JP2000241121A - Step-difference measuring apparatus, etching monitor using the same, and etching method - Google Patents

Step-difference measuring apparatus, etching monitor using the same, and etching method

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JP2000241121A
JP2000241121A JP3863599A JP3863599A JP2000241121A JP 2000241121 A JP2000241121 A JP 2000241121A JP 3863599 A JP3863599 A JP 3863599A JP 3863599 A JP3863599 A JP 3863599A JP 2000241121 A JP2000241121 A JP 2000241121A
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etching
transparent substrate
light
interference
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to measure a step-difference of fine depth formed on a transparent substrate, from the rear of the transparent substrate. SOLUTION: Two light beams having coherency are cost from the rear of a transparent substrate, and reflected by the respective step-difference surfaces. The two reflected beams are synthesized to be an interference beam. In this case, the optical distance of one optical path is changed continuously in time. This interference beam is received with a photo detector 34 and converted to an electric signal. An output signal of the photo detector 34 contains phase information caused by the step-difference and phase information which is compulsorily introduced. A signal processing circuit 35 stores the relation between time and photo detector output intensity. By comparing phase information before the step-difference is formed with phase information after the step- difference is formed, the phase information caused by the step-difference can be led out as the amount of phase shift.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、0.1nm程度の
分解能を有する段差測定装置、並びにこの段差測定装置
を用いたエッチングモニタ装置及びエッチング方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step measuring device having a resolution of about 0.1 nm, an etching monitor using the step measuring device, and an etching method.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの線幅の縮小化に伴い、一層高い
解像限界のフォトマスクとして位相シフトマスクが使用
されている。この位相シフトマスクは、ガラス基板上に
複数の光透過開口を規定する遮光パターンが形成され、
遮光パターンをはさんで互いに隣接する光透過開口を通
過する露光光間にλ/2の位相差を与えるように構成さ
れている。位相シフトマスクの実際の構成として、ガラ
ス基板上に光透過開口を規定する遮光パターンが形成さ
れ、光透過開口についてλ/2の位相差を与える凹部が
1個おきに形成され、凹部が形成され又は凹部が形成さ
れていない部分が位相シフタとして機能している。位相
シフタを構成する凹部はエッチングにより形成され、そ
の深さは数100nm程度である。
2. Description of the Related Art Along with a reduction in the line width of an LSI, a phase shift mask is used as a photomask having a higher resolution limit. In this phase shift mask, a light-shielding pattern that defines a plurality of light transmission openings is formed on a glass substrate,
It is configured to give a phase difference of λ / 2 between the exposure lights passing through the light transmission openings adjacent to each other with the light shielding pattern interposed therebetween. As an actual configuration of the phase shift mask, a light-shielding pattern that defines a light-transmitting opening is formed on a glass substrate, and every other concave portion that provides a phase difference of λ / 2 with respect to the light-transmitting opening is formed. Alternatively, a portion where no concave portion is formed functions as a phase shifter. The concave portion constituting the phase shifter is formed by etching, and has a depth of about several 100 nm.

【0003】位相シフトマスクにおいて、位相シフタが
形成されている開口を通過した光と位相シフタが形成さ
れていない開口を通過した光間の位相差はλ/2に設計
されており、λ/2からずれるに従って解像度が低下し
フォトマスクとして品質が低下してしまう。このため、
位相シフトマスクの製造工程において、位相シフタを構
成する凹部の深さを正確に測定できる段差測定装置の開
発が強く要請されており、特に0.1nm程度の凹部深
さを測定できる段差測定装置の開発が強く要請されてい
る。
In a phase shift mask, the phase difference between light passing through an opening in which a phase shifter is formed and light passing through an opening in which no phase shifter is formed is designed to be λ / 2. As it deviates, the resolution decreases and the quality as a photomask decreases. For this reason,
In the manufacturing process of the phase shift mask, there is a strong demand for the development of a step measuring device capable of accurately measuring the depth of the concave portion constituting the phase shifter. In particular, a step measuring device capable of measuring the concave depth of about 0.1 nm has been demanded. Development is strongly demanded.

【0004】位相シフトマスクの欠陥検査装置として、
本願人から提案されている特願平8−339522号に
記載されている装置がある。この欠陥検査装置では、遮
光パターンの表面を基準にして透明基板に形成されてい
る凹部の深さを位相情報として取り出し、この位相情報
から欠陥の存在を検出している。
As a defect inspection apparatus for a phase shift mask,
There is an apparatus described in Japanese Patent Application No. 8-339522 proposed by the present applicant. In this defect inspection apparatus, the depth of a concave portion formed in a transparent substrate is extracted as phase information with reference to the surface of the light-shielding pattern, and the presence of a defect is detected from the phase information.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】位相シフタを構成する
凹部の深さは100nm程度であるため、その欠陥検査
を行う場合0.1nm程度の深さ誤差まで検出できなく
てはならず、位相シフトマスクの欠陥検査は極めて困難
であった。一方、上述した本願人から提案されている欠
陥検査装置は凹部の深さを位相情報として取り出してい
るため、極めて高精度に欠陥検査を行うことができる利
点がある。
Since the depth of the recess constituting the phase shifter is about 100 nm, it is necessary to detect a depth error of about 0.1 nm when performing a defect inspection. Inspection of mask defects was extremely difficult. On the other hand, the above-described defect inspection apparatus proposed by the present applicant has an advantage that defect inspection can be performed with extremely high accuracy because the depth of the concave portion is extracted as phase information.

【0006】一方、位相シフタを形成するエッチング工
程中に凹部の深さ、すなわち段差の深さ(レベル)を
0.1nm程度の分解能で測定できれば、位相シフトマ
スクの生産の歩留りを一層向上させることができる。す
なわち、エッチング処理により透明基板に段差を形成す
る際、規定量以上に過剰にエッチングされるとこの透明
基板はもはや製品として使用することができない。一
方、エッチング量が規定量以下の場合不足量だけエッチ
ングを追加すればよいが、レジストパターンが形成され
ている透明基板のエッチング量すなわち段差を測定する
ことは従来の測定装置では極めて困難であり、しかもレ
ジストパターンの厚さはエッチングの進行状態に応じて
相違するため、エッチング処理を行う側から光ビームを
投射して段差測定を行う装置はその使用範囲が制限され
る不都合がある。
On the other hand, if the depth of the concave portion, ie, the depth (level) of the step can be measured with a resolution of about 0.1 nm during the etching step for forming the phase shifter, the production yield of the phase shift mask can be further improved. Can be. That is, when a step is formed on a transparent substrate by an etching process, the transparent substrate can no longer be used as a product if it is excessively etched beyond a specified amount. On the other hand, if the etching amount is less than the specified amount, it is sufficient to add the etching by an insufficient amount, but it is extremely difficult to measure the etching amount of the transparent substrate on which the resist pattern is formed, that is, the step, with a conventional measuring device, In addition, since the thickness of the resist pattern varies depending on the progress of the etching, there is an inconvenience that the range of use of an apparatus for measuring a level difference by projecting a light beam from the side performing the etching process is limited.

【0007】さらに、0.1nm程度の微小な高さレベ
ルの段差の測定は、上述した位相シフトマスクだけでな
く、光学的に透明な基板上に導波路等の各種の光学素子
が形成されている光集積回路の分野においても強く要請
されている。
Further, measurement of a step at a minute height level of about 0.1 nm is performed not only by the above-described phase shift mask but also by forming various optical elements such as waveguides on an optically transparent substrate. There is also a strong demand in the field of optical integrated circuits.

【0008】従って、本発明の目的は、微小な高さレベ
ルの段差を高分解能で測定できる段差測定装置及び段差
測定方法を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a step measuring apparatus and a step measuring method capable of measuring a step at a minute height level with high resolution.

【0009】さらに、本発明の別の目的は、レジストパ
ターンが形成されているエッチング途中の透明基板につ
いて、レジストパターンが形成されている状態でそのエ
ッチング量すなわち段差量又は凹部の深さを正確に測定
できるエッチングモニタ装置を実現することにある。
Another object of the present invention is to accurately determine the amount of etching, that is, the amount of step or the depth of a concave portion of a transparent substrate on which a resist pattern is being formed while the resist pattern is being formed. An object of the present invention is to realize an etching monitor device capable of measuring.

【0010】さらに、本発明の別の目的は、予め定めた
規定の深さに正確にエッチングすることができるエッチ
ング方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide an etching method capable of accurately etching to a predetermined depth.

【0011】さらに、本発明の目的は、予め定めた規定
の深さに正確にエッチングすることができるエッチング
装置を提供することにある。
It is a further object of the present invention to provide an etching apparatus capable of accurately etching to a predetermined depth.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明による段差測定装
置は、第1の面及びこの第1の面と対向する裏面となる
第2の面を具える光学的に透明な基板の、第1の面又は
その上側に形成され、互いに屈折率の相違する2個の媒
質により構成される第1の界面と同様に屈折率の相違す
る2個の媒質により構成される第2の界面との間のこれ
ら界面と直交する方向の距離である段差を光学的に測定
する段差測定装置であって、光ビームを発生する光源装
置と、前記光源装置から発生した光ビームから互いに干
渉性を有する2本の光ビームを発生する光学系と、これ
ら2本の光ビームを前記透明基板の裏面である第2の面
に向けて投射する対物レンズと、透明基板の第2の面を
透過し第1の界面及び第2の界面でそれぞれ反射した2
本の反射ビームの位相を相対的にシフトさせると共にこ
れら2本の反射ビームを合成して干渉ビームを発生する
干渉光学系と、この干渉光学系から出射した干渉ビーム
を受光し、前記干渉光学系により与えられた位相シフト
量に対応した干渉ビームの振幅を出力する光検出器と、
この光検出器に接続され、前記透明基板の第1の測定に
おける位相シフト量に対する干渉ビームの振幅の変化の
情報を含む第1の位相情報と前記第1の測定とは異なる
第2の測定における位相シフト量に対する干渉ビームの
振幅変化の情報を含む第2の位相情報との間の位相変位
量を求め、得られた位相変位量から測定すべき段差の大
きさ決定する信号処理装置とを具えることを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a step measuring apparatus comprising: an optically transparent substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; And a second interface formed of two media having different refractive indexes similarly to the first interface formed of two media having different refractive indexes and formed on or above the surface. A step measuring device for optically measuring a step which is a distance in a direction orthogonal to these interfaces, comprising: a light source device for generating a light beam; and two light source devices having a coherence from the light beam generated from the light source device. An optical system for generating a light beam, an objective lens for projecting these two light beams toward a second surface, which is the back surface of the transparent substrate, and a first lens which transmits through the second surface of the transparent substrate. 2 reflected at the interface and the second interface, respectively.
An interference optical system that relatively shifts the phases of the two reflected beams and combines the two reflected beams to generate an interference beam; and receives the interference beam emitted from the interference optical system and receives the interference beam. A photodetector that outputs the amplitude of the interference beam corresponding to the amount of phase shift given by
The first phase information, which is connected to the photodetector and includes information on a change in the amplitude of the interference beam with respect to the phase shift amount in the first measurement of the transparent substrate, and a second measurement different from the first measurement A signal processing device for determining a phase displacement amount between the phase shift amount and second phase information including information on an amplitude change of the interference beam, and determining a magnitude of a step to be measured from the obtained phase displacement amount. It is characterized by

【0013】本発明の基本思想は、段差又は凹部が形成
されている第1の面とは反対の第2の面に向けて光ビー
ムを投射すること及び位相シフト法により段差又は凹部
の深さを決定することである。本発明は、隣接する2本
の光ビームを大きな開口数で投射した場合、これら2本
の光ビームは互いに共通の光路を伝搬するものとみなす
ことができると言う認識に基づいている。このような認
識に基づけば、透明基板又は透明層に2本の光ビームを
投射し、透明基板の反対側に位置する界面で反射した2
本の反射ビームを合成して干渉ビームを発生させれば、
この干渉ビームは2本の反射ビーム間の位相差含むもの
となる。従って、干渉ビームに含まれる位相差情報を検
出できれば、透明基板に形成された2個の界面により構
成される段差の大きさを検出できることになる。本発明
では、段差を構成する2個の界面でそれぞれ反射した反
射ビーム間の位相差を位相シフト法により検出する。こ
の位相シフト法を利用すれば、10nm程度の段差を正
確に検出することができ、位相シフトマスクや光集積回
路に形成される微小な深さの段差を正確に測定すること
ができる。
The basic idea of the present invention is to project a light beam toward a second surface opposite to the first surface on which a step or a recess is formed, and to determine the depth of the step or the recess by a phase shift method. Is to determine. The present invention is based on the recognition that if two adjacent light beams are projected with a large numerical aperture, these two light beams can be considered to propagate along a common optical path. Based on such recognition, two light beams are projected on the transparent substrate or the transparent layer, and reflected on the interface located on the opposite side of the transparent substrate.
If the reflected beams are combined to generate an interference beam,
This interference beam includes a phase difference between the two reflected beams. Therefore, if the phase difference information included in the interference beam can be detected, the size of the step formed by the two interfaces formed on the transparent substrate can be detected. In the present invention, the phase difference between the reflected beams respectively reflected at the two interfaces forming the step is detected by the phase shift method. By using this phase shift method, a step of about 10 nm can be accurately detected, and a step having a small depth formed in a phase shift mask or an optical integrated circuit can be accurately measured.

【0014】一方、位相シフトマスクや光集積回路にお
いて、エッチング処理により凹部を形成する場合、表面
側にはレジストパターンが形成されており、このレジス
トパターンの厚さはエッチングの進行状況に応じて変化
するため、レジストパターンが形成された側から光ビー
ムを投射しても正確な段差量を測定することができな
い。これに対して、裏面側から光ビームを投射すれば、
レジストパターンの影響を受けることなく深さ測定を行
うことができ、エッチング途中の基板についも深さ測定
を行うことができる。
On the other hand, when a concave portion is formed by an etching process in a phase shift mask or an optical integrated circuit, a resist pattern is formed on the surface side, and the thickness of the resist pattern changes according to the progress of the etching. Therefore, even if a light beam is projected from the side on which the resist pattern is formed, an accurate step difference cannot be measured. On the other hand, if a light beam is projected from the back side,
Depth measurement can be performed without being affected by the resist pattern, and depth measurement can be performed on a substrate during etching.

【0015】透明基板の反対側に位置する段差を構成す
る2個の界面で反射した反射ビーム間にΔθの位相差が
存在する場合、この位相差Δθは以下の式で表すことが
できる。 Δθ=2π2nd/λ (1) ここで、nは透明基板の屈折率、dは2個の間の界面と
直交する方向における距離すなわち段差の高さレベル、
及びλは測定光の波長である。従って、この位相差Δθ
を検出できれば、式(1)に基づいて段差の高さレベル
dを求めることができる。
When there is a phase difference of Δθ between reflected beams reflected at two interfaces forming a step located on the opposite side of the transparent substrate, the phase difference Δθ can be expressed by the following equation. Δθ = 2π2nd / λ (1) where n is the refractive index of the transparent substrate, d is the distance in the direction orthogonal to the interface between the two substrates, that is, the height level of the step,
And λ are the wavelengths of the measurement light. Therefore, this phase difference Δθ
Can be detected, the height level d of the step can be obtained based on the equation (1).

【0016】本発明では、位相差Δθを位相シフト法に
より求める。このため、透明基板の段差を構成する第1
の界面及び第2の界面でそれぞれ反射した2本の反射ビ
ームの位相を相対的にシフトさせると共にこれら2本の
反射ビームを合成して干渉ビームを発生する干渉光学系
を用いる。干渉光学系から出射する干渉ビームは干渉光
学系により与えられた位相シフト量及び段差に起因する
位相情報の両方を含むから、この干渉光学系から出射し
た干渉ビームを光検出器により受光すれば、干渉光学系
により与えられた位相シフト量に対応した干渉ビームの
振幅を出力するすることになる。従って、例えば段差が
形成される前の透明基板についての位相シフト量に対応
した干渉ビームの振幅変化を測定し、次に段差が形成さ
れた状態で位相シフト量に対応した干渉ビームの振幅変
化を測定すれば、これらの位相情報間の位相変位量が段
差に起因する位相差Δθに相当する。
In the present invention, the phase difference Δθ is obtained by a phase shift method. For this reason, the first step constituting the step of the transparent substrate
An interference optical system is used that relatively shifts the phases of the two reflected beams respectively reflected at the interface and the second interface and combines the two reflected beams to generate an interference beam. Since the interference beam emitted from the interference optical system includes both the phase shift amount given by the interference optical system and the phase information caused by the step, if the interference beam emitted from the interference optical system is received by the photodetector, The amplitude of the interference beam corresponding to the amount of phase shift given by the interference optical system is output. Therefore, for example, the amplitude change of the interference beam corresponding to the amount of phase shift for the transparent substrate before the step is formed is measured, and then the amplitude change of the interference beam corresponding to the amount of phase shift is formed with the step formed. If measured, the amount of phase displacement between these pieces of phase information corresponds to the phase difference Δθ caused by the step.

【0017】本発明は、測定すべき段差は透明基板の第
1の面に直接形成されている場合及び第1の面の上側に
形成した種々の膜により構成される界面から成る場合の
両方の場合について適用することができる。さらに、第
1の界面を構成する媒質及び第2の界面を構成する媒質
を同一の媒質とすることができ、或いは第1の界面を構
成する媒質及び第2の界面を構成する媒質が互いに相違
する場合にも適用することができ、さらに、2個の界面
の一方の媒質が同一で他方の媒質が相違する場合にも適
用することができる。
According to the present invention, the step to be measured is formed both directly on the first surface of the transparent substrate and when the step comprises an interface constituted by various films formed on the first surface. The case can be applied. Further, the medium forming the first interface and the medium forming the second interface can be the same medium, or the medium forming the first interface and the medium forming the second interface are different from each other. The present invention can also be applied to the case where one medium of the two interfaces is the same and the other medium is different.

【0018】本発明による段差測定装置の好適実施例
は、光検出器の前面側に、ほぼ中央に開口が形成されて
いるミラーを配置し、このミラーの開口を通過した光が
前記光検出器に入射してコンフォーカル光学系を構成
し、測定しようとする界面以外の界面からの反射光が光
検出器に入射しないように構成したことを特徴とする。
段差測定すべきサンプルに複数の界面が形成されている
場合、投射された光ビームは各界面でそれぞれ反射す
る。この場合、測定すべき界面以外の界面で反射した反
射光は光路から変移するため、コンフォーカル光学系を
利用することにより不所望な界面で反射した反射光を除
去することができ、測定精度が向上する。特に、透明基
板上に複数の層を形成し、これらの層の界面間の距離で
ある段差或いは膜厚を測定する場合に極めて有益であ
る。
In a preferred embodiment of the step measuring apparatus according to the present invention, a mirror having an opening formed substantially at the center is disposed on the front side of the photodetector, and light passing through the opening of the mirror is used as the photodetector. To form a confocal optical system so that reflected light from an interface other than the interface to be measured does not enter the photodetector.
When a plurality of interfaces are formed on a sample to be measured for a step, the projected light beam is reflected at each interface. In this case, since the reflected light reflected at an interface other than the interface to be measured shifts from the optical path, the reflected light reflected at an undesired interface can be removed by using a confocal optical system. improves. In particular, it is extremely useful when forming a plurality of layers on a transparent substrate and measuring the step or the film thickness, which is the distance between the interfaces of these layers.

【0019】本発明による段差測定装置の好適実施例
は、光源装置が、光放射ダイオード(LED)と位相回
折格子とを有することを特徴とする。高精度な測定を行
うためには、迷光の影響をできるだけ除去することが望
ましい。しかしながら、各種光学素子の表面での反射や
屈折の影響を完全に除去することは困難である。この場
合、測定ビームとしてレーザ光を用いると、レーザ光は
コヒーレンス長が長いため、発生した迷光が干渉してし
まい、ノイズが生じてしまう。これに対して、LEDか
ら放出された光ビームはコヒーレンス長が短いため、各
種光学素子の反射面又は屈折面で迷光が生じてもこれら
の迷光は正規の光路長よりも長い光路長にわたって進行
するため、干渉性を失いノイズとはならない。従って、
0.1nm程度の高分解能の測定を行うためには、光源
としてLEDを用いることは極めて有益である。さら
に、2本のコヒーレントな光ビームを発生させるビーム
分割素子として位相回折格子を用いれば、±1次の回折
光だけが発生するので、ほとんど光量損失を生ずること
なくビーム分割することができる利点が達成される。
A preferred embodiment of the step measuring device according to the present invention is characterized in that the light source device has a light emitting diode (LED) and a phase diffraction grating. In order to perform highly accurate measurement, it is desirable to remove the influence of stray light as much as possible. However, it is difficult to completely remove the effects of reflection and refraction on the surface of various optical elements. In this case, if laser light is used as the measurement beam, the generated stray light interferes with the laser light because the coherence length of the laser light is long, and noise occurs. On the other hand, since the light beam emitted from the LED has a short coherence length, even if stray light is generated on the reflection surface or refraction surface of various optical elements, the stray light travels over an optical path length longer than the normal optical path length. Therefore, the coherence is lost and no noise occurs. Therefore,
In order to perform a measurement with a high resolution of about 0.1 nm, it is extremely useful to use an LED as a light source. Further, if a phase diffraction grating is used as a beam splitting element for generating two coherent light beams, only ± 1st-order diffracted light is generated, so that there is an advantage that beam splitting can be performed with almost no loss of light quantity. Achieved.

【0020】本発明による段差測定装置の好適実施例
は、対物レンズを、測定すべき透明基板の厚さに対して
光学補正された板厚補正対物レンズとしたことを特徴と
する。透明基板としてガラス基板を用い、ガラス基板の
裏側から光ビームを入射させる場合、ガラス基板の厚さ
を光量する必要がある。一方、ガラス基板の厚さは規格
化されているが、公差が許容されているため、その範囲
内で色収差等の収差及び視野について補正した対物レン
ズを用いる必要がある。
A preferred embodiment of the step measuring device according to the present invention is characterized in that the objective lens is a thickness-corrected objective lens optically corrected for the thickness of the transparent substrate to be measured. When a glass substrate is used as a transparent substrate and a light beam is incident from the back side of the glass substrate, it is necessary to reduce the thickness of the glass substrate. On the other hand, although the thickness of the glass substrate is standardized, a tolerance is allowed. Therefore, it is necessary to use an objective lens in which the aberration such as chromatic aberration and the field of view are corrected within the range.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は本発明による段差測定装置
により測定する試料の一例を示す。本例では、エッチン
グ処理により位相シフタを形成する途中の位相シフトマ
スク1のエッチングにより形成される凹部の深さ、すな
わち段差を測定するものとする。位相シフトマスク1
は、光学的に透明な基板であるガラス基板2を具え、こ
のガラス基板2の第1の面2a上に光透過開口を規定す
る遮光パターン3が形成され、さらに位相シフタを構成
する段差を規定するエッチング用のレジスト膜4が形成
されている。図1Aはエッチング処理前の状態を示し、
図1Bはエッチング処理中の深さdの段差が形成されて
いる状態を示す。尚、段差測定に当たって、ガラス基板
2の第1の面2aと対向する裏面である第2の面2bの
側から互いに可干渉性の2本の測定ビームL1及びL2
を投射する。そして、第1の測定ビームL1は段差を構
成する2個の面のうちの一方の段差面であり空気との間
で界面を形成する第1の段差面5aに入射させ、第2の
測定ビームL2は他方の段差面である遮光パターン2と
の間で界面を形成する第2の面5bに入射させる。
FIG. 1 shows an example of a sample to be measured by a step measuring device according to the present invention. In this example, it is assumed that the depth of the concave portion formed by etching the phase shift mask 1 during the formation of the phase shifter by the etching process, that is, the step is measured. Phase shift mask 1
Comprises a glass substrate 2 which is an optically transparent substrate, a light-shielding pattern 3 defining a light transmission opening is formed on a first surface 2a of the glass substrate 2, and further defines a step which constitutes a phase shifter. An etching resist film 4 is formed. FIG. 1A shows a state before the etching process,
FIG. 1B shows a state in which a step having a depth d is formed during the etching process. In measuring the level difference, two measurement beams L1 and L2 which are coherent from each other from the side of the second surface 2b which is the back surface facing the first surface 2a of the glass substrate 2.
To project. Then, the first measurement beam L1 is made incident on a first step surface 5a which is one of two surfaces forming a step and forms an interface with air, and the second measurement beam L1 L2 is incident on a second surface 5b which forms an interface with the light-shielding pattern 2 which is the other step surface.

【0022】各段差面に入射した測定ビームは、それぞ
れ段差面で反射し、再び透明基板1の裏面である第2の
面を通過し、測定系に入射する。
The measurement beam incident on each step surface is reflected on each step surface, passes through the second surface, which is the back surface of the transparent substrate 1, again, and enters the measurement system.

【0023】図2は本発明による段差測定装置の一例の
構成を示す線図的断面図である。本例では、光源として
470nmのコヒーレントな光ビームを発生するLED
10を用いる。LEDは電極面からも光を放出するが、
側面から線状の高輝度の光ビームを放出するため、この
線状の光ビームを測定ビームとして用いる。段差面はほ
ぼ平坦な面であるが、微小な凹凸が存在するため、断面
が円形又は楕円形の光ビームを用いると段差面の微小な
凹凸の影響を受けるおそれがある。一方、線状の光ビー
ムを用いる場合、段差面の微小な凹凸の影響を受けにく
い特性がある。従って、LED10からの線状ビームを
用いることにより段差面による影響が軽減され、測定精
度が向上する。尚、光源としてコヒーレントな光ビーム
すなわち可干渉性を有する光ビームを発生するものであ
ればよく、勿論レーザダイオードを用いこともでき、さ
らにキセノンランプや水銀ランプとフィルタとの組合せ
も用いることができる。この場合、LEDから放出され
る光ビームは比較的コヒーレント長が短いため、過度な
干渉性受けにくい利点がある。
FIG. 2 is a diagrammatic sectional view showing the configuration of an example of the step measuring device according to the present invention. In this example, an LED that generates a coherent light beam of 470 nm as a light source
10 is used. LEDs emit light from the electrode surface,
In order to emit a linear high-intensity light beam from the side, this linear light beam is used as a measurement beam. Although the step surface is a substantially flat surface, since there are minute irregularities, when a light beam having a circular or elliptical cross section is used, there is a possibility that the step surface may be affected by the minute irregularities. On the other hand, when a linear light beam is used, there is a characteristic that it is hardly affected by minute irregularities on the step surface. Therefore, by using the linear beam from the LED 10, the influence of the step surface is reduced, and the measurement accuracy is improved. It is sufficient that the light source generates a coherent light beam, that is, a light beam having coherence, and a laser diode can be used, and a combination of a xenon lamp or a mercury lamp and a filter can also be used. . In this case, since the light beam emitted from the LED has a relatively short coherent length, there is an advantage that the light beam is hardly subjected to excessive coherence.

【0024】LED10から放出されたコヒーレントな
光ビームはコリメータレンズ11に平行光とし、この光
ビームを位相回折格子12により±1次の2本に回折光
に分割する。従って、回折格子12から互いに干渉性を
有する2本の光ビームが出射する。尚、2本の光ビーム
間の距離は、位相回折格子12の格子ピッチを調整する
ことにより所望の値に設定することができる。
The coherent light beam emitted from the LED 10 is made parallel to the collimator lens 11, and this light beam is split into two ± 1 order diffracted lights by the phase diffraction grating 12. Accordingly, two light beams having coherence with each other are emitted from the diffraction grating 12. The distance between the two light beams can be set to a desired value by adjusting the grating pitch of the phase diffraction grating 12.

【0025】これらの光ビームはリレーレンズ13、試
料に入射する照明光と試料から出射する光とを分離する
ハーフミラー14、及びリレーレンズ15を経て対物レ
ンズ16に入射する。この対物レンズ16は、段差測定
すべき位相シフトマスクのガラス基板に対して板厚補正
された対物レンズとする。2本の光ビームは対物レンズ
16によりスポット状に集束されて図1に示す位相シフ
トマスク1に入射する。測定すべき位相シフトマスクは
XYZ移動ステージ(図示せず)に載置する。従って、
位相シフトマスクは光軸と直交するXY方向だけでな
く、光軸方向であるZ方向にも調整可能とする。従っ
て、XYZ移動ステージを駆動調整することにより、測
定すべき位置だけでなく、焦点調整をも行うことができ
る。
These light beams are incident on an objective lens 16 via a relay lens 13, a half mirror 14 for separating illumination light incident on the sample from light emitted from the sample, and a relay lens 15. The objective lens 16 is an objective lens whose thickness has been corrected with respect to the glass substrate of the phase shift mask to be measured. The two light beams are focused into a spot by the objective lens 16 and enter the phase shift mask 1 shown in FIG. The phase shift mask to be measured is mounted on an XYZ movement stage (not shown). Therefore,
The phase shift mask can be adjusted not only in the XY directions orthogonal to the optical axis but also in the Z direction which is the optical axis direction. Therefore, by adjusting the drive of the XYZ moving stage, not only the position to be measured but also the focus can be adjusted.

【0026】図1に示すように、一方の光ビームは遮光
パターン3が形成されている部分に入射し、他方の光ビ
ームはエッチングされる面に入射する。ガラス基板と空
気との界面の反射率は約4%であり、ガラス基板とクロ
ム又は酸化クロムの遮光膜との界面の反射率は470n
mの波長光に対して約10%である。従って、エッチン
グすべき面に入射した光の一部及び遮光膜に入射した光
の一部は反射する。
As shown in FIG. 1, one light beam is incident on a portion where the light shielding pattern 3 is formed, and the other light beam is incident on a surface to be etched. The reflectance at the interface between the glass substrate and air is about 4%, and the reflectance at the interface between the glass substrate and the light-shielding film of chromium or chromium oxide is 470 n.
It is about 10% for m wavelength light. Therefore, part of the light incident on the surface to be etched and part of the light incident on the light shielding film are reflected.

【0027】2本の反射ビームはガラス基板1の第2の
面を経て対物レンズ16により集光され、リレーレンズ
15及び第1のハーフミラー14を経て干渉光学系20
に入射する。この干渉光学系は、位相シフトマスク1か
らの2本の反射ビームを合成して段差による位相差の情
報を含む干渉ビームを発生する機能を有し、本例ではマ
ッファツェンダ型のシェアリング光学系で構成する。こ
の干渉光学系20は、第1及び第2の光路にビーム分割
を行う第1のハーフミラー21を有する。第1の光路
は、ハーフミラー21、光路長を調節する一対の光学楔
22、全反射ミラー23及び第2のハーフミラー24を
含む。第2の光路はハーフミラー21、全反射ミラー2
5、光路長を調節する一対の光学楔26及び第2のハー
フミラー24を含む。位相シフトマスクからの一方の反
射ビームは第1のハーフミラー21を透過して第1の光
路を伝播し、他方の反射ビームは第1のハーフミラー2
1を反射して第2の光路を伝播する。そして、第1及び
第2の光路の光路長は光学楔を調整することにより互い
に同一或いは2π又はその整数倍になるように設定して
おく。
The two reflected beams are condensed by the objective lens 16 through the second surface of the glass substrate 1, and are passed through the relay lens 15 and the first half mirror 14 to the interference optical system 20.
Incident on. This interference optical system has a function of synthesizing two reflected beams from the phase shift mask 1 to generate an interference beam including information on a phase difference due to a step. In this example, the interference optical system is a Maffazender type sharing optical system. Constitute. The interference optical system 20 has a first half mirror 21 that divides a beam into first and second optical paths. The first optical path includes a half mirror 21, a pair of optical wedges 22 for adjusting the optical path length, a total reflection mirror 23, and a second half mirror 24. The second optical path is a half mirror 21, a total reflection mirror 2
5. Includes a pair of optical wedges 26 for adjusting the optical path length and a second half mirror 24. One reflected beam from the phase shift mask is transmitted through the first half mirror 21 and propagates in the first optical path, and the other reflected beam is transmitted to the first half mirror 2.
1 is reflected and propagates through the second optical path. The optical path lengths of the first and second optical paths are set to be the same or 2π or an integral multiple thereof by adjusting the optical wedge.

【0028】空気との界面を形成する第1の段差面で反
射した反射ビームの一部はハーフミラー21を透過し、
ハーフミラー21で反射した成分は遮光する。従って、
第1の段差面で反射した反射ビーム第1の光路を伝搬す
ることになる。遮光パターン2との間で界面を形成する
第2の段差面で反射した反射ビームのハーフミラー21
を透過した成分は遮光する。従って、第2の段差面で反
射した反射ビームのハーフミラー21で反射した成分は
第2の光路を伝搬する。そして、これら第1及び第2の
光路を伝搬する反射ビームはハーフミラー24により合
成され、1本の干渉ビームとして干渉光学系20から出
射する。
A part of the reflected beam reflected on the first step surface forming the interface with the air passes through the half mirror 21,
The component reflected by the half mirror 21 is shielded. Therefore,
The reflected beam reflected on the first step surface propagates through the first optical path. Half mirror 21 of a reflected beam reflected on a second step surface forming an interface with light shielding pattern 2
The component transmitted through is shielded from light. Therefore, the component of the reflected beam reflected by the second step surface reflected by the half mirror 21 propagates through the second optical path. Then, the reflected beams propagating through the first and second optical paths are combined by the half mirror 24 and emitted from the interference optical system 20 as one interference beam.

【0029】第2の光路の光学楔26は第1の楔26a
及び第2の楔26bを有し、第2の光学楔26bにはア
クチュエータ27を連結すると共に位置検出器28を連
結し、アクチュエータ27には駆動回路29を接続す
る。アクチュエータ27は、後述する信号処理回路から
の制御信号により光学楔26bを光路と直交する方向に
一定の速度で移動させて第2の光路の光学的光路長を一
定の速度で変化させ、位置検出器28は楔26bの位置
を検出する。従って、第2の光路を伝搬する反射ビーム
は、楔26bの移動に対応する光路長変化に対応する位
相シフト量、すなわち時間的に連続的に変化する移動シ
フト量がが付加されることになる。従って、干渉光学系
20から出射する干渉ビームは、位相シフトマスクの段
差に起因する位相情報に加えて光学楔の定速移動に起因
する位相情報を含むことになる。
The optical wedge 26 in the second optical path is a first wedge 26a.
And a second wedge 26b. An actuator 27 and a position detector 28 are connected to the second optical wedge 26b. A drive circuit 29 is connected to the actuator 27. The actuator 27 moves the optical wedge 26b at a constant speed in a direction orthogonal to the optical path according to a control signal from a signal processing circuit described later to change the optical path length of the second optical path at a constant speed, thereby detecting the position. The detector 28 detects the position of the wedge 26b. Accordingly, the reflected beam propagating through the second optical path is added with a phase shift amount corresponding to a change in the optical path length corresponding to the movement of the wedge 26b, that is, a movement shift amount that changes continuously with time. . Therefore, the interference beam emitted from the interference optical system 20 includes the phase information caused by the constant speed movement of the optical wedge in addition to the phase information caused by the step of the phase shift mask.

【0030】干渉光学系20から出射した干渉ビーム
は、結像レンズ30を経てピンホールミラー31に入射
する。このピンホールミラー31は、ビームが入射する
部分に開口が形成されているミラーであり、その開口の
形状は、光源すなわちLED10から放出される線状ビ
ームの断面形状に対応させる。この結果、迷光はピンホ
ールミラー31により遮光されるので、コンフォーカル
な光学系が構成され、ノイズを大幅に低減することがで
きる。尚、干渉ビームをピンホールミラー31のピンホ
ールに正確に入射させるため、結像レンズ32及び撮像
カメラ33を設け、開口付近を像を撮像する。干渉光学
系20からの干渉ビームはピンホールミラー31の開口
を通過して光検出器34に入射し、電気信号に変換され
る。
The interference beam emitted from the interference optical system 20 enters the pinhole mirror 31 via the imaging lens 30. The pinhole mirror 31 is a mirror in which an opening is formed at a portion where the beam enters, and the shape of the opening corresponds to the cross-sectional shape of the linear beam emitted from the light source, that is, the LED 10. As a result, stray light is shielded by the pinhole mirror 31, so that a confocal optical system is formed and noise can be significantly reduced. An imaging lens 32 and an imaging camera 33 are provided in order to make the interference beam accurately enter the pinhole of the pinhole mirror 31, and an image is taken near the opening. The interference beam from the interference optical system 20 passes through the aperture of the pinhole mirror 31, enters the photodetector 34, and is converted into an electric signal.

【0031】位相シフトマスク1の表面側すなわち第1
の面1a側には、測定しようとする段差付近の画像を撮
像するするための撮像光学系を配置する。この撮像光学
系は、照明光を放出する光源40を具え、光源40から
の照明光を光ファイバ41及びを集光レンズ42を介し
てハーフミラー43に入射させ、対物レンズ44を経て
位相シフトマスク1に向けて投射する。位相シフトマス
ク1からの反射光は、再び対物レンズ44、ハーフミラ
ー43及び結像レンズ45を経て撮像カメラ46に入射
し、位相シフトマスクの測定すべき段差付近の画像が撮
像される。撮像カメラは、位相シフトマスク1の段差付
近の像に加えて裏面1b側から入射する測定ビームの像
も併せて撮像されるので、測定ビームが測定しようとす
る段差面に正確に入射しているか否かを確認することが
できる。
The front side of the phase shift mask 1, that is, the first
An imaging optical system for capturing an image near the step to be measured is arranged on the side of the surface 1a. The imaging optical system includes a light source 40 that emits illumination light. The illumination light from the light source 40 is made incident on a half mirror 43 through an optical fiber 41 and a condenser lens 42, and a phase shift mask is passed through an objective lens 44. Project toward 1. The reflected light from the phase shift mask 1 again enters the imaging camera 46 via the objective lens 44, the half mirror 43, and the imaging lens 45, and an image near the step to be measured of the phase shift mask is captured. The imaging camera takes an image of the measurement beam incident from the back surface 1b side in addition to the image near the step of the phase shift mask 1, so that the measurement beam is accurately incident on the step surface to be measured. You can confirm whether or not.

【0032】光検出器34の後段にPSD(Phase Sens
itive Device)35を接続し、このPSDの出力をA/
D変換器(図示せず)を介して信号処理回路36に接続
する。LED10は信号処理回路35に接続され、信号
処理回路からの駆動信号により高周波数で変調する。そ
して、PSDはLED10の変調周波数の信号成分を取
り出し、信号処理回路35に供給する。この結果、ダブ
ルヘテロダイン検波が行われ、ノイズを一層低減するこ
とができる。
A PSD (Phase Sens
active device) 35 and connect the output of this PSD to A /
It is connected to a signal processing circuit 36 via a D converter (not shown). The LED 10 is connected to the signal processing circuit 35 and modulates at a high frequency by a drive signal from the signal processing circuit. Then, the PSD extracts the signal component of the modulation frequency of the LED 10 and supplies the signal component to the signal processing circuit 35. As a result, double heterodyne detection is performed, and noise can be further reduced.

【0033】図3は光検出器34から信号処理回路35
に出力される信号波形の一例を示す。図3において、横
軸は光学系楔26aの移動により一方の反射ビームに導
入される位相シフト量或いは楔が一定の速度で移動する
場合は時間を示し、縦軸は光検出器34により受光され
る干渉ビームの振幅を示す。曲線Aは段差によりある位
相差が生じた場合の光検出器の第1の出力信号すなわち
位相シフト量に対する干渉ビームの振幅変化を示し、曲
線Bは別の位相差が生じた場合の位相シフト量に対する
干渉ビームの振幅変化を示す。光学楔26aは一定の速
度で光軸と直交する方向に移動するため、干渉光学系2
0の第2の光路の光学的光路長が第1の光路の光路長よ
りも時間と共に増大し、干渉光学系20の2個の光路を
伝搬する反射ビーム間の位相差が時間と共に増大する。
一方、光検出器34が受光する干渉ビームは位相シフト
マスク1の段差面でそれぞれ反射した2本の反射ビーム
間の位相差と光学楔26aの移動により導入された位相
シフト量の両方を含むから、光検出器34の出力信号は
一般式として以下のように記述することができる。I=
Acos(θ−2πωt)ここで、Iは光検出器34か
ら出力される信号の強度すなわち干渉ビームの振幅であ
り、Aは定数であり、θは2本の反射ビーム間の位相差
であり、ωは楔の移動速度に相当する角速度であり、t
は時間である。
FIG. 3 shows a signal processing circuit 35 from a photodetector 34.
3 shows an example of a signal waveform output to the first embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the amount of phase shift introduced into one reflected beam by the movement of the optical system wedge 26a or the time when the wedge moves at a constant speed, and the vertical axis indicates light received by the photodetector 34. 3 shows the amplitude of the interference beam. Curve A shows the first output signal of the photodetector when the phase difference occurs due to the step, that is, the change in the amplitude of the interference beam with respect to the phase shift amount, and curve B shows the phase shift amount when another phase difference occurs. 5 shows the change in the amplitude of the interference beam with respect to. Since the optical wedge 26a moves at a constant speed in a direction orthogonal to the optical axis, the interference optical system 2
The optical path length of the second optical path 0 increases with time over the optical path length of the first optical path, and the phase difference between the reflected beams propagating through the two optical paths of the interference optical system 20 increases with time.
On the other hand, the interference beam received by the photodetector 34 includes both the phase difference between the two reflected beams reflected on the step surface of the phase shift mask 1 and the phase shift introduced by the movement of the optical wedge 26a. , The output signal of the photodetector 34 can be described as a general expression as follows. I =
Acos (θ−2πωt) where I is the intensity of the signal output from the photodetector 34, that is, the amplitude of the interference beam, A is a constant, θ is the phase difference between the two reflected beams, ω is an angular velocity corresponding to the moving speed of the wedge, and t
Is time.

【0034】光検出器34からの出力信号は位相差情報
を含む正弦波信号となる。従って、ある段差状態での出
力信号と別の段差状態における出力信号とを比較し、両
者間の位相差Δθを求めれば、この位相差は段差に起因
する位相差情報となる。この場合、一方の出力信号を位
相差θがゼロとなる状態における出力信号、例えばエッ
チングにより段差が形成される前の状態における位相差
情報を基準位相差情報とすれば、両者の位相差を比較
し、その位相差Δθを求めることにより式(1)に基づ
き段差の値を決定することができる。
The output signal from the photodetector 34 is a sine wave signal containing phase difference information. Therefore, if the output signal in a certain step state and the output signal in another step state are compared and the phase difference Δθ between them is obtained, this phase difference becomes phase difference information caused by the step. In this case, if one output signal is the output signal in a state where the phase difference θ is zero, for example, the phase difference information in a state before the step is formed by etching is the reference phase difference information, the phase difference between the two is compared. Then, by obtaining the phase difference Δθ, the value of the step can be determined based on the equation (1).

【0035】尚、光検出器34からの出力信号は段差面
での反射による位相反転による位相差や各種光学素子で
の反射等による位相差も含むが、これらの位相差は定数
としてみなすことができ、例えばエッチングにより段差
が形成される前の光検出器34からの出力信号を基準位
相情報とし、エッチングにより段差が形成された後に測
定した出力を測定位相情報とすれば、これら位相情報の
差異は段差に起因する位相差Δθだけである。従って、
測定された2個の位相情報間の位相差Δθを検出すれ
ば、上述した各種光学素子により発生する位相差や反射
による位相反転による位相差の影響を受けることなく式
(1)に基づいて段差を決定することができる。このよ
うに構成することにより、界面の光学特性の異なる2個
の段差面が形成されている場合でも、界面の影響を受け
ることなく段差量又はエッチング量を正確に検出するこ
とができる。
The output signal from the photodetector 34 includes a phase difference due to phase inversion due to reflection on the step surface and a phase difference due to reflection at various optical elements, and these phase differences may be regarded as constants. For example, if the output signal from the photodetector 34 before the step is formed by the etching is used as the reference phase information, and the output measured after the step is formed by the etching is used as the measurement phase information, the difference between these phase information can be obtained. Is only the phase difference Δθ caused by the step. Therefore,
If the phase difference Δθ between the two pieces of measured phase information is detected, the step difference based on the equation (1) can be obtained without being affected by the phase difference generated by the various optical elements and the phase difference due to the phase inversion due to reflection. Can be determined. With this configuration, even when two step surfaces having different optical characteristics at the interface are formed, the step amount or the etching amount can be accurately detected without being affected by the interface.

【0036】次に、信号処理回路35の動作について説
明する。干渉光学系20の第1及び第2の光路間の位相
差をゼロ又は2nπ(nは正の整数)に設定して測定を
行うものとする。初めに、基準となる第1の測定を開始
する。アクチュエータ27は少なくとも1周期に相当す
る距離だけ移動し、測定波長に1周期に相当する光学距
離だけ第2の光路の光路長を増大させる。そして、信号
処理回路35は、1周期に相当する光検出器34からの
出力データすなわち導入された位相シフト量に対する干
渉ビームの振幅変化をA/D変換器を介して順次メモリ
に記憶する。この第1の状態は、例えばレジストパター
ンが形成されているエッチングを行う前の段差が形成さ
れていない状態とすることができる。次に、エッチング
を行い、所定の深さの段差を形成し、この状態を第2の
状態とする。そして、この第2の状態において、同様な
測定を実行し、信号処理回路35は1周期分にわたる位
相シフト量に対する干渉ビームの振幅変化のデータを記
憶する。そして、これら2個のデータを比較し、両者の
位相変位量を求め、段差を決定する。
Next, the operation of the signal processing circuit 35 will be described. The measurement is performed by setting the phase difference between the first and second optical paths of the interference optical system 20 to zero or 2nπ (n is a positive integer). First, a first reference measurement is started. The actuator 27 moves by at least a distance corresponding to one cycle, and increases the optical path length of the second optical path by an optical distance corresponding to one cycle at the measurement wavelength. Then, the signal processing circuit 35 sequentially stores the output data from the photodetector 34 corresponding to one cycle, that is, the amplitude change of the interference beam with respect to the introduced phase shift amount in the memory via the A / D converter. The first state can be, for example, a state in which a step before etching in which a resist pattern is formed is not formed. Next, etching is performed to form a step having a predetermined depth, and this state is referred to as a second state. Then, in the second state, the same measurement is performed, and the signal processing circuit 35 stores the data of the amplitude change of the interference beam with respect to the phase shift amount over one period. Then, these two data are compared, the amount of phase displacement between them is obtained, and the step is determined.

【0037】位相変位量を求める方法として種々の方法
があるが、一例としてフーリェ変換位相シフト法を用い
る。この場合、初めに、第1の状態においてメモリに記
憶した1周期分のデータについてフーリェ変換を行う。
次に、に実数部の虚数部に対する正接を求めることによ
り位相角θ1 が得られ、この位相角θ1 が第1の状態に
おける2本の反射ビーム間の位相差を表す。次に、第2
の状態におけるデータについても同様な処理を行い、第
2の状態における位相角θ2 を求める。次に、第1の状
態の位相角θ1 から第2の状態における位相角θ2 を減
算することにより位相変位量が求められる。そして、式
(1)に基づいて段差の深さ又は凹部の深さdが求めら
れる。
There are various methods for obtaining the amount of phase displacement. For example, a Fourier transform phase shift method is used. In this case, first, Fourier transform is performed on the data for one cycle stored in the memory in the first state.
Next, the tangent of the real part to the imaginary part is obtained to obtain a phase angle θ1, which represents the phase difference between the two reflected beams in the first state. Next, the second
The same processing is performed on the data in the state (1) to obtain the phase angle θ2 in the second state. Next, the amount of phase displacement is obtained by subtracting the phase angle θ2 in the second state from the phase angle θ1 in the first state. Then, the depth of the step or the depth d of the concave portion is obtained based on Expression (1).

【0038】位相変位量を求める別の方法として、図3
に示すように、2個の状態における位相シフト量に対す
る干渉ビームの振幅の関係から各ピーク値を求め、第1
の状態におけるピーク値と第2の状態のピーク値との差
から位相変位量を求めることもできる。
As another method for obtaining the amount of phase displacement, FIG.
As shown in (1), each peak value is obtained from the relationship between the phase shift amount in the two states and the amplitude of the interference beam, and the first value is obtained.
The amount of phase displacement can also be determined from the difference between the peak value in the state (1) and the peak value in the second state.

【0039】図4は本発明による段差測定装置の別の実
施例の構成を示す線図である。図2で用いた構成要素と
同一の構成要素には同一符号を付して説明する。LED
10から放出された光ビームをコリメータレンズ11を
経て偏光ビームスプリッタ50入射させ、特定の偏光面
の光ビームだけを反射させる。偏光ビームスプリッタ5
0で反射した光ビームはλ/4板51を経てノマルスキ
ープリズム52に入射する。このノマルスキープリズム
52は、互いに可干渉性を有する2本の光ビームを放出
し、これらビーム間の距離はノマルスキープリズムの傾
斜角等を代えることにより所望の距離に設定することが
できる。ノマルスキープリズム52から出射した2本の
光ビームは対物レンズ16により微小スポット状に集束
して位相シフトマスク1に入射し、一方の光は一方の段
差面に入射し他方の光ビームは他方の段差面に入射す
る。これら段差面に入射したビームはそれぞれの段差面
で反射し、再び対物レンズを経てノマルスキープリズム
52に入射し、1本の干渉ビームに合成される。ノマル
スキープリズム52にはアクチュエータ27を連結し、
ノマルスキープリズムの光路への挿入量を時間的に連続
して変えることにより、このノマルスキープリズムから
出射し位相シフトマスク1で反射した2本のビーム間に
時間的に連続して変化する相対的な位相シフトを導入す
ることができる。従って、ノマルスキープリズム52か
ら位相シフトマスク1の段差に起因する位相差情報及び
ノマルスキープリズムにより導入された光路長差に起因
する位相シフト量を含む干渉ビームが出射する。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the level difference measuring device according to the present invention. The same components as those used in FIG. 2 will be described with the same reference numerals. LED
The light beam emitted from 10 is made incident on the polarization beam splitter 50 via the collimator lens 11, and only the light beam on a specific polarization plane is reflected. Polarizing beam splitter 5
The light beam reflected at 0 enters the Nomarski prism 52 via the λ / 4 plate 51. The Nomarski prism 52 emits two light beams having coherence with each other, and the distance between these beams can be set to a desired distance by changing the inclination angle or the like of the Nomarski prism. The two light beams emitted from the Nomarski prism 52 are converged into a minute spot by the objective lens 16 and are incident on the phase shift mask 1. One light is incident on one step surface and the other light beam is on the other step surface. Incident on the surface. The beams incident on these step surfaces are reflected on the respective step surfaces, again enter the Nomarski prism 52 via the objective lens, and are combined into one interference beam. The actuator 27 is connected to the Nomarski prism 52,
By changing the amount of insertion of the Nomarski prism into the optical path continuously over time, the relative phase continuously changing over time between the two beams emitted from the Nomarski prism and reflected by the phase shift mask 1 A shift can be introduced. Therefore, an interference beam including the phase difference information caused by the step of the phase shift mask 1 and the phase shift amount caused by the optical path length difference introduced by the Nomarski prism is emitted from the Nomarski prism 52.

【0040】ノマルスキープリズム52から出射した干
渉ビームは、λ/4板51を経て偏光ビームスプリッタ
50に入射する。この干渉ビームは、λ/4板を2回通
過しているので、その偏光面が90°回転しており、偏
光ビームスプリッタ50を透過する。さらに、この干渉
ビームは結像レンズ30及びピンホールミラー31を経
て光検出器34に入射する。光検出器34は、図2に示
す実施例と同様に、ノマルスキープリズムの移動により
導入された位相シフト量に対する干渉ビームの振幅変化
を出力する。
The interference beam emitted from the Nomarski prism 52 enters the polarization beam splitter 50 via the λ / 4 plate 51. Since this interference beam has passed through the λ / 4 plate twice, its polarization plane has been rotated by 90 ° and transmitted through the polarization beam splitter 50. Further, this interference beam enters the photodetector 34 via the imaging lens 30 and the pinhole mirror 31. The light detector 34 outputs a change in the amplitude of the interference beam with respect to the amount of phase shift introduced by the movement of the Nomarski prism, as in the embodiment shown in FIG.

【0041】次に、本発明により測定できる対象につい
て説明する。図5A〜Cは本発明により測定可能な種々
の対象を測定する例を示す。図5Aは段差が形成されて
いる透明基板60上に別の層61が形成されている場合
の段差測定及び膜厚測定を示す。段差を構成する2個の
界面62及び63は共に透明基板と別の層により構成さ
れており、この場合光ビームL1及びL2はそれぞれ界
面62及び63で反射するため、これらの反射光を用い
ることにより段差dを測定することができる。すなわ
ち、段差を構成する2個の界面が共に同一の媒質で構成
される場合にも本発明に基づいて段差測定することがで
きる。尚、この場合、第1の測定として界面62又は6
3のいずれか一方の界面に2本の光ビームを入射させて
同一界面からの反射ビーム間の位相情報を測定し、次に
図示の光ビームL1及びL2を投射して第2の測定を行
って第2の位相情報を測定、これら位相情報から位相変
位量を求めることにより段差dを測定することができ
る。
Next, an object which can be measured by the present invention will be described. 5A to 5C show examples of measuring various objects that can be measured according to the present invention. FIG. 5A shows a step measurement and a film thickness measurement when another layer 61 is formed on a transparent substrate 60 on which a step is formed. The two interfaces 62 and 63 constituting the step are both formed of a transparent substrate and another layer. In this case, the light beams L1 and L2 are reflected at the interfaces 62 and 63, respectively. , The step d can be measured. That is, even when the two interfaces forming the step are both formed of the same medium, the step can be measured based on the present invention. In this case, as the first measurement, the interface 62 or 6
3, two light beams are made incident on one of the interfaces to measure the phase information between the reflected beams from the same interface, and then the second measurement is performed by projecting the illustrated light beams L1 and L2. By measuring the second phase information and obtaining the amount of phase displacement from the phase information, the step d can be measured.

【0042】別の膜61が光学的に透明な透明層の場
合、光ビームL1’及びL2’を投射し、透明基板60
と透明層61との間の界面63及び透明層61と空気と
の界面64でそれぞれ反射した反射ビームを用いること
により、基板上に形成した透明層の膜厚を測定すること
もできる。すなわち、本発明は透明基板上に形成した透
明層の膜厚測定装置としても機能することができる。
When the other film 61 is an optically transparent transparent layer, the light beams L1 'and L2' are projected and the transparent substrate 60
The thickness of the transparent layer formed on the substrate can also be measured by using the reflected beams reflected at the interface 63 between the transparent layer 61 and the transparent layer 61 and the interface 64 between the transparent layer 61 and the air. That is, the present invention can also function as an apparatus for measuring the thickness of a transparent layer formed on a transparent substrate.

【0043】図5Bは透明基板60上に別の透明層65
不透明層66が形成され、この別の透明層65に形成さ
れた段差d1 を測定する例を示す。このように、透明基
板の表面に直接形成されず、透明基板上に形成された透
明層の段差を測定することもできる。ガラス基板上に種
々の半導体層を形成して半導体デバイスを製造する場合
並びにガラス基板上に導波路や各種の光学部品を形成す
る場合に特に有益である。また、光ビームL1’及びL
2’を投射することにより、透明基板上に形成された透
明層65の膜厚d2 も測定することができる。
FIG. 5B shows another transparent layer 65 on a transparent substrate 60.
An example in which an opaque layer 66 is formed and a step d1 formed in another transparent layer 65 is measured will be described. As described above, the level difference of the transparent layer formed on the transparent substrate without being directly formed on the surface of the transparent substrate can be measured. It is particularly useful when a semiconductor device is manufactured by forming various semiconductor layers on a glass substrate, and when a waveguide and various optical components are formed on a glass substrate. Further, the light beams L1 'and L
By projecting 2 ', the thickness d2 of the transparent layer 65 formed on the transparent substrate can also be measured.

【0044】図5Cは透明基板60上に3個の透明層6
7、68及び69が順次形成されている場合に各透明層
の膜厚を測定する例を示す。この場合にも、各界面での
反射光間の位相差を測定することにより各透明層の膜厚
を測定することができる。本例では、中間層68の両側
の界面での反射光を用いることにより、中間に位置する
透明層の膜厚を測定できる利点がある。すなわち、基板
上に連続して透明層を形成する場合に特に有益である。
FIG. 5C shows three transparent layers 6 on a transparent substrate 60.
An example in which the thickness of each transparent layer is measured when 7, 68 and 69 are sequentially formed will be described. Also in this case, the thickness of each transparent layer can be measured by measuring the phase difference between the reflected lights at each interface. In this example, there is an advantage that the thickness of the intermediate transparent layer can be measured by using the reflected light at the interfaces on both sides of the intermediate layer 68. That is, it is particularly useful when a transparent layer is continuously formed on a substrate.

【0045】次に、本発明による段差測定法を利用した
エッチング装置及びエッチング方法について説明する。
図6は本発明によるプラズマエッチング装置の一例の構
成を示す線図である。図6を参照するに、本発明による
エッチング装置はエッチング処理を行うエッチングチャ
ンバ70とエッチング量の測定を行う予備室71とを具
える。エッチングチャンバ70は上側電極72及び下側
電極73を有し、これら電極間に所定の電圧を印加する
ためのRF電源74を接続する。下側電極73上にエッ
チング処理すべき位相シフトマスク1を配置する。エッ
チングチャンバ70にはエッチングガスを供給する種々
の導管や排気するための導管等を接続する。
Next, an etching apparatus and an etching method using the step measurement method according to the present invention will be described.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example of the plasma etching apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 6, the etching apparatus according to the present invention includes an etching chamber 70 for performing an etching process and a preliminary chamber 71 for measuring an etching amount. The etching chamber 70 has an upper electrode 72 and a lower electrode 73, and an RF power supply 74 for applying a predetermined voltage is connected between these electrodes. The phase shift mask 1 to be etched is arranged on the lower electrode 73. Various conduits for supplying an etching gas, conduits for exhausting gas, and the like are connected to the etching chamber 70.

【0046】エッチングチャンバ70と予備室71とは
バルブにより連通する。予備室71には、上述した段差
測定装置の光学系をユニット化した光学系ユニット75
を配置し、この光学系ユニットは予備室の外部に配置し
た信号処理回路76に接続し、予備室71の外部から種
々の信号処理を行い、位相差データを取り出す。予備室
71には窒素ガスを供給する導管や排気用の導管を接続
すると共にバルブを介して外気と連通させる。
The etching chamber 70 and the preliminary chamber 71 communicate with each other by a valve. The preparatory chamber 71 is provided with an optical system unit 75 in which the optical system of the above-described step measurement device is unitized.
This optical system unit is connected to a signal processing circuit 76 arranged outside the spare room, performs various signal processing from outside the spare room 71, and extracts phase difference data. A conduit for supplying nitrogen gas and a conduit for exhaust are connected to the preliminary chamber 71, and are connected to outside air via a valve.

【0047】エッチングチャンバ70内に配置したレジ
ストパターンが形成されている位相シフトマスク1はロ
ーダ(図示せず)により予備室71に移送され、サセプ
タ77上に載置する。サセプタ77の中央部分には開口
が形成され、光学系ユニット75から投射した光ビーム
はサセプタ77の開口を経て測定すべき位相シフトマス
ク1の裏面側に入射し、レジストパターンが形成されて
いる第1の面で反射し再び光学系ユニットに入射する。
そして、光検出器からの出力は外部に配置した信号処理
回路76に供給され、信号処理回路により測定データが
発生する。尚、信号処理回路76には表示装置を接続し
てエッチング量やエッチング速度等のデータを表示する
ことができる。
The phase shift mask 1 in which the resist pattern disposed in the etching chamber 70 is formed is transferred to the preliminary chamber 71 by a loader (not shown) and is placed on the susceptor 77. An opening is formed in the central portion of the susceptor 77, and the light beam projected from the optical system unit 75 is incident on the back side of the phase shift mask 1 to be measured through the opening of the susceptor 77, and a resist pattern is formed. The light is reflected by the surface 1 and again enters the optical system unit.
The output from the photodetector is supplied to a signal processing circuit 76 disposed outside, and the signal processing circuit generates measurement data. A display device is connected to the signal processing circuit 76 to display data such as an etching amount and an etching rate.

【0048】図7は本発明によるエッチング方法のアル
ゴリズムを示す。工程1においてエッチング処理に先立
って、レジストパターンが形成されている位相シフトマ
スクを予備室に配置し、エッチング処理前の位相測定を
行い、エッチング前の位相シフトマスクについての位相
シフト量に対する干渉ビームの振幅の変化を第1の位相
情報として信号処理回路76のメモリに記憶する。
FIG. 7 shows an algorithm of the etching method according to the present invention. Prior to the etching process in step 1, a phase shift mask on which a resist pattern is formed is placed in a preliminary chamber, phase measurement before the etching process is performed, and the interference beam with respect to the phase shift amount of the phase shift mask before the etching process is measured. The change in the amplitude is stored in the memory of the signal processing circuit 76 as first phase information.

【0049】次に、工程2において第1のエッチング処
理を実行する。この第1のエッチング処理の処理量は、
目標エッチング量未満のエッチング量、例えば目標エッ
チング量の80%に設定することができる。また、第1
のエッチング処理の処理量は、エッチング時間として設
定することができる。
Next, in step 2, a first etching process is performed. The throughput of this first etching process is:
The etching amount can be set to be less than the target etching amount, for example, 80% of the target etching amount. Also, the first
Can be set as an etching time.

【0050】第1のエッチング処理の終了後、工程3に
おいて、位相シフトマスクをローダにより予備室に搬入
し、第2の位相測定を行う。第2の位相測定において、
第1の位相測定と同一の条件で、エッチング後の位相シ
フトマスクの位相シフト量に対する干渉ビームの振幅の
変化を測定し第2の位相情報として信号処理回路66の
メモリに記憶する。
After the first etching process is completed, in step 3, the phase shift mask is carried into the preliminary chamber by the loader, and the second phase measurement is performed. In the second phase measurement,
Under the same conditions as in the first phase measurement, the change in the amplitude of the interference beam with respect to the phase shift amount of the etched phase shift mask is measured and stored in the memory of the signal processing circuit 66 as second phase information.

【0051】次に、工程4において、信号処理回路66
は、エッチング前の第1の位相情報と第1のエッチング
処理後の第2の位相情報とを比較し、位相差Δθを求め
る。次に、第1のエッチング処理工程のエッチング時間
と位相差Δθとの関係からエッチング速度を求める。さ
らに、目標エッチング量に相当する位差と第1のエッチ
ング処理により生じた位相差との間の差を求め、追加の
エッチング量を決定する。さらに、求めたエッチング速
度と追加のエッチング量からさらに行うべきエッチング
時間を求め、このエッチング時間を第2のエッチング処
理すべきエッチング時間として設定する。このように構
成することにより、位相差をフクターとするだけで第2
のエッチング処理の処理時間を決定することができる。
尚、位相差Δθから実際のエッチング深さを求め、エッ
チング深さの情報に基づいて第2のエッチング処理時間
を規定することもできる。
Next, in step 4, the signal processing circuit 66
Calculates the phase difference Δθ by comparing the first phase information before the etching with the second phase information after the first etching. Next, the etching rate is determined from the relationship between the etching time in the first etching process and the phase difference Δθ. Further, a difference between a phase difference corresponding to the target etching amount and a phase difference generated by the first etching process is obtained, and an additional etching amount is determined. Further, an etching time to be further performed is obtained from the obtained etching rate and the additional etching amount, and this etching time is set as an etching time to be subjected to the second etching process. With this configuration, the second phase can be obtained simply by using the phase difference as a factor.
Of the etching process can be determined.
Note that the actual etching depth can be determined from the phase difference Δθ, and the second etching processing time can be defined based on the information on the etching depth.

【0052】次に、工程5において、第2のエッチング
処理を設定された時間にわたって実行する。
Next, in step 5, a second etching process is performed for a set time.

【0053】次に、工程6において、レジストパターン
を除去し、さらに工程7において最終的な所望の深さの
段差が形成されているか否かを確認する。この確認測定
は、表面側から透過光測定により確認することができ
る。
Next, in step 6, the resist pattern is removed, and in step 7, it is confirmed whether or not a step having a final desired depth is formed. This confirmation measurement can be confirmed by transmitted light measurement from the surface side.

【0054】本発明は上述した実施例だけに限定され
ず、種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した
実施例では、エッチングチャンバに隣接した予備室にお
いてエッチング量の測定を行ったが、エッチングチャン
バ内の下側電極の一部に開口を設け、この開口の下側に
本発明による段差測定装置の光学系を収納した光学系ユ
ニットを配置し、エッチング処理中に位相シフト量を連
続して測定することもできる。この場合、位置合わせを
行うための撮像カメラからの信号をエッチングチャンバ
の外部に配置した表示装置に供給し、チャンバの外部か
ら位置合わせ等の作業を行うことができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible. For example, in the above-described embodiment, the etching amount was measured in the preliminary chamber adjacent to the etching chamber. However, an opening was provided in a part of the lower electrode in the etching chamber, and a step according to the present invention was provided below this opening. An optical system unit containing the optical system of the measuring device can be arranged to continuously measure the phase shift amount during the etching process. In this case, a signal from the imaging camera for performing alignment is supplied to a display device arranged outside the etching chamber, and operations such as alignment can be performed from outside the chamber.

【0055】さらに、上述実施例では、位相シフトマス
クにエッチングシフトを行う場合について説明したが、
本発明は光学的に透明な基板にエッチング処理する全て
の場合について適用することができ、例えば光導波路等
の光集積回路の製造にも適用することができる。
Further, in the above embodiment, the case where the etching shift is performed on the phase shift mask has been described.
The present invention can be applied to all cases where an optically transparent substrate is subjected to etching treatment, and can be applied to, for example, the manufacture of an optical integrated circuit such as an optical waveguide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による段差測定の原理を説明するため
の位相シフトマスクの一例の構成を示す線図的断面図で
ある。
FIG. 1 is a diagrammatic cross-sectional view showing a configuration of an example of a phase shift mask for explaining the principle of step measurement according to the present invention.

【図2】 本発明による段差測定装置の一例の構成を示
す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an example of a level difference measuring device according to the present invention.

【図3】 楔の移動時間と光検出器出力との関係を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a moving time of a wedge and a photodetector output.

【図4】 本発明による段差測定装置の別の実施例の構
成を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the level difference measuring device according to the present invention.

【図5】 本発明によるエッチング装置の一例の構成を
示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of an etching apparatus according to the present invention.

【図6】 本発明による段差測定方法による種々の測定
対象を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing various objects to be measured by the step measurement method according to the present invention.

【図7】 本発明によるエッチング方法のアルゴリズム
を示す。
FIG. 7 shows an algorithm of an etching method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位相シフトマスク 2 透明基板 3 遮光パターン 4 レジストパターン 10 光源 12 位相回折格子 16 対物レンズ 20 干渉光学系 21,24 ハーフミラー 23,25 全反射ミラー 22,26 光学楔の対 27 アクチュエータ 28 位置検出器 31 ピンホールミラー 34 光検出器 35 信号処理回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase shift mask 2 Transparent substrate 3 Light-shielding pattern 4 Resist pattern 10 Light source 12 Phase diffraction grating 16 Objective lens 20 Interference optical system 21, 24 Half mirror 23, 25 Total reflection mirror 22, 26 Optical wedge pair 27 Actuator 28 Position detector 31 pinhole mirror 34 photodetector 35 signal processing circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3065 H01L 21/302 E Fターム(参考) 2F065 AA25 AA54 BB13 CC20 DD04 FF01 FF07 FF53 GG03 GG06 GG07 HH05 JJ16 LL02 LL09 LL12 LL36 LL42 LL47 NN05 NN08 QQ04 QQ16 QQ23 QQ25 QQ34 RR05 UU07 2G051 AA56 AB02 BA10 CA03 CA04 CB01 CC11 EA30 2H095 BB03 BB14 BC28 BD04 BD13 BD15 BD19 2H096 AA25 AA30 HA11 HA30 LA30 5F004 AA02 CB09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/3065 H01L 21/302 EF term (Reference) 2F065 AA25 AA54 BB13 CC20 DD04 FF01 FF07 FF53 GG03 GG06 GG07 HH05 JJ16 LL02 LL09 LL12 LL36 LL42 LL47 NN05 NN08 QQ04 QQ16 QQ23 QQ25 QQ34 RR05 UU07 2G051 AA56 AB02 BA10 CA03 CA04 CB01 CC11 EA30 2H095 BB03 BB14 BC28 BD04 BD13 BD15 BD19 AH30A HA25A25A004A

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の面及びこの第1の面と対向する裏
面となる第2の面を具える光学的に透明な基板の、第1
の面又はその上側に形成され、互いに屈折率の相違する
2個の媒質により構成される第1の界面と同様に屈折率
の相違する2個の媒質により構成される第2の界面との
間のこれら界面と直交する方向の距離である段差を光学
的に測定する段差測定装置であって、 光ビームを発生する光源装置と、 前記光源装置から発生した光ビームから互いに干渉性を
有する2本の光ビームを発生する光学系と、 これら2本の光ビームを前記透明基板の裏面である第2
の面に向けて投射する対物レンズと、 透明基板の第2の面を透過し第1の界面及び第2の界面
でそれぞれ反射した2本の反射ビームの位相を相対的に
シフトさせると共にこれら2本の反射ビームを合成して
干渉ビームを発生する干渉光学系と、 この干渉光学系から出射した干渉ビームを受光し、前記
干渉光学系により与えられた位相シフト量に対応した干
渉ビームの振幅を出力する光検出器と、 この光検出器に接続され、前記透明基板の第1の測定に
おける位相シフト量に対する干渉ビームの振幅の変化の
情報を含む第1の位相情報と前記第1の測定とは異なる
第2の測定における位相シフト量に対する干渉ビームの
振幅変化の情報を含む第2の位相情報との間の位相変位
量を求め、得られた位相変位量から測定すべき段差の大
きさ決定する信号処理装置とを具えることを特徴とする
段差測定装置。
A first surface of an optically transparent substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the second surface being a back surface facing the first surface;
And a second interface formed of two media having different refractive indexes similarly to the first interface formed of two media having different refractive indexes and formed on or above the surface. A step measuring device for optically measuring a step which is a distance in a direction orthogonal to these interfaces, comprising: a light source device for generating a light beam; and two light sources having a coherence from the light beam generated from the light source device. An optical system for generating a light beam of the type described above;
An objective lens for projecting toward the surface of the transparent substrate; and a phase shifter between the two reflected beams transmitted through the second surface of the transparent substrate and respectively reflected at the first interface and the second interface. An interference optical system that combines the two reflected beams to generate an interference beam, receives the interference beam emitted from the interference optical system, and adjusts the amplitude of the interference beam corresponding to the phase shift amount given by the interference optical system. An output photodetector; first phase information connected to the photodetector and including information on a change in the amplitude of the interference beam with respect to a phase shift amount in the first measurement of the transparent substrate; Calculates the amount of phase displacement between the second phase information including the information on the change in the amplitude of the interference beam with respect to the amount of phase shift in a different second measurement, and determines the size of the step to be measured from the obtained amount of phase displacement. You Step measurement apparatus characterized by comprising a signal processing unit.
【請求項2】 前記光源装置をLEDで構成し、光源装
置から発生した光ビームから2本の光ビームを発生する
光学系を位相回折格子で構成したことを特徴とする請求
項1に記載の段差測定装置。
2. The light source device according to claim 1, wherein the light source device comprises an LED, and an optical system for generating two light beams from the light beam generated from the light source device comprises a phase diffraction grating. Step measuring device.
【請求項3】 光源装置から発生した光ビームから2本
の光ビームを発生する光学系をノマルスキープリズムで
構成したことを特徴とする請求項1に記載の段差測定装
置。
3. The step measuring device according to claim 1, wherein the optical system for generating two light beams from the light beam generated from the light source device is constituted by a Nomarski prism.
【請求項4】 前記干渉光学系を、マッハツェンダ型の
シヤリング光学系で構成したことを特徴とする請求項1
に記載の段差測定装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said interference optical system is constituted by a Mach-Zehnder type shearing optical system.
4. The step measuring device according to 4.
【請求項5】 前記干渉光学系が、2本の光路及びこれ
らの光路を伝搬する光ビームを合成する光合成素子を有
し、一方の光路中に配置した光学楔を光路と直交する方
向に移動させることにより2本の反射ビームの位相を相
対的にシフトさせることを特徴とする請求項4に記載の
段差測定装置。
5. The interference optical system has two light paths and a light combining element that combines light beams propagating through these light paths, and moves an optical wedge disposed in one of the light paths in a direction orthogonal to the light paths. The step measurement device according to claim 4, wherein the phase of the two reflected beams is relatively shifted.
【請求項6】 前記干渉光学系が、ノマルスキープリズ
ムと、このノマルスキープリズムを光軸と直交する方向
に移動させるアクチュエータと、ノマルスキープリズム
の位置を検出する位置検出器とを具えることを特徴とす
る請求項1に記載の段差測定装置。
6. The interference optical system includes a Nomarski prism, an actuator for moving the Nomarski prism in a direction orthogonal to an optical axis, and a position detector for detecting a position of the Nomarski prism. The step measuring device according to claim 1.
【請求項7】 前記干渉光学系において2本の反射ビー
ムに与える位相シフト量を少なくとも2πとし、少なく
とも2πの周期にわたって連続的またはステップ的に位
相を相対的にシフトさせることを特徴とする請求項1に
記載の段差測定装置。
7. A phase shift amount given to two reflected beams in the interference optical system is at least 2π, and the phase is relatively shifted continuously or stepwise over a period of at least 2π. 2. The step measuring device according to 1.
【請求項8】 前記光検出器の前面側に、ほぼ中央に開
口が形成されているミラーを配置し、このミラーの開口
を通過した光が前記光検出器に入射してコンフォーカル
光学系を構成し、測定しようとする界面以外の界面から
の反射光が光検出器に入射しないように構成したことを
特徴とする請求項1に記載の段差測定装置。
8. A mirror having an opening formed substantially at the center thereof is disposed on the front side of the photodetector, and light passing through the opening of the mirror is incident on the photodetector to form a confocal optical system. The step measurement device according to claim 1, wherein the step is configured so that reflected light from an interface other than the interface to be measured does not enter the photodetector.
【請求項9】 前記信号処理装置が、前記第1及び第2
の位相情報をそれぞれフーリェ変換して対応する第1及
び第2の位相角を求め、これら位相角の差から位相変位
を決定することを特徴とする請求項1に記載の段差測定
装置。
9. The signal processing device according to claim 1, wherein the first and second signal processing devices include:
2. The step measuring device according to claim 1, wherein the phase information of each of the above is Fourier-transformed to obtain corresponding first and second phase angles, and a phase displacement is determined from a difference between these phase angles.
【請求項10】 前記信号処理装置が、前記第1の位相
情報のピーク値と第2の位相情報のピーク値との間の位
相変位量を求め、得られた位相変位量から測定すべき段
差を決定することを特徴とする請求項1に記載の段差測
定装置。
10. The level difference to be measured from the obtained phase displacement amount, wherein the signal processing device obtains a phase displacement amount between a peak value of the first phase information and a peak value of the second phase information. The step measurement device according to claim 1, wherein the step is determined.
【請求項11】 前記第1の界面を構成する媒質及び第
2の界面を構成する媒質を同一の媒質としたことを特徴
とする請求項1に記載の段差測定装置。
11. The level difference measuring apparatus according to claim 1, wherein the medium forming the first interface and the medium forming the second interface are the same medium.
【請求項12】 前記第1の界面を構成する媒質及び第
2の界面を構成する媒質が相違することを特徴とする請
求項1に記載の段差測定装置。
12. The step measuring device according to claim 1, wherein a medium forming the first interface is different from a medium forming the second interface.
【請求項13】 前記第1及び第2の界面の一方の媒質
を共に前記透明基板とし、第1の界面の他方の媒質を空
気とし、第2の界面の他方の媒質を遮光パターン又はエ
ッチング用のレジストパターンとしたことを特徴とする
請求項12に記載の段差測定装置。
13. The medium of one of the first and second interfaces is both the transparent substrate, the other medium of the first interface is air, and the other medium of the second interface is a light shielding pattern or an etching medium. 13. The level difference measuring device according to claim 12, wherein the resist pattern is:
【請求項14】 前記第1及び第2の界面を構成する媒
質を、前記透明基板上に形成した膜で構成したことを特
徴とする請求項1に記載の段差測定装置。
14. The step measuring device according to claim 1, wherein the medium forming the first and second interfaces is formed of a film formed on the transparent substrate.
【請求項15】 第1の面及びこの第1の面と対向する
裏面となる第2の面を具える光学的に透明な基板の、第
1の面又はその上側に形成され、互いに屈折率の相違す
る2個の媒質により構成される第1の界面と同様に屈折
率の相違する2個の媒質により構成される第2の界面と
の間のこれら界面と直交する方向の距離である段差を光
学的に測定するに際し、 互いに可干渉性を有する第1及び第2の2本の光ビーム
を前記透明基板の第2の面に向けて投射する工程と、 透明基板の第2の面を透過し第1の面の第1及び第2の
界面でそれぞれ反射した2本の反射ビームの位相を相対
的にシフトさせると共にこれら反射ビームを合成して干
渉ビームを発生する工程と、 前記干渉ビームの位相シフト量に対する振幅の変化を表
す位相情報を発生し、前記透明基板の互いに異なる2個
の測定における位相情報を比較することにより測定すべ
き段差の大きさを決定する工程とを具えることを特徴と
する段差測定方法。
15. An optically transparent substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the optically transparent substrate being formed on or above the first surface and having mutually different refractive indices. Is a distance between a first interface formed by two media having different refractive indexes and a second interface formed by two media having different refractive indices in a direction orthogonal to these interfaces. Projecting two first and second light beams having coherence to each other toward the second surface of the transparent substrate, and measuring the second surface of the transparent substrate A step of relatively shifting the phases of two reflected beams transmitted and reflected at the first and second interfaces of the first surface, respectively, and combining the reflected beams to generate an interference beam; Generating phase information indicating a change in amplitude with respect to a phase shift amount of Determining the size of the step to be measured by comparing phase information in two different measurements of the transparent substrate.
【請求項16】 レジストパターンが形成されている透
明基板のエッチングの進行状態を検出するエッチングモ
ニタ装置であって、前記透明基板が、エッチング処理を
受ける第1の面とこの第1の面と対向しエッチング処理
を受けない裏面である第2の面とを有し、前記第1の面
が、エッチング処理を受ける第1の部分とレジストパタ
ーンが形成されている第2の部分とを有し、 光ビームを発生する光源装置と、 光源装置から放出された光ビームから互いに干渉性を有
する2本の光を発生する光学系と、 これら2本の光ビームを前記透明基板の裏面である第2
の面に向けて投射する対物レンズと、 透明基板の第2の面を透過し第1の面の第1及び第2の
部分の界面でそれぞれ反射した2本の反射ビームの位相
を相対的にシフトさせると共にこれら2本の干渉ビーム
を合成して干渉ビームを発生する干渉光学系と、 この干渉光学系から出射した干渉ビームを受光し、前記
干渉光学系により与えられた位相シフト量に対応した干
渉ビームの振幅を出力する光検出器と、 この光検出器に接続され、前記透明基板の第1の状態に
おける位相シフト量に対する干渉ビームの振幅の変化の
情報を含む第1の位相情報と前記第1の状態からエッチ
ング処理が進行した第2の状態における位相シフト量に
対する干渉ビームの振幅変化の情報を含む第2の位相情
報との間の位相変位量を求め、得られた位相変位量から
エッチングの進行状態を決定する信号処理装置とを具え
ることを特徴とするエッチングモニタ装置。
16. An etching monitor device for detecting the progress of etching of a transparent substrate on which a resist pattern is formed, wherein the transparent substrate faces a first surface to be subjected to an etching process and the first surface. A second surface which is a back surface not subjected to an etching process, wherein the first surface has a first portion to be subjected to the etching process and a second portion on which a resist pattern is formed; A light source device that generates a light beam; an optical system that generates two light beams having coherence from each other from the light beam emitted from the light source device; and a second light source that is a back surface of the transparent substrate.
And the phase of two reflected beams transmitted through the second surface of the transparent substrate and reflected at the interface between the first and second portions of the first surface, respectively. An interference optical system that shifts and combines these two interference beams to generate an interference beam, receives an interference beam emitted from the interference optical system, and corresponds to a phase shift amount given by the interference optical system. A photodetector that outputs the amplitude of the interference beam; first phase information connected to the photodetector, the first phase information including information on a change in the amplitude of the interference beam with respect to a phase shift amount in the first state of the transparent substrate; A phase shift amount between the phase shift amount in the second state where the etching process has progressed from the first state and the second phase information including information on the amplitude change of the interference beam with respect to the phase shift amount is obtained, and from the obtained phase shift amount Etching monitoring apparatus characterized by comprising a signal processing device for determining the progress of etching.
【請求項17】 前記第1の状態をエッチング処理され
る前の状態としたことを特徴とする請求項16に記載の
エッチングモニタ装置。
17. The etching monitor according to claim 16, wherein the first state is a state before the etching process.
【請求項18】 レジストパターンが形成されエッチン
グ処理されるべき第1の面及びこの第1の面と対向しエ
ッチング処理されない裏面である第2の面を有する光学
的に透明な基板の第1の面にエッチング処理を行って目
標深さの凹部を選択的に形成するに際し、 前記透明基板の第2の面に向けて互いに可干渉性を有す
る2本の光ビームを投射し、この裏面である第2の面を
透過し、第1の面のエッチング処理され又はエッチング
処理される予定の第1の部分の界面で反射した反射ビー
ムとエッチング処理を受けない第2の部分の界面で反射
した反射ビームの位相を相対的にシフトさせると共にこ
れら2本の反射ビームを合成して干渉ビームを発生し、
この干渉ビームの位相シフト量に対する振幅変化を検出
する光学装置を用意する工程と、 前記光学装置を用い、エッチング処理される前の透明基
板について干渉ビームの位相シフト量に対する振幅変化
を含む第1の位相情報を検出する工程と、 位相差情報が検出された透明基板について、前記目標の
深さ未満の深さまでエッチング処理を行う第1のエッチ
ング工程と、 前記光学装置を用い、第1のエッチング処理が行われた
透明基板について第2の位相情報を検出する工程と、 前記第1及び第2の位相情報から第1のエッチング処理
により形成された凹部の深さに対応する位相変位量を求
め、この位相変位量に基づいてさらに行うべき追加エッ
チング量を決定する工程とを具えることを特徴とするエ
ッチング方法。
18. A first optically transparent substrate having a first surface on which a resist pattern is formed and to be etched and a second surface facing the first surface and not being etched. In selectively forming a concave portion having a target depth by performing etching on the surface, two light beams having coherence with each other are projected toward the second surface of the transparent substrate, and the rear surface is formed. A reflected beam transmitted through the second surface and reflected at the interface of the first portion etched or to be etched on the first surface and reflected at the interface of the second portion not subjected to the etching process. The phase of the beam is relatively shifted, and the two reflected beams are combined to generate an interference beam.
Providing an optical device for detecting an amplitude change with respect to the phase shift amount of the interference beam; and using the optical device, a first substrate including an amplitude change with respect to the phase shift amount of the interference beam for the transparent substrate before being etched. A step of detecting phase information; a first etching step of performing an etching process on the transparent substrate on which the phase difference information has been detected to a depth less than the target depth; and a first etching process using the optical device. Detecting the second phase information for the transparent substrate on which the process has been performed; and obtaining a phase displacement amount corresponding to the depth of the concave portion formed by the first etching process from the first and second phase information, Determining an additional etching amount to be further performed based on the phase displacement amount.
【請求項19】 前記追加のエッチング量を決定する工
程が、前記第1及び第2の位相情報から第1のエッチン
グ工程におけるエッチング速度を決定する工程と、目標
エッチング量と第1のエッチング処理により形成された
エッチング量との差を検出する工程とを有し、検出され
たエッチング量の差とエッチング速度とに基づいて追加
のエッチング時間を決定する工程とを具えることを特徴
とする請求項13に記載のエッチング方法。
19. The method according to claim 19, wherein the step of determining the amount of additional etching includes the step of determining an etching rate in a first etching step from the first and second phase information, and a step of determining a target etching amount and a first etching process. Detecting a difference between the formed etching amount and an additional etching time based on the detected etching amount difference and the etching rate. 14. The etching method according to 13.
【請求項20】 透明基板についてエッチング処理を行
うエッチングチャンバと、このエッチングチャンバと隣
接し、内部に配置されている段差測定装置により前記エ
ッチングチャンバにおいてエッチング処理を受けた透明
基板に形成された凹部の深さを測定する予備室と、処理
すべき透明基板をエッチングチャンバと予備室との間で
移動させる移動機構とを具え、 前記段差測定装置が、光ビームを発生する光源装置と、 光源装置から放出された光ビームから互いに可干渉性を
有する第1及び第2の2本の光ビームを発生する光学系
と、 これら2本の光ビームを前記透明基板のエッチング処理
を受け第1の面と対向するエッチング処理を受けない裏
面である第2の面に向けて投射する対物レンズと、 透明基板の第2の面を透過し第1の面のエッチング処理
を受け又は受ける予定の第1の部分の界面及びエッチン
グ処理を受けない第2の部分の界面でそれぞれ反射した
2本の反射ビームの位相を相対的にシフトさせると共に
これら2本の反射ビームを合成して干渉ビームを発生す
る干渉光学系と、 この干渉光学系から出射した干渉ビームを受光し、前記
干渉光学系により与えられた位相シフト量に対応した干
渉ビームの振幅を出力する光検出器と、 この光検出器に接続され、前記透明基板の第1の状態に
おける位相シフト量に対する干渉ビームの振幅の変化の
情報を含む第1の位相情報と前記第1の状態とは異なる
第2の状態における位相シフト量に対する干渉ビームの
振幅変化の情報を含む第2の位相情報との間の位相変位
を求め、得られた位相変位から測定すべきエッチング量
を決定する信号処理装置とを具えることを特徴とするエ
ッチング装置。
20. An etching chamber for performing an etching process on a transparent substrate, and a concave portion formed on the transparent substrate that has been subjected to the etching process in the etching chamber by a step measurement device disposed adjacent to and inside the etching chamber. A preliminary chamber for measuring the depth, and a moving mechanism for moving the transparent substrate to be processed between the etching chamber and the preliminary chamber, wherein the level difference measuring device comprises: a light source device for generating a light beam; and An optical system for generating first and second two light beams having coherence from each other from the emitted light beam; and a first surface receiving the two light beams by subjecting the transparent substrate to an etching process. An objective lens for projecting toward an opposing second surface that is not subjected to an etching process, and an objective lens that transmits through the second surface of the transparent substrate and has a first surface. The phase of the two reflected beams respectively reflected at the interface of the first portion which is or is to be subjected to the etching process and the interface of the second portion which is not subjected to the etching process is relatively shifted, and the two reflected beams are also shifted. And an interference optical system that generates an interference beam by combining the interference optical system and an optical detection device that receives the interference beam emitted from the interference optical system and outputs an amplitude of the interference beam corresponding to the phase shift amount given by the interference optical system. A first phase information, which is connected to the photodetector and includes a change in the amplitude of the interference beam with respect to a phase shift amount in the first state of the transparent substrate, and a second phase information different from the first state. The phase shift between the phase shift amount and the second phase information including the information on the change in the amplitude of the interference beam with respect to the phase shift amount in the state is obtained, and the etching amount to be measured from the obtained phase shift Etching apparatus characterized by comprising a determination signal processor.
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