JP2718165B2 - 間隔測定装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は２つの物体間の間隔を高精度に測定する間隔
測定装置に関し、例えば半導体製造装置において、マス
クとウエハとの間隔を測定し、所定の値に制御するとき
に好適なものである。
測定装置に関し、例えば半導体製造装置において、マス
クとウエハとの間隔を測定し、所定の値に制御するとき
に好適なものである。
（従来の技術） 従来より半導体製造装置においては、マスクとウエハ
との間隔を間隔測定装置等で測定し、所定の間隔となる
ように制御した後、マスク面上のパターンをウエハ面上
に露光転写している。これにより高精度な露光転写を行
っている。
との間隔を間隔測定装置等で測定し、所定の間隔となる
ように制御した後、マスク面上のパターンをウエハ面上
に露光転写している。これにより高精度な露光転写を行
っている。
本出願人は先の特願昭63−33206号において物理光学
系素子を設けたマスク等の第１物体とウエハ等の第２物
体とを対向配置し、該第１物体上の物理光学素子に光束
を入射させ、該物理光学素子によって所定方向に偏向し
た光を該第２物体面で反射させた後、受光手段面上に導
光し、該受光手段面上における光（スポット）の入射位
置を検出することにより、該第１物体と第２物体との間
隔を求めた間隔測定装置を提案した。
系素子を設けたマスク等の第１物体とウエハ等の第２物
体とを対向配置し、該第１物体上の物理光学素子に光束
を入射させ、該物理光学素子によって所定方向に偏向し
た光を該第２物体面で反射させた後、受光手段面上に導
光し、該受光手段面上における光（スポット）の入射位
置を検出することにより、該第１物体と第２物体との間
隔を求めた間隔測定装置を提案した。
この方法においては、投射光束が正確に入射光束用の
物理光学素子のみを照射する場合には何ら問題は生じな
いが、光束径が大きかったりこの素子への位置がズレあ
りすると出射光束用の物理光学素子を照射してしまう場
合、逆入射光が発生する。この場合には投射光束のうち
の逆入射光は出射光束用の物理光学素子を透過し、それ
に規定された方向に変化し、ウエハで反射されたのち入
射光束用の物理光学素子を透過して出射する場合があ
る。
物理光学素子のみを照射する場合には何ら問題は生じな
いが、光束径が大きかったりこの素子への位置がズレあ
りすると出射光束用の物理光学素子を照射してしまう場
合、逆入射光が発生する。この場合には投射光束のうち
の逆入射光は出射光束用の物理光学素子を透過し、それ
に規定された方向に変化し、ウエハで反射されたのち入
射光束用の物理光学素子を透過して出射する場合があ
る。
この所謂逆入射光束は受光手段面上において正常な信
号光束の入射位置近傍に入射する。
号光束の入射位置近傍に入射する。
この場合、近傍した２つの光束のスポットを総合した
重心位置を検出する。正常な信号光束に関しては、さき
の提案において示したとおり、その受光手段面上の光束
のスポット移動量は２つの被測定面の間隔の変化に対し
て理論的に線型である。この様子を第10図において直線
S1として示す。この場合、スポットの位置から被測定面
の間隔を算出するのは極めて容易である。
重心位置を検出する。正常な信号光束に関しては、さき
の提案において示したとおり、その受光手段面上の光束
のスポット移動量は２つの被測定面の間隔の変化に対し
て理論的に線型である。この様子を第10図において直線
S1として示す。この場合、スポットの位置から被測定面
の間隔を算出するのは極めて容易である。
一方、逆入射光束においては出射光束用の物理光学素
子を透過し、第２物体で反射した後、入射光束用の物理
光学素子を透過する際に、一般には光束のケラレが生じ
る。またそのケラレの状態が被測定面間隔によって変化
するため、受光手段面上のスポット移動量が面間隔の変
化に対して非線型となる。この様子を第10図において曲
線S2として示す。
子を透過し、第２物体で反射した後、入射光束用の物理
光学素子を透過する際に、一般には光束のケラレが生じ
る。またそのケラレの状態が被測定面間隔によって変化
するため、受光手段面上のスポット移動量が面間隔の変
化に対して非線型となる。この様子を第10図において曲
線S2として示す。
この場合、正常信号光束のスポット及び逆入射光束の
スポットの総合的な重心位置の変化も被測定面間隔変化
に対して非線型となる。従ってスポット移動量から面間
隔を求める処理が複雑になる。よって光束が大きい場合
や素子への入射位置が変動するおそれがある場合には更
なる改良が求められる。
スポットの総合的な重心位置の変化も被測定面間隔変化
に対して非線型となる。従ってスポット移動量から面間
隔を求める処理が複雑になる。よって光束が大きい場合
や素子への入射位置が変動するおそれがある場合には更
なる改良が求められる。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は先願発明の改良発明であり、マスクとウエハ
に相当する第１物体と第２物体とを対向配置して両者の
間隔を測定する際、各構成要素を適切に設定することに
より所謂逆入射光束が受光手段面に入射するのを効果的
に防止し、複雑な信号処理回路等を必要とせず、高精度
に第１物体と第２物体との間隔を測定することのできる
間隔測定装置の提供を目的とする。
に相当する第１物体と第２物体とを対向配置して両者の
間隔を測定する際、各構成要素を適切に設定することに
より所謂逆入射光束が受光手段面に入射するのを効果的
に防止し、複雑な信号処理回路等を必要とせず、高精度
に第１物体と第２物体との間隔を測定することのできる
間隔測定装置の提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 一部に第１物理光学素子と第２物理光学素子とを設け
た第１物体と第２物体とを対向配置し、該第１物体面上
の第１物理光学素子に投光手段からの光束を入射させ、
該第１物理光学素子からの所定次数の回折光を該第２物
体面で反射させた後、該第１物体面上の第２物理光学素
子に入射させ、該第２物理光学素子からの所定次数の回
折光を受光手段面上に導光し、該受光手段面上における
回折光の入射位置を検出することにより、該第１物体と
第２物体との間隔を求める際、該光束のうち主光線が該
第２物理光学素子面に入射する領域に該投光手段からの
光束が直接入射し、該第２物理光学素子から回折される
所定次数の光束が該第２物体面で反射した後、該第１物
理光学素子に入射しないように各要素を設定したことで
ある。
た第１物体と第２物体とを対向配置し、該第１物体面上
の第１物理光学素子に投光手段からの光束を入射させ、
該第１物理光学素子からの所定次数の回折光を該第２物
体面で反射させた後、該第１物体面上の第２物理光学素
子に入射させ、該第２物理光学素子からの所定次数の回
折光を受光手段面上に導光し、該受光手段面上における
回折光の入射位置を検出することにより、該第１物体と
第２物体との間隔を求める際、該光束のうち主光線が該
第２物理光学素子面に入射する領域に該投光手段からの
光束が直接入射し、該第２物理光学素子から回折される
所定次数の光束が該第２物体面で反射した後、該第１物
理光学素子に入射しないように各要素を設定したことで
ある。
（実施例） 第１図は本発明を半導体製造装置のマスクとウエハと
の間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例の光学
系の概略図である。
の間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例の光学
系の概略図である。
同図において１は例えばHe−Neレーザーや半導体レー
ザー等の光源101からの光束、２は第１物体で例えばマ
スク、３は第２物体で例えばウエハであり、マスク２と
ウエハ３は例えば第２図（Ａ）に示すように間隔d0を隔
てて対向配置されている。4,5は各々マスク２面上の一
部に設けた入射用と射出用の第1,第２物理光学素子で、
これらの物理光学素子4,5は例えば等ピッチの直線回折
格子等から成っている。
ザー等の光源101からの光束、２は第１物体で例えばマ
スク、３は第２物体で例えばウエハであり、マスク２と
ウエハ３は例えば第２図（Ａ）に示すように間隔d0を隔
てて対向配置されている。4,5は各々マスク２面上の一
部に設けた入射用と射出用の第1,第２物理光学素子で、
これらの物理光学素子4,5は例えば等ピッチの直線回折
格子等から成っている。
８は受光手段で、ラインセンサーやPSD等から成り、
入射光束の重心位置を検出している。９は信号処理回路
であり、受光手段８からの信号を用いて受光手段８面上
に入射した光束の重心位置を求め、後述するようにマス
ク２とウエハ３との間隔を演算し求めている。
入射光束の重心位置を検出している。９は信号処理回路
であり、受光手段８からの信号を用いて受光手段８面上
に入射した光束の重心位置を求め、後述するようにマス
ク２とウエハ３との間隔を演算し求めている。
10は光プローブであり、受光手段８、そして必要に応
じて信号処理回路９を有しており、マスク２やウエハ３
とは相対的に移動可能となっている。
じて信号処理回路９を有しており、マスク２やウエハ３
とは相対的に移動可能となっている。
本実施例において間隔測定方向をｚ方向、ｚ方向と垂
直でかつマスク面２と平行方向をｙ方向、z,y方向に垂
直な方向をｘ方向とする。そして第２図（Ｂ）に示すよ
うにｘ方向に平行でかつマスク面２と垂直な平面をＰ、
ｙ方向に平行でかつマスク面２に垂直な平面をＰ′と
し、マスク面２への入射光１をＰ面とＰ′面へ射影し、
２方向に分解したときの光路につき取扱うようにする。
（尚、第１図はＰ面上における光路を示している。） 本実施例においては光源101、例えば半導体レーザー
からの光束１（波長λ＝830nm）をマスク２面上の第１
回折格子４面上の点Ａに斜め方向から入射させている。
そして第１の回折格子４からの角度θ１で回折する所定
次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（Ｃ）で反射させて
いる。このうち反射光31はウエハ３がマスク２に近い位
置P1に位置しているときの反射光、反射光32はウエハ３
が位置P1から距離dGだけ変位したときの反射光である。
直でかつマスク面２と平行方向をｙ方向、z,y方向に垂
直な方向をｘ方向とする。そして第２図（Ｂ）に示すよ
うにｘ方向に平行でかつマスク面２と垂直な平面をＰ、
ｙ方向に平行でかつマスク面２に垂直な平面をＰ′と
し、マスク面２への入射光１をＰ面とＰ′面へ射影し、
２方向に分解したときの光路につき取扱うようにする。
（尚、第１図はＰ面上における光路を示している。） 本実施例においては光源101、例えば半導体レーザー
からの光束１（波長λ＝830nm）をマスク２面上の第１
回折格子４面上の点Ａに斜め方向から入射させている。
そして第１の回折格子４からの角度θ１で回折する所定
次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（Ｃ）で反射させて
いる。このうち反射光31はウエハ３がマスク２に近い位
置P1に位置しているときの反射光、反射光32はウエハ３
が位置P1から距離dGだけ変位したときの反射光である。
次いでウエハ３からの反射光を第１物体２面上の第２
の回折格子５面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。
の回折格子５面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。
尚、第２の回折格子５は入射光束の入射位置にかかわ
らず一定出射角の回折光を出射させる光学作用を有して
いる。
らず一定出射角の回折光を出射させる光学作用を有して
いる。
そして第２の回折格子５から角度θ２で回折した所定
次数の回折光（61,62）を集光レンズ７を介して受光手
段８面上に導光している。
次数の回折光（61,62）を集光レンズ７を介して受光手
段８面上に導光している。
そして、このときの受光手段８面上における入射光束
（61,62）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との
間隔を演算し求めている。
（61,62）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との
間隔を演算し求めている。
本実施例ではマスク２面上に設けた第1,第２の回折格
子4,5は予め設定された既知のピッチで構成されてお
り、それらに入射した光束の所定次数（例えば±１次）
の回折光の回折角度θ1,θ２は予め求められている。
子4,5は予め設定された既知のピッチで構成されてお
り、それらに入射した光束の所定次数（例えば±１次）
の回折光の回折角度θ1,θ２は予め求められている。
第３図はマスク２面上の第1,第２の回折格子4,5の機
能及びマスク２とウエハ３との間隔との関係を示す説明
図である。
能及びマスク２とウエハ３との間隔との関係を示す説明
図である。
同図（Ａ）はマスク２面上の第1,第２物理光学素子4,
5との関係を示す説明図、同図（Ｂ）は第２図（Ｂ）に
おけるＰ面上の光路、同図（Ｃ）は第２図（Ｂ）におけ
るＰ′面上の光路を示す説明図である。
5との関係を示す説明図、同図（Ｂ）は第２図（Ｂ）に
おけるＰ面上の光路、同図（Ｃ）は第２図（Ｂ）におけ
るＰ′面上の光路を示す説明図である。
本実施例においては、第1,第２の回折格子４に単に入
射光を折り曲げる作用をしているが、この他収束、又は
発散作用を持たせるようにしても良い。
射光を折り曲げる作用をしているが、この他収束、又は
発散作用を持たせるようにしても良い。
同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）で例えば点11はマスク２
とウエハ３との間隔が100μｍのときの出射光束の重心
透過点でマスク２とウエハ３との間隔が増すにつれて出
射光束の透過点は同図（Ａ）において右方に移動し、間
隔が200μｍになったときは点12を透過するように設定
している。
とウエハ３との間隔が100μｍのときの出射光束の重心
透過点でマスク２とウエハ３との間隔が増すにつれて出
射光束の透過点は同図（Ａ）において右方に移動し、間
隔が200μｍになったときは点12を透過するように設定
している。
回折格子のパターンは同図（Ａ）においてＡ方向に収
束、発散のパワーを光束の拡がりを調整する為に持たせ
ても良い。
束、発散のパワーを光束の拡がりを調整する為に持たせ
ても良い。
尚、第３図においてマスク２とウエハ３との間隔測定
範囲を例えば100μｍ〜200μｍとし場合には、これに対
応させて後述する逆入射行の条件を考慮して第1,第２の
回折格子4,5の領域を設定すれば良い。
範囲を例えば100μｍ〜200μｍとし場合には、これに対
応させて後述する逆入射行の条件を考慮して第1,第２の
回折格子4,5の領域を設定すれば良い。
次に第１図を用いてマスク２とウエハ３との間隔を求
める方法について説明する。
める方法について説明する。
第１図に示すようにすると、 AD＝2d0tanθ1, AE＝２（d0＋dG）tanθ1, ∴dM＝DE＝AE−AD＝2dGtanθ１ ……（１） である。受光手段８面上における入射光の動き量Ｓは Ｓ＝dM＝2dGtanθ１ ……（２） マスク２とウエハ３の単位ギャップ変化量に対する受
光手段８面上の入射光束のずれ量ΔＳ、即ち感度ΔＳは となる。
光手段８面上の入射光束のずれ量ΔＳ、即ち感度ΔＳは となる。
本実施例では受光手段８面上の入射光束の位置Ｓを検
出することにより、（２）式より距離をdGを求め、この
値dGよりマスク２とウエハ３との所定位置からの間隔ず
れ量を求めている。
出することにより、（２）式より距離をdGを求め、この
値dGよりマスク２とウエハ３との所定位置からの間隔ず
れ量を求めている。
マスク41とウエハ42は最初に基準となる間隔d0を隔て
て対向配置される。この時のd0の値を他の例えばTM−23
0N（商品名：キャノン株式会社製）等で測定しておく。
この時のd0の値と光束入射位置より（２）式でdGが求め
られる。
て対向配置される。この時のd0の値を他の例えばTM−23
0N（商品名：キャノン株式会社製）等で測定しておく。
この時のd0の値と光束入射位置より（２）式でdGが求め
られる。
次に第２図（Ｂ）に示すようにマスク面２上の第１物
理光学素子４に入射する光束１と同じ入射角で第２物理
光学素子５に入射した逆入射光束13の第２物理光学素子
５からの回折光のうち光束１の第１物理光学素子４で回
折した後、受光手段８に入射する回折光と同次数の回折
光が点線で示すようにウエハ３面で反射した後、第１物
理光学素子４に逆入射し更に回折した後、受光手段８に
入射しノイズとなるのを防止する為の条件について説明
する。
理光学素子４に入射する光束１と同じ入射角で第２物理
光学素子５に入射した逆入射光束13の第２物理光学素子
５からの回折光のうち光束１の第１物理光学素子４で回
折した後、受光手段８に入射する回折光と同次数の回折
光が点線で示すようにウエハ３面で反射した後、第１物
理光学素子４に逆入射し更に回折した後、受光手段８に
入射しノイズとなるのを防止する為の条件について説明
する。
第４図は第1,第２物理光学素子43,44の配置と正常な
信号光束48の光路を示す説明図である。説明の便宜上、
各物理光学素子は光束の偏向作用のみを有する直線回折
格子とし、各光束の主光線は第４図に示した平面上に存
するものとする。
信号光束48の光路を示す説明図である。説明の便宜上、
各物理光学素子は光束の偏向作用のみを有する直線回折
格子とし、各光束の主光線は第４図に示した平面上に存
するものとする。
図中41はマスク、42はウエハ、43は入射用回折格子と
しての第１物理光学素子,4は出射用回折格子としての第
２物理光学素子である。また48は光源からの投射光束の
主光線で、入射用回折格子43上の点Ｐに入射する。
しての第１物理光学素子,4は出射用回折格子としての第
２物理光学素子である。また48は光源からの投射光束の
主光線で、入射用回折格子43上の点Ｐに入射する。
今、マスク１とウエハ２との間隔αが間隔測定範囲の
最小値d1から最大値d2に変化すると、主光線48の出射用
回折格子44上の入射位置は点Q1から点Q2の間を移動す
る。又、主光線48の入射角と出射角を図に示すようにθ
1,θ2,θ３とすると（角度は面法線から反時計回りの方
向を正とする）次の関係がある。
最小値d1から最大値d2に変化すると、主光線48の出射用
回折格子44上の入射位置は点Q1から点Q2の間を移動す
る。又、主光線48の入射角と出射角を図に示すようにθ
1,θ2,θ３とすると（角度は面法線から反時計回りの方
向を正とする）次の関係がある。
ここでλは波長、P1,P2は各々入射用回折格子と出射
用回折格子のピッチm1,m2は回折次数である。
用回折格子のピッチm1,m2は回折次数である。
次に逆入射光束の光路の様子を第５図に示す。逆入射
光線49は正常な光束48と同じ入射角θ１で出射用回折格
子44に入射し、回折角θ４で出射し、ウエハ２で反射
後、入射用回折格子43に入射し、回折角θ５で出射す
る。このとき次の関係がある。
光線49は正常な光束48と同じ入射角θ１で出射用回折格
子44に入射し、回折角θ４で出射し、ウエハ２で反射
後、入射用回折格子43に入射し、回折角θ５で出射す
る。このとき次の関係がある。
（５），（７）式より （４），（６）式より となる。よって sinθ３＝sinθ５ 即ち、逆入射光束49は正常光束48と同角度でマスク41
を出射する。このため前述のように受光手段８面上で両
者の光束スポットは一般に重なり合い分離することが困
難なため、面間隔の測定において悪影響をもたらす。
を出射する。このため前述のように受光手段８面上で両
者の光束スポットは一般に重なり合い分離することが困
難なため、面間隔の測定において悪影響をもたらす。
次に逆入射光束を防止する条件を考える。勿論逆入射
光束は完全に除去されるのが最も望ましいが、実際には
正常な信号光束に対する光量の比がある程度小さければ
実質的に悪影響は避けられる。
光束は完全に除去されるのが最も望ましいが、実際には
正常な信号光束に対する光量の比がある程度小さければ
実質的に悪影響は避けられる。
一般には種々と検討した結果、正常な信号光束の主光
線が出射用回折格子44に入射する点に入射する逆入射光
線が間隔測定範囲全域において、ウエハ42で反射後、入
射用回折格子43に達しないようにすれば略良好なる検出
が出来る。
線が出射用回折格子44に入射する点に入射する逆入射光
線が間隔測定範囲全域において、ウエハ42で反射後、入
射用回折格子43に達しないようにすれば略良好なる検出
が出来る。
尚、出射用回折格子44面上の信号光束の入射領域の中
心を通過する光線を信号光束の主光線とする。
心を通過する光線を信号光束の主光線とする。
即ち、第５図において線分Q1,Q2に入射する光線群が
ウエハ42で反射後、面間隔ｄがd1≦ｄ≦d2の範囲で入射
用回折格子43に入射しないようにすれば良好なる検出が
可能となる。
ウエハ42で反射後、面間隔ｄがd1≦ｄ≦d2の範囲で入射
用回折格子43に入射しないようにすれば良好なる検出が
可能となる。
この光線群がウエハ42で反射後、再びマスク41に入射
する領域は、ｄ＝d1の場合は線分R1,R2、ｄ＝d2の場合
は線分S1,S2となる。第５図から明らかなように点S1の
みを考え、これが入射用回折格子43に入らない条件を求
めればよい。入射用回折格子43の大きさをａとすればこ
のときの条件は、 即ち、 となる。
する領域は、ｄ＝d1の場合は線分R1,R2、ｄ＝d2の場合
は線分S1,S2となる。第５図から明らかなように点S1の
みを考え、これが入射用回折格子43に入らない条件を求
めればよい。入射用回折格子43の大きさをａとすればこ
のときの条件は、 即ち、 となる。
尚、θ４は（５），（６）式より sinθ４＝sinθ１−sinθ２−sinθ３ ……（９） とあらわされる。
又、マスクとウエハの間隔測定範囲は、入射用回折格
子に入射した信号光束がウエハで反射後、再びマスクに
入射する際、全光束が出射用回折格子に入射し、ここで
光束のケラレが生じないという条件を満たすマスク−ウ
エハ間隔の範囲と規定される。このとき出射用回折格子
の大きさをｂ、入射用回折格子と出射用回折格子の間隔
をｃとすると 2d1tanθ２＝ａ＋ｃ 2d2tanθ２＝ｂ＋ｃ 従って、最小測定間隔d1及び最大測定間隔d2は とあらわされる。
子に入射した信号光束がウエハで反射後、再びマスクに
入射する際、全光束が出射用回折格子に入射し、ここで
光束のケラレが生じないという条件を満たすマスク−ウ
エハ間隔の範囲と規定される。このとき出射用回折格子
の大きさをｂ、入射用回折格子と出射用回折格子の間隔
をｃとすると 2d1tanθ２＝ａ＋ｃ 2d2tanθ２＝ｂ＋ｃ 従って、最小測定間隔d1及び最大測定間隔d2は とあらわされる。
又、 tanθ４＞０ 即ち、 sinθ１−sinθ２−sinθ３＞０ …（10） ならば任意の面間隔において、又入射用回折格子が任意
の大きさの場合に逆入射光を防止することができる。
の大きさの場合に逆入射光を防止することができる。
以上のように（８）式又は（10）式の条件を満足する
ように入射用回折格子43と射出用回折格子44の配置及び
格子ピッチを設定すれば逆入射光による悪影響を実質的
に排除することができる。尚、本実施例において所定の
次数m1,m2以外の回折光については、その出射角が正常
な信号光束のそれとは異なるため問題とはならない。
ように入射用回折格子43と射出用回折格子44の配置及び
格子ピッチを設定すれば逆入射光による悪影響を実質的
に排除することができる。尚、本実施例において所定の
次数m1,m2以外の回折光については、その出射角が正常
な信号光束のそれとは異なるため問題とはならない。
次に具体的な第１実施例を第6,第７図を用いて説明す
る。
る。
本実施例では入射用回折格子43と出射用回折格子44を
矩形状としスクライブライン上に隣接して配置された例
であり、例えば第６図に示すようにICパターンのスクラ
イブライン上に設置されている。
矩形状としスクライブライン上に隣接して配置された例
であり、例えば第６図に示すようにICパターンのスクラ
イブライン上に設置されている。
第７図（Ａ）はマスク41上を上からみた図（xy面）、
同図（Ｂ）はxz断面図、同図（Ｃ）はyz断面図である。
但し、マスク面内で両回折格子の中心を結ぶ方向をｘ、
これの直交方向をｙ、マスク面に垂直方向をｚしてい
る。光束の波長λはλ＝0.83μｍ、正常な入射光束48の
入射角のx,y成分を各々25゜，−10゜、出射角のx,y成分
を各々５゜，−５゜、マスク41とウエハ42の間隔の測定
範囲を50μｍ〜100μｍとする。
同図（Ｂ）はxz断面図、同図（Ｃ）はyz断面図である。
但し、マスク面内で両回折格子の中心を結ぶ方向をｘ、
これの直交方向をｙ、マスク面に垂直方向をｚしてい
る。光束の波長λはλ＝0.83μｍ、正常な入射光束48の
入射角のx,y成分を各々25゜，−10゜、出射角のx,y成分
を各々５゜，−５゜、マスク41とウエハ42の間隔の測定
範囲を50μｍ〜100μｍとする。
入射側の第１物理光学素子43の寸法はｘ方向に30μ
ｍ、ｙ方向に50μｍ、出射側の第２物理光学素子44の寸
法はｘ方向に60μｍ、ｙ方向に50μｍである。
ｍ、ｙ方向に50μｍ、出射側の第２物理光学素子44の寸
法はｘ方向に60μｍ、ｙ方向に50μｍである。
まずxz面内の光路につき第７図（Ｂ）を用いて説明す
る。
る。
入射用回折格子43を透過した光束が最小間隔50μｍの
場合に入射用回折格子43に隣接する領域44aに入射する
ように正常光線の回折角θｘを設定する。即ち、 θｘ＝tan-1（15/50）＝16.7゜ このとき入射用回折格子43の格子ピッチのｘ成分P1xは
（以下すべて１次回折を考える） sin16.7゜−sin25゜＝0.83/P1x P1x＝−6.136（μｍ） ここで格子ピッチのｘ（ｙ）成分とは向きが回折格子
に直交する方向で、大きさが格子ピッチの逆数に等しい
ベクトル を考え、そのｘ（ｙ）成分の逆数である。従って、格子
ピッチのｘ（ｙ）成分の符号は格子の方向に対応してい
る。
場合に入射用回折格子43に隣接する領域44aに入射する
ように正常光線の回折角θｘを設定する。即ち、 θｘ＝tan-1（15/50）＝16.7゜ このとき入射用回折格子43の格子ピッチのｘ成分P1xは
（以下すべて１次回折を考える） sin16.7゜−sin25゜＝0.83/P1x P1x＝−6.136（μｍ） ここで格子ピッチのｘ（ｙ）成分とは向きが回折格子
に直交する方向で、大きさが格子ピッチの逆数に等しい
ベクトル を考え、そのｘ（ｙ）成分の逆数である。従って、格子
ピッチのｘ（ｙ）成分の符号は格子の方向に対応してい
る。
又、出射用回折格子44の回折ピッチのｘ成分P2xは sin（−16.7゜）−sin5゜＝0.83/P2x P2x＝−2.216（μｍ） 出射用回折格子44に正常光束と同じ角度25゜で入射した
逆入射光束49の１次回折光（図中点線）の回折角φｘは sinφｘ−sin25゜＝0.83/（−2.216） φｘ＝2.76゜ φｘが正であるので、xz面内においては逆入射光束が入
射用回折格子43に入射し得ない。これは逆入射光防止条
件をあらわす（10）式、即ち、 sin25゜−sin16.7゜−sin5゜＞０ を満たしていることからも明らかである。
逆入射光束49の１次回折光（図中点線）の回折角φｘは sinφｘ−sin25゜＝0.83/（−2.216） φｘ＝2.76゜ φｘが正であるので、xz面内においては逆入射光束が入
射用回折格子43に入射し得ない。これは逆入射光防止条
件をあらわす（10）式、即ち、 sin25゜−sin16.7゜−sin5゜＞０ を満たしていることからも明らかである。
次にyz面内の光をにつき、第７図（Ｃ）を用いて説明
する。
する。
正常光束48は入射用回折格子43に−10゜で入射し、垂
直方向に回折、ウエハ42で反射後、出射用回折格子44よ
り−５゜方向に回折、出射する。このとき両回折格子の
格子ピッチのｙ成分P1y,P2yは P1y＝4.780（μｍ）,P2y＝9.523（μｍ）である。こ
のとき逆入射光束49の回折角φｙは sinφｙ−sin（−10゜）＝0.83/9.523 φｙ＝−4.96゜ ここでxz面及びyz面内での光路を合成して考えると出射
側回折格子44に入射する逆入射光束49はマスクとウエハ
との間隔が50μｍの場合は、第７図（Ａ）に示す２点鎖
線の領域50内を通過し、マスクとウエハとの間隔が100
μｍの場合は、２点鎖線の領域51内を通過し、この結
果、入射側回折格子43には入射しないことがわかる。当
然、マスクとウエハとの間隔が50〜100μｍの間の場合
は領域50と領域51との間の領域を通過するようになる。
直方向に回折、ウエハ42で反射後、出射用回折格子44よ
り−５゜方向に回折、出射する。このとき両回折格子の
格子ピッチのｙ成分P1y,P2yは P1y＝4.780（μｍ）,P2y＝9.523（μｍ）である。こ
のとき逆入射光束49の回折角φｙは sinφｙ−sin（−10゜）＝0.83/9.523 φｙ＝−4.96゜ ここでxz面及びyz面内での光路を合成して考えると出射
側回折格子44に入射する逆入射光束49はマスクとウエハ
との間隔が50μｍの場合は、第７図（Ａ）に示す２点鎖
線の領域50内を通過し、マスクとウエハとの間隔が100
μｍの場合は、２点鎖線の領域51内を通過し、この結
果、入射側回折格子43には入射しないことがわかる。当
然、マスクとウエハとの間隔が50〜100μｍの間の場合
は領域50と領域51との間の領域を通過するようになる。
以上のように本実施例ではxz面内において条件（10）
を満たすよう各要素を設定し、出射側回折格子に入射す
る逆入射光束が入射側回折格子に入射しないようにして
いる。
を満たすよう各要素を設定し、出射側回折格子に入射す
る逆入射光束が入射側回折格子に入射しないようにして
いる。
次に具体的に第２実施例を第８図を用いて説明する。
本実施例では入射用回折格子43と出射用回折格子44と
を互いに間隔を隔てて配置している。第８図はxz面にお
ける配置及び光路をあらわす概略図である。同図におい
ては大きさ30μｍの入射用回折格子43と大きさ70μｍの
出射用回折格子44が10μｍの間隔を隔てて配置されてお
り、他の条件は図に示すように第１実施例と同様であ
る。
を互いに間隔を隔てて配置している。第８図はxz面にお
ける配置及び光路をあらわす概略図である。同図におい
ては大きさ30μｍの入射用回折格子43と大きさ70μｍの
出射用回折格子44が10μｍの間隔を隔てて配置されてお
り、他の条件は図に示すように第１実施例と同様であ
る。
このとき正常光束48の回折角θｘは θｘ＝tan-1（20/50）＝21.8゜ 従って、逆入射光束49の回折角φｘは（９）式より sinφｘ＝sin25゜−sin21.8゜−sin5゜ φｘ＝−2.06゜ であり、条件（10）は満たしていない。しかし、条件
（８）については −２×100×tan（−2.06゜）＜２×50×tan21.8゜−15 7.19＜25 と満足しており、従ってマスク−ウエハ間隔が50〜100
μｍの範囲では逆入射光を防止することができる。
（８）については −２×100×tan（−2.06゜）＜２×50×tan21.8゜−15 7.19＜25 と満足しており、従ってマスク−ウエハ間隔が50〜100
μｍの範囲では逆入射光を防止することができる。
次に矩形の入射用回折格子と出射用回折格子とを互い
に斜めに配置した第３実施例を第９図に示す。
に斜めに配置した第３実施例を第９図に示す。
第９図（Ａ）はマスクを上方からみた図、（xy面）、
同図（Ｂ）はxz面内の光路を示す図、同図（Ｃ）はyz面
内の光路を示す図である。
同図（Ｂ）はxz面内の光路を示す図、同図（Ｃ）はyz面
内の光路を示す図である。
光束の波長を0.83μｍ、正常光路48の入射角のｘ成
分、ｙ成分をそれぞれ５゜，−５゜、出射角のｘ成分,y
成分をそれぞれ−10゜，−20゜、マスクとウエハの間隔
の測定範囲を50μｍ〜100μｍとし、入射側回折格子43
の大きさはｘ方向30μｍ、ｙ方向20μｍ、出射側回折格
子44の大きさはｘ方向60μｍ、ｙ方向40μｍで、両回折
格子43,44は第９図（Ａ）に示すように斜めにずらして
配置されている。
分、ｙ成分をそれぞれ５゜，−５゜、出射角のｘ成分,y
成分をそれぞれ−10゜，−20゜、マスクとウエハの間隔
の測定範囲を50μｍ〜100μｍとし、入射側回折格子43
の大きさはｘ方向30μｍ、ｙ方向20μｍ、出射側回折格
子44の大きさはｘ方向60μｍ、ｙ方向40μｍで、両回折
格子43,44は第９図（Ａ）に示すように斜めにずらして
配置されている。
第９図（Ｂ）において正常光線48の回折角θｘは θｘ＝tan-1（15/50）＝16.70゜ となる。
従って、逆入射光線49の回折角φｘは（９）式より sinφｘ＝sin5゜−sin16.7゜−sin（−10゜） φｘ＝−1.52゜ これは条件（８）を満たしている。
又、第９図（Ｃ）において正常光線48の回折角θｙ θｙ＝tan-1（10/50）＝11.31゜ 逆入射光束49の回折角φｙは（９）式より、 sinφｙ＝sin（−５゜）−sin11.31゜−sin（−20
゜） φｙ＝3.37゜ となる。これは条件（10）を満たしている。
゜） φｙ＝3.37゜ となる。これは条件（10）を満たしている。
第９図（Ａ）中、90,91は面間隔が各々50μｍ、100μ
ｍのときの逆入射光束の戻り領域である。
ｍのときの逆入射光束の戻り領域である。
一般に投光手段及び受光手段の配置には、例えば露光
領域を遮ってはならない等の制約がある。従って信号光
束の入射角及び出射角の設定においては、これまで述べ
た逆入射光を防止する条件に加え、このことも考慮しな
ければならない。
領域を遮ってはならない等の制約がある。従って信号光
束の入射角及び出射角の設定においては、これまで述べ
た逆入射光を防止する条件に加え、このことも考慮しな
ければならない。
本実施例のように入射側と出射側の回折格子をスクラ
イブライン上に斜めにずらして配置すると、上述の入・
出射角の設定の自由度が大きく、第１の実施例（第６
図）のようにスクライブライン方向に両回折格子を並べ
て配置するのに比べ、一般に好ましい。
イブライン上に斜めにずらして配置すると、上述の入・
出射角の設定の自由度が大きく、第１の実施例（第６
図）のようにスクライブライン方向に両回折格子を並べ
て配置するのに比べ、一般に好ましい。
尚、以上の各実施例においては入射用及び出射用の第
1,第２物理光学素子として直線回折格子を用いた場合を
述べたが、これは他の物理光学素子、例えばレンズと同
様に収斂、発散作用を有する物理光学素子、あるいはシ
リンドリカルレンズと同様に、一方向にのみ屈折力を有
する物理光学素子を用いても良い。
1,第２物理光学素子として直線回折格子を用いた場合を
述べたが、これは他の物理光学素子、例えばレンズと同
様に収斂、発散作用を有する物理光学素子、あるいはシ
リンドリカルレンズと同様に、一方向にのみ屈折力を有
する物理光学素子を用いても良い。
この場合は回折格子の格子ピッチ及び方向をあらわす
ベクトル が物理光学素子面上の位置によって変化する。即ちベク
トル がx,yの関数となるが、基本的には先に述べたのと同様
にして逆入射光を防止する条件を考慮し、各要素を設定
することができる。
ベクトル が物理光学素子面上の位置によって変化する。即ちベク
トル がx,yの関数となるが、基本的には先に述べたのと同様
にして逆入射光を防止する条件を考慮し、各要素を設定
することができる。
又、考慮する回折次数はここで述べた１次に限られな
いのは勿論である。
いのは勿論である。
（発明の効果） 本発明によれば第１物体面上に設けた第1,第２物理光
学素子からの回折光を利用することにより、被測定物と
光プローグとの相対的な位置が多少変化しても、常に高
精度な間隔測定が可能でしかも検出光以外の逆入射光に
よる不要光が検出手段に入射するのを効果的に排除した
高精度な測定が可能な特に半導体製造装置に好適な間隔
測定装置を達成することができる。
学素子からの回折光を利用することにより、被測定物と
光プローグとの相対的な位置が多少変化しても、常に高
精度な間隔測定が可能でしかも検出光以外の逆入射光に
よる不要光が検出手段に入射するのを効果的に排除した
高精度な測定が可能な特に半導体製造装置に好適な間隔
測定装置を達成することができる。
第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２図
（Ａ），（Ｂ）は第１図のマスクとウエハに入射する光
束の説明図、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はマスク面
上の物理光学素子の機能を示す説明図、第４図，第５図
は本発明においてマスクに入射する正常光線と逆入射光
線の光路の説明図、第６図，第７図は本発明の第１実施
例の説明図、第８図は本発明の第２実施例の説明図、第
９図は本発明の第３実施例の説明図、第10図は面間隔と
受光手段面上における光スポット位置の関係を示す説明
図である。 図中、１は光束、2,41はマスク、3,42はウエハ、4,43は
第１物理光学素子、5,44は第２物理光学素子、61,62は
回折光、７は集光レンズ、８は受光手段、９は信号処理
回路、10は光プローブ、48は正常光線、49は逆入射光で
ある。
（Ａ），（Ｂ）は第１図のマスクとウエハに入射する光
束の説明図、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はマスク面
上の物理光学素子の機能を示す説明図、第４図，第５図
は本発明においてマスクに入射する正常光線と逆入射光
線の光路の説明図、第６図，第７図は本発明の第１実施
例の説明図、第８図は本発明の第２実施例の説明図、第
９図は本発明の第３実施例の説明図、第10図は面間隔と
受光手段面上における光スポット位置の関係を示す説明
図である。 図中、１は光束、2,41はマスク、3,42はウエハ、4,43は
第１物理光学素子、5,44は第２物理光学素子、61,62は
回折光、７は集光レンズ、８は受光手段、９は信号処理
回路、10は光プローブ、48は正常光線、49は逆入射光で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 繁幸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 服部 純 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−74815（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1512（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】一部に第１物理光学素子と第２物理光学素
子とを設けた第１物体と第２物体とを対向配置し、該第
１物体面上の第１物理光学素子に投光手段からの光束を
入射させ、該第１物理光学素子からの所定次数の回折光
を該第２物体面で反射させた後、該第１物体面上の第２
物理光学素子に入射させ、該第２物理光学素子からの所
定次数の回折光を受光手段面上に導光し、該受光手段面
上における回折光の入射位置を検出することにより、該
第１物体と第２物体との間隔を求める際、該光束のうち
主光線が該第２物理光学素子面に入射する領域に該投光
手段からの光束が直接入射し、該第２物理光学素子から
回折される所定次数の光束が該第２物体面で反射した
後、該第１物理光学素子に入射しないように各要素を設
定したことを特徴とする間隔測定装置。 - 【請求項２】マスク面上のスクライブライン上に第１物
理光学素子と第２物理光学素子を該スクライブライン方
向に対して互いに斜めに配置し、該マスクとウエハとを
対向配置し、該マスク面上の第１物理光学素子に投光手
段から光束を入射させ、該第１物理光学素子からの所定
次数の回折光を該ウエハ面で反射させた後、該第２物理
光学素子に入射させ該第２物理光学素子からの所定次数
の回折光を受光手段面上に導光し、該受光手段面上にお
ける回折光の入射位置を検出することにより該マスクと
ウエハとの間隔を求めたことを特徴とする間隔測定装
置。 - 【請求項３】前記ウエハからの反射光束のうち主光線が
該第２物理光学素子に入射する領域に該投光手段からの
光束が直接入射し、該第２物理光学素子から回折される
所定次数の光束が該ウエハで反射した後、該第１物理光
学素子に入射しないように各要素を設定したことを特徴
とする請求項２記載の間隔測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086190A JP2718165B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | 間隔測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086190A JP2718165B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | 間隔測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02264807A JPH02264807A (ja) | 1990-10-29 |
| JP2718165B2 true JP2718165B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=13879855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1086190A Expired - Fee Related JP2718165B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | 間隔測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2718165B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012103007B3 (de) * | 2012-04-05 | 2013-10-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Sensoreinheit zur Abstandsmessung in einer lithografischen Vorrichtung und lithografische Vorrichtung |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012103008B3 (de) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsmessung mit einer diffraktiven Struktur |
| CN113375579B (zh) * | 2021-06-25 | 2022-08-23 | 上海工程技术大学 | 一种栅极组件栅极面间距检测方法及检测平台 |
-
1989
- 1989-04-05 JP JP1086190A patent/JP2718165B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012103007B3 (de) * | 2012-04-05 | 2013-10-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Sensoreinheit zur Abstandsmessung in einer lithografischen Vorrichtung und lithografische Vorrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02264807A (ja) | 1990-10-29 |
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