JPS63238508A - 位置測定装置 - Google Patents

位置測定装置

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JPS63238508A
JPS63238508A JP62071635A JP7163587A JPS63238508A JP S63238508 A JPS63238508 A JP S63238508A JP 62071635 A JP62071635 A JP 62071635A JP 7163587 A JP7163587 A JP 7163587A JP S63238508 A JPS63238508 A JP S63238508A
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JP
Japan
Prior art keywords
averaging
circuit
signal
period
incident light
Prior art date
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Pending
Application number
JP62071635A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuhiko Touki
達彦 東木
Tsutomu Ito
力 伊藤
Susumu Takahashi
進 高橋
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
Tokyo Optical Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Optical Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP62071635A priority Critical patent/JPS63238508A/ja
Publication of JPS63238508A publication Critical patent/JPS63238508A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • 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

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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、被測定物の位置を光学的に測定する位置測定
装置に係わり、特に被測定物面の高さを測定するのに適
した位置測定装置に関する。
(従来の技術) 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ニパターンを描画形
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。
被測定物としての試1)表面の高さ測定装置としては、
第4図に示す如き光学的手法を利用したものがある。こ
の装置では、レーザ光源71から放射されたレーザ光を
振動ミラー72で振動させて試料73の表面に対して斜
め方向から照射し、試料73の表面で反射された反射光
をミラー74を介してPSD (半導体装置検出器)7
5で検出する。ここで、入射光を振動させるのは、被測
定面の反射率の差異によって反射光の光束内光量分布に
アンバランスが生じ、これに起因して測定誤差が発生す
るのを防止するためである。PSD75の検出信号は、
加算器、減算器及び除算器等からなる信号処理回路76
により信号処理されて平均化処理回路77に入力される
。平均化処理回路77では、例えば検出信号をデジタル
変換し、ある任意の期間だけ演算して平均値を出力する
。平均化された信号(位置信号)は位置測定回路78に
供給される。この゛位置測定回路78は、位置信号に応
じて試料73の表面高さ位置を演算するものとなってい
る。
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、光軸が振動ミラー72により振動させ
られているため、PSD75からの検出信号は、第5図
(a)に示す如く振動している。そのため、通常はこの
信号をある一定の時間だけ平均化処理回路77により平
均化し、位置信号として使用する。しかし、検出信号の
振動周期とは無関係に信号の平均化を行っているために
、第5図(b)に示す如く、平均化信号は階段状となり
、位置信号は一定とはならずばらついてしまう。
なお、平均化時間に対し振動周波数を非常に高くすれば
見掛は上の検出信号は安定したように見えるが、光軸の
振動数には限度があり、完全になくすことは難しい。そ
のため、より安定化をさせるには平均化の時間を長くし
なければならないが、この場合には位置信号の応答が遅
くなり、実用的なものとはいえなくなる。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来、入射光を振動させて試料表面の高さ位
置の測定等を行う装置においては、平均化により得られ
る位置信号が一定とはならずばらついてしまう。また、
安定した位置信号を得るには平均化の時間を長くしなけ
ればならず、応答性が著しく低下すると云う問題があっ
た。
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、入射光を振動させて位置測定を行う方
式において、平均化の時間を短くしても安定した位置信
号を得ることができ、測定精度の向上及び応答性の向上
をはがり得る位置測定装置を提供することにある。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、入射光を振動させた場合に得られる被
測定物の位置に応じた検出信号の平均化の際に、入射光
の振動に同期して該平均化を行うことにある。
即ち本発明は、被測定物の表面に対し斜め方向から集束
光を照射し、被測定物の表面で反射された反射光を光検
出部で検出して前記表面の位置を7tll]定する位置
測定装置において、前記被測定物の表面に入射する入射
光を振動する手段と、前記光検出部の検出信号を前記入
射光の振動周期に同期した一定周期で平均化処理する手
段とを設けるようにしたものである。
(作用) 本発明によれば、検出信号を平均化するための一定の時
間を入射光の振動周期に同期した一定の周期としている
ので、各平均化処理毎に平均化出力に差が生じる等の不
都合はなく、安定した位置信号を得ることができる。ま
た、平均化時間を長くする必要もないので、応答性良い
位置測定が可能となる。
(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図は本発明の一実施例に係わる試料面高さ位置測定
装置を示す概略構成図である。
なお、この実施例では電子ビーム露光装置の試料室に配
置され、試料室内の試料面の高さを測定するものとした
。図中10は電子ビーム露光装置の試料室を形成する真
空容器であり、この容器1゜の上壁には電子ビーム光学
鏡筒(以下EOSと略記する)20が取付けられている
。EO520は電子銃、各種レンズ及び各種偏向系等か
らなるもので、このEO820からの電子ビームは、容
器10内のテーブル60上に配置された試料(被測定物
)30上に照射されるものとなっている。
EO320の左右には、本実施例に係わる試料面高さ位
置測定装置を構成する照射系40及び受光系50がそれ
ぞれ取付けられている。照射系40は、レーザ光源41
.スリット421反射ミラー43,44.集束レンズ4
51反射ミラー(振動ミラー)46.振動器47及び発
振器48等から構成されている。レーザ光源41から放
射された光はスリット42を通過し、反射ミラー43.
44で反射され、集束レンズ45により集束されて振動
ミラー46に照射される。そして、振動ミラー46で反
射された集束光49が前記試料30の表面に照射される
ものとなっている。ここで、上記集束光49が試料30
に対する入射光となる。
振動ミラー46は、例えば圧電素子からなる振動器47
に取付けられており、振動器47は発振器48あ発振周
波数に応じて振動されるものとなっている。ここで、振
動ミラー4Bの振動数は試料面高さ変動測定周波数より
十分高い周波数である。また、振動振幅は、後述するP
SD等の光検出器の受光面の長さ或いは誤差を低減させ
る割合い等に応じて定めればよい。
一方、受光系50は、反射ミラー51.集束レンズ52
.光検出器として公知のラテラル光効果を用いたPSD
53.加算器54.減算器55゜除算器56.平均化処
理回路57及び位置測定回路58等から構成されている
。前記試料30の表面への入射光49の照射による反射
光59は、反射ミラー51で反射され集束レンズ52を
介してPSD53の受光面に結像される。PSD53は
半導体基板上に抵抗性薄膜を形成すると共に、該薄膜の
両端に出力端子を設け、半導体基板を接地したもので、
光スポットの抵抗性薄膜照射位置の変位により一対の出
力端子からアンバランスな信号が出力される。PSD5
3の検出信号は、加算器54.減算器55及び除算器5
6等からなる信号処理回路により信号処理されて平均化
処理回路57に入力される。
平均化処理回路57は、第2図に示す如く、A/D変換
回路65.デジタル平均化回路66及び分周回路67か
ら構成されている。前記除算器56の出力信号はA/D
変換回路65によりA/D変換され、デジタル信号がデ
ジタル平、均化回路66に供給される。一方、前記発振
器48の出力信号は分周回路67に供給され、この回路
67により発振器48の発振周期と一致若しくはその整
数倍の周期の同期パルスが作られる。つまり、分周回路
67では前記入射光49の振動周期に同期した周期の同
期パルスが作られ、この同期パルスはデジタル平均化回
路66に供給される。
そして、平均化回路66では、分周回路67からの同期
パルスに応じた一定の周期毎にA/D変換された信号を
平均化処理する。つまり、入射光49の振動周期に同期
した一定周期で、デジタル化された信号を平均化処理す
るものとなっている。
平均化処理回路57にて平均化された信号(位置信号)
は位置測定回路58に供給される。位置測定回路58は
、上記入力した位置信号に応じて前記試料30の表面高
さ位置を演算するものである。そして、位置測定回路5
8で得られた位置情報がテーブル駆動回路61に供給さ
れ、モータ62によりテーブル60を上下動することに
より、試料30の表面高さ位置が所定の位置に設定され
るものとなっている。
このような構成であれば、PSD53及び各種演算回路
54.〜,56を介して得られる信号は第3図(a)に
示す如<sin波となる。この信号を平均化処理回路5
7により振動周期に同期して平均化処理することにより
、第3図(b)に示す如く正しく平均化された信号を得
ることができる。このとき、途中で反射率に差のあると
ころを通った場合、検出信号には誤差信号が生じるが、
平均化された信号では誤差信号も平均化されることにな
り、入射光を振動させない時に比べて大幅に誤差が低減
することになる。即ち、入射光の入射角を振動させ試料
面上で多数の測定点を平均化させることにより、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。また、平均化処理回路57により検出信号を平均
化処理する際に平均化の時間を入射光の振動周期に同期
させているので、第3図からも判るように、試料表面の
位置か一定であれば、各平均化処理における検出信号波
形が同じものとなり、安定した平均化信号が得られるこ
とになる。
かくして本装置によれば、入射光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低減
することができるのは勿論のこと、次のような効果が得
られる。即ち、入射光の振動周期に同期した一定の周期
で平均化処理しているので、平均化するための周期を短
くしても一定の平均化出力を得ることができる。このた
め、試料面の高さ測定を高精度に行うことができ、且つ
応答性の良い測定を行うことができる。そして、この応
答性が向上することによって、例えば位置信号によって
被測定面位置を振動させ任意の位置へ位置整合する場合
等、高速な位置整合をすることが可能となり′、従って
高スルーブツトを要求される露光装置等に適用したとき
の効果は絶大である。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記試料面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く、円形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。機械的な振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、平均化処理
回路は、前記除算器の前段若しくは加減算器の前段に設
置してもよい。
また、実施例では試料面の高さ測定について説明したが
、本発明は位置測定に広く利用することが可能である。
また信号処理については、入射光の振動周期と等しい周
期で平均化する例について説明したが、振動周期の整数
倍の周期毎に平均化すればよいのは勿論である。さらに
、振動振幅は大きい程平均化効果が大きく誤差を低減で
きるが、装置の仕様(光検出器の種類、 etc)に応
じて適宜定めればよい。また、振動波形は正弦波に限る
ものではなく、三角波、鋸歯状波等に適宜変更可能であ
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、位置測定回路は必ずしも必要はなく、例えば
前記平均化処理回路の出力を直接高さ制御機(11へに
送ることもできる。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、入射光の振動周期
に同期した一定の周期毎に検出信号を平均化処理してい
るので、平均化の時間を短くしても安定した位置信号を
得ることができ、測定精度及び応答性の向上をはかり得
る位置測定装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる試料面高さ位置測定
装置を示す概略構成図、第2図は上記装置に用いた平均
化処理回路の一例を示すブロック図、第3図は上記装置
の作用を説明するための信号波形図、第4図は従来装置
を示す概略構成図、第5図は従来の問題点を説明するた
めの信号波形図である。 10・・・真空容器、20・・・電子光学鏡筒、30・
・・試料、40・・・照射系、41・・・レーザ光源、
45゜52・・・集束レンズ、46.51・・・反射ミ
ラー、47・・・振動器、48・・発振器、53・・・
光検出器(PSD)、54,55.56・・・演算器(
信号処理回路)、57・・・平均化処理回路、58・・
・位置測定回路、60・・・テーブル、61・・・テー
ブル駆動機もが、62・・・モータ。 出!つn人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定物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、上記被測定物の表面に入射する入射光
    を振動する手段と、前記光照射により被測定物の表面で
    反射された反射光を検出して前記被測定物の位置に応じ
    た信号を出力する光検出部と、上記光検出部の検出信号
    を前記入射光の振動周期に同期した一定周期で平均化処
    理する手段とを具備してなることを特徴とする位置測定
    装置。
  2. (2)前記光検出部の検出信号を平均化処理する手段と
    して、平均化する時間を、前記入射光の振動周期の整数
    倍の値に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の位置測定装置。
  3. (3)前記光検出部の検出信号を平均化処理する手段と
    して、該信号をA/D変換するA/D変換回路と、この
    A/D変換回路の出力信号を一定周期で平均化するデジ
    タル平均化回路と、前記入射光の振動周波数を分周し上
    記デジタル平均化回路の平均化する時間を決定する分周
    回路とからなるものであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項又は第2項記載の位置測定装置。
JP62071635A 1987-03-27 1987-03-27 位置測定装置 Pending JPS63238508A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04364055A (ja) * 1991-06-11 1992-12-16 Canon Inc 位置決め制御装置

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