JP2765003B2

JP2765003B2 - 間隔測定装置

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Publication number: JP2765003B2
Application number: JP1036744A
Authority: JP
Inventors: 光俊大和田; 謙治斉藤; 優和真継; 繁幸須田; 実吉井; 雄吉丹羽; 哲志野瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-02-16
Filing date: 1989-02-16
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH02167412A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は２つの物体間の間隔を高精度に測定する間隔
測定装置に関し、例えば半導体製造装置において、マス
クとウエハとの間隔を測定し、所定の値に制御するとき
に好適なものである。

（従来の技術）従来より半導体製造装置においては、マスクとウエハ
との間隔を間隔測定装置等で測定し、所定の間隔となる
ように制御した後、マスク面上のパターンをウエハ面上
に露光転写している。これにより高精度な露光転写を行
っている。

第９図は特開昭61-111402号公報で提案されている間
隔測定装置の概略図である。同図においては第１物体と
してのマスクＭと第２物体としてのウエハＷとを対向配
置し、レベルL1によって光束をマスクＭとウエハＷとの
間の点P_Sに集光させている。

このとき光束はマスクＭ面上とウエハＷ面上で各々反
射し、レベルL2を介してスクリーンＳ面上の点P_W,P_Mに
集束投影されている。マスクＭとウエハＷとの間隔はス
クリーンＳ面上の光束の集光点P_W,P_Mとの間隔を検出す
ることにより測定している。

しかしながら、同図に示す装置はマスクＭとウエハＷ
とが平行であれば双方の間隔を正しく測定することがで
きるが一方が傾いて、例えばマスクＭが点線で示す如く
傾いて非平行となった場合にはスクリーン面Ｓ面での光
束の入射点はP_Mより点P_Nへと変化し、測定誤差の原因と
なってくる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明はマスクとウエハに相当する第１物体と第２物
体とを対向配置して両者の間隔を測定する装置におい
て、一方の物体が傾いて第１物体と第２物体が非平行に
なったとしても双方の間隔を常に高精度に測定すること
ができる間隔測定装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の間隔測定装置は、対向する第１物体と第２物
体に光束を照射する光源手段と、前記第１物体と第２物
体から出射する、前記第１物体と第２物体との間隔変動
及び前記第１物体と第２物体の少なくとも一方の物体の
傾き変動によって入射位置変動する第１光束の入射位置
を検出する第１光検出手段と、前記第１物体と第２物体
から出射する、前記第１物体と第２物体との間隔変動に
よっては入射位置変動せず前記第１物体と第２物体の少
なくとも一方の物体の傾き変動によって入射位置変動す
る第２光束の入射位置を検出する第２光検出手段と、前
記第１及び第２光検出手段の検出結果によって前記第１
物体と第２物体との間隔を検出する間隔検出手段とを有
することを特徴としている。

この他本発明では、対向する第１物体と第２物体に投
光手段から光束を照射し、該第１物体と第２物体を介し
て出射してくる第１光束と第２光束の２つの光束の所定
面上への入射位置を受光手段で検出する際、該第１光束
が該第１物体と第２物体との間隔変動及び該第１物体と
第２物体の少なくとも一方の物体の傾き変動によって該
所定面上への入射位置が変動し、該第２光束が該第１物
体と第２物体との間隔変動によっては該所定面上への入
射位置が変動せず、該第１物体と第２物体の少なくとも
一方の物体の傾き変動によって該所定面上への入射位置
が変動するように各要素を設定し、該受光手段からの出
力信号を利用して間隔検出手段により該第１物体と第２
物体との間隔を検出するようにしたことを特徴としてい
る。

（実施例）第１図，第２図は各々本発明を半導体製造装置のマス
クとウエハとの間隔を測定する装置に適用した場合の第
一実施例の測定系と補正系の光学系の概略図である。

尚本実施例において測定系とは第１物体と第２物体の
主に間隔を測定する系であり補正系とは面が傾いたとき
の測定誤差を補正する系をいう。

第1,第２図において1a,1bは例えばH_e-N_eレーザーや半
導体レーザー等の光源LDからの光束で、このうち光束1a
は測定系、光束1bは補正系のものである。

２は第１物体で例えばマスク、３は第２物体で例えば
ウエハである。4a,5aは各々マスク２面上の一部に設け
た測定系の入射用と出射用の物理光学素子で、これらの
物理光学素子4a,5aは例えば回折格子やゾーンプレート
等から成っており、30×30（μｍ）、30×60（μｍ）程
度の寸法を有している。

同様に4b,5bは補正系の入射用と出射用の物理光学素
子であり、例えば各々30×30（μｍ）、30×60（μｍ）
の寸法を有している。

測定系の出射用の物理光学素子5aは光束の入射位置に
より射出光束の偏向角が異なり、この場合は平行な入射
光束を1000μｍの位置に集光させる回折力を有してい
る。補正系の出射用の物理光学素子5bは光束の入射位置
によらず、入射角度に応じた偏向角で光束を出射させる
性質の所謂入射位置による回折力の違いのない光学性能
を有している。

7a,7bは各々測定系と補正系の集光レンズであり、そ
の焦点距離はf_a,f_bである。例えばf_a＝f_b＝30mm程度で
ある。

8a,8bは各々測定系と補正系の受光手段で各々集光レ
ンズ7a,7bの焦点位置に配置されており、ラインセンサ
ーやPSD等から成り、入射光束の位置を検出している。9
aは信号処理回路であり、受光手段8a,8bからの信号を用
いて受光手段8a,8b面上に入射した光束の位置を求め、
後述するようにマスク２とウエハ３との間隔、又は傾き
に基づく補正量を演算し求めている。

10a,10bは光プローブであり、集光レンズ7a,7bや受光
手段8a,8b、そして必要に応じて信号処理回路9a,9bを有
しており、マスク２やウエハ３とは相対的に移動可能と
なっている。

次に第１図に示す測定系の機能について説明する。

尚、同図においてはマスク２とウエハ３が正しく平行
に配置されているものとしている。

本実施例においては半導体レーザーLDからの光束1a
（波長λ＝830nm）をマスク２面上の第１フレネルゾー
ンプレート（以下FZPと略記する）4a面上の点Ａに垂直
に入射させている。そして第１のFZP4aからの角度θ１
で回折する所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ
（Ｃ）で反射させている。このうち反射光31はウエハ３
がマスク２との間隔d_Oの位置P1に位置しているときの反
射光，反射光32はウエハ３が位置P1からの距離d_Gだけ変
位して位置P2にあるときの反射光である。

次いでウエハ３からの反射光を第１物体２面上の第２
のFZP5a面上の点Ｄ（ウエハ３が位置P2にあるときは
Ｅ）に入射させている。

尚、第２のFZP5aは集光レンズのように入射光束の入
射位置に応じて出射回折光の射出角を変化させる光学作
用を有している。

そして第２のFZP5aから角度θ２で回折した所定次数
の回折光61（ウエハ３が位置P2にあるときは回折光62）
を集光レンズ7aを介して受光手段8a面上に導光してい
る。

そして、このときの受光手段8a面上における入射光束
61（ウエハ３が位置P2にあるときは入射光束62）の位置
を検出することによりマスク２とウエハ３との間隔を演
算し求めている。

本実施例ではマスク２面上に設けた第1,第２のFZP4a,
5aは予め設定された既知のピッチで構成されており、そ
れらに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折
光の回折角度θ1,θ２は予め求められている。

次に第１図を用いてマスク２とウエハ３との間隔を求
める方法について説明する。

第１図に示すように回折光61と回折光62との交点Ｆか
らマスク２までの距離を（すなわち出射用物理光学素子
の焦点距離）をf_Mとすると AD＝2d_Otanθ１、 AE＝２（d_O＋d_G）tanθ１、 ∴d_M＝DE＝AE−AD＝2d_Gtanθ１ ……（１）また、 d_M＝２・f_M・tanθ２ ……（２）である。間隔がd_Oからd_Gだけ変化したときの受光手段
8a面上における入射光の動き量ＳはＳ＝２・f_a・tanθ２ ……（３）従って（１），（２），（３）式よりとなる。

マスク２とウエハ３の単位ギャップ変化量に対する受
光手段8a面上の入射光束のずれ量ΔＳ、即ち感度ΔＳはとなる。

本実施例では受光手段8a面上の入射光束の位置ずれＳ
を検出することにより、（４）式より距離d_Gを求め、こ
の値d_Gとd_Oよりマスクとウエハとの間隔を測定してい
る。

尚、マスクを設定後最初にマスクとウエハとを第１図
に示すように基準となる間隔d_Oを隔てて対向配置し、こ
のときの間隔d_Oの値を例えばTM-230N（商品名；キャノ
ン株式会社製）等の装置を用いて測定している。

本実施例における感度ΔＳは集光レンズ7aの焦点距離
f_aを30mm、d_G＝50μｍ、d_M＝30μｍ、f_M＝1000μｍとす
ると（５）式よりとなり、マスク２とウエハ３との間隔１μｍ当たりの変
化に対して、受光手段8a面上の光束は18μｍ移動するこ
とになる。受光手段8aとして位置分解能が0.3μｍのPSD
を用いると、原理的には0.02μｍ以下の分解能でマスク
２とウエハ３の間隔を測定することが可能となる。

本実施例ではウエハ３の１つの位置に対する第２物理
光学素子5aからの回折光は、光軸63に対して特定の角度
をもって集光レンズ7aに入射し、受光手段8aが集光レン
ズ7aの焦点位置に設置されているので光プローブ10を光
軸63上の、どの位置に設置しても、又、光軸と垂直方向
に多少ズレていても受光手段8aへの入射光位置は不変で
ある。これにより光プローブの変動に伴う測定誤差を軽
減させている。

但し、光プローブ10の位置誤差がある程度許容されて
いる場合には、受光手段8aは集光レンズ7aの焦点位置に
厳密に設置される必要はない。

次に第２図に示す補正系の機能について説明する。

光束1bはマスク２面上の入射用の物理光学素子4bに入
射している。物理光学素子4bから射出した所定次数の回
折光はウエハ３面上で反射した後マスク２の射出用の物
理光学素子5bに入射する。

物理光学素子5bは平行な入射光束を入射位置によらず
入射角に応じ一定の偏向角で射出させる光学性質を有し
ている。

第４図は補正系の原理を示す図で、同図において実線
で示す光束22,23はウエハ３が傾いていないとき、点線
で示す光束24,25はウエハがβrad傾いたときの受光素子
列8bへの入射状態を示している。

ウエハ３が傾いていないときはマスク２からの射出光
束22,23はマスク２とウエハ３の間隔の大小によらず、
マスク２から同一方向に射出し、集光レンズ7bに垂直に
入射し、集光レンズ7bの軸上の焦点位置8b1に入射す
る。

一方ウエハ３がβrad傾いているときは第４図に示す
ようにマスク２からの光束24,25はマスク２とウエハ３
の間隔の大小によらず２βradだけ傾いて出射し、受光
レンズ7bの光軸に対して２βradの角度で入射する。

そして受光素子列8b面上の点8b1より光軸21と直交す
る方向にXbだけ離れた点8b2に入射する。

ここで集光レンズ7bの焦点距離をfbとすると Xb＝fb・tan2β≒2fb・β となる。

測定系においても第３図に点線で示すようにウエハ３
がβrad傾いている時は光束61a,61bは２βrad傾いて出
射し、その結果正しいスポット位置からXaだけズレた位
置にスポットができる。Xaは次の式で与えられる。

Xa＝2fa・β 即ち第４図の補正系で得られる位置情報Xbからとし、S-fa/fb×ｂを真のＳの値として（４）式に代入
してd_Gを求めるようにして補正を行なう。

これによりマスク２とウエハ３の傾き誤差を補正し、
双方の面間隔を高精度に求めている。

又、第５図は本発明の第２の実施例で測定系と補正系
の集光レンズ7a,7bを１つの集光レンズ41で共有するよ
うに構成している。

次に本実施例における具体的な数値例を示す。第１〜
第４図において光束61、光束22はマスク２とウエハ３の
間隔が50μｍ、光束62、光束23はマスク２とウエハ３の
間隔が100μｍのときの出射光束を示しているものとす
る。

第１図の測定系ではマスク２とウエハ３の間隔50μｍ
に対応する光束61と100μｍに対応する光束62との物理
光学素子5a面上での光束ズレは30μｍである。

従って光束61と光束62のなす角αは、物理光学素子5a
の焦点距離が1000（μｍ）であるので α＝２・θ２＝30/1000（rad）となり、受光素子列8a面上での入射光束のずれ量ＳはＳ＝fa・α＝30,000×３×10^-2＝900（μｍ）（間隔１μｍ当りは18μｍのズレになる。）となる。

受光素子列8a上の位置分解能を0.3μｍとすれば面間
隔の測定分解能εは ε＝0.3/（900/50）＝0.017（μｍ）となる。

又、ウエハ３の傾きがβ（rad）のときは受光素子列8
b面上での光束のスポットの移動量Ｘは２β・faとなる
から、例えばβ＝１×10^-4radとした場合はＸ＝２×10^-4×30,000＝６（μｍ）となり面間隔に換算して0.33μｍの誤差が生ずる。

補正系は面間隔によらず傾きβのみにより光束が移動
する系となっているから、受光素子列8b面上での光束位
置のずれ６μｍを検知し、この値を補正値とすればマス
ク２とウエハ３の面間隔を高精度に例えば0.02μｍの精
度で測定することができる。

第６図は本発明の第３実施例のマスク２とウエハ３面
上の物理光学素子の配置関係を示す要部概略図である。

本実施例は第１図の第１実施例に比べて測定系と補正
系の出射用の物理光学素子5a,5bを互いに入れ替えて構
成している。

装置全体としては精度、効果共に第１実施例と略同じ
であるが本実施例では測定系と補正系の両光束1a,1bが
ウエハ３面上の略同じ領域で反射させることができる為
にウエハ面上の凹凸やうねり等の影響を除去した高精度
な測定ができる利点がある。

尚以上の各実施例において補正系の集光レンズ7bの焦
点距離fbと測定系の集光レンズ7aの焦点距離faを異なら
しめても良い。例えば焦点距離fbを焦点距離faの２倍に
すれば測定系の測定範囲は変えずにウエハの傾き誤差の
検出感度を２倍にすることができる。但しこの場合は集
光レンズ7bの光学的諸収差を良好に補正しておく必要が
ある。

第７図，第８図は本発明の第４の実施例である。

これまでの実施例ではセンサーを集光レンズの焦点の
位置に設置するいわゆる光プローブの位置フリーの系で
あったが、本実施例においてはセンサー位置が焦点位置
を除く任意の位置に設定された場合である。この場合は
傾きによる測定誤差発生の他に光プローブのマスクに対
する位置ずれによる測定誤差、及びマスクとウエハ間隔
に起因する補正系側光束の入射位置変動による測定誤差
が発生する。

この測定誤差は集光レンズの焦点距離を等しくし、
（fa＝fb＝fs）かつセンサー設置位置を同じ（la＝lb＝
ｌ）にすれば補正とすることができる。

次にその補正方法について説明する。

まず、第７図の測定系において、位置誤差もウエハ傾
き誤差もない場合の光束L1が集光レンズ焦点面M1、セン
サー面M2と交わる点をそれぞれD,Aとし、位置誤差ｈ
（μｍ）の場合の光束L2とM1,M2、ウエハ像の結像面M3
との交点をそれぞれD,B,Eとし（L1とL2は平行なのでＤ
は一致する）、位置誤差ｈ（μｍ）かつウエハ傾きβ
（rad）の場合の光束とM1,M2,M3の交点をそれぞれG,C,E
とする（ウエハ面で傾きを与えられた光束なのでウエハ
像面M3上で一致する）と次の関係式が得られる。

次に第８図に於いて、補正系による誤差を含まない光
束L1′とM1面、M2面との交点をそれぞれ、Ｄ′,A′、位
置誤差ｈ（μｍ）を含む光束L2′とM1面,M2面,M3面との
交点をそれぞれＤ′,B′,E′、位置誤差ｈ（μｍ）とウ
エハ傾きβ（rad）誤差を含む光束L3′とM1面,M2面,M3
面との交点をそれぞれＧ′,C′,E′とする次の関係式が
得られる。

すなわち、（６），（７），（８），（９）式からとなり、両系での傾きと光プローブ、マスク間の相対位
置ずれによるスポットのズレ量は等しいことがわかる。

但し、Ｏ′をセンサー面が焦点面にあるときの光束の
集光位置とすると補正系にはという新たな誤差が発生している。このはマスクとウエハの間隔に依存する量であり、マスクと
ウエハの間隔によって変化してしまい、前述の方法で間
隔測定すると、この変化量が誤差になる。この誤差を含
んだままの測定値をフィードバックしてを補正する方法を述べる。

第２図において、マスク面から出射する光束22と23の
間隔を第１図と同様にd_Mとするとここでd_M＝30μ、f_s＝30000μｍ、ｌ＝10000μｍとする
とまた、この測定系の感度ΔＳはで与えられd_G＝50μｍ、ｂ＝48500μｍとすると（間隔１μｍ当りのセンサー面スポット移動量8.27μ
ｍ）となり、が測定系に与える誤差は最大でも 5/8.27＝0.60（μｍ）となる。

即ち、間隔d_G＝50μｍの場合はマスクとウエハの間隔
が50μｍと100μｍのときには最大になり、そのが間隔測定値に与える最大誤差が0.6μｍに相当すると
いうことになる。

さて、この最大0.6μｍの誤差を有する補正系の光束
のスポット位置と測定系の光束のスポット位置（▲▼）から前述の
第1,第２図の実施例と同様の方法でマスク、ウエハ間隔
を検出する。ここでの値はマスクとウエハとの間隔に１対１対応しており、
各間隔値と、これに対応たの値との関係を予め求めておくことができる。先程求め
たマスク・ウエハ間隔対応するの値をこの関係より求め、得られたＡ′の位置を補正し
たＯ′の位置として、改めてをもとにマスクとウエハとの間隔を求める。このように
して補正系の光束の原点Ｏ′の位置補正すると結局補正
されていないときの最大誤差0.6μｍに相当する誤差だ
けが残ることになる。その量はセンサー面上でとなる。マスク、ウエハの間隔値に換算すると、 0.12/8.27＝0.015（μｍ）に相当する。即ち、補正系でのスポット位置ズレ量を用いて測定系のスポット位置を補正し、その測定値を用いてを求め直す方法によりセンサーー位置を集光レンズ焦点
面からはずして設置しても高精度の面間隔測定が可能で
ある。

第10図は本発明の第５実施例であり半導体製造用の紫
外線縮少投影露光装置に適用したときの光路概略図であ
る。図中、101はマスク、102は縮少光学系のフォーカス
位置にあるときのウエハ、102′,102″はデフォーカス
位置にあるときのウエハ、103はマスク101のパターンを
ウエハ上に転写する為の縮少投影光学系、104はマスク1
01面上の設けられた等間隔な線状回折格子、105は受光
レンズ、106は光電変換素子（CCD）、110は間隔検出用
の光束である。111,111′,111″はそれぞれウエハ、10
2,102′,102″からの間隔検出用光束110の反射光束であ
る。120はセンサー部であり、第11図にその詳細を示し
てある。マスク101に入射した光束110はマスク上の回折
格子104によって所定方向に回折され、光学103を経て所
定入射角でウエハ上に照射される。このときウエハから
の正反射光は第10図に示すようにギャップの変動により
平行にシフトする。この反射光束をミラーで投影系外に
出し、平行シフトによる光束の位置変動を受光レンズ10
5で拡大して光電変換素子106上に照射している。このと
きの光束の光電変換素子106上での入射位置変動量はウ
エハ位置変動量と実質上比例関係にある。マスクが正し
く取り付けられているとすると光学系103のフォーカス
位置は、例えば光学系から所定距離下の位置という様に
予め求められるので、他のウエハ位置検出手段によりウ
エハをフォーカス位置に合わせておいて、このときの光
電変換素子106上の光束入射位置を基準位置とし、この
基準位置からの光束のずれを求めることによりデフォー
カス量を求めている。基準位置は、ためし焼きによって
フォーカス位置を求め、この位置での光束入射位置から
求めても良い。

この装置においてウエハに傾きが発生すると光電変換
素子106上の光束位置も移動する。従ってセンサー部102
を第11図の様にしてこの傾きの影響を補正する。

尚、第11図において107はハーフミラー、108は光束位
置が検知出来るタイプの光電変換素子（例えばPSD,CCD
等）とし、受光レンズ105の焦点位置に設置されてい
る。

このような系ではウエハに傾きのない状態で光束111
が光束111′,111″のようにシフトしても光電変換素子1
08面上では反射光束111a,111a′,111a″は常にある一点
に到達する。しかしながらウエハが傾いたことによって
光束111の角度が変化したときの反射光束112aの光電変
換素子108面上への到達点は、〈角度変化量（rd）〉×〈受光レンズ焦点距離〉即ち、図中のΔＸだけシフトする。このシフト量ΔＸ
を用いて光電変換素子106上の光束位置を正しく補正す
ることができる。ウエハの同じ傾き量による光束111の
光電変換素子108上での移動量ΔＸ′とΔＸとは比例関
係にあるので、この比例関係の比例定数、即ちΔＸ′＝
Ｋ・ΔＸとなる定数Ｋを予め求めておき、光電変換素子
106上の光束の移動量ＳからＫ・ΔＺを減算した量、即
ち（Ｓ−Ｋ・ΔＸ）を真の移動量Ｓの値として計算を行
なってデフォーカス量を求めることにより傾きに影響さ
れずに正しいデフォーカス量の値を得ることができる。

第12図は本発明の第６実施例の受光部近傍を説明する
概略図である。第12図（Ａ）は受光部近傍の構成図、同
図（Ｂ）は受光手段208の受光面と光束との関係を示す
説明図である。

本実施例において受光レンズ207へ入射するまでの測
定系と補正系の構成は第１図，第２図と略同様である。
ただし、測定系及び補正系はそれぞれ光束261と222が受
光レンズ207に入射し、第12図（Ａ）に示すように１つ
の受光手段208の受光面上へ集光する様に配置される。

即ち、本実施例は補正系の光束222を受光手段208の左
側部分に測定系の光束261を受光手段208の右側の部分に
導き、両系からの光束をただ１つの受光手段208で検出
する様に構成している。

受光手段208は例えばCCDのような走査型の一次元（あ
るいは二次元）センサーを用いている。一次元センサー
の素子配列方向はウエハが上下動（マスク・ウエハ間ギ
ャップ変動）した際に光束261の移動する方向に一致す
る。この受光手段208は電気的に２分割されていて左と
右は独立した走査領域Z1,Z2をもつように不図示の信号
処理回路で演算処理がなされている。即ち受光手段208
のそれぞれの領域に到達した光束の位置座標が別々に検
出出来る構成になっている。集光レンズ207の焦点距離
をf_Sとすると、ウエハ３の傾きがγ（rd）のときは第12
図（Ａ）に破線で示す様に補正系、測定系の光束はとも
に同方向に２γ・f_S（＝ΔＸ）だけズレる。これに対
し、ギャップ変動に応じて光束261の入射位置が変化
し、光束222の入射位置が変化しないのは第１図，第２
図で示した実施例と同様である。

従って本実施例においては２つの光束261,222の入射
位置間隔がマスク、ウエハのギャップに対応する、具体
的には実質的に比例関係にあることになる。信号処理回
路は検出された２つの光束のそれぞれの位置座標から光
束入射位置間隔を求め、その値に基づいてマスク−ウエ
ハ間隔を検出する。この光束入射位置間隔はウエハの傾
きによっては変動しないので傾きを補正する為の補正量
を別に算出する必要が無く、両系の光束の位置座標の差
（x₂-X₁）をとるだけでウエハ傾き誤差を除去された正
しい間隔値が得られる等の特長を有している。

（発明の効果）本発明によれば第１物体と第２物体の相対的な面間隔
を測定する際、前述の性質の物理光学素子を有する測定
系と補正系を利用することにより第１物体と第２物体が
平行でなく、多少傾いた場合であっても双方の間隔を高
精度に測定することのできる間隔測定装置を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１、第２図は各々本発明を半導体製造装置の一部に適
用したときの第１実施例の測定系と補正系の光学系の概
略図、第３図は第１図の測定系のウエハが傾いた場合の
説明図、第４図は第２図の補正系のウエハが傾いた場合
の説明図、第５図は本発明の第２実施例における第１物
体と第２物体面上の物理光学素子の配置関係を示す説明
図、第６図は本発明の両間隔測定装置の第３実施例の概
略図、第７図，第８図は本発明の第４の実施例の原理説
明図である。第９図は従来の間隔測定装置の概略図、第
10図，第12図は各々本発明の第5,第６実施例の要部概略
図、第11図は第10図の一部分の説明図である。図中、２は第１物体、３は第２物体、LDは光源、4a,4b
は入射用の物理光学素子、5a,5bは射出用の物理光学素
子、7a,7bは集光レンズ、8a,8bは受光手段、9a,9bは信
号処理回路、101はマスク、102はウエハ、103は縮少投
影光学系、104は回折格子、105は受光レンズ、106は光
電変換素子である。

フロントページの続き (72)発明者須田繁幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者吉井実東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者丹羽雄吉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者野瀬哲志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭61−111402（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−96804（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する第１物体と、第２物体に光束を照
射する光源手段と、前記第１物体と第２物体から出射す
る、前記第１物体と第２物体との間隔変動及び前記第１
物体と第２物体の少なくとも一方の物体の傾き変動によ
って入射位置変動する第１光束の入射位置を検出する第
１光検出手段と、前記第１物体と第２物体から出射す
る、前記第１物体と第２物体との間隔変動によっては入
射位置変動せず前記第１物体と第２物体の少なくとも一
方の物体の傾き変動によって入射位置変動する第２光束
の入射位置を検出する第２光検出手段と、前記第１及び
第２光検出手段の検出結果によって前記第１物体と第２
物体との間隔を検出する間隔検出手段とを有することを
特徴とする間隔測定装置。
【請求項２】対向する第１物体と第２物体に光束を照射
する光源手段と、前記第１物体と第２物体から出射す
る、前記第１、第２物体間の間隔情報と少なくとも一方
の物体の傾き情報を含む第１光束の入射位置を検出する
第１検出手段と、前記第１物体と第２物体から出射す
る、前記第１、第２物体の少なくとも一方の物体の傾き
情報を含む第２光束の入射位置を検出する第２検出手段
と、前記第１及び第２検出手段の検出結果によって、前
記第１及び第２物体の少なくとも一方の物体の傾きの影
響を実質的に受けずに前記第１物体と第２物体との間隔
を検出する間隔検出手段とを有することを特徴とする間
隔測定装置。
【請求項３】対向する第１物体と第２物体に投光手段か
ら光束を照射し、該第１物体と第２物体を介して出射し
てくる第１光束と第２光束の２つの光束の所定面上への
入射位置を受光手段で検出する際、該第１光束が該第１
物体と第２物体との間隔変動及び該第１物体と第２物体
の少なくとも一方の物体の傾き変動によって該所定面上
への入射位置が変動し、該第２光束が該第１物体と第２
物体との間隔変動によっては該所定面上への入射位置が
変動せず、該第１物体と第２物体の少なくとも一方の物
体の傾き変動によって該所定面上への入射位置が変動す
るように各要素を設定し、該受光手段からの出力信号を
利用して間隔検出手段により該第１物体と第２物体との
間隔を検出するようにしたことを特徴とする間隔測定装
置。
【請求項４】対向する第１物体と第２物体に投光手段か
ら光束を照射し、該第１物体と第２物体を介して出射し
てくる第１光束と第２光束の２つの光束の所定面上への
入射位置を受光手段で検出する際、該第１光束が該第１
物体と第２物体との間隔情報及び該第１物体と第２物体
の少なくとも一方の物体の傾き情報を有し、該第２光束
が該第１物体と第２物体の少なくとも一方の物体の傾き
情報を有するように各要素を設定し、該受光手段からの
出力信号を利用して間隔検出手段により該第１物体と第
２物体体の少なくとも一方の物体の傾きには影響されず
に該第１物体と第２物体との間隔を検出するようにした
ことを特徴とする間隔測定装置。
【請求項５】物理光学素子を設けた第１物体と第２物体
とを対向配置し、該第１物体上の物理光学素子に光束を
入射させ、該物理光学素子によって所定方向に偏向した
光を該第２物体面で反射させた後、該第１物体の射出面
を経由して受光手段面上に導光し、該受光手段面上にお
ける光の入射位置を検出することにより、該第１物体と
第２物体との間隔を求める際、該第１物体の光束の射出
面上に光束の入射位置によって光束の偏向角が異なる物
理光学素子1aと光束の入射位置によらず入射角に応じた
偏向角を与える物理光学素子1bとを併設し、該２つの物
理光学素子1a,1bをそれぞれ通過した２つの光束を利用
して、該第１物体と第２物体との間隔を求めるようにし
たことを特徴とする間隔測定装置。