JPS61210902A - 試料面高さ測定装置 - Google Patents

試料面高さ測定装置

Info

Publication number
JPS61210902A
JPS61210902A JP5170985A JP5170985A JPS61210902A JP S61210902 A JPS61210902 A JP S61210902A JP 5170985 A JP5170985 A JP 5170985A JP 5170985 A JP5170985 A JP 5170985A JP S61210902 A JPS61210902 A JP S61210902A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
frequency
slit
light
sample surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5170985A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Tabata
光雄 田畑
Toru Tojo
東条 徹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5170985A priority Critical patent/JPS61210902A/ja
Priority to EP85307718A priority patent/EP0197221B1/en
Priority to DE8585307718T priority patent/DE3571273D1/de
Publication of JPS61210902A publication Critical patent/JPS61210902A/ja
Priority to US07/009,628 priority patent/US4698513A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、試料面の高さを光学的に測定する試料面高さ
測定装置に係わり、特に半導体製造装置におけるウェハ
やマスク等の試料面の^さを測定するのに適した試料面
高さ測定装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
LSI製造装置、例えば電子ビーム露光装置において、
半導体ウェハやマスク基板等の試料にパターンを描画形
成する場合、試料の反りその他の要因により試料表面の
高さく光学系に対する距離)が変動すると、描画パター
ンに誤差が生じる。そこで従来、試料の高さ方向の変動
量を測定し、該変動量に応じてその補正を行う方法を採
用している。
試料面高さ測定装置としては、第5図に示す如く光学的
手法を利用したものがある(特開昭56−2632号公
報)。この装置では、レーザ光源りから放射された光を
レンズL1によりスポット状に集束して試料面上に照射
し、その反射光をレンズL2によって検出器り上に結像
させる。そして、この検出器りの検出出力を演算処理す
ることによって、試料表面の高さ位置を測定している。
しかしながら、この種の測定装置にあっては次のような
問題があった。即ち、試料面上に照射された光束内で、
第6図に示す如く試料70の表面に反射率の高い部分7
1と反射率の低い部分72とがあると、反射率の差異に
よる光束内光量分布に測定誤差を生じる。例えば、最近
多くの所で使用されている光量の重心位置を測定するP
SD(半導体装置検出素子)を検出器に使用した場合、
第7図(a)に示す如き光量分布の差によって、同1 
(b)に示す如く重心位置が変動してしまい、測定誤差
を生じる。
また、例えば光電顕微鏡等で良く知られている振動スリ
ット法による位置検出手段を第8図に示すが、この例に
おいても同様なことが言え、光束内光量分布の不均一性
が測定誤差を招くことになる。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、被測定面の反射率の差によって生じる
測定誤差を低減することができ、測定精度の向上をはか
り得る試料面高さ測定装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、反射光の光束内光量分布による測定誤
差を低減するために、入射光を振動させてその誤差を平
均化することにある。
即ち本発明は、試料表面の^さを測定する試料面高さ測
定装置において、被測定試料の表面に対し斜め方向から
集束光を照射する光照射部と、上記試料の表面に入射す
る入射光を振動数f1で振動する手段と、前記光照射に
より試料の表面で反射された反射光を検出する光検出部
と、上記光検出部と前記試料との間に配置されたスリッ
トと、上記スリット或いは前記試料からの反射光を前記
入射光の振動数で1とは異なる振動数で2で振動する手
段と、前記スリット或いは反射光の振動に同期して前記
光検出部の検出信号を検波する手段と、上記同期検波さ
れた信号に基づいて前記試料表面の高さ方向の位置を演
算する手段とを具備してなるものである。
また、本発明は上記構成に加え、前記光照射により試料
の表面で反射された反射光を前記振動数f1で振動する
手段を設けるようにしたものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、試料表面に入射する入射光を振動させ
、試料面上での多数の測定点を平均化しているので、従
来i置に比して試料面の反射率の差異等に起因する測定
誤差を大幅に低減することができる。さらに、従来装置
に比して入射光を振動させる構成、例えば振動ミラーを
付加するのみで容易に実現できる等の利点がある。また
、試料表面からの反射光をも振動させることにより、測
定のダイナミックレンジを拡大することが可能である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の第1の実施例に係わる試料面高さ測定
装置を示す概略構成図である。図中11は光源であり、
この光源11からの光はスリット12を通して振動ミラ
ー13に照射される。ミラー13は圧電素子或いは電磁
力を利用した加振器14に取付けられており、この加振
器14は図示しない駆動回路により駆動されている。そ
して、振動ミラー13は図中矢印六方向に振動数f1で
振動するものとなっている。
振動ミラー13で反射した光は集束レンズ15により集
束され、この集束光(入射光)16が、試料台21上に
載置された試料22の表面に照射される。試料22の表
面で反射した反射光31は、集束レンズ32により集束
されてミラー33に照射される。そして、ミラー33で
反射した光は、スリット34を介して光検出器35の受
光面上に照射結像される。
スリット34は加振器36に取付けられており、この加
振器36は発振器(O20)37の発振出力に応じて振
動するものである。そして、この加振器36の振動によ
り、スリット34は図中矢印B方向に振動する。ここで
、スリット34の振動数f2は前記振動数f1より低い
ものとなっている。
光検出器35の検出信号は前置増幅器(AMP)38に
より増幅され、バンドパスフィルタ(BPF)39を介
して同期検波回路40に供給される。BPF39の通過
帯域は、スリット34の振動数f2と略一致するもので
ある。同期検波回路40は前記03C37の発振出力を
入力し、この発振出力により上記検出信号を同期検波す
る。
即ち、同期検波回路40では、スリット34の振動に同
期して光検出器35の検出信号を検波するものとなって
いる。同期検波回路40の出力(位置信号)は、位置測
定回路41に供給される。そして、位置測定回路41は
、上記入力した位置信号に応じて前記試料22の表面位
置を演算するものとなっている。
このような構成であれば、振動スリット法と同様に試料
22の高さ位置を測定できるのは勿論、入射光16を振
動しているので、試料22の表面の多数の測定点を取る
ことになり、従来の方式によるものより測定誤差が大幅
に低減されることになる。なお、入射光16の振動によ
り影響を受けるのはBPF39.同期検波回路40でカ
ットしきれないで残った入射光の振動数成分であるが、
この成分は2つの振動数f1.f2の比を1から遠ざけ
ることにより容易に小さくすることが可能である。
かくして本実施例によれば、入射光16を振動させるこ
とにより試料面の反射率の差異等に起因する測定誤差を
大幅に低減することができる。このため、試料面の高さ
測定を高精度に行うことができる。また、従来装置に比
して、ミラー13を振動する機構を設けるのみの簡易な
構造で実現できる等の利点がある。
第2図は本発明の第2の実施例を示す概略構成図である
。なお、第1図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。この実施例が先に説明した第1
の実施例と異なる点は、前記スリット34を振動する代
りにミラー33を振動するようにしたことにある。即ち
、ミラー33は加振器45に取付けられており、この加
振器45は前記08C37の発振出力により駆動される
。そして、加振器45の振動により、ミラー33は振動
数f2で図中矢印C方向に振動するものとなっている。
なお、スリット34は固定された状態となっている。
このような構成であれば、反射光31とスリット34と
の相対的な位置関係、即ちスリット34を通過した光量
の変化は先の第1の実施例と全く同じである。従って、
先の実施例と同様な効果が得られる。
第3図は本発明の第3の実施例を示す概略構成図である
。なお、第1図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。この実施例が先の第1の実施例
と異なる点は、入射光16のみならず反射光31をも振
動することにある。
即ち、ミラー33は加振器45に取付けられており、こ
の加振器45は前記加振器14と共に、コントローラ5
1によって駆動されている。そして、加振器45の振動
により、ミラー33は図中矢印C方向に振動するものと
なっている。ここで、加振器45の振動数、つまり反射
光31の振動数は前記入射光16の振動数f1と同様で
あり、その位相が正確に逆の関係にある。これにより、
入射光16の振動が反射光31の振動でキャンセルされ
るものとなっている。
このような構成であれば、入射光16の振動によるもの
は反射光31の補正によってキャンセルされ、実際の試
料面の高さ方向による光束の移動は入射光16の振動成
分と異なるため、検出器35上には光束の移動として現
われてくることになる。即ち、反射光31を振動させな
い場合検出出力に入射光16の振動成分が現われるが、
反射光31を振動させることにより入射光16の振動成
分は現われないことになる。従って、検出器35上での
光束の移動は実際の試料面の高さ変動によるもののみと
なり、検出器の測定ダイナミックレンジが拡大すること
になる。また、その分だけ、小さな検出器を用いること
が可能となり、検出器の分解能が上がることになる。
従って本実施例によれば、先の第1の実施例と同様な効
果は勿論のこと、測定のダイナミックレンジを拡大する
ことができ、その効果は絶大である。
第4図は本発明の第4の実施例を示す概略構成図である
。なお、第3図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。この実施例が先の第3の実施例
と異なる点は、スリット34を振動する代りに、反射光
31を振動することにある。即ち、前記ミラー33で反
射された光は新たに設けた振動ミラー52で再度反射さ
れ、前記スリット34を通して光検出器35上に照射結
像される。振動ミラー52は加振器53に取付けられて
おり、加振器53は前記08C37の発振出力により振
動するものとなっている。つまり、振動ミラー52は前
記振動数f2で図中矢印り方向に振動するものとなって
いる。
このような構成であれば、反射光31とスリット34と
の相対的な位置関係、即ちスリット34を通過した光量
の変化は先の第3の実施例と全く同じである。従って、
先の第3の実施例と同様の効果が得られる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記試料面上に入射する入射光はスリッ
ト状の集束光に限るものではな(、スポット状であって
もよい。また、試料表面に入射する入射光を振動させる
手段として、入射角を機械的に振動する以外に、例えば
音響的手段を用いた方法、またサバール板のように電圧
を印加することにより光の偏向面の透過率と屈折率が異
なるようなものを用いてもよい。機械的な駆動方法とし
ても圧電素子を用いたり、電磁的なものを使用してもよ
い。また、入射角を振動させる代りに、入射光位置を平
行移動することによって振動させることも可能である。
さらに、光源は連続点灯でも、変調されていてもよい。
また、前記第4の変形例として、反射光を振動数f1及
びf2で振動させるのに1個のミラーを振動させるよう
にしてもよい。さらに、振動数で1及び振動数f2の値
は、仕様に応じて適宜窓めればよい。但し、入射光を振
動させる振動数f1は、スリット或いはこれと等価の効
果を与える反射光の振動数f2よりも、十分高い値をと
ることが望ましい。その他、本発明の一要゛旨−を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係わる試料面高さ測定
装置を示す概略構成図、第2図は第2の実施例を示す概
略構成図、第3図は第3の実施例を示す概略構成図、第
4図は第4の実施例を示す概略構成図、第5図乃至第8
図はそれぞれ従来装置の問題点を説明するための図であ
る。 11・・・光源、12.34・・・スリット、13゜3
3.52・・・ミラー(振動ミラー)、14.36゜4
5.53・・・加振器、15.32・・・集束レンズ、
−16・・・入射光、21・・・試料台、22・・:試
料、31・・・反射光、35・・・光検出器、37・・
・発振器(O20) 、3B・−PMMAR(AMP)
 、39・t<ンドパスフィルタ(BPF)、40・!
・同期検波回路、41・・・位置測定回路、51・・・
コントローラ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定試料の表面に対し斜め方向から集束光を照
    射する光照射部と、上記試料の表面に入射する入射光を
    振動数f_1で振動する手段と、前記光照射により試料
    の表面で反射された反射光を検出する光検出部と、上記
    光検出部と前記試料との間に配置されたスリットと、上
    記スリット或いは前記試料からの反射光を前記入射光の
    振動数f_1とは異なる振動数f_2で振動する手段と
    、前記スリット或いは反射光の振動に同期して前記光検
    出部の検出信号を検波する手段と、上記同期検波された
    信号に基づいて前記試料表面の高さ方向の位置を演算す
    る手段とを具備してなることを特徴とする試料面高さ測
    定装置。
  2. (2)前記振動数f_1及びf_2の関係は、f_1>
    f_2であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の試料面高さ測定装置。
  3. (3)前記振動数f_1、f_2及びその振動振幅は、
    それぞれ可変可能であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の試料面高さ測定装置。
  4. (4)前記同期検波する手段は、前記光検出部の検出信
    号をフィルタを通した後に同期検波することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の試料面高さ測定装置。
  5. (5)被測定試料の表面に対し斜め方向から集束光を照
    射する光照射部と、上記試料の表面に入射する入射光を
    振動数f_1で振動する手段と、前記光照射により試料
    の表面で反射された反射光を前記振動数f_1で振動す
    る手段と、前記試料からの反射光を検出する光検出部と
    、上記光検出部と前記試料との間に配置されたスリット
    と、上記スリット或いは前記試料からの反射光を前記入
    射光及び反射光の振動数f_1とは異なる振動数f_2
    で振動する手段と、前記スリット或いは反射光の振動に
    同期して前記光検出部の検出信号を検波する手段と、上
    記周期検波された信号に基づいて前記試料表面の高さ方
    向の位置を演算する手段とを具備してなることを特徴と
    する試料面高さ測定装置。
  6. (6)前記振動数f_1及びf_2の関係は、f_1>
    f_2であることを特徴とする特許請求の範囲第5項記
    載の試料面高さ測定装置。
  7. (7)前記振動数f_1、f_2及びその振動振幅は、
    それぞれ可変可能であることを特徴とする特許請求の範
    囲第5項記載の試料面高さ測定装置。
  8. (8)前記周期検波する手段は、前記光検出部の検出信
    号をフィルタを通した後に同期検波することを特徴とす
    る特許請求の範囲第5項記載の試料面高さ測定装置。
JP5170985A 1985-03-15 1985-03-15 試料面高さ測定装置 Pending JPS61210902A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5170985A JPS61210902A (ja) 1985-03-15 1985-03-15 試料面高さ測定装置
EP85307718A EP0197221B1 (en) 1985-03-15 1985-10-25 Device for measuring the position of an object
DE8585307718T DE3571273D1 (en) 1985-03-15 1985-10-25 Device for measuring the position of an object
US07/009,628 US4698513A (en) 1985-03-15 1987-01-23 Position detector by vibrating a light beam for averaging the reflected light

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5170985A JPS61210902A (ja) 1985-03-15 1985-03-15 試料面高さ測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61210902A true JPS61210902A (ja) 1986-09-19

Family

ID=12894419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5170985A Pending JPS61210902A (ja) 1985-03-15 1985-03-15 試料面高さ測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61210902A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63238508A (ja) * 1987-03-27 1988-10-04 Toshiba Corp 位置測定装置
JPS6417408U (ja) * 1987-07-21 1989-01-27
JPH01112409U (ja) * 1988-01-22 1989-07-28
KR100490685B1 (ko) * 1996-07-22 2005-09-09 가부시키가이샤 니콘 표면높이계측장치및이를이용한노광장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63238508A (ja) * 1987-03-27 1988-10-04 Toshiba Corp 位置測定装置
JPS6417408U (ja) * 1987-07-21 1989-01-27
JPH01112409U (ja) * 1988-01-22 1989-07-28
KR100490685B1 (ko) * 1996-07-22 2005-09-09 가부시키가이샤 니콘 표면높이계측장치및이를이용한노광장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4070116A (en) Gap measuring device for defining the distance between two or more surfaces
US4698513A (en) Position detector by vibrating a light beam for averaging the reflected light
JPH08145645A (ja) 傾き検出装置
GB2151778A (en) Detecting the relative positions of two members
JPS61210902A (ja) 試料面高さ測定装置
JPH0324409A (ja) 表面の位置決定方法及び装置
JPS61218902A (ja) 位置測定方法
US4685804A (en) Method and apparatus for the measurement of the location or movement of a body
JP2005166538A (ja) 荷電粒子ビーム装置
JPH0640003B2 (ja) 試料面位置測定方法
JP2013057670A (ja) 位置検出方法、及び位置検出装置
JPH06137864A (ja) 共焦点型焦点位置検出装置
JPS62190410A (ja) 試料面位置測定装置
KR100194598B1 (ko) 프로브 빔 주사방식에 의한 웨이퍼 자동촛점장치
JPS6341022A (ja) 半導体焼付装置
JPS62272259A (ja) 投影光学装置
JPH06331321A (ja) 微細構造の測定装置
JP2002244072A (ja) レーザ加工装置
JPS63238508A (ja) 位置測定装置
SU960592A2 (ru) Способ создани эталонных плотностных неоднородностей
JPS62257010A (ja) 高さ検出方法
JPH0720094A (ja) 超音波振動測定装置
JPS6250603A (ja) 位置測定装置
JPH09101473A (ja) 電歪素子を利用した走査装置の除振方法および装置
JPS6358826A (ja) 位置検出方法