JPH0565001B2 - - Google Patents

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JPH0565001B2
JPH0565001B2 JP3888486A JP3888486A JPH0565001B2 JP H0565001 B2 JPH0565001 B2 JP H0565001B2 JP 3888486 A JP3888486 A JP 3888486A JP 3888486 A JP3888486 A JP 3888486A JP H0565001 B2 JPH0565001 B2 JP H0565001B2
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JP
Japan
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calibration
position detector
correction
sample
light
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JP3888486A
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JPS62195504A (ja
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Hironobu Niijima
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Advantest Corp
Original Assignee
Advantest Corp
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Publication date
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Publication of JPS62195504A publication Critical patent/JPS62195504A/ja
Publication of JPH0565001B2 publication Critical patent/JPH0565001B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37425Distance, range
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37495Correction of measured value as function of given, reference surface

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば電子ビーム露光装置或はイオ
ンビームのような荷電粒子ビームを利用した露光
装置に用いられる面位置検出装置に関する。
〔発明の背景〕
半導体集積回路の回路パターンは光による投影
によつて露光する方法の他に、電子ビームのよう
な荷電粒子ビームによつて露光する方法もある。
荷電粒子ビームは描画線の線幅を細くできること
から高集積度が要求される場合に用いられてい
る。
ところで荷電粒子ビームによつて半導体ウエハ
ー上に回路パターンを描画する場合、半導体ウエ
ハーに反り等が存在すると、その反りによつてウ
エハー上の面の位置がずれ、その位置ずれによつ
て粒子ビームの到達点にずれが生じ正確な描画を
実行できなくなる不都合が生じる。このため従来
より半導体ウエハーの面の上下位置のずれを検出
し、そのずれ量から荷電粒子ビームの偏向量を加
減し、正しい位置に描画を行なわせるための補正
を行ないながら描画を行なつている。
〔上下位置のずれを検出する方法〕
第5図及び第6図を用いて半導体ウエハー(以
下試料と称す)の表面の上下方向の位置ずれを検
出する方法を説明する。
第5図において1は試料の基準面、2は実際の
試料面、3は荷電粒子ビーム軸を示す。
4は例えばレーザダイオードのような光源、5
は光源4から出された光6を受光して試料面2の
位置ずれを検出する位置検出器を示す。
位置検出器5は第6図に示すように高抵抗シリ
コン基板5Aの表面にP型抵抗層5Bを、裏面に
h+層5Cを、また表面のP型抵抗層5Bに距離
Lをおいて一対の電流取出電極5D,5Eを有す
る構造となつている。裏面のh+層5Cにバイア
ス電圧を印加し、電流取出電極5Dと5Eの間の
任意の位置に光が入射すると、電極5Dと光の入
射点までの距離をx、電極5Dから取出される電
流をI1、電極5Eから取出される電流をI2とした
場合、 I1/I2=L−x/x となる関係が成り立つ。このことから電流I1とI2
の値を測定することにより光の入射位置を知るこ
とができる。
光源4から出されたレーザ光6はレンズ7によ
つて集束され基準面1又は試料面2に照射され、
その反射光がレンズ8を経由して位置検出器5に
入射する。試料面2が基準面1からΔzだけ高く
なつたとすると、位置検出器5に入射する反射光
の位置はΔxずれる。このΔxのずれから試料面2
の上下方向のずれ量Δzを次式で求めることがで
きる。
Δx・cosθ/M=Δz …(1) よつて Δx=M・Δz/cosθ ここでMはレンズ8の倍率であり、M=l2/l1
θはビーム軸に対するレーザ光6の入射角であ
る。θが大きい程Δxは大きくなる。
このようにして位置検出器5の電流取出端子5
Dと5Eに得られる電流I1とI2を測定することに
より試料面2の基準面1からのずれ量Δzを求め
ることができる。
実際には位置検出器5の感度と感度むらの他
に、光源4の発光エネルギの変動、レンズ周辺の
透過率低下等の影響を緩和するため光の入射エネ
ルギに相当するI1とI2の和を求め、その和の値で
正規化し位置の検出を行なつている。
〔従来技術〕
第7図に従来の面位置検出装置を示す。位置検
出器5に光6が入射することにより、その入射位
置に対応した電流I1とL2が電流取出電極5Dと5
Eから出力される。この電流I1とI2は電流電圧変
換器11Aと11Bによつて電圧信号Rf・I1及び
Rf・I2(Rfは帰還抵抗器の抵抗値)に変換する。
電流電圧変換器11Aと11Bから出力される電
圧信号Rf・I1及びRf・I2は加算器12と減算器1
3に与えられ、加算器12から加算値Rf(I1+I2
を得、また減算器13からRf(I1−I2)を得る。
これら加算値Rf(I1+I2)と減算値Rf(I1−I2
は除算器14に与えられ、除算器14において
I1−I2/I1+I2を演算する。
除算器14から出力される除算値I1−I2/I1+I2に対 応した電圧信号VoはAD変換器15に与えられ、
AD変換され制御器16に取込まれ、制御器16
において試料面2の位置ずれを算出し、その位置
ずれを補正する補正信号を発生し、その補正信号
を荷電粒子ビームの偏向系に与え、正しい描画を
行なうように制御する。
「発明が解決しようとする問題点」 上述の説明では位置検出器5の受光位置に対す
る二つの電流I1,I2の変化特性については触れて
いないが、位置検出器5の受光位置に対する二つ
の電流I1,I2の変化特性は非直線特性を持つ場合
が多い。
位置検出器5が非直線特性を持つとき、制御器
16で算出する面位置は非直線特性の分だけずれ
た誤差を含むものとなる。
この結果荷電粒子ビームの偏向等に補正を掛け
ても正しい描画位置の修正が行なわれない不都合
が生じる。
この発明の目的は位置検出器が非直線性を持つ
ていたとしても、正しい面位置を検出することが
できる面位置検出装置を提供しようとするもので
ある。
「問題点を解決するための手段」 この発明では、 基準面から高さ方向に既知の位置を持つ複数の
較正面と、 この較正面に光ビームを照射する光源と、 二つの電流取出電極を有し、この二つの電流取
出電極の間の任意位置に較正面で反射した光ビー
ムを受光し、その受光点から二つの電流取出電極
までの距離に逆比例した値を持つ電流を二つの電
流取出電極から出力する位置検出器と、 この位置検出器から得られる二つの電流値から
較正面の位置を算出する較正面位置算出手段と、 この較正面位置検算手段で算出した較正面の値
から位置検出器の非直線特性を直線化補正するた
めの補正値を求める補正値算出手段と、 この補正値算出手段で算出した補正値により試
料の面の位置を補正する補正手段と、 によつて面位置検出装置を構成したものである。
この発明の構成によれば既知の位置にある較正
面を使つて位置検出器の非直線誤差を求めること
ができる。
位置検出器の非直線誤差を求めることにより補
正係数を求めることができる。よつて補正係数が
求められることにより実際に試料上の高さ位置を
測定する際には、その補正係数により測定値を補
正することができる。この補正により試料上の面
の高さを正確に測定することができ、正しい描画
位置の修正を行なうことができる。
「実施例」 第1図はこの発明の一実施例を示す。図中17
は半導体ウエハーのような試料、18はこの試料
を搭載してX−Y方向に移動させるステージを示
す。19はステージ18の駆動系を、21はステ
ージ18の位置を検出するレーザ測長系を示す。
駆動系19は制御器16から与えられる駆動信号
に従つてステージ18を駆動する。またレーザ測
長系21の測定信号を制御器16に帰還し、ステ
ージ18の位置精度を高めるようにしている。
この発明ではステージ18の表面を基準面1と
し、この基準面1から高さ方向に既知の位置を持
つ較正面22を設ける。第1図に示す例では既知
の角度を持つ傾斜面とした場合を示す。較正面2
2は例えば第2図に拡大して示すように角度θは
光ビーム6の反射方向の影響が無視できる程度に
小さい角度に選定し、A点からB点までの間(こ
れを約5cmとする)で100μm程度の誤差を有す
るクサビ形のブロツクで構成することができる。
ブロツクは例えばCuで作ることができ、その表
面に光をよく反射させるAuをコートするとよい。
試料17に対して描画を始める前に位置検出器
5の較正を行なう。この較正を行なうために較正
面22に光源4からの光ビーム6が照射されるよ
うにステージ18を移動させる。その反射光をレ
ンズ8で集光し位置検出器5に光ビーム6を入射
させる。
ステージ18を第3A図に示すように一定量ず
つ移動させることにより較正面22は第3図Bに
示すようにステージ18の移動量に比例した量だ
け高さ位置を変更する。
較正面22の高さ位置が変化することにより位
置検出器5に対するレーザ光6の入射点位置が変
化する。光の入射点位置が変化することにより位
置検出器5の電流出力I1とI2の値が変化し、各入
射点において較正面22の各部の位置を測定す
る。
位置検出器5から出力される二つの電流I1とI2
はアナログ演算器10に与えられる。アナログ除
算器10は第7図で説明したのと同じように電流
−電圧変換器と、加算器、減算器及びアナログ除
算器等によつて構成することができる。
アナログ除算器10から電流I1+I2とI1−I2
比I1−I2/I1+I2に対応した電圧信号Voが出力さ
れる。電圧信号VoはAD変換器15において第3
図Cに示すタイミングでデイジタル信号に変換さ
れる。デイジタル信号は制御器16に取り込まれ
る。制御器16には較正面22の高さ位置を算出
する較正面位置算出手段16Aを設け、この較正
面位置算出手段16Aで、較正面22の一定ステ
ツプ毎の高さを算出する。
較正面22の各部の位置を算出すると、その複
数の算出値を補正値算出手段16Bに転送し、こ
の補正値算出手段16Bにおいて複数の算出値に
例えば最小2乗法を施してy=axなる一次関数
の係数aを算出する。yは高さ、xはステージの
移動距離である。この補正係数aを補正手段23
にセツトする。補正手段23はデイジタル乗算器
によつて構成することができ、試料17の面の位
置を検出したAD変換データに補正係数aを乗算
し、その乗算値を試料の面位置取込手段16Cに
取込んで描画位置の修正に用いる。
「発明の作用効果」 以上説明したようにこの発明によれば位置検出
器5の検出特性が非直線特性であつても、その非
直線性を較正により直線化補正し、その直線化補
正された状態で試料17上の描画位置の高さを検
出するから試料17上の面の高さ位置を正確に測
定することができる。
この結果試料17の高さが変わつたことを正確
に測定しながら回路パターンの描画を行なうこと
ができるため荷電粒子ビームの偏向に補正を掛け
る際に、その補正を正確に行なうことができる。
よつて回路パターンを正確に描画することができ
る。
「変形実施例」 尚上述では較正面22として一連の傾斜面とし
た場合を説明したが、第4図に示すようにステツ
プ状に較正面22A,22B…22mを配列した
形状にすることもできる。
また上述では較正を行なう場合、ステージ18
を一定量ずつステツプ状に移動させた場合を説明
したが、一定の速度で連続的に移動させるように
してもよい。
この場合にはレーザ測長系から一定距離毎に信
号を発生させ、この信号を利用してAD変換動作
を行なわせるように構成すればよい。
またステージ18の移動速度を高速化するため
にはAD変換器15の前段にサンプルホールド回
路を設け、AD変換器がAD変換動作中でも次の
サンプルをサンプルホールドできるように構成す
れば、高速化が可能である。
また上述では補正係数aを補正手段23に設定
し、この補正手段23において試料16の面の位
置データに補正係数aを乗算して補正する方法を
説明したが、他の方法として例えば補正手段23
としてRAMを用い、このRAMにステージの移
動位置xをアドレスに対応させ、各アドレスに高
さの補正された値y1,y2,y3,y4…yoを記憶さ
せ、ステージの各移動位置において高さのデータ
y1〜yoを直接読出すように構成することもでき
る。
また他の方法としてはステージの各移動位置毎
に補正係数a1,a2,a3,a4…aoを求めてRAMに
書込んでおき、補正係数a1〜aoをステージの移動
位置に対応したアドレスで読出し、その読出され
た補正係数をAD変換されたデータに乗算するよ
うに構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を説明するための
ブロツク図、第2図はこの発明に用いる較正面の
形状を説明するための側面図、第3図はこの発明
の動作を説明するための波形図、第4図はこの発
明に用いる較正面の他の形状を説明するための側
面図、第5図は高さ方向の位置を検出する手段を
説明するための側面図、第6図は面位置検出器を
説明するための側面図、第7図は従来の面位置検
出器を説明するためのブロツク図である。 1:基準面、4:光源、5:位置検出器、6:
光ビーム、16A:較正面位置算出手段、16
B:補正値算出手段、16C:面位置取込手段、
22:較正面、23:補正手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 A 基準面から高さ方向に既知の位置を持つ
    複数の較正用面と、 B この較正面に光ビームを照射する光源と、 C 二つの電流取出電極を有し、この二つの電流
    取出電極の間の任意位置に上記較正用面で反射
    した光ビームを受光し、その受光点から上記二
    つの電流取出電極までの距離に逆比例した値を
    持つ電流を上記二つの電流取出電極から出力す
    る位置検出器と、 D この位置検出器から得られる二つの電流値か
    ら上記較正面の位置を算出する較正面位置算出
    手段と、 E この較正面位置算出手段で算出した上記較正
    面の値から上記位置検出器の非直線特性を直線
    化補正するための補正値を求める補正値算出手
    段と、 F この補正値算出手段で算出した補正値により
    試料の面の位置を補正する補正手段と、 を具備してなる面位置検出装置。
JP61038884A 1986-02-24 1986-02-24 面位置検出装置 Granted JPS62195504A (ja)

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