JP3364382B2 - Sample surface position measuring system and a measuring method - Google Patents

Sample surface position measuring system and a measuring method

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JP3364382B2
JP3364382B2 JP18355496A JP18355496A JP3364382B2 JP 3364382 B2 JP3364382 B2 JP 3364382B2 JP 18355496 A JP18355496 A JP 18355496A JP 18355496 A JP18355496 A JP 18355496A JP 3364382 B2 JP3364382 B2 JP 3364382B2
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JP18355496A
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Inventor
亮一 平野
徹 東條
Original Assignee
株式会社東芝
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハあるいはマスクなどの試料の表面位置を非接触で測定する試料面位置測定装置及び測定方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates to a sample surface position measuring apparatus and method for non-contact measurement of the surface position of the sample such as a semiconductor wafer or a mask. 【0002】 【従来の技術】近年、LSIの高集積化に伴い、半導体装置に要求される回路線幅は、ますます狭くなってきている。 [0002] In recent years, with high integration of LSI, a circuit line width required for semiconductor devices is becoming narrower and narrower. これらの半導体装置は、所望の回路パターンが形成された数十種類の原画パターン(レチクルあるいはマスク)を、ウエハ上の露光領域に高精度に位置合わせした後、転写を繰り返して作成される。 These semiconductor devices, a desired dozens which a circuit pattern is formed of the original pattern (reticle or mask), was aligned with high accuracy to the exposure area on the wafer is created by repeating transfer. この転写の際に用いられる装置は、高精度な光学系を有する縮小投影露光装置で、転写される側のウエハ全面に露光できるように、ウエハ側は高精度なXYステージ上に固定されている。 Apparatus used for this transfer is a reduction projection exposure apparatus having a high-precision optical system, so as to be exposed over the entire surface of the wafer on the side to be transferred, the wafer side is fixed on a high-precision XY stage . このウエハが光学系に対しステップ&リピートするために、掲記転写装置はステッパとも呼ばれている。 For this wafer to a step-and-repeat to the optical system, it stated transfer device is also called a stepper. 【0003】ステッパの縮小率は、従来5分の1のものが主流であった。 [0003] The reduction ratio of a stepper, as of 1 of the conventional 5 minutes was the mainstream. これまで光の波長限界から、1μm以下のパターンは解像できないといわれてきたが、光学系・照明系の改良やレチクル上で光の位相を調整する位相シフトマスク等の出現により、サブμmパターンを解像するに至っている。 From this to the light of the wavelength limit, although the following pattern 1μm has been said to be impossible resolved, the advent of such a phase shift mask for adjusting the phase of light on improvements and reticle optical system and lighting system, the sub-μm pattern It has come to be resolved. 解像度の向上に伴い、縮小レンズの焦点深度が減少し、あらかじめウエハ上に形成されたパターン上に原画パターンを転写する精度には一層厳しい値が要求されるため、ステッパのアライメント光学系には試料の位置を試料面方向と焦点方向に高精度に検出することが求められるようになっている。 Along with improved resolution, it reduces the depth of focus of the reduction lens, because the more stringent values ​​for accuracy of transferring the original pattern on a pattern formed on the pre-wafer is required, the stepper alignment optical system sample It has a position as it is required to highly accurately detected in the sample plane direction and the focal direction. 【0004】原画パターンは、高精度に仕上げられたガラス基板上に描かれ、レジストプロセス等を経てCr [0004] original pattern is drawn on a glass substrate was finished with high precision, Cr through the resist process and the like
(クロム)のパターンとして形成される。 It is formed as a pattern of (chrome). 通常は、片面にCrを蒸着したガラス基板上にレジストを均一に塗布したものを使用する。 Normally, use those resist is uniformly applied on a glass substrate with a deposit of Cr on one side. パターン描画装置の集束した電子あるいはレーザー等を光源としたエネルギービームが基板上の所望の領域のレジストに照射され、設計データに従いビームスポットが基板の全面を走査する。 Energy beam as a light source focused electron or laser or the like of the pattern writing apparatus is irradiated on a resist of a desired region on the substrate, the beam spot scans the entire surface of the substrate in accordance with the design data. そして、 And,
上記エネルギービームの照射によって変質したレジストを使って、Crのエッチングを場所によって抑止させ、 Using the resist that is altered by irradiation of the energy beam, is inhibited by the location etching Cr,
所望のCrパターンを得る。 Obtain the desired Cr pattern. また、このとき絞られたビームスポットを繋いで一つのパターンを形成して行くため、ビームのコントロール次第では高精度にパターンを形成することが可能となっている。 Also, to go to form one pattern by connecting the beam spot is narrowed at this time, depending on the control of the beam it is possible to form a pattern with high precision. 上記ビームスポットの解像度向上のために、光源には一層の高加速電圧化が求められている。 For improved resolution of the beam spot, it has been demanded even higher acceleration voltage of the light source. 【0005】また、解像度の向上に伴い、前記Crパターン上の露光光透過部を通過する光の位相、即ち透過部の光路長を、基板の厚さをエッチングにより減少させる、或いは屈折率の異なる材料を付加するなどの手法により部分的に変化させる、いわゆる位相シフトマスクが提案されている(特開平6−222190号公報など)。 Further, with the increased resolution, the Cr pattern on the exposure light transmitting portion passes through the light phase, i.e. the optical path length of the transmission portion, the thickness of the substrate is reduced by etching, or different refractive index partially varied by a technique such as the addition of material, so-called phase shift mask has been proposed (such as JP-a 6-222190 JP). 位相シフトマスクの作成にあたっては、あらかじめCrパターンが形成されたガラス基板に再度レジストを塗布し、光透過部の位相を部分的に変化させるための材料を付加した後、不要部分のエッチングを行う方法、 How In preparing a phase shift mask, again a resist is coated on a glass substrate in advance Cr pattern is formed, after the phase of the light transmitting portion adds material for partially changed, etching the unnecessary portion ,
または特定の光透過部のガラス基板を厚さ方向に堀り込み、選択的に光路長を変化させる方法が採用される。 Or particular excavation glass substrate of the light transmitting portion in the thickness direction, a method for selectively changing the optical path length is employed. そのため、前記パターン描画装置にて所定の位置のレジストを高精度に感光させる必要がある。 Therefore, it is necessary to expose the resist in a predetermined position in the pattern writing apparatus with high accuracy. 【0006】パターン位置を検出するに当たり、電子ビーム描画装置においては基板上に設けられた位置合わせマークを描画ビームで走査し、得られる反射電子などをセンサに取り込み、信号処理する方法が提案されている(特開昭58−223326号公報など)。 [0006] Upon detecting the pattern position, the electron beam lithography system scans the alignment mark provided on the substrate in the drawing beam takes such reflected electrons obtained by the sensor, and a method of signal processing have been proposed It is (JP-A-58-223326 Publication, etc.). しかし、この方法では、(a)高加速ビームの照射により、位置合わせマーク上のレジストがダメージを受ける、(b)ダメージを受けたレジストが真空雰囲気を劣化させる、 However, in this method, by irradiation of (a) a high acceleration beam resist on the alignment mark is damaged, the resist that receive a (b) damage degrades the vacuum atmosphere,
(c)レジスト層を介してマークを測定するため、信号コントラストが低下するといった問題がある。 (C) To measure the mark through a resist layer, signal contrast there is a problem decreases. 前記(a)〜(c)の問題を回避するため、あらかじめマーク部分のレジストを削除する方法もあるが、そのための工程が必要となり、処理が煩雑になるという問題がある。 To avoid the problem of the (a) ~ (c), there is a method to remove the resist in advance mark portion, process therefor is required, there is a problem that the processing becomes complicated. 【0007】また、パターン位置を精度よく測定するためには、電子ビームの照射位置が時間経過によらず安定に再現する必要がある。 Further, in order to accurately measure the pattern position, it is necessary to irradiation position of the electron beam is stabilized reproduced regardless of the elapsed time. しかし、実際には電子ビームは鏡筒内部に汚れが生じるとチャージアップによりドリフトが生じ、電子ビームがドリフトしていると測定値が変動する。 However, in practice the electron beam is drift caused by charge-up when the dirt inside the barrel occurs, the measured value fluctuates with the electron beam is drifted. そこで、マスク上の位置合わせマーク検出に先立ち、ビームの照射位置はステージ上に設けられたマークなどを用いて測定・校正される。 Therefore, prior to the alignment mark detection on the mask, the irradiation position of the beam is measured and calibrated by using a mark formed on the stage. これに対し、ステージの位置はレーザー干渉計により高精度でモニターされるので、レーザー干渉計の座標系を基準として、ビームの照射位置や変位を測定することが可能となる。 In contrast, since the position of the stage is monitored with high accuracy by the laser interferometer, based on the coordinate system of a laser interferometer, it is possible to measure the irradiation position or a displacement of the beam. 一方、 on the other hand
マスク上のマーク位置測定は、ステージ上のマークを介した間接測定となるため、測定値に変動が生じたとき、 Mark position measurement on the mask, since the indirect measurement via a mark on the stage, when the variation occurs in the measured value,
原因がビームドリフトなのか、マークそのものが変位しているかの区別ができないという問題がある。 Cause is whether the beam drift, there is a problem that the mark itself can not distinguish if they were displaced. 【0008】ところで、電子ビーム描画装置やステッパにおいて、上記マークの位置を精度よく測定するための方法として、レーザー光を用いた測定光学系を設ける方法が知られている。 By the way, in the electron beam drawing apparatus or a stepper, as a method for measuring accurately the position of the mark, a method of providing a measuring optical system using a laser beam are known. しかし、高精度な測定のためには、 However, for high-precision measurement,
電子ビームまたは露光光を照射する位置で測定を行う必要があるため、光学系の配置が難しい、装置が複雑になるといった問題がある。 It is necessary to perform measurement at a position where the electron beam irradiation or the exposure light, is difficult arrangement of the optical system, there is a problem device is complicated. 【0009】 【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の試料面位置測定装置及び測定方法は、試料面の位置測定を行うための構造が複雑になったり、処理が繁雑化し、電子ビームによるレジストへのダメージやビームドリフトの影響を受けて精度が低下するという問題があった。 [0009] Conventional methods of sample surface position measuring system and as described above [0005], it may become complicated structure for performing position measurement of the sample surface, the process is complication, electronic under the influence of the damage and the beam drift to resist by the beam accuracy is lowered. 【0010】本発明は上記課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で試料面の位置測定を行うことができ、電子ビームによるレジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高精度な試料面位置測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。 [0010] The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to measure the position of the sample surface with a simple structure, high precision without the influence of damage or beam drift to resist by electron beam and to provide a sample surface position measuring system and a measuring method. 【0011】 【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には先願(特願平3−82318号)の技術をベースにしているが、比較的簡単な構造で十分に実用性のある試料面の位置測定装置及び測定方法を実現している。 [0011] The present invention SUMMARY OF THE INVENTION is basically is based on techniques of earlier application (Japanese Patent Application No. 3-82318), sufficiently practical with a relatively simple structure It is realized the position measuring apparatus and method of the sample surface with. 【0012】 【0013】 【0014】 本発明の試料面位置測定装置は、測定面に回折光を2次元分布させる回折格子が形成された試料に、測定面と平行な変位検出方向のうちの一方と試料の測定面における法線方向とが成す面に対し、互いに異なる方向から第1,第2の光束を入射させるとともに、 [0012] [0013] [0014] Samples surface position measuring apparatus of the present invention, a sample in which the diffraction grating is formed to be two-dimensional distribution of the diffracted light on the measurement surface, one of the measuring surface parallel to the displacement detection direction and with respect to a plane formed by the normal direction of the measurement surface of the sample, it causes the incident first, second light flux from different directions, before
記第1,第2の光束に対し試料の測定面の法線となす角 Serial first, normal to the angle of the measurement surface of the sample relative to the second beam
度が異なる第3の光束を入射させる試料面照射手段と、 A sample surface irradiation means degrees is caused to enter a different third light flux,
前記試料の測定面上に設けられた回折格子から生じる反射回折光のうち前記第1,第2の光束に対応する2光束 The first, the corresponding two light beams to the second light flux of the reflected diffracted light generated from the diffraction grating provided on the measurement surface of the sample
組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせ、且つ A combination of superimposed so as to interfere with each other, and
前記試料の測定面上に設けられた回折格子から生じる反 Anti resulting from the diffraction grating provided on the measurement surface of the sample
射回折光のうち前記第1,第3の光束に対応する2光束 Wherein among the morphism diffracted light first, third corresponding two light beams on the light beam
を組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせる光学手段と、前記第1,第3の光束に対応する2光束の波動の干渉により生じるうなりと等しい周波数を有する基準信号と前記第1,第2の光束に対応する2光束の波動の干渉により生じるうなりの信号との位相差を測定する測定手段とを具備し、前記試料の測定面の法線方向の位置及び試料の測定面内で互いに直交する2方向の変位を検出することを特徴としている。 Optical means for combination superposed to interfere with each other, the first, third reference signal and the first having a beat frequency equal caused by the interference of the wave of the two light beams corresponding to the light beam, the second beam in comprising a measuring means for measuring the phase difference between the beat signal caused by the interference of the wave of the corresponding two light beams, perpendicular to each other in the position and the measurement surface of the sample in the normal direction of the measurement surface of the sample 2 It is characterized by detecting the direction of displacement. 【0015】 上記試料面位置測定装置において、前記測定面と平行な変位検出方向のうちの一方と試料の測定面における法線方向とが成す面に対し、互いに異なる方向から入射される第1,第2の光束は、周波数がわずかに異なる波動が混在しているものであることが望ましい。 [0015] In the sample surface position measuring device, to one to a plane formed by the normal direction of the measurement surface of the sample of the measuring surface parallel to the displacement detection direction, the first incident from different directions, the second light flux is desirably one that wave whose frequency is slightly different are mixed. 【0016】 また、上記試料面位置測定装置において、 [0016] In the sample surface position measuring system,
前記試料の測定面に入射させる第1,第2の光束をそれぞれ異なる偏光方向あるいは回転方向を持つように偏光する偏光手段を更に具備し、それぞれの反射回折光をこの偏光手段で分離した後に、前記光学手段に導いて互いに干渉するよう重ね合わせること、前記試料の測定面に入射させる第1,第2の光束と、入射角度が前記試料の測定面の法線方向に異なる第3の光束の法線方向の角度差を調整する入射角度変更手段を更に具備すること、前記試料の測定面に平行な変位検出方向のうちの一方と試料の測定面の法線方向とが成す面に対し、対称な方向から入射する第1,第2の光束は、波長をλ、X,Y方向の回折格子のピッチをPx ,Py 、X方向とY方向のn The first to be incident on the measurement surface of the sample, after the second and further comprising polarizing means for polarizing to have respectively different polarization directions or rotation direction a light beam, to separate each of the reflected diffracted light in the polarization means, the superposing to interfere with each other led to the optical means, the first to enter the measurement surface of the sample, and the second light flux, the incident angle is different third light flux in a direction normal to the measurement surface of the sample normal direction of the angular difference further comprises an incident angle change means for adjusting a relative one to a plane formed by the normal direction of the measurement surface of the sample of said parallel displacement detection direction in the measurement surface of the sample, first, second light flux, the wavelength lambda, X, the pitch of the diffraction grating in the Y-direction Px, Py, the X and Y directions n incident from the direction symmetric
次の回折角をそれぞれθx ,θy としたとき、“sin The following diffraction angles, respectively θx, when the θy, "sin
θx =±λ/Px ”、“sinθ1 −sinθy =±λ θx = ± λ / Px "," sinθ1 -sinθy = ± λ
/Py ”と表され、X方向の入射角がα(≠θx )に設定されていることが望ましい。 【0017】 また、本発明の試料面位置測定装置は、 / Py is expressed as "angle of incidence of the X direction α (≠ θx) it is set to the desired. Further, the sample surface position measuring apparatus of the present invention, measurement
定面に回折光を2次元分布させる回折格子が形成された A diffraction grating to two-dimensional distribution of the diffracted light Teimen is formed
ステージに、測定面と平行な変位検出方向のうちの一方 The stage, one of the measuring surface parallel to the displacement detection direction
と前記測定面における法線方向とが成す面に対し、互い With respect to a plane formed by the normal direction of the measurement surface and, one another
に異なる方向から第1,第2の光束を入射させるととも First from different directions, when the incident second light beam together
に、前記第1,第2の光束に対し前記測定面の法線とな , The I and the normal of the first, the measurement surface relative to the second beam
す角度が異なる第3の光束を入射させる試料面照射手段 To different angles third sample surface illumination means in which a light beam is incident
と、前記測定面に設けられた回折格子から生じる反射回 If, reflection times resulting from the diffraction grating provided on the measuring surface
折光のうち前記第1,第2の光束に対応する2光束を組 Wherein among the diffracted first, set the two light beams corresponding to the second light flux
み合わせて互いに干渉するように重ね合わせ、且つ前記 The combined viewed superposed to interfere with each other, and wherein
測定面に設けられた回折格子から生じる反射回折光のう Reflected diffraction light generated from the diffraction grating provided on the measuring surface
ち前記第1,第3の光束に対応する2光束を組み合わせ Combining two light beams corresponding to Chi said first, third light flux
て互いに干渉するように重ね合わせる光学手段と、前記 Optical means for superimposing to interfere with each other Te, the
第1,第3の光束に対応する2光束の波動の干渉により Firstly, the interference wave of the third corresponding two light beams on the light beam
生じるうなりと等しい周波数を有する基準信号と前記第 Wherein a reference signal having a beat frequency equal caused the
1,第2の光束に対応する2光束の波動の干渉により生 1, raw due to the interference wave corresponding two light beams in the second beam
じるうなりの信号との位相差を測定する測定手段とを具備し、 荷電粒子ビームを用いたパターン描画装置内に設 Comprising a measuring means for measuring the phase difference between Jill beat signal, set in the pattern writing apparatus using a charged particle beam
けられた試料を移動させるための前記ステージにおける In the stage for moving the vignetting sample
法線方向の位置及び前記測定面内で互いに直交する2方 2-way orthogonal to each other in a direction normal position and in the measuring surface
向の変位を検出することを特徴としている。 It is characterized by detecting the displacement of the direction. 【0018】 更に、本発明の試料面位置測定方法は、微小量異なる周波数で変調された可干渉性のある第1,第 Furthermore, the sample surface position measuring method of the present invention, first with a coherent modulated with a small amount different frequencies, the
2の光ビームを生成する第1のステップと、 前記第1, A first step of generating a second light beam, said first,
第2のビームの一方から第3の光ビームを生成する第2 Second to generate a third light beam from one of the second beam
のステップと、測定面に回折光を2次元分布させる回折 Step a diffraction for two-dimensional distribution of the diffracted light on the measurement surface of the
格子が形成された試料に、前記測定面と平行な変位検出 The grating is formed sample, parallel to the displacement detection and said measurement surface
方向のうちの一方と、前記測定面における法線方向とが One and of the direction, and the normal direction of the measuring surface
成す面に対し、互いに異なる方向から前記第1,第2の To form a surface, from a different direction the first, the second one another
光ビームを照射するとともに、前記第1,第2の光ビー It irradiates a light beam, the first, second light Bee
ムに対して前記試料の測定面の法線と異なる角度で前記 Wherein at normal and different angles of the measuring surface of the sample with respect to beam
第3の光ビームを照射する第3のステップと、前記試料の測定面で反射または回折した前記第1乃至第3の光ビームを受ける第4のステップと、前記第4のステップで A third step of irradiating a third light beam, and a fourth step of receiving a reflected or diffracted said first, second and third light beam at the measurement surface of the sample, in the fourth step
受けた前記第1,第3の光ビームの光学的演算を行って選択的に重ね合わせるとともに、前記第1,第2の光ビ Said received first, causes selectively superimposing performs optical operation of the third light beam, said first, second Hikaribi
ームの光学的演算を行って選択的に重ね合わせる第5のステップと、前記第5のステップで光学的演算を施した光信号をそれぞれ第1,第2の電気信号に変換する第6 Sixth converting the fifth step of performing selective superimposed optical operations over beam, an optical signal subjected to optical calculation at the fifth step first respectively to a second electrical signal
のステップと、前記第6のステップで変換された第1の Step a, the first converted by the sixth step of
電気信号と第2の電気信号との位相差を演算する第7のステップとを具備し、前記試料の測定面における法線方向の位置及び前記試料の測定面内で互いに直交する2方向の変位を検出することを特徴としている。 ; And a seventh step of calculating the phase difference between the electrical signal and the second electrical signal, measuring plane in two orthogonal directions of the mutually displaced in the normal direction of the position and the sample in the measurement surface of the sample It is characterized by detecting a. 【0019】上記のような構成並びに方法において、試料の測定面で正反射された角度の異なる2光束を受光し、この角度の差から、試料の測定面が高さ方向に変位したとき、光路差が発生することにより2光束の位相が変化する。 [0019] In the structure and method as described above, it receives the two different light beams having regular reflected angle measuring surface of the sample, from the difference of the angle, when the measuring surface of the sample is displaced in the height direction, the optical path phase of two light beams is changed by the difference occurs. この量を測定することで、特殊なマークを用意することなく、試料の測定面の高さが測定できる。 By measuring the amount, without preparing a special mark, it can measure the height of the measurement surface of the sample. また、光束を照射する試料の測定面に、回折光を2次元分布させる回折格子を位置合わせマークとして設け、試料の測定面に平行な変位検出方向のうちの一方と試料面の法線方向とが成す面に対し対称な方向に出射する2本の光束を受光し、回折角の差から試料の測定面がこの測定面と平行な方向に変位したとき、光路差が発生して2光束の位相が変化する。 Further, the measurement surface of the sample irradiating light beam, providing a diffraction grating to two-dimensional distribution of the diffracted light as alignment mark, and the normal direction of the one and the sample surface in the parallel displacement detection direction in the measurement surface of the sample receiving the two light beams emitted in the direction symmetric with respect to a plane formed by, when the measurement surface of the sample from the difference between the diffraction angle is displaced in a direction parallel to the measuring surface, the optical path difference to the two beams generated phase changes. この量を測定することで、試料の測定面内で互いに直交する2方向の変位を測定できる。 This amount by measuring the can be measured in two orthogonal directions of the mutually displaced in the measurement plane of the sample. 【0020】上記構成並びに方法は、光ヘテロダインを採用した位相測定のため、試料の測定面からの反射光量の変化に依存しない位置測定が可能になる。 [0020] The construction and method for phase assays employing optical heterodyne allows position measurement that does not depend on the change in the amount of light reflected from the measurement surface of the sample. また、光源にレーザー光を採用しているため、チャージアップによるドリフトを生じず、安定した信号を得ることが可能となる。 Moreover, because it uses a laser beam as a light source, without causing drift due to charge-up, it is possible to obtain a stable signal. 更に、上記構成の光学系により、試料面の位置を高さ及び並進方向に検出することができるので、装置構成を複雑にすることなく、高精度な位置検出が可能となる。 Further, the optical system of the above configuration, it is possible to detect the position of the sample surface to the height and direction of translation, without complicating the device configuration enables highly accurate position detection. 【0021】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, will be explained with reference to the drawings, embodiments of the present invention. 図1は、本発明の第1の実施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法について説明するためのもので、(a)図はレーザー光の照射側の概略構成図、(b)図は試料の測定面の高さを測定する場合の受光側の概略構成図、図2は図1(a), Figure 1 is for explaining a first sample surface position measuring system and method according to the embodiment of the present invention, (a) Figure is a schematic structural diagram of an irradiation side of the laser beam, (b) Fig. schematic diagram of a light receiving side of the case of measuring the height of the measurement surface of the sample, FIG. 2 FIG. 1 (a),
(b)における試料の測定面への入射光と反射光の関係を詳細に示す斜視図である。 It is a perspective view showing in detail the relationship between the incident light and the reflected light to the measurement surface of the sample in (b). 【0022】図1(a)において、1はレーザー光を発生する光源で、この光源1から出射された干渉性の強いレーザー光は、ビームスプリッタ(ハーフミラー)2で第一の光路と第二の光路とに分けられる。 [0022] In FIG. 1 (a), 1 is a light source for generating a laser beam, a strong laser beam of the emitted coherent from the light source 1, a beam splitter (half mirror) 2 in the first optical path and the second It is divided in to the optical path. 分けられた各光束は音響光学変調素子(AOM)3、4によってそれぞれ微小量異なる周波数f 1 ,f 2で変調される。 Each beam divided is modulated by acousto-optic modulation element (AOM) each minute amount by 3,4 different frequencies f 1, f 2. AO AO
M3から出射された光束5はビームスプリッタ6でさらに分けられ、第三の光束7を得るようになっている。 Light beam 5 emitted from the M3 is further divided by the beam splitter 6, thereby obtaining a third light beam 7. これら3本の光束5、7、8は、図示しない折り返しミラーとレンズを介し、その内の2光束5、8が試料9の測定面に対して所定の角度θ 1で、光束7はこれらの光束5、8と入射角度差Δθをもって試料9の測定面に斜め方向から照射される(図2参照)。 These three light beams 5, 7, 8 is through a folding mirror and a lens, not shown, at an angle theta 1 with respect to the measurement surface of the two beams 5,8 of which the sample 9, the light beam 7 of is irradiated from an oblique direction as the light beam 5 and 8 with the incident angle difference Δθ in the measurement surface of the sample 9 (see FIG. 2). なお、光束5と7、 In addition, the light beam 5 and 7,
8は互いに試料9の測定面に平行な変位検出方向のうち一方の変位方向と試料9における測定面の法線方向が成す面に対し対称な方向から角度αにて入射する。 8 is incident at an angle α from the direction symmetric with respect to the normal direction forms a surface of the measurement surface in one direction of displacement and sample 9 of the parallel displacement detection direction in the measurement surface of the sample 9 from one another. この2 This 2
光束7、8の正反射光12、10は図示するように高さ方向に出射角度差Δθをもって分離したものとなる。 Specular reflected light 12 and 10 of the light beam 7 and 8 becomes separated with a emission angle difference Δθ in a height direction as shown. 一方、光束5と8の正反射光11、10は高さ方向に等しい出射角度で、試料9の測定面に平行な方向に角度差2 On the other hand, at the exit angle specular reflected light 11 and 10 is equal to the height direction of the light beam 5 and 8, the angular difference in the direction parallel to the measurement surface of the sample 9 2
αをもって分離したものとなる。 It becomes separated with a α. 【0023】図1(b)に示すように、試料9の測定面で反射された2光束10、11と10、12をハーフミラー13、14、15を用いてそれぞれ重ね合わせることにより、波動の干渉により生じるうなりをセンサ16 As shown in FIG. 1 (b), by superimposing respective two beams 10, 11 and 10, 12 that is reflected by the measurement surface of the sample 9 using a half mirror 13, 14, 15, of the wave the beat caused by interference sensor 16
(これが高さ検出信号となる)とセンサ17(これが基準信号となる)で測定することが可能となる。 It can be measured by (this is the height detection signal) and sensor 17 (which serves as a reference signal). これらの信号の位相差を位相計18を用いて測定し、変位信号を得ることにより、位相差に比例した試料9の表面の高さを知ることができる。 The phase difference between these signals is measured by using a phase meter 18, by obtaining a displacement signal, it is possible to know the height of the surface of the sample 9 that is proportional to the phase difference. 【0024】試料9の測定面が高さZだけ変位したときの2つの信号間の位相変化φは、 φ=4πZ(cosθ 1 −cos(θ 1 +Δθ))/λ …(1) と表される(λはレーザー光の波長)。 [0024] The phase change phi between the two signals when the measuring surface of the sample 9 has only the height Z displacement is expressed as φ = 4πZ (cosθ 1 -cos ( θ 1 + Δθ)) / λ ... (1) that (wavelength of λ is the laser beam). 【0025】なお、図2における試料9の測定面の光束照射位置には、回折光を2次元分布させる回折格子が位置合わせマークMとして配置されているが、高さ検出に必要な光束は正反射光のみなので、高さ検出のみの場合にはマークMは不要である。 [0025] Note that the measurement surface of the irradiated position of the sample 9 in FIG. 2, although the diffraction grating to two-dimensional distribution of the diffracted light is disposed as an alignment mark M, the light flux required height detection is positive since only the reflected light in the case of only the height detection mark M it is not necessary. 【0026】図3は、上式(1)で求められる位相変化特性を示している。 [0026] Figure 3 shows the phase change characteristics required by the above equation (1). 式(1)から分かるように、(co As it can be seen from equation (1), (co
sθ 1 −cos(θ 1 +Δθ))/λの値を適当に設定することにより、任意のZの測定範囲で位相差が2π変化するように調整することができる。 sθ by 1 -cos (θ 1 + Δθ) ) properly setting the values of / lambda, the phase difference measurement range of any Z is can be adjusted to 2π change. 具体的には入射角度差Δθを調整することにより、Zの測定範囲を変化できる。 Specifically, by adjusting the incident angle difference [Delta] [theta], it can change the measurement range of Z. よって、試料9の測定面に入射する光束5、8 Therefore, the light beams 5,8 incident on the measurement surface of the sample 9
と、入射角度が試料9の測定面の法線方向に異なる光束7の法線方向の入射角度差Δθを調整する入射角度変更機構を設ければ、高さZの測定範囲を自由に設定できる。 When, by providing the incident angle changing mechanism incidence angle to adjust the normal direction of the incident angle difference Δθ of the light beam 7 differing in the normal direction of the measurement surface of the sample 9 can be freely set the measurement range of the height Z . 【0027】また、位相差信号は基準信号、測定信号共に試料9の表面に入射した光を用いて得ているので、試料9の表面にレジストが塗布されるなどして表面状態が変化した場合でも、この変化による光路長変化はどちらの信号にも同じだけ影響する。 Further, the phase difference signal is a reference signal, since the obtained using the light incident on the surface of the sample 9 in the measurement signal both when the surface state was changed in such a resist is applied to the surface of the sample 9 But, the optical path length change due to this change affects only the same for both signals. 従って、表面状態の影響を受けることなく試料9の測定面の高さの変化のみを検出することができる。 Therefore, it is possible to detect only the change in height of the measurement surface of the sample 9 without being influenced by the surface state. 【0028】一方、試料9の測定面と平行な方向の位置検出を行うためには、測定面上の光束照射位置に図2に示したような回折格子(マークM)を設け、この格子を利用して変位を検出する。 On the other hand, in order to measure the direction parallel to the surface of the position detection of the sample 9 is provided with a diffraction grating (mark M), as shown in the light beam irradiation position on the measurement surface in FIG. 2, the grid detecting a displacement using. 【0029】図4は、上記格子によって得られる回折光分布を示すもので、図2における矢印17の方向から観察した状態を示している。 [0029] Figure 4 shows the diffracted light distribution obtained by the lattice shows the state observed from the direction of the arrow 17 in FIG. 2. 図2中の座標系に基づき、 Based on the coordinate system in Figure 2,
X,Y方向の回折格子のピッチをP x ,P yとする。 X, the pitch of the diffraction grating in the Y-direction P x, and P y. そして、光束10、11のX方向とY方向のn次の回折角をそれぞれθ x ,θ yとすれば、 sinθ x =±λ/P x …(2) sinθ 1 −sinθ y =±λ/P y …(3) と表される。 Then, n order diffraction angle in the X direction and the Y direction of the light beam 10, 11 respectively theta x, theta if y, sinθ x = ± λ / P x ... (2) sinθ 1 -sinθ y = ± λ / represented as P y ... (3). ここで、X方向の入射角をα(≠θ x )と設定すれば、互いの反射回折光(正反射光を含む)は重ならず、独立に取り込むことが可能になる。 Here, by setting the incident angle of X-direction α and (≠ θ x), (including specular reflection light) to each other of the reflected diffracted light do not overlap, it is possible to incorporate independently. 得られた回折光の内、1次の回折光に注目する。 Of the resulting diffracted light is focused on the first-order diffracted light. X,Y方向のマークMの変位をそれぞれΔx,Δyとすれば、X,Y方向変位に対する回折光の位相変化φ x ,φ yはそれぞれ、 φ x =2πΔx/P x …(4) φ y =2πΔy/P y …(5) と表される。 X, displacing the respective Δx in the Y direction of the mark M, if [Delta] y, X, a phase change phi x of the diffracted light with respect to the Y-direction displacement, phi y, respectively, φ x = 2πΔx / P x ... (4) φ y = represented as 2πΔy / P y ... (5) . また、高さZが変化することによっても位相が変化する(φ z )。 Further, phase changes also by changing the height Z (φ z). 【0030】例えば、X方向に−1次、Y方向に1次の回折光21について、マークMの変位に比例した位相変化φ(−1,1)は、 φ(−1,1)=φ x +φ y +φ z =−2πΔx/P x +2πΔy/P y +φ z …(6) の様に表される。 [0030] For example, the -1st order in the X direction, the first-order diffracted light 21 in the Y-direction, the phase change phi proportional to the displacement of the mark M (-1,1) is, φ (-1,1) = φ is expressed as x + φ y + φ z = -2πΔx / P x + 2πΔy / P y + φ z ... (6). この回折光は周波数f 2で変調されているので、位相変化を便宜上、f 2 (−x,y,z)と表す。 This diffracted light is modulated at a frequency f 2, it represents the phase change for convenience, f 2 (-x, y, z) and. 例えば、この回折光21とf 1 ´(z)で表される回折光10とを重ね合わせ、うなりの信号を生成すると、回折光10、21共に、Zの変化に対する位相変化φ zが等しいため、マークMの変位による位相変化φ b For example, superimposing and diffracted light 10 represented by the diffracted light 21 and f 1 '(z), when generating the beat signal, both the diffracted light 10, 21, since equal phase variation phi z with respect to a change in Z , phase change due to the displacement of the mark M φ b
は、 φ b =φ x +φ y =−2πΔx/P x +2πΔy/P y …(7) となり、Δx,Δyのみの関数となる。 Is, φ b = φ x + φ y = -2πΔx / P x + 2πΔy / P y ... (7) becomes, [Delta] x, is a function of Δy only. しかし、このままではX,Y方向どちらに変位しても位相が変化し、変位信号として適当でない。 However, this remains in the X, also phase change displaced in either Y direction, not suitable as a displacement signal. そこで、回折光10と21を重ね合わせることにより生じるうなりの信号に加えて、 Therefore, in addition to the beat of a signal caused by overlapping diffracted light 10 and 21,
回折光11と20を重ね合わせることにより生じるうなりの信号を生成する。 Generating a beat signal caused by overlapping diffracted light 11 and 20. 【0031】即ち、図5に示すように、回折光10と2 [0031] That is, as shown in FIG. 5, and the diffracted light 10 2
1をハーフミラー13によって重ね合わせてセンサ16 1 superimposed by the half mirror 13 sensor 16
に供給すると共に、回折光11と20をハーフミラー1 Half mirror supplies, diffracted light 11 and 20 to 1
4によって重ね合わせてセンサ17に供給し、これらセンサ16、17の出力信号を位相計18に供給して変位信号を生成する。 4 superimposed by supplying to the sensor 17, and generates a displacement signal by supplying the output signals of these sensors 16 and 17 to the phase meter 18. センサ16から出力されるうなりの信号22の位相φ 1とセンサ17から出力されるうなりの信号23の位相φ 2の位相差Δφは、 Δφ=φ 1 −φ 2 =4πΔy/P y …(8) となり、位相計18によってY方向の変位のみを検出できることになる。 Phase difference [Delta] [phi phase phi 2 of the beat signal 23 output from the phase phi 1 and the sensor 17 of the beat signal 22 which is output from the sensor 16, Δφ = φ 1 -φ 2 = 4πΔy / P y ... (8 ), and it becomes possible to detect only the Y-direction displacement by the phase meter 18. 【0032】上記と同様に図6に示すような組み合わせで回折光を合成し、センサ16、17、24、25、2 [0032] were synthesized diffracted light in combination as shown in FIG. 6 in the same manner as described above, the sensor 16,17,24,25,2
6でうなりの信号を取り出し、位相計18、27、28 Removed beat signal at 6, phase meter 18,27,28
にて位相差を検出することによりX,Y,Zの変位をそれぞれ独立に測定することが可能となる。 X by detecting the phase difference at, Y, it is possible to measure independently the displacement in Z. 即ち、回折光f 2 (−x,y,z)の光束21と回折光f 1 (z)の光束12をビームスプリッタ(ハーフミラー)30で分けた光束とを合成部31で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなりをセンサ16で測定する。 That is, the diffracted light f 2 (-x, y, z) superimposed by synthesizing unit 31 and a light beam the light beam 12 is divided by the beam splitter (half mirror) 30 of the light beam 21 and the diffracted light f 1 (z) of the wave beat the measurement by the sensor 16 caused by the interference. 回折光f 2 Diffracted light f 2
(z)の光束11と回折光f 1 (z)の光束12とを合成部32で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなりをセンサ25で測定する。 The light beam 11 (z) and the light beam 12 diffracted light f 1 (z) superimposed by synthesizing unit 32, to measure the beat caused by interference of the wave in the sensor 25. また、回折光f 2 (x,y, Further, the diffracted light f 2 (x, y,
z)の光束33と回折光f 1 (−x,y,z)の光束3 the light beam 33 and the diffracted light f 1 of z) (-x, y, z ) of the light beam 3
4とを合成部35で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなりをセンサ24で測定する。 And 4 superimposed with a synthetic section 35 measures the beat caused by interference of the wave in the sensor 24. 回折光f 1 ´(z) Diffracted light f 1 '(z)
の光束10と回折光f 2 (z)の光束11をハーフミラー36で分けた光束とを合成部37で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなりをセンサ26で測定する。 The light beam 10 the light beam 11 diffracted light f 2 (z) superimposed by synthesizing unit 37 and a light beam divided by the half mirror 36, measuring the beat caused by interference of the wave in the sensor 26. 更に、回折光f 1 (x,y,z)の光束20と回折光f 2 Furthermore, the diffracted light f 1 (x, y, z ) of the light beam 20 and the diffracted light f 2
(z)の光束11をハーフミラー38で分けた光束とを合成部39で重ね合わせ、波動の干渉により生ずるうなりをセンサ17で測定する。 And a light beam the light beam 11 is divided by the half mirror 38 of the (z) superimposed by synthesizing unit 39, to measure the beat caused by interference of the wave in the sensor 17. そして、位相計27によって上記センサ25から出力されるうなりの信号と上記センサ24から出力されるうなりの信号の位相差を測定すると、X方向の変位信号(−2x)が得られる。 When the phase meter 27 for measuring the phase difference of the beat signals output from the beat signal and the sensor 24 which is output from the sensor 25, X-direction displacement signals (-2x) is obtained. また、 Also,
位相計18によって上記センサ16から出力されるうなりの信号と上記センサ17から出力されるうなりの信号の位相差を測定すると、Y方向の変位信号(−2y)が得られる。 When the phase meter 18 for measuring the phase difference of the beat signals output from the beat signal and the sensor 17 which is output from the sensor 16, Y-direction displacement signals (-2y) is obtained. 同様に、位相計28によって上記センサ26 Similarly, the sensor 26 by the phase meter 28
から出力されるうなりの信号と上記センサ25から出力されるうなりの信号の位相差を測定すると、Z方向の変位信号(Δz)が得られる。 When measuring the phase difference of the beat signals output from the beat signal and the sensor 25 output from, Z-direction displacement signals (Delta] z) is obtained. 【0033】このような構成によれば、X,Y,Zの変位をそれぞれ独立に測定することができる。 According to such a configuration, it is possible to measure X, Y, each independently displacement of Z. よって、電子ビーム描画装置やステッパにおいて、簡単な構造でステージに載置された試料の測定面の位置測定やステージの位置検出を行うことができ、しかも電子ビームによるレジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高精度な試料面位置測定装置及び測定方法が得られる。 Therefore, in an electron beam drawing apparatus or a stepper, it is possible to detect the position of the position measurement and the stage of the measurement surface of the mounted on the stage by a simple structure sample, yet damage or beam drift to resist by electron beam high-precision sample surface position measuring system and a measuring method is not affected is obtained. 【0034】図7は、本発明の第4の実施の形態に係る試料面位置測定装置の概略構成を示すブロック図である。 [0034] FIG. 7 is a block diagram showing the schematic configuration of the sample surface position measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 光源1から出射されたレーザー光は、ビームスプリッタ2で第一の光路と第二の光路とに分けられ、音響光学変調素子(AOM)3、4にそれぞれ供給されて微小量異なる周波数f 1 ,f 2で変調される。 Laser light emitted from the light source 1 is split by the beam splitter 2 into a first optical path and a second optical path, a small amount different frequencies f 1 is supplied to the acousto-optic modulation element (AOM) 3, 4, It is modulated at f 2. 上記AOM The AOM
3、4から出射された光束はそれぞれ、折り返しミラーやレンズ等の光学素子29を介して試料9の測定面に照射される。 3,4 Each light flux emitted from the irradiated on the measurement surface of the sample 9 through the optical element 29, such as a folding mirror and a lens. 試料9の測定面で反射された光束はハーフミラー13で重ね合わされ、波動の干渉により生じるうなりがセンサ16で測定される。 The light beam reflected by the measurement surface of the sample 9 is superposed by the half mirror 13, beat caused by the interference of the wave is measured by the sensor 16. そして、上記センサ16 Then, the sensor 16
によるうなりの信号と上記AOM3、4の駆動電気信号とが位相計18に入力され、変位信号を得るようになっている。 A driving electric signal of beat signals and the AOM3,4 due is input to the phase meter 18, thereby obtaining a displacement signal. 【0035】この第4の実施の形態では、出射光学系側で周波数f 1 ,f 2の干渉光束を生成せずに、AOM [0035] In the fourth embodiment, without generating interference light beam of the frequency f 1, f 2 at the exit side of the optical system, AOM
3、4の駆動電気信号を取り出して基準信号として位相計18に入力し、変位信号を得るようにしている。 Input to the phase meter 18 as a reference signal is taken out 3,4 driving electric signal, so as to obtain the displacement signal. このような構成並びに方法であっても上述した各実施の形態と同様な位置測定が行える。 Such configuration and be a method can be performed similar position measurement and each of the embodiments described above. 【0036】図8は、本発明の第5の実施の形態に係る試料面位置測定装置の概略構成を示すブロック図である。 [0036] FIG. 8 is a block diagram showing the schematic configuration of the sample surface position measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. この第5の実施の形態にあっては、入射光学系側でハーフミラー40、41を用いて周波数f 1 ,f 2の光を干渉させ、これを測定することにより基準信号としている。 The In the fifth embodiment, and the reference signal by the half mirror 40, 41 by interference optical frequency f 1, f 2 using an incident optical system side, to measure this. そして、この基準信号とセンサ16で検出したうなりの信号とを位相計18に入力して変位信号を得るようにしている。 Then, so as to obtain the displacement signal by inputting the beat signal detected by the reference signal and the sensor 16 to the phase meter 18. このような構成並びに方法でも前述した各実施の形態と同様な作用効果が得られる。 Same effects as the embodiments described above can be obtained with such a configuration and method. 【0037】なお、この発明は上述した第1ないし第5 [0037] The first to fifth that the invention described above
の実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。 Is not limited to the embodiment can be implemented in various modifications without departing from the scope. 例えば、図1、7、8で示した実施の形態の場合、測定範囲や光学系の設置角度の選定によっては互いの光束の分離角度が小さく、2光束が完全に分離し難いことが考えられる。 For example, in the case of the embodiment shown in FIG. 1, 7, 8, it is conceivable that a small separation angle to each other of the light beam hardly two beams are completely separate by the choice of the installation angle of the measurement range and the optical system . このような場合には、入射光側の片側の光束に偏光板を挿入し、一方の光束を他方の光束と偏光方向を変えておくと良い。 In such a case, by inserting the polarizing plate on one side of the light beam incident light side, may the one light flux keep changing the other light beam and the polarization direction. そして、反射光側で偏光ビームスプリッタによって2光束を分離し、再度偏光板を用いて偏光方向を一致させ、再度重ね合わせる。 Then, reflected by the light side by the polarization beam splitter to separate the two beams, to match the polarization direction by using the re-polarizing plate, superimposed again. ここでの偏光とは、例えばP波、S波のように偏光するような場合であって、このような偏光を利用した分離方法によって1度以下の分離角度でも容易に互いの光束の分離や重ね合わせが可能となる。 Here polarization and is of, for example P wave, a case that polarized as S-wave, Ya such by separation method using polarization easily in the following separation angle 1 degree mutual light beam division superposition is possible. 【0038】また、上述した各実施の形態では、電子ビーム描画装置やステッパに適用する場合を例にとって説明したが、本発明の試料面位置検出装置及び測定方法は、これらの装置への適用に限定されるものではないのは勿論であり、試料の測定面の位置を非接触で高精度に測定する必要がある装置であれば、いずれにも適用可能である。 [0038] In each embodiment described above has been described taking the case of applying the electron beam drawing apparatus or a stepper, the sample surface position detecting apparatus and the measuring method of the present invention, for application to these devices not to be limited is of course, if a device is necessary to measure the position precision in a non-contact measurement surface of the sample can be applied to both. 【0039】 【発明の効果】上記のような構成並びに方法によれば、 [0039] [Effect of the Invention] According to the configuration and method as described above,
光ヘテロダインを採用した位相測定のため、試料面からの反射光量の変化に依存しない位置測定が可能になる。 For phase assays employing optical heterodyne allows position measurement that does not depend on the change in the amount of light reflected from the sample surface.
また、光源にレーザー光を採用しているため、チャージアップによるドリフトを生じず、レジストに対するダメージもなく安定した信号を得ることが可能となる。 Moreover, because it uses a laser beam as a light source, without causing drift due to charge-up, it is possible to obtain a stable signal without damage to resist. しかも、本構成の光学系により、試料面の位置を高さ及び並進方向に検出することができるので、装置構成を複雑にすることなく、高精度の位置検出が可能となる。 Moreover, the optical system of this configuration, it is possible to detect the position of the sample surface to the height and direction of translation, without complicating the device configuration, it is possible to position detection of high accuracy. 【0040】従って、本発明によれば、簡単な構造で試料面の位置測定を行うことができ、電子ビームによるレジストへのダメージやビームドリフトの影響のない高精度な試料面位置測定装置及び測定方法が得られる。 [0040] Therefore, according to the present invention, it is possible to measure the position of the sample surface with a simple structure, damage or beam effect without accurate sample surface position measuring system and the drift of the resist by electron beam the method can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法について説明するためのもので、 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] for the purpose of describing the first sample surface position measuring system and method according to the embodiment of the present invention,
(a)図は出射光側の概略構成図、(b)図は試料面の高さを測定する場合の受光側の概略構成図。 (A) drawing a schematic structural view of the exit light side, (b) drawing a schematic configuration diagram of a light receiving side of the case of measuring the height of the sample surface. 【図2】図1における試料の測定面への入射光と反射光の関係を詳細に示す斜視図。 Figure 2 is a perspective view showing in detail the relationship between the incident light and the reflected light to the measurement surface of the sample in Figure 1. 【図3】試料面の高さ測定により得られる位相変化特性を示す図。 FIG. 3 shows a phase change characteristic obtained by the height measurement of the sample surface. 【図4】図1及び図2に示した試料面位置測定装置で得られた回折光分布を示す図。 FIG. 4 shows a diffraction intensity distribution obtained on the sample surface position measuring device shown in FIGS. 【図5】本発明の第2の実施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法について説明するためのもので、Y [5] for the purpose of describing the second sample surface position measuring system and method according to the embodiment of the present invention, Y
方向の変位を検出する場合の受光側の概略構成図。 Schematic diagram of a light receiving side of the case of detecting the direction of displacement. 【図6】本発明の第3の実施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法について説明するためのもので、 [6] for the purpose of describing the third sample surface position measuring system and method according to the embodiment of the present invention,
X,Y,Z3方向の変位を検出する場合の受光側の概略構成図。 X, schematic diagram of a light receiving side when detecting the Y, Z3 direction displacement. 【図7】本発明の第4の実施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法について説明するための概略構成図。 [7] Fourth schematic diagram for explaining the sample surface position measuring system and method according to the embodiment of the present invention. 【図8】本発明の第5の実施の形態に係る試料面位置測定装置及び測定方法について説明するための概略構成図。 [8] Fifth schematic structural diagram for explaining the sample surface position measuring system and method according to the embodiment of the present invention. 【符号の説明】 1…光源、2,6,13,14,15…ビームスプリッタ(ハーフミラー)、3,4…音響光学変調素子(AO [Reference Numerals] 1 ... light source, 2,6,13,14,15 ... beam splitter (half mirror), 3,4 ... acoustooptic modulation element (AO
M)、5,7,8…入射光束、9…試料、10,11, M), 5,7,8 ... the incident light beam, 9 ... sample, 10 and 11,
12…出射光束、16,17,24,25,26…センサ、18,27,28…位相計、20,21…回折光、 12 ... outgoing beam, 16,17,24,25,26 ... sensor, 18,27,28 ... phase meter, 20, 21 ... diffracted light,
22,23…うなりの信号、29…光学素子。 22, 23 ... beat of the signal, 29 ... optical element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) G01B 11/00 H01L 21/027 H01L 21/68 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G01B 11/00 H01L 21/027 H01L 21/68

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 測定面に回折光を2次元分布させる回折格子が形成された試料に、測定面と平行な変位検出方向のうちの一方と試料の測定面における法線方向とが成す面に対し、互いに異なる方向から第1,第2の光束を入射させるとともに、 前記第1,第2の光束に対し試料の (57) to the Claims 1 sample in which the diffraction grating is formed to be two-dimensional distribution of the diffracted light on the measurement surface, while the measuring surface of the sample of the measuring surface parallel to the displacement detection direction in respect to a plane formed by the normal direction, the first from different directions, causes the incident second light beam, said first, sample for the second light flux
    測定面の法線となす角度が異なる第3の光束を入射させる試料面照射手段と、前記試料の測定面上に設けられた回折格子から生じる反射回折光のうち前記第1,第2の A sample surface irradiation means normal and the angle of the measuring surface is caused to enter a different third light flux, the first of the reflected diffracted light generated from the diffraction grating provided on the measurement surface of the sample, the second
    光束に対応する2光束を組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせ、且つ前記試料の測定面上に設けられた By combining two light beams corresponding to the light flux superimposed to interfere with each other, it was and is provided on the measurement surface of the sample
    回折格子から生じる反射回折光のうち前記第1,第3の The first of the reflected diffracted light generated from the diffraction grating, the third
    光束に対応する2光束を組み合わせて互いに干渉するよ To interfere with each other in a combination of two light flux corresponding to the light beam
    うに重ね合わせる光学手段と、前記第1,第3の光束に Optical means for superimposing the power sale, the first, third light flux
    対応する2光束の波動の干渉により生じるうなりと等しい周波数を有する基準信号と前記第1,第2の光束に対 It said corresponding reference signal first having beat frequency equal caused by the interference of the wave of the two light beams, pairs second beam
    応する2光束の波動の干渉により生じるうなりの信号との位相差を測定する測定手段とを具備し、前記試料の測定面の法線方向の位置及び試料の測定面内で互いに直交する2方向の変位を検出することを特徴とする試料面位置測定装置。 Comprising a measuring means for measuring the phase difference between the beat signal caused by the interference of the wave of response to two light beams, two directions orthogonal to each other in the normal direction of the position and the measurement plane of the sample measuring surface of the sample sample surface position measuring device and detects the displacement. 【請求項2】 測定面に回折光を2次元分布させる回折 2. A diffraction to two-dimensional distribution of the diffracted light on the measurement surface
    格子が形成されたステージに、測定面と平行な変位検出 The stage grating is formed, the measurement surface and parallel displacement detection
    方向のうちの一方と前記測定面における法線方向とが成 The normal direction is formed on one and the measuring surface of the direction
    す面に対し、互いに異なる方向から第1,第2の光束を Relative to surface, the first, second light flux from different directions
    入射させるとともに、前記第1,第2の光束に対し前記 Causes incident, the relative said first, second beam
    測定面の法線となす角度が異なる第3の光束を入射させ Is incident normal to the angle of the measuring surface is different third light flux
    る試料面照射手段と、前記測定面に設けられた回折格子 A sample surface irradiation means that a diffraction grating provided on the measuring surface
    から生じる反射回折光のうち前記第1,第2の光束に対 Versus the first, second light flux of the reflected diffracted light generated from
    応する2光束を組み合わせて互いに干渉するように重ね By combining two light beams respond superposed to interfere with each other
    合わせ、且つ前記測定面に設けられた回折格子から生じ Combined, and resulting from the diffraction grating provided on the measuring surface
    る反射回折光のうち前記第1,第3の光束に対応する2 That the of the reflected diffracted light first, corresponding to the third light flux 2
    光束を組み合わせて互いに干渉するように重ね合わせる Superposed as a combination of light beams to interfere with each other
    光学手段と、前記第1,第3の光束に対応する2光束の And optical means, the first, second light flux corresponding to the third light flux
    波動の干渉により生じるうなりと等しい周波数を有する Having a beat frequency equal caused by the interference of the wave
    基準信号と前記第1,第2の光束に対応する2光束の波 Wherein the reference signal first, waves of the two light beams corresponding to the second light flux
    動の干渉により生じるうなりの信号との位相差を測定す Measuring the phase difference between the beat signal caused by the interference of the dynamic
    る測定手段とを具備し、 荷電粒子ビームを用いたパター Putter comprising a measuring unit that, using a charged particle beam
    ン描画装置内に設けられた試料を移動させるための前記 Wherein for moving the sample provided in the down drawing device
    ステージにおける法線方向の位置及び前記測定面内で互 Each other in the direction normal position and in the measuring plane in the stage
    いに直交する2方向の変位を検出することを特徴とする試料面位置測定装置。 Sample surface position measuring apparatus characterized by detecting the two directions of displacement perpendicular to have. 【請求項3】 微小量異なる周波数で変調された可干渉 3. A coherent modulated with small amount different frequencies
    のある第1,第2の光ビームを生成する第1のステップと、 前記第1,第2のビームの一方から第3の光ビー First, a first step of generating a second light beam, said first, third light Bee from one of the second beam with a sexually
    ムを生成する第2のステップと、測定面に回折光を2次 A second step of generating a beam, the diffracted light to the measurement surface secondary
    元分布させる回折格子が形成された試料に、前記測定面 A sample diffraction grating to the original distribution is formed, the measuring surface
    と平行な変位検出方向のうちの一方と、前記測定面にお One and of the parallel displacement detection direction, contact the measuring surface
    ける法線方向とが成す面に対し、互いに異なる方向から Takes the plane formed by the normal direction, from different directions
    前記第1,第2の光ビームを照射するとともに、前記第 Irradiates the first, second light beam, said first
    1,第2の光ビームに対して前記試料の測定面の法線と 1, the normal of the measurement surface of the sample relative to the second light beam
    異なる角度で前記第3の光ビームを照射する第3のステ<br>ップと、前記試料の測定面で反射または回折した前記第 A third stearyl <br>-up for irradiating said third light beam at different angles, wherein the reflected or diffracted by the measurement surface of the sample
    1乃至第3の光ビームを受ける第4のステップと、前記 1 to a fourth step of receiving a third light beam, wherein
    第4のステップで受けた前記第1,第3の光ビームの光学的演算を行って選択的に重ね合わせるとともに、前記 The first received in the fourth step, causes selectively superimposing performs optical operation of the third light beam, wherein
    第1,第2の光ビームの光学的演算を行って選択的に重 First, selectively heavy performs optical operation of the second light beam
    ね合わせる第5のステップと、前記第5のステップで光学的演算を施した光信号をそれぞれ第1,第2の電気信号に変換する第6のステップと、前記第6のステップで変換された第1の電気信号と第2の電気信号との位相差を演算する第7のステップとを具備し、前記試料の測定面における法線方向の位置及び前記試料の測定面内で互いに直交する2方向の変位を検出することを特徴とする試料面位置測定方法。 A fifth step of bringing it, the fifth first respective light signals subjected to optical calculation at step, a sixth step of converting the second electrical signal, converted by the sixth step ; and a seventh step of calculating the phase difference between the first and second electrical signals, orthogonal to each other in a measurement plane in the normal direction of the position and the sample in the measurement surface of the sample 2 sample surface position measuring method characterized by detecting the direction of displacement.
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