JPS61153502A - 高さ検出装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は試料面の高さを検出する高さ検出装置に関する
ものであり、例えば、電子ビーム露光装置の如き露光装
置において、ウェハ面の高さを検出するために用いられ
るものである。

（発明の背景） 例えば、電子ビーム露光装置において、高精度の描画を
行う為には、ウェハ面の高さに応じて電子光学系を補正
しなければならない。従来、電子ビーム露光装置の高さ
測定は描画が真空中で行なわれる事から、斜め入射の光
ビームによる計測が採用されていた。すなわち、ウェハ
表面に斜め方向から光ビームを入射せしめ、ウェハ表面
からの反射光ビームを元位置検出器にて受光し、反射光
ビームの光位置検出器上での位置をウェハ面の高さに対
応させる方法である。

しかしながらこのような高さ検出装置ではウェハ１７ｃ
　パターンが存在する領域ではレーザービーム又は矩形
照射いずれの場合も回折又はパターンの明暗の影響によ
り正確な測定が困難であった。ステップアンドリピート
方式のステージ移動ならば例えばレーザーと一人使用の
場合はパターンの無いスクライブライン、矩形の照射の
場合は細いパターンにより平均化される領域等で計測し
、実用的には問題は回避されていた。しかしながら、ス
ループットを上げる為、ステージを連続移動しつつ描画
を行なう場合には、パターンの影響を受けない構造が必
要であった。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの欠点を解決し、試料表面のパタニンの
有無にかかわらず、常に正確な高さ検出の出来る高さ検
出装置を得る事を目的とする。

（発明の概要） そこで本発明は、試料面３を反射面とする測定光路と、
反射手段１３を反射面とする参照光路とにより干渉計を
構成し、参照光路の光路長の変化に応じて変化する干渉
縞の最大強度を与える参照光路の光路長によって試料面
の高さを測定するようにしたことを特徴とする。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の構成図でありて、不図示の
電子銃からの電子ビーム１は、対物レンズ、コンデンサ
レンズ等を通り、対物レンズ２に達し、対物レンズ２に
よってウェハ３上に結像する。対物レンズ２とウェハ３
との間には偏向コイル４が設けられており、不図示の制
御回路によって偏向コイル４を制御することによってウ
ェハ３上には所定のパターンが描画される。以上の電子
描画装置ｔは公知の種々のものをそのまま適用できる。

電子ビーム軸上の適轟な位置には、電子ビームが通過す
るように中央に電子ビームの通過孔を形臼 成したリング状のミラー５が斜設されている。什熱光源
の如きインコヒーレントな光源６からの光は、光軸上に
ピンホールを有するピンホール板７のピンホールを通り
、ピンホールの位置に前側焦点位置を有するコリメート
レンズ８により平行光にされる。レンズ８を射出し丸干
行光はハーフミラ−９によって２つの光に分離される。

バーフィラー９の透過光は長焦点レンズ１０を通り、ハ
ラ−５で反射され、ウェハ３上に焦点を結ぶ。ウェハ３
からの反射光はミラー５で反射し、レンズ１０を通シ、
ハーフミラ−９にて一部が反射する。この反射光は、集
光レンズ１１によってこのレンズ１１の後側焦点位置に
配設された光検出器１２上に集光される。

一方、レンズ８を射出した平行光のうち、ハーフミラ−
９の反射光は光軸方向に振動する振動ミラー１３に垂直
に入射し、そこで反射された後、一部がハーフミラ−９
を透過し、集光レンズ１１によって光検出器工２上に集
光される。振動ξう〜１３は、ハーフミラー９を透過し
走光が長焦点レンズ１０．リング状のミラー５．ウェハ
３．リング状のばジー５．長焦点レンズ１ｏを経てハー
フミラ−９に達するまでの光路長と、ハーフミラ−９を
反射した光が振動ばラー１３で反射して再びハーフミラ
ー９に達するまでの光路長と、がほば等しくなる位置に
配設されており、ウェハ３のあらかじめ定めた基準位置
を中心に駆動装ｆｔ１４によって駆動される。このよう
な振動ばラー１３のスキャン量Δ２は、例えば１００μ
程度である。

以上述べた光源６．ピンホール板７．コリメートレンズ
８．ハーフばジー９．長ｆｉ点レン、（ｉｏ。

リング状のばジ−５，ウエハ３．焦光レンズ１１で形成
される光路は測定光路であり、光源６．ピンホール板７
．コリメートレンズ８．ハーフミラ−９，振動ミラー１
３．集光レンズ１１にて構成される光路は参照光路であ
って、以上の測定光路と参照光路とによっていわゆる白
色干渉計が構成されている。

すなわち、測定光路による光と参照光路による光は光検
出器１２上で白色干渉縞を形成し、測定光路の光路長と
参照光路の光路長とが等しいときに、干渉光強度が最大
と々る。

光検出器１２の光電変換信号は増幅器１５にて増幅され
、ピーク検出回路１６に入力される。ピーク検出回路１
６は、あらかじめ定めたスレシホールドレベルを有して
おり、増幅器】５からの信号がスレシホールドレベルを
越えると高レベルの信号を出力する。従って、振動ばラ
ー１３はあらかじめ定めた範囲内をスキャンするのであ
るから。

ピーク検出回路Ｉ６の出力信号によって光検出器１２に
入射する光が最大値となる振動ｉラー１３の位置を知る
ことができる。そして、光検出器１２に入射する光が最
大値となる振動εラー１３−　の位置は、ウェハ３の高
さ位置に１対１に対応しているのであるから、ウェハ３
の高さ位置を検出することができる。

白色干渉縞はウェハ３上のパターンの有無にかかわらず
、ウェハ３から正反射光がありさえすれば生じるから、
パターンの有無にかかわらず正確に高さ検出が行なえる
。このようにして検出されたウェハ３の高さの変動に係
る信号は、対物レンズの制御回路にフィードバックされ
、ウェハ３の表面に電子ビーム１が焦点を結ぶ如く、調
節が行なわれる。

次に第２図の電気ブロック図及びＩ！２図のタイムチャ
ートである第３図によって処理回路の一例を詳述する。

なお、第２図に示した（ａ）〜ω）は第３図の（ａ）〜
（ｇ）に対応している。高さ検知は指令装置１７からの
パルス（第３図（ａ）によって開始する。

パルス（ａ）は、振動ｉラー１３のスキャン量に対応し
たパルス幅のパルス（第３図（ｂ））を発生するワンシ
ョットパルス発生器１８と、フリップフロップ１９のセ
ット端子Ｓ′とに入力される。ワンショットパルス発生
器１８のパルス（ｂ）は、振動　９−１３をスキャンす
るコイル２０に印加されると共に、第１アントゲ−）２
１の一方の入力端子に印加される。第１アンドゲート２
１の他方の入力端子には、クロックパルス発生器２２か
らのクロックパルス（第３図（ｅ））が入力されている
から、クロックパルス（ｅ）はパルス（ｂ）が生じてい
る間のみ第１アンドゲート２１を通過する。第１アンド
ゲート２１から出力されるパルス（第３図（ｆ））は、
第１カウンタ２３にて計数されると共に、第２アンドゲ
ート２４の一方の入力端子に印加される。第】カウンタ
２３の計数値は、振動ｄラー１３の位置 置に対応している。第２アンドゲート２合の他方の入力
端子にはフリップフロップ１９の出力端子が接続されて
いる。フリップ７０ツブ１９は、パルス（ａ）によって
セットされ、リセット端子Ｒにはピーク検出回路１６の
出力端子が接続されているから、ピーク検出回路１６の
出力する高レベルの信号によってリセットされる。すな
わち、フリップフロップ１９は、振動ばラー１３がスキ
ャンを開始してから、ピーク検出回路１６の出力信号が
高レベルになるまでの時間だけセットされていることに
なる。従って、第２アンドゲート２４は、フリップフロ
ップＪ９がセットされている間のみクロックパルス（ｆ
）を通過するから（第３図（ｇ））。

第２アンドゲート２４からのパルス（ｇ）を計数する第
２カウンタ２５の計数値は、光検出器１２に入射する光
が最大値となる振動ｄラー１３の位置に対応している。

演算回路２６は第１カウンタ２３の計数傭人と第２カウ
ンタ２５の計数値Ｂとを入力する。そして、振動ばラー
１３の全スキャン量に対するピーク位置を求め（％）、
この値と基準の位置（例えば！／２）とのずれ量に対応
した焦点位置の補正信号を出力する。この補正信号はＤ
−Ａ変換器２７にてアナログ値に変換され、対物レンズ
２の制御回路２８に入力される。制御回路２８は補正信
号に基づいてウェハ３の上に電子ビームｌが焦点金納ぶ
ように焦点位置を変更する。

このようにして、ウェハ３上に電子ビームｌが焦点を結
ぶようになすことができる。

なお、指令装置１７が、ウェハ３の移動速度よりも十分
早い周期で指令パルス（匂を生ずるようになせば、連続
かつ自動的にウェハ３の高さ変動に追従できる。

ま九、第４図には振動ｉノー１３を駆動する駆動装置の
機械部分を示す。振動ミラー１３は円筒に蓋をした如き
構造の支持筒２９の蓋部分に固定されておシ、支持筒２
９の外周にはコイル２０が巻回されている。このコイル
２０を挾んで磁束を発生するためのＵ字形ヨーク３０．
３０’と磁石３１．３１’とからなる磁束発生部材が支
持筒２９の対向する位置に設けられている。そして、支
持筒２９は通常は不図示の支持部材（バネ）等により基
準位置にあり、コイルに電流を流すことによって磁場か
ら光軸方向の力を受け、通電時間に応じて一定量移動す
る。

次に第５図によって本発明の第２実施例を説明する。第
５図において第１図と同一部材には同一符号を付して説
明を省略する。第５図が第１図と異なる点は、参照光路
において長焦点レンズｌＯを省き平行光をウェハ３に入
射させることと、参照光路中であるハーフミラ−９とリ
ング状のばノー５との間にウェハ３からの反射光を分岐
するノ−−−ｙ＜ノー５０を配設し、ハーフばノー５０
の反射光を集光レンズ５１によって光検出器５２に導い
ている点である。光検出器５２０光電変換信号は、ウェ
ハ３からの反射光の光量に対応している。

従って、ウニへ３０面状態によって、ウェハ３の反射光
の光量が少ない場合があり、そのような場合には、ピー
ク検出回路１６のスレ７ホールドレベルが一定であると
、正確なピーク検出ができない可能性もあるが、光検出
器５２の出力信号を基準にして光検出器１２の出力信号
を割算することで正規化すれば、常に一定のスレ７ホー
ルドレベルによっても正確なピーク検出が行なえる。

なお、第５図において長焦点レンズ５を省いたが、ウェ
ハ３の表面が傾斜していない場合にはいずれであっても
同様に干渉縞を得ることができるが、ウェハ３の表面が
傾斜している場合には第１図の如く集光し丸刃が、傾斜
の影響がないので好ましい。また、ハーフばノー９と振
動ミラー１３の閣を集光系にしても構わない。

また、ばノー５は電子ビームを通過する孔が形成されて
さえいれば丸である必要はない。さらに、２枚の板状ξ
ノーを電子ビームが通過するに十分な間隔を空けて斜設
しても構わない。

この場合には２板の板状ｉノーの間が電子ビームの通過
孔となる。

なお、以上の実施例は電子ビーム露光装置に本発明を適
用した例であるが、電子ビームの代わりにイオンビーム
を用い九露光装置（すなわち荷電ビームによる露光装置
）や、狭い波長域の光を用いた露光装置にも同様に用い
ることができる。但し、光を用いた露光装置の場合、光
源６の射出光から上記露光光の波長域を光学フィルタを
用いる等してカットする処置が必要となる。そしてこの
ような特定の波長域をカットした光を用いても、干渉縞
は十分得られるのであって、本発明のインコヒーレント
な光とはこのような光も含むものである。この際、リン
グ状のミノ−５の代わりに露光光を透過し、高さ検出光
を反射するビームスプリッタを用いることが好ましい。

さらに、振動ばノー１３を固定鏡に置き換え、この固定
鏡とハーフばノー９との間に光路長可変用光学部材を挿
入しても良い。いずれにしてもこのハーフミラ−９の反
射光路により形成される参照光路の光路長の変化と干渉
縞の強度の変化とが対応していることから試料面の高さ
を検出すれば良い。

（発明の効果） 以上本発明によれば干渉計を形成することによって試料
表面のパターンに影響されずに高さ検出を行うことがで
きる。従って、本発明を荷電ビームによる露光装置に適
用すれば、従来は困難であったステージを連続移動させ
つつ高さ測定をしながら描画を行なうことが可能となり
、スルーブツトを上げ、且つ高精度な描画を行なうこと
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図は本発明
の第１実施例の電気ブロック図、第３図は第２図の動作
を説明するタイムチャート、第４図は振動ば゛ノーの駆
動装置の機械部分を示す断面図、第５図は本発明の第２
実施例の構成図、である。 （主要部分の符号の説明） ５・・・リング状ごノー、６．・・・白色光源、７・・
・ピンホール！、８・・・コリメートレンズ、９川ハー
フミラ−，１１・・・集光レンズ、１２・・・光検知器
、１３・・・振動ミラー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料面の高さを検出する装置において、インコヒーレン
   トな光を射出する光源と、前記光源の前方に配置された
   ピンホールと、前記ピンホールに焦点位置を有し、前記
   ピンホールからの光を平行光にするコリメートレンズと
   、前記コリメートレンズからの光を２つに分岐するハー
   フミラーと、前記コリメートレンズからの光を試料面に
   入射させ、かつ該入射光による試料面からの反射光を前
   記コリメートレンズに入射させるため、前記ハーフミラ
   ーで分岐された一方の光路中に斜設した反射部材と、試
   料面が基準位置にあるときに、前記ハーフミラー、前記
   反射手段、前記試料面を往復する光路長にほぼ等しくな
   る光路長の光路を、前記ハーフミラーの他方の光路中に
   形成するために、前記ハーフミラーの他方の光路中に光
   軸に直交するように配設された反射手段と、前記ハーフ
   ミラーと、前記反射手段により形成される光路の光路長
   を変化させる手段と、前記試料面からの反射光と前記反
   射手段からの反射光とを前記ハーフミラーを介して受光
   し、集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光
   された光を光電変換する光電変換手段と、を設け、前記
   変化手段による光路長の変化に応じて前記光電変換手段
   から得られる電気信号の実質的なピーク位置から前記試
   料面の高さを知るようにしたことを特徴とする高さ検出
   装置。