JPS5926883B2 - エツジ検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光の如きコヒーレント光で対象物を走査
し、面に対して高度差をもつ段から成る境界における信
号の変化を光電的に検出し、それにより境界を平均化し
て検出する装置に関する。

従来、例えばＩＣ等の微細加工技術において、マスクと
ウェハとの位置合せやパターンの線幅の測定を行う場合
、レーザ光を微小スポットに収束してマスク或いはウェ
ハ上で走査し、エッジ（パターン等によるマスクの透明
部と不透明部の境界或いはウェハ上の隣合う相異なる物
質の境界の段をエッジと呼ぶ。）で散乱された光信号を
光電的に検出して上記の測定を行う装置が知られている
。上述の如きレーザスポット走査方式を用いた装置は信
号のＳ／Ｎ比がよく、従つて高い精度でエッジを検出で
きる。しかし、従来の装置はレーザスポットを円形にし
ていた為、検出すべきエッジに小さな凹凸の不整がある
場合、レーザスポットとエッジとの交接する場所によつ
て検出される信号がばらつくという欠点があつた。また
エッジの検出精度を上げたり、隣合うエッジとエッジの
分解を精度よく行うのに、レーザスポットの幅は小さい
方が好ましい。

レンズ系の全ての収差を除いたとしても、収束レンズに
よつて収束される光束の開口数によつて決まる回折限界
で最小スポット径が得られる。従つて円形開口を持つた
収束レンズを用いる限りこの最小値よりレーザスポット
の幅を小さくできなかつた。本発明の目的は、微小な不
整のあるエッジの平均化した検出及びエッジとエッジと
の間の分解能の改善を可能にする装置を提供することで
ある。

本発明は対物レンズに入射するレーザ光束に対し、対物
レンズと光源の間で空間フィルタリングを行ない、エッ
ジの伸長方向（以後ｙ軸という）とその垂直な方向（以
後Ｘ軸方向という）に対して収束光の開口数を異ならせ
、ウエハ上でのレーザスポツトを帯状に細長く変形し、
かつ該スポツトの長手方向を前記ｙ軸と略平行にし、ｙ
軸方向でのエツジと該スポツトとの交接部を大きくし、
その結果エッジと該スポツトの交接による信号からエツ
ジの平均化した測定を可能とし、かつ長手方向と垂直な
方向を横方向とすると、該スポツトの横方向の幅を小さ
くすることによりエツジとエツジとの分解能を高めよう
とする装置である。本発明の実施例を図に基づいて説明
する。第１図は第１実施例の構成を示す分解図である。

第１図において、レーザ光源２と該光源２からの光束の
幅を拡張するビームエキスパンダ３を設け該光束上に従
来から使用されている収束レンズ６を設け、かつ該光束
上で該ビームエキスパンダ３と該収束レンズ６との間に
スリツト４を設ける。該スリツト４の方向をウエハ８上
のエツジ１０のｘ軸方向と同じにする。Ａ，Ｂ，Ｃは夫
々レーザ光束の強度分布を表わし、Ａはスリツト４で変
形される前のもの、Ｂはスリツト４で変形された後のも
の、Ｃはウエハ８上に収束されたレーザスポツトのもの
である。

レーザ光源２からの光束はＡの如くガウス型に強度分布
した平行なレーザ光束で、該光束がスリツト４に入射す
ると、出射する時の光束はＢの如くｙ軸方向に短縮した
強度分布になり、この光束が収束レンズ６に入射する。
そして収束レンズ６によつて収束されて出射する光束は
ウエハ８上で収束してレーザ”スポツトとなる。このレ
ーザスポツトは回折によりｙ軸方向に伸長し、ｘ軸方向
に短縮したＣの如き強度分布になる。ウエハ８のエツジ
１０はパターン等の端部で、一般に１０ｎｍ〜数μｍの
微小な段差で出来ており、レーザスポツトとエツジ１０
とを相対的に、かつレーザ゜スポツトの横方向がｙ軸と
直角をなす如く移動させると、エツジの位置にレーザス
ポツトがきたときに、該スポツトのレーザ光が散乱され
て、収束レンズ６の脇にある公知の検知器１４に入射し
て光電的に公知の方法で検知される。

尚、本実施例では、レーザ光束の周囲の強度の弱い部分
は実効的な開口数を大きくする為に、収束レンズ６に入
射する際にけられるようになつている。またスリツト４
は必ずしもビームエキスパンダ３と収束レンズ６の間に
ある必要は無く、ただ前記両者の間にスリツト４を設け
たのは操作性及び製作の容易さの点で良いからである。

従来、収束レンズに、直径２０７１ｇｔ１Ｎ，Ａ０．６
のレンズを用い、光量の８０％を通過させる如く波長６
３３ｎｍのレーザ光束中央のみを入射させている場合、
収束されたスポツトの半値全幅は０．８μｍであつた。

本実施例で収束レンズ６に上記と同じレンズを用いた場
合、３．５７１１１１幅のスリツトを用いると回折によ
りスポツトの横方向の幅は０．７μｍ１長手方向の幅は
２．２μｍとなる。

これらは、スポツトがエツジの伸長方向に延長され、伸
長方向と垂直な方向には短縮されるという上述の関係を
満足している。

以下に本実施例について詳説する。

焦平面上での、収束されたレーザスポツトの回折パター
ン（以後回折パターンという）はフラウンホーフア回折
理論で取扱え、基本的な形状の開口の回折パターンはよ
く知られている。

例えば第２図１の如く半径ａの円形開口で、一様な強度
で照明された回折パターンの円の中心を通る強度分布は
第２図の如くなり、中心軸に最も近い零点はλを波長、
ｆを収束レンズの焦点距離として±？＾ｔｌとなる。ま
た第３図１の如き矩形パターンの場合、長さ２ａの辺と
同一方向での回折パターンは等冫図のようになり、中心
軸に最も近い零点は一である。即ち、矩形パターンの方
２ａが工だけスポツトのＸ軸方向の幅は小さい。

１．２２ そこで本実施例の如く、第４図１に示すように帯状の部
分を残して円形開口を狭くしていつた場合、第３図１の
矩形開口にいくらでも近づいていくのでその回折パター
ンの、中心軸に最も近い零点の極限は１ｆとなる。

しかし、この場合、開口を通２ａ過する光量は無限に小
さくなるので、必要な光量が得られる範囲でこの開口の
制限を止めることになる。

本実施例の場合、回折パターンの横方向の幅は第２図の
円形開口の回折パターンの幅と、第３図の矩形開口の回
折パターンの幅の中間にあり、第４図のようになる。ま
た回折パターンの長手方向の円の中心を通る強度分布は
第４図のように、円形開口の回折パターンより拡がり、
中心に最も近い零点は第４図１の開口の狭い方の幅を２
ｂとしてＵに近くなる。本実施例ではＨ２ｂａｎである
からｙ軸方向の幅は円形開口の場合より大きくなる。

本実施例ではレーザ光束は断面の強度分布が一様ではな
く、ガウス型分布であり、収束用レンズにはレーザ光束
の周辺をさえぎつて入射させるので以上の定量的な関係
からややはずれるが、定性的には成立する。また、一様
な強度の光束を用いた場合例えば第２図で示す主極大Ｍ
１副極大ＳＯｘ方向の幅もエツジ検出に影響し、主極大
Ｍ１副極大Ｓの幅は双方とも小さい方が好ましく、また
主極大Ｍの大きさに比して副極大Ｓの大きさが小さいこ
とが好ましい。

上記の矩形開口の副極大Ｓの大きさは主極大Ｍに比べて
４．７％であり、円形開口の場合の同じ比較は１．７５
％であるので矩形開口の場合の方が大きくなる。しかし
、本実施例ではガウス型の強度分布の光束を用いており
、ガウス型の光束の場合の方が一様な強度分布の光束よ
りも回折パターンの大きさが拡がり、副極大が小さくな
ることが知られているので上述の如き副極大のｘ力向で
の大きさの増大は無視できるものとなる。

別の考え方によればガウス型強度分布のレーザ光束を用
いることは一様な強度分布の光束を空間フイルタリング
したものである。本実施例においてはこの空間フイルタ
リングを直交する２方向に対して異なる度合で行ないエ
ツジの伸長方向についてはスポツトの幅を伸ばし、それ
と垂直な方向には縮めるのである。次に本発明の第２実
施例を第５図に基づいて説明する。第２実施例は第１実
施例におけるスリツトの代わりに円柱レンズを用いて光
源からの光束の強度分布を変えるものである。円柱レン
ズ４２及び４４（各焦点距離がＦｌ，ｆ２である）を光
源からの光束４０上に、円柱レンズ４２及び４４の母線
方向とウエハ４８のエツジ５０の方向（Ｙ軸方向）とを
一致させて設置する。尚、円柱レンズ４２，４４はｆ１
くＦ２という関係にする。また、円柱レンズ４２の後焦
点位置と円柱レンズ４４の前焦点位置とを一致させてお
き、一致した点をＭとする。例えば光源からの光束４０
の幅を２ａとし、ｆ１：Ｆ２−１：１０とした場合、円
柱レンズノ４２の点Ｍにおける像の大きさは、母線方向
（Ｙ軸力向）で２ａ、母線と垂直な方向（Ｘ軸方向）に
は収れんして帯状スポツトとなる。

これが円柱レンズ４４により光束４０の幅が夫々Ｙ軸力
向で２ａ，Ｘ軸力向では２ａ×（Ｆ２くｆ１）＝２０で
ある光束に変換され、第１実施例同様にエツジの方向（
Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸方向）を長手方向とする
光束となつて第１実施例と同じ収束レンズ４６に入射す
る。尚この光束は平行光束である。以後は第１実施例と
全く同じで収束スポツトは回折によりＹ軸方向には伸長
しＸ軸方向には短縮した強度分布Ｃ′の如き強度分布に
なる。本実施例では円柱レンズを２個用いて説明したが
２個以上でも良い。本実施例によれば、レーザ光を変形
させる手段としてスリツトを用いた第１実施例より、光
源からの光量を損失することなく利用できるので効率が
よい。尚、上述の第１及び第２実施例ではレーザ光束を
変形させる手段としてスリツトまたは円柱レンズを用い
て説明したが、他の空間フイルタリングの方法、例えば
濃度が連続的に変化する乾板を用いる方法でもよい。

以上本発明によれば回折によりエツジの伸長方向と略平
行にレーザスポツトを帯状に伸長し、エツジを該帯状ス
ポツトで走査するのでエツジの広い部分の平均的な位置
を検出することになり、その結果不整を有するエツジの
測定にも良い再現性を示しまた該帯状スポツトの幅を減
少させることにより、隣合つたエツジとエツジの検出の
分解能を向−上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す分解図、第２
図は円形開口の回折パターンによる強度分布、第３図は
矩形開口の回折パターンによる強度分布、第４図は本実
施例の回折パターンによる強度分布、第５図は本発明の
第２実施例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コヒーレント光源からの光束を境界を有する対象物
   上に収束する収束光学系と、該コヒーレント光束と該対
   象物とを相対的に走査する走査手段と、該境界で生ずる
   散乱光を検出する光電検知器とを有する装置において、
   前記コヒーレント光束を、前記境界に対して垂直方向の
   強度分布幅が該境界に対して平行方向の強度分布幅より
   も広い光束に変形する光速変形手段を設け、前記収束光
   学系によつて前記対象物上に該境界と平行方向に細長く
   伸びた帯状スポットを形成すると共に、前記走査手段に
   よつて該帯状スポットの伸長方向と該境界との平行を維
   持しつつ該帯状スポットと該対象物とを相対的に走査す
   ることを特徴とするエッジ検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記光
   束変形手段は前記境界に対して略垂直な方向に細長いス
   リットを有することを特徴とするエッジ検出装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記光
   束変形手段は円柱レンズを有することを特徴とするエッ
   ジ検出装置。