JPH081369B2 - 光学システムおよびこれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents
光学システムおよびこれを用いたデバイス製造方法Info
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- JPH081369B2 JPH081369B2 JP2188176A JP18817690A JPH081369B2 JP H081369 B2 JPH081369 B2 JP H081369B2 JP 2188176 A JP2188176 A JP 2188176A JP 18817690 A JP18817690 A JP 18817690A JP H081369 B2 JPH081369 B2 JP H081369B2
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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- G02B21/0072—Optical details of the image generation details concerning resolution or correction, including general design of CSOM objectives
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は主に、光学システム（例えば共焦点顕微鏡）
と、デバイス（例えば半導体デバイス）の製造へのこの
種の顕微鏡の応用とに関する。
と、デバイス（例えば半導体デバイス）の製造へのこの
種の顕微鏡の応用とに関する。
［従来の技術］ 半導体デバイスのような特定デバイスの製造過程にお
いて、リソグラフィプロセスは、シリコンウエハ、また
は、例えば金属、二酸化シリコンあるいは多結晶シリコ
ンで全体的あるいは部分的に覆われている処理中のシリ
コンウェハ、のような基板をパターン形成するために用
いられる。すなわち、基板は、レジストと呼ばれる感エ
ネルギー性材料でコートされている。そして、レジスト
の選択部分をある形態のエネルギーに晒すことで、晒さ
れた部分をレジストの無い状態にする。より一般的に
は、所与の現像剤やエッチング液に対する露出部分の溶
解度や反応度に変化を引き起こす。続いて、レジストの
より溶解しやすい、即ち反応しやすい部分が除去され、
レジストがパターニングされる。そしてレジストの除去
された基板部分が処理される（例えば、パターニングさ
れたレジストを通して、エッチングされ、不純物注入さ
れ、または金属蒸着される）。
いて、リソグラフィプロセスは、シリコンウエハ、また
は、例えば金属、二酸化シリコンあるいは多結晶シリコ
ンで全体的あるいは部分的に覆われている処理中のシリ
コンウェハ、のような基板をパターン形成するために用
いられる。すなわち、基板は、レジストと呼ばれる感エ
ネルギー性材料でコートされている。そして、レジスト
の選択部分をある形態のエネルギーに晒すことで、晒さ
れた部分をレジストの無い状態にする。より一般的に
は、所与の現像剤やエッチング液に対する露出部分の溶
解度や反応度に変化を引き起こす。続いて、レジストの
より溶解しやすい、即ち反応しやすい部分が除去され、
レジストがパターニングされる。そしてレジストの除去
された基板部分が処理される（例えば、パターニングさ
れたレジストを通して、エッチングされ、不純物注入さ
れ、または金属蒸着される）。
前記のパターン形成方法に関する最大の関心は、パタ
ーン形成されたレジストから基板へパターンを転写する
際の十分な線幅制御を達成することである。この十分な
線幅制御を保証するために、従来の光学顕微鏡が広く使
用されており、パターン形成されたレジストの線幅とパ
ターン形成された基板でのデバイスの線幅とが測定され
ている。選択的に、これら顕微鏡は、いわゆるノックオ
フパターン（所望デバイスパターンを表現しているが、
基板の１以上の部分において形成され破棄されることで
製品としてのデバイスには含まれないパターン）の線幅
を測定するために使われている。もし測定された線幅が
要求基準を満たせば、基板内に形成されるデバイスは完
成する。もしそうでなければ、例えば、（要求基準を満
たさない）パターン形成されたレジストは取り除かれ、
新しいパターン形成されたレジストが作られる、あるい
は（要求基準を満たさない）パターン形成された基板は
廃棄される。
ーン形成されたレジストから基板へパターンを転写する
際の十分な線幅制御を達成することである。この十分な
線幅制御を保証するために、従来の光学顕微鏡が広く使
用されており、パターン形成されたレジストの線幅とパ
ターン形成された基板でのデバイスの線幅とが測定され
ている。選択的に、これら顕微鏡は、いわゆるノックオ
フパターン（所望デバイスパターンを表現しているが、
基板の１以上の部分において形成され破棄されることで
製品としてのデバイスには含まれないパターン）の線幅
を測定するために使われている。もし測定された線幅が
要求基準を満たせば、基板内に形成されるデバイスは完
成する。もしそうでなければ、例えば、（要求基準を満
たさない）パターン形成されたレジストは取り除かれ、
新しいパターン形成されたレジストが作られる、あるい
は（要求基準を満たさない）パターン形成された基板は
廃棄される。
周知のように、従来の光学顕微鏡の分解能限界は、顕
微鏡の対物レンズの回折の限界、すなわちλ/2NAである
（ここで、λは光の波長、NAは開口数）。半導体デバイ
ス内の構造は、現在１マイクロメーター（μｍ）と同じ
か、あるいはより小さく、またこの構造の大きさは（可
視波長で機能する）従来の光学顕微鏡の分解能限界に近
づきつつあるので、分解能の優れた線幅測定装置が必要
となってきた。
微鏡の対物レンズの回折の限界、すなわちλ/2NAである
（ここで、λは光の波長、NAは開口数）。半導体デバイ
ス内の構造は、現在１マイクロメーター（μｍ）と同じ
か、あるいはより小さく、またこの構造の大きさは（可
視波長で機能する）従来の光学顕微鏡の分解能限界に近
づきつつあるので、分解能の優れた線幅測定装置が必要
となってきた。
実際に、従来の光学顕微鏡より小さい分解能を示す顕
微鏡は、従来の共焦点顕微鏡である。第１図に示されて
いるものが、従来の共焦点顕微鏡10であり、一般に、光
が２回通過する単一の対物レンズ30を有している。すな
わち、ピンホール20により開口された光は、対物レンズ
30により試料40上に焦点を合わされ、試料40から反射し
た光は、レンズ30によりピンホール20上に焦点を合わさ
れ、そこで光が検知される。開口（アパーチャ）20はピ
ンホールで、本明細書の目的では、開口の所定の大きさ
（例えば、直径）は、レンズ30の長共役距離での（すな
わちピンホール20での）レンズ30の回折限界より小さく
なる。周知のように、従来の共焦点顕微鏡10は、従来の
光学顕微鏡に比較して焦点深度が比較的浅い。結果的
に、従来の共焦点顕微鏡は、試料40の表面での例えば階
段状の構造物の上段と下段の間で比較的はっきりしたコ
ントラストを得ることができる。階段状構造物の端がよ
り正確に決定されるので、実際に、従来の共焦点顕微鏡
は、従来の光学顕微鏡により得られた垂直方向の分解能
より小さな垂直方向の分解能を達成している。加えて、
従来の共焦点顕微鏡は、従来の光学顕微鏡により得られ
た水平方向の分解能より ほど小さい水平方向の分解能を達成している。
微鏡は、従来の共焦点顕微鏡である。第１図に示されて
いるものが、従来の共焦点顕微鏡10であり、一般に、光
が２回通過する単一の対物レンズ30を有している。すな
わち、ピンホール20により開口された光は、対物レンズ
30により試料40上に焦点を合わされ、試料40から反射し
た光は、レンズ30によりピンホール20上に焦点を合わさ
れ、そこで光が検知される。開口（アパーチャ）20はピ
ンホールで、本明細書の目的では、開口の所定の大きさ
（例えば、直径）は、レンズ30の長共役距離での（すな
わちピンホール20での）レンズ30の回折限界より小さく
なる。周知のように、従来の共焦点顕微鏡10は、従来の
光学顕微鏡に比較して焦点深度が比較的浅い。結果的
に、従来の共焦点顕微鏡は、試料40の表面での例えば階
段状の構造物の上段と下段の間で比較的はっきりしたコ
ントラストを得ることができる。階段状構造物の端がよ
り正確に決定されるので、実際に、従来の共焦点顕微鏡
は、従来の光学顕微鏡により得られた垂直方向の分解能
より小さな垂直方向の分解能を達成している。加えて、
従来の共焦点顕微鏡は、従来の光学顕微鏡により得られ
た水平方向の分解能より ほど小さい水平方向の分解能を達成している。
従来の共焦点顕微鏡の利用が提案されてきており、半
導体デバイス製造過程で、線幅測定において現在おそら
く広く使用されている。しかし、将来の半導体デバイス
は現在のデバイスの構造よりはるかに小さな構造を持つ
であろうことが予想されるので、従来の共焦点顕微鏡が
示す焦点深度や分解能より、小さな焦点深度を、また実
際に小さな分解能を示す顕微鏡が求められている。
導体デバイス製造過程で、線幅測定において現在おそら
く広く使用されている。しかし、将来の半導体デバイス
は現在のデバイスの構造よりはるかに小さな構造を持つ
であろうことが予想されるので、従来の共焦点顕微鏡が
示す焦点深度や分解能より、小さな焦点深度を、また実
際に小さな分解能を示す顕微鏡が求められている。
［発明の概要］ 本発明は、従来の共焦点顕微鏡より小さな有効焦点深
度とより小さな有効分解能を示す新しい共焦点顕微鏡を
含む。この新しい共焦点顕微鏡は、従来の共焦点顕微鏡
と同様に、対物レンズを有する。しかし、従来の共焦点
顕微鏡とは対照的に、新しい共焦点顕微鏡は、対物レン
ズを通り抜ける入射光の多重通過（例えば、３回、４
回、５回、６回、７回あるいはより多い通過）を達成す
る構造を有する。対物レンズを通り抜ける光の、これら
多重通過は、異なる反射率および／または異なる焦点の
領域間（例えば、階段状構造の上段と下段の間）でのコ
ントラストを連続的に増加させ、従って事実上焦点深度
を連続的に減少させる。結果的に、例えば階段状構造の
端の位置が、従来の共焦点顕微鏡よりも正確に決定さ
れ、よって分解能が有効に増強されている。この分解能
の増強は、一般に、比較的長い構造に対して、そのよう
な構造の幅に関してのみ達成される。すなわち、そのよ
うな構造の幅のみがより正確に決定される。
度とより小さな有効分解能を示す新しい共焦点顕微鏡を
含む。この新しい共焦点顕微鏡は、従来の共焦点顕微鏡
と同様に、対物レンズを有する。しかし、従来の共焦点
顕微鏡とは対照的に、新しい共焦点顕微鏡は、対物レン
ズを通り抜ける入射光の多重通過（例えば、３回、４
回、５回、６回、７回あるいはより多い通過）を達成す
る構造を有する。対物レンズを通り抜ける光の、これら
多重通過は、異なる反射率および／または異なる焦点の
領域間（例えば、階段状構造の上段と下段の間）でのコ
ントラストを連続的に増加させ、従って事実上焦点深度
を連続的に減少させる。結果的に、例えば階段状構造の
端の位置が、従来の共焦点顕微鏡よりも正確に決定さ
れ、よって分解能が有効に増強されている。この分解能
の増強は、一般に、比較的長い構造に対して、そのよう
な構造の幅に関してのみ達成される。すなわち、そのよ
うな構造の幅のみがより正確に決定される。
すなわち、本発明は、従来の共焦点顕微鏡より小さな
有効焦点深度と、より小さな有効分解能とを示す新しい
共焦点顕微鏡を提供するものであり、また、線幅制御が
新しい共焦点顕微鏡を用いてなされるデバイス製造方法
をも提供するものである。
有効焦点深度と、より小さな有効分解能とを示す新しい
共焦点顕微鏡を提供するものであり、また、線幅制御が
新しい共焦点顕微鏡を用いてなされるデバイス製造方法
をも提供するものである。
［実施例］ 第２図を参照すると、本発明の共焦点顕微鏡50の第一
の実施例は、光源60（例えば、ヘリウム−ネオンレーザ
ーやアルゴンイオンレーザーのようなレーザー）を有す
る。光源60により生成される光は、好ましい右円偏光あ
るいは左円偏光、または有効な（右円偏光と左円偏光の
両方からなる）直線偏光を含むことが必要である。も
し、例えば、光源60がレーザー（一般に直線偏光を生成
する）ならば、本発明の共焦点顕微鏡50は、入射直線偏
光を円偏光に変換するために、レーザーにより発せられ
る光の経路中に位置する四分の一波長板70（あるいは機
能的に同等なもの）を有するのが好ましい。本質的では
ないが、顕微鏡50は、開口（アパーチャ）上に四分の一
波長板70から生じる円偏光の焦点を合わせる役割を果た
す集光レンズ80を有するのもまた好ましい。
の実施例は、光源60（例えば、ヘリウム−ネオンレーザ
ーやアルゴンイオンレーザーのようなレーザー）を有す
る。光源60により生成される光は、好ましい右円偏光あ
るいは左円偏光、または有効な（右円偏光と左円偏光の
両方からなる）直線偏光を含むことが必要である。も
し、例えば、光源60がレーザー（一般に直線偏光を生成
する）ならば、本発明の共焦点顕微鏡50は、入射直線偏
光を円偏光に変換するために、レーザーにより発せられ
る光の経路中に位置する四分の一波長板70（あるいは機
能的に同等なもの）を有するのが好ましい。本質的では
ないが、顕微鏡50は、開口（アパーチャ）上に四分の一
波長板70から生じる円偏光の焦点を合わせる役割を果た
す集光レンズ80を有するのもまた好ましい。
従来の共焦点顕微鏡と同様に、本発明の共焦点顕微鏡
50は、共焦点顕微鏡50の対物レンズ30の長共役回折限界
より小さな断面寸法を持つビームを定める役割を果たす
開口された表面を有する。しかし、この実施例では、第
２図と第３図に示されるように、ビームはスリット100
（この部分は、集光レンズ80から生じる光の経路に位置
する）を有する不透明表面90により、実質上定められ
る。表面90は不透明で、本発明の目的のためには、表面
上への入射光の約10％のみ（約１％のみが好ましい）を
透過するよう設定される。望ましいビームを得るため
に、スリット幅Ｗは、対物レンズの長共役回折限界より
小さくすべきである。考慮すべきは、以下で議論するよ
うに、スリット100への入射光は、スリットに沿った異
なる位置で、スリット100を多重通過するのと同様に、
対物レンズ30を多重通過する。結果的に、スリット長Ｌ
は、この多重通過をできるよう十分長くなければならな
い。
50は、共焦点顕微鏡50の対物レンズ30の長共役回折限界
より小さな断面寸法を持つビームを定める役割を果たす
開口された表面を有する。しかし、この実施例では、第
２図と第３図に示されるように、ビームはスリット100
（この部分は、集光レンズ80から生じる光の経路に位置
する）を有する不透明表面90により、実質上定められ
る。表面90は不透明で、本発明の目的のためには、表面
上への入射光の約10％のみ（約１％のみが好ましい）を
透過するよう設定される。望ましいビームを得るため
に、スリット幅Ｗは、対物レンズの長共役回折限界より
小さくすべきである。考慮すべきは、以下で議論するよ
うに、スリット100への入射光は、スリットに沿った異
なる位置で、スリット100を多重通過するのと同様に、
対物レンズ30を多重通過する。結果的に、スリット長Ｌ
は、この多重通過をできるよう十分長くなければならな
い。
スリット100を使用するよりもむしろ、間隔をおいて
配置された複数のピンホールが、スリットの代わりに採
用されている。スリットと同様にピンホールの大きさ
は、対物レンズの長共役限界よりも小さくなければなら
ない。
配置された複数のピンホールが、スリットの代わりに採
用されている。スリットと同様にピンホールの大きさ
は、対物レンズの長共役限界よりも小さくなければなら
ない。
スリット100を通過する最初の入射光の多重通過を実
現するために、また従来の共焦点顕微鏡と対照的に、本
発明の共焦点顕微鏡50はまた、集光レンズ80から生じる
光の経路外で、スリットの後ろに位置した、スリット10
0への入射光を少なくとも部分的に反射する、実質上平
坦な表面110をも有する。表面110は、対物レンズとスリ
ット100を通り抜け表面110に当たり、スリット100を逆
に対物レンズへと通り抜ける光を少なくとも部分的に反
射する役割を果たす。いくつかの場合においては、平坦
な反射表面を使用するよりむしろ、それぞれが一般に少
なくとも部分的に反射する二つの表面（横に並んだ）を
有する、複数の従来の逆反射板を使用することが望まし
い。
現するために、また従来の共焦点顕微鏡と対照的に、本
発明の共焦点顕微鏡50はまた、集光レンズ80から生じる
光の経路外で、スリットの後ろに位置した、スリット10
0への入射光を少なくとも部分的に反射する、実質上平
坦な表面110をも有する。表面110は、対物レンズとスリ
ット100を通り抜け表面110に当たり、スリット100を逆
に対物レンズへと通り抜ける光を少なくとも部分的に反
射する役割を果たす。いくつかの場合においては、平坦
な反射表面を使用するよりむしろ、それぞれが一般に少
なくとも部分的に反射する二つの表面（横に並んだ）を
有する、複数の従来の逆反射板を使用することが望まし
い。
開口されたビームを定める表面90と反射表面110と
は、第２図で示される実施例では二つの異なる部分を構
成するが、この二つの部分によりなされる二つの機能
は、容易に単一の部分に合体される。例えば、第４図と
第５図に示されるように、表面90と表面110は、ピンホ
ール（第４図）あるいはスリット（第５図）の形の開口
（アパーチャ）130と線状反射鏡140とを有する単一表面
120で容易に変更される。開口130は、表面120の不透明
部分122内に位置され、線状反射鏡は、表面120の光学的
に透明なあるいは吸収のある部分124内に位置される。
は、第２図で示される実施例では二つの異なる部分を構
成するが、この二つの部分によりなされる二つの機能
は、容易に単一の部分に合体される。例えば、第４図と
第５図に示されるように、表面90と表面110は、ピンホ
ール（第４図）あるいはスリット（第５図）の形の開口
（アパーチャ）130と線状反射鏡140とを有する単一表面
120で容易に変更される。開口130は、表面120の不透明
部分122内に位置され、線状反射鏡は、表面120の光学的
に透明なあるいは吸収のある部分124内に位置される。
従来の共焦点顕微鏡と同様、第２図に示されるよう
に、本発明の顕微鏡50は、スリット100により透過され
た光を試料40上に、直接反射された光を逆にスリット10
0へと、焦点を合わせる役割を果たす。しかし、従来の
共焦点顕微鏡と対照的に、本発明の顕微鏡50はまた、デ
バイス160を有するが、このデバイスは、スリット100と
対物レンズ30との間に位置され、デバイス中を光が順調
に通過する間、デバイス160の（仮想）軸210に対して、
（第２図に示されるように）右回りあるいは左回りどち
らかの方向へ、入射光の方向角を適切に増す役割を果た
す。加えて、本発明の本質ではないが、本発明の顕微鏡
50はさらに、スリット100とデバイス160との間に位置さ
れ、デバイス160と対物レンズ30とへ光を方向付ける役
割を果たす。視野レンズ150を有する。注意すべきは、
もし視野レンズ150が採用されると、デバイス160は、視
野レンズ150と対物レンズ30との共通の焦点に位置され
ることが望ましいことである。
に、本発明の顕微鏡50は、スリット100により透過され
た光を試料40上に、直接反射された光を逆にスリット10
0へと、焦点を合わせる役割を果たす。しかし、従来の
共焦点顕微鏡と対照的に、本発明の顕微鏡50はまた、デ
バイス160を有するが、このデバイスは、スリット100と
対物レンズ30との間に位置され、デバイス中を光が順調
に通過する間、デバイス160の（仮想）軸210に対して、
（第２図に示されるように）右回りあるいは左回りどち
らかの方向へ、入射光の方向角を適切に増す役割を果た
す。加えて、本発明の本質ではないが、本発明の顕微鏡
50はさらに、スリット100とデバイス160との間に位置さ
れ、デバイス160と対物レンズ30とへ光を方向付ける役
割を果たす。視野レンズ150を有する。注意すべきは、
もし視野レンズ150が採用されると、デバイス160は、視
野レンズ150と対物レンズ30との共通の焦点に位置され
ることが望ましいことである。
本発明に沿って、デバイス160は、四分の一波長板170
と200との間に複屈折光学素子（例えば、複屈折レン
ズ、あるいは例えば二等辺三角形の形をした複屈折プリ
ズム）を有する。複屈折光学素子は、入射直線偏光に対
し、光の偏光方向によって、二つの屈折率のいずれかを
示す。このような素子は光軸と呼ばれる軸により特徴付
けられるが、入射光はこの軸に沿って、偏光方向に関わ
らず、同じ屈折率を経る。デバイス160は、四分の一波
長板170と200との間に位置される二つの複屈折プリズム
180と190とを有するが、プリズム180の光軸は紙面に垂
直な方向を向き、プリズム190の光軸はプリズム180の光
軸に垂直で、（仮想）軸210に垂直な方向を向いてい
る。さらに、プリズム180と190とは、第２図に示される
ように、従来ウォラストン（Wollaston）プリズムと呼
ばれるプリズムを形成するように互いに結合される。
と200との間に複屈折光学素子（例えば、複屈折レン
ズ、あるいは例えば二等辺三角形の形をした複屈折プリ
ズム）を有する。複屈折光学素子は、入射直線偏光に対
し、光の偏光方向によって、二つの屈折率のいずれかを
示す。このような素子は光軸と呼ばれる軸により特徴付
けられるが、入射光はこの軸に沿って、偏光方向に関わ
らず、同じ屈折率を経る。デバイス160は、四分の一波
長板170と200との間に位置される二つの複屈折プリズム
180と190とを有するが、プリズム180の光軸は紙面に垂
直な方向を向き、プリズム190の光軸はプリズム180の光
軸に垂直で、（仮想）軸210に垂直な方向を向いてい
る。さらに、プリズム180と190とは、第２図に示される
ように、従来ウォラストン（Wollaston）プリズムと呼
ばれるプリズムを形成するように互いに結合される。
デバイス160の動作は第６図に示されているが、第６
図を参照して容易に理解できる。すなわち、入射光が
（右または左）円偏光であり、かつ最初に“1"とラベル
された光経路を通ると仮定すると、四分の一波長板170
を通った後で、光は直線偏光され、伝播方向に垂直で
（入射光が右円偏光か左円偏光かによって）プリズム18
0あるいはプリズム190の光軸に平行に並ぶ偏光方向を持
つ。プリズム180内で、光はプリズム180に関する二つの
屈折率の一つを経て、プリズム190内ではもう一方の反
射率を経る。二つのプリズムを通り伝播する際に、光は
途中で経る二つの屈折率の大きさによって決定される補
正屈折（スネルの法則に支配される）を経る。例えば、
第６図に示されるように、補正屈折は、伝播方向が次第
に偏光される（すなわち、第６図に示されるように、右
回りの方向に回転される）ようになり得る。注意すべき
ことは、四分の一波長板200を通る際、光は再び円偏光
となることである。
図を参照して容易に理解できる。すなわち、入射光が
（右または左）円偏光であり、かつ最初に“1"とラベル
された光経路を通ると仮定すると、四分の一波長板170
を通った後で、光は直線偏光され、伝播方向に垂直で
（入射光が右円偏光か左円偏光かによって）プリズム18
0あるいはプリズム190の光軸に平行に並ぶ偏光方向を持
つ。プリズム180内で、光はプリズム180に関する二つの
屈折率の一つを経て、プリズム190内ではもう一方の反
射率を経る。二つのプリズムを通り伝播する際に、光は
途中で経る二つの屈折率の大きさによって決定される補
正屈折（スネルの法則に支配される）を経る。例えば、
第６図に示されるように、補正屈折は、伝播方向が次第
に偏光される（すなわち、第６図に示されるように、右
回りの方向に回転される）ようになり得る。注意すべき
ことは、四分の一波長板200を通る際、光は再び円偏光
となることである。
考慮すべきは、試料40から反射すると、光は円偏光さ
れたままだが、偏光は逆向きとなる、すなわち、右円偏
光は左円偏光となり、逆もまた成り立つことである。加
えて、対物レンズ30は反射光をデバイス160上に焦点を
合わせ、それにより光は来た経路を引き返す、すなわち
“2"とラベルされた経路をたどることになる。しかし、
四分の一波長板200を通る際に、光は再び直線偏光され
るが、この時偏光方向は（円偏光の向きの変化のため
に）逆になる。結果的に、プリズム190と180を通る際、
光は各プリズム内で、以前にそのプリズム内で経なかっ
た屈折率を経て、再び時計方向に伝播方向を次第に回転
する補正屈折を受ける。表面110から反射すると、視野
レンズは光をデバイス160上に焦点を合わせ、結果的に
光は“3"とラベルされた経路をたどる。同様に、試料40
からの続く反射に際しては、光は“4"とラベルされた経
路をたどり、以下同様に繰り返す。よって、デバイス16
0を通る光の各連続した経路において、本実施例では、
（仮想）軸210に対する光の伝播方向の方向角度が右回
りの方向に連続して増加することになる。もちろん、も
し最初の入射光の円偏光の向きが逆になったならば、伝
播方向の方向角度は、左回りの方向に連続して増加する
だろう。
れたままだが、偏光は逆向きとなる、すなわち、右円偏
光は左円偏光となり、逆もまた成り立つことである。加
えて、対物レンズ30は反射光をデバイス160上に焦点を
合わせ、それにより光は来た経路を引き返す、すなわち
“2"とラベルされた経路をたどることになる。しかし、
四分の一波長板200を通る際に、光は再び直線偏光され
るが、この時偏光方向は（円偏光の向きの変化のため
に）逆になる。結果的に、プリズム190と180を通る際、
光は各プリズム内で、以前にそのプリズム内で経なかっ
た屈折率を経て、再び時計方向に伝播方向を次第に回転
する補正屈折を受ける。表面110から反射すると、視野
レンズは光をデバイス160上に焦点を合わせ、結果的に
光は“3"とラベルされた経路をたどる。同様に、試料40
からの続く反射に際しては、光は“4"とラベルされた経
路をたどり、以下同様に繰り返す。よって、デバイス16
0を通る光の各連続した経路において、本実施例では、
（仮想）軸210に対する光の伝播方向の方向角度が右回
りの方向に連続して増加することになる。もちろん、も
し最初の入射光の円偏光の向きが逆になったならば、伝
播方向の方向角度は、左回りの方向に連続して増加する
だろう。
もし最初の入射光が円偏光ではなく直線偏光されてい
れば、直線偏光は右円偏光の部分と左円偏光の部分との
共存からなるので、二つの成分の伝播方向は分かれるだ
ろう。すなわち、右円偏光成分の伝播方向の方向角度
は、デバイス160を相次いで通過中に、例えば右回りの
方向に連続的に増加する。一方で、左円偏光部分の伝播
方向の方向角度は、デバイス160を相次いで通過中に、
逆の方向に、例えば左回りの方向に連続的な増加を受け
る。しかし、もしスリット100と反射表面110との幾何的
な配置が、デバイス160を通る連続した経路内で、円偏
光部分の一つがスリット100と表面110によって妨げられ
るようであれば、通常と同様、前記のように一つの円偏
光部分のみが処理される。
れば、直線偏光は右円偏光の部分と左円偏光の部分との
共存からなるので、二つの成分の伝播方向は分かれるだ
ろう。すなわち、右円偏光成分の伝播方向の方向角度
は、デバイス160を相次いで通過中に、例えば右回りの
方向に連続的に増加する。一方で、左円偏光部分の伝播
方向の方向角度は、デバイス160を相次いで通過中に、
逆の方向に、例えば左回りの方向に連続的な増加を受け
る。しかし、もしスリット100と反射表面110との幾何的
な配置が、デバイス160を通る連続した経路内で、円偏
光部分の一つがスリット100と表面110によって妨げられ
るようであれば、通常と同様、前記のように一つの円偏
光部分のみが処理される。
再度第２図を参照すると、前記の顕微鏡部品に加え
て、本発明の共焦点顕微鏡50はまた、視野レンズ150に
連接して位置するピックオフミラー220を有する。この
ミラーは、光が所定の偶数回数、例えば２、４、６、８
回、デバイス160内を通過した後の光を妨げるように、
また光検知装置230へ光を反射するように、位置され
る。もし入射光が試料40の上からよりもむしろ下から発
生するならば、またもし試料が入射光に対し少なくとも
部分的に透明ならば、ピックオフミラー220は、光が所
定の奇数回数、例えば３、５、７、９回、デバイス160
内を通過した後の光を妨げるよう位置される。
て、本発明の共焦点顕微鏡50はまた、視野レンズ150に
連接して位置するピックオフミラー220を有する。この
ミラーは、光が所定の偶数回数、例えば２、４、６、８
回、デバイス160内を通過した後の光を妨げるように、
また光検知装置230へ光を反射するように、位置され
る。もし入射光が試料40の上からよりもむしろ下から発
生するならば、またもし試料が入射光に対し少なくとも
部分的に透明ならば、ピックオフミラー220は、光が所
定の奇数回数、例えば３、５、７、９回、デバイス160
内を通過した後の光を妨げるよう位置される。
注目すべきことは、顕微鏡50の光学素子を通る入射光
の各通過では、それに伴う光度の光学的損失と、それに
応じた光度の減少とがあることである。結果的に、経路
の数は光検知装置230の感度によって制限される。
の各通過では、それに伴う光度の光学的損失と、それに
応じた光度の減少とがあることである。結果的に、経路
の数は光検知装置230の感度によって制限される。
本発明の共焦点顕微鏡50の全体動作では、光源60によ
り生成される光は、四分の一波長板70を通過後、対物レ
ンズ30の長共役回折限界より小さな大きさを有するビー
ムを作るため、レンズ80によりスリット100の一端上に
焦点を合わせられる。この光線は、視野レンズ150によ
りデバイス160上に焦点を合わされ、そこでビームの伝
播方向が変えられる。そのビームは、対物レンズ30によ
り試料40上に焦点を合わされ、その試料40の、焦点を合
わされたビームのスポットサイズに等しい大きさの領
域、に当てられる。試料40から反射すると、対物レンズ
30はビームをデバイス160上に焦点を合わせ、そこでビ
ームの伝播方向は再び変えられ、そのビームは視野レン
ズ150によりスリット100上に焦点を合わせられる。反射
表面110から反射すると、ビームは経路を引き返し、そ
の伝播方向を再度デバイス160により変えられ、そのビ
ームは試料40の異なる領域に当たる。この異なる領域か
らの反射後、またデバイス160によりまた再び伝播方向
を変更後、ビームは、以前に当てられた位置から横方向
に移動した位置でステップ100に当たる。よって、前記
処理のために、ビームはある方向としては試料40を通過
し、またスリットを通過する。考慮すべきは、もしビー
ムが試料40内の比較的長い階段状構造の一端を通過すれ
ば、ビームの連続した反射が、構造の上段と下段との間
のコントラストの連続的な増加という結果になることで
ある。もしビームが異なる幅の位置で構造の長さを通過
するために使われるならば、両端の位置は容易に正確に
決められ、よって幅は正確に決定される。
り生成される光は、四分の一波長板70を通過後、対物レ
ンズ30の長共役回折限界より小さな大きさを有するビー
ムを作るため、レンズ80によりスリット100の一端上に
焦点を合わせられる。この光線は、視野レンズ150によ
りデバイス160上に焦点を合わされ、そこでビームの伝
播方向が変えられる。そのビームは、対物レンズ30によ
り試料40上に焦点を合わされ、その試料40の、焦点を合
わされたビームのスポットサイズに等しい大きさの領
域、に当てられる。試料40から反射すると、対物レンズ
30はビームをデバイス160上に焦点を合わせ、そこでビ
ームの伝播方向は再び変えられ、そのビームは視野レン
ズ150によりスリット100上に焦点を合わせられる。反射
表面110から反射すると、ビームは経路を引き返し、そ
の伝播方向を再度デバイス160により変えられ、そのビ
ームは試料40の異なる領域に当たる。この異なる領域か
らの反射後、またデバイス160によりまた再び伝播方向
を変更後、ビームは、以前に当てられた位置から横方向
に移動した位置でステップ100に当たる。よって、前記
処理のために、ビームはある方向としては試料40を通過
し、またスリットを通過する。考慮すべきは、もしビー
ムが試料40内の比較的長い階段状構造の一端を通過すれ
ば、ビームの連続した反射が、構造の上段と下段との間
のコントラストの連続的な増加という結果になることで
ある。もしビームが異なる幅の位置で構造の長さを通過
するために使われるならば、両端の位置は容易に正確に
決められ、よって幅は正確に決定される。
試料40からの各反射後のビームを容易に検知し、それ
によりその各反射後に生成された増加したコントラスト
を利用するために、スリット100からまたスリット100へ
という往復の間にビームより受ける補正偏光角度δは、
ビームのスポットサイズに等しいかより大きい、スリッ
ト100での、ビームの横方向の移動Ｓで示される。この
点で、前記のように、スリット100は、対物レンズ30の
長共役回折限界、λ/2NAより小さい断面長を有するビー
ムを生成する。もしＲがデバイス160と視野レンズ150と
の間の距離を表し、またもしδが小さかれば、Ｓはおお
よそ以下のように与えられる。
によりその各反射後に生成された増加したコントラスト
を利用するために、スリット100からまたスリット100へ
という往復の間にビームより受ける補正偏光角度δは、
ビームのスポットサイズに等しいかより大きい、スリッ
ト100での、ビームの横方向の移動Ｓで示される。この
点で、前記のように、スリット100は、対物レンズ30の
長共役回折限界、λ/2NAより小さい断面長を有するビー
ムを生成する。もしＲがデバイス160と視野レンズ150と
の間の距離を表し、またもしδが小さかれば、Ｓはおお
よそ以下のように与えられる。
ＳδＲ 前記条件を満たすために、以下の式が与えられ、 ＳδＲ＞λ/2NA よって、 δ＞λ/2（NA）Ｒ δ、λ、Ｒ、NAの間の前記関係は、実際にデバイス16
0の複数の複屈折素子の屈折率と、本発明の共焦点顕微
鏡を特徴づける（本発明の顕微鏡を製作するために必要
なあらゆる情報である）他のパラメータとの、関係を定
義している。
0の複数の複屈折素子の屈折率と、本発明の共焦点顕微
鏡を特徴づける（本発明の顕微鏡を製作するために必要
なあらゆる情報である）他のパラメータとの、関係を定
義している。
前記のように、新しい共焦点顕微鏡50に加えて、本発
明はまた、線幅制御が、新しい共焦点顕微鏡を用いて達
成される新しいデバイス製造方法をも含む。これに関し
て、製造時、例えば半導体デバイスや、加工後あるいは
加工前のシリコンウエハのような基板はレジストを塗布
され、パターニングされる。パターン形成されたレジス
トでの比較的長い構造の線幅は、新しい共焦点顕微鏡50
を用いて容易に決定される。すなわち、パターン形成さ
れたレジストでの比較的長い構造の線幅を測定する際、
顕微鏡50はスリット100がパターン形成されたレジスト
での構造に平行に配列されるように位置される。顕微鏡
50からの光線は、異なる幅の位置で、構造の長さ、ある
いは少なくとも構造の長さの一部、を通過する。そのよ
うな通過では、ビームが、構造の少なくとも二つの異な
る部分に当たり、ピックオフミラー220と光検知装置230
により検知されるように、光線が対物レンズ30を少なく
とも４回通過することが必要である。（もし入射光が基
板の下から発生し、またもし基板とレジストとが入射光
に対して少なくとも部分的に透明ならば、対物レンズ30
を光線が３回通過するのみで、構造の二つの異なる部分
が当てられることになるだろう。）もしパターン形成さ
れたレジストでの構造の、測定された線幅が要求基準を
満たすならば、それによりパターン形成されたレジスト
でのパターンが基板上に変換され、基板に作られるデバ
イスは、従来の技術を用いて完成される。もし測定され
た線幅が要求基準を満たさないならば、それによりパタ
ーン形成されたレジストは廃棄され、新しいパターン形
成されたレジストが作られる、という手順が繰り返され
る。
明はまた、線幅制御が、新しい共焦点顕微鏡を用いて達
成される新しいデバイス製造方法をも含む。これに関し
て、製造時、例えば半導体デバイスや、加工後あるいは
加工前のシリコンウエハのような基板はレジストを塗布
され、パターニングされる。パターン形成されたレジス
トでの比較的長い構造の線幅は、新しい共焦点顕微鏡50
を用いて容易に決定される。すなわち、パターン形成さ
れたレジストでの比較的長い構造の線幅を測定する際、
顕微鏡50はスリット100がパターン形成されたレジスト
での構造に平行に配列されるように位置される。顕微鏡
50からの光線は、異なる幅の位置で、構造の長さ、ある
いは少なくとも構造の長さの一部、を通過する。そのよ
うな通過では、ビームが、構造の少なくとも二つの異な
る部分に当たり、ピックオフミラー220と光検知装置230
により検知されるように、光線が対物レンズ30を少なく
とも４回通過することが必要である。（もし入射光が基
板の下から発生し、またもし基板とレジストとが入射光
に対して少なくとも部分的に透明ならば、対物レンズ30
を光線が３回通過するのみで、構造の二つの異なる部分
が当てられることになるだろう。）もしパターン形成さ
れたレジストでの構造の、測定された線幅が要求基準を
満たすならば、それによりパターン形成されたレジスト
でのパターンが基板上に変換され、基板に作られるデバ
イスは、従来の技術を用いて完成される。もし測定され
た線幅が要求基準を満たさないならば、それによりパタ
ーン形成されたレジストは廃棄され、新しいパターン形
成されたレジストが作られる、という手順が繰り返され
る。
本発明のデバイス製造方法の選択的な実施例におい
て、本発明の共焦点顕微鏡は、パターン形成された基板
において、実際のデバイス構造の、あるいはノックオフ
パターンでの構造の、線幅を測定するために使われる。
もし測定された線幅が要求基準を満たせば、それにより
基板に作られたデバイスは完成される。もしそうでなけ
れば、それにより基板は廃棄される。
て、本発明の共焦点顕微鏡は、パターン形成された基板
において、実際のデバイス構造の、あるいはノックオフ
パターンでの構造の、線幅を測定するために使われる。
もし測定された線幅が要求基準を満たせば、それにより
基板に作られたデバイスは完成される。もしそうでなけ
れば、それにより基板は廃棄される。
第１図は、従来の共焦点顕微鏡の断面図、 第２図は、本発明の共焦点顕微鏡の一つの実施例の断面
図、 第３図は、第２図の実施例で採用された、スリット100
を有する、ほぼ不透明な表面90の前面図、 第４図と第５図は、第２図の実施例で採用された、スリ
ットを有する、ほぼ不透明な表面90と少なくとも部分的
な反射表面110との組合せに対する有効な代用となる、
開口された部分的に反射鏡となっている表面120の二つ
の二者択一の実施例の前面図であり、 第６図は、第２図の実施例に含まれるデバイス160の機
能図である。
図、 第３図は、第２図の実施例で採用された、スリット100
を有する、ほぼ不透明な表面90の前面図、 第４図と第５図は、第２図の実施例で採用された、スリ
ットを有する、ほぼ不透明な表面90と少なくとも部分的
な反射表面110との組合せに対する有効な代用となる、
開口された部分的に反射鏡となっている表面120の二つ
の二者択一の実施例の前面図であり、 第６図は、第２図の実施例に含まれるデバイス160の機
能図である。
Claims (10)
- 【請求項１】光源と； 少なくとも一つの開口を有し、少なくとも一部の前記光
源により発せられた光に対し実質的に不透明であり、か
つ前記開口が前記光源により発せられた光の少なくとも
一部を受けるよう位置している、第１の表面と； 前記開口を介して前記光源との光学的連絡を可能にする
対物レンズと； 前記光源から発せられた光を少なくとも部分的に反射
し、かつ前記第１の表面とは別個に前記開口を介して前
記レンズと光学的連絡が可能かあるいは前記第１の表面
に含まれ前記レンズと光学的連絡が可能かのいずれかで
ある、第２の表面と； 前記開口と前記対物レンズとの間に位置し、前記開口と
前記レンズとに光学的連絡が可能であるとともに、前記
光線の連続的通過に際し軸に対して光線の方向角度を連
続的に増加させる角度増加手段と； を有することを特徴とする光学システム。 - 【請求項２】前記角度増加手段が、第１の四分の一波長
板と第２の四分の一波長板との間に位置される少なくと
も一つの複屈折光学素子を有することを特徴とする請求
項１記載の光学システム。 - 【請求項３】前記少なくとも一つの複屈折光学素子が複
屈折プリズムであることを特徴とする請求項２記載の光
学システム。 - 【請求項４】前記角度増加手段が、さらに前記第１の四
分の一波長板と第２の四分の一波長板との間に第２の複
屈折プリズムを有することを特徴とする請求項３記載の
光学システム。 - 【請求項５】前記第１の複屈折プリズムと第２の複屈折
プリズムが、ウォラストン・プリズムを形成するよう互
いに結合されることを特徴とする請求項４記載の光学シ
ステム。 - 【請求項６】前記開口と前記角度増加手段との間に位置
し、それらと光学的連絡が可能である視野レンズを有す
ることを特徴とする請求項１記載の光学システム。 - 【請求項７】前記開口がスリットであることを特徴とす
る請求項１記載の光学システム。 - 【請求項８】基板上にパターン形成されたレジストを形
成するステップと； レンズを通して前記パターン形成されたレジストの少な
くとも一つの構造の少なくとも一部を光学的に写像する
ステップと； 前記写像ステップの結果が要求基準を満たしているなら
ば、前記パターン形成されたレジストのパターンを前記
基板に転写するステップと； 前記転写ステップが起こると、前記基板でのデバイスの
製造を完了させるステップと； を有し、前記写像ステップが、同じ光線を前記レンズに
３回以上通過させて前記構造の複数の異なる領域に前記
光線を当てるステップを有することを特徴とするデバイ
ス製造方法。 - 【請求項９】少なくとも部分的にデバイスを製造するス
テップと； レンズを通して、前記少なくとも部分的に製造されたデ
バイスの少なくとも一つの構造の少なくとも一部を光学
的に写像するステップと； 前記写像ステップの結果が要求基準を満たすならば、少
なくとも部分的に製造されたデバイスを完成させるステ
ップと； を有し、前記写像ステップが、同じ光線を前記レンズに
３回以上通過させ、前記構造の複数の異なる領域に前記
光線を当てるステップを有することを特徴とするデバイ
ス製造方法。 - 【請求項１０】パターン形成された基板がデバイスに組
み込まれるべき第１の部分と廃棄されるべき第２の部分
とを有するように、前記基板にパターンを形成するステ
ップと； 前記第２の部分に形成されたパターンの少なくとも一つ
の構造の少なくとも一部を光学的に写像するステップ
と； 前記写像ステップの結果が要求基準を満たすならば、前
記デバイスを完成させるステップと； を有し、前記写像ステップが、同じ光線を前記レンズに
３回以上通過させて、前記構造の複数の異なる領域に前
記光線を当てるステップを有することを特徴とするデバ
イス製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US387,248 | 1989-07-28 | ||
| US07/387,248 US5004321A (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Resolution confocal microscope, and device fabrication method using same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0365913A JPH0365913A (ja) | 1991-03-20 |
| JPH081369B2 true JPH081369B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=23529098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2188176A Expired - Fee Related JPH081369B2 (ja) | 1989-07-28 | 1990-07-18 | 光学システムおよびこれを用いたデバイス製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5004321A (ja) |
| EP (1) | EP0410634B1 (ja) |
| JP (1) | JPH081369B2 (ja) |
| DE (1) | DE69024274T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1325537C (en) * | 1988-08-01 | 1993-12-28 | Timothy Peter Dabbs | Confocal microscope |
| US5184021A (en) * | 1991-06-24 | 1993-02-02 | Siscan Systems, Inc. | Method and apparatus for measuring the dimensions of patterned features on a lithographic photomask |
| EP0527242B1 (en) * | 1991-08-02 | 1995-04-26 | International Business Machines Corporation | Inspection apparatus and method for inspection of substrates |
| US5254854A (en) * | 1991-11-04 | 1993-10-19 | At&T Bell Laboratories | Scanning microscope comprising force-sensing means and position-sensitive photodetector |
| US5248876A (en) * | 1992-04-21 | 1993-09-28 | International Business Machines Corporation | Tandem linear scanning confocal imaging system with focal volumes at different heights |
| EP0568478A1 (en) * | 1992-04-29 | 1993-11-03 | International Business Machines Corporation | Darkfield alignment system using a confocal spatial filter |
| JP3362912B2 (ja) * | 1992-10-01 | 2003-01-07 | オリンパス光学工業株式会社 | ビーム整形及びビーム分離装置 |
| US5612818A (en) * | 1993-09-08 | 1997-03-18 | Nikon Corporation | Confocal microscope |
| DE19511937C2 (de) * | 1995-03-31 | 1997-04-30 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Konfokales Auflichtmikroskop |
| KR0171947B1 (ko) * | 1995-12-08 | 1999-03-20 | 김주용 | 반도체소자 제조를 위한 노광 방법 및 그를 이용한 노광장치 |
| US6548796B1 (en) * | 1999-06-23 | 2003-04-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Confocal macroscope |
| JP5770322B1 (ja) | 2014-02-24 | 2015-08-26 | ファナック株式会社 | 台座を備えた回転角度検出器及びそれを備える回転機械 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL276676A (ja) * | 1961-04-13 | |||
| US3258337A (en) * | 1961-11-06 | 1966-06-28 | Cousins William Walter | Method for producing multi-colored art work to be used for proofing |
| US4500204A (en) * | 1981-04-21 | 1985-02-19 | Agency Of Industrial Science & Technology | Scanning-type lithographic and image-pickup device using optical fiber |
| JPS58156983A (ja) * | 1982-03-13 | 1983-09-19 | 富士通機電株式会社 | 組合せベルト表示器 |
| US4697866A (en) * | 1984-10-15 | 1987-10-06 | Honeywell Inc. | Apparatus and method for fabricating a sandwich lens |
| US4769551A (en) * | 1986-06-27 | 1988-09-06 | Nippon Kogaku K.K. | Pattern detecting apparatus utilizing energy beam |
| CA1308937C (en) * | 1988-01-11 | 1992-10-20 | Francois Bilodeau | Fabrication technique for low-loss fused taper directional couplers and pressure sensor produced thereby |
| US4844617A (en) * | 1988-01-20 | 1989-07-04 | Tencor Instruments | Confocal measuring microscope with automatic focusing |
-
1989
- 1989-07-28 US US07/387,248 patent/US5004321A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-07-18 DE DE69024274T patent/DE69024274T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-18 EP EP90307847A patent/EP0410634B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-07-18 JP JP2188176A patent/JPH081369B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69024274D1 (de) | 1996-02-01 |
| US5004321A (en) | 1991-04-02 |
| DE69024274T2 (de) | 1996-05-15 |
| EP0410634A2 (en) | 1991-01-30 |
| EP0410634A3 (en) | 1992-03-04 |
| EP0410634B1 (en) | 1995-12-20 |
| JPH0365913A (ja) | 1991-03-20 |
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