JPH0718699B2 - 表面変位検出装置 - Google Patents
表面変位検出装置Info
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- JPH0718699B2 JPH0718699B2 JP62111889A JP11188987A JPH0718699B2 JP H0718699 B2 JPH0718699 B2 JP H0718699B2 JP 62111889 A JP62111889 A JP 62111889A JP 11188987 A JP11188987 A JP 11188987A JP H0718699 B2 JPH0718699 B2 JP H0718699B2
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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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、被検面の変位を検出するための表面変位検出
装置に関し、特に、例えば半導体製造装置における焦点
位置検出装置に適用して好適な表面変位検出装置に関す
る。
装置に関し、特に、例えば半導体製造装置における焦点
位置検出装置に適用して好適な表面変位検出装置に関す
る。
（従来の技術） 半導体製造装置における焦点位置検出装置としては、従
来、撮影レンズによってマスクパターンが転写される位
置に設けられた半導体ウェハに対して、斜めに入射光を
照射し、その半導体ウェハの表面から斜めに反射する反
射光を検出して、その表面位置を検出する斜め入射型焦
点位置検出装置が多く用いられ、例えば特開昭56−4220
5号公報などによって開示されている。
来、撮影レンズによってマスクパターンが転写される位
置に設けられた半導体ウェハに対して、斜めに入射光を
照射し、その半導体ウェハの表面から斜めに反射する反
射光を検出して、その表面位置を検出する斜め入射型焦
点位置検出装置が多く用いられ、例えば特開昭56−4220
5号公報などによって開示されている。
この公知の焦点位置検出装置は、半導体ウェハの表面を
被検出面として、その被検出面に投射光束を斜めに投射
してスリット状の光像を被検出面上に結像させ、その反
射光を受光部に設けられた光電変換素子で構成された検
出部上に再結像させることにより、その反射光像の検出
部上での入射位置を検知するように構成されている。従
って、被検出面の半導体ウェハ表面が上下方向に変位
（投影レンズ光軸に沿って移動）すると、その上下方向
の変位に対応して、検出部に入射する反射光像がその入
射方向に対して直交する方向に横ずれする。この横ずれ
量を検出することによって半導体ウェハの表面が投影レ
ンズに対して合焦位置にあるか否かを判定可能である。
被検出面として、その被検出面に投射光束を斜めに投射
してスリット状の光像を被検出面上に結像させ、その反
射光を受光部に設けられた光電変換素子で構成された検
出部上に再結像させることにより、その反射光像の検出
部上での入射位置を検知するように構成されている。従
って、被検出面の半導体ウェハ表面が上下方向に変位
（投影レンズ光軸に沿って移動）すると、その上下方向
の変位に対応して、検出部に入射する反射光像がその入
射方向に対して直交する方向に横ずれする。この横ずれ
量を検出することによって半導体ウェハの表面が投影レ
ンズに対して合焦位置にあるか否かを判定可能である。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のように構成された斜入射型焦点位
置検出装置を用いて半導体ウェハの表面位置を実際に検
出する場合、その位置検出精度には、ある一定の限界が
あることが判明した。その原因を種々検討したところ、
半導体ウェハの表面部分には、シリコンなどの半導体基
板上にフォトレジストのような薄膜が付着している場合
が多く、その薄膜の膜厚が１〜２μｍ程度になったと
き、薄膜の表面で反射した反射光と、その薄膜の表面を
透過して半導体基板の表面で反射した光とによって干渉
が生じ、その為、検出部に入射する合成反射光の検出光
学系光軸に対して垂直方向における光強度分布に狂いを
生じるものと考えられる。因に、フォトレジストなどの
ように有機物質で構成されている材料の光線透過率は、
一般に、感光波長より長い波長（例えば赤色光）では比
較的良好で、その表面からの反射光と、裏面からの反射
光とが顕著に干渉し易く、誤差が生じ易いという問題点
があった。
置検出装置を用いて半導体ウェハの表面位置を実際に検
出する場合、その位置検出精度には、ある一定の限界が
あることが判明した。その原因を種々検討したところ、
半導体ウェハの表面部分には、シリコンなどの半導体基
板上にフォトレジストのような薄膜が付着している場合
が多く、その薄膜の膜厚が１〜２μｍ程度になったと
き、薄膜の表面で反射した反射光と、その薄膜の表面を
透過して半導体基板の表面で反射した光とによって干渉
が生じ、その為、検出部に入射する合成反射光の検出光
学系光軸に対して垂直方向における光強度分布に狂いを
生じるものと考えられる。因に、フォトレジストなどの
ように有機物質で構成されている材料の光線透過率は、
一般に、感光波長より長い波長（例えば赤色光）では比
較的良好で、その表面からの反射光と、裏面からの反射
光とが顕著に干渉し易く、誤差が生じ易いという問題点
があった。
本発明は、上記従来装置において生じる恐れのある反射
光の干渉による影響を考慮し、反射光の位置検出結果の
精度を、従来装置の限界を超えて一段と改善し得る表面
変位検出装置を比較的簡単な構成にて実現することを目
的とする。
光の干渉による影響を考慮し、反射光の位置検出結果の
精度を、従来装置の限界を超えて一段と改善し得る表面
変位検出装置を比較的簡単な構成にて実現することを目
的とする。
（問題点を解決する為の手段） 上記の問題点を解決するために本発明においては、光透
過性の薄膜を有する被検面上に光源から検出光を斜めに
入射させ、その被検出面からの反射光を検出面上に光ス
ポツトあるいはスリット状に再結像させ、その再結像さ
れた像の位置から、被検出面の位置を検出する斜入射型
位置検出装置において、その光源から被検出面を介し前
記の検出面に至る間の検出光路上の所定の位置に、前記
被検出面に入射する検出光の入射面に平行なＰ偏光成分
と垂直なＳ偏光成分の強度を前記検出面上で任意に変え
る偏光光学手段を設けることを問題解決の手段とするも
のである。
過性の薄膜を有する被検面上に光源から検出光を斜めに
入射させ、その被検出面からの反射光を検出面上に光ス
ポツトあるいはスリット状に再結像させ、その再結像さ
れた像の位置から、被検出面の位置を検出する斜入射型
位置検出装置において、その光源から被検出面を介し前
記の検出面に至る間の検出光路上の所定の位置に、前記
被検出面に入射する検出光の入射面に平行なＰ偏光成分
と垂直なＳ偏光成分の強度を前記検出面上で任意に変え
る偏光光学手段を設けることを問題解決の手段とするも
のである。
（作用） 光源から被検出面の薄膜に入射してその被検出面で反射
する反射光のうち、その薄膜の表面で反射する表面反射
光と薄膜を透過して薄膜裏面にて反射してさらに薄膜の
表面を透過する内部反射光は、薄膜の厚さに応じて干渉
し、検出面において干渉縞を作る。この干渉縞を作る反
射光の入射面に垂直なＳ偏光による干渉縞と入射面に平
行なＰ偏光による干渉縞とは、入射角がブリュースター
角を超えて大きくなると位相が180°ずれる。従って、
この互いに位相が反転したＳ偏光成分の干渉光とＰ偏光
成分の干渉光が合成されて得られる光強度の変化は膜厚
に比例せず、大きく乱れを生じる。従って、これに応じ
て検出される被検出面上での見掛けの表面からのずれ量
が極めて大きいものとなる。そこで、上記のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との比を変化させるために偏光光学手段
が、検出光路上の適当な位置に設けられ、前記のＰ偏光
成分とＳ偏光成分との180°のずれを利用して、その偏
光光学手段を適当に回転調整することにより、その両偏
光成分の強度を適当に変化させると、被検出面での見掛
けの表面のずれ量が少なくなり、検出誤差を改善するこ
とができる。
する反射光のうち、その薄膜の表面で反射する表面反射
光と薄膜を透過して薄膜裏面にて反射してさらに薄膜の
表面を透過する内部反射光は、薄膜の厚さに応じて干渉
し、検出面において干渉縞を作る。この干渉縞を作る反
射光の入射面に垂直なＳ偏光による干渉縞と入射面に平
行なＰ偏光による干渉縞とは、入射角がブリュースター
角を超えて大きくなると位相が180°ずれる。従って、
この互いに位相が反転したＳ偏光成分の干渉光とＰ偏光
成分の干渉光が合成されて得られる光強度の変化は膜厚
に比例せず、大きく乱れを生じる。従って、これに応じ
て検出される被検出面上での見掛けの表面からのずれ量
が極めて大きいものとなる。そこで、上記のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との比を変化させるために偏光光学手段
が、検出光路上の適当な位置に設けられ、前記のＰ偏光
成分とＳ偏光成分との180°のずれを利用して、その偏
光光学手段を適当に回転調整することにより、その両偏
光成分の強度を適当に変化させると、被検出面での見掛
けの表面のずれ量が少なくなり、検出誤差を改善するこ
とができる。
（実施例） 次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく説
明する。
明する。
第１図は本発明の実施例を示す斜入射型の表面変位検出
装置の光学系概略構成図である。なお、実線にて示す光
線の経路は、スリット像の共役関係を示し、破線にて示
す光線の経路は、光源像の共役関係を示す。
装置の光学系概略構成図である。なお、実線にて示す光
線の経路は、スリット像の共役関係を示し、破線にて示
す光線の経路は、光源像の共役関係を示す。
第１図において、発光ダイオード（LED）やハロゲンラ
ンプ等のように、特定の偏光方向を有しない、いわゆる
ランダム偏光の光を発する光源１からの検出光はフィー
ルドレンズ２を介して投光スリット３を照射する。この
投光スリット３は紙面に対して垂直方向に長いスリット
開口3Aを有し、このスリット開口3Aを通して投射される
検出光L0は、送光側対物レンズ4Aによって集光され、半
導体ウェハ５の表面5A上に光スリット像が結像される。
半導体ウェハ５の表面5Aから反射する反射光L1は、受光
側対物レンズ4Bによって集束され、受光スリット６上に
光スリット像が再結像される。また、受光スリット６に
設けられたスリット開口6Aを通過した反射光L1は、検出
光L3としてコレクタレンズ７により光電変換素子のよう
な受光素子８上に集光される。なお、受光スリット６、
コレクタレンズ７及び受光素子８をもって光電検出器９
が構成される。
ンプ等のように、特定の偏光方向を有しない、いわゆる
ランダム偏光の光を発する光源１からの検出光はフィー
ルドレンズ２を介して投光スリット３を照射する。この
投光スリット３は紙面に対して垂直方向に長いスリット
開口3Aを有し、このスリット開口3Aを通して投射される
検出光L0は、送光側対物レンズ4Aによって集光され、半
導体ウェハ５の表面5A上に光スリット像が結像される。
半導体ウェハ５の表面5Aから反射する反射光L1は、受光
側対物レンズ4Bによって集束され、受光スリット６上に
光スリット像が再結像される。また、受光スリット６に
設けられたスリット開口6Aを通過した反射光L1は、検出
光L3としてコレクタレンズ７により光電変換素子のよう
な受光素子８上に集光される。なお、受光スリット６、
コレクタレンズ７及び受光素子８をもって光電検出器９
が構成される。
受光スリット６に設けられたスリット開口6Aの長手方向
は、投光スリット３のスリット開口3Aと同様に紙面に垂
直な方向に設定されている。また、受光スリット６は、
そのスリット開口6Aの長手方向に対して直交する方向、
すなわちスリット開口6Aの幅方向（第１図中で矢印ａに
て示す方向）に所定の振幅をもって振動するように構成
されている。これにより、受光スリット６上に再結像さ
れた光スリット像はスリット開口6Aにて走査され、受光
素子８からの検出信号が最大となったときのスリット開
口6Aの基準位置からの偏位量から、被検出面5Aの基準面
（焦点面）からの偏位が検出されるように構成されてい
る。
は、投光スリット３のスリット開口3Aと同様に紙面に垂
直な方向に設定されている。また、受光スリット６は、
そのスリット開口6Aの長手方向に対して直交する方向、
すなわちスリット開口6Aの幅方向（第１図中で矢印ａに
て示す方向）に所定の振幅をもって振動するように構成
されている。これにより、受光スリット６上に再結像さ
れた光スリット像はスリット開口6Aにて走査され、受光
素子８からの検出信号が最大となったときのスリット開
口6Aの基準位置からの偏位量から、被検出面5Aの基準面
（焦点面）からの偏位が検出されるように構成されてい
る。
受光側対物レンズ4Bと受光スリット６との間の光路上に
は、本発明の要部をなす検出誤差補正光学系10が光軸を
中心に回転可能に配設されている。この検出誤差補正光
学系10については後で詳しく述べる。
は、本発明の要部をなす検出誤差補正光学系10が光軸を
中心に回転可能に配設されている。この検出誤差補正光
学系10については後で詳しく述べる。
第２図は、半導体ウェハ５の被検出面5Aが投影レンズ光
軸Ｚに沿って変位した場合における受光スリット６上で
の光スリット像の変位量を示す説明図である。検出光
（入射光）L0が入射角θをもって、基準位置Z0に在る被
検出面5Aに入射すると、Q0点に結像された光スリット像
は受光側対物レンズ4Bによって受光スリット６上の基準
位置P0に再結像される。被検出面5Aが鎖線5Sで示す位置
までΔＺだけ光軸Ｚ方向に変位すると、検出光L0はQ1点
で反射し、光スリット像を形成する反射主光線LSは受光
側対物レンズ4Bを介して、受光スリット６上のP1点に達
し、そこに光スリット像が再結像される。この場合、受
光スリット６上での基準位置P0からP1点までの光スリッ
ト像の変位量をΔｙ、受光側対物レンズ4Bの結像倍率を
βとすると、被検出面5Aの変位量ΔＺは ΔＺ＝Δy/（２βsinθ）………（１） で与えられる。
軸Ｚに沿って変位した場合における受光スリット６上で
の光スリット像の変位量を示す説明図である。検出光
（入射光）L0が入射角θをもって、基準位置Z0に在る被
検出面5Aに入射すると、Q0点に結像された光スリット像
は受光側対物レンズ4Bによって受光スリット６上の基準
位置P0に再結像される。被検出面5Aが鎖線5Sで示す位置
までΔＺだけ光軸Ｚ方向に変位すると、検出光L0はQ1点
で反射し、光スリット像を形成する反射主光線LSは受光
側対物レンズ4Bを介して、受光スリット６上のP1点に達
し、そこに光スリット像が再結像される。この場合、受
光スリット６上での基準位置P0からP1点までの光スリッ
ト像の変位量をΔｙ、受光側対物レンズ4Bの結像倍率を
βとすると、被検出面5Aの変位量ΔＺは ΔＺ＝Δy/（２βsinθ）………（１） で与えられる。
一方、半導体ウェハ５の被検出面5Aが、第３図に示すよ
うに半導体基板5B上に塗られた例えばフォトレジストで
なる薄膜5Cの表面で構成されている場合には、薄膜5Cの
表面5Aの点Q0に入射した検出光L0の一部が反射光L1Aと
して反射されるのみならず、薄膜5C内を透過して半導体
基板5Bの表面で反射する反射光L2が生じ、この反射光L2
が表面5Aを透過して第２の反射光L2Aとして表面5Aから
出射する。以下同様にして反射光L2のうち表面5Aを透過
し切れずに表面5Aで内面反射される反射光L3に基づい
て、第３、第４……の反射光L3A、L4A……が発生し、こ
れが第１の反射光L1Aに複合して受光スリット６に到達
すると考えられる。
うに半導体基板5B上に塗られた例えばフォトレジストで
なる薄膜5Cの表面で構成されている場合には、薄膜5Cの
表面5Aの点Q0に入射した検出光L0の一部が反射光L1Aと
して反射されるのみならず、薄膜5C内を透過して半導体
基板5Bの表面で反射する反射光L2が生じ、この反射光L2
が表面5Aを透過して第２の反射光L2Aとして表面5Aから
出射する。以下同様にして反射光L2のうち表面5Aを透過
し切れずに表面5Aで内面反射される反射光L3に基づい
て、第３、第４……の反射光L3A、L4A……が発生し、こ
れが第１の反射光L1Aに複合して受光スリット６に到達
すると考えられる。
この複合反射光について検討してみると、薄膜5Cの内部
で１回反射した第２の反射光L2Aは、見掛け上表面5Aか
ら距離δだけ深い位置で反射したものと考えることがで
きるので、受光スリット６上では、正規の反射光L1の受
光スリット６上への入射位置P0を基準にして ε＝２・β・sinθ・δ ………（２） で表されるずれ量εだけ横にずれて結像することにな
る。ここで、表面5Aの見掛け上のずれ量δは として求めることができる。（３）式においてｄは薄膜
5Cの厚み、ｎは薄膜5Cの屈折率である。（２）式及び
（３）式は薄膜5C内部で１回だけ反射した反射光L2Aに
よる場合の位置ずれ量であるが、２回、３回……ｍ回反
射して得られる反射光L3A、L4A……Ｌ（ｍ＋１）Ａにつ
いても同様にして２ε、３ε……ｍεだけ位置がずれる
ことになる。
で１回反射した第２の反射光L2Aは、見掛け上表面5Aか
ら距離δだけ深い位置で反射したものと考えることがで
きるので、受光スリット６上では、正規の反射光L1の受
光スリット６上への入射位置P0を基準にして ε＝２・β・sinθ・δ ………（２） で表されるずれ量εだけ横にずれて結像することにな
る。ここで、表面5Aの見掛け上のずれ量δは として求めることができる。（３）式においてｄは薄膜
5Cの厚み、ｎは薄膜5Cの屈折率である。（２）式及び
（３）式は薄膜5C内部で１回だけ反射した反射光L2Aに
よる場合の位置ずれ量であるが、２回、３回……ｍ回反
射して得られる反射光L3A、L4A……Ｌ（ｍ＋１）Ａにつ
いても同様にして２ε、３ε……ｍεだけ位置がずれる
ことになる。
このような複合光が受光スリット６に入射すると、光学
系の条件や、薄膜5Cの厚さｄに基づいて各複合光が互い
に干渉性をもつようになり、その結果、受光スリット６
上に結像される像の形が変形することにより、光電検出
器９によって検出される光量重心がずれる結果を生じ、
これにより正規の反射光L1に基づく位置ずれ量Δｙ（第
２図参照）の検出結果に誤差を生じる。
系の条件や、薄膜5Cの厚さｄに基づいて各複合光が互い
に干渉性をもつようになり、その結果、受光スリット６
上に結像される像の形が変形することにより、光電検出
器９によって検出される光量重心がずれる結果を生じ、
これにより正規の反射光L1に基づく位置ずれ量Δｙ（第
２図参照）の検出結果に誤差を生じる。
この現象を定性的に検討すれば、第４図のようになる。
先ず第１反射光L1Aだけが受光スリット６に到来したと
き、光電検出器９がこの光量重心位置をy0と判定し、薄
膜5Cの内部を１回反射した第２反射光L2Aについて、光
電検出器９がその光量重心を位置ずれ量ε（（２）式）
だけずれた位置y01にあると判定したとする。この場合
第４図（Ａ）に示すように反射光L1Aの光強度が正規化
した値２であるとすれば、１回反射の第２反射光L2Aの
光強度はこれより弱く、ほぼ0.5程度になる。
き、光電検出器９がこの光量重心位置をy0と判定し、薄
膜5Cの内部を１回反射した第２反射光L2Aについて、光
電検出器９がその光量重心を位置ずれ量ε（（２）式）
だけずれた位置y01にあると判定したとする。この場合
第４図（Ａ）に示すように反射光L1Aの光強度が正規化
した値２であるとすれば、１回反射の第２反射光L2Aの
光強度はこれより弱く、ほぼ0.5程度になる。
ところで、薄膜5Cの厚さｄが十分厚く、また、光源１か
らの検出光L0が可干渉性の低いものであれば、第１反射
光L1Aと１回反射の第２反射光L2Aとでは干渉が生じな
い。従って、受光スリット６上に結像された光スリット
像の光強度は、第４図（Ｂ）に示すように、第４図
（Ａ）において実線図示の反射光L1Aの光強度の分布
と、破線図示の１回反射の第２反射光L2Aの光強度の分
布との和で表される光強度の分布を呈する。その結果受
光スリット６上に結像された光スリット像の光強度分布
の光量重心は、反射光L1Aの光強度分布の重心y0（第４
図（Ａ））に対して僅かなずれ量Δy1だけずれた位置y1
に生ずることになる。ただし、そのずれ量Δy1は膜厚ｄ
に比例して変化する。
らの検出光L0が可干渉性の低いものであれば、第１反射
光L1Aと１回反射の第２反射光L2Aとでは干渉が生じな
い。従って、受光スリット６上に結像された光スリット
像の光強度は、第４図（Ｂ）に示すように、第４図
（Ａ）において実線図示の反射光L1Aの光強度の分布
と、破線図示の１回反射の第２反射光L2Aの光強度の分
布との和で表される光強度の分布を呈する。その結果受
光スリット６上に結像された光スリット像の光強度分布
の光量重心は、反射光L1Aの光強度分布の重心y0（第４
図（Ａ））に対して僅かなずれ量Δy1だけずれた位置y1
に生ずることになる。ただし、そのずれ量Δy1は膜厚ｄ
に比例して変化する。
しかし、実際には膜厚ｄが１〜２μｍ程度に薄い為、そ
の反射光は干渉する可能性が高く、多くの場合、受光ス
リット上に光スリット像を形成する反射光L1AとL2Aが干
渉し、両者は第４図（Ｃ）のように互いに強め合うか、
あるいは第４図（ｄ）に示すように互いに弱め合う結果
となる。従って、受光スリット６上に結像された合成像
の形が崩れる現象が生じ、これにより受光スリット６上
に結像された合成像の光量重心が、反射光L1Aの光量重
心y0から大きくずれることになる。
の反射光は干渉する可能性が高く、多くの場合、受光ス
リット上に光スリット像を形成する反射光L1AとL2Aが干
渉し、両者は第４図（Ｃ）のように互いに強め合うか、
あるいは第４図（ｄ）に示すように互いに弱め合う結果
となる。従って、受光スリット６上に結像された合成像
の形が崩れる現象が生じ、これにより受光スリット６上
に結像された合成像の光量重心が、反射光L1Aの光量重
心y0から大きくずれることになる。
例えば、反射光L1Aに対する反射光L2Aの干渉光強度が最
大になった場合には、第４図（Ｃ）に示すように、干渉
部分L1A＋L2Aの光強度が極端に大きくなる（この実施例
の場合反射光L1Aの光強度が２であるのに対して4.5にな
る）。従って受光スリット６上に結像された像の光量重
心は、第４図（Ｂ）の場合より多い位置ずれ量Δy2だけ
ずれた位置y2に移動する結果になる。
大になった場合には、第４図（Ｃ）に示すように、干渉
部分L1A＋L2Aの光強度が極端に大きくなる（この実施例
の場合反射光L1Aの光強度が２であるのに対して4.5にな
る）。従って受光スリット６上に結像された像の光量重
心は、第４図（Ｂ）の場合より多い位置ずれ量Δy2だけ
ずれた位置y2に移動する結果になる。
これに対して干渉光強度が最小の場合には、第４図
（Ｄ）に示すように、反射光L2Aと、正規の反射光L1と
が重なり合う範囲において、反射光L1AとL2Aとが互いに
打ち消し合い、その結果受光スリット６上に結像された
合成像の光量重心が、反射光L1Aの光量重心y0と比較し
て極端に大きな位置ずれ量Δy3で、しかも第４図Ｃとは
反対側にずれた位置y3に移動する結果になる。特に干渉
効果によって反射光L1AとL2Aとが打ち消し合う第４図
（Ｄ）の場合には、受光スリット６上での光量重心の位
置ずれ量Δy3が大きいため、この位置ずれ量Δy3が薄膜
表面5Aを基準とする被検出面側での見掛けの検出位置に
非常に大きな誤差を生じさせる要因となる。第５図は、
上記のような反射光の干渉が被検出面側での検出位置に
及ぼす影響を模式的に示す線図で、横軸は薄膜の厚さ
ｄ、縦軸は薄膜表面5Aを基準とする被検出面側での見掛
けの検出位置のずれ量を示す。ただし、一点鎖線にて示
す直線K3は薄膜5Cがコートされた半導体基板5Bの上面の
位置を示す。
（Ｄ）に示すように、反射光L2Aと、正規の反射光L1と
が重なり合う範囲において、反射光L1AとL2Aとが互いに
打ち消し合い、その結果受光スリット６上に結像された
合成像の光量重心が、反射光L1Aの光量重心y0と比較し
て極端に大きな位置ずれ量Δy3で、しかも第４図Ｃとは
反対側にずれた位置y3に移動する結果になる。特に干渉
効果によって反射光L1AとL2Aとが打ち消し合う第４図
（Ｄ）の場合には、受光スリット６上での光量重心の位
置ずれ量Δy3が大きいため、この位置ずれ量Δy3が薄膜
表面5Aを基準とする被検出面側での見掛けの検出位置に
非常に大きな誤差を生じさせる要因となる。第５図は、
上記のような反射光の干渉が被検出面側での検出位置に
及ぼす影響を模式的に示す線図で、横軸は薄膜の厚さ
ｄ、縦軸は薄膜表面5Aを基準とする被検出面側での見掛
けの検出位置のずれ量を示す。ただし、一点鎖線にて示
す直線K3は薄膜5Cがコートされた半導体基板5Bの上面の
位置を示す。
第３図において、仮に反射光が互いに干渉を起こさない
ものとすると、薄膜表面5Aと半導体基板表面5Dからの反
射光の光強度は、それぞれ反射面での反射率によって定
まり一定である。しかし、半導体基板表面5Dでの反射光
L2A、L3A……は、薄膜５の膜厚ｄに比例して薄膜表面5A
からの反射光L1Aに対してずれる。そのため、受光スリ
ット６上での光スリット像の重心位置は、膜厚ｄに比例
して受光スリット上での検出基準位置P0からずれること
になる。従って、被検出面側では、薄膜表面5Aの位置Z0
を基準として第５図中で実線K1にて示す如く膜厚ｄに比
例した直線的なずれを示す。
ものとすると、薄膜表面5Aと半導体基板表面5Dからの反
射光の光強度は、それぞれ反射面での反射率によって定
まり一定である。しかし、半導体基板表面5Dでの反射光
L2A、L3A……は、薄膜５の膜厚ｄに比例して薄膜表面5A
からの反射光L1Aに対してずれる。そのため、受光スリ
ット６上での光スリット像の重心位置は、膜厚ｄに比例
して受光スリット上での検出基準位置P0からずれること
になる。従って、被検出面側では、薄膜表面5Aの位置Z0
を基準として第５図中で実線K1にて示す如く膜厚ｄに比
例した直線的なずれを示す。
ところが前述の如く、薄膜5Cで干渉現象が起ると、曲線
（破線）K2にて示すように、干渉の影響により実線K1に
沿いながら大きく波を打つような膜厚ｄには比例しない
ずれが生じる。特に、第４図（Ｄ）において説明したよ
うに、反射光が互いに打ち消し合う状態の膜厚の付近で
は、鋭く尖った刺状の極端なずれが生じる。このような
状況の下では、例えば薄膜5Cの膜厚ｄが第５図で示す如
く、製造工程においてW1からW2の範囲（W1〜W2＝ΔＷ）
でばらついているものとすると、反射光が非干渉の場合
（実線K1）には、わずかにΔX1だけ検出位置の検出結果
にばらつきが有るのみであるが、反射光が干渉を起す曲
線K2の場合には、検出位置の検出結果が最大ΔX2の範囲
で大きくばらつくことになり、これが焦点位置検出の際
の検出誤差となる。
（破線）K2にて示すように、干渉の影響により実線K1に
沿いながら大きく波を打つような膜厚ｄには比例しない
ずれが生じる。特に、第４図（Ｄ）において説明したよ
うに、反射光が互いに打ち消し合う状態の膜厚の付近で
は、鋭く尖った刺状の極端なずれが生じる。このような
状況の下では、例えば薄膜5Cの膜厚ｄが第５図で示す如
く、製造工程においてW1からW2の範囲（W1〜W2＝ΔＷ）
でばらついているものとすると、反射光が非干渉の場合
（実線K1）には、わずかにΔX1だけ検出位置の検出結果
にばらつきが有るのみであるが、反射光が干渉を起す曲
線K2の場合には、検出位置の検出結果が最大ΔX2の範囲
で大きくばらつくことになり、これが焦点位置検出の際
の検出誤差となる。
ところで、第４図における干渉の影響の説明では、第１
反射光L1Aと第２反射光L2Aについてのみ定性的に説明し
たが、実際には第３図に示すように無限回反射となり極
めて複雑である。しかし、第１反射光L1Aと第２反射光L
2Aに比して、他の反射光L3A、L4A……の光強度は弱いの
で、上記の反射光L1A、L2Aのみで干渉の影響を代表させ
ても大きく狂うことは無い。
反射光L1Aと第２反射光L2Aについてのみ定性的に説明し
たが、実際には第３図に示すように無限回反射となり極
めて複雑である。しかし、第１反射光L1Aと第２反射光L
2Aに比して、他の反射光L3A、L4A……の光強度は弱いの
で、上記の反射光L1A、L2Aのみで干渉の影響を代表させ
ても大きく狂うことは無い。
ところで、第１図に示すように被検出面5Aに検出光L0が
入射すると、第３図に示すようにその一部は反射し、残
りは被検出面5Aを透過して屈折する。この場合、一般に
反射光中には入射面（被検出面5Aに垂直）に平行なＰ偏
光と入射面に垂直なＳ偏光とを含み、光の振幅、位相に
ついて、次のフレネルの式が成立する。いま、入射角を
θｉ、屈折角をθｔ、Ｐ偏光の振幅をRP、Ｓ偏光の振幅
をRSとすると、 RP＝−tan（θｉ−θｔ）/tan（θｉ＋θｔ） ……（４） RS＝−sin（θｉ−θｔ）/sin（θｉ＋θｔ） ……（５） ここで、入射角がブリュースター角（θｉ＋θｒ＝90
°）に等しいときは、tan（θｉ＋θｔ）＝∞.sin（θ
ｉ＋θｔ）＝１となる。従って、Ｓ偏光の振幅RSは薄膜
の屈折率に応じた値となるが、Ｐ偏光の振幅RPは零（ゼ
ロ）となり、反射することなく全部被検出面5Aを透過す
る。また、 ならば、０＜sin（θｉ＋θｔ）＜１となり、従って
（５）式におけるＳ偏光の振幅RSの符号は変らないが、
tan（θｉ＋θｔ）０となり、従って（４）式におけ
るＰ偏光の振幅RPの付符号は逆転する。
入射すると、第３図に示すようにその一部は反射し、残
りは被検出面5Aを透過して屈折する。この場合、一般に
反射光中には入射面（被検出面5Aに垂直）に平行なＰ偏
光と入射面に垂直なＳ偏光とを含み、光の振幅、位相に
ついて、次のフレネルの式が成立する。いま、入射角を
θｉ、屈折角をθｔ、Ｐ偏光の振幅をRP、Ｓ偏光の振幅
をRSとすると、 RP＝−tan（θｉ−θｔ）/tan（θｉ＋θｔ） ……（４） RS＝−sin（θｉ−θｔ）/sin（θｉ＋θｔ） ……（５） ここで、入射角がブリュースター角（θｉ＋θｒ＝90
°）に等しいときは、tan（θｉ＋θｔ）＝∞.sin（θ
ｉ＋θｔ）＝１となる。従って、Ｓ偏光の振幅RSは薄膜
の屈折率に応じた値となるが、Ｐ偏光の振幅RPは零（ゼ
ロ）となり、反射することなく全部被検出面5Aを透過す
る。また、 ならば、０＜sin（θｉ＋θｔ）＜１となり、従って
（５）式におけるＳ偏光の振幅RSの符号は変らないが、
tan（θｉ＋θｔ）０となり、従って（４）式におけ
るＰ偏光の振幅RPの付符号は逆転する。
第６図は、Ｐ偏光とＳ偏光とで干渉光の位相がほぼ180
°ずれることを説明するための断面説明図である。先
ず、検出光L0の試料面5Aへの入射角θｉがブリュースタ
ー角より小さい場合（θｉ＋θｔ＜90°）は、第６図
（Ａ）に示すように、反射光L1Aと試料面5Aを透過した
後、薄膜5C内で一回反射した後試料面5Aを透過する反射
光L2Aについて、Ｐ偏光（紙面に平行な矢印p1、p2）と
Ｓ偏光（紙面に垂直なＸ印S1、S2）とは共に同方向で位
相のずれは無い。しかし、入射角θｉがブリュースター
角より大きい場合（θｉ＋θｔ＞90°）の場合には、第
６図（Ｂ）に示すようにＳ偏光については不変である
が、Ｐ偏光については反射光L1AのＰ偏光が第６図
（Ａ）の場合とは異なり、180°だけ逆転していること
を示している。すなわち、反射光L1A中のＰ偏光は、入
射角θｉがブリュースター角を境として位相が逆転する
ことを示している。
°ずれることを説明するための断面説明図である。先
ず、検出光L0の試料面5Aへの入射角θｉがブリュースタ
ー角より小さい場合（θｉ＋θｔ＜90°）は、第６図
（Ａ）に示すように、反射光L1Aと試料面5Aを透過した
後、薄膜5C内で一回反射した後試料面5Aを透過する反射
光L2Aについて、Ｐ偏光（紙面に平行な矢印p1、p2）と
Ｓ偏光（紙面に垂直なＸ印S1、S2）とは共に同方向で位
相のずれは無い。しかし、入射角θｉがブリュースター
角より大きい場合（θｉ＋θｔ＞90°）の場合には、第
６図（Ｂ）に示すようにＳ偏光については不変である
が、Ｐ偏光については反射光L1AのＰ偏光が第６図
（Ａ）の場合とは異なり、180°だけ逆転していること
を示している。すなわち、反射光L1A中のＰ偏光は、入
射角θｉがブリュースター角を境として位相が逆転する
ことを示している。
第３図に示す多数回反射光L3A、L4A……についても一回
反射光L2Aと同様に、反射光L1Aに対してＰ偏光が180°
逆転するものと考えられる。基板5Bは通常シリコンやア
ルミニウム等で形成されており、これらの物質からの反
射光も入射角が大きい場合には位相ずれを起す。しか
し、薄膜（レジスト）5C内では入射角θａがブリュース
ター角より小さくなるので、殆んど位相ずれを起すこと
無く、その結果、試料面5Aへの入射角θｉがブリュース
ター角より大きい場合、Ｐ偏光はＳ偏光に対しても180
°位相のずれたものとなる。
反射光L2Aと同様に、反射光L1Aに対してＰ偏光が180°
逆転するものと考えられる。基板5Bは通常シリコンやア
ルミニウム等で形成されており、これらの物質からの反
射光も入射角が大きい場合には位相ずれを起す。しか
し、薄膜（レジスト）5C内では入射角θａがブリュース
ター角より小さくなるので、殆んど位相ずれを起すこと
無く、その結果、試料面5Aへの入射角θｉがブリュース
ター角より大きい場合、Ｐ偏光はＳ偏光に対しても180
°位相のずれたものとなる。
第７図は、第３図における多数回反射光L3A、L4A……ま
で考慮した、Ｐ偏光の干渉光とＳ偏光の干渉光とのシュ
ミレーションの例を示す線図で、第７図（Ａ）は薄膜の
膜厚ｔの変化に対する干渉光の強度変化を示す線図で、
第７図（Ｂ）はその干渉光の重心位置に基づく、試料面
5A側での見掛けの表面ずれ量を示す線図である。実線は
Ｐ偏光による曲線、破線はＳ偏光による曲線を示す。こ
の場合、光源１からの検出光L0を波長λ＝740μｍの単
色光とし、シリコン基板（複素屈折率nS＝3.71＋0.01
i）の表面にアルミニウム層（複素屈折率nAL＝1.44＋5.
2i）を厚さ１μｍに付着し、その上にフォトレジスト
（複素数nR＝1.64＋0.002i）を付着させて成る半導体ウ
ェハ５の表面5Aに対して、入射角θ＝70°で開口数NA＝
0.1の対物レンズ4A、4Bを用いて前記の検出光L0を投射
するものと仮定してある。
で考慮した、Ｐ偏光の干渉光とＳ偏光の干渉光とのシュ
ミレーションの例を示す線図で、第７図（Ａ）は薄膜の
膜厚ｔの変化に対する干渉光の強度変化を示す線図で、
第７図（Ｂ）はその干渉光の重心位置に基づく、試料面
5A側での見掛けの表面ずれ量を示す線図である。実線は
Ｐ偏光による曲線、破線はＳ偏光による曲線を示す。こ
の場合、光源１からの検出光L0を波長λ＝740μｍの単
色光とし、シリコン基板（複素屈折率nS＝3.71＋0.01
i）の表面にアルミニウム層（複素屈折率nAL＝1.44＋5.
2i）を厚さ１μｍに付着し、その上にフォトレジスト
（複素数nR＝1.64＋0.002i）を付着させて成る半導体ウ
ェハ５の表面5Aに対して、入射角θ＝70°で開口数NA＝
0.1の対物レンズ4A、4Bを用いて前記の検出光L0を投射
するものと仮定してある。
第７図（Ａ）から明らかなようにＰ偏光（実線）とＳ偏
光（破線）とでは、干渉効果による光の強弱の周期がほ
ぼ半周期（180°）だけずれており、それに伴って、そ
の光強度が弱くなるときに、第７図（Ｂ）に示すように
レジストの遥か下方（表面からのずれ量が大きい）位置
を検出することになり、検出誤差が大きいことを示して
いる。例えば、膜厚1.2μｍにおける干渉光の強度（第
７図（Ａ）参照）及び検出誤差（第７図（Ｂ）参照）を
見ると、Ｐ偏光（実線）では強度が最大で、しかも検出
誤差（表面からのずれ量）が少なく、第４図（Ｃ）の状
態にあることを示している。しかし、Ｓ偏光については
逆に干渉光の強度が最小付近となり、検出誤差が大き
く、第４図（Ｄ）の状態となる。そこで、この２つのＰ
偏光とＳ偏光とを合成すると、第４図中で（Ｃ）と
（Ｄ）の光量分布をインコヒーレントに加えることにな
り、その光量重心は光強度の強い方（例えば第４図
（Ｃ）の方向）へ引き戻される。
光（破線）とでは、干渉効果による光の強弱の周期がほ
ぼ半周期（180°）だけずれており、それに伴って、そ
の光強度が弱くなるときに、第７図（Ｂ）に示すように
レジストの遥か下方（表面からのずれ量が大きい）位置
を検出することになり、検出誤差が大きいことを示して
いる。例えば、膜厚1.2μｍにおける干渉光の強度（第
７図（Ａ）参照）及び検出誤差（第７図（Ｂ）参照）を
見ると、Ｐ偏光（実線）では強度が最大で、しかも検出
誤差（表面からのずれ量）が少なく、第４図（Ｃ）の状
態にあることを示している。しかし、Ｓ偏光については
逆に干渉光の強度が最小付近となり、検出誤差が大き
く、第４図（Ｄ）の状態となる。そこで、この２つのＰ
偏光とＳ偏光とを合成すると、第４図中で（Ｃ）と
（Ｄ）の光量分布をインコヒーレントに加えることにな
り、その光量重心は光強度の強い方（例えば第４図
（Ｃ）の方向）へ引き戻される。
第８図は、上記の第７図に示すＰ偏光とＳ偏光とを合成
した結果を示す線図で、破線の曲線は膜厚変化に対する
干渉光の強度変化を示し、実線の曲線は、試料面側での
表面からの見掛けのずれ量（検出誤差）を示す。第８図
を見れば明らかなように、干渉による光強度の変化が少
なくなり、検出誤差Δは膜厚1.1μｍ付近においてな
お、0.32μｍの範囲の検出誤差を有する。しかし、次に
述べる手段を用いてＰ偏光とＳ偏光の強度の比を適当に
変えれば、その検出誤差（膜厚の変化による検出誤差の
変動、第５図中でΔX2）を最小とすることが可能であ
る。
した結果を示す線図で、破線の曲線は膜厚変化に対する
干渉光の強度変化を示し、実線の曲線は、試料面側での
表面からの見掛けのずれ量（検出誤差）を示す。第８図
を見れば明らかなように、干渉による光強度の変化が少
なくなり、検出誤差Δは膜厚1.1μｍ付近においてな
お、0.32μｍの範囲の検出誤差を有する。しかし、次に
述べる手段を用いてＰ偏光とＳ偏光の強度の比を適当に
変えれば、その検出誤差（膜厚の変化による検出誤差の
変動、第５図中でΔX2）を最小とすることが可能であ
る。
上記の干渉による検出位置の検出誤差を改善するため
に、第１図に示すように、受光側対物レンズ4Bと受光ス
リット６との間に検出誤差補正光学系10が設けられてい
る。この検出誤差補正光学系10は、第９図に示すような
偏光プリズム11にて構成されている。偏光プリズム11の
反射面11Rは45°傾斜した合わせ面に誘電体多層膜をコ
ートして成り、第10図の分光透過特性図に示す如く、Ｐ
偏光はほぼ100％透過し、Ｓ偏光は50％を透過、残りの5
0％を反射するように構成されている。従って、この偏
光プリズム11を透過する光のうちＰ偏光はほぼ100％そ
の反射面11Rを透過するがＳ偏光は約50％に減光され、
Ｐ偏光とＳ偏光の強度比を2:1とすることができる。こ
の比率は、薄膜5Cと半導体基板5Bとの間の反射面5D（第
６図参照）がアルミニウム膜にて構成されている場合に
おける検出誤差補正に極めて有効である。
に、第１図に示すように、受光側対物レンズ4Bと受光ス
リット６との間に検出誤差補正光学系10が設けられてい
る。この検出誤差補正光学系10は、第９図に示すような
偏光プリズム11にて構成されている。偏光プリズム11の
反射面11Rは45°傾斜した合わせ面に誘電体多層膜をコ
ートして成り、第10図の分光透過特性図に示す如く、Ｐ
偏光はほぼ100％透過し、Ｓ偏光は50％を透過、残りの5
0％を反射するように構成されている。従って、この偏
光プリズム11を透過する光のうちＰ偏光はほぼ100％そ
の反射面11Rを透過するがＳ偏光は約50％に減光され、
Ｐ偏光とＳ偏光の強度比を2:1とすることができる。こ
の比率は、薄膜5Cと半導体基板5Bとの間の反射面5D（第
６図参照）がアルミニウム膜にて構成されている場合に
おける検出誤差補正に極めて有効である。
ところで、基板5Bや薄膜5Cの屈折率特性によっては、Ｐ
偏光とＳ偏光との比率を上記の値とは異なる値に変えた
方がよい場合がある。この場合は、反射面10Rの特性を
変えることにより、Ｐ偏光とＳ偏光との比率を自由に設
定でき、更に、この偏光プリズムを入射光軸を中心とし
てα方向に回動させることによって、検出光L0の入射面
に対するＰ偏光とＳ偏光との比を変えることが可能であ
る。
偏光とＳ偏光との比率を上記の値とは異なる値に変えた
方がよい場合がある。この場合は、反射面10Rの特性を
変えることにより、Ｐ偏光とＳ偏光との比率を自由に設
定でき、更に、この偏光プリズムを入射光軸を中心とし
てα方向に回動させることによって、検出光L0の入射面
に対するＰ偏光とＳ偏光との比を変えることが可能であ
る。
また、検出誤差補正光学系10は、第11図に示すような偏
光板12にて代用することも可能である。この場合、偏光
軸をβ方向に回転させることにより、入射光のＰ偏光と
Ｓ偏光との比を変えることができる。すなわち、検出光
L0を含み且つ試料面5Aに垂直な入射面に対して偏光軸Ｘ
がβだけ回転したとすると、Ｐ偏光はCos2β、Ｓ偏光は
Sin2βの透過率となり、その角度βを適当に調整するこ
とにより所望の比率とすることができる。また、第９図
に示す偏光プリズム11のＰ偏光の透過率TP＝100％、Ｓ
偏光の透過率をTS＝０％になるように構成すれば、前記
の偏光板12と全く同様に使うことができ、入射光軸のま
わりに回転調整することにより、Ｐ偏光とＳ偏光との比
率を変えることができる。
光板12にて代用することも可能である。この場合、偏光
軸をβ方向に回転させることにより、入射光のＰ偏光と
Ｓ偏光との比を変えることができる。すなわち、検出光
L0を含み且つ試料面5Aに垂直な入射面に対して偏光軸Ｘ
がβだけ回転したとすると、Ｐ偏光はCos2β、Ｓ偏光は
Sin2βの透過率となり、その角度βを適当に調整するこ
とにより所望の比率とすることができる。また、第９図
に示す偏光プリズム11のＰ偏光の透過率TP＝100％、Ｓ
偏光の透過率をTS＝０％になるように構成すれば、前記
の偏光板12と全く同様に使うことができ、入射光軸のま
わりに回転調整することにより、Ｐ偏光とＳ偏光との比
率を変えることができる。
第12図は、第９図の偏光プリズム11や第11図の偏光板12
の如き検出誤差補正光学系10を第１図に示す検出光路上
に回転可能に設けることにより、第７図の場合と同様な
光学的条件のもとに、Ｐ偏光とＳ偏光の比率を1:0.35と
して合成した。干渉光の強度の変化と、試料面側での検
出位置の検出誤差（表面からのずれ量）を具体的に示し
たものである。この第12図から明らかなように、薄膜5C
の膜厚が1.1μｍ付近において検出誤差範囲Δ＝0.21μ
ｍで、第８図に示すΔ＝0.32μｍに比して精度が向上し
ている。すなわち、第７図に示すＳ偏光を相対的に弱め
ることにより、そのＳ偏光による検出誤差を小さくし、
精度の向上がはかられている。また、干渉光の強度変化
も第８図の強度変化（破線）に比して強弱の幅が狭くな
り改善されていることが分る。
の如き検出誤差補正光学系10を第１図に示す検出光路上
に回転可能に設けることにより、第７図の場合と同様な
光学的条件のもとに、Ｐ偏光とＳ偏光の比率を1:0.35と
して合成した。干渉光の強度の変化と、試料面側での検
出位置の検出誤差（表面からのずれ量）を具体的に示し
たものである。この第12図から明らかなように、薄膜5C
の膜厚が1.1μｍ付近において検出誤差範囲Δ＝0.21μ
ｍで、第８図に示すΔ＝0.32μｍに比して精度が向上し
ている。すなわち、第７図に示すＳ偏光を相対的に弱め
ることにより、そのＳ偏光による検出誤差を小さくし、
精度の向上がはかられている。また、干渉光の強度変化
も第８図の強度変化（破線）に比して強弱の幅が狭くな
り改善されていることが分る。
上記の実施例では、第１図に示す如く検出誤差補正光学
系10を受光側の検出光路上に設けたが、これを送光側つ
まり第１図中で光源と試料面5Aとの間の検出光路上に設
けても同様な補正効果が得られる。その際、検出誤差補
正光学系10が、偏光プリズム11のような場合には、なる
べく平行光束に近い部分の光路上に設けることが望まし
い。しかし、光束の開き角が小さい場合には、Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分との透過率があまり変化しないので、設
置場所を特に限定しなくてもよい。
系10を受光側の検出光路上に設けたが、これを送光側つ
まり第１図中で光源と試料面5Aとの間の検出光路上に設
けても同様な補正効果が得られる。その際、検出誤差補
正光学系10が、偏光プリズム11のような場合には、なる
べく平行光束に近い部分の光路上に設けることが望まし
い。しかし、光束の開き角が小さい場合には、Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分との透過率があまり変化しないので、設
置場所を特に限定しなくてもよい。
また、第１図の実施例においては、光源としてランダム
偏光のものを用いたが、直線偏光光を発する光源例えば
半導体レーザや直線偏光型のレーザを光源１として用い
る場合には、その偏光面を検出光の入射面に対して回転
調整するために、偏光プリズム11や偏光板12の代りに、
検出誤差補正光学系10として回転可能なλ/2板を用いて
もよい。また、磁場を制御することにより偏波面（偏光
面）を光軸のまわりに回転可能なファラデー素子、ある
いは光の旋光性（自然旋光）のある素子、例えば水晶板
等を利用して偏光面を回転調整してもよい。ただし、水
晶板の場合には、所定量だけ偏光面を回転させるため
に、所定の厚さの水晶板を単体または複数個組み合わせ
て光路中に挿入する。
偏光のものを用いたが、直線偏光光を発する光源例えば
半導体レーザや直線偏光型のレーザを光源１として用い
る場合には、その偏光面を検出光の入射面に対して回転
調整するために、偏光プリズム11や偏光板12の代りに、
検出誤差補正光学系10として回転可能なλ/2板を用いて
もよい。また、磁場を制御することにより偏波面（偏光
面）を光軸のまわりに回転可能なファラデー素子、ある
いは光の旋光性（自然旋光）のある素子、例えば水晶板
等を利用して偏光面を回転調整してもよい。ただし、水
晶板の場合には、所定量だけ偏光面を回転させるため
に、所定の厚さの水晶板を単体または複数個組み合わせ
て光路中に挿入する。
光源からの偏波面（偏光面）を上記のλ/2板やファラデ
ー素子、水晶板等のような偏光光学手段を用いて、光源
の偏波面を入射面に対して傾けることにより、Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分の強度の相対的な比を変えることが可能
である。例えば、第12図に示す例において、Ｐ偏光とＳ
偏光の強度比を1:0.35にする場合には、反射面（試料面
5A）と偏波面の角度をθとしてCos2θ：Sin2θ＝1:0.35
にする角度θを選べば、θ＝30.6°となる。このよう
に、光源が偏光している場合には、前述の偏光プリズム
11や偏光板12のような偏光光学手段によるものよりも光
の損失が少ない点で有利である。
ー素子、水晶板等のような偏光光学手段を用いて、光源
の偏波面を入射面に対して傾けることにより、Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分の強度の相対的な比を変えることが可能
である。例えば、第12図に示す例において、Ｐ偏光とＳ
偏光の強度比を1:0.35にする場合には、反射面（試料面
5A）と偏波面の角度をθとしてCos2θ：Sin2θ＝1:0.35
にする角度θを選べば、θ＝30.6°となる。このよう
に、光源が偏光している場合には、前述の偏光プリズム
11や偏光板12のような偏光光学手段によるものよりも光
の損失が少ない点で有利である。
なお、光源１として多波長光源を用い、多色光により反
射光の干渉性を少なくさせるようにすれば、更に検出精
を向上させることが可能である。また、上記第１図の実
施例においては、振動する受光スリット６を含む光電検
出器９で反射光を検出するように構成されているが、こ
の受光部にCCD型の個体撮像素子やPSD（半導***置検出
素子）あるいは撮像管等の各種検出器を用いて光量重心
を検出するように構成してもよい。
射光の干渉性を少なくさせるようにすれば、更に検出精
を向上させることが可能である。また、上記第１図の実
施例においては、振動する受光スリット６を含む光電検
出器９で反射光を検出するように構成されているが、こ
の受光部にCCD型の個体撮像素子やPSD（半導***置検出
素子）あるいは撮像管等の各種検出器を用いて光量重心
を検出するように構成してもよい。
以上の如く本発明によれば、検出光路上にＰ偏光成分の
Ｓ偏光成分との強度を検出面において任意に変えること
ができる偏光光学手段を設けたので、光透過性の薄膜を
有する被検出面に対して、その薄膜によって生じる干渉
に起因する表面変位検出誤差を極めて簡単な構成で軽減
することができ、さらに、検出先の光強度の変化も小さ
く、測定精度を向上させることができる利点がある。
Ｓ偏光成分との強度を検出面において任意に変えること
ができる偏光光学手段を設けたので、光透過性の薄膜を
有する被検出面に対して、その薄膜によって生じる干渉
に起因する表面変位検出誤差を極めて簡単な構成で軽減
することができ、さらに、検出先の光強度の変化も小さ
く、測定精度を向上させることができる利点がある。
第１図は本発明の実施例を知す光学系概略構成図、第２
図は、第１図の実施例における、被検出面の位置の変化
と検出面における光スポツト像の位置の変化を示す説明
図、第３図は第１図の実施例における被検出面上の薄膜
にて反射する反射光を示す説明図、第４図は第３図にお
ける薄膜による反射光の干渉によって生じる検出面上で
の光量重心の移動を示す説明図、第５図は干渉によって
生じる被検出面側での検出誤差を説明するための線図、
第６図は検出光の入射角が反射光のＰ偏光に影響を及ぼ
すことを説明するための説明図で、（Ａ）は入射角がブ
リュースター角より小さい場合の断面図、（Ｂ）は入射
角がブリュースター角より大きい場合の断面図、第７図
はＰ偏光とＳ偏光のそれぞれの干渉状態における検出結
果をシミュレーションで示した線図で（Ａ）は膜厚に対
するＰ偏光とＳ偏光の光強度分布図、（Ｂ）は膜厚に対
する被検出面側での見掛ける表面からのずれ量をＰ偏光
とＳ偏光とについて示す線図、第８図は、第１図の実施
例から偏光光学手段を削除した場合の検出結果をシミュ
レーションで示す線図、第９図は、第１図に示す検出誤
差補正光学系としての偏光プリズムを示す斜視図、第10
図は第９図の偏光プリズムの光線透過率線図、第11図は
検出誤差補正光学系としての偏光板を示す斜視図、第12
図は第１図に示す本発明の検出結果をシミュレーション
で示した線図である。 （主要部分の符号の説明） １…光源、3A…送光スリット、4A…送光対物レンズ、4B
…受光対物レンズ、５…半導体ウェハ、5A…半導体ウェ
ハ表面（被検出面）、5B…半導体基板、5C…薄膜、６…
受光スリット（検出面） 10…検出誤差補正光学系（偏光光学手段） 11…偏光プリズム（偏光光学手段） 12…偏光板（偏光光学手段）
図は、第１図の実施例における、被検出面の位置の変化
と検出面における光スポツト像の位置の変化を示す説明
図、第３図は第１図の実施例における被検出面上の薄膜
にて反射する反射光を示す説明図、第４図は第３図にお
ける薄膜による反射光の干渉によって生じる検出面上で
の光量重心の移動を示す説明図、第５図は干渉によって
生じる被検出面側での検出誤差を説明するための線図、
第６図は検出光の入射角が反射光のＰ偏光に影響を及ぼ
すことを説明するための説明図で、（Ａ）は入射角がブ
リュースター角より小さい場合の断面図、（Ｂ）は入射
角がブリュースター角より大きい場合の断面図、第７図
はＰ偏光とＳ偏光のそれぞれの干渉状態における検出結
果をシミュレーションで示した線図で（Ａ）は膜厚に対
するＰ偏光とＳ偏光の光強度分布図、（Ｂ）は膜厚に対
する被検出面側での見掛ける表面からのずれ量をＰ偏光
とＳ偏光とについて示す線図、第８図は、第１図の実施
例から偏光光学手段を削除した場合の検出結果をシミュ
レーションで示す線図、第９図は、第１図に示す検出誤
差補正光学系としての偏光プリズムを示す斜視図、第10
図は第９図の偏光プリズムの光線透過率線図、第11図は
検出誤差補正光学系としての偏光板を示す斜視図、第12
図は第１図に示す本発明の検出結果をシミュレーション
で示した線図である。 （主要部分の符号の説明） １…光源、3A…送光スリット、4A…送光対物レンズ、4B
…受光対物レンズ、５…半導体ウェハ、5A…半導体ウェ
ハ表面（被検出面）、5B…半導体基板、5C…薄膜、６…
受光スリット（検出面） 10…検出誤差補正光学系（偏光光学手段） 11…偏光プリズム（偏光光学手段） 12…偏光板（偏光光学手段）
Claims (2)
- 【請求項１】光透過性の薄膜を有する被検出面に光源か
らの検出光を斜めに入射して所定形状の光像を結像させ
た後、前記被検出面からの反射光を検出面上に再結像さ
せ、前記被検出面の位置の変化に応じて変位する前記検
出面上での光像を検出して前記被検出面の位置を検出す
る斜入射型位置検出装置において、前記被検出面で反射
された後に前記検出面上に入射する検出光の入射面に平
行な偏光成分と入射面に垂直な偏光成分との強度を任意
に変え得る偏光光学手段を前記光源から前記被検出面を
介して前記検出面に至る間の検出光路上の所定の位置に
設けたことを特徴とする表面変位検出装置。 - 【請求項２】前記偏光光学手段は、偏光プリズム、板状
の偏光板、λ/2板または、磁場を制御して光源の偏光面
を回転調整可能なファラデー素子または、旋光性のある
光学素子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の表面変位検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62111889A JPH0718699B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 表面変位検出装置 |
| US07/189,831 US4864123A (en) | 1987-05-08 | 1988-05-03 | Apparatus for detecting the level of an object surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62111889A JPH0718699B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 表面変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63275912A JPS63275912A (ja) | 1988-11-14 |
| JPH0718699B2 true JPH0718699B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=14572686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62111889A Expired - Lifetime JPH0718699B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 表面変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0718699B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0726648Y2 (ja) * | 1988-03-30 | 1995-06-14 | アンリツ株式会社 | 変位測定装置 |
| NL9100410A (nl) * | 1991-03-07 | 1992-10-01 | Asm Lithography Bv | Afbeeldingsapparaat voorzien van een focusfout- en/of scheefstandsdetectie-inrichting. |
| KR101124179B1 (ko) | 2003-04-09 | 2012-03-27 | 가부시키가이샤 니콘 | 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법 |
| TWI457712B (zh) | 2003-10-28 | 2014-10-21 | 尼康股份有限公司 | 照明光學裝置、投影曝光裝置、曝光方法以及元件製造方法 |
| TWI512335B (zh) | 2003-11-20 | 2015-12-11 | 尼康股份有限公司 | 光束變換元件、光學照明裝置、曝光裝置、以及曝光方法 |
| TWI360837B (en) | 2004-02-06 | 2012-03-21 | Nikon Corp | Polarization changing device, optical illumination |
| EP1881521B1 (en) | 2005-05-12 | 2014-07-23 | Nikon Corporation | Projection optical system, exposure apparatus and exposure method |
| US7609373B2 (en) * | 2005-05-31 | 2009-10-27 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Reducing variations in energy reflected from a sample due to thin film interference |
| KR101484436B1 (ko) * | 2005-07-08 | 2015-01-19 | 가부시키가이샤 니콘 | 면 위치 검출 장치, 노광 장치 및 노광 방법 |
| JP5267029B2 (ja) | 2007-10-12 | 2013-08-21 | 株式会社ニコン | 照明光学装置、露光装置及びデバイスの製造方法 |
| US8379187B2 (en) | 2007-10-24 | 2013-02-19 | Nikon Corporation | Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| US9116346B2 (en) | 2007-11-06 | 2015-08-25 | Nikon Corporation | Illumination apparatus, illumination method, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP5084558B2 (ja) * | 2008-02-28 | 2012-11-28 | キヤノン株式会社 | 表面形状計測装置、露光装置及びデバイス製造方法 |
| NL2009273A (en) | 2011-08-31 | 2013-03-04 | Asml Netherlands Bv | Level sensor arrangement for lithographic apparatus, lithographic apparatus and device manufacturing method. |
| CN105700296B (zh) * | 2014-11-26 | 2019-04-30 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 硅片表面高度和倾斜度检测装置及方法 |
| JP6562699B2 (ja) * | 2015-04-30 | 2019-08-21 | キヤノン株式会社 | 検出装置、計測装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法、および検出方法 |
| JP7471938B2 (ja) | 2020-07-03 | 2024-04-22 | 三星電子株式会社 | エリプソメータ及び半導体装置の検査装置 |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP62111889A patent/JPH0718699B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63275912A (ja) | 1988-11-14 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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