JPH07332954A - 変位傾斜測定方法および装置 - Google Patents
変位傾斜測定方法および装置Info
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- JPH07332954A JPH07332954A JP6128879A JP12887994A JPH07332954A JP H07332954 A JPH07332954 A JP H07332954A JP 6128879 A JP6128879 A JP 6128879A JP 12887994 A JP12887994 A JP 12887994A JP H07332954 A JPH07332954 A JP H07332954A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑な構成を必要とすることなく、迅速に測
定対象面の変位と傾斜とを同時に測定できるようにする
ことを目的とする。 【構成】 微動ステージ１上の測定点では、光源２ａ，
２ｂの異なる方向からの２つの光が照射される。そし
て、このことによる微動ステージ１から反射する光のそ
れぞれを２つの２次元光センサ３ａ，３ｂで検出し、演
算処理部４により微動ステージ１の変位量と傾斜量が同
時測定可能となる。
定対象面の変位と傾斜とを同時に測定できるようにする
ことを目的とする。 【構成】 微動ステージ１上の測定点では、光源２ａ，
２ｂの異なる方向からの２つの光が照射される。そし
て、このことによる微動ステージ１から反射する光のそ
れぞれを２つの２次元光センサ３ａ，３ｂで検出し、演
算処理部４により微動ステージ１の変位量と傾斜量が同
時測定可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はステッパーなどの移動ス
テージ等の変位と傾斜とを同時に測定する変位傾斜測定
方法および装置に関するものである。
テージ等の変位と傾斜とを同時に測定する変位傾斜測定
方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】縮小投影露光装置（ステッパー）などの
光学装置では、基板を載置して微小な位置制御を行うウ
エハーステージの変位と傾斜の状態を把握しておくこと
は重要なことである。この、測定対象面の変位と傾斜を
同時に実時間で測定する方法として、従来より干渉計，
静電容量変位計や、差動トランスなどを測定対象の移動
面に対して多軸に配置することによる測定方法が知られ
ている。その他、傾斜を測定する方法としては、オート
コリメーターがある。また、変位もしくは傾斜を測定で
きる分割フォトダイオードによる測定方法もある。
光学装置では、基板を載置して微小な位置制御を行うウ
エハーステージの変位と傾斜の状態を把握しておくこと
は重要なことである。この、測定対象面の変位と傾斜を
同時に実時間で測定する方法として、従来より干渉計，
静電容量変位計や、差動トランスなどを測定対象の移動
面に対して多軸に配置することによる測定方法が知られ
ている。その他、傾斜を測定する方法としては、オート
コリメーターがある。また、変位もしくは傾斜を測定で
きる分割フォトダイオードによる測定方法もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来から使われている
干渉計ではストロークが大きいという長所はあるが、各
軸に使用する光学部品やカウンター等の電気系など高価
なものが必要となる。また、静電容量変位計、差動トラ
ンスではセンサー部を被測定部に接近させる必要があ
り、かつ電気系が複雑な同期検波などをしなければなら
ない。またオートコリメーターや従来の分割フォトダイ
オードは、安価に簡単に構成することができるが、変位
と傾斜の分離同時検出ができない等の問題点があった。
干渉計ではストロークが大きいという長所はあるが、各
軸に使用する光学部品やカウンター等の電気系など高価
なものが必要となる。また、静電容量変位計、差動トラ
ンスではセンサー部を被測定部に接近させる必要があ
り、かつ電気系が複雑な同期検波などをしなければなら
ない。またオートコリメーターや従来の分割フォトダイ
オードは、安価に簡単に構成することができるが、変位
と傾斜の分離同時検出ができない等の問題点があった。
【０００４】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、複雑な構成を必要とする
ことなく、迅速に測定対象面の変位と傾斜とを同時に測
定できるようにすることを目的とする。
るためになされたものであり、複雑な構成を必要とする
ことなく、迅速に測定対象面の変位と傾斜とを同時に測
定できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の変位傾斜測定
方法は、まず、測定面の所定の位置に測定面に対して所
定の角度から第１の光を照射することで得られる測定面
で反射した第１の反射光を、所定の位置より第１の距離
に配置した第１の受光面で受光し、加えて、所定の位置
に測定面に対して所定の角度から第２の光を照射するこ
とで得られる測定面で反射した第２の反射光を、所定の
位置より第２の距離に配置した第２の受光面で受光す
る。そして、第１，第２の距離、第１の光の所定の位置
までの光路を測定面に投影した軌跡と，第２の光の所定
の位置までの光路を測定面に投影した軌跡とがなす投影
角度、そして、第１の受光面の第１の反射光の受光位置
の移動量、第２の受光面の第２の反射光の受光位置の移
動量により、測定面の傾き量と法線方向の変位量とを同
時に算出することを特徴とする。
方法は、まず、測定面の所定の位置に測定面に対して所
定の角度から第１の光を照射することで得られる測定面
で反射した第１の反射光を、所定の位置より第１の距離
に配置した第１の受光面で受光し、加えて、所定の位置
に測定面に対して所定の角度から第２の光を照射するこ
とで得られる測定面で反射した第２の反射光を、所定の
位置より第２の距離に配置した第２の受光面で受光す
る。そして、第１，第２の距離、第１の光の所定の位置
までの光路を測定面に投影した軌跡と，第２の光の所定
の位置までの光路を測定面に投影した軌跡とがなす投影
角度、そして、第１の受光面の第１の反射光の受光位置
の移動量、第２の受光面の第２の反射光の受光位置の移
動量により、測定面の傾き量と法線方向の変位量とを同
時に算出することを特徴とする。
【０００６】また、この発明の変位傾斜測定装置は、測
定面の所定の位置に測定面に対して所定の角度より第１
の光を照射する第１の光源と、所定の位置に第１の光源
とは異なる方向から測定面に対して所定の角度より第２
の光を照射する第２の光源と、第１の光源による測定面
からの反射光を受光し、その受光位置に対応した第１の
受光位置信号を出力する第１の光センサと、第２の光源
による測定面からの反射光を受光し、その受光位置に対
応した第２の受光位置信号を出力する第２の光センサと
を備える。そして、第１と第２の受光位置信号の変化量
と，第１の光の線と第２の光の線とを測定面に投影した
ときになすそれぞれの投影角度と、により測定面の傾き
量と法線方向の変位量とを同時に算出する演算処理手段
とを備えたことを特徴とする。
定面の所定の位置に測定面に対して所定の角度より第１
の光を照射する第１の光源と、所定の位置に第１の光源
とは異なる方向から測定面に対して所定の角度より第２
の光を照射する第２の光源と、第１の光源による測定面
からの反射光を受光し、その受光位置に対応した第１の
受光位置信号を出力する第１の光センサと、第２の光源
による測定面からの反射光を受光し、その受光位置に対
応した第２の受光位置信号を出力する第２の光センサと
を備える。そして、第１と第２の受光位置信号の変化量
と，第１の光の線と第２の光の線とを測定面に投影した
ときになすそれぞれの投影角度と、により測定面の傾き
量と法線方向の変位量とを同時に算出する演算処理手段
とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】測定面が傾いたり上下すると、この変化量が第
１と第２の反射光の光路の変化となる。そして、この光
路の変化により、測定面の傾斜量や法線方向の変位量を
算出する。
１と第２の反射光の光路の変化となる。そして、この光
路の変化により、測定面の傾斜量や法線方向の変位量を
算出する。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の１実施例を図を参照して説
明する。 実施例１ 図１は、この発明の第１の実施例である変位傾斜測定装
置の構成を示す構成図であり、１は微小な位置制御が行
われる微動ステージ、２ａ，２ｂは光源、３ａ，３ｂは
微動ステージ１で反射した光源２ａ，２ｂからの光をそ
れぞれ受ける２次元光センサ、４は２次元光センサ３
ａ，３ｂより得られた信号より微動ステージ１の変位量
と傾斜量とを算出する演算処理部である。２次元光セン
サ３ａ，３ｂは、入射した光の受光面内の位置に対応す
る信号を出力するものであり、たとえばＣＣＤイメージ
センサや、４分割ダイオードなどがある。
明する。 実施例１ 図１は、この発明の第１の実施例である変位傾斜測定装
置の構成を示す構成図であり、１は微小な位置制御が行
われる微動ステージ、２ａ，２ｂは光源、３ａ，３ｂは
微動ステージ１で反射した光源２ａ，２ｂからの光をそ
れぞれ受ける２次元光センサ、４は２次元光センサ３
ａ，３ｂより得られた信号より微動ステージ１の変位量
と傾斜量とを算出する演算処理部である。２次元光セン
サ３ａ，３ｂは、入射した光の受光面内の位置に対応す
る信号を出力するものであり、たとえばＣＣＤイメージ
センサや、４分割ダイオードなどがある。
【０００９】微動ステージ１上の測定点では、光源２
ａ，２ｂの異なる方向からの２つの光が照射される。こ
のとき一つの光源を２つに分けても、２つの光源を用い
てもどちらでもよい。微動ステージ１から反射する光の
それぞれを２つの２次元光センサ３ａ，３ｂで検出し、
演算処理部４により上記演算を行い微動ステージ１の変
位量と傾斜量が同時測定可能となる。なお、ここでは、
微動ステージ１上の測定点から２次元光センサ３ａ，３
ｂまでの距離は両方ともＬとする。
ａ，２ｂの異なる方向からの２つの光が照射される。こ
のとき一つの光源を２つに分けても、２つの光源を用い
てもどちらでもよい。微動ステージ１から反射する光の
それぞれを２つの２次元光センサ３ａ，３ｂで検出し、
演算処理部４により上記演算を行い微動ステージ１の変
位量と傾斜量が同時測定可能となる。なお、ここでは、
微動ステージ１上の測定点から２次元光センサ３ａ，３
ｂまでの距離は両方ともＬとする。
【００１０】２次元光センサ３ａ，３ｂは光線の入射面
との交線方向とその交線に直交する方向の変化を測定で
きるように配置する。この測定は光線の測定点への入射
角（θ）、測定点から２次元光センサ３ａ，３ｂの受光
面までの距離（Ｌ）、２つの光線間のｘｙ面での角度
（Φ）、反射光の２次元光センサ３ａ，３ｂの受光面で
のスポット径によって感度とダイナミックレンジが変わ
る。また微動ステージ１の反射面が光学的に平面である
ほどスポット形状のくずれが小さく、反射強度が大きく
なるため感度がよくなるので、微動ステージ１が粗面の
場合でも反射面に鏡面状のものをつけることにより感度
が上がる。
との交線方向とその交線に直交する方向の変化を測定で
きるように配置する。この測定は光線の測定点への入射
角（θ）、測定点から２次元光センサ３ａ，３ｂの受光
面までの距離（Ｌ）、２つの光線間のｘｙ面での角度
（Φ）、反射光の２次元光センサ３ａ，３ｂの受光面で
のスポット径によって感度とダイナミックレンジが変わ
る。また微動ステージ１の反射面が光学的に平面である
ほどスポット形状のくずれが小さく、反射強度が大きく
なるため感度がよくなるので、微動ステージ１が粗面の
場合でも反射面に鏡面状のものをつけることにより感度
が上がる。
【００１１】以下、この発明の変位傾斜測定方法によ
る、微動ステージ１の変位量と傾斜量の算出について詳
細に説明する。ここでは、計算式を簡単にするために、
図１に示すように、光源２ａからの光軸がｙｚ面を入射
面とするように座標を設定し、光源２ａからの光軸と光
源２ｂからの光軸とのｘｙ面においてなす角をΦとす
る。また２つの光線ともｘｙ面とのなす角をθとする。
すなわち、光源２ａ，２ｂからの光線と微小ステージ１
とのなす角はθである。
る、微動ステージ１の変位量と傾斜量の算出について詳
細に説明する。ここでは、計算式を簡単にするために、
図１に示すように、光源２ａからの光軸がｙｚ面を入射
面とするように座標を設定し、光源２ａからの光軸と光
源２ｂからの光軸とのｘｙ面においてなす角をΦとす
る。また２つの光線ともｘｙ面とのなす角をθとする。
すなわち、光源２ａ，２ｂからの光線と微小ステージ１
とのなす角はθである。
【００１２】ここで微小ステージ１がｚ軸方向にδｚ微
小変位し、ｘ軸を中心にδθ1 、ｙ軸を中心にδθ2 微
小回転（傾斜）した場合を考える。微小ステージ１の変
位・傾斜量は微小であり、測定範囲内ではこの変化が線
形的なものととらえることができるので、２つの光の２
次元光センサ３ａ，３ｂ上での移動量Ｓ1、Ｓ2は、２次
元ベクトルで表され、以下の式１，式２で示される。
小変位し、ｘ軸を中心にδθ1 、ｙ軸を中心にδθ2 微
小回転（傾斜）した場合を考える。微小ステージ１の変
位・傾斜量は微小であり、測定範囲内ではこの変化が線
形的なものととらえることができるので、２つの光の２
次元光センサ３ａ，３ｂ上での移動量Ｓ1、Ｓ2は、２次
元ベクトルで表され、以下の式１，式２で示される。
【００１３】 Ｓ1（ξ1、η1）＝｛２Ｌδθ2、Ａδｚ−２Ｌδθ1｝・・・（１）
【００１４】 Ｓ2（ξ2、η2） ＝｛２Ｌδθ2（sinΦ＋cosΦ）、Ａδｚ＋２Ｌθ1（sinΦ−cosΦ）｝ ・・・（２）
【００１５】上式において、Ｓ 1は光源２ａを出射した
ｙｚ面を入射面とする光が２次元光センサ３ａの受光面
上に作るスポットの座標で、その座標系は（ξ1、η1）
で示される。また、Ｓ2は他方の光源２ｂからの光が、
２次元光センサ３ｂの受光面上に作るスポットの座標
で、その座標系は（ξ2、η2）で示される。なお、Ａは
測定面への光の入射角で決まる定数であり、また、入射
面に対してξは平行、ηは垂直な方向とする。
ｙｚ面を入射面とする光が２次元光センサ３ａの受光面
上に作るスポットの座標で、その座標系は（ξ1、η1）
で示される。また、Ｓ2は他方の光源２ｂからの光が、
２次元光センサ３ｂの受光面上に作るスポットの座標
で、その座標系は（ξ2、η2）で示される。なお、Ａは
測定面への光の入射角で決まる定数であり、また、入射
面に対してξは平行、ηは垂直な方向とする。
【００１６】ここで、Ｂ(Φ)＝（sinΦ＋cosΦ）、Ｃ
(Φ)＝（sinΦ−cosΦ）、と定義すれば、以下の式３に
示すように、上式２を整理することができる。
(Φ)＝（sinΦ−cosΦ）、と定義すれば、以下の式３に
示すように、上式２を整理することができる。
【００１７】 Ｓ2（ξ2、η2）＝｛２ＬＢ(Φ)δθ2、Ａδｚ＋２ＬＣ(Φ)θ1｝・・・（３）
【００１８】そして、Ｌ、Φはあらかじめ測定でき既知
となるため、上記式１と式３（式２）を解くとそれぞれ
の変化量を別々に求めることが可能となり、ステージの
変位量(δｚ)、傾斜量(δθ1,δθ2)は以下のようにな
る。
となるため、上記式１と式３（式２）を解くとそれぞれ
の変化量を別々に求めることが可能となり、ステージの
変位量(δｚ)、傾斜量(δθ1,δθ2)は以下のようにな
る。
【００１９】 δθ1＝（η2ーη1）／（２ＬＣ(Φ)＋２Ｌ）・・・（４）
【００２０】δθ2＝ξ1／（２Ｌ）・・・（５）
【００２１】δｚ＝η1＋２Ｌδθ1・・・（６）
【００２２】また設計上の都合で２つ２次元光センサ３
ａ，３ｂの配置であるθ，Ｌをそれぞれ一致させること
が出来ない場合でも、たとえばδθかδｚどちらか一方
について双方の受光面の単位ビーム偏向あたりの差動出
力が等しくなるように増幅器ゲインを調整すればよい。
このことにより、２つの２次元光センサ３ａ，３ｂより
得られた信号の後処理の線形演算で、微動ステージ１の
変位量と傾斜量の同時算出が可能となる。
ａ，３ｂの配置であるθ，Ｌをそれぞれ一致させること
が出来ない場合でも、たとえばδθかδｚどちらか一方
について双方の受光面の単位ビーム偏向あたりの差動出
力が等しくなるように増幅器ゲインを調整すればよい。
このことにより、２つの２次元光センサ３ａ，３ｂより
得られた信号の後処理の線形演算で、微動ステージ１の
変位量と傾斜量の同時算出が可能となる。
【００２３】実施例２．なお、上記実施例において、２
次元光センサを用いるようにしたがこれに限るものでは
ない。入射した光の１次元方向の位置に対応した信号を
出力する１次元光センサを４つ用いるようにしても良
い。図２に示すように、測定面２１で反射した１つの光
２２をビームスプリッター２３などで２つに分け、この
２つの光２２ａ，２２ｂを受光するように１次元センサ
２４ａ，２４ｂを配置する。そして、２つに分けた光２
２ａ，２２ｂを受光する１次元光センサ２４ａ，２４ｂ
を、それぞれその受光部が直交するように配置すればよ
く、実施例１と同様の効果を奏するものである。
次元光センサを用いるようにしたがこれに限るものでは
ない。入射した光の１次元方向の位置に対応した信号を
出力する１次元光センサを４つ用いるようにしても良
い。図２に示すように、測定面２１で反射した１つの光
２２をビームスプリッター２３などで２つに分け、この
２つの光２２ａ，２２ｂを受光するように１次元センサ
２４ａ，２４ｂを配置する。そして、２つに分けた光２
２ａ，２２ｂを受光する１次元光センサ２４ａ，２４ｂ
を、それぞれその受光部が直交するように配置すればよ
く、実施例１と同様の効果を奏するものである。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、測定面に異なる方向からの第１と第２の光を照射
し、測定面が傾いたり上下したときの第１と第２の反射
光の光路の変化により、測定面の傾斜量や法線方向の変
位量を算出するようにした。このため、複雑な構成を必
要とすることなく、迅速に測定対象面の変位と傾斜とを
同時に測定できるという効果がある。
ば、測定面に異なる方向からの第１と第２の光を照射
し、測定面が傾いたり上下したときの第１と第２の反射
光の光路の変化により、測定面の傾斜量や法線方向の変
位量を算出するようにした。このため、複雑な構成を必
要とすることなく、迅速に測定対象面の変位と傾斜とを
同時に測定できるという効果がある。
【００２５】例えば、ステッパーの移動ステージが、縮
小投影レンズ系により形成される結像面に対して変位・
傾斜があると、露光時のフォーカスの誤差となる。しか
し、この発明によれば、測定面である移動ステージのス
テッピング動作などによる平行移動に対しては、その面
内移動を検出しないので、移動ステージが平行移動した
ときの、測定点におけるフォーカス位置や傾斜などの誤
差特性を知ることができる。
小投影レンズ系により形成される結像面に対して変位・
傾斜があると、露光時のフォーカスの誤差となる。しか
し、この発明によれば、測定面である移動ステージのス
テッピング動作などによる平行移動に対しては、その面
内移動を検出しないので、移動ステージが平行移動した
ときの、測定点におけるフォーカス位置や傾斜などの誤
差特性を知ることができる。
【図１】 この発明の第１の実施例である変位傾斜測定
装置の構成を示す斜視図である。
装置の構成を示す斜視図である。
【図２】 この発明の第２の実施例を示す構成図であ
る。
る。
１…微動ステージ、２ａ，２ｂ…光源、３ａ，３ｂ…２
次元光センサ、４…演算処理部。
次元光センサ、４…演算処理部。
Claims (2)
- 【請求項１】 平坦な測定面の法線方向の変位量と前記
測定面の傾き量とを測定する変位傾斜測定方法であっ
て、 前記測定面の所定の位置に前記測定面に対して所定の角
度から第１の光を照射することで得られる前記測定面で
反射した第１の反射光を、前記所定の位置より第１の距
離に配置した第１の受光面で受光し、 前記所定の位置に前記測定面に対して所定の角度から第
２の光を照射することで得られる前記測定面で反射した
第２の反射光を、前記所定の位置より第２の距離に配置
した第２の受光面で受光し、 前記第１，第２の距離、 前記第１の光の前記所定の位置までの光路を前記測定面
に投影した軌跡と，前記第２の光の前記所定の位置まで
の光路を前記測定面に投影した軌跡とがなす投影角度、 前記第１の受光面の前記第１の反射光の受光位置の移動
量、前記第２の受光面の前記第２の反射光の受光位置の
移動量により、 前記測定面の傾き量と法線方向の変位量とを同時に算出
することを特徴とする変位傾斜測定方法。 - 【請求項２】 平坦な測定面の法線方向の変位量と前記
測定面の傾き量とを測定する変位傾斜測定装置であっ
て、 前記測定面の所定の位置に前記測定面に対して所定の角
度より第１の光を照射する第１の光源と、 前記所定の位置に前記第１の光源とは異なる方向から前
記測定面に対して所定の角度より第２の光を照射する第
２の光源と、 前記第１の光源による前記測定面からの反射光を受光
し、その受光位置に対応した第１の受光位置信号を出力
する第１の光センサと、 前記第２の光源による前記測定面からの反射光を受光
し、その受光位置に対応した第２の受光位置信号を出力
する第２の光センサと、 前記第１と第２の受光位置信号の変化量と，前記第１の
光の線と第２の光の線とを前記測定面に投影したときに
なすそれぞれの投影角度とにより測定面の傾き量と法線
方向の変位量とを同時に算出する演算処理手段とを備え
たことを特徴とする変位傾斜測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6128879A JPH07332954A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 変位傾斜測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6128879A JPH07332954A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 変位傾斜測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332954A true JPH07332954A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14995618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6128879A Pending JPH07332954A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 変位傾斜測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07332954A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003535319A (ja) * | 2000-05-30 | 2003-11-25 | カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 距離測定用および／または面傾斜度測定用の光センサ |
| JP2007064670A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 表面形状測定機 |
| JP2014092369A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Fujitsu Ltd | 検査装置および検査方法 |
| WO2016031935A1 (ja) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 株式会社ニコン | 表面形状測定装置 |
| EP3346232A4 (en) * | 2015-08-31 | 2018-07-11 | Nikon Corporation | Surface-shape measuring device and surface-shape measuring program |
-
1994
- 1994-06-10 JP JP6128879A patent/JPH07332954A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003535319A (ja) * | 2000-05-30 | 2003-11-25 | カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 距離測定用および／または面傾斜度測定用の光センサ |
| JP2007064670A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 表面形状測定機 |
| JP2014092369A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Fujitsu Ltd | 検査装置および検査方法 |
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| JPWO2016031935A1 (ja) * | 2014-08-29 | 2017-06-08 | 株式会社ニコン | 表面形状測定装置 |
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