JPS5999216A - 物体の表面高さ測定装置 - Google Patents
物体の表面高さ測定装置Info
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- JPS5999216A JPS5999216A JP20828882A JP20828882A JPS5999216A JP S5999216 A JPS5999216 A JP S5999216A JP 20828882 A JP20828882 A JP 20828882A JP 20828882 A JP20828882 A JP 20828882A JP S5999216 A JPS5999216 A JP S5999216A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は物体の高さ、例えば荷電粒子線露光装置におけ
るマスクブランクやウェハ表面の高さを極めて正確に検
知することの可能な装置に関するものである。
るマスクブランクやウェハ表面の高さを極めて正確に検
知することの可能な装置に関するものである。
例えば、電子線露光装置により半導体ウェハ等上に微細
回路パターンを描画する際、該ウェハ表面が設定した高
さからずれていると、露光された回路の位置や大きさが
所定のものと異なってしまい、特に半導体ウェハにおけ
る多重露光をするときには描画精度は著しく低下してし
まう。従って、被露光材料の高さを正確に測定すること
は高精度な描画のために極めて重要である。
回路パターンを描画する際、該ウェハ表面が設定した高
さからずれていると、露光された回路の位置や大きさが
所定のものと異なってしまい、特に半導体ウェハにおけ
る多重露光をするときには描画精度は著しく低下してし
まう。従って、被露光材料の高さを正確に測定すること
は高精度な描画のために極めて重要である。
従来の高さ測定装置としては、被露光材料の表面に対向
して電極を配置し、この表面と電極との間に形成される
コンデンサの静電容量が該表面の上下動に伴って変化す
ることを利用するもの及び被露光材料表面にレーザ光を
照射し、その表面での反射光と照射光との干渉縞を利用
するものが使用されている。
して電極を配置し、この表面と電極との間に形成される
コンデンサの静電容量が該表面の上下動に伴って変化す
ることを利用するもの及び被露光材料表面にレーザ光を
照射し、その表面での反射光と照射光との干渉縞を利用
するものが使用されている。
しかし乍ら、前者では静電界の発生があるので、測定特
電子線に恕影費を与えることになる。従って、高さ測定
点は最も重要な電子線照射点から著しく離れた点になら
ざるを得ず、高い測定精麿は望めない。又、後者は光学
的測定であるので、電子線照射点と測定点とを一致させ
ることはできるが、干渉パルスの数の積算を利用してい
るので、被露光材料表面の凹凸を横切ったりして光の中
断があると、その後の測定は全く信頼性のないものとな
る。
電子線に恕影費を与えることになる。従って、高さ測定
点は最も重要な電子線照射点から著しく離れた点になら
ざるを得ず、高い測定精麿は望めない。又、後者は光学
的測定であるので、電子線照射点と測定点とを一致させ
ることはできるが、干渉パルスの数の積算を利用してい
るので、被露光材料表面の凹凸を横切ったりして光の中
断があると、その後の測定は全く信頼性のないものとな
る。
この様な欠点を解決し得る装置が近時提案されている。
この装置は、第１図に示す如く光源１よりの光を被露光
材料２の表面に対して斜め方向から投射し、この投射光
をアパーチャを有する部材３に照射してその通過した光
をレンズ４によって前記被露光材１１表面近傍に結像せ
しめ、該材料表面で反射された光の進行方向にレンズ５
を置いて前記像をイメージディセクタ−管６の光電検出
面上に結像するようになし、該像の位置に応じた信号を
発生し、それより高さ変位を演算するようになしたもの
である。
材料２の表面に対して斜め方向から投射し、この投射光
をアパーチャを有する部材３に照射してその通過した光
をレンズ４によって前記被露光材１１表面近傍に結像せ
しめ、該材料表面で反射された光の進行方向にレンズ５
を置いて前記像をイメージディセクタ−管６の光電検出
面上に結像するようになし、該像の位置に応じた信号を
発生し、それより高さ変位を演算するようになしたもの
である。
斯かる装置において、合材ｙＰＩ２が第２図に示す如く
、２ａから２ｂに高さｈだけ変化した場合、アパーチャ
像ｐの虚像ｐ′とｐ″との間隔をＬルンズ５の倍率をＭ
１光の人２反射角をθとしたとき、検出面でのアパーチ
ャ像のズレ量ΔはΔ−Ｍ−１ｃｏｓ θ−Ｍ ・ ２
ｈｃＯ３θで与えられる。上記Ｍ及びθは既知であ
るので、Δが求まれば容易に高さ変位りが求まることに
なる。
、２ａから２ｂに高さｈだけ変化した場合、アパーチャ
像ｐの虚像ｐ′とｐ″との間隔をＬルンズ５の倍率をＭ
１光の人２反射角をθとしたとき、検出面でのアパーチ
ャ像のズレ量ΔはΔ−Ｍ−１ｃｏｓ θ−Ｍ ・ ２
ｈｃＯ３θで与えられる。上記Ｍ及びθは既知であ
るので、Δが求まれば容易に高さ変位りが求まることに
なる。
この装置は非接触、光学式であり電子線に何等の影響を
与えることなく該電子線の照射点における表面高さを測
定でき、口つ干渉パルスの積算は用いないので、凹凸等
の光中断部があっても正確な高さ測定が可能であるとい
う効果を有しているしかし、前記イメージディセクタ−
管は光電変換面、アパーチャ板、２次電子増信管、コレ
クター電極、静電レンズ、偏向コイル及び各部の電源等
から構成されるので構造が複卸で大型であり、且つ非常
に高価であるという問題がある。特に、装置が大型であ
ることは狭隘な露光室への設置が困難となり折角の利点
をもつ装置の活用ができなくなる。そこで、イメージデ
ィセクタ−管に代えて半導体アレイセンサを使用すれば
上記構造的問題は解決するが、新たな問題が生ずる。即
ち、半導体アレイセンサは半導体光検出素子を１０〜３
−３＝ Ｏｐｍのビッヂで多数（例えば２０４８個）配列したも
のであるが、測定精度（絶対精度）に限界があり、高さ
換算で１−又はそれ以下の精度を得ることは難しい。今
、結像レンズ系の倍率Ｍを１０倍とし、半導体素子のピ
ッチＰを２５１１ｍ１とするとアレイセンサ上に結像す
る像に全くボケがないとしても、原理的に２ｈｃｏｓθ
の量としてＰ／Ｍ＝２５／１０＝２．５−の測定精度し
か得られない。
与えることなく該電子線の照射点における表面高さを測
定でき、口つ干渉パルスの積算は用いないので、凹凸等
の光中断部があっても正確な高さ測定が可能であるとい
う効果を有しているしかし、前記イメージディセクタ−
管は光電変換面、アパーチャ板、２次電子増信管、コレ
クター電極、静電レンズ、偏向コイル及び各部の電源等
から構成されるので構造が複卸で大型であり、且つ非常
に高価であるという問題がある。特に、装置が大型であ
ることは狭隘な露光室への設置が困難となり折角の利点
をもつ装置の活用ができなくなる。そこで、イメージデ
ィセクタ−管に代えて半導体アレイセンサを使用すれば
上記構造的問題は解決するが、新たな問題が生ずる。即
ち、半導体アレイセンサは半導体光検出素子を１０〜３
−３＝ Ｏｐｍのビッヂで多数（例えば２０４８個）配列したも
のであるが、測定精度（絶対精度）に限界があり、高さ
換算で１−又はそれ以下の精度を得ることは難しい。今
、結像レンズ系の倍率Ｍを１０倍とし、半導体素子のピ
ッチＰを２５１１ｍ１とするとアレイセンサ上に結像す
る像に全くボケがないとしても、原理的に２ｈｃｏｓθ
の量としてＰ／Ｍ＝２５／１０＝２．５−の測定精度し
か得られない。
しかも、アパーチャ板を通した光をレンズで結像して材
料面に投影し、更に反射光を結像レンズで拡大して検出
器上に投影するので、検出器上の像にはかなりのボケが
あり、且つ又各年導体素子の感度は通常２０％程度のバ
ラツキを有しているので、上記精度は更に悪いものにな
る。
料面に投影し、更に反射光を結像レンズで拡大して検出
器上に投影するので、検出器上の像にはかなりのボケが
あり、且つ又各年導体素子の感度は通常２０％程度のバ
ラツキを有しているので、上記精度は更に悪いものにな
る。
本発明は上記問題点を全て解消するためになされたもの
で、構造が簡単で且つ廉価な半導体アレイセンサを使用
して高精度の高さ測定を行う装置を提案するものである
。本発明の構成は物体表面に一定角度θで光を照射し、
その照射点の近傍に微小間隔をなした複数の明暗像を結
ばせる照射光４− 学系と、該照射点から反射する光を集光し、前記複数の
明暗像を結像するための結像光学系と、該結像光学系の
結像面に配置され、多数の半導体光検出素子からなる半
導体アレイセンサと、該センサ上における各明暗像の基
準位置からの距離を求め、それらを平均化する演算手段
とを備えた物体の表面高さ測定装置を特徴とするもので
ある。
で、構造が簡単で且つ廉価な半導体アレイセンサを使用
して高精度の高さ測定を行う装置を提案するものである
。本発明の構成は物体表面に一定角度θで光を照射し、
その照射点の近傍に微小間隔をなした複数の明暗像を結
ばせる照射光４− 学系と、該照射点から反射する光を集光し、前記複数の
明暗像を結像するための結像光学系と、該結像光学系の
結像面に配置され、多数の半導体光検出素子からなる半
導体アレイセンサと、該センサ上における各明暗像の基
準位置からの距離を求め、それらを平均化する演算手段
とを備えた物体の表面高さ測定装置を特徴とするもので
ある。
以下本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
第３図において、７は電子銃を示し、該電子銃より出た
電子線８は電子レンズ系９により集束されて被露光材料
２上に投射される。１０は偏向器であり、電子線８を偏
向し、被露光材Ｆ１１．２上で移動させてパターンを描
くためのもので、増幅器１１を介してコンピュータ１２
よりパターン信号が送られる。光源１と照射光学系のレ
ンズ４との間には微小間隔をもって配列された複数スリ
ットを有するスリット板３′が置かれており、該スリッ
ト板を通過した光はレンズ４で結像され、ｐ点にその明
暗像を結んだ後、材Ｉ＋ ２上に角θで投射される。該
材料２で反射した光は結像レンズ５により結像され、多
数の半導体光検出素子を配列した半導体アレイセンサ１
３上に拡大・結像される。
電子線８は電子レンズ系９により集束されて被露光材料
２上に投射される。１０は偏向器であり、電子線８を偏
向し、被露光材Ｆ１１．２上で移動させてパターンを描
くためのもので、増幅器１１を介してコンピュータ１２
よりパターン信号が送られる。光源１と照射光学系のレ
ンズ４との間には微小間隔をもって配列された複数スリ
ットを有するスリット板３′が置かれており、該スリッ
ト板を通過した光はレンズ４で結像され、ｐ点にその明
暗像を結んだ後、材Ｉ＋ ２上に角θで投射される。該
材料２で反射した光は結像レンズ５により結像され、多
数の半導体光検出素子を配列した半導体アレイセンサ１
３上に拡大・結像される。
つまり、貞ｐの虚＠ｎ’ がセンサ上に投射されること
になる。尚、レンズ４によるスリット板３′の結像位置
は図の如き材Ｆ１照射点の前方に限られるものではなく
、該照射点又は、それより後方であっても良い。半導体
アレイセンサ１３からの信号は増幅器１４により増幅さ
れ、演算回路１５に送られる。この演算回路において、
スリット像の各明暗像の１１位直置らの距離を求め、そ
れらを平均化する。平均化された材ｙｐ＋、 ２の高さ
信号は表示装置１６に送られ、高さ位置として表示され
る。
になる。尚、レンズ４によるスリット板３′の結像位置
は図の如き材Ｆ１照射点の前方に限られるものではなく
、該照射点又は、それより後方であっても良い。半導体
アレイセンサ１３からの信号は増幅器１４により増幅さ
れ、演算回路１５に送られる。この演算回路において、
スリット像の各明暗像の１１位直置らの距離を求め、そ
れらを平均化する。平均化された材ｙｐ＋、 ２の高さ
信号は表示装置１６に送られ、高さ位置として表示され
る。
又、該信号は前記偏向器の増幅器１１や対物レンズ、ビ
ームシフト用偏向器、更にはフィールド回転レンズ等に
送られ、被露光材料の高さ変位に拘わらず描画パターン
の描画位置や露光フィールドの大きさ、フォーカシング
等が一定になるようにそれらを制御する。
ームシフト用偏向器、更にはフィールド回転レンズ等に
送られ、被露光材料の高さ変位に拘わらず描画パターン
の描画位置や露光フィールドの大きさ、フォーカシング
等が一定になるようにそれらを制御する。
第４図は本発明の詳細な説明づる図であり、（ａ ）図
は半導体アレイセンサ１３の検出面を示し、半導体光検
出素子が一定間隔で多数配列されている。又、（ｂ）図
はその検出面上に投影されるスリット板３′の１ｇ！（
明暗像）の光強度分布を示しである。この図ではスリン
ｉ・を３個用いた場合でＡ、Ｂ、Ｃはその像の光強度分
布である。Ａの光像により、素子ａｌ１８２から出力が
生じへの光像の両エツジに対応する該” Ｉ ＊ ８２
のＭ型位置（ここでは左端を基準位置とした）からの距
離Ａ１とＡ２が求められる。Ｂの光像によっては１１＋
、ｌｌｚ、ｌ１３の素子から出力が得られ、両エツジに
対応するす、、ｔｒ３の基準位置からの距ＨＩＢ＋ 、
Ｂ２が求められる。更に、Ｃの光像によってＣＨ、Ｃ２
，Ｃ３，Ｃ４の素子から出力が生じ、Ｃ１とＣ４の基準
位置からの距１１１０１．ｃ２が求められる。
は半導体アレイセンサ１３の検出面を示し、半導体光検
出素子が一定間隔で多数配列されている。又、（ｂ）図
はその検出面上に投影されるスリット板３′の１ｇ！（
明暗像）の光強度分布を示しである。この図ではスリン
ｉ・を３個用いた場合でＡ、Ｂ、Ｃはその像の光強度分
布である。Ａの光像により、素子ａｌ１８２から出力が
生じへの光像の両エツジに対応する該” Ｉ ＊ ８２
のＭ型位置（ここでは左端を基準位置とした）からの距
離Ａ１とＡ２が求められる。Ｂの光像によっては１１＋
、ｌｌｚ、ｌ１３の素子から出力が得られ、両エツジに
対応するす、、ｔｒ３の基準位置からの距ＨＩＢ＋ 、
Ｂ２が求められる。更に、Ｃの光像によってＣＨ、Ｃ２
，Ｃ３，Ｃ４の素子から出力が生じ、Ｃ１とＣ４の基準
位置からの距１１１０１．ｃ２が求められる。
この様にして得られたＡ＋ 、Ａ２ 、Ｂ＋ 、８２
。
。
Ｃ１，Ｃ２は演算回路１５において互いに加算され平均
化される。この平均化された距離信号（従って、材料２
の高さに対応する信号）は表示装置１６に送られ、例え
ば数字により高さ表示される。
化される。この平均化された距離信号（従って、材料２
の高さに対応する信号）は表示装置１６に送られ、例え
ば数字により高さ表示される。
７−
又、この距離信号はＭ半値と比較され、その差信号が例
えば増幅器１１に送られ、コンピュータ１２からのパタ
ーン信号等が補正される。被露光材ｒ１２の高さが変化
した場合には、光像Ａ、Ｂ、Ｃの半導体アレイセンサ１
３上での位置が変化（第４図において、右又は左へシフ
ト）するので、前記平均化した信号値が変化し、表示は
変り、且つ補正信号もそれに応じて変化する。
えば増幅器１１に送られ、コンピュータ１２からのパタ
ーン信号等が補正される。被露光材ｒ１２の高さが変化
した場合には、光像Ａ、Ｂ、Ｃの半導体アレイセンサ１
３上での位置が変化（第４図において、右又は左へシフ
ト）するので、前記平均化した信号値が変化し、表示は
変り、且つ補正信号もそれに応じて変化する。
以上の如く、本発明においては複数の光像Ａ。
Ｆ３．Ｃの両エツジの基準位置からの距離を求め、それ
らを平均化して材料面の高さとなしているので、半導体
素子の配列間隔や各素子の感度のバラツキ、更には像の
ボケ等による測定精度の限界を突破でき、単一のアパー
チャ像を用いる場合に比し、数倍（５倍程度）の精度向
上が達成でき、従ってサブミクロンの精度で高さ測定が
可能となる。
らを平均化して材料面の高さとなしているので、半導体
素子の配列間隔や各素子の感度のバラツキ、更には像の
ボケ等による測定精度の限界を突破でき、単一のアパー
チャ像を用いる場合に比し、数倍（５倍程度）の精度向
上が達成でき、従ってサブミクロンの精度で高さ測定が
可能となる。
尚、上記は本発明の一実施例であり、幾多の変更が可能
である。例えば、スリットの数は図示の如き３個に限ら
れるものではなく、センサ１３上にその像が２個以上投
影されるものであれば幾つ８− でも良い。勿論、数は多い方が精度は良くなる。
である。例えば、スリットの数は図示の如き３個に限ら
れるものではなく、センサ１３上にその像が２個以上投
影されるものであれば幾つ８− でも良い。勿論、数は多い方が精度は良くなる。
又、第４図では明るい部分、つまり光の照射された部分
の素子の位置を検出する様にしたが、逆に暗い部分、つ
まり光の当らない部分の素子の位置を検出する様にして
も良い。更に、第３図は電子ビーム露光装置に適用した
場合であるが、適用装置に特別な制限はない。更に又、
各スリットの幅、つまり光像Ａ、Ｂ、Ｃの幅は同一でも
良く、第４図の如く夫々異った幅であっても良い。更に
、各スリットの間隔は一定の場合を示したが、異った間
隔にしても良い。
の素子の位置を検出する様にしたが、逆に暗い部分、つ
まり光の当らない部分の素子の位置を検出する様にして
も良い。更に、第３図は電子ビーム露光装置に適用した
場合であるが、適用装置に特別な制限はない。更に又、
各スリットの幅、つまり光像Ａ、Ｂ、Ｃの幅は同一でも
良く、第４図の如く夫々異った幅であっても良い。更に
、各スリットの間隔は一定の場合を示したが、異った間
隔にしても良い。
第１図及び第２図は従来の高さ測定を説明するための図
、第３図は本発明の一実施例を示すブロック線図、第４
図は本発明の詳細な説明する図である。 １：光源、２：被露光材料、３′ ニスリット板、４．
５：光学レンズ、７：電子銃、８：電子線、９：電子レ
ンズ系、１０：偏向器、１１：増幅器、１２：コンピュ
ータ、１３：半導体アレイセンサ、１４：増幅器、１５
：演算回路、１６：表示装置。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者 伊藤 −夫 日本電信電話公社 代表者 真藤 恒 第２図 １１−
、第３図は本発明の一実施例を示すブロック線図、第４
図は本発明の詳細な説明する図である。 １：光源、２：被露光材料、３′ ニスリット板、４．
５：光学レンズ、７：電子銃、８：電子線、９：電子レ
ンズ系、１０：偏向器、１１：増幅器、１２：コンピュ
ータ、１３：半導体アレイセンサ、１４：増幅器、１５
：演算回路、１６：表示装置。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者 伊藤 −夫 日本電信電話公社 代表者 真藤 恒 第２図 １１−
Claims (1)
- 物体表面に一定角度θで光を照射し、その照射点の近傍
に微小間隔をなした複数の明暗像を結ばせる照射光学系
と、該照射点から反射する光を集光し、前記複数の明暗
像を結像するための結像光学系と、該結像光学系の結像
面に配置され、多数の半導体光検出素子からなる半導体
アレイセンサと、該センサ」−における各明暗像のＭ準
位百からの距離を求め、それらを平均化する演算手段と
によって構成することを特徴とする物体の表面高さ測定
装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20828882A JPS5999216A (ja) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | 物体の表面高さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20828882A JPS5999216A (ja) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | 物体の表面高さ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5999216A true JPS5999216A (ja) | 1984-06-07 |
| JPS6316687B2 JPS6316687B2 (ja) | 1988-04-11 |
Family
ID=16553762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20828882A Granted JPS5999216A (ja) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | 物体の表面高さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5999216A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60260914A (ja) * | 1984-06-08 | 1985-12-24 | Olympus Optical Co Ltd | 計測用内視鏡 |
| JPS6174338A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-16 | Hitachi Ltd | 縮小投影露光装置およびその方法 |
| JPH07234527A (ja) * | 1994-09-05 | 1995-09-05 | Hitachi Ltd | 露光方法 |
-
1982
- 1982-11-27 JP JP20828882A patent/JPS5999216A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60260914A (ja) * | 1984-06-08 | 1985-12-24 | Olympus Optical Co Ltd | 計測用内視鏡 |
| JPS6174338A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-16 | Hitachi Ltd | 縮小投影露光装置およびその方法 |
| JPH0564450B2 (ja) * | 1984-09-20 | 1993-09-14 | Hitachi Ltd | |
| JPH07234527A (ja) * | 1994-09-05 | 1995-09-05 | Hitachi Ltd | 露光方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6316687B2 (ja) | 1988-04-11 |
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