestrahlten Detektionslichts.
Fig. 18 ist ein Diagramm, das einen Aufbau unter Verwendung eins Luftmikrometers für weitere Verbesserung des optischen Systems entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erflndung zeigt.
Fig. 19 und 20 sind Diagramme zur Erläuterung des Effekts eines Beleuchtungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 ist ein Diagramm, das das Prinzip des Luftmikrometers entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 22, 23 und 24 sind Diagramme zur Erläuterung des Falles, in dem ein Laserstrahl entlang einer diagonalen Richtung eines Belichtungsgebietes entsprechend der vorliegenden Erfindung jeweils eingestrahlt wird.
Fig. 25 und 26 sind Diagramme, die jeweils den Aufbau des Geräts entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 27 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Problems des Standes der Technik.
Fig. 28 und 29 sind Diagramme zur Erläuterung des Standes der Technik.
Fig. 30 ist ein Diagramm, das einen Aufbau entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 31 ist ein Diagramm für die Erläuterung des in Fig. 30 gezeigten Ausführungsbeispiels
Fig. 32 ist ein Diagramm, das einen Aufbau entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 33 ist ein Diagramm zur Erläuterung des in Fig. 32 gezeigten Ausführungsbeispiels
Fig. 34 ist ein Diagramm, das einen Aufbau entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 35 und 36 sind Diagramme zur Erläuterung des in Fig. 33 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 37 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 38 ist ein Diagramm, das die Reflexion und die Brechung von Licht auf einer Oberfläche zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 39, 40 und 41 sind Diagramme, die jeweils eine komplexe Amplitude des reflektierten Lichts im Falle der Verwendung von Aluminium für die Basis zeigen.
Fig. 42 ist ein Diagramm, das Änderungen im Einfallswinkel und Höhenänderungen durch die Periode des Interferenzstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 43 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Basisreflektanz und dem maximalen Fehler zeigt.
Fig. 44A, 44B und 44C sind Diagramme, die die Beziehung zwischen dem Detektionsfehler, der Phase des reflektierten Lichts und der Amplitude des reflektierten Lichts infolge einer Phasenänderung zusammen mit der Änderung der Resistdicke zeigen.
Fig. 45 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 46 ist ein Diagramm, das eine Resistdicke zeigt, die einen mehr als tolerierbaren Detektionsfehler bei einer Änderung der Detektionswellenlänge verursacht.
Fig, 47A, 47B und 47C sind Diagramme, die ein Verfahren zur Verarbeitung der detektierten Interferenzstreifen-Information und zur Auswahl einer Wellenlänge entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 48 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 49 ist ein Diagramm, das einen Aufbau entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 50 und 51 sind Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung.
Fig. 52 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau eines Teils des Verarbeitungsschaltkreises der Fig. 49 zeigt.
Fig. 53, 54, 55, 56 und 57 sind Diagramme, die jeweils den Effekt der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 58 ist ein Diagramm, das das mit einem großen Winkel auf ein unebenes rauhes Muster eingestrahlte Licht und das reflektierte zeigt.
Fig. 59 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Fig. 58.
Fig. 60 ist ein Diagramm, das einen Aufbau entsprechend eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, unterschiedlich von Fig. 49, zeigt.
Fig. 61, 62, 63 und 64 sind Diagramme, die jeweils den Effekt der vorliegenden Erflndung zeigen.
Fig. 65 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau eines Teils des Verarbeitungsschaltkreises der Fig. 60 zeigt.
Fig. 66 ist ein Diagramm, das den Operationsfluß der arithmetischen Vorrichtung 2, 2' gemäß den Fig. 52 und 65 zeigt.
Fig. 67 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren und ein Gerät zum Detektieren von Periode und Phase einer Sinuswelle entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 68 ist ein Blockdiagramm, das ein Gerät zum Messen von Neigung und Höhe einer Oberfläche entsprechend einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Verfahrens und Gerätes zum Detektieren von Periode und Phase einer Sinuswelle entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 69 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Spektrums nach der diskreten Fourier-Transformation einer periodischen Welle zeigt.
Fig. 70 und 71 sind Diagramme, die zwei Beispiele des Spektrums nach der diskreten Fourier-Transformation einer periodischen Welle zeigen.
Fig. 72 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Spektrums zum Detektieren der Position eines virtuellen Maximumspektrums zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Ein Belichtungsstrahl, der von einem Belichtungssystem 81 emittiert wird, beleuchtet ein Gitter 9, und das hindurchgetretene Licht wird als komprimiertes Bild eines Musters des Gitters durch eine Reduktions-(Kompressions)-Projektionslinse 8 auf die Oberfläche einer Scheibe 4 auf einem Gestell 7 projiziert. Die relativen Positionen des Gitters 9 und der Scheibe 4 werden durch das Ausrichtsystem 800 detektiert, und eine überlagerte Belichtung eines Musters wird durch feine Steuerung des Gitters 9 oder der Scheibe 4 bewirkt. loox bezeichnet ein System zum Detektieren der Neigung und Höhe in X-Richtung. Ein ähnliches optisches System ist ebenfalls vorgesehen, obwohl nicht dargestellt, für die Neigung in Y-Richtung. Das Detektionssystem wird nun erläutert.
Das von einer kohärenten Lichtquelle 1, wie einem Halbleiterlaser, emittierte Licht wird in Praallelstrahlen 15 durch eine Linse 11 umgewandelt. Die Plaallelstrahlen 15 werden in Parallelstrahlen 16 und 17 durch ein Strahlaufspalterprisma 10 aufgeteilt. Die Parallelstrahlen 16 werden unter einem Einfallswinkel 0 (88 Grad) auf ein Photoresist auf der obersten Oberfläche der Scheibe 4 gestrahlt, die ein Objekt zur Belichtung auf dem Gestell 7 darstellt, an dem ein vertikaler Zweiachsen-Einstellmechanismus vorgesehen ist, mit Hilfe eines Strahlaufspalters 2 und eines Spiels 13, die die Belichtungsvorrichtung komplettieren. Wie oben beschrieben wird fast alles Licht auf der Oberfläche des Photoresist reflektiert und das reflektierte Objektlicht 16' tritt in den Planspiegel 14 ein, was ein optisches Rücklauf-Detektionssystem von der senkrechten Richtung ergibt, und pflanzt sich dann im ursprünglichen Lichtpfad in entgegengesetzter Richtung fort, wird an dem Belichtungsobjekt 4 reflektiert und tritt ferner durch einen Spiegel 13, einen Strahlaufspalter 12, eine Linse 21, eine feine offene Platte 23 und eine Linse 22, und erreicht die Musterdetektionsvorrichtung 3 als Objektlicht 26'. Ein Referenzlicht 17, das durch den Strahlaufspalter 10 aufgeteilt worden ist, pflanzt sich andererseits in der gleichen Richtung entlang im wesentlichen dem gleichen Lichtpfad wie das eingestrahlte Licht 16 fort (genauer, entlang der Richtung mit einem Winkel von 92 Grad zur Scheibennormalen), wird in senkrechter Richtung auf den Planspiegel 14 reflektiert, pflanzt sich als Referenzlicht 27" entlang im wesentlichen dem gleichen Pfäd wie das Objektlicht 26" fort und erreicht die Musterdetektionsvorrichtung 3 durch ein keilförmiges Glas 24. Der Pfad des Referenzlichts ist verschieden von dem Pfäd des Objektlichts insoweit, daß das erstere Licht nicht auf dem Belichtungsobjekt 4 reflektiert wird, sondern durch das keilförmige Glas 24 tritt. Aus den Linsen 21 und 22 treten die Parallelstrahlen in der Form von Parallelstrahlen aus, und erzeugen ein zu formendes Bild im wesentlichen auf einem Musterdetektor der Belichtungspositon des eingestrahlten Lichts, d.h. einem Belichtungsgebiet 0 auf einer Scheibe. Nimmt man nun an, daß kein keilförmiges Glas vorgesehen ist, der Schnitt A des Objektivlichts des Referenzlichts, das durch Reflexion auf der Scheibe zurückläuft, führt zur Formung eines Bildes hiervon hinter der lichtempfangenden Oberfläche der Musterdetektionsvorrichtung. Dies zeigt an, daß die zwei Lichtstrahlen auf der lichtempfangenden Oberfläche versetzt sind. Um dies zu berücksichtigen, wird ein keilförmiges Glas in das Referenzlicht (oder das Objektlicht) eingesetzt, um zu ermöglichen, daß die zwei Strahlen auf der lichtempfangenden Oberfläche sich kreuzen und ein Bild des Belichtungsgebiets formen. Die feine offene Platte 23, die in dem optischen Rücklauf-Detektionssystem angeordnet ist, ist an dem Konvergenzpunkt des Objektlichts und des Referenzlichts plaziert, die Parallelstrahlen darstellen, die in die Linse 21 eintreten, mit einer sehr kleinen Öffnung an dem Konvergenzpunkt. Diese feine offene Platte eliminiert das rückrefiektierte Licht, das in der Linse oder der Musterdetektionsvorrichtung erzeugt wird, und das ein Problem in der Verwendung eines Laserstrahls hoher Kohärenz darstellt, und verhütet somit, daß ein Rauschstrahl auf die lichtempfangende Oberfläche der Musterdetektionsvorrichtung überlagert wird. Der an der Musterdektionsvorrichtung 3 detektierte Interferenzstreifen hat eine Intensitätsverteilung Ix gemäß Fig. 2. Die Musterdetektionsvorrichtung 3 ist ein eindimensionaler Gruppensensor, und der Intensitätswert wird bestimmt durch die Position, die in Fig. 2 auf der X-Achse markiert ist. Dieser Wert wird an den Verarbeitungsschaltkreis 5 weitergegeben. Wenn die Oberfläche des Belichtungsgebiets der Scheibe mit der bildformenden Oberfläche des Gitters 9 in einem Belichtungs-Bildformungssystem in der horizontalen Ebene (4 in Fig. 3) zusammenfällt, wird der Interferenzstreifen einer Periode P erzeugt, der durch die durchgezogene Linie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn die Oberfläche des Belichtungsgebietes um α geneigt ist, wie durch die gestrichelte Linie LL' in Fig. 3 oder Fig. 1 gezeigt, ist andererseits, wie ohne weiteres aus Fig: 3 erkennbar, das erste reflektierte Licht um 2a und das rücklaufende zweite reflektierte Licht um 4a geneigt. Als Ergebnis erzeugt der durch die Musterdetektionsvorrichtung erhaltene Interferenzstreifen eine Periode P', die durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 angedeutet ist. Das in der Detektionsvorrichtung erzeugte Interferenzsignal wird durch eine Übertragungsleitung 31 an den Verarbeitungsschaltkreis 5 gemäß Fig. 4 gelegt. Das Eingangssignal wird erst einer Analog/Digital-Wandlung zu einem Zeitpunkt unterworfen, der jedem der entlang der Abszisse in Fig. 2 markierten Punkte entspricht, und dann einen FFT-Schaltkreis angelegt. Dieses FFT-Eingangssignal hat die in Fig. 48 gezeigte Form und das Ergebnis der FFT wird in Form einer komplexen Zahl C(k) erhalten, wie die in Fig. 4C gezeigte, eine Spektrumspitze ist bei k = 0 und bei k = m allgemein vorhanden (die Ordinate dieses Diagramms ist jedoch C(k) ). Der Wert k = 0 entspricht der Vorspannungskomponente einer Sinuswelle und k = m der Periode hiervon. Der Wert m entspricht der Periode P. Da jedoch die Ausgabe nur in diskreter Form erhalten wird, wird die wahre Position der Spektrumspitze durch Interpolation aus C(m) und den benachbarten Daten bestimmt, um damit die Neigung ΔX zu bestimmen. Auch wird die Information ΔZ über die Höhe (Z) durch die Phase (tan&supmin;¹(Im(C(m))/Re(C(m)) der komplexen Zahl C(m) erhalten. Die Werte Δ x und ΔZ, die man auf diesem Weg erhält, und der Wert Δ y, der in ähnlicher Weise an dem Verarbeitungsschaltkreis 5 aus der Intereferenzstreifen- Information enfiang der Y-Richtung, erzeugt in dem Richtungssystem für die Y-Richtung, was in Fig. 1 nicht gezeigt ist, als Basis für die Steuerung des vertikalen Zweiachsen-Stellmechanismus des Gestells 7 verwendet, wobei man die bildformende Oberfläche und die Photoresist-Oberfläche miteinander in der gewünschten positionellen Beziehung zusammenfallen läßt.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bauelemente, die mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind, entsprechen jeweils den Elementen, die mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Wie in Fig. 1 ist das Diagramm eines Systems zum Detelttieren der Neigung in der Y-Richtung nicht gezeigt. Der Halbleiterlaser 1 hat eine Wellenlänge von λ&sub1; und der Halbleiterlaser 1' eine Wellenlänge von λ&sub2;. Die Wellenlänge λ&sub1; ist beispielsweise 810 nm, und λ&sub2; ist 750 nm. Die von den Halbleiterlasern 1, 1' emittierten Lichtstrahlen werden jeweils in parallele Lichtstrahlen 11 und 11' umgewandelt, und sie werden aufgeteilt in Parallelstrahlen nullter Ordnung und erster Ordnung durch Brechungsgitter 18, 18'. Die so aufgeteilten vier Parallelstrahlen werden durch einen Wellenlängen-Aufteilungsspiegel 19 in solcher Weise angelegt, daß der Strahl von N&sub1; übertragen und der Strahl von λ&sub2; reflektiert wird, so daß die vier Strahlen durch ein Prisma 110 gegenseitig parallel werden. Die Strahlen 16, 16' mit Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2; werden durch genau den gleichen Lichtpfad geleitet, werden an einem Spiegel 13 reflektiert und treten in die Scheibe mit einem Winkel von θ&sub1; ein. Das reflektierte Licht wird ein Objektlicht, das in die Musterdetektionsvorrichtung 3 durch ein optisches Detelttionssystem eintritt, mit einem Spiegel 23 und Linsen 21, 22. Andererseits treten die Strahlen 17 und 17' mit Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; durch genau den gleichen Referenzlichtpfad und treten in die Musterdetektionsvorrichtung 3 mit einem Winkel zu dem Objektlicht ein. Der Objektlichtpfad und der Referenzlichtpfad gehen durch genau die gleichen optischen Teile, ausgenommen daß der eine auf der Scheibenoberfläche reflektiert wird. Ein Verarbeitungsschaltkreis 5' läßt die Halbleiterlaser 1 und 1' abwechselnd blinken und erhält die Interferenzstreifen-Information der Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; von der Musterdetektionsvorrichtung 3. Fig. 9 zeigt die Interferenzstreifen-Information der Wellenlänge λ&sub1;, wie sie am Verarbeitungsschaltkreis erhalten wird. Die durchgezogene Linie bezeichnet dasjenige an der besten Höhe, und die gestrichelte Linie an einer Höhe, die durch ΔZ geändert ist. Diese zwei Detektionssignale, wenn sie nicht gemäß der Neigung geändert sind, erzeugen eine Phasendifferenz Δφz mit dem unten arigegebenen Wert.
Im Fall der Bestimmung von ΔZ aus der so detektierten Phasendifferenz Δφz wird jedoch der unten beschriebene Ausdruck unbestimmter Natur erhalten.
worin n eine ganze Zahl ist. Nimmt man an, daß λ&sub1; gleich 0,81 µm und θ&sub1; 88 Grad sind, dann ist der wahre Wert 11,6 x n µm ein unbestimmter Wert. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel wird das Problem durch die zweite Wellenlänge λ&sub2; gelöst. Fig. 10(a) zeigt die Detektionsintensität Iz gegen die Höhenänderung der Scheibenoberfläche an einer Referenzposition (x = x&sub0;) zur Zeit der Detektion mit der Wellenlänge λ&sub1;, und Fig. 10(b) eine ähnliche Detektionsintensität zur Zeit der Detektion mit der Wellenlänge λ&sub2;. Die Intensität des detektierten Musters ist gegeben durch
worin X die Koordinate der lichtempfangenden Oberfläche der Detektionsvorrichtung und M eine bilderzeugende Vergrößerung ist. Als Ergebnis ist Iz = I(X&sub0;, ΔZ; λ&sub1;).
Wenn angenommen wird, daß der mit λ&sub1; detektierte Phasenwert gleich Δ z ist, und die dementsprechende Höhe den Werten P&submin;&sub2;, P&submin;&sub1;, P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; zugeordnet ist, dann ist ein Punkt unbekannt, dem ein ΔZ entspricht, das einen wahren Wert annimmt. Wenn der mit ΔZ detektierte Phasenwert gleich Δ z ist, ist ein korrespondierender Wert von ΔZ in Fig. 10 P&submin;&sub1;, P&sub0;, P&sub1;, P&sub2;, ... . Das Intervall S&sub1;S&sub0; zwischen ΔZ = S&sub0; wo die nächste Synchronisation auftritt und ΔZ = S&sub1; wo die Synchronisation auftritt, ist durch die folgende Gleichung gegeben.
In diesem Intervall nimmt die Phase von λ&sub1; den Wert Δ &sub1; und die von λ&sub2; nimmt den Wert Δ &sub2; nur an einem Punkt von ΔZ&sub0; an. Der Wert von Δz, der diese Bedingung erfüllt, wird gegeben durch die Höhe, ausgedrückt durch
ΔZ = ΔZ&sub1; + mS&sub1;S&sub0; ... (36),
wobei m eine ganze Zahl ist.
Wenn λ&sub1; = 0,81 1µm, λ&sub2; = 0,75 µm und θ&sub1; = 88 Grad ist, dann nimmt S&sub1;S&sub0; den Wert von 145 µm an. Die Höhe der Scheibenoberfläche würde sich über diesen weiten Bereich nicht ändern, und sollten Scheiben verschiedener Typen mit verschiedenen Dicken verwendet werden, sind die Werte vorher bekannt, so daß sich kein Problem ergibt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein planer Rücklaufspiegel verwendet, um Doppelreflexion zu verursachen, und daher ist der Wert, der S&sub1;S&sub0; entspricht, gleich 72,5 µm, halb so groß wie für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8.
Fig. 11 zeigt Beleuchtungslichtstrahlen 16, 16 in X- und Y-Richtung für ein Gebiet 41, das in einem Belichtungsschritt auf der Scheibe belichtet wird. Der Ort des Beleuchtungslichtstrahls 16 auf der Scheibe entspricht der Adresse des Gruppenelements der lichtempfangenden Oberfläche 301 der Musterdetektionsvorrichtung 3. Unter den Adressen js bis je, entsprechend dem gesamten Belichtungsgebiet, werden nur die gewünschten herausgenommen. Zum Beispiel werden die Gebiete Is bis Ie in Fig. 11 herausgenommen, oder die Gebiete Is&sub1; bis Ie&sub1; und Is&sub2; bis Ie&sub2; in Fig. 12, was die Durchführung der FFT unter Verwendung nur dieser Daten erleichtert. Auf Abschnitt mit einem feinen Muster als Detektionsgebiet bezeichnet wird, diese Weise kann ein gegebener Abschnitt bestimmt werden, wenn also ein während rauhe Abschnitte entfernt werden, ist es möglich, die Neigung und Höhe des feinen Musters genau zu bestimmen und dadurch die Belichtung an einem Punkt näher dem Brennpunkt durchzuführen.
Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen, die denen in den Fig. 1 und 8 identisch sind, bezeichnen jeweils entsprechende Bauteile. Die von den Halbleiterlasern 1 und 1 mit den Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; emittierten Lichtstrahlen werden zu parallelen Lichtstrahlen durch Kollimationslinsen 11 und 11, um sich durch einen Wellenlängen-Trennspiegel 19 auf dem gleichen Lichtpfäd fortzupflanzen. Zylindrische Linsen 110 und 120 werden zur Aufweitung der Strahlgröße in y-Richtung verwendet. Fig. 14 zeigt das so aufgeweitete Bestrahlungslicht 16 (gepunktete Linie) gegen das Belichtungsgebiet 41 auf der Scheibe 4. Der bestrahlte Teil hat ein Bild hiervon, das auf der lichtempfangenden Oberfläche 302 der Musterdetektionsvorrichtung 3" und " einschließlich eines zweidimensionalen Gruppenelementes gebildet wird. Von den zweidimensional erhaltenen Interferenzstreifen an den bestrahlten Teilen wird nur die Information der gewünschten Gebiete 42, 43 nach Fig. 14 arithmetisch verarbeitet. Sobald die Neigung und Höhe in x-Richtung bei jedem der Gebiete 42 und 43 bestimmt sind, werden Neigung und Höhe in x- und y Richtung für die gesamte Oberfläche von 41 bestimmt.
Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Diagramm ist eine Draufsicht, wobei das optische Belichtungssystem eines Projektionsbelichtungsgerätes nicht gezeigt ist. Das Gestell ist in feiner Weise durch wx, wy um die Rotationsachse 71 entlang der x-Richtung und die Rotationsachse 72 entlang der y-Richtung eines Gestellantriebsmechanismus drehbar. Das Bestrahlungslicht wird für die Detektion von Neigung und Höhe aus einer Richtung (x-Richtung) mit einem Winkel von 45 Grad auf das Belichtungsgebiet 41 auf der Scheibe 4 gestrahlt, und das reflektierte Licht wird in senkrechter Richtung auf einen Planspiegel 14 zurückgeworfen für die Detektion durch das optische Neigungs- und Höhendetektionssystem 100. Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Detektionslicht eine Neigung von 45 Grad gegen den zweiachsigen Antriebsmechanismus, und auf der zweidimensionalen bildgebenden Oberfläche der Musterdetektionsvorrichtung wird ein Interferenzmuster gemäß Fig. 16 erzeugt.
Das Interferenzmuster ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt, wenn die Scheibenoberfläche horizontal gehalten wird, und durch eine gestrichelte Linie, wenn sie entlang der y-Richtung geneigt ist. Wenn Periode und Phase entlang x- und y-Richtung auf der bildgebenden Oberfläche bestimmt sind, ist es daher möglich, die Neigung und Höhe entlang der x- und y- Richtung aus einem optischen Achsensystem für Einzeldetektion zu bestimmen. Auch kann in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 15 der Lichtstrahl in zwei Teile unmittelbar vor der Musterdetektionsvorrichtung geteilt werden, um die Neigung und Höhe entlang der x- und y-Richtungen durch verschiedene Musterdetektionsvorrichtungen zu detektieren.
Oben wurde ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf ein Halbleiter- Belichtungsgerät beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ähnlich und sehr effektiv auf ein Belichtungsgerät für eine Anzeigeeinrichtung anwendbar, wie einem Flüssigkristalldisplay.
Fig. 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnen jeweils entsprechende Bauteile. Der Unterschied zu Fig. 1 liegt in den folgenden fünf Punkten: (1) ein Röhrenlaser 101, typischerweise durch einen He-Ne-Laser oder dergleichen repräsentiert, wird als Laserlichtquelle verwendet, und eine gelochte Platte 102 zum Auswählen eines Teils des Laserstrahls Mittelteil der Gauß-Verteilung) wird an einer Position konjugiert zu dem Rücklaufplanspiegel 14 montiert; (2) die Anzahl der Reflexionen des Strahls 15, der durch einen Strahlaufspalter 12 hindurchtritt, vom Spiegel 14 zurückgeworfen wird und die Musterdetektionsvorrichtung 3 erreicht, ist gerade oder ungerade sowohl auf dem Referenzucht- als auch dem Objektlichtpfad; (3) die Musterdetektionsvorrichtung 3 ist in einer konjugierten (Bildformenden) Beziehung mit dem Rücklaufplanspiegel 14, und das Parallelebenenglas 201 zur Ausbildung eines Bildes auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 wird in den Referenzlichtpfad 27" (oder den Objektlichtpfad 26") in solcher Weise eingesetzt, daß der Schnitt A des von der Scheibenoberfläche reflektierten und zurückgeworfenen Objektlichts und das Referenzlicht auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 ein Bild erzeugt; (4) die Korrekturlinse 204 ist unmittelbar vor der Musterdetektionsvorrichtung 3 in solcher Weise eingesetzt, daß das in die Musterdetektionsvorrichtung 3 eintretende Objektlicht und das Referenzlicht eine ebene Welle bilden; und (5) das Luftmikrometer 82 wird verwendet, um die Höhe der Scheibe 4 zu detektieren.
Das von der Laserlicht quelle 101 emittierte Licht tritt durch eine kleine Öffnung der gelochten Platte 102 an einer Position ein, die mit dem Rück laufplanspiegel 14 konjugiert ist, und wählt den Zentralteil der Gauß-Verteilung. Dann wird das Licht in Parallelstrahlen 15 der gewünschten Größe durch Eintritt in den Strahlaufspalter 106 aufgeteilt. Das Parallellicht 15 wird in parallele Lichtstrahlen 16 und 17 durch den Strahlaufspalter 106 geteilt. Der Parallellichtstrahl 16 wird durch den Strahlaufspalter 106 übertragen (Null in der Zahl der Reflexionen), und der Parallellichtstrahl 17 wird zweimal in dem Strahlaufspalter 106 reflektiert. Dies geschieht, um es dem Strahl 15 zu ermöglichen, durch den Strahlaufspalter 12 durchzutreten, an dem Spiegel 14 reflektiert zu werden und die Musterdetektionsvorrichtung 3 zu erreichen, wobei in diesem Prozeß eine gerade oder ungerade Anzahl entweder im Referenzlichtpfad bzw. im Objektlichtpfad reflektiert wird. Wenn man somit die Anzahl der Reflexionen bestimmt, werden die Fluktuationen des Kreuzungswinkels von Referenzlicht und Objekdicht im Fall einer Änderung in der Richtung des einfallenden Lichts 15 auf den Strahlaufspalter 106 minimiert, mit dem Ergebnis, daß die Änderung in der Interferenzstreifen-Periode im wesenflichen eliminiert ist und die Detektion hoher Genauigkeit ermöglicht wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Referenzlicht- und die Objektlichtstrahlen beide sechsmal reflektiert, d.h. eine gerade Anzahl, nachdem sie im Strahlaufspalter 106 vor dem Erreichen der Musterdetektionsvorrichtung aufgeteilt werden. Die Parallelstrahlen, die den Strahlaufspalter 106 verlassen haben, werden durch den Strahlaufspalter 12 und den Spiegel 13 geleitet und werden im wesentlichen gänzlich auf der Photoresist-Oberfläche auf der obersten Ebene der Scheibe 4 reflektiert, die ein Belichtungsobjekt auf dem Gestell 7 mit dem vertikalen Zweiachsen-Antriebsmechanismus darstellt, und tritt in rechtem Winkel zu dem Rücklaufplanspiegel 14 ein. Der parallele Lichtstrahl 16, der auf dem Rücklaufplanspiegel 14 reflektiert wird, kehrt entlang des ursprünglichen Lichtpfades zurück und erreicht die Musterdetektionsvorrichtung 3 durch den Spiegel 13, den Strahlaufspalter 12, die Linse 202, die Platte 23 mit kleiner Öffnung und die Linsen 203, 204 als Objektlichtstrahl 26". Das Parallellicht 17, das im Strahlaufspalter abgeteilt wurde, pflanzt sich andererseits enfiang im wesentlichen des gleichen Lichtpfäds wie der parallele Lichtstrahl 16 fort und kehrt entlang des ursprünglichen Lichtpfads zurück, nachdem er direkt durch den Strahlaufspalter 12 und den Spiegel 13 eingetreten ist, in rechtem Winkel zu dem Rücklaufspiegel 14. Dieser Lichtstrahl wird dann als Bezugslichtstrahl 27" über den Spiegel 13, den Strahlaufspalter 12, das Parallelebenenglas 201, die Linse 202, die Platte 23 mit kleiner Öffnung und die Linsen 203, 204 übertragen und erreicht die Musterdetektionsvorrichtung 3. Der Referenzlichtpfad ist unterschiedlich von dem Objektlichtpfad insoweit, daß das erstere Licht nicht auf dem Belichtungsobjekt 4 reflektiert wird und durch das Parallelebenenglas 201 hindurchtritt. Die Linsen 202, 203, 204 ermöglichen, die Ebene senkrecht auf die optische Achse zwischen der Reflexionsoberfläche des Rücklaufplanspiegels 14 und dem Belichtungsmittelpunkt 0 als ein Bild auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 auszugebilden. Dies geschieht angesichts der Notwendigkeit, den Zusammenhang zwischen der Position in dem Interferenzstreifen und der Position auf der Scheibe klarzumachen, wenn Neigung und Höhe nur von der Information auf den Teilen detektiert werden sollen, die dem gewünschten Ort auf dem zu belichtenden Objekt entsprechen. Durch Anwendung des oben erwähnten Aufbaus ist es möglich, ein Scheibenbild in den Lichtpfaden auf beide Arten im wesentlichen gleich auf der Musterdetektionsvorrichtung auszubilden, was eine Detektion hoher Genauigkeit selbst im Fall einer Teildetektion erlaubt. Falls jedoch ein Bild einer Ebene senkrecht zur optischen Achse zwischen der Reflexionsoberfläche auf dem Rücklaufplanspiegel 14 und dem Belichtungszentrum 0 auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 ausgebildet wird, macht es das Fehlen des Zusammenfällens von Belichtungsgebiet und Schnitt A unmöglich, das Referenzlicht und das Objektlicht einander zu überlagern, wie sie auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 sind. Um diese Ungelegenheit zu vermeiden, wird ein Parallelebenenglas 201 in den Referenzlichtpfad 27" (oder den Objektlichtpfad 26") eingesetzt, so daß das Referenzucht in Parallelrichtung bewegt werden kann, um Referenzlicht und Objektlicht auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 einander zu überlagern. Die Linse 204 ist zur Korrektur der sphärischen Wellen von Referenzucht und Objektlicht, die durch die Linsen 202 und 203 verursacht werden, in ebene Wellen bestimmt, und ist unmittelbar vor der Musterdetektionsvorrichtung 3 angeordnet. Indem man aus den zwei Wellen ebene Wellen macht, werden die Fluktuationen in der Interferenzstreifenperiode eliminiert, um eine hohe Detektionsgenauigkeit zu sichern. Das vorliegende Detektionsverfahren bringt das Problem der Unbestimmtheit der Scheibenhöhe, wie durch Gleichung (33) angegeben, bei der Detektion mit einer einzelnen Wellenlänge. Obwohl ein Verfahren zur Lösung durch Beleuchtung mit doppelter Wellenlänge oben beschrieben wurde, kann das Problem auch gelöst werden durch Verwendung anderer Scheiben-Detektionsmittel zur gleichen Zeit. Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Problem umgangen durch gleichzeitige Verwendung des Luftmikrometers 82. Insbsondere wird in einem Bereich, bevor eine genaue Höhendetektion durch Verwendung des vorliegenden Detektionsverfahrens gemäß Gleichung (32) möglich gemacht wird, die Scheibenhöhe durch ein Luftmikrometer positioniert, während das vorliegende Detektionsverfahren für ΔZ in dem Bereich verwendet wird, wo sich die Phase von Δφz von Null bis 2π, wie in Gleichung (32) angegeben, ändert. Als weiteres Verfahren kann die Scheibenhöhe durch andere Detektionsvorrichtungen wie ein Luftmikrometer detektiert werden, und die Scheibenneigung durch das vorliegende Verfähren Fig. 21 zeigt das Prinzip des Luftmikrometers. Die Druckluft wird von einer Druckluftquelle 821 an eine Luftmikrodüse 822 und ein Bezugsluftmikrometer 823 geliefert. Die Druckdifferenz zwischen dem Rückdruck 824 in der Luftmikrodüse, abhängig von dem Spalt zwischen der Luftmikrodüse 822 und der Scheibe 4, und der Rückdruck 825 des Bezugs luftmikrometers 823 werden in ein elektrisches Signal umgewandelt durch einen Differentialdruckkonverter 826, bis der Differentialdruck gleich Null wird, während die Höhe des Gestells 7 durch einen Verarbeitungsschaltkreis 5 gesteuert wird.
Fig. 19 und 20 sind Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Verfahrens der Auswahl und Beleuchtung eines Teils der Gauß-Verteilung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Ein Fall, wo kein Teil der Gauß-Verteilung ausgewählt wurde, ist in Fig. 19 gezeigt, und die Beleuchtungsverteilung auf der Musterdetektionsvorrichtung 3 des Referenzlichts (durchgezogene Linie) und des Objektlichts (gestrichelte Linie) mit einem ausgewählten Teil der Gauß-Verteilung ist in Fig. 20 gezeigt. Die Ordinate stellt die Illuminanz Ix und Abszisse die Detektionsposition X der Musterdetektionsvorrichtung 3 dar. Mit der Neigung der Scheibe bewegt sich das Objektlicht auf der Musterdetektionsvorrichtung 3, so daß die Art, in der das Referenzlicht und das Objektlicht einander überlagert sind (schraffierter Teil) geändert wird. In dem Verfahren entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 19, wo kein Teil der Gauß-Verteilung ausgewählt ist, zeigt die Illuminanz des Teiles, wo Referenzlicht und Objektlicht einander überlagert sind, eine große Änderung, was die Interferenzintensität beträchflich ändert. Im Fall der Beleuchtung nach Fig. 20, wo die Gauß- Verteilung teilweise ausgewählt wird, wird im Gegensatz dazu die Illuminanz in einem geringeren Ausmaß geändert bei kleinen Fluktuationen in der Interferenzintensität, wo Referenzlicht und Objektlicht einander überlagert sind. Je kleiner die Fluktuationen in der Interferenzintensität, desto kleiner ist der Fehler in der Signalverarbeitung mit erhöhter Detektionsgenauigkeit. Die Signalverarbeitung entsprechend dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist oben beschrieben worden und wird nicht noch einmal erläutert.
Fig. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Laserstrahl in Diagonalrichtung auf das Belichtungsgebiet 41 der Scheibe 4 gestrahlt. Bezugszeichen 100X bezeichnet ein System zum Detektieren von Neigung und Höhe entlang der x- Richtung, und Bezugszeichen 100Y ein System zum Detektieren der Neigung und Höhe entlang der y-Richtung. Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Rücklaufplanspiegel. Fig. 23 ist eine vergrößerte Ansicht des Belichtungsgebiets 41 und zeigt ein Beispiel mit zwei Schaltkreisabschnitten (Speicher und dergleichen) in einem einzelnen Belichtungsgebiet. In Fig. 23 bezeichnet 412 den Schaltkreisabschnitt und Bezugszeichen 413 eine Begrenzung. Der Laserstrahl 411 wird entlang einer Diagonalrichtung des Belichtungsgebiets eingestrahlt. Fig. 24 zeigt einen Schnitt enfiang der Linie 1-1 in Fig. 23. Allgemein ist die Höhe in dem Schaltkreisabschnitt 412 und der Begrenzung 413 verschieden. Als Ergebnis kann, im Fall wo das Laserlicht in einer Richtung parallel oder senkrecht zu einer Seite des Belichtungsgebietes eingestrahlt wird, die Neigung und Höhe der Begrenzung anstelle des Schaltkreisabschnittes unerwünschterweise detektiert werden. Wenn der Laserstrahl in Diagonalrichtung des Belichtungsgebiets gemäß Fig. 23 eingestrahlt wird und ein gegebener Detektionsbereich wie erforderlich selektiert wird, können dagegen Neigung und Höhe der Schaltkreissektion genau bestimmt werden. Im Fall wo ein Laserstrahl entlang der Diagonalrichtung des Belichtungsgebietes eingestrahlt wird, ist andererseits der längste Bestrahlungsbereich gesichert, was die hochgenaue Detektion von Neigung und Höhe des Belichtungsgebiets erlaubt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 25 gezeigt. Dieses Diagramm zeigt eine Vorrichtung zum Detektieren der Neigung eines Scheibenbelichtungsgebietes durch ein Halbleiterbelichtungsgerät, das im Belichtungsmodus ist. Bezugzeichen 81 bezeichnet ein Belichtungsbestrahlungssystem, Bezugszeichen 9 ein Gitter und Bezugszeichen 8 eine Belichtungssammellinse. Das Muster des Gitters 9 wird auf die Scheibe 4 belichtet. In dem Verfahren ist die Oberfläche des Photoresists, das auf der Scheibe beschichtet ist, nicht notwendigerweise eben infolge der Wellenbildung oder ungleichen Dicke der Scheibe oder fehlender Ebenheit der Scheibeneinspannung. Der Laserstrahl, der von der mit 1 bezeichneten Halbleiterlaserquelle emittiert wird, wird daher in dünne Parallelstrahlen durch eine Kollimationslinse 11a umgewandelt und mit einem Einfallswinkel von 85 Grad oder mehr auf die Resistoberfläche der Scheibe gestrahlt, und damit auf deren Belichtungsgebiet, über den Spiegel 13. Das reflektierte Licht wird über den Spiegel 210 und die Konvergenzlinse 20 auf den Lichtpositionsdetektor 3' konvergiert, so daß der Konvergenzpunkt hiervon detektiert wird. Mit der Neigung des belichteten Gebiets bei α wird das regelmäßig reflektierte Licht um 2a geneigt. Wenn die Brennweite mit f angenommen wird, wird daher der Konvergenzpunkt des Lichtpositionsdetektors um 2αf versetzt. Als Ergebnis wird das detektierte Signal an den Verarbeitungsschaltkreis 5' gesandt, um den Kippmechanismus anzutreiben, der die Scheibeneinspannung trägt, und dieser wird somit derart gesteuert, daß die Photoresist-Oberfläche der Scheibe mit der Ebene des Gittermusterbildes zusammenfällt. Wenn in dem Prozeß der Halbleiterlaser in solcher Weise angeordnet wird, daß das von der Halbleiterlaserquelle emittierte Licht 161' in die Scheibenoberfläche im S-polarisierten Zustand eintritt, kann die Neigung mit höherer Genauigkeit wie oben erläutert detektiert werden. In dem in Fig. 25 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Lichtpositionsdetektor 3' von einem solchen Typ, daß er sowohl die x- als auch die y-Richtung detektieren kann und somit die Neigung in zwei Richtungen mit einem einzigen Detektionssystem detektieren kann.
In Fig. 25 kann ein zweites Detektionssystem in der Richtung senkrecht auf die Seite vorgesehen sein, um Neigungen getrennt in x- und y-Richtungen zu detektieren. Auch ist die Lichtquelle nicht notwendigerweise ein Halbleiterlaser, insoweit als die Scheibe mit einem verhältnismäßig stark gerichteten Licht bestrahlt werden kann.
Fig. 26 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 25 jeweils entsprechende Bauelemente in Fig. 25 bezeichnen. Das aus der Halbleiterlaserquelle 1 emittierte Licht tritt in die Scheibe mit einem Winkel von 85 Grad oder mehr ein und formt ein Bild der Lichtquelle innerhalb des Belichtungsgebiets auf der Scheibe. Das reflektierte Licht wird in den Lichtpositionsdetektor 3" durch den Spiegel 210 und die Linsen 21, 22 konvergiert. Wenn die Scheibenoberfläche an der bildgebenden Position des Resistmusters des optischen Belichtungssystems angeordnet ist, wird das Licht auf die Mitte des Lichtpositionsdetektors 3" geworfen, während bei einer vertikalen Verschiebung der Scheibenoberfläche das Licht von der Mitte des Lichtpositionsdetektors 3" seitlich verschoben ist. Es ist daher durch Senden des Detektionssignals von dem Lichtpositionsdetektor 3" in den Verarbeitungsschaltkreis 5, und Steuern des Antriebs des Vertikaltisches der Scheibe möglich, das Licht immer korrekt zu fokussieren. Wenn das Laserlicht im S-Polarisationsmodus auf die Scheibenoberfläche angelegt wird, kann andererseits die Höhe der Scheibenoberfläche genauer bestimmt werden.
Fig. 30 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Bezugszeichen, die mit denen in Fig. 25 identisch sind, jeweils in Fig. 25 entsprechende Bauteile bezeichnen. Die Pallellichtstrahlen, die von der Kollimationslinse 11 erzeugt werden, werden durch den Strahlaußpalter 19' geführt und treten in die Photoresist-Oberfläche der Scheibe mit einem Einfallswinkel von 85 Grad oder mehr, z.B. 87 Grad, ein. Das regelmäßig reflektierte Licht tritt in den Planspiegel 14 mit einem im wesentlichen rechten Winkel ein. Das davon reflektierte Licht wird andererseits regelmäßig wieder auf der Photoresist-Oberfläche reflektiert und wird in den Lichtpositionsdetektor 3' durch die Konvergenzlinse 20 konvergiert, um die Position des Konvergenzflecks zu detektieren. Wenn das Licht auf die Scheibe mit einem Einfallswinkel von 89 Grad in einer S-Polarisation von 165, wie in Fig. 31 gezeigt, angelegt wird, wird Ds²/Rs 0,0065, das heißt 0,65% wie in Fig. 7 gezeigt, so daß das Licht, das in das Photoresist eintritt, im wesentlichen vernachlässigt werden kann. Selbst wenn die Basisschicht so rauh ist wie in Fig. 31, hat sie daher im wesentichen keine Wirkung, sondern das Licht wird in paralleler Form reflektiert. Als Ergebnis erzeugt der Lichtpositionsdetektor 3' einen scharfen Lichtfleck mit hohem Konvergenzgrad. Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt, das Licht senkrecht zu dem Planspiegel 14 reflektiert und tritt wieder in die Scheibe ein. Wenn die Scheibe um OL von 4 auf 4' gekippt wird, ist daher das Licht, das zuletzt in den Lichtpositionsdetektor zurückgestrahlt wird, um 4a geneigt. Im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 25 ist es daher möglich, die Lichtposition mit doppelter Genauigkeit zu detektieren. Als Folge davon wird eine Neigungsdetektion ermöglicht, die dem Stand der Technik sowohl nach Empfindlichkeit als auch Lichtposition überlegen ist.
Fig. 32 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 26 die jeweils in Fig. 26 entsprechenden Bauteile bezeichnen. Der konvergierte Strahl, der durch die Konvergenzlinse 11' erhalten wird, wird im wesentlichen auf den Bestrahlungspunkt A auf der Scheibe konvergiert. Der Einfällswinkel ist 85 Grad oder mehr. Das regelmäßig reflektierte Licht wird in parallele Lichtstrahlen durch die Kollimationslinse 141 gewandelt und tritt in den Planspiegel 14 unter im wesenffichen rechten Winkel hierzu ein. Andererseits pflannt sich das reflektierte Licht durch im wesentlichen den gleichen Lichtpfäd wie der andere fort, wird im wesentlichen konvergiert und wieder auf der Scheibe reflektiert und wird durch den Strahlaufspalter 12 auf den Lichtpositions detektor 3" durch die Konvergenzlinse 22 konvergiert. Fig. 33 dient zur Erläuterung der Position des Konvergenzpunktes nahe der Scheibe in dem Fall, wo die Scheibenoberfläche (Reflexionsoberfläche Σ), die durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, in die Bedingung 4' geändert wird, die durch eine gestrichelte Linie angegeben ist (Reflexionsoberfläche Σ). Nun sei der Fall betrachtet, wo das Licht in beiden Pläden im Punkt A konvergiert wird, wenn die Reflexionsoberfläche Σ wird. Wenn die Reflexionsoberfläche als Σ' gegeben ist, wird die Oberfläche Σ' ein Spiegel, so daß ein Bild des Punktes A in den einen Pfäd an dem Punkt A' gebildet wird. Das Licht, das diesen Punkt A' verläßt, wird auf dem anderen Pfäd durch die Linse 141 und den Planspiegel 14 konvergiert. Dieser Konvergenzpunkt geht von einer Spiegeloberfläche bezüglich Σ' aus, und ein Spiegelbild von A" wird am Punkt A"' gebildet. Als Ergebnis tritt das Licht in die Konvergenzlinse 22 in gleicher Weise ein, als ob es vom Punkt A"' auf dem anderen Pfäde emittiert worden wäre, und wird somit an die Position des Bildes A"' auf dem Lichtpositionsdetektor 3" konvergiert. Wenn der Abstand zwischen Σ und Σ', d.h. die vertikale Überdeckung der Scheibe, als Δh gegeben ist, dann gilt
AA' = AA" = 2Δh
AA"' = AA' + A'A"' = 4Δh ... (37).
Die Position der Beleuchtung auf dem anderen Pfäd überstreicht somit einen Abstand, der um den Faktor 4 (4Δh) (siehe Fig. 33) größer ist als die Scheibenverschiebung. Als Ergebnis wird das Licht von dem Lichtdetektor 3"' mit einer Verschiebung detektiert, die zweimal so groß ist wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 26. Es ist daher möglich, die Höhe mit hoher Empfindlichkeit und einem hohen Signallrauschpegel (S/N) zu detektieren.
Fig. 34 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Bezugszeichen, die mit denen in Fig. 25 identisch sind, bezeichnen jeweils in Fig. 25 entsprechende Bauteile. Das Licht, das die kohärente Lichtquelle, wie eine Laserquelle, verlassen hat, wird in parallele Lichtstrahlen durch die Kollimationslinse 11 umgewandelt und tritt so in das Prisma 10 ein. Das Prisma 10 dient zum Trennen des einfällenden Lichts 15 in zwei parallele Strahlen 16 und 17. Diese zwei parallelen Strahlen haben einen vorbestimmten Winkel von θ&sub0;-θ&sub1; zueinander, um am Punkt Null aufeinander überlagert zu werden. Ein Parallelstrahl 16 tritt in die Scheibe mit einem Einfallswinkel von θ&sub1; ein, während der andere Strahl, der ein Referenzlicht ist, sich fortpflanzt ohne Einstrahlung auf die Scheibe mit einem Winkel von θ&sub0; (> 90 Grad) zur Normalen auf die Scheibe. Der Parallelstrahl 16, der auf der Scheibe reflektiert wird, tritt in den Planspiegel 14 im wesentlichen im rechten Winkel dazu ein, tritt wieder in die Scheibe ein und wird umgekehrt entlang des einen Plädes und dem Strahlaufspalter 12 reflektiert. Das Licht tritt somit durch die Linsen 21 und 22, um ein Parallelstrahl zu werden, und tritt in den eindimensionalen Sensor 3 ein. Andererseits tritt der Referenzlichtstrahl in den Planspiegel 14 im wesentlichen von der senkrechten Richtung hierzu direkt vom Punkt Null ein, und pflanzt sich umgekehrt entlang dem einen Pfäd fort, tritt in den eindimensionalen Sensor 3 in ähnlicher Weise ein, wodurch ein Interferenzstreifen mit dem anderen Strahl erzeugt wird, der von der Scheibe reflektiert wird. Der andere Pfäd, auf dem sich das auf der Scheibe reflektierte Licht fortpflanzt, hat darin eine gelochte Scheibe 23 und ein Keilglas 26. Die Scheibe 23 wird auch in den Referenzlichtpfad eingesetzt und hat die Aufgabe, das Rauschlicht zu entfernen, das auf der Rückseite der optischen Teile reflektiert wird. Andererseits bricht das Keilglas 26 das auf der Scheibe reflektierte Licht, um ein Bild der Scheibenbeleuchtungsposition auf dem eindimensionalen Sensor zu bilden, während zur gleichen Zeit die Überlagerung dieses Bildes auf das Referenzlicht verursacht wird. Ein Interferenzstreifen solcher Intensität, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 35 gezeigt, wird entlang der Richtung X der Sensorgruppe auf dem eindimensionalen Sensor detektiert. Wenn die Scheibe um Δθ um die Scheibenbestrahlungsposition (X = 0) gemäß der gestrichelten Linie gekippt wird, ist der detektierte Interferenzstreifen so wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 35 gezeigt. Insbesondere ändert sich die Intensität, die im wesentlichen bei X = 0 unverändert bleibt, von P auf P' des Streifens. Genauer, da die Intensität des Interferenzstreifens I(X) durch die Gleichung (38) ausgedrückt wird, ist die Beziehung zwischen der Periode P und der Neigung Δθ durch die Gleichung (39) wie folgt gegeben
In Gleichung (38) ist M die Vergrößerung der Ausbildung eines Bildes der Scheibenbestrahlungsposition auf dem eindimensionalen Sensor. Zur Erläuterung wird jedoch angenommen, daß der Keilwinkel des Keuglases gleich Null Grad ist (Abwesenheit des Keilglases).
Auch repräsentiert der zweite Ausdruck im Cosinus in Gleichung (38) eine Änderung im Interferenzstreifen, mit der Scheibenoberfläche um ΔZ geändert. Wenn die Scheibenoberfläche sich um ΔZ gemäß Fig. 36 ändert, verschiebt sich daher die Phase, wobei die Periode des Interferenzstreifens unverändert bleibt. Als Ergebnis wird gemäß der vorliegenden Erfindung der durch den eindimensionalen Sensor 3 erhaltene Interferenzstreifen an den Verarbeitungsschaltkreis 5 gesandt, wo Periode und Phase des Interferenzstreifens definiert werden, um dadurch die Neigung und Höhe der Scheibenoberfläche zur gleichen Zeit zu bestimmen. Auch ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Einfallswinkel 61 von 87 bis 89 Grad zu erreichen. Wenn daher die S-Polarisation für das Bestrahlungslicht verwendet wird, kann die Neigung und Höhe im wesentlichen ohne Beeinflussung durch die mehrschichtige Basisstruktur bestimmt werden, wie auch aus Fig. 7 ersichtlich. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Referenzlicht durch im wesentlichen den gleichen Lichtpfäd wie das Scheibenbeleuchtungslicht geführt, durch Verwendung gemeinsamer optischer Teile, ausgenommen der Reflexion auf der Scheibenoberfläche, mit dem Ergebnis, daß eine stabile Messung realisiert wird, die im wesentlichen durch Luftschwingungen oder dergleichen nicht beeinflußt wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr erläutert.
Fig. 37 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf ein Belichtungsgerät der Reduktions-(Kompressions) Korrektionstype angewandt wird. Bezugszeichen 81 bezeichnet ein Belichtungssystem. Das Licht, das aus diesem System emittiert wird, wird auf das Gitter 89 gestrahlt, und das hindurchtretende Licht hat ein komprimiertes Originalbild des Gitters, das durch eine Kompressionslinse auf der Scheibe 4 auf dem Scheibengestell 7 gebildet und belichtet wird, das einen feinen Einstellmechanismus in der z-Richtung und einen Winkel von Δθ hat (die Neigung besteht um zwei senkrecht kreuzende Achsen, die folgende Erläuterung wird jedoch auf den Fall einer einzigen Achse limitiert). Eine Mehrzahl von Chips sind auf der Scheibe angebracht, und einer bis mehrere Chips werden jedesmal durch die Belichtung gedruckt. Da die Scheibe nicht vollständig flach ist, wird die Höhe und Neigung des Belichtungsgebiets jedes Chips durch das unten erwahnte Verfahren unmittelbar vor der Belichtung bestimmt. Nachdem man somit eine Korrektur durch das Scheibengestell 7 vornimmt, wird die Scheibenoberfläche in den Zustand der höchsten Auflösung gebracht, gefolgt durch die Belichtung. Die Scheibenoberfläche ist mit einem Photoresist mit einer Dicke von ungefähr 1,5 µm beschichtet. Um die Höhe und Neigung der Photoresist-Oberfläche auf der Scheibe genau zu detektieren, wird eine Detektion der Interferenztype gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 37 ausgeführt. Die Laserlichtquelle list ein He-Ne-Laser von 0,6328 µm mit der Wellenlänge λ&sub1;, und die Laserlichtquelle 1' ein He-Ne-Laser von 0,6119 µm in Wellenlänge λ&sub2;. Der von der jeweiligen Laserlichtquelle emittierte Strahl wird durch die Lichtverschlüsse 111 und 111' ein-und ausgeschaltet. Jeder Laserstrahl, nachdem er in zwei Teile durch Strahlaufspalter 18, 18' eines Gitters oder dergleichen aufgeteilt ist, wird auf dem Wellenlängen-Wahlspiegel 19 in solcher Weise adjustiert, daß der Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub1; hindurchgeführt wird, während der Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub2; davon reflektiert wird. Die Strahlen, in die das Licht nach Wellenlänge aufgeteilt wird, sind dazu bestimmt, jeweils durch den gleichen Lichtpfad hindurchzutreten. Das Prisma 110 arbeitet derart, daß es die Strahlen der jeweiligen Wellenlängen im wesentlichen parallel setzt. Von den so parallel gesetzten Strahlen tritt der Strahl 16 (16') in die Scheibe mit einem Einfällswinkel von 88 Grad ein, nachdem er an dem Spiegel 13 als Mefilicht reflektiert worden ist. Der andere Strahl 17 (17') tritt nicht in die Scheibe ein, sondern wird auf den übrigen Strahl am Punkt A als Referenzlichtstrahl überlagert. Der Strahl, der den Punkt A passiert hat, kommt an dem CCD-Sensor 3 über den Spiegel 23 und die Linsen 21, 22 an. Die lichtempfangende Oberfläche des Sensors, die an einer Position konjugiert mit dem Punkt A angeordnet ist, ist dazu bestimmt, den Interferenzstreifen zwischen dem Referenz- und dem Meßlicht zu detektieren, das von der Scheibe reflektiert wird. Jedes Detektionssignal des Interferenzstreifens, ohne Rücksicht auf die Intensitätsänderungen, die durch die Gleichung (14) gegeben sind, wird nachfolgend einer Analog/Digital-Wandlung in ein Digitalsignal unterworfen, und zwar an dem Analogidigital-Wandler 52 in dem Verarbeitungsschaltkreis 5 infolge der Mehrzahl von Elementen des CCD, die getrennt voneinander angeordnet sind. Die zwei Wellenlängen werden gemessen durch aufeinanderfolgendes Öffnen und Schließen der Verschlüsse 18, 18'. In Fig. 37 bezeichnet 51 ein Eingangssignal. Fig. 47A bis 47C zeigen ein Ausführungsbeispiel mit der Datenflußverarbeitung ausgeführt im Verarbeitungsschaltkreis 5 in Fig. 35. Die Interferenzstreifendaten Fi(Xi) (i nimmt den Wert 1 für Daten der Wellenlänge λ&sub1; an, und den Wert 2 für Daten der Wellenlänge λ&sub2;), die einer Analog/Digital-Wandlung im Analog/Digital-Wandler 52 unterworfen werden, wie durch den Schritt 1060 gezeigt, wird außerderdem einer Fourier-Transformation über eine Zeitspanne von ungefähr 1 ms unterworfen, wie im Schritt 1061 durch den schnellen Fourier-Transformationsschaltkreis (FFT) 53 gezeigt. Die Spektrumdaten I(i) (ωj), die der Fourier-Transformation durch den schnellen Fourier-Transformationsschaltkreis 53 unterworfen werden, hat Spitzen an zwei Punkten ω = ω&sub0; (= 0) und ω = ωi wie in Fig. 47C gezeigt. ω&sub0; stellt eine Gleichstromkomponente dar, und ωi ein Spektrum entsprechend der Periode des Interferenzstreifens. Ein lokaler Maximalwert ist gegeben, wenn ω = ωi ist. Da ωi ein diskreter Abtastpunkt ist, existiert jedoch die wahre Spitze an einem Punkt nahe dem Abtastpunkt, der diesen Maximalwert repräsentiert. Das Spektrum ωi', das diesen wahren lokalen Maximalwert repräsentiert, kann aus den Umgebungsdaten bestimmt werden, basierend auf ωi + 1 und ωi - 1 durch verschiedene wohlbekannte Vertahren wie durch 1062 gezeigt, mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung 54. Auf diese Weise werden die Verhältniswerte zwischen den wahren Spitzenwerten I&sub1;(ω&sub1;') und 12(ω&sub2;') und zwischen den Spektrumwerten I&sub1;(ω&sub0;) und I&sub2;(ωo) bei ω&sub0; erhalten für zwei Wellenlängen durch die Veraibeitungsvorrichtung 54 wie im Schritt 1062 gezeigt, verglichen durch die Vergleichsvorrichtung 55 jeweils in der Art, die im Schritt 1063 gezeigt ist. Insbesondere wird der größere Wert von γ&sub1; und 72 in den nachfolgenden Gleichungen bestimmt.
γ&sub1; = I&sub1;(ω&sub1;')/I&sub1;(ω&sub0;)
γ&sub2; = I&sub2;(ω&sub2;')/I&sub2;(ω&sub0;) Ist beispielsweise γ&sub1; > γ&sub2;, wird i&sub0; als 2 angenommen und die Wellenlänge für i&sub0; wird verwendet zum Detektieren von Neigung und Höhe. Die FFT- Daten sind bereits für jede Wellenlänge erhalten worden. Die Datenverarbeitungsvorrichtung bestimmt daher, unter Verwendung der Daten für io, wie im Schritt 1063 erhalten, einen Interpolationswert Ii&sub0;(ω&sub0;') (komplexe Zahl) der FFT-Daten für ωi&sub0;' und ωi&sub0;', und wie im Schritt 1064 gezeigt, wird die Phase aus dem Verhältnis von Imaginär- zu Realteil von Ii&sub0;(ωi&sub0;') bestimmt. Und wie im Schritt 1065 gezeigt, bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung 54 die Periode des Interferenzstreifens aus der wahren Spitzenposition ωi&sub0;', d.h. der Grad Δθ der Scheibenneigung, und die Höhe ΔZ der Scheibenoberfläche aus der Phase . Die Neigung Δθ und die Höhe ΔZ, die so erhalten werden, werden in das Scheibengestell 7 rückgekoppelt, um somit die Teilneigung und die Höhe der Scheibe 4 zu steuern. Wenn die Wellenlänge λi&sub0; von i (= i&sub0;), die mit dem größeren Wert von γ&sub1; und γ&sub2; verbunden ist, in dem Prozeß verwendet wird, wird eine genaue Messung aus dem unten mit Bezug auf die Fig. 44A bis 44C beschriebenen Grund möglich gemacht, auf die bereits oben Bezug genommen wurde. Fig. 44C zeigt die Amplitude γ des reflektierten Lichts Rs, bestimmt aus den Digrammen der Fig. 39 und 40, die die komplexe Amplitude Rs des reflektierten Lichts auf einer komplexen Ebene mit Alumüiium als Basis zeigen. Fig. 39 bezeichnet Fluktuationen in der Resistdicke (Änderung der Phase φ) der komplexen Reflektanz der Aluminiumscheibe, die mit Resist überzogen ist (Einfällswinkel θ = 88 Grad und Aluminium- Amplitudenreflelaanz γb = 0,878). Die Abszisse in diesen Diagrammen fällt mit der in Fig. 44A zusammen. Wie oben erwähnt, wird, wenn φ eine Resistdicke entsprechend 120 bis 240 Grad erreicht, der Detektionsfehler ΔZe erhöht. Auch für den Wert φ in diesem Bereich wird die Amplitude γ des reflektierten Lichts Rs vermindert, wie in Fig. 44C gezeigt. Mit der Verminderung in der Amplitude yvon Rs wird der Modulationsgrad des Interferenzstreifens verringert, mit dem Ergebnis, daß der Spitzenwert Ii(ωi') des Spektrums entsprechend der Streifenperiode vermindert wird. Wenn Ii(ωi') durch die Gleichstromkomponente Ii(ω&sub0;) zum Zweck der Normierung dividiert wird, wie oben erwähnt, um die Wirkung der Änderung in der Lichtmenge der Lichtquelle zu entfernen, reprasentiert der resultierende Wert (γ&sub1;, γ&sub2; wie oben erwähnt) einen kleineren Wert in dem Winkelbereich von 120 bis 240 Grad. Die Photoresistdicke, die mit dem Wert φ von 120 bis 240 Grad bei λ&sub1; gleich 0,6328 µm und λ&sub2; gleich 0,6119 µm verbunden ist, wird durch das Gebiet repräsentiert, das durch Linienteile in Fig. 46 definiert ist. Es gibt keine Resistdicke, wo die Linienteile für diese zwei Wellenlängen in dem Bereich von 1,2 µm bis 2,4 µm einander überlagert sind. Als Ergebnis, wenn die oben erwähnten Werte γ&sub1; und γ&sub2; für zwei Wellenlängen durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 54 in dem Verarbeitungsschaltkreis 5 erhalten werden, und die Messung durch Verwendung des Lichts der größeren Wellenlänge durchgeführt wird, dann wird der Meßfehler niemals 0,1 µm für diese Resistdikkenänderung überschreiten, was es möglich macht, die Neigung und Höhe durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 54 in dem Verarbeitungsschaltkreis 5 genau zu bestimmen. Fig. 46 zeigt die Resistdicke, die einen Detektionsfehler über einen tolerierbaren Wert hinaus bei einer Änderung der Detektionswellenlänge erzeugt (Resistdicke entsprechend der oberen durchgezogenen Linie), und das Resistdickengebiet (untere Linie) die Detektionsgenauigkeit innerhalb eines tolerierbaren Wertes sicherstellt, mit der ausgewählten Wellenlänge durch Verwendung von λ&sub1; und λ&sub2;.
In diesem Ausführungsbeispiel kann das Eingangssignal 51 an den Verarbeitungsschaltkreis 5 in Fig. 37 die Information sein, ob die Scheibenbasis aus Aluminium besteht oder nicht. Bezüglich Aluminium ist die oben erwähnte Verarbeitung anwendbar, und bezüglich einem Muster aus anderem Material als Aluminium mit geringerer Basisreflektanz wird andererseits eine genaue Messung von Neigung und Höhe möglich gemacht, selbst wenn die Wellenlänge von entweder λ&sub1; oder λ&sub2; fixiert ist. Die so über Neigung und Höhe erhaltene Information wird als Basis für eine Feinsteuerung des Scheibengestells 7 verwendet.
Fig. 45 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bauteile, die durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 37 bezeichnet sind, stellen jeweils entsprechende Bauteile in Fig. 37 dar. Die Lichtquelle 1 ist eine Halbleiterlaserquelle mit einer Wellenlänge λ&sub1; von 831 nm, und die Lichtquelle 1' eine Halbleiterlaserquelle mit einer Wellenlänge von von 810 nm. Die von den zwei Lichtquellen emittierten Strahlen werden durch die Linsen 11 und 11' in Parallelstrahlen konvertiert. Das Licht der Wellenlänge λ&sub1; wird durch den Wellenlängen-Auswahlspiegel 19 übertragen, und das Licht der Wellenlänge λ&sub2; wird darauf reflektiert und wird in den gleichen Lichtpfad geführt. Zylindrische Linsen 110 und 120 konvertieren die Parallelstrahlen der Halbleiterlaser in die gewünschten Strahlgrößen. Der Strahlaufspalter 10 dient zum Aufteilen der Strahlen in ein Referenzlicht und ein Meßlicht. Das Meßlicht, das von dem Halbspiegel 12 reflektiert wird, wird auf der Oberfläche der Scheibe 4 reflektiert, in senkrechter Richtung auf den Rücklaufspiegel 14 zurückgeführt, und wird wiederum durch den Halbspiegel 12 nach Reflexion auf die Oberfläche der Scheibe 4 übertragen. Der Referenzlichtstrahl wird andererseits an dem Halbspiegel 12 reflektiert, in senkrechter Richtung zu dem Rücklaußpiegel 14 direkt zurückgeführt und wird durch den Halbspiegel 12 übertragen. Die zwei Lichtstrahlen pflanzen sich durch den Spiegel 210, die Linse 21, den Spiegel 220 und die Linse 22 fort, und da sie beide die Wellenlänge λ&sub1; haben, werden sie durch den Wellenlängen-Auswahlspiegel 28 übertragen, so daß ein Interferenzstreifen ausgebildet wird durch Überlagerung auf der bildgebenden Oberfläche des Bildaufnahmegeräts 3"' durch die Linse 22". Das Keilglas 24 in dem Lichtpfad des Referenzlichts bricht das Referenzlicht und wird verwendet, um sicherzustellen, daß die Bildaufnahmeoberfläche in konjugierter Beziehung zu der Umgebung der Oberfläche des Spiegels 14 ist. Die zwei Lichtstrahlen werden auf der bildgebenden Oberfläche einander überlagert. In gleicher Weise erzeugt der Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub2; den Interferenzstreifen von λ&sub2; in dem Bildaufnahmegerät 3" durch die Linse 22' durch Wellenlängen-Auswahlspiegel 28. Die Interferenzstreifendaten der zwei Wellenlängen werden detektiert und gleichzeitig in den Verarbeitungsschaltkreis 5 eingegeben. Der Verarbeitungsschaltkreis 5 erhält die Information über das Material der Basis der zu belichtenden Scheibe sowie die Resistdicke durch die Eingabevorrichtung 51' wie eine Eingabetastatur und eine Magnetkarte. Diese Informationen werden durch getrennte Geräte oder dergleichen vorher gemessen. Nach Erhalt dieser Information durch die Eingabevorrichtung 51' wird die Wellenlänge, die weniger das Erzeugen eines Fehlers erwarten läßt, durch die Software in dem Verarbeitungsschaltkreis 5 bestimmt, durch das Verfahren, das mit Bezug auf die Fig. 43, 44A bis 44C und 46 beschrieben wurde, und die Neigung und Höhe werden auf der Basis der Meßdaten der speziellen Wellenlänge detektiert.
Fig. 48 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 37 und 45 die jeweils gleichen Bauteile wie in den Fig. 37 und 45 bezeichnen. Die Halbleiterlaserquellen 1', 1" haben Wellenlängen von 831 nm bzw. 810 nm bzw. 750 nm, und sind jeweils mit Peltier-Geräten 120, 120', 120" zur Temperaturregelung versehen, um eine konstante Temperatur aufrecht zu erhalten und somit die Schwingungswellenlänge zu stabilisieren. Die Schwingung jedes Halbleiterlasers wird durch den Steuerschaltkreis 5" gesteuert. Der von jedem Halbleiterlaser emittierte Strahl wird jeweils in den gleichen Lichtpfad durch Kornmationslinsen 11, 11' und 11" und die Strahlaufspalter 18, 18' und 18" eingeführt, um einen Referenzlichtstrahl 17 und einen Objektlichtstrahl 16 im gleichen Lichtpfad zu erzeugen. Das Objektlicht trifft auf die Scheibe mit einem Einfallswinkel von 86 Grad, um ein Interferenzbild durch einen CCD- Sensor 3 zu detektieren. Die Halbleiterlaser 1, 1' werden in Zeitreihe oszilliert, das Interferenzmuster für jede Wellenlänge wird aüfeinanderfolgend herausgenommen, die Spektrumverhältnisse γ&sub1;, γ&sub2; wie oben erwähnt werden verglichen, und die Wellenlänge für die jeweils größere wird verwendet. Durch Auswahl dieser Wellenlänge kann ein Verschluß (nicht dargestellt) zum Maskieren des Referenzlichts hinter dem Prisma 110 nach Fig. 48 eingesetzt werden, so daß nur das Objektlicht detektiert werden kann, und das so detektierte Niveau wird verwendet. Da die für die Auswahl verwendeten zwei Wellenlängen verhältnismäßig nahe beieinanderliegen, wird ein Halbleiterlaser 1" von 750 nm im Abstand von diesen Wellenlängen verwendet, um die Unbestimmtheit der Höhendetektion zu beheben. Wenn die Scheibe aus einer Scheibenkassette (nicht dargestellt) auf dem mit 7 bezeichneten Scheibengestell montiert ist, erreichen insbesondere die Variationen der Höhe der Resist-Oberfläche auf der Scheibe soviel wie 25 µm infolge der Variation der Scheibendicke oder dergleichen. Andererseits gilt die Beziehung ΔZp = 5,8 µm (m = 1) aus Gleichung (15), wenn λ&sub2; für den Einfallswinkel von 86 Grad gleich 810 nm ist. Insbesondere gilt der gleiche Phasenwert im Fall einer Höhenänderung eines einheitlichen Vielfächen von 5,8 µm für die gleiche Wellenlänge, und daher ist die wahre Höhe zum Zeitpunkt des Montierens der Scheibe 4 auf dem Scheibengestell 7 unbekannt. Wenn die mit den zwei Wellenlängen von 750 nm und 831 nm verbundenen Phasen verglichen werden, ist die Änderung ΔZ&sub3;&sub1; in der Scheibenhöhe, die eine identische Phasenbeziehung zwischen den zwei Wellenlängen ergibt, gegenben durch
In dem Bereich, wo die Höhe 2 µm beträgt, wird daher die Höhe genau aus der Phasenbeziehung zwischen den zwei Wellenlängen erhalten. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 48, wie oben beschrieben, erlaubt die grobe Detektion durch die andere Wellenlänge und die oben erwähnte eine Wellenlänge, die zwei naheliegende Wellenlängen für genaue Höhenmessung ergeben, die Bestimmung von Höhe und Neigung mit hoher Genauigkeit, ohne daß man im wesentlichen durch die Basis über einen weiten Bereich beeinträchtigt wird. Durch geeignete Auswahl von λ&sub1; und λ&sub2; wie oben erwähnt, kann φ zwischen 0 und 120 Grad oder zwischen 240 und 360 Grad eingestellt werden. Daher ist, wie in Fig. 44A gezeigt, eine Detektionsgenauigkeit von mehr als 1 µm möglich, selbst mit einem Aluminium-Basismuster. Eine Messung mit noch höherer Genauigkeit ist möglich. Insbesondere wird, wenn die Resistdicke vorher gemessen werden kann, der entsprechende Wert mittels des Eingabeterminals 51" des Steuerschaltkreises 5" eingegeben, wodurch der Fehlerwert gemäß Fig. 44A bestimmt wird. Dieser Wert wird als Korrekturwert benutzt, um den Steuerwert der Höhe zu korrigieren, was eine Detektion und Steuerung mit sehr hoher Genauigkeit ermöglicht.
Obwohl das Ausführungsbeispiel nach Fig. 49 λ&sub3; nur für grobe Detektion zeigt, kann es auch für genaue Detektion verwendet werden, oder es kann eine vierte Wellenlänge vorgesehen sein. Auch wird die vorliegende Erfindung realisiert durch Verwendung eines Farblasers oder dergleichen Laser mit variabler Wellenlänge. Außerdem kann das Kollimationsucht von einer Spotlichtquelle großer Leistung, wie einer Quecksilberlampe, erzeugt werden, anstelle des Laserlichts, um ein schmalbandiges Spektrum zum Erhalten eines Interferenzstreifens zu erzeugen.
Neben den Ausführungsbeispielen, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 37, 45 und 48 beschrieben sind, und die alle für das Fokussieren für die Belichtung eines Belichtungsgeräts vom Kompressionstyp bestimmt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Anwendungen beschränkt, sondern kann selbstverständlich wirksam verwendet werden für die Ziele der Steuerung von Höhe und Neigung einer Detektionsoberfläche aus dem Detektions ergebnis sowie zur Detektion der Oberflächenhöhe und Neigung mit einer Genauigkeit besser als die Größenordnung Microns in einer großen Vielfalt von Anwendungen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun genauer erläutert.
Fig. 49 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung zum Detektieren von Neigung und Höhe gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Belichtungschip eines Halbleiterbelichtungsgerätes angewandt. Bezugszeichen 9 bezeichnet ein Gitter mit einer darauf aufgetragenen Musterplatte, wie sie zur Belichtung eines Schaltkreismusters auf der Scheibe 4 verwendet wird. Dieses Gitter 9 wird mit dem g- oder i-Strahl bestrahlt, der aus einer Quecksilberlampe (nicht gezeigt) emittiert wird, oder mit Strahlen im fernen ultraviolett, die von einer Excimer-Laserquelle in dem Belichtungssystem 81 emittiert werden. Das durch das Gitter übertragene Licht wird durch die Kompressionslinse 8 übertragen, wodurch ein Bild des Gitters auf die Oberfläche des Resists projiziert wird, mit dem die auf dem Scheibengestell 7 befestigte Scheibe 4 überzogen ist. Dementsprechend wird, wenn das auf die Scheibe 4 aufgetragene Muster bis zur Größenordnung von Submicrons, Halbmicrons und weiter auf ungefähr 0,3 µm verdünnt wird, die Schärfentiefe geringer. Wenn die Linienbreite unter 0,5 µm reduziert wird, würde die Produktausbeute verringert, wenn nicht die Neigung und Höhe detektiert und gesteuert werden kann auf eine Genauigkeit von weniger als ±10&supmin;&sup5; Rad bzw. ±0,1 µm. In Fig. 49 bezeichnet Bezugszeichen 100X ein Detektionssystem zum Bestimmen der Horizontallage in x-Richtung der Resist-Oberfläche auf der Scheibe, d.h. der Höhe und der Neigung mit Umdrehungen um die y-Achse und die Höhe. Ein ähnliches Detektionssystem 100Y, vorgesehen zum Detektieren der Horizontallage enfiang der y-Richtung, ist in Fig. 49 nicht dargestellt. Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Halbleiterlaser oder eine Lichtquelle mit hoher Richtwirkung, wie einem Gaslaser. Das von dieser Lichtquelle emittierte Licht wird durch den Strahlaufspalter 10 in zwei Teile aufgeteilt, in im wesentlichen paralleler Form mit einer gewünschten Ausdehnung. Von den so erzeugten Strahlen wird der eine, der mit 16 bezeichnet ist, auf der Resist-Oberfläche der Scheibe 4 im S-Polarisationsmodus mit einem Einfallwinkel von 85 Grad oder mehr zu einer Linie senkrecht hierzu über den Strahlaufspalter 12 und den Spiegel 13 gestrahlt. Obwohl das Resist für dieses eingestrahlte Licht transparent ist, werden 90% oder mehr des Lichts direkt reflektiert, ohne in das Resist einzutreten, und es tritt daher in den Rücklaufspiegel in im wesentlichen senkrechter Richtung infolge eines großen Einfallswinkels und der vorhandenen S-Polarisation ein. Der so rückgestrahlte Lichtstrahl 26' pflanzt sich entlang des gleichen Pfädes wie bei der vorherigen Reflexion, jedoch in Gegenrichtung fort, und bildet somit den Lichtstrahl 26", der an dem Strahlaufspalter reflektiert wird und in den Detektionslichtpfad weitergeht. Der andere Strahl 17, der durch den Strahlaufspalter 10 abgeteilt wird, wird andererseits als Referenzlichtstrahl verwendet. Der Strahl 17 wird zu den gewünschten Zeitpunkten durch den Verschluß (Maskierungsvorrichtung) 330 ein- und ausgeschaltet. Wenn der Verschluß 330 einschaltet, wird der Referenzstrahl durch den Strahlaufspalter 12 und den Spiegel 13 geleitet und tritt direkt in den Rücklaufspiegel 14 aus einer Richtung senkrecht hierzu ein. Der so zurückgeworfene Strahl 27" pflanzt sich entlang des gleichen Lichtpfades wie bei der vorherigen Reflexion, jedoch in Gegenrichtung fort, und ergibt somit einen Lichtstrahl 27", der auf dem Strahlaufspalter 12 reflektiert wird, und sich zum Detektionslichtpfad hin fortpflanzt. Die oben erwahnten zwei Strahlen 26" und 27", die sich zum Detektionslichtpfad fortpflanzen, werden durch die Linsen 21, 22 und die Maskenplatte 23 geleitet, die eine das Rauschen entfernende Pore oder eine winzige rechteckige Öffnung aufweist, und werden einander in im wesentlichen paralleler Weise überlagert. Auf dem Gruppensensor wird ein Interferenzstreifen erzeugt, wie er durch die durchgezogene Linie in Fig. 50 und 51 gezeigt ist, und dessen Intensitätsverteilung Ix wird dadurch detektiert. Bei schlechter Parallellage der Scheibe 4 oder einer Scheibenverwerfung, wenn verschiedene Prozesse durchlaufen werden, würde die Schritt- und Wiederholungsbelichtung der Scheibe 4 in einem einzelnen oder einer Mehrzahl von Chips die bilderzeugende Oberfläche der Kompressionslinse dazu veranlassen, mit der Resist-Oberfläche hinsichtlich Neigung oder Höhe nicht mehr zusammenzufallen. Gemäß der detektierten Information des Gruppensensors 3 werden daher Neigung und Höhe in dem Verarbeitungsschaltkreis 5 durch das unten erwähnte Verfahren detektiert, und durch Verwendung dieser Information wird der auf dem Scheibengestell 7 installierte Gestellsteuerungsmechanismus (z.B. ein mit Piezoeffekt oder mechanisch arbeitender Vorrückmechanismus), so gesteuert, daß das Bild mit der Resist-Oberfläche für die Belichtung zusammenfällt. In Fig. 49 bezeichnet Bezugszeichen 800 ein Ausrichtsystem, das für die überlagerte Belichtung verwendet wird.
Fig. 50 und 51 zeigen Signale, die durch den Gruppensensor 3 in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 49 detektiert wurden. Das Signal Ix, das durch eine durchgezogene Linie in jedem Diagramm angegeben ist, repräsen tiert die Neigung und Höhe unter der optimalen Belichtung. Wenn somit die Scheibe 4 von der optimalen Belichtungsbedingung weggekippt wird, ändert sich eine gestreifte Periode, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 50 gezeigt ist, von P auf P'. Wenn andererseits die Abweichung von dem optimalen Belichtungszustand enfiang der Höhe der Scheibe ist, durchläuft die Phase φz eine Änderung, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 51 gezeigt. Die Periode P und Phase φz des Interferenzstreifens, die durch die Änderung der Neigung und Höhe verursacht werden, sind unten nach Einsetzen von n = 2 und cos α&sub1; 1 in Gleichung (17) angegeben.
wobei θ&sub1; der Einfallswinkel auf die Scheibe und φs die Eingangskonstante der Phase ist.
Fig. 52 zeigt einen Teil 51 des Verarbeitungsschaltkreises 5 in Fig. 49 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die digitale Information auf dem vom Gruppensensor 3 in Fig. 49 detektierten und durch den A/D-Wandler 31 A/D-gewandelten Interferenzstreifen wird vorübergehend in dem Speicher 1 des Teils 501 in Fig. 52 gespeichert. Vor der Detektion eines Interferenzstreifens wird die Scheibe in das Gestell 7 eingebracht, und vor der Belichtung wird der Verschluß (Maskierungsvorrichtung) 330 in Fig. 49 geschlossen, so daß das Referenzlicht 17 ausgeblendet ist, um nur das reflektierte Licht 26 von der Scheibe 4 durch den Gruppensensor 3 zu detektieren. Dieses Signal Ox, wie bei der Detekion eines Interferenzstreifens, wird in dem A/D-Wandler 31 einer A/D-Wandlung unterworfen und in dem Speicher 2 des Geräts 502 gemäß Fig. 52 in Form einer digitalen Information gespeichert. Wie oben beschrieben, falls die Oberfläche des Resists auf der Scheibe 2 rauh ist, wie durch eine vergrößerte Ansicht in Fig. 58 gezeigt, machen diejenigen Teile des Lichts, die mit einem Einfallswinkel von Oi (mehr als 85 Grad, z.B. 88 Grad), die zu dem regelmäßig reflektierten Licht beitragen, eingegeben wird, eine oberste Oberfläche der projizierten Teile aus, und daher liefern die in der vergrößerten Ansicht der Fig. 58 schraffierten Strahlen das regelmäßig reflektierte Licht, Wenn das Gebiet der obersten Abschnitte der Vorsprünge reduziert wird, wird das Bild, das von dem Gruppensensor 3 geformt ist, durch das Licht, das von dieser rauhen Struktur reflektiert wird, verdunkelt. Das auf dem Gruppensensor 3 geformte Bild von Vorsprüngen mit kleiner Rauhigkeit oder entsprechend den großflächigen Teilen der obersten Oberflächen der Vorsprünge wird andererseits aufgehellt. Als Ergebnis, wie in Fig. 53 gezeigt, wird ein Bild Ox des reflektierten Lichts von der Scheibe 4 auf dem Gruppensensor 3 gebildet. Wie oben beschrieben wird durch Schließen des Verschlusses 330 in Fig. 49 dieses Ox detektierbar, und die resultierende Information wird in dem Teil 502 des Speichers 2 gespeichert. Wenn der Interferenzstreifen durch den Gruppensensor 3 detektiert wird, bevor die Belichtung in dem Prozeß der Zufuhr zur Scheibe 4 durch Vorwärtsschritt und Wiederholung stattfindet, kann der Interferenzstreifen Ix, wie in Fig. 55 gezeigt, detektiert und bei 501 des Speichers 1 in Fig. 52 gespeichert werden, soweit die Verteilung des Referenzlichtes 17 gleichmäßig ist, wie in Fig. 54 gezeigt. Diese zwei Informationen Ix und Ox werden aus den Speichern 501 und 502 entnommen und in der unten beschriebenen Weise in dem Teil 504 der Rechenvorrichtung 1 verarbeitet, um dadurch die korrigierte Interferenzwellenform Ics zu erhalten.
wobei angenommen wird, daß die Intensität des Referenzlichts auf einem im wesentlichen konstanten Wert Rc bleibt. Der so erhaltene Wert Icx hat bereits eine sehr kleine Komponente abweichend von der Grundfrequenz, wie in Fig. 56 gezeigt. Als Ergebnis nimmt das Signal F[Icx] , das man durch schnelle Fourier-Transformation (FFT) durch die schnelle Fourier- Transformationsvorrichtung 504, wie durch durchgezogene Linien in Fig. 57 gezeigt, erhält, ein reines Spektrum einer Grundfrequenz an, verglichen mit dem FFT-Signal F[Ix] , das man vor der Korrektur erhält. Diese Spektruminformation kann verwendet werden, um die Information (Δθ, ΔZ) über Neigung und Höhe sehr genau durch 505 der Rechenvorrichtung 2 in dem Verarbeitungsschaltkreis 5 zu erhalten, durch das unten beschriebene Verfidiren.
Fig. 60 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen, die zu denen in Fig. 49 identisch sind, bezeichnen jeweils in Fig. 49 entsprechende Bauteile. In Fig. 60 wird das Laserlicht, das in Lichffiüssen im wesenflichen parallel zu einem Transmissionsgitter 18 bestrahlt wird, in das Licht 16', gestrahlt auf die Scheibe 4, und das Referenzlicht 17' geteilt. Jeder Lichtstrahl wird durch einen Lichtverschluß 330' maskiert. Insbesondere wird, solange der Verschluß 330' in der in Fig. 60 dargestellten Position ist, ein Interferenzstreifen durch den Gruppensensor 3 detektiert. Mit der Bewegung des Verschlusses 330' nach rechts und der Öffnung Ao überlagert auf die Position von AR in Fig. 60, wird jedoch das Scheibenbeleuchtungslicht 16' abgeschaltet und nur das Referenzlicht 7' wird durch den Gruppensensor 3 detektiert. Bei der Detektion des Referenzlichts 16' wird das Signal Rx detektiert, das eine etwas grobe Verteilung gemäß Fig. 62 hat. Wenn der Verschluß 330' sich nach links bewegt, wobei die Öffnung AR auf die Position von A&sub0; in Fig. 60 überlagert wird, wird dagegen das Referenzlicht 17' so maskiert, daß nur das von der Scheibe reflektierte Licht durch den Gruppensensor 3 detektiert wird. Dieses Licht, das von der Scheibe reflektiert wird, hat eine Verteilung Ox, wie in Fig. 61 gezeigt, wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 49. Diese Verteilungen Rx und Ox werden in dem 502' des Speichers 2' und 502 des Speichers 2 des Neigungs-Ihöhendetektionsschaltkreises 51' gespeichert, als Ausgabe des Analog/Digital-Wandlers 31. Durch Verwendung der Information Rx und Ox, die in 502' des Speichers 2' und 502 des Speichers 2 vor der Belichtung gespeichert sind, führt der Teil 503' der Rechenvorrichtung 1' die unten angegebene Berechnung durch einen Vorwärts- und Wiederholungsvorgang vor der Belichtung durch. Ix wird in 501 des Speichers 1 in gleicher Weise wie in Fig. 52 gezeigt gespeichert.
Dieses Icx wird mit der Interferenz-Detektionswellenform Ix (gespeichert in 502 des Speichers 1) gemäß Fig. 61 verglichen. Da die Grundfrequenzkom ponente hauptsächlich ist, wie in Fig. 64 gezeigt, können Neigung und Höhe (Δθ, ΔZ) aus dem Signal Icx durch 505 der arithmetischen Vorrichtung 2' und die Vorrichtung 504 zur schnellen Fourier-Transformation wie oben beschrieben genau bestimmt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 49, ist genaue Detektion möglich, selbst wenn in der Verteilung des Referenzlichts 17' einige Unregelmäßigkeiten bleiben. Es ist daher möglich, die optischen Systemkomponenten zu eliminieren, wie das feine Loch, das sonst benötigt würde, um eine gleichmäßige Verteilung des Referenzlichts 17' zu sichern, und die Nutzungsrate des Lichts wird andererseits bis zu einem solchen Ausmaß verbessert, daß Detektion mit einer Lichtquelle geringer Ausgangsleistung ermöglicht wird.
Fig. 66 ist ein Diagramm, das einen spezifischen Aufbau der Bauteile 505 der hochgenauen Rechenvorrichtung 2' zur Bestimmung von Periode (Neigung) und Phase (Höhe) des Interferenzstreifens durch Verarbeitung spektraler Information gemäß den Fig. 52 und 65 zeigt. Das Signal Ixc, das detektiert und korrigiert wird, enthält im wesentlichen keine anderen Komponenten als die Grundfrequenz und daher können Periode und Phase durch die unten erwähnte arithmetische Berechnung genau bestimmt werden. In der unteren Gleichung ist Ixc eine Realzahl, die einer komplexen Fourier- Transformation unterworfen wird durch die Vorrichtung 504 zur komplexen Fourier-Transformation, um F[I] in der untenstehenden Gleichung zu erzeugen.
Wenn dieses Spektrum mit Aj bezeichnet wird, hat der Absolutwert von Aj eine scharfe Spitze bei einer Vektorposition j = jo entsprechend der Grundfrequenzkomponente. Die Periode P und die Phase φz werden durch das unten erwahnte Verfahren genau bestimmt aus den Werten Ajo+1, Ajo-1 an den Positionen jo+1, jo-1 und das Spektrum Aj wird in Einzelwerten erhalten durch Berechnung im Schritt 5051. Die Werte der komplexen Zahlen von Ajo, Ajo+1, Ajo-1 sind, wie unten gezeigt, in Imaginär- und Realteil geschrieben.
Ajo = Ro + iIo ... (45)
Ajo+1 = R&sbplus; + iI&sbplus; ... (46)
Ajo-1 = R&submin; + iI&submin; ... (47)
Der unten gezeigte Wert (das innere Produkt des komplexen Vektors) wird bestimmt durch den Rechenschritt 5052 für das innere Produkt aus den durch die FFT-Verarbeitung erhaltenen Werte.
Der untenstehende Wert Δ wird unter Verwendung dieser Werte bestimmt.
Verwendet man den so erhaltenen Wert Δ, wird die wahre Spektrumspitze jR durch die untenstehende Gleichung aus dem Schritt 5055 für die wahre Spitzenposition bestimmt.
Hierauf wird unter Verwendung des oben erhaltenen Wertes Δ der Phasenwert φz wie an der wahren Spitzenposition aus der untenstehenden Gleichung durch den Schritt 5056 bestimmt.
worin φjo aus der Gleichung (45) erhalten wird und die untenstehende Gleichung befriedigt,
Unter Verwendung des Wertes Δ, der durch die Gleichung (51) gegeben ist, wird die Phase φz in der wahren Spitzenposition aus der Gleichung (52) erhalten.
In gleichen Art wie durch die Gleichung (18) wird die Periode P des Interferenzstreifens, in bezug auf die Zahl n der Reflexionen an dem Meß objekt (Scheibe 4) aus der Gleichung (17) bestimmt, wie unten gezeigt.
(Die Gleichung (40) betrifft den Fall, wo n = 2 ist.)
Andererseits ist die Periode P (die Anzahl der Abtastpunkte in reellen Zahlen pro Periode des Interferenzsignals, das als Eingabe für die FFT angelegt wird) gegeben durch
P = N/jR ... (55)
und daher folgt aus den Gleichungen (54) und (51)
Δθ = C&sub0; x (jR - js)/n ... (56),
wobei C&sub0; = λm/(2N) (Konstante)
js = 2nsinα&sub1;/λ (Konstante)
Der Gestellneigungssteuerbetrag Δθ wird somit bestimmt durch den Rechenschritt 5057 für den Gestellneigungssteuerbetrag. Dieser Wert Δθ stellt den Gestellneigungssteuerbetrag dar.
Von dem Phasenwert φz in der wahren Spitzenposiion wird andererseits die untenstehende Gleichung in der gleichen Weise erhalten, als ob die Gleichung (41) erhalten würde unter Verwendung der Anfangsphasenkonstanten (die Phase, die mit ΔZ = 0 verbunden ist, d.h. im anfangenden zusammenfallenden Brennpunkt).
ΔZ = λ(φz - φs)/(4nπcosθ&sub1;)
Daher (n=2 in Gleichung 41))
ΔZ = Cz (φz - φs)/n,
wobei Cz = λ/(4πcosθ&sub1;) (Konstante)
Der vertikale Gestellsteuerbetrag ΔZ wird bestimmt durch den Rechenschritt 5058 für den vertikalen Gestellsteuerbetrag. Dieser Wert ΔZ stellt einen Gestellhöhensteuerbetrag dar. Wie oben beschrieben, wie bei der Detektion entlang der x-Achse bei 100X, wird der Gestellneigungssteuerbetrag Δθ und der Gestellhöhensteuerbetrag ΔZ durch 100Y entlang der y-Achse bestimmt. Die Werte Δθ und ΔZ entlang den x- und y-Achsen werden als Δθx bzw. ΔZx bzw. Δθy bzw. ΔZy angenommen. Betreffend ΔZ sind zwei Werte verfügbar, und nur einer von ihnen wird verwendet, oder durch Verwendung des Durchschnittswert ΔZ = (ΔZx + ΔZy)/2 werden die zwei Richtungen senkrecht auf die optische Achse und die Richtung entlang der optischen Achse des Scheibengestells 7 durch die drei Werte Δθx, Δθy, ΔZ (oder ΔZx oder ΔZy) gesteuert. Es ist daher für die Brennpunktebene des optischen Belichtungssystems (mit konstanter Neigung und Höhe) möglich, mit der Oberfläche der Scheibe 4 zusammenzufallen, wodurch es ermöglicht wird, das auf dem Gitter 9 gebildete Schaltkreismuster auf die Scheibe 4 als Schaltkreismuster mit hoher Auflösung durch die Kompressionsbelichtungslinse 8 zu belichten. Zusätzlich ist diese Berechnung für die Detektion mit hoher Geschwindigkeit möglich (in der Größenordnung einiger ms), und daher, wenn die Berechnung jedesmal durchgeführt wird, wenn der Chip im Takt auf die Scheibe 4 für die Belichtung gebracht wird, wird die gesamte Scheibenoberfläche mit hoher Auflösung und hohem Durchsatz zur gleichen Zeit belichtet.
Obwohl das oben erwähnte Ausführungsbeispiel die Fourier-Transformation als Verfahren zur Bestimmung der Periode und der Neigung aus einem korrigierten Interferenzstreifen verwendet, ist die Erfindung nicht auf die Fourier-Transformation beschränkt, sondern es ist als Alternative möglich, die Periode und Neigung durch ein Verfahren zu bestimmen, das Periode und Neigung aus der Position bestimmt, die im Zentrum der Amplitude einer Sinuswelle abgeschnitten ist. Auch ist das Verfahren zur Bestimmung der Neigung und Höhe gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf das oben beschriebene Halbleiterbelichtungsgerät beschränkt, sondern ist mit besonders großer Wirkung auf den Fall anwendbar, bei dem die Verteilung des vom Detektionsobjekt reflektierten Lichtes unregelmäßig ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 67 und 68 beschrieben. In Fig. 67 bezeichnet das Bezugszeichen 901 einen Abtastschaltkreis für das Abtasten des Sinuswellensignals A, Bezugszeichen 902 einen A/D-Wandler zum A/D-wandeln des abgetaste ten Signals, Bezugszeichen 903 einen ersten Speicherschaltkreis zum Speichern des Abtastwertes A(j), der der A/D-Wandlung unterworfen wird, Bezugszeichen 904 einen Fourier-Transformationsschaltkreis zum Durchführen der diskreten Fourier-Transformation durch Erzeugen der gespeicherten Abtastwerte A(j) (j = 0, 1, ..., N-1), Bezugszeichen 905 einen zweiten Speicherschaltkreis zum Speichern des Realteils Fr(k) und des Imaginärteils Fi(k) des Fourier-Transformationsvektors F(k), Bezugszeichen 906 einen ersten Rechenschaltkreis (1) zum Berechnen der Spektrumhöhe S(k) aus dem Realteil Fr(k) und dem Imaginärteil Fi(k) des gespeicherten Fourier-Transformationsvektors F(k), und Bezugszeichen 907 einen Maximalwert-Suchschaltkreis zum Bestimmen der Position n&sub0; des Maximalspektrums, das mit dem Maximalwert des berechneten und unten gezeigten Spektrums verbunden ist.
S(k) = [Fr(k)² + Fi(k)²]
Bezugszeichen 908 bezeichnet einen zweiten Rechenschaltkreis zum Berechnen des Bruchteils Δ in der Position n&sub0; + Δ des virtuellen Maximalspektrums, Bezugszeichen 909 einen dritten Rechenschaltkreis (3) zum Bestimmen und Erzeugen der Periode P und der Phase φ des Sinuswellensignals A aus dem Realteil Fr(k) und dem Imaginänteil Fi(k) des Fourier-Transformationsvektors F(k) und dem Bruchteil Δ, und Bezugszeichen 910 eine allgemeine Blockgruppe, die Blöcke 902 bis 909 außer dem Abtastschaltkreis 901 umfaßt.
Es wird nun der Betrieb der in Fig. 67 gezeigten Schaltung erläutert. Das als Eingabe angelegte Sinuswellensignal A wird an dem Abtastschaltkreis 901 abgetastet und dem Analog/Digital-Wandler 902 zur Umwandlung in einen Abtastwert AO) zugeführt. Unter der Annahme, daß die Periode (Anzahl der Abtastungen der Periode) des Sinuswellensignals A = P ist und seine Phase φ, wird der Abtastwert A(j) durch die Gleichung (25), wie oben gezeigt, angegeben.
darin ist j die Abtastzahl und A(j) mit j als Zeitachse stellt die abgetasteten Werte in zeitlicher Reihenfolge dar. Alle abgetasteten Werte A(j) werden in dem ersten Speicherschaltkreis (1) 903 gespeichert. Im nächsten Schritt erhält der Fourier-Transformationsschaltkreis 904 die Abtastwerte A(j) aus dem Speicherschaltkreis 903 und führt die diskrete Fourier-Transformation entsprechend der unten dargestellten Gleichung (20) durch.
Die Technik der schnellen Fourier-Transformation (FFT) ist als diskrete Fourier-Transformation wohlbekannt. Das Ergebnis F(k) der diskreten Fourier-Transformation wird als Vektor ausgedrückt, der aus einem Realteil Fr(k) und einem Imaginärteil Fi(k) besteht, wie oben in Gleichung (21) gezeigt. Der Realteil Fr(k) und der Imaginärteil Fi(k) des diskreten Fourier-Transformationsvektors F(K) werden im zweiten Speicherschaltkreis (2) 905 gespeichert.
Im Falle der diskreten Fourier-Transformation stellt die Variable k die Information über die Periode P dar, die berechnet werden kann durch Durchführung der arithmetischen Berechnung von P = N/k in der oben erwähnten Gleichung (23). Insbesondere wird die Spektrumhöhe S(k) durch alle Variabeln k aus dem Realteil Fr(k) und dem Imaginärteil Fi(k) des Fourier-Transformationsvektors F(k) bestimmt, und die Periode P durch die Gleichung (23) aus der Position K (= n&sub0;) des Maximumspektrums hiervon. Der resultierende Wert ist die P am meisten nahekommende Periode. Ein Beispiel der Bedingungen dieses Spektrums S(k) ist in Fig. 71 gezeigt. Da das Maximumspektrum meist mit der Position k = 0 der Gleichstromkomponente in Gleichung (25) verbunden wird, muß die Position k = n&sub0; des Maximumspektrums für andere Werte als k = 0 bestimmt werden.
Der erste Rechenschaltkreis (1) 906 ist zum Bestimmen des Spektrums S(k) durch die Gleichung (22) aus dem Realteil Fr(k) und dem Imaginärteil Fi(k) bestimmt, die in dem Speicherschaltkreis 905 gespeichert sind. Der Maximalwert-Suchschaltkreis 907 sucht nach dem Maximalwert aus dem Spektrum S(k) für Werte anders als k = 0, und bestimmt und erzeugt die Position k = n&sub0; des Maximumspektrums. Diese Suche nach dem Maximalwert wird realisiert durch Setzen einer Variablen k und einer Adresse, die einander entsprechen, in dem Speicherschaltkreis 905 mit Fr(k) und Fi(k) des Vektors F(k) darin gespeichert. Die Position n&sub0; des Maximumspektrums, das durch den Maximalwert-Suchschaltkreis 907 bestimmt wird, wird dem Speicherkreis 905 zugeführt, wobei der Real- und Imaginänteil der nächsten Position no des Maximumspelttrums gemäß Gleichung (30) und die benachbarten Positionen (n&sub0; - 1) und (n&sub0; + 1) aus dem Speicher 905 entnommen werden.
Realteil von F(n&sub0; - 1): Fr(n&sub0; - 1) = R"
Imaginärteil von F(n&sub0; - 1): Fi(n&sub0; - 1) = I"
Realteil von F(n&sub0;): Fr(n&sub0; = R
Imaginärteil von F(n&sub0;): Fi(n&sub0; = I
Realteil von F(n&sub0; + 1): Fr(n&sub0; + 1) = RX
Imaginärteil von F(n&sub0; + i 1): Fi(n&sub0; + 1) = I'
Die Realteile R", R, R' und die Imaginärteile I", I, I' der Vektoren, die das Maximumspektrum F(n&sub0;) und die benachbarten Spektren F(n&sub0; - 1) und F(n&sub0; + 1) repräsentieren, werden zuerst dem zweiten Rechenschaltkreis (2) 908 zugeführt, um die Abweichung (Bruchteil) Δ von der Maximumspektrumposition k = zu berechnen, die in Fig. 71 angegeben ist, wie in der Gleichung (26) durch die Gleichungen (31) oder (32) definiert ist, zu der Position des virtuellen Maximumspektrums k = n&sub0; + Δ. Sobald der Bruchteil Δ bestimmt ist, wird die virtuelle Maximumspektrumposition k = n&sub0; + Δ definiert. Daher bestimmt der dritte Rechenschaltkreis (3) 909 die Periode P des Sinuswellensignals A aus der Gleichung (30) wie oben beschrieben. Außerdem werden der Bruchteil Δ und die Realteile R", R, R' und die Imaginärteile I", I, I' der oben entnommenen Vektoren verwendet, um die Gleichung (35) zu berechnen. Somit wird die Phase φ des Sinuswellensignals A bestimmt, um die Periode P und deren Phase φ zu erzeugen.
Es ist oben erläutert worden, daß der Bruchteil Δ durch die Gleichung (31) oder (32) aus den Realteilen R", R, R' oder den Imaginärteilen I", I, I' der Fourier-Transformationsvektoren berechnet werden kann. Da die Gleichungen (31) und (32) ungefähr aus der Entwicklung der diskreten Fourier- Transformation nach der Gleichung (20) abgeleitet werden, fallen jedoch die aus den beiden Gleichungen bestimmten Bruchteile Δ in dem meisten Fällen nicht zusammen. Wenn ein genauerer Bruchteil Δ bestimmt werden soll, wird daher empfohlen, daß eine Entscheidungsfunktion in den Rechenschaltkreis 909 eingebaut wird, damit einer der beiden Bruchteile Δ, die aus den Gleichungen (31) und (32) durch den Rechenschaltkreis 908 bestimmt werden, ausgewählt werden können. Ein Beispiel der Entscheidungsfunktion des Rechenschaltkreises 909 wird unten beschrieben. Insbesondere werden zwei Phasen φ durch den Rechenschaltkreis 909 aus der Gleichung (35) in Übereinstimmung mit den zwei Bruchteilen Δ bestimmt. Sobald zwei Bruchteile Δ und zwei Phasen φ so bestimmt wurden, können die Vektoren des Maximumspektrums und der angrenzenden Spektren durch inverse Berechnung unter Benutzung der Gleichung (30) bestimmt werden, wobei sich versteht, daß die Position k = n&sub0; des Maximumspektrums und die Zahl N der Abtastungen bekannt sind. Gleichung (30) ist eine Annäherungsgleichung, und daher ist ihre Genauigkeit definiert durch den Vergleich zwischen dem aus dem Speicherschaltkreis 905 entnommenen Vektor mit der Ausgabe des Maximalwert-Suchschaltkreises 907, d.h. der durch die tatsächliche Fourier-Transformation erhaltene Vektor und der Vektor, der durch inverse Berechnung der Gleichung (30) erhalten wird. Dieser Vergleich kann z.B. das Verhältnis zwischen den Vektoren von F(n&sub0;) und F(n&sub0; + 1) verwenden. Auf diese Weise werden die durch die tatsächliche Fourier- Transformation erhaltenen Vektoren umgeschrieben in
Realteil von F(n&sub0;): Rf
Imaginärteil von F(n&sub0;): If
Realteil von F(n&sub0; + 1): Rf'
Imaginärteil von F(n&sub0; + 1): If'
Unter Bezugnahme auf diese Werte und die aus Gleichung (11) berechneten R, I, R', I' werden Dr und Di wie unten gezeigt berechnet.
wobei beispielsweise im Falle Dr ( Di, die Berechnungsformel von R", R, R' genauer ist als die von I", I, I' in Gleichung (11). In solchem Fall kann daher der Bruchteil Δ durch Verwendung der Gleichung (31) bestimmt werden. Ist dagegen Dr < Di, sollte die Gleichung (32) verwendet werden, um den Bruchteil Δ zu bestimmen. Selbstverständlich kann jeder Bruchteil Δ verwendet werden, wenn Dr = Di ist. Auch können für eine ähnliche Entscheidung statt der Vektoren F(n&sub0;), F(n&sub0; + 1) die Vektoren F(n&sub0;), F(n&sub0; -1) oder F(n&sub0; + 1), F(n&sub0; - 1) verwendet werden.
Als Alternative zu dem Aufbau des oben erwähnten Ausführungsbeispiels, bei dem das Sinuswellensignal A in dem Abtastkreis 2 abgetastet wird, kann dieser Aufbau mit gleichem Effekt durch eine Vorrichtung ersetzt werden, wie einem Bildsensor oder einem ähnlichen System für das Verarbeiten eines Interferenzstreifens oder dergleichen in einer optischen Detektionsvorrichtung, die in der Lage ist, selbst ein Abtastsignal zu erzeugen. Auch können die Software, die die Verarbeitung für die Fourier-Transformation ermöglicht, der Aufbau in den Stufen einschließlich und folgend auf den Speicherschaltkreis 903 selbstverständlich durch den Computer ersetzt werden.
Fig. 68 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Oberflächenneigungs- und Höhenmeßgerätes zeigt, unter Verwendung eines Verfahrens und eines Gerätes zum Detektieren der Periode und Phase einer Sinuswelle gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 68 bezeichnet Bezugszeichen 910 einen Block zur Erzeugung der Periode P und der Phase φ der gleichen Sinuswelle wie diejenige, die durch das Bezugszeichen 910 in Fig. 67 bezeichnet ist, das Bezugszeichen 911 eine Lichtquelle, Bezugszeichen 912 ein Prisma, Bezugszeichen 913 einen Halbspiegel, Bezugszeichen 914, 915 jeweils einen Spiegel, Bezugszeichen 916 eine Linse, Bezugszeichen 917 einen Photodetektor zur Erzeugung einer photoelektrisch gewandelten Ausgabe A(j), Bezugszeichen 918 ein Objekt, Bezugszeichen 919 eine Ablage, auf die das Objekt gelegt wird, Bezugszeichen 920 einen Referenzstrahl, Bezugszeichen 921 ein regelmäßig von dem Objekt 918 reflektiertes Licht, und Bezugszeichen 922 einen Rechenschaltkreis zur Erzeugung einer Information über die Neigung und die Höhe z der Oberfläche des Objekts 918.
Nunmehr wird die Wirkungsweise der in Fig. 68 gezeigten Schaltung erläutert. Eine Lichtquelle mit einer Interferenzcharakteristik und einer Ausrichtungseigenschaft wie Laser wird als Lichtquelle 911 verwendet. Das von der Lichtquelle 11 ausgesandte Licht wird durch das Prisma 912 in zwei Strahlen aufgeteilt. Einer der Strahlen wird durch den Halbspiegel 913 geführt und auf dem Spiegel 914 reflektiert, um ein Referenzlichtstrahl zu werden. Das auf dem Spiegel 915 reflektierte Licht in im wesentlichen senkrechter Richtung hierzu wird auf den Spiegel 914 zurückgestrahlt. Der andere Strahl wird durch den Halbspiegel 913 geführt und nach Reflexion durch den Spiegel 914 von dem Objekt 918 reflektiert, das auf der Ablage 919 plaziert ist. Das Licht 921, das von dem Objekt 918 regelmäßig reflektiert wurde, tritt in den Spiegel 915 in einer Richtung im wesentlichen senkrecht hierzu ein, und nachdem es wiederum an dem Objekt 918 reflektiert wurde, kehrt es zu dem Spiegel 915 zurück. Es entsteht ein Interferenzstreifen in dem Spiegel 922 zwischen dem Referenzlicht 920 und dem vom Objekt 918 regelmäßig reflektierten Licht 921. Dieser Interferenzstreifen wird auf den Halbspiegel 913 reflektiert, und ein Bild hiervon wird durch die Linse 916 auf dem Photodetektor 917 gebildet. Ein eindimensionaler Sensor oder dergleichen, mit entlang dem Interferenzstreifen angeordneten Pixels, kann als Photodetektor 917 verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß ein solcher eindimensionaler Sensor den Photodetektor 917 bildet. Der eindimensionale Sensor detektiert den Interferenzstreifen und erzeugt ein Interferenzstreifensignal A(j) als die photoelektrisch gewandelte Ausgabe.
Sei θ' der Winkel, den das in das Objekt 918 einfallende Licht mit der horizontalen Oberfläche bildet, der Neigungswinkel der Oberfläche des Objekts 918, und z die Oberflächenhöhe. Der durch den eindimensionalen Sensor 917 detektierte Interferenzstreifen wird grob durch die untenstehende Gleichung ausgedrückt.
worin x die Richtung der Anordnung der Pixel des eindimensionalen Sensors 917 und λ die Wellenlänge ist. Wie aus Gleichung (57) ohne weiteres erkennbar ist, hat die Oberflächenneigung des Objekts 918 eine Wirkung auf die Periode des Interferenzstreifens A(x) und die Oberflächenhöhe z ändert die Phase. Unter der Annahme, daß die Pixelperiode des eindimensionalen Sensors 917 als L gegeben ist, erscheint ein Interferenzstreifensignal A(j), j = =, ±1, ±2, ±3, ... usw., wie durch die untenstehende Gleichung angegeben, als photoelektrisch gewandelte Ausgabe.
worin j ein Abtastpunkt entsprechend den Pixels in dem eindimensionalen Sensor 917 ist. Setzt man die Gleichung (58) in bezug mit der allgemeinen Formel einer Sinuswelle in Gleichung (25), gilt:
Wenn das Interferenzstreifensignal A(j) in dem Abtaststatus des eindimensionalen Sensors 917 an den Block 917 angelegt wird, ausgenommen für den Abtastschaltkreis 901 der Vorrichtung zum Detektieren der Periode und Phase einer Sinuswelle wie in Fig. 67 gezeigt, wird daher die Information über die Periode P und die Phase der Sinuswelle gemäß den Gleichungen (59) und (60) in der Ausgabe des Blocks 910 erhalten. In Gleichungen (59) und (60) sind der Winkel θ, die Wellenlänge λ und die Periode L bekannt, und daher werden die Information über die Periode P und die Phase der Gleichungen (59) und (60) an den Rechenschaltkreis 922 angelegt, um die untenstehende Gleichung durch den Rechenschaltkreis 922 zu berechnen. Dann werden die Oberflächenneigung und die Höhe z des Objekts 918 bestimmt und erzeugt.
Als Ergebnis wird die Information über die Oberflächenneigung und die Höhe z, basierend auf den Gleichungen (61) und (62) von dem Rechenschaltkreis 922 erzeugt, obwohl in Fig. 68 nicht dargestellt, einem Servoschaltkreis zugeführt, um die Ablage 919 zu bewegen, was es möglich macht, die Oberflächenneigung und Höhe des Objekts 918 zu korrigieren.
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Periode und Phase einer Sinuswelle mit hoher Genauigkeit bestimmt, und durch Verwendung dieser Information wird die genaue Information über die Oberflächenneigung und Höhe aus einem optischen Interferenzstreifen erhalten. In Anbetracht der stets abnehmenden Größe von LSI-Mustern wächst der Bedarf für Schärfentiefe stark an, gemäß einer Reduktion der Belichtung mit höherer Auflösung weniger als ± 1 µm. In Anbetracht dessen wird das Gerät nach Fig. 68 bei einem Belichtungsgerät vom Projektionstyp angewandt, und zwar für die Reduktion und Projektion eines Schaltkreismusters auf eine Scheibe, das auf einem Gitter unter Verwendung einer Reduktionsprojektionslinse gebildet wird, indem man die Scheibe dem schrittweisen Wiederholungsprozeß unterwirft, so daß hochgenaue Information über Neigung und Höhe einer Teiloberfläche der Scheibe für jede Belichtungseinheit sichergestellt wird, während zur gleichen Zeit die Neigung und Höhe der Scheibe auf der Basis der speziellen Information gesteuert wird, um dadurch die Position der Scheibenoberfläche genau auf den bildgebenden Punkt (Bildoberfläche) der Reduktionsprojektionslinse für jede Belichtungseinheit zu positonieren. Als Ergebnis kann ein feines Schaltkreismuster der Reduktionsprojektionsbelichtung auf die Scheibe (Wafer) mit hoher Auflösung unterworfen werden. Im Falle, wo das Gerät gemäß Fig. 68 bei einem Reduktionsprojektionsbelichtungsgerät (Kompressionsprojektion) angewandt wird, entspricht das Objekt 918 der Scheibe und die Ablage 919 dem Scheibenträger, mit einer auf der Scheibe angeordneten Reduktionsprojektionslinse. Der Mechanismus zum Steuern der Scheibenneigung und -höhe ist wohlbekannt.
Wie oben beschrieben, werden bei dem Verfahren und dem Gerät für die Projektionsbelichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Neigung und Höhe eines zu belichtenden Objekts mit einem großen Belichtungsfeld detektiert, wodurch die Belichtung über das gesamte Belichtungsfeld mit hoher Auflösung möglich gemacht wird. Die vorliegende Erfindung ist für die Herstellung von kleinen Elementen großer Fläche nützlich, insbesondere einem Halbleiterbauelement großer Fläche (wie ein Flüssigkristall-Anzeigegerät oder ein LSI großer Fläche).

Claims

1. Verfahren zur Projektionsbelichtung, bei dem ein auf einer Maske gebildetes Schaltungsmuster durch Projektion auf ein Substrat (4) mittels eines optischen Projektionssystems belichtet wird, wobei das Verfahren vorsieht, daß wenigstens ein Strahl kohärenten Lichts (16) mit einem vorbestimmten Einfallswinkel auf das Substrat (4) gestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

der wenigstens eine Strahl kohärenten Lichts (16) auf das Substrat (4) mit einem Einfaliswinkel von wenigstens 85º gestrahlt wird;

eine Information (Ix) auf dem Interferenzstreifen detektiert wird, der erzeugt wird durch Licht (16'), das von dem Substrat reflektiert wird, und einem Referenzucht (17), das mit dem kohärenten Licht interferiert,

eine Information auf einer ausgewählten Periode (P) des Interferenzstreifens (Ix) und dessen Periode und Phase berechnet wird,

eine Neigung des Substrats auf der Basis der kalkulierten Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens und dessen Periode und Phase detektiert wird,

und daß nach Wahl wenigstens eine Maske beziehungsweise ein Substrat langsam um die zwei Achsen herumbewegt wird, die die optische Achse des optischen Projektionssystems in einer Richtung senkrecht dazu kreuzen, wodurch das Nivellieren so gesteuert wird, daß die bilderzeugende Ebene des Schaltungsmusters auf gleicher Höhe wie die Substratoberfläche kommt.

2. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Substrats auf der Basis der berechneten Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase detektiert wird.

3. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl kohärenten Lichts (16) eine Mehrzahl verschiedener Wellenlängen (λ&sub1;, λ&sub2;) hat, und daß irgendeines der Mehrzahl der Informationssignale des Interferenzstreifens ausgewählt wird, so daß nach Wahl wenigstens die Teilneigung beziehungsweise die Höhe des Substrats (4) detektiert wird.

4. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von wenigstens einem des von dem Substrat reflektierten Lichts und des Referenzlichts abgeleitete Information ermittelt wird, die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen durch Verwendung der ermittelten Information korrigiert wird, und die Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder der Periode und Phase hiervon aus der korrigierten Information auf dem Interferenzstreifen berechnet wird.

5. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Information auf Periode und Phase des Interferenzstreifens auf der Basis der Spektruminformation durchgeffihrt wird, die durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) der korrigierten Information auf dem Interferenzstreifen erhalten wird.

6. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt wird:

Ixc = (Ix - Ox - Rx)/(2/(Ox x Rx)1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen ist, Ix die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ox die nur von dem Substrat erhaltene Information und Rx die Information, die nur von dem Bezugsucht abgeleitet wird.

7. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur gemäß der folgenden Gleichung bewirkt wird:

Ixc = (Ix - Ox - Rc)/(2/(Ox x Rc)1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ix die detektierte Information in dem Interferenzsteifen, Ox die Information ist, die nur von dem von dem Substrat reflektierten Licht abgeleitet wird oder die Information, die nur aus dem Referenzlicht abgeleitet wird, und Rc ein vorbestimmter Wert ist.

8. Verfahren zur Projektionsbelichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Substrat gestrahlte Strahl (16) ein S-polarisiertes Licht ist.

9. Projektionsbelichtungsgerät enthaltend:

ein Gestell (7) zum Halten eines Beleuchtungssystems zur Belichtung

nach Wahl eine Maske oder eine Strichplatte (9), ein optisches Projektionssystem und ein Objekt (4) zur Belichtung,

ein Ausrichtsystem (800) zum Detektieren relativer Stellungen der ausgewählten Maske beziehungsweise Strichplatte und des Belichtungsobjekts, wodurch dessen Positionierung gesteuert wird,

wenigstens eine Beleuchtungsvorrichtung (11) zum Umwandeln des von einer kohärenten Lichtquelle (1) emittierten Lichts in einen parallelen Beleuchtungslichtstrahl (15) und Strahlen dieses Lichtes diagonal auf die Belichtungsfläche des optischen Projektionssystems auf der Oberfläche des zu belichtenden Objekts (4) mit einem Einfaliswinkel von θ,

wenigstens ein optisches Detektionssytem zum Einführen des von dem Belichtungsobjekt reflektierten Objektlichts in die Musterdetektionseinrichtung (3),

eine Vorrichtung zum Trennen des von der kohärenten Lichtquelle (1) emittierten Lichts und zum Erzeugen eines Referenzlichts (17), wenigstens eine Referenzlichtvorrichtung zum Einführen des Referenzlichts in die Musterdetektionsvorrichtung (3) und Überlagern und Herbeiführen einer Interferenz hiervon mit der optischen Achse des Objektlichts in einem gewünschten Winkel auf der Musterdetektionsvorrichtung,

einen Verarbeitungskreis (5) zum Erzeugen von wenigstens einer Information über die Neigung des Belichtungsobjekts aus der Information über das Interferenzmustei; das von der Musterdetektionsvorrichtung (3) erhalten wird, und

ein Gestellsteuerungssystem zum Steuern von wenigstens der Neigung in einer Richtung des Belichtungsobjekts auf der Basis dieser Information.

10. Projektionsbelichtungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (11) einen Lichtstrahl mit einer Mehrzahl verschiedener Wellenlängen (λ&sub1;, λ&sub2;) ausstrahlen, und daß das Gerät außerdem selektive Detektionseinrichtungen zum Auswählen irgendeiner aus der Mehrzahl von Informationssignalen auf dem Interferenzstreifen enthält, die durch den Detektor detektiert werden, und zum Detektieren der Teilneigung des Substrats, in Übereinstimmung mit den Lichtstrahlen, die eine Mehrzahl von Wellenlängen haben.

11. Projektionsbelichtungsgerät nach Anspruch 9, außerdem enthaltend eine Ermittlungsvorrichtung zum Zusammenstellen der Information, die von nur dem vom Substrat reflektierten Licht beziehungsweise nur vom Referenzucht abgeleitet wird, eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren der Interferenzstreifeninformation, die durch die Musterdetektionsvorrichtung detektiert wird, durch Verwendung der von der Ermittlungsvorrichtung zusammengestellten Information, eine Vorrichtung zum Detektieren wahlweise der Neigung beziehungsweise der Höhe des Substrats durch Berechnen der Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase aus der von der Korrekturvorrichtung korrigierten Information, wobei die Detektionsvorrichtung nach Wahl die Neigung oder die Höhe des Substrats auf der Basis der berechneten Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase berechnet, und einer Nivellierungssteuervorrichtung zum Steuern der Antriebsvorrichtung in solcher Weise, daß die bildgebende Oberfläche des Schaltungsmusters auf die Höhe der Substratoberfläche kommt, auf der Basis der Information über wahlweise die Neigung oder die Höhe, die durch die Detektionsvorrichtung detektiert wird.

12. Projektionsbelichtungsgerät nach Anspruch 11, das als Ermittlungsvorrichtung eine Maskenvorrichtung enthält.

13. Projektionsbelichtungsgerät nach Anspruch 11, wobei die Ermittlungs vorrichtung eine Vorrichtung zum Zusammenstellen der nur von dem Bezugslicht abgeleiteten Information enthält und die Korrekturvorrichtung Vorrichtungen zur Durchführung der Korrektur unter Verwendung der Information enthält, die nur von dem Bezugslicht abgeleitet wird, das von der zusätzlichen Ermittlungsvorrichtung ermittelt wird.

14. Projektionsbelichtungsgerät nach Anspruch 11, wobei die Korrektur durch die Korrekturvorrichtung gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt wird:

Ixc = (Ix - Ox - Rx)/(2/(Ox x Rx)1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ix die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ox die Information ist, die nur von dem vom Meßobjekt reflektierten Licht abgeleitet wird, und Rx die Information ist, die vom Referenzlicht abgeleitet wird.

15. Projektionsbelichtungsgerät nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Information auf einer ausgewählten Phase des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase in der Vorrichtung zum Detektieren nach Wahl der Neigung oder der Höhe auf der Basis der Spektruminformation durchgeführt wird, die durch schnelle Fourier-Transformation (FFT) der korrigierten Information auf dem Interferenzstreifen erhalten wird.

16. Verfahren zum Detektieren von wenigstens der Neigung eines optisch mehrschichtigen Objekts, wobei regelmäßig reflektiertes Licht (16) von diesem Objekt zur Interferenz mit einem festen Referenzlicht (17) veranlaßt wird, das mit dem regelmäßig reflektierten Licht kohärent ist, und wenigstens eine Periode der Interferenzinformation erhalten wird und wenigstens die Neigung des vielschichtigen Objekts aus der Periode der Interferenzinformation detektiert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Referenzucht (17) so eingestellt ist, daß es im wesentlichen den gleichen Lichtweg wie das Bestrahlungslicht (16) passiert und das regelmäßig reflektierte Licht zur Interferenz mit dem Referenzlicht veranlaßt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, das weiter die Schritte enthält, eine Phase der Interferenzinforrnation zu erhalten und außerdem die Höhe des mehrschichtigen Objekts aus der Periode und Phase der Interferenzinformation zu detektieren.

19. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner die Schritte enthält, kohärentes Licht auf das optisch mehrschichtige Objekt mit einem Einfallswinkel von nicht weniger als 85º zu strahlen, so daß man wenig stens die Periode der Interferenzinformation aus der Interferenz des regelmäßig reflektierten Lichts und des festen Referenzlichts erhalten kann, das mit dem regelmäßig reflektierten Licht kohärent ist, wobei man die Phase der Interferenzinformation detektiert und die Höhe des mehrschichtigen Objekts aus der Periode und Phase der Interferenzinforamtion detektiert.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Information ermittelt wird, die nur von wenigstens einem des vom Meßobjekt reflektierten Lichts und von Referenzucht abgeleitet ist, die so zusammengestellte Information unter Bezugnahme auf die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen korrigiert wird, die Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase aus der korrigierten Information aus dem Interferenzstreifen berechnet wird, und wahlweise die Neigung oder die Höhe des Meßobjekts detektiert wird auf der Basis der berechneten Information von der ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Information, die nur von dem Referenzlicht abgeleitet wird, zusammengestellt wird, und die oben erwähnte Korrektur durch die Verwendung der so zusammengestellten Information bewirkt wird.

22. Verfahren zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe nach Anspruch 20, wobei die Korrektur bewirkt wird gemäß der folgenden Gleichung

Ixc = (Ix - Ox - x Rx)/(2/(Ox x Rx)1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen ist, Ix die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ox die Information, die nur aus dem von dem Meßobjekt detektierten Licht abgeleitet ist, und Rx die Information, die nur von dem Referenzlicht abgeleitet ist.

23. Verfahren zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe nach Anspruch 20, wobei die Korrektur bewirkt wird gemäß der folgenden Gleichung Ixc = (Ix - - Rc)/(2/(Üx x Rc) 1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen ist, Ix die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ox die Information ist, die nur von dem von dem Meßobjekt reflektierten Licht abgeleitet wird, oder die Information, die nur aus dem Referenzlicht abgeleitet wird, und Rc ein vorbestimmter Wert ist.

24. Verfahren zum Detektieren wenigstens der Neigung oder der Höhe gemäß Anspruch 21, wobei die Information über Periode und Phase des Interferenzstreifens berechnet wird auf der Basis der Spektruminformation, die erhalten wird, indem man die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen einer schnellen Fourier-Transformation unterwirft.

25. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe eines Objekts, enthaltend

wenigstens eine Lichtquelle (1),

eine Bestrahlungsvorrichtung (11) zur Bestrahlung des von der Lichtquelle emittierten Licht auf die Oberfläche eines Objekts (4) in solcher Weise, daß der Hauptstrahl des Lichts die Oberfläche mit einem Einfallwinkel von wenigstens 85º trifft,

eine Vorrichtung (3) zum Detektieren der Information des regelmäßig von dem Meßobjekt reflektierten Lichts,

einen Verarbeitungskreis (5) zur Berechnung der Neigung des Meßobjekts aus dem Signal, das mit der Detektierungsvorrichtung erhalten wird, und einer Referenzlichterzeugungsvorrichtung (10) zur Erzeugung eines festen Referenzlichts, kohärent mit dem regelmäßig reflektierten Licht, wobei das regelmäßig reflektierte Licht und das Referenzlicht durch die Detektionsvorrichtung in Form eines Interferenzstreifens detektiert wird, und die Verarbeitungsvorrichtung die Neigung aus der Periode des so erhaltenen Interferenzsignals berechnet.

26. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe eines Objekts nach Anspruch 25, wobei das Referenzlicht, das in der Referenzlichterzeugungsvorrichtung erzeugt wird, in solcher Weise ausgebildet ist, daß es durch im wesentlichen den gleiche Lichtweg hindurchtritt wie das Bestrahlungslicht und das regelmäßig reflektierte Licht, das mit dem Referenzlicht interferiert hat, außer daß das Referenzlicht nicht von der Oberfläche des Meßobjekts reflektiert wird.

27. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe eines Objekts nach Anspruch 25, enthaltend wenigstens eine monochromatische Lichtquelle zum Emittieren eines Strahles mit einer Vielzahl von verschiedenen Wellenlängen, Kollimatoren zum Umwandeln des von der monochromatischen Lichtquelle emittierten Strahls in einen im wesentlichen parallelen Strahl, einen Strahlaufspalter zur Trennung des Strahls in eine Mehrzahl von Strahlen, eine optische Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung eines Objektes mit einem der Parallelstrahlen, in die der ursp[iingliche Strahl aufgespalten ist, ein optisches Detektionssystem zum Einführen des von der optischen Bestrahlungsvorrichtung ausgestrahlten und von dem Objekt reflektierten Lichts in einen Detektot; ein optisches Referenzlichtsystem zum Einführen in den Detektor des anderen der parallelen Strahlen, in die der ursprüngliche Strahl durch den Strahlaufspalter aufgespaltet wurde, wobei der andere Parallelstrahl an dem Detektor dem Objektlicht überlagert wird, das von der optischen Detektionsvorrichtung erhalten wird, und eine selektive Detektionsvorrichtung zum Auswählen irgendeiner der Mehrzahl der Informationssignale auf dem Interferenzstreifen, die durch den Detektor detektiert wurden, in Übereinstimmung mit den Wellenlängen, um dadurch die Neigung des optischen vielschichtigen Objekts zu detektieren.

28. Gerät zum Detektieren wanlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe entsprechend Anspruch 27, wobei die selektive Detektionsvorrichtung die Auswahl irgendeines der Mehrzahl von Interferenzsignalen auf dem Interferenzstreifen ermöglicht, die von dem Detektor in Übereinstimmung mit den Wellenlängen detektiert werden, um somit die Höhe des Objekts zu detektieren.

29. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 28, wobei die Auswahl durch die selektive Detektionsvorrichtung aus der Information über die optischen Charakteristiken und die Filmstruktur des Objekts bewirkt wird.

30. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 28, wobei die selektive Detektionsvorrichtung eine Vergleichsvorrichtung enthält zum Vergleichen der Objektlichtstrahlen mit einer Mehrzahl von Wellenlängen miteinander.

31. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 27, wobei die selektive Detektionsvorrichtung so aufgebaut ist, daß sie das Meßresultat mit einer ausgewählten Wellenlänge korrigiert durch Verwendung der Information über die optischen Charakteristiken und die Filmstruktur des optisch vielschichtigen Objekts.

32. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 28, wobei die selektive Detektionsvorrichtung eine Vergleichsvorrichtung enthält, um die Information über die Interferenzstreifen einer Fourier-Transformation zu unterwerfen, und das Verhältnis I(ω')/I(ω&sub0;) für verschiedene Wellenlängen miteinander zu vergleichen, wobei I(ω&sub0;) die Grundkomponente der Frequenz ω&sub0;(=0) des Fourier-Transformationsspektrums ist und I(ω') die Spektrumkomponente entsprechend der Frequenz des Interferenzstreifens.

33. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 32, wobei die selektive Detektionsvorrichtung in solcher Weise aufgebaut ist, daß sie das Meßergebnis mit einer ausgewählten Wellenlänge korrigiert durch Verwendung der Information über die optischen Charakteristiken und die Filmstruktur des optisch vielschichtigen Objekts.

34. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 28, wobei die monochromatische Lichtquelle S-polarisiertes Licht aussendet.

35. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe durch Interferenz gemäß Anspruch 25, ferner enthaltend eine Ermittlungsvorrichtung zum Zusammenstellen der Information, die abgeleitet wird von nur wenigstens einem des vom Meßobjekt reflektierten Lichts und des Referenzlichts, eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren der Interferenzstreifen-Informationsdetektionsvorrichtung durch Verwendung der durch die Ermittlungsvorrichtung zusammengestellten Information, und eine Detektionsvorrichtung zum Berechnen der Information auf einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase aus der Interferenzstreifeninformation, die durch die Korrekturvorrichtung korrigiert wurde, wodurch wahlweise wenigstens die Neigung oder Höhe des Meßobjekts auf der Basis der berecbneten Information über eine ausgewählte Periode des Interferenzstreifens und dessen Periode oder Phase detektiert wird.

36. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Zusammenstellen der Information enthält, die nur aus dem Referenzlicht abgeleitet wird, und die Korrekturvorrichtung eine Vorrichtung enthält, die die oben erwähnte Korrektur durchführt unter Verwendung der Information, die nur aus dem Referenzlicht abgeleitet wird, die durch erwähnte zusätzliche Ermittlungsvorrichtung zusammengestellt wird.

37. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung so aufgebaut ist, daß sie die Korrektur gemäß der folgenden Gleichung bewirkt

Ixc = (Ix - Ox - x Rx)/(2/(Ox x Rx)1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information aus dem Interferenzstreifen ist, Ix die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ox die Information, die nur aus dem vom Meßobjekt reflektierten Licht abgeleitet ist, und Rx die Information, die nur aus dem Referenzlicht abgeleitet ist.

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38. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe gemäß Anspruch 35, wobei die Korrekturvorrichtung so aufgebaut ist, daß sie die Korrektur gemäß der folgenden Gleichung durchführt

Ixc = (Ix - Ox - Rc)/(2/(Ox x Rc)1/2)

wobei Ixc die korrigierte Information auf dem Interferenzstreifen ist, Ix die detektierte Information auf dem Interferenzstreifen, Ox die Information ist, die nur von dem von dem Meßobjekt reflektierten Licht abgeleitet wird, oder die Information, die nur von dem Referenzucht abgeleitet wird, und Rc ein vorbestimmter Wert ist.

39. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Berech nung der Information an einer ausgewählten Periode des Interferenzstreifens oder dessen Periode und Phase in der Vorrichtung zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder Höhe basiert ist auf der Spektruminformation beruht, die erhalten wird durch eine Fourier-Transformation der korrigierten Information auf dem Interferenzstreifen.

40. Gerät zum Detektieren wahlweise wenigstens der Neigung oder der Höhe nach Anspruch 25, ferner enthaltend eine Reflexionsbestrahlungsvorrichtung zum Reflektieren in im wesentlichen senkrechter Richtung des Lichts, das regelmäßig von dem Objekt reflektiert wird, und mit diesem Licht wieder das Objekt zu bestrahlen, eine Referenzlichterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines festen Referenzlichts, einer Vorrichtung zum Detektieren eines Interferenzstreifens, der von dem regelmäßig reflektierten Licht und dem Referenzucht erzeugt wird, einem Gerät zum Detektieren der Periode und Phase einer Sinuswelle, die mit einem detektierten Interferenzstreifensignal beliefert wird, und einem Rechnerkreis zum Berechnen der Neigung und Höhe der Objektoberfläche aus der Periode und Phase, die von dem Detektionsgerät erzeugt wird