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JP3004076B2 - Sample surface position measurement device - Google Patents

Sample surface position measurement device

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Publication number
JP3004076B2
JP3004076B2 JP3098756A JP9875691A JP3004076B2 JP 3004076 B2 JP3004076 B2 JP 3004076B2 JP 3098756 A JP3098756 A JP 3098756A JP 9875691 A JP9875691 A JP 9875691A JP 3004076 B2 JP3004076 B2 JP 3004076B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
sample surface
objective lens
optical system
projection optical
Prior art date
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JP3098756A
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Inventor
光雄 田畑
徹 東條
寿和 芳野
卓司 佐藤
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Toshiba Corp
Topcon Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Topcon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Topcon Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH04328407A publication Critical patent/JPH04328407A/en
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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)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料面の位置を光学的
に測定する試料面位置測定装置に係わり、特に半導体製
造装置,検査装置におけるウェハやマスク等の試料面の
高さ位置を測定するのに適した試料面位置測定装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample surface position measuring device for optically measuring the position of a sample surface, and particularly to measuring the height position of a sample surface such as a wafer or a mask in a semiconductor manufacturing apparatus or an inspection apparatus. The present invention relates to a sample surface position measuring device suitable for performing the measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI検査装置、例えばマスク・レチク
ル欠陥検査装置等、投影結像光学系を有する装置におい
て、マスク基板等の試料面上のパターンを投影結像する
場合、試料の反りその他の要因により試料表面の位置
(光学系に対する距離)が変動する。このため、投影光
学系の焦点深度を越えて結像特性が悪化し、いわゆるピ
ンボケが生じてしまう。そこで従来、試料面の位置の変
動量を測定し、該変動量に応じてその補正を行う方法を
採用している。
2. Description of the Related Art In a device having a projection imaging optical system such as an LSI inspection device, for example, a mask / reticle defect inspection device, when a pattern on a sample surface such as a mask substrate is projected and imaged, the sample is warped and other factors. Changes the position of the sample surface (distance to the optical system). For this reason, the imaging characteristic is deteriorated beyond the depth of focus of the projection optical system, and so-called out-of-focus occurs. Therefore, conventionally, a method of measuring the amount of change in the position of the sample surface and correcting the amount in accordance with the amount of change has been adopted.

【0003】従来の試料面位置測定装置としては、図6
に示すような光学的手法を利用したものがある(特開昭
56−2632号公報)。この装置では、レーザ光源L
から放射された光をレンズL1 によりスポット状に集束
して試料面上に照射し、その反射光をレンズL2 によっ
て検出器D上に結像させる。そして、この検出器Dの検
出出力を演算処理することによって、試料表面の高さ位
置を測定している。なお、図6中のEは電子光学鏡筒、
1 〜P4 は反射ミラーを示している。
FIG. 6 shows a conventional sample surface position measuring device.
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-2632). In this device, the laser light source L
And focusing the light emitted by the lens L 1 on the spot irradiated onto the sample surface from and forms on the detector D of the reflected light by the lens L 2. Then, the height position of the sample surface is measured by calculating the detection output of the detector D. E in FIG. 6 is an electron optical column,
P 1 to P 4 indicate reflection mirrors.

【0004】しかしながら、この種の測定装置において
は次のような問題があった。即ち、近年のLSIパター
ンの微細化に伴い投影光学系の解像性を上げるために、
図7に示すように、対物レンズ50のNA(開口数)を
大きくする傾向が強くなっている。さらに、試料面、特
にマスク面上のゴミの付着を防ぐため、マスク51の表
面に透明なペリクル膜52を装着した試料の検査の要求
も高まっている。このため、投影光学系と試料面との間
のスペースの余裕が小さくなり、従来のような測定装置
の構成が困難になっている。
However, this type of measuring apparatus has the following problems. That is, in order to increase the resolution of the projection optical system with the recent miniaturization of LSI patterns,
As shown in FIG. 7, there is a strong tendency to increase the NA (numerical aperture) of the objective lens 50. Further, in order to prevent dust from adhering on the sample surface, especially on the mask surface, there is an increasing demand for the inspection of a sample in which a transparent pellicle film 52 is mounted on the surface of the mask 51. For this reason, the margin of the space between the projection optical system and the sample surface is reduced, and it is difficult to configure a conventional measuring device.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、投影
光学系のNAが大きくなったり、ペリクル膜付きの試料
面の検査では、投影光学系と試料面との間のスペースの
余裕が小さくなり、従来のような測定装置の構成が困難
になっている。
As described above, conventionally, the NA of the projection optical system is increased, and the margin of space between the projection optical system and the sample surface is reduced in the inspection of the sample surface with the pellicle film. This makes it difficult to configure a conventional measuring device.

【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、投影光学系と試料面と
の間のスペース余裕が小さくなっても、試料面の高さ位
置を測定することのできる試料面位置測定装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to reduce the height position of the sample surface even when the space margin between the projection optical system and the sample surface is reduced. An object of the present invention is to provide a sample surface position measuring device capable of measuring.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、測定用
の光を投影光学系の対物レンズを通して被測定試料面に
照射し、その反射光を検出して試料面の高さ位置を測定
することにある。
The gist of the present invention is to irradiate a measuring light onto a surface of a sample to be measured through an objective lens of a projection optical system and detect reflected light to measure a height position of the sample surface. Is to do.

【0008】即ち本発明は、被測定試料面に光を照射し
その反射光を検出して試料面の高さ位置を測定する試料
面位置測定装置において、被測定試料面に対して垂直な
方向に光軸を持ち、所定波長の第1の光を用いた投影結
像に供される投影光学系と、この投影光学系の対物レン
ズを通して試料面に第1の光とは波長の異なる第2の光
を集束光として照射し、且つ該第2の光を前記対物レン
ズの中心からずれた一部分のみを通り、前記試料面に対
して斜め方向から入射させる測定用光照射部と、投影光
学系の対物レンズに対し試料面と反対側に配置され、第
1の光と第2の光とを分離する波長選択素子(例えば、
第1の光を透過し第2の光を反射するダイクロイックミ
ラー)と、第2の光の照射により試料面で反射され波長
選択素子を介して得られた反射光の位置を検出する光電
検出器(例えば、半導体位置検出器)と、この光電検出
器の検出出力に基づいて試料面の高さ位置を測定する手
段とを具備してなることを特徴とする。また、本発明の
望ましい実施態様としては、次のものがあげられる。(1) 第1の光の波長と第2の光の波長とは40nm以上
離れており、対物レンズは第1及び第2の光の両方に対
して収差補正されていること。 (2) 測定用光照射部の光源は、半導体レーザであるこ
と。 (3) 半導体レーザの発振モードは、シングルモードであ
ること。
That is, according to the present invention, there is provided a sample surface position measuring apparatus for irradiating light to a measured sample surface and detecting reflected light thereof to measure the height position of the sample surface. A projection optical system that has an optical axis and is used for projection imaging using a first light of a predetermined wavelength, and a second light having a different wavelength from the first light on the sample surface through an objective lens of the projection optical system. Is irradiated as focused light , and the second light is irradiated to the objective lens.
Through only a part of the sample surface that is offset from the center of the
A measuring light irradiating unit for causing the light to enter from an oblique direction and a wavelength selecting element (for example,
A dichroic mirror that transmits the first light and reflects the second light) and a photoelectric detector that detects the position of the reflected light that is reflected on the sample surface by the irradiation of the second light and obtained through the wavelength selection element. (For example, a semiconductor position detector) and means for measuring the height position of the sample surface based on the detection output of the photoelectric detector. Preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The wavelength of the first light and the wavelength of the second light are 40 nm or more
Remote, the objective lens couples to both the first and second light.
Aberration correction. (2) The light source of the measurement light irradiating unit is a semiconductor laser.
When. (3) The oscillation mode of the semiconductor laser is single mode.
That.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、測定用の第2の光は対物レン
ズを通るため、光学レンズのNAの大小に拘らず、また
試料面と対物レンズとのスペースの大小に拘らず、第2
の光を試料面上に照射することができ、その反射光も光
電検出器まで導くことができる。従って、投影光学系の
対物レンズのNAがいくら大きくても、またペリクル膜
付きの試料面であっても、その高さ位置の測定が可能と
なる。さらに、同軸光学系を採用しているため、従来
(図6)のような方式において発生した対物レンズと検
出光学系間のフォーカスずれは発生しない。
According to the present invention, since the second light for measurement passes through the objective lens, the second light does not matter regardless of the magnitude of the NA of the optical lens and the magnitude of the space between the sample surface and the objective lens.
Can be irradiated on the sample surface, and the reflected light can be guided to the photoelectric detector. Therefore, no matter how large the NA of the objective lens of the projection optical system or the sample surface with the pellicle film, the height position can be measured. Further, since the coaxial optical system is employed, the focus shift between the objective lens and the detection optical system which occurs in the conventional method (FIG. 6) does not occur.

【0010】また、対物レンズを測定用の第2の光に対
しても収差補正すれば、試料面上での結像特性が良く、
高精度な位置測定が可能となる。さらに、測定用の第2
の光の波長を投影結像系の第1の光の波長から40nm
以上離すことにより、ダイクロイックミラー等により2
つの光の分離を容易に行うことが可能となる。
Further, if the objective lens is also corrected for the aberration of the second light for measurement, the image forming characteristic on the sample surface is good, and
Highly accurate position measurement is possible. In addition, a second
40 nm from the wavelength of the first light of the projection imaging system
With the above separation, the dichroic mirror etc.
It is possible to easily separate the two lights.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の詳細を図面を参照しながら説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は、本発明の一実施例に係わる試料面
位置測定装置を示す概略構成図である。なお、この実施
例装置は、マスク・レチクルのパターンを検査する検査
装置に設けられ、試料面の位置を測定するものとした。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a sample surface position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. The apparatus of this embodiment is provided in an inspection apparatus for inspecting a pattern of a mask reticle, and measures a position of a sample surface.

【0013】図中1は被検査物(被測定試料)であるマ
スク又はレチクル、2は検査光学系(投影光学系)の対
物レンズ、3はダイクロイックミラー、4は測定光(第
2の光)を発生する半導体レーザ(測定用光照射部)、
5は集光レンズ、6は絞り、7はリレーレンズ、8は反
射ミラー、9はリレーレンズ、10は光電検出器、11
は加算器、12は減算器、13は除算器、14は位置測
定回路、15は検査使用光(第1の光)、16は検査光
学系のリレーレンズである。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a mask or reticle which is an object to be inspected (a sample to be measured), 2 denotes an objective lens of an inspection optical system (projection optical system), 3 denotes a dichroic mirror, and 4 denotes measurement light (second light). Semiconductor laser (light irradiating part for measurement)
5 is a condenser lens, 6 is an aperture, 7 is a relay lens, 8 is a reflection mirror, 9 is a relay lens, 10 is a photoelectric detector, 11
Is an adder, 12 is a subtractor, 13 is a divider, 14 is a position measuring circuit, 15 is light for inspection (first light), and 16 is a relay lens of an inspection optical system.

【0014】半導体レーザ4は、例えば発振波長が67
0nm前後の可視光を発光するものである。この半導体
レーザ4としては、図2に示すようなInGaAIPを
用いた構造のものが市販されており、5mW以上の出力
が得られる。特に、屈折率導波型のものでは、図3に示
すように、シングルモードの発振で極めて良好な単色性
が得られている。また、光電検出器10としては、例え
ば公知のラテラル光効果を用いた半導体位置検出器(P
SD)を用いる。
The semiconductor laser 4 has, for example, an oscillation wavelength of 67.
It emits visible light of about 0 nm. As this semiconductor laser 4, one having a structure using InGaAIP as shown in FIG. 2 is commercially available, and an output of 5 mW or more can be obtained. In particular, in the case of the refractive index guided type, as shown in FIG. 3, extremely good monochromaticity is obtained by single mode oscillation. The photoelectric detector 10 is, for example, a semiconductor position detector (P) using a known lateral light effect.
SD).

【0015】検査使用光としては、400〜600nm
の波長のものを使用する。この光源としては、強度の強
いものとして例えば水銀ランプのg線、e線、α線等が
考えられる。ダイクロイックミラー3は、検査使用光
(λ=400〜600nm)に対しては透過し、半導体
レーザ光(λ=670nm)に対しては反射する特性を
持つものである。ここで、後述するようにレーザ光を検
査使用光と40nm以上離すと、ダイクロイックミラー
を多層膜の蒸着により容易に実現できる。
The light used for inspection is 400 to 600 nm.
Of the wavelength of As this light source, for example, a g-line, an e-line, an α-line of a mercury lamp can be considered as a light source having a high intensity. The dichroic mirror 3 has a characteristic of transmitting the inspection use light (λ = 400 to 600 nm) and reflecting the semiconductor laser light (λ = 670 nm). Here, when the laser beam is separated from the inspection light by 40 nm or more as described later, a dichroic mirror can be easily realized by depositing a multilayer film.

【0016】検査光学系の対物レンズ2は通常、検査使
用光の波長についてのみ収差補正して設計されるが、こ
こでは半導体レーザ光の波長についても収差補正するも
のとする。特に本実施例では、測定用の光が対物レンズ
2の全開口ではなく一部分のみを使用する方式であり、
この収差に関しては有利な光学系となっている。
The objective lens 2 of the inspection optical system is usually designed to correct the aberration only for the wavelength of the light used for inspection, but here, the aberration is also corrected for the wavelength of the semiconductor laser light. In particular, in the present embodiment, the measurement light uses only a part of the objective lens 2 instead of the full aperture.
This aberration is an advantageous optical system.

【0017】本実施例は上記のような構成からなり、半
導体レーザ4から出射されるレーザ光は集光レンズ5に
より絞り6付近でいったん点像を形成する。その後、リ
レーレンズ7を通りダイクロイックミラー3で反射さ
れ、対物レンズ2に入射し、対物レンズ2を介して試料
1面上でスポット像を形成する。試料面上で反射した光
は再び対物レンズ2を通り、ダイクロイックミラー3で
反射され、反射ミラー8及びリレーレンズ9を経由し
て、PSD10上に再度スポット像を作る。
In this embodiment, the laser beam emitted from the semiconductor laser 4 forms a point image near the stop 6 by the condenser lens 5 once. Thereafter, the light is reflected by the dichroic mirror 3 through the relay lens 7, enters the objective lens 2, and forms a spot image on the surface of the sample 1 via the objective lens 2. The light reflected on the sample surface passes through the objective lens 2 again, is reflected by the dichroic mirror 3, passes through the reflection mirror 8 and the relay lens 9, and forms a spot image on the PSD 10 again.

【0018】以上は試料面の位置におけるスポット像が
最適結像条件の場合であり、仮りに図4に示すように試
料面位置がΔzだけずれた場合、反射光の位置はずれて
PSD10上での光の位置もずれる。PSD10は、半
導体基板に抵抗性薄膜を形成すると共に該薄膜の両端に
出力端子を設け半導体基板を接地したもので、光スポッ
トの抵抗性薄膜照射位置の変位により一対の出力端子か
らアンバランスな信号が出力される。従って、この出力
信号を加算器11,減算器12及び除算器13等からな
る信号処理回路により信号処理し、さらに位置測定回路
14で演算処理すれば、試料面の位置が上記最適結像条
件からどれだけずれているかを求めることができる。P
SD10上での位置ずれ量ΔxとΔzとの関係を求める
と Δx=2・β・sinθ0 ・Δz ‥‥‥ (1) となる。但し、θ0 は入射角度、βは光学倍率(対物レ
ンズとリレーレンズで決まる)である。例えばθ0 =3
0°,β=60倍とすると Δx=60・Δz
The above is a case where the spot image at the position of the sample surface is under the optimum imaging condition. If the position of the sample surface is shifted by Δz as shown in FIG. The position of the light also shifts. The PSD 10 is a device in which a resistive thin film is formed on a semiconductor substrate and output terminals are provided at both ends of the thin film, and the semiconductor substrate is grounded. An unbalanced signal is output from a pair of output terminals due to displacement of a light spot irradiation position of the resistive thin film. Is output. Therefore, if this output signal is processed by a signal processing circuit including an adder 11, a subtractor 12, a divider 13, and the like, and further processed by a position measuring circuit 14, the position of the sample surface can be determined from the above-mentioned optimum imaging condition. You can find out how far it is off. P
When the relationship between the positional deviation amounts Δx and Δz on the SD 10 is obtained, Δx = 2 · β · sin θ 0 · Δz ‥‥‥ (1) Here, θ 0 is the incident angle, and β is the optical magnification (determined by the objective lens and the relay lens). For example, θ 0 = 3
Assuming 0 ° and β = 60 times, Δx = 60 · Δz

【0019】となり、試料面上でΔz=1μmならPS
D上でΔx=60μmとなる。この比例定数2・β・s
inθ0 は、θ0 とβを変更することにより自由に変え
ることができる。
If Δz = 1 μm on the sample surface, PS
Δx = 60 μm on D. This proportionality constant 2 · β · s
inθ 0 can be freely changed by changing the θ 0 and β.

【0020】なお、上記信号処理回路における信号処理
としては、減算器12の出力信号(減算値)と加算器1
1の出力信号(加算値)とを除算器13に入力し、減算
値を加算値で除算することにより、正規化した信号を得
ることができる。
The signal processing in the signal processing circuit includes the output signal (subtraction value) of the subtractor 12 and the adder 1
By inputting the output signal of 1 (addition value) to the divider 13 and dividing the subtraction value by the addition value, a normalized signal can be obtained.

【0021】以上の本実施例における注目点は、まず測
定用の光に対して対物レンズ2が収差補正されているこ
とであり、このため試料面上での結像特性が良く、非常
に小さなスポット像を形成できる。本実施例ではさらに
測定用光源に単色性の半導体レーザを用いており、しか
も対物レンズ2の一部分のみを経由する光学系のため収
差の点で有利な光学系となっている。このことは非常に
重要で、試料面上での像が小さければ小さいほど試料面
上のパターンの影響による測定誤差を小さくすることが
できるためである。
The point to be noted in the above embodiment is that the objective lens 2 is first corrected for aberrations with respect to the light for measurement. A spot image can be formed. In the present embodiment, a monochromatic semiconductor laser is further used as a light source for measurement, and since the optical system passes through only a part of the objective lens 2, the optical system is advantageous in terms of aberration. This is very important because the smaller the image on the sample surface, the smaller the measurement error due to the effect of the pattern on the sample surface.

【0022】また、ダイクロイックミラー3では検査使
用光と測定光(半導体レーザ光)の分離が容易に行える
ため、互いの光が影響し合うことがない。これは、2つ
の光の波長を40nm以上離した効果によるものであ
る。20nm程度の波長差の光を分離するダイクロイッ
クミラーは存在するが、光学設計のし易さ、多層膜の経
時変化など、装置に使用する条件を考えると、図5にそ
の分光透過特性の一例(45°入射に対する分光透過
率)を示すように、20nmの分離幅で設計しても実際
にはそれ以上のものができてしまい、安定して使用する
ことが難しい。我々は鋭意研究の結果、この波長差を4
0nm以上にする条件が実用上最も良いことをつきとめ
た。つまり、ダイクロイックミラー3での光の分離が安
定して行え、且つ対物レンズ2の収差補正にも都合が良
いのがこの条件である。
In the dichroic mirror 3, since the inspection light and the measurement light (semiconductor laser light) can be easily separated, they do not influence each other. This is due to the effect of separating the wavelengths of the two lights by 40 nm or more. Although there is a dichroic mirror that separates light having a wavelength difference of about 20 nm, FIG. 5 shows an example of its spectral transmission characteristics (see FIG. 5), considering conditions used in the device, such as ease of optical design and aging of the multilayer film. Even if designed with a separation width of 20 nm as shown in FIG. As a result of our intensive studies, we found that this wavelength difference was 4
It has been found that the condition of 0 nm or more is the best for practical use. In other words, the condition is that the separation of light by the dichroic mirror 3 can be performed stably, and the aberration correction of the objective lens 2 is also convenient.

【0023】なお、図4に示す最適結像条件からずれて
いる場合、PSD10上ではスポット像はぼけるが、P
SD10では光の重心位置を求めるため光の位置を求め
る上では問題なく、前記 (1)式が満足される。
When the image is deviated from the optimum image forming condition shown in FIG.
In SD10, since the position of the center of gravity of the light is obtained, there is no problem in obtaining the position of the light, and the above expression (1) is satisfied.

【0024】このように本実施例によれば、検査光学系
の一部にダイクロイックミラー3を配置し、検査用の光
と測定用の光とを分離しているので、測定用の光を検査
光学系の対物レンズ2を通して試料面上に照射すると共
に、試料面上にスポット像を精度よく形成することがで
きる。さらに、試料面からの反射光もダイクロイックミ
ラー3を介してPSD10上に導くことができる。この
ため、対物レンズ2のNAの大小にかかわらず、また試
料面と対物レンズ2とのスペースの大小に拘らず、試料
面の位置を高精度に測定することができる。
As described above, according to the present embodiment, the dichroic mirror 3 is arranged in a part of the inspection optical system to separate the light for inspection and the light for measurement. Irradiation onto the sample surface through the objective lens 2 of the optical system and formation of a spot image on the sample surface with high accuracy are possible. Further, light reflected from the sample surface can be guided onto the PSD 10 via the dichroic mirror 3. Therefore, the position of the sample surface can be measured with high accuracy regardless of the size of the NA of the objective lens 2 and the size of the space between the sample surface and the objective lens 2.

【0025】従って、対物レンズ2のNAを大きくでき
るため高解像性が期待でき、試料面上のゴミの付着を防
ぐ保護膜をつけた状態でも試料面位置を測定することが
できる等の効果がある。また、本実施例では測定用光源
として可視光の半導体レーザを使用しているので、光学
調整が容易になり、さらに他のレーザ光に比べ高速変調
も容易なため、測定系の高速化がはかれる等の付加的な
効果もある。
Therefore, since the NA of the objective lens 2 can be increased, high resolution can be expected, and the position of the sample surface can be measured even when a protective film for preventing the adhesion of dust on the sample surface is provided. There is. Further, in the present embodiment, a semiconductor laser of visible light is used as a light source for measurement, so that optical adjustment is easy, and high-speed modulation is easier than other laser light, so that the measurement system can be speeded up. There are additional effects such as.

【0026】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では検査装置を対象としていた
が、露光装置或いは顕微鏡等に適用してもよい。被検査
物としては、マスクやレチクルに限らず、ウェハを用い
ることもできる。光電検出器としてPSDを使用した
が、分離型光位置検出器又はその他の光位置検出手段で
もよい。検査使用光の波長は400〜600nmとした
が、それ以下の波長でもよいのは勿論である。また、第
1の光と第2の光とを分離できるものであれば、ダイク
ロイックミラーに限らず他の波長選択素子を用いること
も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. In the embodiment, the inspection apparatus is targeted, but may be applied to an exposure apparatus or a microscope. The object to be inspected is not limited to a mask or a reticle, but may be a wafer. Although a PSD is used as the photoelectric detector, a separate optical position detector or other optical position detecting means may be used. The wavelength of the light used for inspection is 400 to 600 nm, but it is a matter of course that the wavelength may be smaller than that. Further, as long as the first light and the second light can be separated, not only the dichroic mirror but also another wavelength selection element can be used. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、測
定用の光を投影光学系の対物レンズを通して被測定試料
面に照射し、その反射光を検出して試料面の高さ位置を
測定しているので、光学レンズのNAの大小に拘らず、
また投影光学系と試料面との間のスペース余裕が小さく
なっても、試料面の高さ位置を測定することのできる試
料面位置測定装置を実現することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, the light for measurement is irradiated on the surface of the sample to be measured through the objective lens of the projection optical system, the reflected light is detected, and the height position of the sample surface is detected. Is measured, regardless of the size of the NA of the optical lens,
Further, even if the space margin between the projection optical system and the sample surface is reduced, it is possible to realize a sample surface position measuring device capable of measuring the height position of the sample surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係わる試料面位置測定装置
を示す概略構成図、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a sample surface position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention;

【図2】図1の装置に使用した半導体レーザの素子構造
を示す断面図、
FIG. 2 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor laser used in the apparatus of FIG. 1;

【図3】図2の半導体レーザの出力スペクトルの一例を
示す特性図、
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of an output spectrum of the semiconductor laser of FIG. 2;

【図4】試料面位置がずれた場合の反射光の位置ずれを
示す模式図、
FIG. 4 is a schematic diagram showing a positional shift of reflected light when a sample surface position is shifted;

【図5】ダイクロイックミラーにおける波長と透過率と
の関係を示す特性図、
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between wavelength and transmittance in a dichroic mirror;

【図6】従来の試料面位置測定装置を示す概略構成図、FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a conventional sample surface position measuring device;

【図7】従来装置の問題点を説明するための模式図。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a problem of the conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…被検査物(被測定試料)、 2…対物レンズ、 3…ダイクロイックミラー(波長選択素子)、 4…半導体レーザ(測定用光照射部)、 8…反射ミラー、 10…PSD(光電変換器)、 11…加算器、 12…減算器、 13…除算器、 14…位置測定回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inspection object (sample to be measured), 2 ... Objective lens, 3 ... Dichroic mirror (wavelength selection element), 4 ... Semiconductor laser (measurement light irradiation part), 8 ... Reflection mirror, 10 ... PSD (photoelectric converter) ), 11: adder, 12: subtractor, 13: divider, 14: position measuring circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳野 寿和 東京都板橋区蓮沼町75の1 株式会社ト プコン内 (72)発明者 佐藤 卓司 東京都板橋区蓮沼町75の1 株式会社ト プコン内 (56)参考文献 特開 平1−239407(JP,A) 特開 平1−123102(JP,A) 特開 平3−31714(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshikazu Yoshino 75-1, Hasunumacho, Itabashi-ku, Tokyo Within Topcon Corporation (72) Inventor Takuji Sato 75-1, Hasunumacho, Itabashi-ku, Tokyo Within Topcon Corporation (56) reference Patent flat 1-239407 (JP, a) JP flat 1-123102 (JP, a) JP flat 3-31714 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7 G01B 11/00-11/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測定試料面に対して垂直な方向に光軸を
持ち、所定波長の第1の光を用いて投影結像に供される
投影光学系と、この投影光学系の対物レンズを通して前
記試料面に第1の光とは波長の異なる第2の光を集束光
として照射し、且つ該第2の光を前記対物レンズの中心
からずれた一部分のみを通り、前記試料面に対して斜め
方向から入射させる測定用光照射部と、前記投影光学系
の対物レンズに対し前記試料面と反対側に配置され、第
1の光と第2の光とを分離する波長選択素子と、第2の
光の照射により前記試料面で反射され前記波長選択素子
を介して得られた反射光の位置を検出する光電検出器
と、この光電検出器の検出出力に基づいて前記試料面の
高さ位置を測定する手段とを具備してなることを特徴と
する試料面位置測定装置。
A projection optical system having an optical axis in a direction perpendicular to the surface of a sample to be measured and used for projection imaging using first light of a predetermined wavelength, and an objective lens of the projection optical system And irradiates the sample surface with second light having a wavelength different from the first light as convergent light through the center of the objective lens.
Oblique to the sample surface
A measurement light irradiating unit that is incident from a direction, a wavelength selection element that is disposed on a side opposite to the sample surface with respect to the objective lens of the projection optical system, and that separates first light and second light; A photodetector that detects the position of reflected light reflected on the sample surface by the light irradiation and obtained through the wavelength selection element, and a height position of the sample surface based on a detection output of the photoelectric detector. A sample surface position measuring device, comprising:
【請求項2】被測定試料面に対して垂直な方向に光軸を
持ち、所定波長の第1の光を用いた投影結像に供される
投影光学系と、この投影光学系の対物レンズを通して前
記試料面に第1の光とは波長の異なる第2の光を集束光
として照射し、且つ該第2の光を前記対物レンズの中心
からずれた一部分のみを通り、前記試料面に対して斜め
方向から入射させる測定用光照射部と、前記投影光学系
の対物レンズに対し前記試料面と反対側に配置され、第
1の光を透過し第2の光を反射するダイクロイックミラ
ーと、第2の光の照射により前記試料面で反射され前記
ダイクロイックミラーで反射された反射光の位置を検出
する光電検出器と、この光電検出器の検出出力に基づい
て前記試料面の高さ位置を測定する手段とを具備してな
ることを特徴とする試料面位置測定装置。
2. A projection optical system having an optical axis in a direction perpendicular to the surface of a sample to be measured and used for projection imaging using first light having a predetermined wavelength, and an objective lens of the projection optical system. And irradiates the sample surface with second light having a wavelength different from the first light as convergent light through the center of the objective lens.
Oblique to the sample surface
A measuring light irradiating unit that is incident from a direction, a dichroic mirror that is arranged on the side opposite to the sample surface with respect to the objective lens of the projection optical system, and that transmits the first light and reflects the second light; And a photoelectric detector for detecting the position of the reflected light reflected by the sample surface and reflected by the dichroic mirror due to the irradiation of light, and measuring the height position of the sample surface based on the detection output of the photoelectric detector. Means for measuring a sample surface position.
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