JPS62503049A - 二次元的な対象物を整向、検査及び／または測定するための方法及び装置 - 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】 二次元的な対象物を整向、検査 及び／または測定するための方法 及び装置 本発明は、少なくとも互いに垂直に延びている２つの座標方向に移動可能な測定 機械のテーブル上にある二次元的な対象物を整向、検査及び／または測定するた めの方法及び装置に関するものである。

この種の方法及び装置は、例えばマスクまたはウェーハーの構造を検知、整向、 検査及び／または測定するために用いられる。

特許出願Ｐ３５１２６１５．９から公知の装置では。

光点により走査することによって複数個の対象物の座標方向における位置を検知 するため、照明装置から各座標方向ごとに生じた光束を１つの光路に合流させ、 集光系によって１つの共通の中間像面に結像させるようになっている。さらに光 束は、光学的要素によって各座標方向に対応して偏向せしめられ、結像系によっ て各測定されるべき対象物に投射される。各対象物から反射した光束は、少なく とも１つの光電式受光系によって電気的な測定信号に変換され、この電気的な測 定信号から、光点の偏向と測定機械のテーブルの位置とに依存して対象物に対応 する量がコンピュータで検出さ九る。

この装置の欠点は５個々の座標方向における測定を同時に行なえないこと、非常 に狭い光点を結像させるときに光の回折が生じるので、対象物のエツジの状態を 精度よく検知するには限度があることである。

上記の欠点を解消するため、本発明の目的は２両座標方向における測定を同時に 行なうことができ、非常に小さな光点を結像させることにより走査精度に影響を 与えないようになし、対象物の温度負荷が小さくなるような方法及び装置を提供 することである。

本発明は、冒頭で述べた方法において、即ち各座標方向に関係付けられた光束を １つの光路に合流させ、共通の中間像面に結像させ、光電式送信系と結合されて いる光学的要素によって、各光束に関係付けられている座標方向に対応して偏向 させ、結像系によって測定されるべき対象物に投射させる前記方法において、（ ａ）対象物の構造に照明をあてるため、各座標方向にそれぞれ１つの照明条光を 生じさせること。

（ｂ）前記条光によって照明された対象物の構造を座標方向ごとに別々に走査手 段へ結像させること。

（ｅ）照明条光の像と対象物構造の像とを座標方向に移動させること、 （ｄ）前記走査手段を用いて対象物構造の像を走査することによって得られる光 束を電気的な測定信号に変換すること。

（ｅ）前記測定信号によって決定される前記送信系の位置情報を検知すること、 （ｆ）前記測定信号を表示、制御及び／または調整のため評価すること を特徴とするものである。

上記方法を実施するための本発明による装置は、（ａ）照明装置内で光線を境界 付けるための手段にして。

光学的手段により両座標方向に分割される照明条光を生じさせるための手段と、 （ｂ）結像系と走査手段の間に設けられる光線分割用の少なくとも１つの光学的 要素にして、照明された対象物構造を座標方向ごとに別々に結像させるための光 学的要素と、 （ｃ）照明条光の像と照明された対象物構造の像とを両座標方向に移動させるた めの位置可変な光学的構成要素と、 （ｄ）少なくとも１つの光電式受光系を各座標方向に有している走査手段にして 、対象物構造の像を走査することによって得られる光束を電気的な測定信号に変 換させる走査手段とを 有することを特徴とするものである。

本発明による方法及びこの方法を実施するための装置の他の構成は、実施態様項 に開示されている。

次に、本発明の１実施例を添付の図面を用いて説明す第１図は　本発明による装 置の構成図。

第２図は　線■−Ｈによる装置の側断面図、第３図は　線■−■による装置の断 面図である。

第１図において、図示していない光源から光誘導体（１）２によって供給される 照明エネルギーは、レンズ（３）４と分割プリズム５と集光系６とを介して照明 スリットを照射する。照明スリットの長さは、本発明の対象ではないので詳細に は説明しないスリット長さ制限装置を用いて検査されるべき対象物の構造に適合 させることができる。

レンズ８，９と転向プリズム１ｏから構成されている筒先学系は、照明スリット を光束に共通な中間像面１１に結像させる。中間像面１１に至るまでに光束は、 二重矢印Ａの方向に旋回可能な揺動ミラー１−２と偏光性二重像プリズム１３と を介して銹慕される。

二重像プリズム１３は、偏光体として作用する分割層１−５を具備した分割六面 体１４と、該分割六面体の隣接面１６．１７に配置されるペンタプリズム１８． １９から構成されている。ペンタプリズムのうちペンタプリズム１９は、ペンタ プリズム１８に対して４５°だけ回動じた位置に配置されている。さらに分割六 面体１４の面１６．１７とペンタプリズム１８．１９の間にはそれぞ九位相板２ ０或いは２１が挿入され、その結果ペンタプリズム１８，１９で反射した光の偏 光方向が９０’回転し、光束は中間像面１１の方向に射出することができ、揺動 ミラー１２を旋回させると、ｙ座標方向における１つの像とｙ座標方向における 他の像とが移動する。

２つのスリット像は、二重像プリズム１３を通過した後筒レンズ２２．２３　（ 第２図）と分割プリズム２４と転向プリズム２５と結像系２６（第２図）とを介 して対象物の面に投射され１図示していない対象物の構造を照射する。

スリット状に照射される対象物の構造の位置と大きさを検出するため、対象物の 構造は筒レンズ２３と転向プリズム２５と分割プリズム２４と視野レンズ２７と を介して結像系２６によって中間像面２８に結像される。中間像は１次に二重像 プリズム２９によって受容される。

二重像プリズム２９の構造は、ペンタプリズム１８の代わりにプレートミラー３ ０が設けられていることを除けば二重像プリズム１３の構造に等しい。

対象物の構造に関する情報を担持している光束はその後揺動ミラー１２の背面に 達する。揺動ミラー１２は光束を転向させ、転向プリズム３４を中間接続したレ ンズ３２と３３から成る筒先学系に供給される。

この筒先学系は、照明された対象物の構造を担持している中間像面２８を１分析 器としての分割プリズム３５を通過後スリット絞り３７．３８に結像させるにの 場合分割プリズム３５の分割面は、二重像プリズム１３゜２９によって偏光され た光束を座標方向Ｘとｙに従って別々にそれぞれのスリット絞り３７，３８に供 給する７筒光学系３２−３４は、視野レンズ３９．４０とともに、結像系の射出 瞳部の、ミラー背面３１の面内にある像を５図示していない光電式受光系に結像 させ、或いは測定装置への温度の影響を避けるため、光誘導体４１或いは４２へ 結像させる。光誘導体４１或いは４２は、検出装置の外側に設けられている図示 していない光電式受光系にそれぞれ付設されている。

対象物の構造を走査するため揺動ミラー１２を旋回させる。これによって、座標 方向に従って像を別々にスリット絞り３７．３８を介して案内することができる 。これによって生じた光束は、すでに述べたように光誘導体４１ど４２に供給さ れ、光誘導体４１と４２は光束を、検出装置の外側に配置される光電式受光系に 送る。光電式受光系はミラーの位置に依存してエツジ関数を記録し、これから電 気信号を生じさせる。この電気信号は、対象物の構造を検出し、測定機械の移動 可能なテーブルを制御及び／または位置調整するために用いられる。

揺動ミラー１２が旋回運動を行なうときに該揺動ミラー１２の前面が照明光路か ら逸脱し、且つこれに同期してその後面が測定光路から逸脱することによって、 常にスリット絞り７によって照明された対象物構造がスリット絞り３７．３８を 介して案内される。照明スリット７での回折のためにスリット絞り３７と３８の 領域で不均質に照明されることを避けるため、照明スリット７の幅をスリット絞 り３７と３８の幅よりも大きく選定することができる。

揺動ミラー１２の運動を検出するため、それ自体公知の送信系４３が配置されて いる。この送信系４３は、結像系の後方に配置され中空ミラー４５とレンズ４６ から構成される対物レンズ系４４を有している。中空ミラー４５は揺動ミラー１ ２と結合されている。その都度の揺動ミラーの位置を検出するため、格子６０は 対物レンズ系４４を２回通過後第２の格子６１に結像される。その際生じる光変 調は、カウンティングパルスを得るために利用される。カウンティングパルスは 、加算されるとミラーの偏位を表わす量になり、従って照明スリットの像と対象 物構造の像の偏位を表わす量になる。

送信系４３は増分送信系であるため、本発明による装置をオフにすると揺動ミラ ー１２の“ゼロ”点の正確な位置が消失してしまう。しかしこの“ゼロ点の位置 は他の評価のために重要であり、特に本発明による装置内で使用される光学系の ひずみを修正するために重要である。従って“ゼロ”点の位置に対応した電気パ ルスを生じさせねばならない。このため揺動ミラー１２の前面に特殊な鏡面４７ ａが設けられている。鏡面４７ａに対（では、照明ダイオード５０からの光がレ ンズ４８とコリメータレンズ４９とを介して照射される。鏡面４７ａで反射した 光は、レンズ４８の面内に配置されている差動ダイオード５１に入射する。両ダ イオード面が同じ強さで照射されると、′ゼロ”パルスが導出される。

走査スリットに対する照明スリットの像の位置を正確に調整するため、スリット 絞り３７，３８の前方にそれぞれ微調整を可能にする旋回可能な平面平行板５２ 或いは５３が配置されている。

光誘導体１と２から出た光のゆらぎは少なくとも１つの光電式受光系５４によっ て検出される。光電式受光系５４は、分割六面体５の後方に配置され、その出力 信号は、照度を変えたときにエツジ関数を修正するために使用することができる 。

１つの座標方向でのみ交互に走査する場合には、分割六面体５を偏光するように 実施し、両座標方向に対する光は、両座標方向に関係付けられる２つの光誘導体 １゜２によって供給される。

さらに、結像系によって生じる像をＴＶカメラまたはＣＣＤカメラに供給するこ とができる。このため転向プリズム２５は分割層を具備している０分割層は、対 象物構造の像と照明スリットの像とを反映し、直角プリズム５５を介して例えば この種のカメラの破線で示したバリオ（Ｍａｒｉｏ）光学系５６．５７に供給す る。

第２図に示すように、結像系２６と筒レンズ２３との間に他の分割ミラー５８を 設けることができる。分割ミラー５８は、ＴＶカメラ及び／またはレーザーオー トフォーカシング装置のための入射照明を反射させるために用いられる。

本発明による装置の利点は、二重像プリズム１３゜２９と偏光特性を備えた分割 六面体５とを使用することによって、偏光要素１２を用いて温度負荷を少なくし て２つの座標方向に同時に走査することができることにある。

さらに１幅狭のスリットを対象物に結像させる場合に生じる光の回折がエツジ走 査に影響を与えないことも利点である。

本発明による装置の他の利点は、特許出願Ｐ３５１２６１５．９に開示された装 置と同様に面の状態を検知するために適していることである。これは、検査され るべきミラーの平面で２回反射させ且つ中空ミラー内で反射させた後、対象物の 面に対して照明スリット像とスリット面とが相対運動を行ない、その結果照明ス リット像の両エツジによってエツジ関数が記録され、ミラー面の正確な状態が検 出されることができるためである。

さらに本発明による装置ば、前記Ｐ３５１２６１５゜９に開示されているように 、器具内に設けられているミラーの平面性を組み込んだ状態で検知することにも 使用することができる。

ｒ／’ｇ１ 国際調査報告 Ｍ’ＮＥＸ　Ｔｏ　ｔ’ＨＥ　ＩＮτＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ ＰＯＲＴ　０ＮＴｈｅ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｐａｔｅｎｔ　０ｆｆｉｃｅ　ｉｓ 　ｉｎ　ｎｏ　ｗａｙ　１ｉａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅｉａｐａｒｔｉｃｕｌａ ｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｍｅｒｅｌｙ　ｇｉｖｅｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｕ ｒｐｏｓｅ　ｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも互いに垂直に延びている２つの座標方向に移動可能な測定機械の テーブル上にある二次元的な対象物を整向、検査及び／または測定するための方 法であって、各座標方向に関係付けられた光束を１つの光路に合流させ、共通の 中間像面に結像させ、光電式送信系と結合されている光学的要素によって、各光 束に関係付けられている座標方向に対応して偏向させ、結像系によって測定され るべき対象物に投射させる前記方法において、 （ａ）対象物の構造に照明をあてるため、各座標方向にそれぞれ１つの照明条光 を生じさせること、（ｂ）前記条光によって照明された対象物の構造を座標方向 ごとに別々に走査手段へ結像させること、（ｃ）照明条光の像と対象物構造の像 とを座標方向に移動させること、 （ｄ）前記走査手段を用いて対象物構造の像を走査することによって得られる光 束を電気的な測定信号に変換すること、 （ｅ）前記測定信号によって決定される前記送信系の位置情報を検知すること、 （ｆ）前記測定信号を表示、制御及び／または調整のため評価すること を特徴とする方法。 ２．照明条光が座標方向ごとに異なった特性を有していることを特徴とする、特 許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．対象物構造から出る光束を座標方向ごとに異なって特徴づけることを特徴と する、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．少なくとも互いに垂直に延びている２つの座標方向に移動可能な測定機械の テーブル上にある二次元的な対象物を整向、検査及び／または測定するための装 置であって、各座標方向に関係付けられた光束を１つの光路に合流させ、共通の 中間像面に結像させ、光電式送信系と結合されている光学的要素によって、各光 束に関係付けられている座標方向に対応して偏向させ、結像系によって測定され るべき対象物に投射させるようにした前記装置において、 （ａ）照明装置（１ないし４）内で光線を境界付けるための手段にして、光学的 手段（１３）により両座標方向に分割される照明条光を生じさせるための手段（ ７）と、 （ｂ）結像系（２６）と走査手段（３７，３８）の間に設けられる光線分割用の 少なくとも１つの光学的要素にして、照明された対象物構造を座標方向ごとに別 々に結像させるための光学的要素（２９）と、（ｃ）照明条光の像と照明された 対象物構造の像とを両座標方向に移動させるための位置可変な光学的構成要素（ １２）と、 （ｄ）少なくとも１つの光電式受光系を各座標方向に有している走査手段にして 、対象物構造の像を走査することによって得られる光束を電気的な測定信号に変 換させる走査手段（１２，３７，３８）とを有することを特徴とする装置。 ５．各座標方向にそれぞれ１つの光誘導体（１，２）が設けられ、その光束が１ つのプリズム（５）に集められ、且つそれぞれ異なった特性をもつことを特徴と する、特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６．各座標方向に関係付けられる光束を別々に特徴づけるため少なくとも１つの 偏光体（１５）が設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第５項に記 載の装置。 ７．偏光体（１５）によって生じた光の偏光状態を変えるための付加的な光学的 構成要素（２０，２１）が設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第 ６項に記載の装置。 ８．走査手段がスリット絞り（３７，３８）を有していることを特徴とする、特 許請求の範囲第４項に記載の装置。 ９．照明条光の長さ及び／または幅に応じて微調整するための光学的手段（５２ ，５３）が設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第４項または第８ 項に記載の装置。 １０．結像系（２６）と走査手段（３７，３８）の間の光路内に少なくとも１つ の偏光体（１５ａ）が設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第４項 または第８項に記載の装置。 １１．結像系（２６）と走査手段（３７，３８）の間の光路内に、偏光体（１５ ａ）によって生じた光の偏光状態を変える光学的手段（２９）が偏光体（１５ａ ）に対して付加的に設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第４項、 第８項または第１０項のいずれか１つに記載の装置。 １２．結像系（２６）と走査手段（３７，３８）の間の光路内に二重像プリズム （２９）が光線分割用光学的要素として設けられていることを特徴とする、特許 請求の範囲第４項に記載の装置。 １３．照明条光を移動させ位置可変な光学的構成要素（１２）の背面（３１）が 、対象物構造の像を両座標方向に移動させるために使用されていることを特徴と する、特許請求の範囲第４項に記載の装置。 １４．位置可変な光学的構成要素（１２）のその都度の角度状態を検知するため の手段（４３，４４）が設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第１ ３項に記載の装置。 １５．前記角度状態を検知するための手段が、結像系の後方に配置されるそれ自 体公知の対物レンズ（４４）とそれ自体公知のステップ式送信系（４３）とを有 していることを特徴とする、特許請求の範囲第１４項に記載の装置。 １６．位置可変な光学的構成要素（１２）にゼロパルスを生じさせるためのゼロ パルス発生器（４７ａ，４８ないし５０）が付設されていることを特徴とする、 特許請求の範囲第４項から第１５項までのいずれか１つに記載の装置。 １７．ゼロパルス発生器（４７ａ，４８ないし５０）がコリメータ系を有してい ることを特徴とする、特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８．照明装置（１，２）の光源の後方に、照度の変動を検知する光電的手段（ ５４）が設けられ、該光電的手段（５４）の出力信号が、照度を調整するため、 及び／またはその都度の測定信号から検出される測定値を修正するために用いら れることを特徴とする、特許請求の範囲第４項から第１７項までのいずれか１つ に記載の装置。