JPS61134605A - 物体の表面高さ測定装置 - Google Patents

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。

［従来の技術］ 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。

本発明者は先に上記要求を満足する新規な高さ測定装置
（特開昭５７−６０２０５号公報）を提案した。この装
置は、第３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７バ
ーチヤを有する部材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料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−管や半導体アレイセンサ
ー等の光検出器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、金材料２が第４図に示す如く、２
ａ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、光
の人０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−Ｌｃｏｓθ−Ｍ・２　ｈｃｏｓθ
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正
確に測定できるという効果を有している。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかし、近年直接描画においては何度も露光−処理を行
なったウェハ上に更にパターンを描画することが多く、
このような場合、材料表面には凹凸があり、光の反射率
に大きなムラを生ずることになる。上記従来の装置では
、観測対象であるアパーチャ像Ｐが材料表面の近傍に結
像されているため、前記光検出器の検出面上に光量のム
ラを生起し、該検出器出力に基づく＾さ測定値に誤差が
混入することになる。

この問題を解決するにはＩｌｌ対象であるアパーチャ像
を材料の表面から遠くに離しておけば良いが、像Ｐを照
射点から離すと第５図から解るように材料表面が僅かに
傾斜した場合でも虚像Ｐ′は　　　　ＩＰ”の位置に移
動する。その量はアパーチャ像と照射点の距離之と材料
の傾斜角Δθとの積に略等しく、前述のように像Ｐを照
射点から大きく離した場合には虚像Ｐ′とＰ〜の距離が
大きくずれることになり、僅かの材料面の傾きが材料の
＾ざのずれとして検知されることになる。

本発明の目的は上記従来の欠点に鑑みて、凹凸のある材
料でも正確にその高さ位置を検知することの可能な装置
を提案することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するためになされた本発明の構成の特徴
は物体の表面に一定角度で光を照射し且つその照射点よ
りできるだけ離れた前方位置に対象物を設置するか又は
その像を形成する光照射光学系と、前記光照射点から反
射する光を集光し前記対象物又はその像を結像する結像
光学系と、該結像光学系の結像面に置かれた像の位置に
応じた信号を発生する光検出器とを有し、前記検出器の
出力値から前記物体の高さを求めるようになした装置に
おいて、前記光照射光学系、結像光学系及び光検出器を
各２組用意すると共に夫々の組を光照射点における物体
の法線に関し対称的に配置し、前記２個の検出器の出力
値から前記物体の傾斜に起因する誤差情報を除去して高
さ情報のみを得る信号処理回路を備えた物体の表面高さ
測定装置に存する。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づき説明
する。

図中１１ａ、１１ｂは光源、１２ａ、１２ｂは対物レン
ズ、１３ａ、１３ｂは半透明鏡、１４ａ。

１４ｂは材料２上での光の照射領域を制限するためのア
パーチャ、１５ａ、１５ｂは対物レンズ付近に置かれた
スリット、１６ａ、１６ｂは結像レンズ、１７ａ、１７
ｂは像の位置に応じた信号を発生する光検出器である。

本発明においては測定系が２組使用され、夫々は材料２
の法線に対して対称的に配置されている。即ち、１１ａ
、１２ａ。

１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ及び１７ａで示す要素
が一方の組の測定系であり、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、
１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ及び１７ｂで示す組が他の測定
系である。両組は全く同様に構成されており、同時に測
定が行なわれ、両検出器１．７ａ、１７ｂの出力信号は
信号処理回路１８に供給され、所望の演算が行なわれた
後その結果が表示装置１９に表示される。

光源１１ａから発生した光はアパーチャ１４ａにより領
域の制限を受け、半透明鏡１３ａを介して対物レンズ１
２ａ上に置かれたスリット１５ａを照明する。このスリ
ット１５ａを通過した光は対物レンズ１２ａで集束され
、材料２上に照射される。該材料から反射した光は他方
の組の対物レンズ１２ｂにより結像され、更に結像レン
ズ１６ａによって拡大され、検出器１７ａ上にスリット
１５ａの像を結ぶ。同様に光源１，１　ｂから出た光は
半透明！１１３ｂを介してスリット１５ｂ上に照射され
、その透過光が材料２で反射され、対物レンズ１２ａで
結像され、更に結像レンズ１６ｂで拡大されて検出器１
７ｂ上にスリット１５ｂの像を結ぶ。

今、材料２が第２図に点線で示すように左方向に傾斜し
たとすると、検出器１７ａでは第２図（ａ）に示すよう
にスリット１５ａ又はその像Ｐの虚像Ｐ′が込・Δθだ
け下がったように観測される。一方、材料２がｈだけ上
った場合には２ｈＣＯＳθだけ虚像Ｐ〜が上ったように
観測されるので、前記検出器１７ａでは結果として、２
ｈｃｏｓθ−Ｑ−Δθ　　（１） たけ虚像Ｐ′が上ったように観測され、その信号が処理
回路１８に供給される。

又、他方の検出器１７ｂには第２図（ｂ）に示すように
、スリット１５ｂ又はその像Ｐ１の虚像Ｐ＋’　がＰｔ
”まで之・Δθだけ上ったように観測され、結果として ２ｈｃｏｓθ十誌・Δθ　　（２） だけ虚像Ｐ１’が上ったように観測される。

上記（１）、（２）式に対応する信号は検出器１７ａ、
１７ｂから信号処理回路１８に供給され、上記両式中の
込・Δθの項を消去するような演算（即ち・両式の加算
）がなされる・その結果・信　　　　　１号処理回路か
らは材料の＾さｈに関する情報のみが取出され、その値
が表示装置１９上に表示される。即ち、材料のわずかな
傾斜による誤差を含まない正確な高さ変位量を知ること
ができる。

尚、上記は本発明の一例であって、実際には種々の変更
が可能である。例えば、半透明鏡は対物レンズと結像レ
ンズの間に設置したが、この位置に限定されるものでは
なく、結像レンズと検出器の間であっても良い。又、光
源と検出器の位置を逆に配置することも可能である。更
に、スリット１５ａ、１５ｂは対物レンズ１２ａ、１２
ｂの中に設置したが、との位置に限られず、光の照射点
から離れており、光反射のムラが発生しない位置であれ
ばどこでも良い。

［効果］ 以上説明したように本発明では２個の測定系を材料の法
線に対して対称的に配置し、再測定系の検出信号から材
料の傾斜に関する項を消去しているので、スリット又は
その像Ｐ（又はＰｌ）を光照射点から遠くに離すことが
でき、光量ムラによる測定誤差の影響のない、正確な材
料の高さ測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は第１
図の作用を説明する図、第３図は従来の装置を示す概略
図、第４図及び第５図は第３図の作用説明図である。 ２：材料 １１ａ、１１ｂ：光源 １２ａ、１２ｂ：対物レンズ １３ａ、１３ｂ：半透明鏡 １４ａ、　　１４ｂニアパーチヤ １５ａ、１５ｂニスＩＪｙト １６ａ、１６ｂ：結像レンズ １７ａ、１７ｂ：光検出器 １８：信号処理回路 １９：表示装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物体の表面に一定角度で光を照射し且つその照射点より
   できるだけ離れた前方位置に対象物を設置するか又はそ
   の像を形成する光照射光学系と、前記光照射点から反射
   する光を集光し前記対象物又はその像を結像する結像光
   学系と、該結像光学系の結像面に置かれた像の位置に応
   じた信号を発生する光検出器とを有し、前記検出器の出
   力値から前記物体の高さを求めるようになした装置にお
   いて、前記光照射光学系、結像光学系及び光検出器を各
   ２組用意すると共に夫々の組を光照射点における物体の
   法線に関し対称的に配置し、前記２個の検出器の出力値
   から前記物体の傾斜に起因する誤差情報を除去して高さ
   情報のみを得る信号処理回路を備えていることを特徴と
   する物体の表面高さ測定装置。