JPH03115807A - Position detector - Google Patents

Position detector

Info

Publication number
JPH03115807A
JPH03115807A JP1254292A JP25429289A JPH03115807A JP H03115807 A JPH03115807 A JP H03115807A JP 1254292 A JP1254292 A JP 1254292A JP 25429289 A JP25429289 A JP 25429289A JP H03115807 A JPH03115807 A JP H03115807A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
grid
image
sample surface
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1254292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Tanaka
良治 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP1254292A priority Critical patent/JPH03115807A/en
Publication of JPH03115807A publication Critical patent/JPH03115807A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To highly accurately measure average height within a specific area on a specimen surface by projecting a grid image with a specific area on the specimen surface, detecting a fluctuation in a spatial phase of the reflected grid image and measuring the height of the specimen surface. CONSTITUTION:An image of fixed grid 1 is projected on a specimen surface 3 from a slant direction, and the reflected grid image is formed on a vibrating grid 6. Therefore an amount of light transmitting through the grid 6 periodically changes according to a change in height of the specimen 3. Further the grid 6 is subjected to a slight vibration by an exciter 9 and difference in a spatial phase between an image of the grid 1 and the grid 6 is modulated. A photo detector 7 receives the modulated light and amplifies it with an amplifier 8. A lock-in amplifier 11 phase-detects an output of the amplifier 8 with an output from an oscillator 10 driving the shaker 9 as a reference signal. As a result a highly accurate position shift signal can be obtained from the amplifier 11 permitting highly accurate measurement of average height within a specific area on the specimen surface.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位置検出装置、特に、半導体露光装置・検査装
置におけるウェハ表面の位置検出に適用しうる非接触式
の位置検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a position detection device, and particularly to a non-contact type position detection device that can be applied to detect the position of a wafer surface in a semiconductor exposure device or inspection device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の技術としては、例えば、特開昭56−2632号
公報に示されているように、ウェハ表面に対し斜め方向
から光を照射して反射光の位置からウェハ表面の位置を
検出する方法がある。
As a conventional technique, for example, as shown in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 56-2632, there is a method in which the wafer surface is irradiated with light from an oblique direction and the position of the wafer surface is detected from the position of the reflected light. be.

従来の位置検出装置は、光源から放射された光を試料表
面に集光させる手段と、試料表面からの反射光を検出器
に結像させる手段とを含んで構成される。
A conventional position detection device includes a means for condensing light emitted from a light source onto a sample surface, and a means for focusing reflected light from the sample surface on a detector.

次に、従来の位置検出装置について図面を参照して詳細
に説明する。
Next, a conventional position detection device will be described in detail with reference to the drawings.

第4図は、従来の位置検出装置の一例を示すブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional position detection device.

第4図に示す位置検出装置は、光源2と、光源2から放
射された光を試料表面3に集光するレンズ12と、試料
表面3からの反射光を結像させるレンズ13と、レンズ
13の結像面上に配置された検出器14とを含んでいる
。この検出器14としては、2分割検出器や半導体装置
検出素子(以下、PSDという)等が用いれ、レンズ1
3によって結像されたビーム位置が検出できるようにな
っている。
The position detection device shown in FIG. 4 includes a light source 2, a lens 12 that focuses light emitted from the light source 2 onto a sample surface 3, a lens 13 that focuses reflected light from the sample surface 3, and a lens 13 that focuses light emitted from the light source 2 onto a sample surface 3. and a detector 14 disposed on the imaging plane of the image plane. As this detector 14, a two-split detector, a semiconductor device detection element (hereinafter referred to as PSD), etc. are used, and the lens 1
3, the position of the imaged beam can be detected.

そして、試料表面3の高さが変わると試料表面3上のス
ポット位置が動き、それに伴い検出器14上でのビーム
位置は変化する。すなわち、検出器14上でのビーム位
置を測定することにより、試料表面3の高さを検出する
ことができる。
When the height of the sample surface 3 changes, the spot position on the sample surface 3 moves, and the beam position on the detector 14 changes accordingly. That is, by measuring the beam position on the detector 14, the height of the sample surface 3 can be detected.

ビームの入射角度をθとすると、試料表面がΔhだけ変
化したときの検出器14上でのビームの位置ずれΔXは
次式で表わされる。
When the incident angle of the beam is θ, the positional deviation ΔX of the beam on the detector 14 when the sample surface changes by Δh is expressed by the following equation.

ΔX ” 2 cosθ・Δh−n n:レンズ13の倍率 検出器14として用いられる2分割検出器またはPSD
等は、a、b2つの信号を出力し、これら2つの差を演
算することによって、検出器14に照射されているビー
ム位置を知ることができる。
ΔX ” 2 cos θ・Δh−n n: 2-split detector or PSD used as magnification detector 14 of lens 13
etc. outputs two signals a and b, and by calculating the difference between these two signals, the position of the beam irradiating the detector 14 can be determined.

しかし、試料表面30反射率の変化や表面状態等により
、検出器14に入射するビーム強度が変動すると、誤差
が発生し、試料表面3の正確な高さの測定ができなくな
る。
However, if the intensity of the beam incident on the detector 14 fluctuates due to changes in the reflectance of the sample surface 30, surface conditions, etc., errors occur, making it impossible to accurately measure the height of the sample surface 3.

そこで、第4図に示した従来の位置奨典検出装首では、
検出器14の出力a、bは減算器15で減算され−ると
ともに、加算器16で加算される。そして、割算器17
によって減算器15の出力(a−b)を加算器16の出
力(a+b)で割って規格化することにより、検出器1
4に入射するビーム強度の変化に影9をうけない位置ず
れ信号を得ている。
Therefore, in the conventional position detection head device shown in Fig. 4,
The outputs a and b of the detector 14 are subtracted by a subtracter 15 and added together by an adder 16. And divider 17
By dividing the output (a-b) of the subtracter 15 by the output (a+b) of the adder 16 and normalizing it, the detector 1
A positional deviation signal that is not influenced by changes in the beam intensity incident on the beam 4 is obtained.

以上のような従来の位置検出装置は、縮小投影方式の半
導体露光装置(ステッパ)において、投影レンズの焦点
をウェハ表面に合わせるためのウェハ表面の高さ測定に
良く用いられている。ところが、ステッパの露光領域は
通常15mmX15mm程度であり、正確に焦点合わせ
を行うためには露光領域内のウェハ表面の平均的な高さ
を知る必要がある。これはウェハには反りや加工による
凹凸があり、露光領域内の高さが一定とは限らないため
である。
The conventional position detection device as described above is often used in a reduction projection type semiconductor exposure apparatus (stepper) to measure the height of a wafer surface in order to focus a projection lens on the wafer surface. However, the exposure area of a stepper is usually about 15 mm x 15 mm, and in order to accurately focus, it is necessary to know the average height of the wafer surface within the exposure area. This is because the wafer has warpage and unevenness due to processing, and the height within the exposure area is not always constant.

第4図に示した従来の位置検出装置では、光をスポット
状に集光し、そのスポット位置の変化を検出するので、
試料表面3上のスポット位置における高さは測定できる
が平均的高さは測定できない。試料表面3上のスポット
径を大きくすれば、それだけ平均的な高さを知ることが
できるが、検出器14上に形成されるスポット径も大き
くなり、位置検出の分解能が低下する。
The conventional position detection device shown in FIG. 4 focuses light into a spot and detects changes in the spot position.
Although the height at the spot position on the sample surface 3 can be measured, the average height cannot be measured. If the spot diameter on the sample surface 3 is increased, the average height can be determined accordingly, but the spot diameter formed on the detector 14 also becomes larger, and the resolution of position detection decreases.

そのため、より正確にウェハ表面の平均的な高さを知る
方法として、第4図に示した位置検出装置を複数個設け
て、多点におけるウェハ面の高さを求める装置が考えら
れ、実際に適用されているが、光学系が増大し、装置全
体が複雑になる。
Therefore, as a way to more accurately determine the average height of the wafer surface, it is possible to install a plurality of position detection devices as shown in Figure 4 to determine the height of the wafer surface at multiple points. However, the optical system increases and the overall device becomes complex.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来の位置検出装置は、試料表面にビームをス
ポット状に集光するため試料面内の一点における高さし
か測定することができないので、試料面に反りや凹凸が
あった場合に平均の高さを正確に検出することができな
いという欠点があった。また、この欠点を除去するため
には、同じ+1“り成の位置検出装置が複数個必要にな
り、従来の位置検出装置を適用した半導体露光装置や検
査装置は構造が複雑になり高価になるという欠点があっ
た。
The conventional position detection device described above can only measure the height at one point on the sample surface because it focuses the beam on the sample surface in the form of a spot. There was a drawback that the height could not be detected accurately. In addition, in order to eliminate this drawback, multiple position detection devices of the same +1" configuration are required, and semiconductor exposure equipment and inspection equipment that use conventional position detection devices have complicated structures and become expensive. There was a drawback.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の位置検出装置は光源と、前記光源に投影された
第1の格子による第1の格子像を斜め方向から試料表面
に結像する投影光学系と、前記試料表面で反射された前
記第1の格子像を結像し第2の格子像を形成する受光光
学系と、前記第2の格子像の結像面に配置した第2の格
子と、前記第2の格子を振動させ前記第2の格子を通過
した通過光を変調しかつ参照信号を出力する変調手段と
、変調された前記通過光を受光して光電変換し変調信号
を出力する検出器と、前記参照信号を参照して前記変調
信号を位相枝波する手段を含んで構成される。
The position detection device of the present invention includes a light source, a projection optical system that forms a first grating image projected on the light source onto a sample surface from an oblique direction, and a light-receiving optical system that forms a first grating image to form a second grating image; a second grating disposed on the imaging plane of the second grating image; a modulator that modulates the passing light that has passed through the grating No. 2 and outputs a reference signal; a detector that receives the modulated passing light, photoelectrically converts it, and outputs a modulated signal; It is configured to include means for phase branching the modulated signal.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

第1図に示す位置検出装置は、第1の格子である固定格
子1と、固定格子lを投影するための光源2と、固定格
子1の像を試料表面3上に結像させるレンズ4と、試料
表面3で反射された固定格子1の像を再び結像させるレ
ンズ5と、レンズ5の結像面に配置された第2の格子で
ある振動格子6と、振動格子6を透過した光の光量を検
出する加振器9と、加振器9に駆動信号を与える発振器
10と、発振器10の出力信号を参照してアンプ8の出
力を位相検波するロックインアンプ11とを含んで構成
される。
The position detection device shown in FIG. 1 includes a fixed grating 1 as a first grating, a light source 2 for projecting the fixed grating 1, and a lens 4 for forming an image of the fixed grating 1 on a sample surface 3. , a lens 5 that refocuses the image of the fixed grating 1 reflected on the sample surface 3, a vibrating grating 6 that is a second grating placed on the imaging plane of the lens 5, and light transmitted through the vibrating grating 6. , an oscillator 10 that provides a drive signal to the oscillator 9, and a lock-in amplifier 11 that detects the phase of the output of the amplifier 8 by referring to the output signal of the oscillator 10. be done.

なお、振動格子6上に結像される固定格子1の像のピッ
チと振動格子6のピッチは、等しくなるように設計して
いる。
Note that the pitch of the image of the fixed grating 1 formed on the vibrating grating 6 is designed to be equal to the pitch of the vibrating grating 6.

固定格子lが試料表面3に投影される照射角をθとする
と、試料表面3の高さの変化Δhと振動格子6上での固
定格子1の像の変位ΔXとの関係は、レンズ5の光学的
倍率なnとして、次の(1)式%式%(1) また、固定格子1の像の位相変化を△φとし、振動格子
6のピッチをPとするとΔφ=2π・△x / Pとな
り、(1)式を代入して次の(2)式が得られる。
Assuming that the illumination angle at which the fixed grating l is projected onto the sample surface 3 is θ, the relationship between the change in height of the sample surface 3 Δh and the displacement ΔX of the image of the fixed grating 1 on the vibrating grating 6 is as follows: As the optical magnification n, the following formula (1)% Formula % (1) Also, if the phase change of the image of the fixed grating 1 is △φ, and the pitch of the vibrating grating 6 is P, then Δφ=2π・△x / P, and by substituting equation (1), the following equation (2) can be obtained.

Δφ=4πncosθ・Δh /P Crad〕−・・
(2)(2)式から試料表面3の高さの変化に伴い固定
格子1の像の空間的位相が変化し、そのため、固定格子
1の像と等しいピッチを持つ振動格子6を透過する光量
が周期的に変化することがわかる。
Δφ=4πncosθ・Δh /P Crad]−・・
(2) From equation (2), the spatial phase of the image of the fixed grating 1 changes as the height of the sample surface 3 changes, and therefore the amount of light transmitted through the vibrating grating 6 having the same pitch as the image of the fixed grating 1. It can be seen that changes periodically.

第2図は、試料表面3の高さの変化Δhと振動格子6を
透過する光tIとの関係の一例を示すグラフである。こ
の図に示すように、光ff1Iは試料表面3の高さの変
化Δhに対して周期がP/2ncosθの周期的な曲線
となる。
FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the change Δh in the height of the sample surface 3 and the light tI transmitted through the vibration grating 6. In FIG. As shown in this figure, the light ff1I forms a periodic curve with a period of P/2n cos θ with respect to the change Δh in the height of the sample surface 3.

さらに、高精度に試料表面3の位置を検出するために、
加振器9によって振動格子6を一定周波数で微小振動さ
せ、振動格子6上に結像される固定格子lの格子像と振
動格子6との空間的位相差に変調をかける。
Furthermore, in order to detect the position of the sample surface 3 with high precision,
The vibrating grating 6 is minutely vibrated at a constant frequency by the vibrator 9, and the spatial phase difference between the grating image of the fixed grating l formed on the vibrating grating 6 and the vibrating grating 6 is modulated.

次に、フォトディテクタ7では、変調された光を受光し
、その出力はアンプ8で増幅される。
Next, the photodetector 7 receives the modulated light, and the output thereof is amplified by the amplifier 8.

ロックインアンプ11は、加振器9を駆動する発振器1
0の出力を参照番号としてアンプ8の出力を位相検波す
る。このことにより、ロックインアンプ11より高精度
な位置ずれ信号を得ることができる。
The lock-in amplifier 11 is an oscillator 1 that drives the exciter 9.
Phase detection is performed on the output of the amplifier 8 using the output of 0 as a reference number. As a result, a positional deviation signal with higher accuracy than that of the lock-in amplifier 11 can be obtained.

第3図は、試料表面の高さを連続的に変化させた時ノ変
位Δhとロックインアンプ11と9出力の関係を示すグ
ラフである。第3図に示す位置ずれ信号を示すロックイ
ンアンプ11の出力は、第2図に示した光量変化の曲線
の微分曲線となり、光量の最大値および最小値がセロク
ロス点になる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the displacement Δh and the output of the lock-in amplifier 11 and 9 when the height of the sample surface is continuously changed. The output of the lock-in amplifier 11 indicating the positional deviation signal shown in FIG. 3 is a differential curve of the curve of light amount change shown in FIG. 2, and the maximum and minimum values of the light amount are the zero cross points.

このゼロクロス点近傍でのりニアリテイは良く、本発明
の位置検出装置を、例えば、半導体露光装置や検査装置
の焦点合わせ機構に適用する場合は、ロックイン7ンブ
11の出力がゼロとなる点で合焦点となるように調整す
る。
The linearity is good in the vicinity of this zero cross point, and when the position detection device of the present invention is applied to a focusing mechanism of a semiconductor exposure device or an inspection device, for example, the point where the output of the lock-in 7-block 11 becomes zero is a good value. Adjust so that it is in focus.

このゼロクロス点は、試料表面30反射率の変化による
光量変動が生じても、変化することがないので、試料表
面30反射率に影響を受けない高精度な焦点合わせが実
現できる。
This zero-crossing point does not change even if the amount of light varies due to a change in the reflectance of the sample surface 30, so highly accurate focusing can be achieved without being affected by the reflectance of the sample surface 30.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の位置検出装置は、試料表面に斜め方向からビー
ムをスポット状に集光して照射する代りに、ある面積を
持った格子の像を試料表面に投影し、試料表面からの反
射した格子の像の空間的位相変化を検出して試料表面の
高さを測定するため、試料表面のある面積内の平均的な
高さを高精度に測定することができるという効果がある
The position detection device of the present invention projects an image of a grating with a certain area onto the sample surface, instead of irradiating the sample surface with a focused beam from an oblique direction in the form of a spot. Since the height of the sample surface is measured by detecting the spatial phase change of the image, the average height within a certain area of the sample surface can be measured with high precision.

すなわち、本発明の位置検出装置は半導体露光装置や検
査装置に適用したとき、複数個で構成する代りに1個で
構成できるので構造を簡単にでき安価にできるという効
果がある。
That is, when the position detection device of the present invention is applied to a semiconductor exposure device or an inspection device, it can be configured with one device instead of a plurality of devices, so that the structure can be simplified and the cost can be reduced.

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

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
第1図における試料表面の高さの変化Δhと振動格子を
透過する光f、■との関係の一例を示すグラフ、第3図
は第1図における試料表面の高さの変化Δhとロックイ
ンアンプの出力との関係の一例を示すグラフ、第4図は
従来の一例を示すブロック図である。 l・・・・・・固定格子、2・・・・・・光源、3・・
・・・・試料表面、4.5,12.13・・・・・・レ
ンズ、6・・・・・・振動格子、7・・・・・・フォト
ディテクタ、8・・・・・・アンプ、9・・・・・・加
振器、lO・・・・・・発振器、11・・・・・・ロッ
クインアンプ、14・・・・・・検出器、15・・・・
・・減算器、16・・・・・加算器、17・・・・・・
割算器。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the change in height of the sample surface Δh and the light f transmitted through the vibration grating in FIG. FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the change Δh in height of the sample surface in FIG. 1 and the output of the lock-in amplifier, and FIG. 4 is a block diagram showing an example of the conventional technique. l...Fixed grating, 2...Light source, 3...
...Sample surface, 4.5, 12.13...Lens, 6...Vibration grating, 7...Photodetector, 8...Amplifier, 9...excillator, lO...oscillator, 11...lock-in amplifier, 14...detector, 15...
...Subtractor, 16...Adder, 17...
Divider.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 光源と、前記光源に投影された第1の格子による第1の
格子像を斜め方向から試料表面に結像する投影光学系と
、前記試料表面で反射された前記第1の格子像を結像し
第2の格子像を形成する受光光学系と、前記第2の格子
像の結像面に配置した第2の格子と、前記第2の格子を
振動させ前記第2の格子を通過した通過光を変調しかつ
参照信号を出力する変調手段と、変調された前記通過光
を受光して光電変換し変調信号を出力する検出器と、前
記参照信号を参照して前記変調信号を位相検波する手段
とを含むことを特徴とする位置検出装置。
a light source; a projection optical system that forms a first grating image from a first grating projected onto the light source onto a sample surface from an oblique direction; and a projection optical system that forms an image of the first grating reflected from the sample surface. a light-receiving optical system that forms a second grating image; a second grating disposed on the imaging plane of the second grating image; and a light receiving optical system that vibrates the second grating and passes through the second grating. a modulator that modulates light and outputs a reference signal; a detector that receives the modulated passing light, performs photoelectric conversion and outputs a modulated signal; and detects the phase of the modulated signal with reference to the reference signal. A position detection device comprising: means.
JP1254292A 1989-09-28 1989-09-28 Position detector Pending JPH03115807A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1254292A JPH03115807A (en) 1989-09-28 1989-09-28 Position detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1254292A JPH03115807A (en) 1989-09-28 1989-09-28 Position detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03115807A true JPH03115807A (en) 1991-05-16

Family

ID=17262944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1254292A Pending JPH03115807A (en) 1989-09-28 1989-09-28 Position detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03115807A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4332473A (en) Apparatus for detecting a mutual positional relationship of two sample members
JP2734004B2 (en) Positioning device
US5729337A (en) Inclination detecting apparatus
JPH0374763B2 (en)
US4698513A (en) Position detector by vibrating a light beam for averaging the reflected light
JP3391470B2 (en) Projection exposure apparatus and projection exposure method
JPH03115807A (en) Position detector
JPH0359413A (en) Position measuring instrument
JPH03113309A (en) Position detector
JPS61112905A (en) Optical measuring apparatus
KR100194598B1 (en) Wafer auto focusing device by probe beam scanning method
KR970004476B1 (en) Measurement apparatus of wafer position in altgner
JPH0360011A (en) Position measuring device
JP2778231B2 (en) Position detection device
JPH07294537A (en) Speed and distance detector
CN107783379B (en) Compensation method for measurement information
JPH0536727B2 (en)
JPS62118243A (en) Surface defect inspecting instrument
JPS62144013A (en) Photoelectric position detector
CN117190870A (en) Interferometry device and method combining monochromatic light and white light
JPH02167413A (en) Interval measuring instrument
JP3441501B2 (en) Ellipsometer
JPS61218902A (en) Position measuring method
JPH08327562A (en) Method and device for inspecting metallic plate for surface flaw
JPH04207013A (en) Position detector