JPH03139651A - 全内部反射ホログラフィック画像システムにおける光学検査装置及びその方法 - Google Patents

全内部反射ホログラフィック画像システムにおける光学検査装置及びその方法

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JPH03139651A JP2268242A JP26824290A JPH03139651A JP H03139651 A JPH03139651 A JP H03139651A JP 2268242 A JP2268242 A JP 2268242A JP 26824290 A JP26824290 A JP 26824290A JP H03139651 A JPH03139651 A JP H03139651A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、全内部反射ホログラフィック画像システムに
おける光学検査装置およびその方法に関するものである
。 それは、概略、ホログラフィック再現またはホトリソグ
ラフィック再現を得るのに必要な焦点を検出する装装置
および方法と、さらに追加的に記録媒体上のホログラム
を再現する間じゅう正確な焦点を維持するために焦点距
離を調節する装置および方法に関するものである。
【従来の技術およびその課題】
全内部反射[T、1.R]ホログラムとは、空気とホロ
グラムとの境界面から全内部反射された物体光と参照光
のいずれか一方又は両方で作られるホログラムをいう。 K、 A、 5tetson、 in AI)I]1i
edPhysics Letters(June 19
68)の論文に、T、[、Rホログラフィック画像処理
方法か記載されている。 ホログラフィック層は、参照光が臨界角θCよりも大き
な角度でポログラム而に到達できるように、直角プリス
ノ・の斜辺−1,に指数が調和させである。 物体光はポログラム」−にずく近くに設けた半透明体を
通り到達する。共役再現光がオリンナル物体と同一の平
面にホログラフィック像を作る。 しかしながら、感光性材料およびその基質が、ポロクラ
フィック像を捕らえるために、記録媒体に空間的に接近
してすく近くに配置されると、その画像か基質やプリズ
ムに邪魔される。このことは、ホログラフィック像と記
録媒体との間の良好な整合を保証することかできるよう
に採用した標準検査システムの妨げとなる。 上記5tctsonにより説明された」−記原理に基つ
くヨーロッパ特許明細書簡0.251.68 ]号では
、特定の適用、ずなわら下記の基本工程によって集積回
路を製造する方法が開示されている。 (a)  無視してもよいはとの散乱を示し、縮みや歪
みのない高解像の第1の記録媒体を用意する。 ([))  集積回路を有するマスクを通過したコヒー
レント光の入射光と、記録媒体が位置する表面に全内部
反射するコヒーレント光の参照光との間の干渉によ−て
、第1の記録媒体の1−に回路パターンの体積ホログラ
フィック像を形成する。 (C)  集積回路のホログラフィック像を再現するた
めに、マスクを第2の記録媒体を有するンリコンウエハ
ーに置き換える。 (d) 」―記ホログラムを形成した第1の参照光と逆
の方向から進む第2の参照光でポロクラムを照明するこ
とによって、第2の記録媒体上にホログラム像を形成す
る。 (e)  ?M数の7リコンウエハーにλ・1して複数
回再生操作を繰り返す。 以−1−の方法か発展する中で、出生児の不均一性に起
因する問題は、我々が英国特許明細書簡2,2]5,4
8/I号て開示した走査技術を用いることで解決された
。この出願で提案した装置は、限られた又は狭い参照光
を使用−この参照光で7リコンウエハー上に設けた第2
の記録媒体上に集積回路を構成するために、第1の記録
媒体上のポログラフインク像を走査している。 1−記番号の出願中の出願に開示された改y;の結果と
して直面した−・っの問題は、今や大きなシリコンウェ
ハーが使用できるので、シリコンウェハー上に設けた第
2の記録媒体に再生像のすへての部分か正確にヒリト合
わぜされることを保証することに起因するものである。 ホログラフィック像の再生v1梢11がこくわずか変化
しても、ある領域では完全に焦点か合わないことになる
【課題を解決するための手段及び作用・効果】したかっ
て、本発明の目的は、全内部反射ホログラムを再現する
ために必要なプリス弘幾何学形にする一方で、a)集積
回路、b)光学記憶ティスフ、c)  (1−11)’
FVのような)高解像スクリーン、d)表面音波装置、
e)感光性マスクレチクルのような適用の特性にかかわ
りなく、ホログラム七記録媒体との間の相対位置を光学
的に検出する方法を提liHするものである。 本発明の第1の態様によれは、全内部反射ポロクラム画
像システムにおいて、光ヒーム(または検査光)をプリ
スl、および第1の記録媒体上に予め記録されているポ
ロクラドの表面に実質的に直角入射するように直進させ
る工程を含む光学検査方法が提供される。光ビームはポ
ログラムと空気との境界面で部分的に反則する。通過し
た部分は実質的に直角に到達し、第2の記録媒体と基質
で反U=Iさぜられる。その直角に反則した二つのヒー
ムは互いに干渉する。これら干渉したヒームは、反射面
間距離に対応した信号を得る干渉技術または回折技術に
よって分解される。上記方法は焦点を検出するために用
いてもよい。 この技術をT、1.Rホログラフィック印刷に採用する
ためには、光学プリズムの幾何学形は、ホログラフィッ
ク再現ビーA(R)が臨?+!角(Oc)よりも大きい
角度で到達するようにすると共に、検出光が直角叉はほ
は直角に入射するようにしたものでなければならない。 これらの条件を考慮した2つの幾何学形の例が第1図と
第2図に示しである。ずなわぢ、その方法は、すべての
点で正確な焦点を維持するための上記測定に答えて、2
つの記録媒体の間の距離を変化さぜる丁イ゛、:をイ・
j加的に含んζいる。 第1の記録媒体によって作られたホログラフィック像に
第2の記録媒体を焦点合わせすることは、以下のいくつ
かの方法によって行なうことができる。すなわち、 (a)  第2の基質の1M数の光学的検査は、第2の
基質の形状のデジタル化された図面を作成するためにそ
れのさまざまな場所で行なわれ、その図面はコンピュー
タのメモリに格納するのかよい。 そして、この図面は再生操作の間じゅう、現実のリンゲ
ラフィブロセスを誘導する。 (b)  第2の記録媒体上のホログラフィック像を作
成するために、第1の記録媒体のホログラムが、記録さ
れているホログラムのそれぞれの領域に対して走査され
る場合、焦点を決定し正確な焦点を維持する工程は、ホ
ログラフィック像をシリコン基質の第2の記録媒体−に
に記録する工程と同時に行なわれる。 (C) 上記2つの組み合わせか、すなわち第2の記録
媒体の部分形状のデジタル化された図表を得る工程およ
び走査工程が、記録媒体のその部分に対する正確な焦点
を決定し、シリコン基質の第2の記録媒体上にホログラ
フインク像の部分を記録し、そして、第2の記録媒体の
別の部分に対して上記プロセスが繰り返される。 本発明の第2の態様では、プリズムに3.9かれ、第1
の記録媒体に予め記録されたポログラムの表面」−に実
質的に直角に入射する光ビームを有する全内部反射ホロ
グラフィック画像システムの光学検査装置が提案されて
いる。その光ビームはホログラムと空気との境界面で部
分的に反射される。 通過した部分は第2の記録媒体と基質に到達し、そして
反射される。その2つの反射ビームは互いに干渉し、入
射路に沿って戻る。これら干渉したビームは、反射面間
の距離に対応した信号を(nるために、干渉技術又は回
折技術によって分解される。 上記光学検査装置は焦点を検出するのに用いてもよい。 得られた測定に対して、すべての点で正確な焦点を維持
するために、2つの記録媒体の間の距離1 2 を調節する手段が設けられる。上記距離調節手段は、圧
電ドライバまたはステッピングモータのような複数のア
クチュエータを有することが好ましい。3つのそのよう
なアクチュエータを用いるのが好ましい。 【実施例] 以下、添付図面を参照し、実施例によって本発明を更に
詳細に説明する。 本発明の基礎となる原理を理解するために、まず最初に
第1,2図に示すプリズム幾何、形の2例に言及する。 これらの図において、ホログラムHはガラス板Gの」二
面にコーティングされた記録乳剤の上に形成されている
。ガラス板の下面はプリズムPの]二面と接触している
。ガラス板とプリズムの屈折率は同一である。米国特許
明細古筆4゜857.425号では再生ビームとして記
述されている再現ビームがRで示され、正確な焦点を決
定する検査光かIで示されている。 さらに、下記の符号は次のように定義される。 Oc−臨界角 Or−ホログラムに対する再現ビーム又は再生ビームの
角度 φ=ニブリズム度 Z−プリズム表面に対する再現ビームの内部角度1−プ
リズム幾何に対する検査光の内部角度提案された検査方
法は、プリズムPを通り、光ビームIをホログラム表面
に直角又はほぼ直角に入射するように導くものに関する
。ホログラムと空気の接触面からの部分反射と記録媒体
表面からの反射が重ね合わされて干渉訓を形成する。文
書で証明された標準の技術を用いれば、前述の干渉3′
Iの強さは、ホログラム表面と記録媒体の間の距離の絶
対値を得るのに利用することができる。 この技術をT、1.Rホログラフィック印刷に利用する
ためには、光学プリズムの幾何学形は、検査光Iが直角
又はほぼ直角に入射されて接近すると同時に、ホログラ
フィック再現ビームRが臨界角θCよりも大きい角度で
到達し得るものでなければならない。 第1図に示すプリズム幾何学形に関して、検査光Iかホ
ロクラム表面に直角入射で到達できる条件は、φ〈θC
である。 再現ビームか臨界角よりも大きい角度でホロクラム表面
に到達できる条件は、φ〉Or−θCである。 第2図に図示されている別のプリズム幾何学形にしても
よい。この例では、11丁現ヒビーIくか臨界角θCよ
りも大きい角度でホロクラム表面に到達するようにする
ために、φか臨界角OCよりも太き(しである。検査光
Iはホログラム表面に垂直な面からプリズムPに入るか
、プリズムPの斜面で全内部反射した後直角に到達する
。 ホログラムの再生イメー/が7リコンウエハーの記録媒
体上で組み合わされて形成され又は構成される再生操作
において、正確な焦点を検出する上記原理の適用を、第
3.4図を参照して更に詳細に説明する。 第3図に関して、コーロノパ特許明細書簡0゜251、
 6s1qに開示されたプリスト形状を利用するのでは
なく、その代りに直角プリズム22か使用される。これ
は、30°、60°、および90°の角度を有し、プリ
ズム角は30°と等しくしである。T、I、  Rボロ
グラムは、プリズl\と同一・の屈折率のガラス板16
の上面に設けた第1の記録媒体の上に予め記録されてい
る。rl−15の屈折率に対して、臨界角θCは418
°である。再現又は再生ビームはレーザ源32で11(
給され、プリズム表面Yに対する再生ビームの角度O8
は228°であることか必要である。シリコンウェハー
30は、ガラスの上面に設けた第1の記録媒体表面一に
に配置され、その位置がアクチュエータ40で決定され
ている。 第4図に関して、アクチュエータ40a、40b、4Q
cはガラス板上ンリコンウェハー30の間に配置され、
適当なサポート50の−1−に置かれている。図示する
ように、アクチュエータ40aと40bは2つのコーナ
ーに配置され、−力筒3のアクチュエータ/I OCは
下端/IIに沿って中間に配置されている。アクチュエ
ータは、圧電スペーサであって、3つの圧電スペーサ/
IOのそれぞれの厚さか電圧を加えることによって変化
し、各圧電スペーサ40の膨張量かそれに印加される電
圧の大きさに概ね比例するものであることか好ましい。 第3図に戻り、画像の一部かンリコンウJバー」二の第
2の記録媒体に転写される前に、ンリコンウエハー30
の底面とガラス板16の表面−1−に置かれたホログラ
フィック材オ゛1の1−而との間の距離か検査でき、し
かも適切ならは調整゛Cきる。このために、第1の記録
媒体上の体積ポロクラフィック像を走査する再生レーザ
源32の動きに同期して移動する光ビーム42−その性
質は後述するか設けである。光ビームはプリズム22の
表面Yに48.6°の角度θiで供給され、ガラス板を
その而に対して垂直に通過する。カラス板16の」二面
上のポログラム面では、ポログラム面料と空気との間の
屈折率の差によって光ビームか−・部反射する。通過光
の−・部は鏡のようなウェノ\−表面によって反射する
。 前述の反射面に直角に光か到達づ−ると、−m−〕の反
射されたビームは重なり合い、そして入射路に沿って戻
る。ビームスプリッタ−/13では、E連光の一部が検
出装置4/Iに向けて反射される。仮に光源42のコヒ
ーレンス長かウェハーとポログラムとの間の距離の2倍
よりも大きければ、2つの重ね合わされた反射光は干渉
し、検出光の強さは次式により1Uえられる。 λ ここで、dはウェハーとポログラl\との間の距離、λ
は波長である。 IwとI Hはそれぞれ二つの反射光の強さである。 したかって、与えられた波長に対して、測定強さIは焦
点を合わせるのに必要な情報を与える。 しかし、方程式(1)はコサイン項を有するので、パラ
メータdは、632.8nrrビC動作するI−1cN
eレーザに対しては316  /Inmの値になるλ/
2の距離のときだけ確定している。 光源/12の正確な性質と、検出装置d/lて#j> 
JWビームか分析される方法を、例によって更に詳しく
説明する。 すなわち、第1例において、光源は、二つの単一波長レ
ーザビームの組み合わせ、又は多段レーザによって与え
られる2重波長レーザである。第2の波長レーザ源の用
途は、確定した操作距離[unambiguous o
perating distance]をT、1.Rホ
ログラフィック印刷の適用に対してさらに実用的な距離
まで拡張することである。その確定した操作距離は、A
かA−λ−λ、/(λ1−λ、)で与えられたとき、Δ
/2まで拡張される。ここで、λ1.λ2は組み合わさ
れたビームの二つの波長である。 例えばHeNeレーザの632.8nmラインと6’1
1.8nmラインを使用すれば、確定した操作距離は9
.22μmとなり、HeNeレーザの632.8nmラ
インと635.2nmラインを使用すれば83.74μ
mとして与えられる。 ホログラムとウェハーとの間の距離の正確の解明が為さ
れるためには、それぞれの波長に対応した信号か個々に
読まれることか好ましい。これは、二つのレーザ源を交
互にオン・オフし、又は波長に敏感なビームスプリッタ
を用いて、検出装置44の二つの別々の検出器」〕に二
つの干渉像を分離することにより可能である。検出装置
44の出力(まマイクロプロセッサ46に不1月1され
る。 文献でよく証明されている標準技術が、検出信号の正確
な解明に有効である。この点について、K Creat
h−Phase−Measurement Inter
ferometryTechniques、 eg、 
E、 Wolf、 ProgreSs in 0pti
cs XXVIElalviev(1988)、に述べ
られている。 広い確定した操作距離と正確な測定を組み合わせるため
に、2以−」二の波長を利用することかできる。 これから検討する第2例では、光源42は、白熱ランプ
、キセノンランプ、叉は同等の光源から供給される光の
ように、連続した広帯域波長スペクトルを有している。 しかしなから、ウェノ\−30の」二にコーティングさ
れた第2の記録媒体を露光しないために、必要ならば、
光源スペクトルにおける前述の記録媒体が敏感な波長を
きれいにする。それは、適当な光学フィルターによ−)
で行なうことができる。 短いコヒーレンス長(数ミクロンより小サイ)の光によ
り、二つの反射光bw(空気とウェハーの分離面で反射
した反射光)とbu(空気とホログラムとの分離面で反
射した反射光)は、検出装置40に到達する前にコヒー
レントに干渉することはない。九1:還ビームから4益
な情報を引き出すために、゛白光干渉′”として一般的
に知られている標準技術とチャンネルスペクトル[Ch
annel 1edSpectra:l (P、Har
iharn、0ptical Ineerferome
tryAcademic Press 1985  参
照)か利用され、これは実施例により添付図面を参照し
て後述する。 前述の白色光に関す名好適な配置を第5図に例を示す。 その装置は、プリズム50.その−面に設けたホログラ
ム52.ウエノ\−53.白光源54、ビームスプリッ
タ−55,検出器56.および反射面57と58を備え
ている。 この例では、ウエノ\−53の表面から反射した後、光
源54からの白色光は、ビートスプリッター55によっ
て干渉調の他の部分を通過するようにしである。干渉計
のこの他の部分は、相互に参照距離を定める2つの反射
面57と58を備えている。上記反射面57と58との
間の路長かラボ。 バー53とポログラム52との間の路長と等しければ、
各波長に対する路長差が白色線を生ずるセロになる。し
たがって、反射面57と58との間の距離を、ウェハー
53とホログラノ・52との間の好ましい操作距離に設
定すると、上記白色縞の上に固定することで正確な焦点
合わせが達成できる。 」−記チヤンネルスペクトル法に対する好ましい配置を
示す第6図について説明する。その装置は、プリズム6
0.その−面に6位置するホログラム62、ウェハー6
34i64.  ビームスプリッタ65、回折格子66
及び検出アレー67を備えている。 チャンネルスペクトルの場合、帰還ビームにおける各波
長の干渉は上記ビートを回折格子66に通過させること
により分析することかできる。そのようにして17られ
たスペクトルは暗い帯を表わし、検出アレー67による
その検出および分離は、ウェハー63とポロクラム62
間の分R1f 全算出−d−るのに必要な情報をIjえ
る。 前述の好適な実施例では、第2の記録媒体を含む/リコ
ン薄j−″1との間の距離か測定されるた(Jではなく
、英国特許明細書箱2.2]5.484号で開示されて
いるように、特に複数の重複露光か走査処理の間しゅう
j」なわれるものでは、再生操作の間じゅう1F確な距
離か維持される。 全内部反射ホロクラフインク画像システムにおける公式
の1−記検査装置および検査力tJ:は、(a)集積回
路画像、(l〕)光学記憶ティスフ、(C)高解像スク
リーン(+1 D l” Vを含む)、(d)表面音波
装置、(e)感光性マスクレチクル、を含むずヘーCの
タイプの写りFM版の適用業務に応用することかできる
。 また、ポロクラム材料か、部分反射表面の−一つとしC
ポロクラムと空気との境界面をに(質と空気との境界面
に置き換えた平j旦な光学基質で覆われたケースにも同
様に適用することかCきる。 さらに、その方法は、検査ビームが石版の基質を1苗っ
て走査し、連続的に測定か行なわれるようにするか、ま
たは一連の不連続点を移動し、これらの点でのみ測定を
行なうようにして実行できるものと理解される。さらに
また、位置関数として、焦点測定は、再現プロセスに同
期して、又は前も−〕でメモリに貯えられている情報で
行なうことかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図は本発明の詳細な説明する概念図、第3
図は再生操作中のホログラムと記録媒体間の相対位置を
光学的に検出する一つの好適な実施例の概念図、第4図
はシリコン薄片をガラス板から分離するアクチュエータ
の位置を示すガラス板の甲面図、第5図と第6図は本発
明と共に使用される検出装置2つの例と概略概念図であ
る。 3 4

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕第1の記録媒体上に予め記録されたホログラムを
    有する第1の基質(16)を支持するプリズム(22)
    に光ビームを導き、第2の基質(30)の第2の記録媒
    体上に像を写し、上記ビームが上記第1および第2の基
    質に直角をなし、上記二つの記録媒体から反射した光を
    利用して、干渉技術または回折技術によってそれらの間
    の距離を検出する、ことを特徴とする全内部反射ホログ
    ラフィック画像システムにおける光学検査方法。 〔2〕上記光学検査方法を焦点検出に使用することを特
    徴とする請求項1の光学検査方法。 〔3〕すべての点で正確な焦点を維持するために、上記
    測定に応じて2つの記録媒体の距離を変化させる追加の
    工程を有することを特徴とする請求項1の光学検査方法
    。 〔4〕上記第2の基質の形状のデジタル化された図面を
    作成するために、第2の基質の異なる位置で光学検査を
    複数行い、コンピュータのメモリに上記図面を格納し、
    その格納された情報を利用して再生操作中現実のリソグ
    ラフィプロセスを誘導することを特徴とする請求項3の
    光学検査方法。 〔5〕上記シリコン基質の第2の記録媒体上にホログラ
    フィック像を記録する工程と同時に、焦点を決定し、正
    確な焦点を維持することを特徴とする請求項3の光学検
    査方法。 〔6〕工程およびスキャン操作が、第2の記録媒体の部
    分形状のデジタル化された図面を得る工程、上記記録媒
    体のその部分に対する正確な焦点を決定する工程、シリ
    コン基質の第2の記録媒体上にホログラフィック画像の
    部分を記録する工程、および第2の記録媒体の別の部分
    に対して上記プロセスを繰り返す工程、を有する請求項
    3の光学検査方法。 〔7〕上記光ビームが単一または多段波長レーザビーム
    であり、上記距離情報が2つの基質からの単一または多
    段波長レーザの反射によって形成される干渉計の強さを
    観察することによって得られる請求項1の光学検査方法
    。 〔8〕上記光ビームが実質的に平行な白色ビームまたは
    広帯域源で、第1および第2の基質からのこのビームの
    反射が、適当な分割器を有する2つの参照物体からくる
    同一光源の同様に反射された光と干渉する請求項1の光
    学検査方法。 〔9〕上記光ビームが実質的に平行な白色光または広帯
    域源で、第1および第2の基質からのこの光ビームの反
    射を回折格子に通し、帰還ビームをスペクトル分析し、
    スペクトルのピーク間距離が2つの基質の分離を計算す
    るために必要な情報を与える請求項1の光学検査方法。 〔10〕一方がプリズムに密着し、他方がプリズムのす
    ぐ近くにあり、かつ、一方のリソグラフイック基質の不
    透明物と他方のプリズム幾何形状によって他の点では測
    定できない二つの目標表面から情報を得るためにプリズ
    ムを透して見る光学検査方法。 〔11〕ホログラフィックの再現または再生ビームを臨
    界角よりも大きな角度とし、検査光を直角又はほぼ直角
    に入射するようにしたプリズム幾何学形に適用すること
    かできる請求項10の光学検査方法。 〔12〕第2の基質(30)の第2の記録媒体上にイメ
    ージ化される第1の記録媒体上に予め記録されたホログ
    ラムを有する第1の基質(16)を支持するプリズム(
    22)にビームが導かれ、上記ビームが上記第1および
    第2の基質の表面に対して直角に導かれる光源と、上記
    記録媒体を載せた2つの基質表面からの重ね合わされた
    反射ビームを検出し、それによってそれらの間の距離測
    定が干渉技術または回折技術で得られる検出器(44)
    と、を有することを特徴とする全内部反射ホログラフィ
    ック画像システムにおける光学検査装置。 〔13〕上記光学検査装置が焦点検出に利用されること
    を特徴とする請求項12の光学検出装置。 〔14〕すべての点で正確な焦点を維持するように、得
    られた測定に応じて2つの記録媒体間の距離を調節する
    複数のアクチュエータが設けてあることを特徴とする請
    求項12の光学検査装置。 〔15〕上記アクチュエータが圧電スペーサで、これら
    か2つの基質問に実質的に2等辺三角形を形成するよう
    に利用されることを特徴とする請求項14の光学検査装
    置。 〔16〕上記光源(42)が単一または多段波長レーザ
    ビームを含み、2つの基質の表面からの重ね合わされた
    反射光がビームスプリッタ(43)によって上記検出装
    置(44)に供給されるようにしたことを特徴とする請
    求項12の光学検査装置。 〔17〕集積回路イメージング、高解像スクリーン、表
    面音波装置、および感光性マスクレチクルを含むグルー
    プから選ばれたいくつかの異なる種類のフォトリソグラ
    フイックの一つに適用することかできる請求項12の光
    学検査装置。
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