JPS6266112A - 位置検出装置 - 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、位置検出装置、さらに詳しくは、例えば、顕
微鏡において合焦のため被検物の位置を検出する装置、
あるいはウェハーに電子ビームにより所定パターンを露
出する電子ビーム露光装置においてウェハーの露光面が
所定位置すなわち電子ビームの合焦位置にあるか否かを
検出可能な位置検出装置に関する。

〔技術的背景〕

上述の電子ビーム露光装置においては、通常ウェハー等
の物体の被検出位置の上方に電子ビーム投射手段が配置
されており、被検出位置を通る軸線をＺ軸とするとき、
本発明に係る位置検出装置はＺ軸近傍避けて配置され得
るものでなければならない。

そして、上述の位置検出装置としては、従来、光ｆｉＬ
Ｄ（レーザーダイオード）の像を斜入射光束により被検
出位置に結像させる投影光学系と、被検出位置に形成さ
れた光源像の反射光により二次光源像をポジションセン
サ上に結像させるための検出光学系を設け、ポジション
センサからの出力によりポジションセンサ上の二次光源
像の位置を検出することにより物体のＺ軸方向の位置を
検出するように構成したものが知られている。

しかしながら、この装置においては、ポジションセンサ
上には二次光源像が結像されており、ポジションセンサ
はこの光源像の光強度分布の重心位置を検出するため、
物体上の光源像の結像領域に反射率の違いによって形成
されるパターンの境界部があると光源像の明るさのむら
により光源像の中心位置の検出にずれが生じ、測定誤差
が発生する問題がある。そのため、被検出位置に形成さ
れる光源像を小さくすることが測定誤差の発生を防ぐた
めに望ましい。しかしながら、上記装置においてはポジ
ションセンサの入射光量を一定にするため光源ＬＤに光
フィードバックをかけているが、このフィードバックに
より光源ＬＤの発光面積が変化し、従って被検出位置の
光源像の面積が変化して測定精度が変化してしまう。特
に、物体表面の反射率が低い場合には光源ＬＤの発光面
積が大きくなり光源像を小さくすることは限界があり、
その結果、測定精度が低下してしまう。

また、物体上の反射率の異なる部所の境界による測定誤
差を減少させるために、光源像を物体上で走査させるこ
とが提案されているが、この場合測定の応答性が悪くな
るばかりげなく、このような手段によっても上記境界に
よる測定誤差が完全に排除できない場合がある。

〔発明の目的〕

本発明は、従来の位置検出装置の上述の問題に鑑みなさ
れたものであって、反射率の異なる物体についても常に
高精度に測定でき、また物体上の反射率の異なる部所の
境界による測定誤差を発生させない位置検出装置を提供
することを目的とする。

本発明はさらに、応答性の優れた位置検出装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の名称〕

上記目的を達成する本発明の構成上の特徴とするところ
は、斜入射により光源部像位置を物体面上に投影する投
影系と、この光源部像を光電的に検出する検出系を有す
る位置検出装置において、検出系の対物レンズの前側焦
点位置を光源部像に略一致させて、光源部像からの反射
光束を略平行光束で光電検出器上に投影するように構成
したことである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第１図に示す
ように、電子ビーム露光装置ｌの下方にウェハー２が配
置され、電子ビーム露光装置１の光軸及び被測定部４の
垂線と一致するＺ軸上に設けられた電子ビーム露光装置
１の両側に位置検出装置１０が配置される。

位置検出装置１０は、光源ＬＤ１２と投影レンズ１４を
有し、光源ＬＤ１２を投影レンズ１４に関して被測定部
４と共役に配置してなる投影光学系１６と、検出レンズ
１８、及びＺ軸を含む垂直平面内で光軸２０に対して対
称に配置された２つの検出器２２．２３を有し、検出レ
ンズエ８をその前側焦点が被測定部４と一敗するように
配置してなる検出光学系２４とから構成される。この構
成により、被測定部４上に形成された光源ＬＤ１２の像
からの反射光束は対物レンズ１８を通り略平行光束とな
り、検出器２２．２３上に投影され、検出器２２．２３
上では略一様な明るさの光束が形成される。

また、本実施例では、検出光学系２４の開口数ＮＡｄは
、照明光学系１６の開口数ＮＡｉよりも小さく構成され
る。このように構成することにより、被測定面の変位量
が大きい場合、あるいは被測定面上に形成されたエッヂ
、パターンによる回折の影響により、反射光束が方向に
より光強度分布のむらが生じたとしても、その反射光束
の円の光強度分布の均一な部分の光束のみを、検出系に
より入射させることができ検出器上ではより均一な明る
さの光束を得ることができる。また、被測定面に傾きが
あり、反射光束の方向に変位が生じたとしても、投影系
のＮＡより小さな一定のＮＡの光束のみが検出系に入射
させることができ傾きにより生ずる測定誤差をなくすこ
と□ができる。そして、検出器２２．２３の出力をＡ、
Ｂとするとき、ウェハー２が第２図に実線で示す所定位
置にあれば、検出器２２．２３には、第２図に示すよう
に、光束３０の中心が光軸２０と一致し、検出器２２．
２３の出力Ａ、Ｂは等しく、 において（Ａ−Ｂ）−〇となるから、被測定部４のＺ軸
方向のずれ量ΔＺはＯとなる。一方、被測定部４が所定
位置からＺ軸方向にΔ２だけずれた２′の位置となると
、第３図に示すように、反射光軸は２０′で示す位置に
移動する。従って、検出器２２．２３の出力Ａ、Ｂは互
に異なったものとなり、式（１１に出力Ａ、Ｂを代入す
ることにより、ΔＺを計算により求めることができる。

また、検出器２２．２３の前に検出レンズ光軸を中心と
して光束径と同じ円形遮光板４０を配置し、光束３０の
中心が検出器２２．２３の中心に位置する時検出器２２
．２３には光束が入らないように構成することにより、
より測定精度を高めることも可能である。

さらに、本実施例では、光電検出器として２つの検出器
を用いているが、１つのエリアセンサあるいはラインセ
ンサを用いて光束位置の変位を検出してもよいことは言
うまでもない。

また、本実施例では、光源ＬＤの像を物体面上に直接結
像しているが、光源ＬＤの光束を一度スリット板あるい
はピンホール板等の絞りに集光させ、これらの絞りを透
過した光束により光源部像を物体面上に形成してもよい
。

さらに、被測定部の反射率あるいは被測定部上のパター
ン形状の変化により検出系に入射する光量の変動が大き
い場合には、光源ＬＤに光フィードバックをかけてＬＤ
の発光量を制御し、一定の光量が検出器上に入射し得る
ように構成してもよい。なお、光源ＬＤの発光量を変え
代りに、光路中に透過率を変えられる透過率可変フィル
ターを配置して光量を制御してもよい。

〔発明の効果〕

上記構成の位置検出装置においては、反射率の異なる各
種パターンがウェハー２の表面に形成されている場合に
おいても、検出光学系により常に一様な光強度分布の光
が検出され、高精度の検出が保証される。

また、本発明においては、測定精度は、被測定部上の光
源部像の大きさには影ツを受けないため、光量制御のた
め光源ＬＤの発光面積を変化させたとしても、常に安定
した測定精度を得ることができる。

さらに、本発明は照明光束を走査することなく位置検出
を行っているから、走査を行うものに較べて応答性に優
れている利点を存する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の光学図、第２図及び第３図は
被測定部が所定位置にある時及び所定位置からずれた時
の検出器の検出器の受光状態を示す説明図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）斜入射により光源部像を物体面上に投影する投影
   系と、前側焦点位置を前記光源部像に略一致させた対物
   レンズと光源部像からの反射光束で対物レンズを透過し
   た光束を受光し、前記光束の投影位置を光電的に検出す
   るための光電検出器とを有し、前記投影系に対し傾斜し
   て配置された検出系とからなり、前記光電検出器の出力
   により物体位置を検出し得るように構成したことを特徴
   とする位置検出装置。
2. （２）検出系のＮＡを投影系のＮＡより小さく構成して
   なる特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。
3. （３）上記検出光学系が上記光源部像の結像位置にライ
   センサを配置してなる特許請求の範囲第１項に記載の位
   置検出装置。