JPS62182612A - 試料面位置測定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、被測定物の位置を光学的に測定する位置測定
装置に係り、特に被測定物面の位置を測定するのに適し
た位置測定装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

被測定物として試料面の位置を測定する装置としては、
第５図に示すような光学的手段がある。

（特開昭５６−２６３２号公報などに記ａ）これは光源
５からの平行光束を試料３の表面に反射させて位置検出
器２で受光し、その検出信号に基づいて試料３の上面の
位置を検出するものである。

ところが、この手法だと例えば単層レジストが塗布され
た試料面の高さを測定する場合、測定誤差が生じ所望の
位置に正確に位置決めすることができない、即ち、干渉
条件（２ｎδｃｏ９γ＝ｍλ。

γ：屈折角、ｍ：整数、λ：光源の波長）を満足する時
に、レジスト内へ透過して、繰返し反射を行なった後レ
ジストから脱出していく光波と、レジスト表面で反射す
る光波が弱め合ってしまう。

この時１反射後に位置検出器２で検出される光束幅は１
本来の光束幅よりも見かけ上広くなり、その光束幅内の
強度分布の重心が本来の重心位置よりもずれて検出され
る。このずれが試料面の高さ方向の測定誤差に影響する
という問題が生じていた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、試料面の高
さ方向の誤差をなくし、所望の位置に正確に試料面を設
定することができる試料面位置測定装置を提供すること
を目的としている。

〔発明の概要〕

一ヒ記目的を達成するために本発明においては、入射光
波の干渉現象に起因する測定誤差を膜厚の関数としてあ
らかじめ記憶しておき、ある膜厚δ、（誤差＝ＥＬ）の
表面膜に対して高さ方向の校正を実行しておくことによ
り、他の膜厚δ２（誤差＝Ｅ２）　　に対してはδ、に
対するδ２の誤差量（δ１−　ε、）（μｍ）からオフ
セット量ΔＥ　（ｖ）＝（ｔ　、　−ｉ　−）Ｘαを計
算する装置を提供する。（ここでα（ｖ／μｓ）は位置
検出器の高さ方向に対する感度である。）〔発明の実施
例〕 以下に本発明の実施例を第１図から第４図を参照して説
明する。

第１図は、本発明の試料面位置測定装置の一実施例の構
成を示す線図である。レーザー等の光源５から生じた平
行光束７はプリズム８を経て試料３の表面に向は入射角
度ｉで入射される。平行光束７は試料３の表面によって
反射され、この反射光をプリズム１２によって例えば半
導体装置検出器（ｐｓｏ）のような位置検出器２に向け
ている。

光源５から試料３までの光路中にはレンズ９を設け、こ
のレンズ９によって検査光学系対物レンズ４からの像平
面に放射スポットｌＯが得られるように平行光束７を集
束させている。レンズ１１は。

放射スポット１０を位置検出器２の平面に結像させてい
る。

第２図は、平行光束７が試料３の表面膜１で反射、透過
する様子を示している。

試料３の面上に屈折率ｎ、厚さδで塗布された表面膜１
に対してある入射角ｉで、ある光束幅Ｗの平行光束７が
照射される時、その平行光束７はそのまま反射して位置
検出器２へ向かう成分（ａ→Ｆ→ｂ）と、ある屈折角ｙ
　＝　５ｉｎ−１（ｓｉｎ　ｉ　／　ｎ　）で表面膜１
内へ透過していき、試料３面上で反射して再び表面膜１
の膜面で反射して膜内へ戻ってきて繰り返し反射を行い
、ある時表面膜１から脱出していく成分（Ａ−＋Ｂ−４
Ｃ−＋Ｄ−＋Ｅ→Ｆ→ｂ）とに分けられる。この二つの
成分が干渉し合い弱め合う条件は、２ｎδｃｏｓγ＝ｍ
λ　（ｍ：！１１数。

λ：光源波長）である。

この時の反射後の光束内強度分布は、第２図に斜線で示
すようになる。また、これに相当する光祉は第４図に示
す谷の部分である。強度分布が第２図に示すようになる
結果、本来の分布重心Ｇよりずれて、干渉して弱め合う
時には分布重心Ｇ′の位置となる。そして、位置検出器
２ではΔＥの誤差イｄ′＋が生じて、表面膜１の膜厚に
対する誤差曲線は第３図に示す如く、周期Δδ＝λ／２
ｎｃｏｓγのｓｉｎ波で与えられる。第１図に示した記
憶装置ｉ１６に第３図に示される誤差曲線あるいは誤差
関数を記憶させ、あらかじめある厚さδ１の表面膜に対
して高さ方向の位置の校正を実行しておけば、他の厚さ
δ２の表面膜に対しては、厚さδ１に対する誤差Ｉｔ（
ε□−ε、）（ｔＩＭ）よりΔＥ（ｖ）＝（ｉＬ−ｆｚ
）×α（α：位置検出器の高さ変化に対する感度。

ｖ　／　４　）のオフセット量が計算できる。

第１図において、位置検出器２の二つの半部から生じる
信号を互いに減算及び加算する減算回路１３と加算回路
１４のそれぞれの出力端子に割算回路１５を接続して商
を求めている。この割算回路１５からの出力信号は前述
したように反射光が’ｆ渉して弱め合った時には誤差を
含むものとなってしまう。

そこで、誤差曲線を記憶した記憶装置１６から求められ
るオフセット址ΔＥを割算回路１５からの誤差信号に加
減する比較回路１７を設け、比較回路１７からの精度の
良い信号を駆動装置（図示省略）へ伝達することによっ
て試料３の面を正確な位［（校正を行なった位ｇｉ）に
移動できるものである。

また、入射角１１表面膜１の屈折率ｎ、膜厚δが既知で
ある場合、第２図中Ａ→Ｂ−）Ｃ→Ｄ→Ｅと進行してい
く光波が何度（８回）繰り返し反射を行なうかを考慮す
れば、１摸厚に対する誤差曲線は見積もることが可能で
ある。

さらに、光′ｇ５及び位置検出器２を少なくとも３組設
けることによって試料３面の平行度を測定できるもので
あり、平行で正確な位置決めが行なえる。

〔発明の他の実施例〕

本発明はその一実施例として、半導体装置検出器（ｐｓ
ｏ）を用いた測定について述べたが、本要旨を逸脱しな
い範囲で種々適用できるものである。

例えば、通常の光電検出器を用いて、スリット状の光束
を振動、あるいは光束は固定し、スリットを機械的に振
動して光電検出器がらの出方を同期整流し位置検出を行
なう方法においても同様な誤差が生じることは明らかで
あり、本発明に従った補正は有効である。

また光学干渉を生じるものとして、レジストを代表例と
して述へたが、レジスト以外にも例えば、Ｓｌの酸化膜
、窒化膜においても干渉は生じる。この場合でも実験的
に求めた誤差関数あるいは、多Ｒ１膜反射による計算結
果からでも誤差関数を求めることができることは明確で
ある。

すなわち、光の干渉に起因した誤差を補正しつる関数に
より、８１す定結果を修正し正確な位置を固定するとい
う本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用を広げることが
できる。

また１位Ｗ１測定装置ではなくシステムに組み込んだ場
合その誤差関数を記憶する場所は、システムのＣＰＵに
持たせることでも良い。

〔発明の効果〕

以上詳述してきたように本発明によれば、誤差を含む検
出信号に、あらかじめ校正した値によってオフセットを
かけることによって試料面の位置を正確かつ高精度に測
定することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す試料面位Ｉｉ！測定装
置の概略を示す線図、第２図は本発明の詳細な説明する
ための説明図、第３図と第４図はそれぞれ、膜厚と誤差
、膜厚と受光量の関係を示す関係図、第５図は従来装置
の構成を示す概略図である。 １・・・表面膜　　　　　　２・・・位置検出器３・・
・試料　　　　　　　５・・・光源１６・・・記憶装置
　　　　　１７・・・比較回路代理人　弁理士　則　近
　憲　佑 同　　竹花喜久男 第　　１　図 第　　２　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定面に対してある入射角で光を照射し、その
   反射光を位置検出器で受光して検出信号から試料面の位
   置を測定する試料面位置測定装置において、前記試料面
   の表面膜での入射光波の干渉現象に起因する測定誤差を
   膜厚の関数としてあらかじめ求めておき、前記測定誤差
   を補正する手段を具備したことを特徴とする試料面位置
   測定装置。
2. （２）前記測定誤差を補正する手段を誤差曲線或いは誤
   差関数を記憶する記憶装置と、この記憶装置からの誤差
   量を前記位置検出器からの測定結果へオフセットして加
   減する比較回路とを設けて構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の試料面位置を測定装置。
3. （３）前記誤差曲線或いは前記誤差関数を入射角ｉ、表
   面膜の屈折率ｎ、膜厚δ、及び膜内を進行する光波の繰
   り返し反射の回数Ｎで定義したことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の試料面位置測定装置。