JPS6269104A - エツジ検出装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、レーザー光束で物体面を相対的に走査し、該
物体面玉のエツジか°２の反射光を検出してエツジの存
在を検出するエツジ検出装置に関する。

（発明の背景） 従来、この種のエツジ検出装置としては、例えば、集積
回路等の微小パターンのエツジを充電的に測定すること
により、該微小パターンの線幅を測定する第５図に示す
ような微小線幅ａｌｌｌ装定がある。

第５図に示す微小線幅１１１１定装置は、レーザー光束
ｌをビームエキスパンダー２により拡幅してスリ　　ッ
　　ト　板　３　の　ス　リ　　ッ　　ト　を　ｄ　　
過　さ　せ　、　　ａ亥　ス　リ　　ッ　　ト　板３を
通過したレーザー光束を対物レノズ４により集光させ、
移動ステージ５１１Ｚに載置されたマスク笠のパターン
６Ｌに細長いレーザースポット７を形成し、移動ステー
ジ５を移動することによって細長いレーザースポット７
でパターン６を走査し、該パターン６のエツジからの散
乱光を検出器８で検出すると共に該パターン６からの正
反射光を検出器９で検出することにより、パターンの座
標を光電的に測定するように構成したものである。

しかしながら、このような従来の微小線幅な１１定芸置
では、前記パターントロに形成された細長いレーザース
ポット７の向きを変えるために、イメージローテータ１
０が集光光学系中に配置されているが、該イメーシロー
テータｌＯについてはある程度の製造誤差は避けること
ができず、この製造誤差等により該イメージローテータ
ｌＯの軸がずれている場合には、該イメージローテータ
ｌＯを回転したときに同転する細長いレーザースポット
７の中心が対物レンズ４の光軸からずれてしまい、この
ため移動ステージ５を移動して細長いレーザースポット
７を所定の位置に設定する際に誤差が生じ、これによっ
て測定誤差が生じてしまうという問題点があった。この
ような測定誤差の発生を避けるためには、該細長いレー
ザースポット７の中心か前記光軸からずれた１５を補正
しなければならず、該イメージローテータ１０を回転し
た１″？１度毎にこのずれ星を補正するのは非常に大変
であるという問題点があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、物体面りに形成された細長いレーザースポット
の向きを回転した際に、該細長いレーザースポットの中
心が移動することのないエツジ検出器＋ｌ’ｆｆを提供
することを［１的としている。

（発明の顧問） かかる［１的を達成するための本発明の要旨は、レーザ
ー光栄で物体面を走査］７．該物体面からの反射光を検
出して物体面１−のエツジを検出する装置において、１
１’Ａレ一ザー光束を物体面ヒに集光する集光光学系の
ｆ行光束中に、細長いレーザースポットを物体面にに形
成するためのスリシトを有するスリット板を該集光光学
系の光軸にＩ■直な面内で回転可能に配置し、かつ１核
細長いレーザースポットの向きを前記スリット板により
回転された分だけ元に戻すだめの像回転光学部材を、前
記反射光を検出する検出光学系中に配置したことに存す
る。

そして、」二記エンシ検出装置では、前記スリ。

ト板は前記集光光学系のモ行光東中に配置されているの
で、該スリット板の回転中心か機械的な誤差でずれても
、該スリット板を通過したレーザー光束の集光点は変ら
ない。したがって、スリシトを回転することにより細長
いレーザースポットを回転させる際に、該細長いレーザ
ースポットの中心か移動しないように成っている。

（実施例） 以ド、図面にノＳづいて未発明の一実施例を説明する。

第１図から第４図は本発明の−・実施例を示しており、
第１図は・実施例に係る微小線幅１１１１定装置を示す
概略的な光学系の配置図である。

第１図に示すように、エツジ検出装置としての微小線幅
／ｌｉｌ＋定装置２０は、直線偏光のレーザー光栄（Ｐ
偏光のレーザー光束）を発する偏光レーザー光源２１と
、該偏光レーザー光源２１からの直線偏光のレーザー光
栄を移動ステージ２２ｈに・１配置されたマスク等のパ
ターン（物体面）２３４：に集光する集光光学系３０と
、該集光光学系３０のモ行光東中に配置され、細長いレ
ーザースポット２４をバターｙ２３Ｊ−に形成するだめ
のスリット板４０　ト、パターン２３のエソノからの散
乱光を検出する検出器２５と、バター７２３からの正反
射光を検出する検出光学系５０と、自動焦点検出系６０
と、パターン２３を観察するための観察光学系７０とか
ら構成されている。

前記集光光学系３０は、ミラー３１．３２．３３と、ミ
ラー３３で反射された直線偏光のレーザー光束の幅を拡
大するビームエキスパンダ３４と、検出光学系５０との
光路分岐（、札に配置され。

Ｐ偏光のレーザー光束を透過させると共にＳ偏光のレー
ザー光栄を反射させる偏光ビームスプリッタ３５と、ミ
ラー３６と、１／４波長板３７と、観察光学系７０との
光路分岐点に配置され、レーザー光束を透過させると共
に観察光学系７０からのｒｉ！！察用照引用照明光させ
るグイクロイックミラー３８と、対物レンズ３９とから
構成されている。

第１図および第２図に示すように、前記スリット板４０
はビーノ・エキスパンダ３４と偏光ビームスプリッタ３
５との間の平行光束中にて１光軸に垂直な平面内で回転
可能に配置されている。

このスリット板４０は、パターン２３ｈに形成される細
長いレーザースポット２４を回転可能にするために、集
光光学系３０の光軸３０ａからずれた位置にある回転軸
４０ａを中心に回転可能となっている。

該スリット板４０には３つのスリット４１゜４２および
４３が形成されており、各スリ・ント４１．４２および
４３は同じ大きさに形成されている。スリット４２はス
リット４１からほぼ９０°ずれた位置に該スリブ）４１
と同じ向きに形成されており、スリット４３はスリット
４２からほぼ９０°ずれた位置に該スリット４２に対し
て４５°傾けて形成されている。スリ・ント板４０を回
転することにより各スリット４１．４２および４３が集
光光学系３０の平行光束中に投入されるので、該スリッ
ト板４ｏの回転中心４０ａが機械的な誤差でずれても、
各スリブ）４１．４２および４３を通過して形成される
細長いレーザースポット２４の集光点は変らないように
成っている。

物体面り一に形成される細長いレーザースポットは、ス
リットの回折によって形成されるもので、スリットの長
手方向とレーザースポットのｆｆｌ　ｆ＝力方向光学的
に直交方向となっている。このことは１本願と同一・出
順人による特公昭５９−２６８８３号公報に詳述されて
いる。従って２　スリット板４０を回転してスリットの
向きを変えることによって、物体面ヒでの細長いレーザ
ースポットの方向を変え、ｆｌｌｌ定しようとするパタ
ーンの伸長方向に合致させることが可能になる。

また、各スリット４１．４２および４３と集光光学系３
０の光軸３０ａとの位置関係は、第２図に示すように、
スリット板４０を回転することにより各スリット４１．
４２および４３を集光光学系３０の平行光束中に位置さ
せた際に、各スリット４１．４２および４３か光軸３０
ａからずれた位置にくるように成っているつこのように
Ｗｊ或したのは、いわゆるバックトークを防出するため
である。すなわち、パターン２３から反射され、１／４
波長板３７を透過した直線偏光のレーザー光束（Ｓ偏光
のレーザー光束）は理想的には偏光ビームスプリッタ３
５で１００％反射されるはずであるが、僅かではあるが
偏光ビームスプリッタ３５を透過する光があり、この光
が偏光レーザー光源２１に戻ると、レーザーの発振に悪
影響を及ぼし、測定誤差が生じてしまう、したがって、
僅かな光でも偏光レーザー光源２１に戻るのを防＋ｈす
るために、各スリット４１．４２および４３を光軸３０
ａからずらした位置に配置しである。

第３図に示すように、前記検出′ａ２５のド方には、パ
ターン２３のエツジからの散乱光を検出器２５に向けて
反射する輪体状の凹面反射鏡２６が配置されている。

第１図に示すように、パターン２３からの正反射光を検
出する前記検出光学系５０は、偏光ビームスプリンタ３
５で反射されてくる平行なレーザー光束の幅を縮小する
ための逆ビームエキスパンダ５１と、ミラー５２と、像
回転光学部材とじての像回転プリズム５３と、自動焦点
検出系６０との光路分岐点に配置されたハーフミラ−５
４と、結像レンズ５５と、瞳位置に配置され、縦長のス
リットを有するスリット板５６と、該スリット板５６の
後方に配置された不図示の光電検出器とから構成されて
いる。

前記像回転プリズム５３は、細長いレーザースポットの
長り方向をスリット板５６のスリ・ントの方向および前
記自動焦点検出系６０の後述する格ｆスリットの格その
方向と　・致させるために、前記スリット板４０により
回転した細長いレーザースポットの向きを元に戻すため
のものである。したがって、該像回転プリズム５３はス
リット板４０と連動して回転するように成っている。

第１図および第４図に示すように、前記自動焦点検出系
６０は、ハーフミラ−５４からの反射光を受ける振動ミ
ラー６１と、ハーフミラ−６２と、該ハーフミラ−６２
の′ｒ！ｌｉＩ！Ｓ光路中に配置された結像レンズ６３
と、前記対物レンズ３９の焦点面上共役な位置に配置さ
れ、縦長の格ｆを有する格子スリット６４と、ハーフミ
ラ−６２の反射光路中に配置されたミラー６５と、結像
レンズ６６と、ビームスプリッタ６７と、ビームスプリ
ッタ６７の透過光路中に配置され、対物レンズ３９の焦
点面上共役な位置より前方（前ビン位置）に配置された
格ｒスリントロ８と、ビームスプリッタ６７の反射光路
中に配置され、対物レンズ３９の焦点面上共役な位置よ
り後方（後ピン位置）に配置された格ｒスリントロ９と
から構成されている。

各格子スリット６４．６８．６９の後方には。

不図示の充電検出器が配置されている。

ｌｔｉ記観察光学系７０は、前記グイクロイックミラー
３８に観察用照明光束を送る照明系と、ＴＴＬ観察のた
めの結像光学系とから構成されている。

該ａ察光学系７ｏの照明系は、五図示の光源からの観察
用照明光束を導くライトガイド７１と、視野絞り７２と
、集光レンズ７３と、結像光学系との光路分岐点に配置
されたハーフミラ−７４とから成り、１該集光レンズ７
３を透過した観察用照明光束は、ダイクロインクミラー
３８に入射するように成っている。

、該観察光学系７０の結像光学系は、ハーフミラ−７４
の反射光路中に配置された集光レンズ７５と、ミラー７
６と、焦点鏡７７と、フィールドレンズ７８と、リレー
レンズ７９と、ミラー８０と、ＩＴＶ撮像而８面上から
構成されている。

以ド、Ｌ記構成を有する微小線＠Ａ測定装置２０の作用
を説明する。

偏光レーザー光＠ｔ２１より出た直線偏光のレーザー光
束（Ｐ偏光のレーザー光束）は、ミラー３１．３２．３
３で反射された後にビームエキスパンダ３４により幅を
拡大されてスリット板４０に入射する。このとき、スリ
ット板４０のスリット４１が第１図に示すように集光光
学系３０の平行光束中に配置されているものとする。

ビームエキスパンダ３４によってその幅を拡大された直
線偏光のレーザー光栄は、スリット板４０のスリット４
１を通過した後に偏光ビームスプリンタ３５を透過し、
ミラー３６で反射され、１／４波長板３７およびグイク
ロイックミラー３８を透過し、対物レンズ３９によって
パターン２３Ｆに図に示す向きに延びた細長いレーザー
スボント２４として集光される。

ここで、移動ステージ２２を移動することにより該細長
いレーザースボント２４がパターン２３を走査する。

パターン２３のエツジからの細長いレーザースポット２
４の散乱光は１輪体状の凹面反射鏡２６で反射されて検
出器２５に入射し、該検出器２５によってパターン２３
の線幅が測定される。

一方、パターン２３からの細長いレーザースボント２４
の正反射光は、対物レンズ３９を透過し、ダイクロイン
クミラー３８で反射されずに該タイクロイックミラー３
８を透過する。ダイクロインクミラー３８を透過した正
反射光（細長いレーザースポット）は、Ｉ／４波長板３
７を透過することにより、Ｓ偏光のレーザー光束となり
、ミラー３６で反射された後に偏光ビームスプリッタ３
５で反射される。

ここで、Ｓ偏光のレーザー光栄は理想的には偏光ビーム
スプリ、り３５で１００％反射されるはずであるが、該
Ｓ偏光のレーザー光束が僅かでも偏光ビームスプリンタ
３５を透過したとしても。

上述したようにスリット４１は集光光学系３０の光軸３
０ａからずれているので、偏光ビームスプリッタ３５を
透過した僅かなＳ偏光のレーザー光束はスリット板４０
によってカットされ、偏光レーザー光？Ａ２１に到達し
ない。したがって、前記バンクトークが防［卜されてい
る。

偏光ビームスプリッタ３５で反射された正反射光は、逆
ビームエキスパンダ５工を通過し、ミラー５２で反射さ
れ、像回転プリズム５３で像回転作用を受けてハーフミ
ラ−５４に入射する。ここで、像回転プリズム５３は、
細長いレーザースポットのｉ＋力方向スリット板５６の
スリットの方向および格子スリット６４．６８．６９の
各格ｒの方向と一致させるような向きとなっている。

ハーフミラ−５４を透過した正反射光は、結像レンズ５
５によってスリット板５６ｈに集光され、該スリット板
５６の背後に配置された不図示の光電検出器に入る。該
光゛面検出器により物体面の明暗の差Ｃ反射率の差）に
応じた信号が得られ、これに基づいて微小線幅測定のた
めの適切なスライスレベルが設定され、前記検出器２５
によるパターン２３の線幅測定が成される。

ハーフミラ−５４で反射された正反射光は、ミラー６１
で反射されてハーフミラ−６２に入射する。

該ハーフミラー６２で反射された正反射光は、ミラー６
５で反射され、結像レンズ６６により集光されてビーム
スプリンタ６７に入る。ビームスプリッタ６７を透過し
た正反射光は格子スリット６８に入射し、ビームスプリ
ンタ６７で反射した正反射光は格子スリントロ９に入射
する。

一方、ハーフミラ−６２を透過した正反射光は、結像レ
ンズ６３により集光されて格子スリントロ４に入射する
。

前記自動焦点検出系６０では、格子スリット６８、格子
スリットロ９の各々の背後に配置された不図示の光゛１
［検出器からの信号によって弘１物レンズ３９の自動合
焦の粗、Ｊ！Ｉ整が成され、格子スリントロ４の背後に
配置された不図示の光電検出器からの信号によって該自
動合焦の微調整が成される。

さらに、前記観察光学系７０の観察用照明光束は、ライ
トカイＩ”７１により導かれた後、視野絞り７２．集光
し／スフ３およびハーフミラ−７４を透過し、グイクロ
イックミラー３８で反射され、対物レンズ３９によって
パターン２３Ｌ、に導かれる。

該パターン２３で反射された観察用照明光束は、対物レ
ンズ３９を透過後にグイクロイックミラー３８で反射さ
れてハーフミラ−７４に向けられる。ハーフミラ−７４
で反射された観察用照明光束は、集光レンズ７５により
集光され、ミラー７６で反射されて焦１．５、鏡７７１
−に・Ｕ−結像される。

焦点鏡７７１−に結像された観察用照明光束は、フィー
ルドレンズ７８、リレーレンズ７９およびミラー８０を
介してＩＴＶ撮像面８１ヒに結像され、該ＩＴＶ撮像面
８１上でパターン２３の観察が可能となる。

つぎに、細長いレーザースポット２４の向きを第１図の
位置から９０°回転したい場合には、スリット板４０を
第１図の位置から時計方向に９０°回転すればよい。こ
の回転により、スリー２トスリツト４２が集光光学系３
０の上行光束中に位置し、これによってパターン２３−
Ｌに形成される細長いレーザースポット２４の向きが第
１図の位置から９０’回転する・ このとき、スリット板４０の回転に連動して像回転プリ
ズム５３も回転する。これによって該像回転プリズム５
３は、スリット板４０の回転によって回転したＩＢ長い
レーザースポットの向きを元に戻し、前記スリット板５
６および格子スリ７）６４．６８．６９に入射する細長
いレーザースポットの長ｒ方向を該スリット板５６のス
リットの方向および格子スリット６４．６８．６９の各
格子の長り方向と　・致させるように成っている。スリ
、ト板４０の回転と像回転プリズム５３との連動は、機
械的な連動であるのみならず、電気的にそれぞれの位置
を検出して連動するように構成してもよい。

また、スリット板４０のスリ、ト４３が集光光学系３０
の乎行光東中に位置させることにより、パターン２３七
に形成される細長いレーザースポット２４の向きを４５
°の状ＴＥへとさらに変更することができる。

このようにして、スリ、１・板４０を回転することによ
り、パターン２３」二に形成される細長いレーザースポ
ット２４の向きを任意の１１１度に向けることができる
。

なお、ヒ記実施例では、スリット板４０に３つのスリッ
トを設けたか、このスリフトの数は３つに限定されるも
のではない。

さらに、本発明は１−記実施例で示した微小線幅測定装
設に限られるものではなく、物体面上−に設けられた所
定のパターンを検出することによって、いわゆるアライ
メント装置にも適用できることは言うまでもない。

（発明の効果） 本発明に係るエツジ検出装置によれば、回転スリット板
を集光光学系のモ行光東中に回転可能に配置したので、
該回転スリット板の回転中心が機械的な誤差でずれても
、該回転スリット板を通過したレーザー光束の集光点は
変らず、したがって、従来のごとく回転スリシトを回転
することにより物体面りに形成される／ｌＢ長いレーザ
ースポットを回転させる際に、該細長いレーザースポッ
トの中心が移動することがなく、測定精度が向］−する
。

また、第１図に示した実施例の構成においては、集光光
学系３０と検出光学系５０とを偏光ヒームスプリ、り３
５と１／４波長板３７とで合成しているため、九清の損
失が少なく効率が良く、その結果レーザー光源２１の出
力を小さくすることができる。また、検出光学系には光
束径を縮小するための逆ヒームエキスバング５１か配置
されているため、後続の光学素子を小さくでき装置全体
としても小型に構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は未発明の−・実施例を示しており、
第１図は−・実施例に係る微小線幅測定装着を示す概略
的な光学系の配置図、第２図は回転スリットの拡大モ面
図、第３図は第１図の光学系の・部を示した説明図、第
４図は自動焦点検出部を示す光学系の配置図、第５図は
従来の微小線幅Ｊｌｌｌ定装置を示す概略的な光学系の
配置図である。 ２０・・・微小線幅測定装置（エツジ検出装置）２３・
・・マスク等のパターン（物体面）２４・・・細長いレ
ーザースポット ３０・・・集光光学系　　　　４０・・・スリント板５
０・・・検出光学系 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー光束で物体面を走査し、該物体面からの反射光
   を検出して物体面上のエッジを検出する装置において、
   該レーザー光束を物体面上に集光する集光光学系の平行
   光束中に、細長いレーザースポットを物体面上に形成す
   るためのスリットを有するスリット板を該集光光学系の
   光軸に垂直な面内で回転可能に配置し、かつ該細長いレ
   ーザースポットの向きを前記スリット板により回転され
   た分だけ元に戻すための像回転光学部材を、前記反射光
   を検出する検出光学系中に配置したことを特徴とするエ
   ッジ検出装置。