JPH05346306A - Pattern-position measuring apparatus - Google Patents

Pattern-position measuring apparatus

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JPH05346306A
JPH05346306A JP4153996A JP15399692A JPH05346306A JP H05346306 A JPH05346306 A JP H05346306A JP 4153996 A JP4153996 A JP 4153996A JP 15399692 A JP15399692 A JP 15399692A JP H05346306 A JPH05346306 A JP H05346306A
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JP
Japan
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pattern
sample
height
sample surface
gradient
Prior art date
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Application number
JP4153996A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenjiro Nakai
憲二郎 仲井
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a pattern-position measuring apparatus, which can accurately detect the deflecting shape of the surface of a sample when the deflection of the position of a pattern is corrected. CONSTITUTION:Height measuring means 11, 12 and 20, which measure the heights of the surface of a sample 10, whose pattern is formed on the upper surface of a substrate, at a specified interval, are provided. Sample-surface discriminating means 11, 12 and 20, which judge whether the height measuring point is on the upper surface of the substrate or on the upper surface of the pattern, are provided. A height correcting means 20, which corrects the height of the surface of the sample based on the outputs of the sample-surface discriminating means, is provided. Furthermore, the following means are provided. A deflected-shape detecting means 20 detects the surface of the sample based on the corrected height of the surface of the sample. A gradient computing means 20 computes the gradient of the surface of the sample at the position of the pattern based on the detected deflected shape. A pattern-position correcting means 20 corrects the position of the pattern based on the computed gradient.

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、マスク、レチクル等の
試料の基板上面に形成されたパターンの位置を測定する
パターン位置測定装置に係り、特にパターン測定位置の
撓み補正に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern position measuring device for measuring the position of a pattern formed on the upper surface of a substrate of a sample such as a mask or reticle, and more particularly to correction of deflection of the pattern measuring position.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、ステージ上に載置されたマスク、レ
チクル等の試料表面のパターンの位置を測定するに際
し、試料の撓みによるパターンの位置の測定誤差を補正
することが行われていた。例えば、特開平4−6561
9号に開示されているパターン位置測定装置では、ステ
ージ上に載置された試料表面の高さを所定の間隔で測定
し、この測定した試料表面の高さから試料表面の撓み形
状を予め検出しておき、パターンのエッジの位置におけ
る試料表面の勾配を先に検出しておいた撓み形状から求
め、該勾配に基づいて補正量を算出して、パターンの位
置を撓みのない状態に補正していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, when measuring the position of a pattern on the surface of a sample such as a mask or reticle placed on a stage, the measurement error of the position of the pattern due to the bending of the sample has been corrected. For example, JP-A-4-6561
In the pattern position measuring device disclosed in No. 9, the height of the sample surface placed on the stage is measured at predetermined intervals, and the bending shape of the sample surface is detected in advance from the measured height of the sample surface. Then, the gradient of the sample surface at the position of the edge of the pattern is obtained from the previously detected bending shape, and the correction amount is calculated based on the gradient to correct the position of the pattern to the state without bending. Was there.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、試料表面の高さを測定する際に、基板上面
とパターン上面との区別なく試料表面の高さの測定して
いたので、測定した試料表面の高さから検出した試料表
面の撓み形状には、パターンの厚さ分の誤差が含まれて
しまい、試料表面の正確な撓み形状が検出できないとい
う問題点があった。
In the prior art as described above, when measuring the height of the sample surface, the height of the sample surface was measured without distinguishing between the upper surface of the substrate and the upper surface of the pattern. The bending shape of the sample surface detected from the measured height of the sample surface includes an error corresponding to the thickness of the pattern, so that there is a problem that the accurate bending shape of the sample surface cannot be detected.

【0004】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、試料表面の撓み形状を正確に検出でき
るパターン位置測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a pattern position measuring apparatus capable of accurately detecting the bending shape of the sample surface.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為
に、基板上面に所定の厚さの精密パターンが形成された
試料をステージ上に載置し、前記パターンのエッジを検
出して前記パターンの位置を求める本発明のパターン位
置測定装置は、前記試料表面の高さを所定の間隔で測定
する高さ測定手段11、12、20と、前記高さ測定点
が前記基板上面か前記パターン上面かを判別する試料表
面判別手段11、12、20と、前記試料表面判別手段
の出力に基づいて、前記高さ測定手段で測定した前記試
料表面の高さを補正する高さ補正手段20と、前記高さ
補正手段で補正した前記試料表面の高さから前記試料表
面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段20と、前記
撓み形状検出手段で検出した撓み形状から前記パターン
のエッジの位置における前記試料表面の勾配を算出する
勾配算出手段20と、前記勾配算出手段の出力に基づい
て前記パターンの位置を補正するパターン位置補正手段
20とを有する。
In order to solve the above problems, a sample having a precision pattern of a predetermined thickness formed on the upper surface of a substrate is placed on a stage, and the edge of the pattern is detected to detect the pattern. The pattern position measuring apparatus of the present invention for determining the position of a pattern includes height measuring means 11, 12, 20 for measuring the height of the sample surface at predetermined intervals, and the height measuring point is the upper surface of the substrate or the pattern. Sample surface determination means 11, 12, 20 for determining whether the surface is an upper surface, and height correction means 20 for correcting the height of the sample surface measured by the height measurement means based on the output of the sample surface determination means. A bending shape detecting means 20 for detecting a bending shape of the sample surface from the height of the sample surface corrected by the height correcting means; and a bending shape detected from the bending shape detecting means to a position of an edge of the pattern. Oh Wherein a gradient calculating means 20 for calculating the gradient of the sample surface, and a pattern position correction means 20 for correcting the position of the pattern on the basis of an output of the gradient calculation unit that.

【0006】[0006]

【作用】本発明においては、所定の間隔で試料表面の高
さを測定したときに、高さ測定点が基板上面かパターン
上面かを判別し、この判別結果により測定した前記試料
表面の高さをパターンの厚さに基づいて補正して、該補
正した試料表面の高さから試料表面の撓み形状を検出す
るので、パターンの厚さ分の誤差が含まれず、正確に試
料表面の撓み形状を検出することができる。
In the present invention, when the height of the sample surface is measured at predetermined intervals, it is determined whether the height measurement point is the upper surface of the substrate or the upper surface of the pattern, and the height of the sample surface measured by this determination result. Is corrected based on the thickness of the pattern, and the bending shape of the sample surface is detected from the corrected height of the sample surface.Therefore, an error corresponding to the thickness of the pattern is not included, and the bending shape of the sample surface is accurately determined. Can be detected.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図1は本発明の一実施例のパターン位置
測定装置の斜視図である。所定の精密パターンが形成さ
れた試料10はXYステージ15上に載置され、そのパ
ターン像は対物レンズ11によって拡大され、光学装置
12内の所定の位置に結像される。この光学装置12内
にはレーザ光源が設けられ、対物レンズ11を介して試
料10上にレーザスポットを投射する。一般にマスクや
レチクルのパターンは微少な凹凸のエッジを有するの
で、スポット光を相対走査すると、エッジ部で散乱光ま
たは回折光が生じる。対物レンズ11の周囲に設けられ
た4つの受光素子50a、50b、51a、51bは、
その散乱光などを受光するエッジ検出手段として機能す
る。このエッジ検出の方式は詳しくは特公昭56−25
964号に開示されているので説明は省略する。また、
光学装置12は対物レンズ11をZ方向に上下動させる
ことにより、自動的に合焦できる焦点検出手段(オート
フォーカス)を備えている。この焦点検出手段には例え
ば実公昭57−44325号に記載の手段を用いること
ができ、試料10表面の高さも検出することができる。
ここで、焦点検出手段における合焦位置の検出について
簡単に説明する。まず試料10上に対物レンズ11を介
して前述のレーザ光をスポット状(又はスリット状)に
結像させ、試料10からの反射光を対物レンズ11を介
して再結像させる。対物レンズ11を数ミクロン上下動
させると共に、所定の合焦面を中心としてピンホール
(又はスリット)の位置を光軸方向(Z方向)に単振動
させ、さらにピンホール(又はスリット)の透過光を受
光して得られた出力信号を単振動の周波数で同期検波
(同期整流)する。その結果、図3に示すようなZ方向
の位置に対する電圧値がS字状に変化するS字カーブが
得られる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a pattern position measuring device according to an embodiment of the present invention. The sample 10 on which a predetermined precision pattern is formed is placed on the XY stage 15, and the pattern image is enlarged by the objective lens 11 and imaged at a predetermined position in the optical device 12. A laser light source is provided in the optical device 12, and a laser spot is projected onto the sample 10 via the objective lens 11. Generally, the pattern of a mask or reticle has edges of minute unevenness, and therefore, when spot light is relatively scanned, scattered light or diffracted light is generated at the edge portion. The four light receiving elements 50a, 50b, 51a, 51b provided around the objective lens 11 are
It functions as an edge detecting unit that receives the scattered light and the like. For details of this edge detection method, see Japanese Patent Publication No. 56-25
Since it is disclosed in No. 964, its explanation is omitted. Also,
The optical device 12 is provided with a focus detection means (autofocus) capable of automatically focusing by moving the objective lens 11 up and down in the Z direction. As the focus detecting means, for example, the means described in Japanese Utility Model Publication No. 57-44325 can be used, and the height of the surface of the sample 10 can also be detected.
Here, the detection of the in-focus position by the focus detection means will be briefly described. First, the above-mentioned laser light is imaged on the sample 10 through the objective lens 11 in a spot shape (or slit shape), and the reflected light from the sample 10 is re-imaged through the objective lens 11. The objective lens 11 is moved up and down by a few microns, and the position of the pinhole (or slit) is simply oscillated in the optical axis direction (Z direction) about a predetermined focusing surface, and further the transmitted light of the pinhole (or slit) is transmitted. The output signal obtained by receiving the light is synchronously detected (synchronous rectification) at a single vibration frequency. As a result, an S-shaped curve in which the voltage value with respect to the position in the Z direction changes in an S shape as shown in FIG. 3 is obtained.

【0008】このS字カーブ信号は合焦位置d0 の前後
の小区間でデフォーカス量dと電圧値Vとが線形性を有
し、また合焦位置d0 で電圧値Vが零となる特性を有し
ているので、S字カーブ信号に基づいて容易に合焦位置
0 に対する試料10のZ方向の高さ、すなわち試料1
0を載置して2次元移動するXYステージ15の理想的
な移動水平面と、試料10表面との間隔が検出できる。
[0008] The S-curve signal and the defocus amount d and the voltage value V has a linearity before and after the small section of the focus position d 0, and the voltage value V in-focus position d 0 is zero Since it has characteristics, the height of the sample 10 in the Z direction with respect to the in-focus position d 0 can be easily obtained based on the S-shaped curve signal, that is, the sample 1
It is possible to detect the distance between the ideal moving horizontal plane of the XY stage 15 which is mounted 0 and moves two-dimensionally, and the surface of the sample 10.

【0009】また、S字カーブ信号は、試料10表面の
反射率によってピーク〜ピークの電圧の大きさが異なる
特性を有している。試料10はガラスの基板上面にクロ
ムのパターンが形成されたもので、基板上面に比べてパ
ターン上面の方が反射率が高く、ピーク〜ピークの電圧
は大きくなる。従ってピーク〜ピークの電圧の大きさか
ら試料10上のの結像位置が基板上面かパターン上面か
を判別することができる。
Further, the S-shaped curve signal has a characteristic that the magnitude of the peak-to-peak voltage varies depending on the reflectance of the surface of the sample 10. Sample 10 has a chrome pattern formed on the upper surface of a glass substrate, and the reflectance is higher on the upper surface of the pattern than on the upper surface of the substrate, and the peak-to-peak voltage is large. Therefore, it is possible to determine whether the imaging position on the sample 10 is the upper surface of the substrate or the upper surface of the pattern from the magnitude of the peak-to-peak voltage.

【0010】試料10が載置されたXYステージ15は
モータ等を有する駆動装置150によりXY平面(基準
平面)を二次元移動する。X軸用及びY軸用の干渉計シ
ステム14a、14bはXYステージ15の上面端部に
固定された移動鏡13a、13bの反射面に測長用のレ
ーザビームを照射して、XYステージ15の位置、すな
わち対物レンズ11の光軸上にある試料10表面のXY
平面における位置(座標値)を検出し、該検出した座標
値を示す位置信号を主制御装置20に入力される。
The XY stage 15 on which the sample 10 is placed is two-dimensionally moved on the XY plane (reference plane) by a driving device 150 having a motor or the like. The X-axis and Y-axis interferometer systems 14a and 14b irradiate the reflecting surfaces of the movable mirrors 13a and 13b fixed to the upper end portions of the XY stage 15 with a laser beam for measuring the length, and the Position, that is, XY of the surface of the sample 10 on the optical axis of the objective lens 11.
A position (coordinate value) on the plane is detected, and a position signal indicating the detected coordinate value is input to main controller 20.

【0011】主制御装置20は、光学系12の焦点検出
手段からの合焦状態に応じた信号と、X軸用及びY軸用
の干渉計システム14a、14bからの位置信号と、受
光素子50a、50b、51a、51bからのエッジ検
出信号とが入力され、駆動装置150、表示装置21に
制御信号を出力する。そして、主制御装置20は、以下
の6つの機能を備えている。
The main controller 20 receives signals from the focus detecting means of the optical system 12 according to the in-focus state, position signals from the X-axis and Y-axis interferometer systems 14a and 14b, and the light receiving element 50a. , 50b, 51a, and 51b are input, and control signals are output to the drive device 150 and the display device 21. The main controller 20 has the following six functions.

【0012】第1の機能は、X軸用干渉計システム14
aおよびY軸用干渉計システム14bからのX軸、Y軸
それぞれの位置信号をモニタしつつ、駆動装置150に
制御信号を入力させてXYステージ15を所定の間隔で
2次元的にステップ移動させ、XYステージ15の各停
止位置において、光学装置12の焦点検出手段の出力信
号(オートフォーカス作動前の出力)を読み込み、合焦
位置d0 (電圧値零)からのずれによって、光軸上にあ
る試料10表面のZ方向の高さを検出し、干渉計システ
ム14a、14bからの位置信号の示す座標値(この座
標値は、試料10表面の対物レンズ11の光軸上の位置
に対応している。)と共に記憶する、試料10表面の高
さ検出機能である。
The first function is the X-axis interferometer system 14
While monitoring the X-axis and Y-axis position signals from the a and Y-axis interferometer system 14b, a control signal is input to the driving device 150 to two-dimensionally move the XY stage 15 at predetermined intervals. , At each stop position of the XY stage 15, the output signal (the output before the autofocus operation) of the focus detection means of the optical device 12 is read, and due to the deviation from the in-focus position d 0 (zero voltage value), it is moved to the optical axis. The height of the surface of a certain sample 10 in the Z direction is detected, and the coordinate values indicated by the position signals from the interferometer systems 14a and 14b (these coordinate values correspond to the position on the optical axis of the objective lens 11 on the surface of the sample 10). The height detection function of the surface of the sample 10 is stored together with the above.

【0013】第2の機能は、前記各停止位置で光学装置
12の対物レンズ11を数ミクロン程度上下動させるこ
とによりS字カーブ信号を求め、各高さ測定点が基板上
面であるかパターン上面であるかを、各停止位置で求め
たS字カーブ信号のピーク〜ピークの電圧の大きさと予
め記憶しておいた閾値とを比較することにより判別す
る、試料表面判別機能である。
The second function is to obtain an S-shaped curve signal by moving the objective lens 11 of the optical device 12 up and down by about several microns at each stop position, and determine whether each height measurement point is the upper surface of the substrate or the upper surface of the pattern. It is a sample surface discrimination function that discriminates whether or not it is by comparing the peak-to-peak voltage magnitude of the S-curve signal obtained at each stop position with a threshold value stored in advance.

【0014】第3の機能は、高さ測定点がパターン上面
と判別された場合には、第1の機能で測定した試料表面
の高さから予め記憶しておいたパターンの厚さd1 を減
算し、高さ測定点が基板上面と判別された場合には、第
1の機能で測定した高さを補正した試料表面の高さとす
る、高さ補正機能である。第4の機能は、第3の機能に
より補正した試料表面の高さと高さ測定点の座標値との
関係から、所定の間隔の間(高さ測定点間)を補完して
試料表面の撓み形状を検出し、XYステージ15の位置
と共に記憶する、撓み形状検出機能である。
A third function is, when the height measurement point is determined to be the upper surface of the pattern, the thickness d 1 of the pattern stored in advance from the height of the sample surface measured by the first function. When the height measurement point is determined to be the upper surface of the substrate by subtraction, the height measured by the first function is used as the corrected height of the sample surface. The fourth function complements a predetermined interval (between height measurement points) from the relationship between the height of the sample surface corrected by the third function and the coordinate value of the height measurement point to bend the sample surface. This is a flexure shape detection function that detects the shape and stores it together with the position of the XY stage 15.

【0015】第5の機能は、第4の機能により検出した
試料表面の撓み形状から、パターンのエッジの位置にお
ける試料表面の勾配を算出する、勾配算出機能である。
第6の機能は、第5の機能により算出した勾配に基づい
て補正量を算出し、パターンのエッジの位置を補正す
る、パターン位置補正機能である。上記の如く構成され
た図1の実施例に係るパターン位置測定装置の動作を図
2に示した主制御装置20のフローチャートと共に説明
する。
The fifth function is a gradient calculation function for calculating the gradient of the sample surface at the position of the edge of the pattern from the bending shape of the sample surface detected by the fourth function.
The sixth function is a pattern position correction function that calculates the correction amount based on the gradient calculated by the fifth function and corrects the position of the edge of the pattern. The operation of the pattern position measuring device according to the embodiment of FIG. 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart of the main controller 20 shown in FIG.

【0016】主制御装置20は、不図示の入力装置から
の測定開始指令により、X軸用、Y軸用それぞれの干渉
計システム14a、14bからの位置信号をモニターし
つつ、XYステージ15が初期位置にくるように、駆動
装置150に駆動指令を行う(ステップ101)。その
結果、図4に示した高さ測定点31aが光学装置12の
対物レンズ11の光軸上にくる。主制御装置20は、光
学装置12の焦点検出手段のオートフォーカスが働く前
の出力電圧を読み取ることにより、高さ測定点31aに
おける試料10表面の高さを測定する(ステップ10
2)。さらに光学装置12の対物レンズ11を数ミクロ
ン程度上下動させ、高さ測定点31aにおけるSカーブ
信号を求める。このSカーブ信号のピーク〜ピークの電
圧の大きさと予め定めておいた閾値とを比較し、高さ測
定点31aにおける試料10表面が基板上面かパターン
上面かを判別する。高さ測定点31aにおける試料10
表面がパターン上面と判別された場合には、測定した高
さからパターンの厚さd1 を減算して高さ補正を行う。
高さ測定点31aにおける試料表面が基板上面と判別さ
れた場合には高さ補正は行わず、測定した高さを補正後
の試料表面の高さとする(ステップ103)。主制御装
置20は、高さ補正後の試料10表面の高さを、このと
きに干渉計システム14a、14bの位置信号が示す座
標値と共に記憶する。
The main controller 20 monitors the position signals from the X-axis and Y-axis interferometer systems 14a and 14b in response to a measurement start command from an input device (not shown), and the XY stage 15 is initialized. A drive command is issued to the drive device 150 so that the drive device 150 comes to the position (step 101). As a result, the height measurement point 31a shown in FIG. 4 comes on the optical axis of the objective lens 11 of the optical device 12. The main controller 20 measures the height of the surface of the sample 10 at the height measurement point 31a by reading the output voltage before the autofocus of the focus detection means of the optical device 12 works (step 10).
2). Further, the objective lens 11 of the optical device 12 is moved up and down by about several microns to obtain the S curve signal at the height measurement point 31a. The peak-to-peak voltage magnitude of this S-curve signal is compared with a predetermined threshold value to determine whether the surface of the sample 10 at the height measurement point 31a is the substrate upper surface or the pattern upper surface. Sample 10 at height measurement point 31a
When the surface is discriminated as the pattern upper surface, the height d is corrected by subtracting the pattern thickness d 1 from the measured height.
When the sample surface at the height measurement point 31a is determined to be the upper surface of the substrate, height correction is not performed, and the measured height is set as the corrected sample surface height (step 103). Main controller 20 stores the height of the surface of sample 10 after the height correction together with the coordinate values indicated by the position signals of interferometer systems 14a and 14b at this time.

【0017】さらに、主制御装置20は、XYステージ
15を順次ステップ移動させ、高さ測定点31b〜31
z(図4参照)における試料10表面の高さを測定す
る。そして、高さ測定点31aの場合と同様にして、各
高さ測定点がパターン上面か基板上面かを判別して、こ
の判別結果に応じて高さ補正後の試料10表面の高さを
求め、各高さ測定点が対物レンズ11の光軸上にあると
きの干渉計システム14a、14bの位置信号が示す座
標値と共に記憶する。
Further, the main controller 20 sequentially moves the XY stage 15 in steps to set height measurement points 31b to 31.
The height of the surface of the sample 10 at z (see FIG. 4) is measured. Then, similarly to the case of the height measurement point 31a, it is determined whether each height measurement point is the pattern upper surface or the substrate upper surface, and the height of the surface of the sample 10 after the height correction is obtained according to the determination result. , The height measurement points are stored together with the coordinate values indicated by the position signals of the interferometer systems 14a and 14b when the height measurement points are on the optical axis of the objective lens 11.

【0018】次いで、主制御装置20は、X方向に並ん
だ高さ測定点31a〜31e(図4参照)における高さ
補正後の試料10表面の高さと座標値との関係から試料
10表面のX方向のライン32a(図3参照)における
撓み形状を、 z=a14 +a23 +a32 +a4X+a5 なる4次式で近似する。z、Xの5つのデータに対して
未知数a1〜a5は5つであるから上記4次式は一義的に
定まる。
Next, the main controller 20 determines the height of the sample 10 surface after the height correction at the height measuring points 31a to 31e (see FIG. 4) arranged in the X direction from the relationship between the height and the coordinate value of the surface of the sample 10. The bending shape on the line 32a in the X direction (see FIG. 3) is approximated by a quartic equation of z = a 1 X 4 + a 2 X 3 + a 3 X 2 + a 4 X + a 5 . z, unknowns a 1 ~a against the five data X 5 is the quartic because among 5 uniquely determined.

【0019】このようにして、順次、X方向の高さ測定
点31f〜31j、X方向の高さ測定点31k〜31
p、X方向の高さ測定点31q〜31u、X方向の高さ
測定点31v〜31zに対しても撓み形状の4次近似式
を求める。さらに、Y方向に並んだ高さ測定点31a〜
31vに対しても同様にY方向のライン32b(図4参
照)における撓み形状を、 z=a14 +a23 +a32 +a4Y+a5 なる4次式で近似する。
In this way, the height measuring points 31f to 31j in the X direction and the height measuring points 31k to 31 in the X direction are sequentially performed.
For the height measurement points 31q to 31u in the p and X directions and the height measurement points 31v to 31z in the X direction, a fourth-order approximation formula of the flexure shape is obtained. Further, the height measurement points 31a arranged in the Y direction
Similarly, for 31v, the bending shape of the line 32b (see FIG. 4) in the Y direction is approximated by a quartic equation of z = a 1 Y 4 + a 2 Y 3 + a 3 Y 2 + a 4 Y + a 5 .

【0020】さらに同様にして、順次、Y方向の高さ測
定点31b〜31w、Y方向の高さ測定点31c〜31
x、Y方向の高さ測定点31d〜31y、Y方向の高さ
測定点31e〜31zに対しても撓み形状の4次式を求
める。この結果、図5に示したように、試料10表面の
撓み形状が得られる(ステップ104)。
In the same manner, the height measuring points 31b to 31w in the Y direction and the height measuring points 31c to 31 in the Y direction are sequentially performed.
For the height measurement points 31d to 31y in the x and Y directions and the height measurement points 31e to 31z in the Y direction, the quaternary equation of the bending shape is obtained. As a result, as shown in FIG. 5, the bent shape of the surface of the sample 10 is obtained (step 104).

【0021】次に、主制御装置20は、XYステージ1
5を初期位置に戻した後、駆動装置150を制御して、
XYステージ15を初期位置から順次移動させる。光学
装置12からのスポット光を相対走査すると、受光素子
50a、50b、51a、51bからエッジ検出信号が
出力される(ステップ105)。主制御装置20は、パ
ターンのエッジが検出されたときの干渉計システム14
a、14bの位置信号から、エッジ検出信号が出力され
たときのXYステージ15の位置を読み取る(ステップ
106)。
Next, the main controller 20 operates the XY stage 1
After returning 5 to the initial position, control the drive device 150,
The XY stage 15 is sequentially moved from the initial position. When the spot light from the optical device 12 is relatively scanned, an edge detection signal is output from the light receiving elements 50a, 50b, 51a, 51b (step 105). The main controller 20 controls the interferometer system 14 when the edge of the pattern is detected.
The position of the XY stage 15 when the edge detection signal is output is read from the position signals of a and 14b (step 106).

【0022】例えば、いま、図4のパターンエッジの位
置33a、33bでエッジ検出信号が出力されたとす
る。パターンエッジの位置33a、33bの位置に対応
した座標値が干渉計システム14a、14bから読み取
られ、記憶される。主制御装置20は、パターンエッジ
の位置33aのX座標値に等しいX座標値を持ち、先に
求めた4次近似式のうち、パターンエッジの位置33a
に隣接した近似式上の高さ測定点33c、33dにおけ
るX方向の勾配θX3、θX4を算出する。この勾配θX3
θX4は、先に算出した4次近似式を微分し、X座標値を
代入することにより得ることができる。
For example, assume that edge detection signals are output at the pattern edge positions 33a and 33b in FIG. Coordinate values corresponding to the positions of the pattern edge positions 33a and 33b are read from the interferometer systems 14a and 14b and stored. The main controller 20 has an X coordinate value equal to the X coordinate value of the pattern edge position 33a, and the pattern edge position 33a of the previously calculated quaternary approximation formula
Then, gradients X X3 and θ X4 in the X direction at the height measurement points 33c and 33d on the approximate expression adjacent to are calculated. This gradient θ X3 ,
θ X4 can be obtained by differentiating the previously calculated fourth-order approximation formula and substituting the X coordinate value.

【0023】パターンエッジの位置33aと高さ測定点
33c、33dの位置関係が図4に示すものであった場
合、パターンエッジの位置33aでのX方向の勾配θX1
は、比例配分により、θX1=(l2 θX3+l1 θX4)/
(l1 +l2 )として算出する。他方のパターンエッジ
の位置33bでのX方向の勾配θX2についても同様に算
出する。
If the positional relationship between the pattern edge position 33a and the height measurement points 33c and 33d is as shown in FIG. 4, the gradient θ X1 in the X direction at the pattern edge position 33a is obtained.
Is proportional to θ X1 = (l 2 θ X3 + l 1 θ X4 ) /
It is calculated as (l 1 + l 2 ). The gradient θ X2 in the X direction at the other pattern edge position 33b is similarly calculated.

【0024】更にY方向の勾配θY1、θY2についても同
様にして算出する。次いで、パターンエッジの位置33
a、33bにおける補正量(tθX1/2)、(tθY1
2)、(tθX2/2)、(tθY2/2)を算出する。た
だし、tは試料10(図6参照)の厚さである。そして
この補正量で干渉計システム14a、14bで検出され
たパターンエッジの位置を補正する。ここで、パターン
エッジの位置33a及び33bが位置するX方向のライ
ン32cにおける撓み形状は図6に示すように点Oを中
心とした円弧状とみなす。
Further, the gradients Y Y1 and θ Y2 in the Y direction are calculated in the same manner. Then, the pattern edge position 33
correction amounts (tθ X1 / 2), (tθ Y1 /
2), (tθ X2 / 2), (tθ Y2 / 2) are calculated. However, t is the thickness of the sample 10 (see FIG. 6). Then, the positions of the pattern edges detected by the interferometer systems 14a and 14b are corrected by this correction amount. Here, the bending shape in the line 32c in the X direction where the pattern edge positions 33a and 33b are located is considered to be an arc shape with the point O as the center, as shown in FIG.

【0025】補正量は、中立面10’が伸び縮みせず、
中立面10’が変形することによる試料10の寸法変化
量が微少であるので無視でき、勾配から直ちに求めるこ
とができる。パターンエッジの位置33aと33bとの
間の距離は試料10の理想平面の状態に置いた場合に比
べて、t(θX1−θX2)/2 の誤差を含んでいること
になる。ただし、θX1、θX2は図6に示すように試料1
0の傾きが右上がりのときは正、左上がりのときは負と
なる。この場合、パターンエッジの位置33a、33b
との間の距離は勾配の差(θX1−θX2)が正であれば長
く計測され、(θX1−θX2)が負であれば短く計測され
ることになる。また、試料10が水平面に対し傾いてい
ても、誤差はθX1とθX2の差から演算されるので、傾き
はキャンセルされる。Y方向の座標の補正値についても
同様に考えればよい。
The correction amount is such that the neutral surface 10 'does not expand or contract,
Since the dimensional change amount of the sample 10 due to the deformation of the neutral surface 10 'is very small, it can be ignored and can be immediately obtained from the gradient. The distance between the pattern edge positions 33a and 33b includes an error of t (θ X1 −θ X2 ) / 2 as compared with the case where the sample 10 is placed on the ideal plane. However, as shown in Fig. 6, θ X1 and θ X2 are for sample 1
When the slope of 0 is rising to the right, it is positive, and when it is rising to the left, it is negative. In this case, the pattern edge positions 33a and 33b
The distance between and is measured long if the gradient difference (θ X1 −θ X2 ) is positive, and short if (θ X1 −θ X2 ) is negative. Even if the sample 10 is tilted with respect to the horizontal plane, the error is calculated from the difference between θ X1 and θ X2 , so the tilt is canceled. The same applies to the correction value of the coordinate in the Y direction.

【0026】このようにして補正した座標値は、試料1
0表面がたわんでいない場合の座標値に極めて近いもの
である。従って、主制御装置20は、受光素子50a、
50b、51a、51bのエッジ検出信号が生じたとき
の干渉計システム14a、14bの位置信号が示す座標
値を上述の如き補正した座標値に基づいて、エッジ間隔
等を求め表示装置21に表示せしめる。
The coordinate values corrected in this manner are used for the sample 1
0 It is very close to the coordinate value when the surface is not deflected. Therefore, the main controller 20 includes the light receiving element 50a,
Based on the coordinate values corrected by the above-described coordinate values indicated by the position signals of the interferometer systems 14a, 14b when the edge detection signals of 50b, 51a, 51b are generated, the edge interval and the like are obtained and displayed on the display device 21. ..

【0027】本実施例では、基準平面と仮想の試料面
(パターン上面)との間隔を25で検出したが、検出す
る位置の数はこれに限るものでなく、撓みの近似誤差を
小さくしたい場合には数を増やせばよい。なお、この場
合には、近似式の次数を増やす必要がある。また、撓み
形状の近似式は高次式に限るものでなく、任意の式を用
いることができる。更に、撓み形状の近似方法とし
て、、z=f(x、y)なる適当な関数で曲面を近似し
てもよい。この場合には、パターンエッジの位置がどこ
にあっても実施例のように比例配分を用いる必要はな
く、前記関数を微分し、XY座標値を代入することによ
り、即座に勾配を求めることができる。
In the present embodiment, the distance between the reference plane and the virtual sample surface (pattern upper surface) is detected at 25, but the number of positions to be detected is not limited to this, and it is desired to reduce the approximation error of bending. You can increase the number. In this case, it is necessary to increase the order of the approximate expression. Further, the approximate expression of the flexure shape is not limited to the high-order expression, and any expression can be used. Further, as a method of approximating the bending shape, a curved surface may be approximated by an appropriate function of z = f (x, y). In this case, no matter where the position of the pattern edge is, it is not necessary to use proportional distribution as in the embodiment, but the gradient can be immediately obtained by differentiating the function and substituting the XY coordinate values. ..

【0028】本実施例では、焦点検出手段が出力する信
号に基づいて試料10表面の高さを検出したが、これに
限るものではない。例えば、対物レンズ11の上下動量
をエンコーダ、干渉計またはポテンショメータ等の手段
により読み取れるようにしてもよい。また、対物レンズ
11の上下動量だけでなくXYステージ15の上にZ方
向に上下動するZステージを設け、このZステージの上
下動量を読み取るようにしてもよい。
In this embodiment, the height of the surface of the sample 10 is detected based on the signal output from the focus detecting means, but the present invention is not limited to this. For example, the vertical movement amount of the objective lens 11 may be read by a means such as an encoder, an interferometer, or a potentiometer. Further, not only the vertical movement amount of the objective lens 11 but also a Z stage that vertically moves in the Z direction may be provided on the XY stage 15, and the vertical movement amount of the Z stage may be read.

【0029】また、他のエッジ検出手段としては、対物
レンズ11によって結像されたパターンエッジの像を振
動スリット等を用いて走査する光電顕微鏡が使えること
は言うまでもない。更にまた、被測定試料の撓みは実施
例に示した円弧状のものに限らず、どのような形に変形
していても、パターンの位置を補正できることは言うま
でもない。
It is needless to say that a photoelectric microscope for scanning the image of the pattern edge formed by the objective lens 11 using a vibrating slit or the like can be used as another edge detecting means. Furthermore, it goes without saying that the bending of the sample to be measured is not limited to the arcuate shape shown in the embodiment, and the position of the pattern can be corrected even if it is deformed in any shape.

【0030】本実施例においては、Sカーブ信号のピー
ク〜ピークの電圧の大きさから高さ測定点が基板上面か
パターン上面かを判別しているが、試料表面をCCDカ
メラ等で撮像し、得られたビデオ信号の情報から基板上
面かパターン上面かを判別するようにしてもよい。ま
た、高さ測定点がパターン上面と判別された場合に、そ
のパターン上面の高さからパターンの厚さd1 を減算
し、高さ測定点が基板上面と判別された場合には測定し
た高さを補正後の試料表面の高さとして、高さ補正を行
っているが、高さ補正の方法はこれに限るものではな
く、補正量はパターンの厚さに基づいて任意に定められ
ることはいうまでもない。
In the present embodiment, it is determined whether the height measurement point is the upper surface of the substrate or the upper surface of the pattern based on the magnitude of the peak-to-peak voltage of the S curve signal. You may make it discriminate | determine from a board | substrate upper surface or a pattern upper surface from the information of the obtained video signal. Further, when the height measurement point is determined to be the pattern upper surface, the pattern thickness d 1 is subtracted from the height of the pattern upper surface, and when the height measurement point is determined to be the substrate upper surface, the measured height is measured. The height is corrected as the height of the sample surface after correction, but the height correction method is not limited to this, and the correction amount can be arbitrarily determined based on the pattern thickness. Needless to say.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
位置測定装置は、試料表面の高さを測定すると共に、高
さ測定点が基板上面かパターン上面かを判別し、この判
別結果に応じて測定した試料表面の高さをパターンの厚
さに基づいて補正し、該補正した試料表面の高さから試
料表面の撓み形状を検出する構成となっているので、パ
ターンの厚さに起因する撓み形状の検出誤差をなくすこ
とができ、正確な撓み形状を検出することができる。
As described above, the pattern position measuring apparatus of the present invention measures the height of the sample surface, determines whether the height measurement point is the substrate upper surface or the pattern upper surface, and responds to this determination result. The height of the sample surface measured by the correction is corrected based on the thickness of the pattern, and the deflection shape of the sample surface is detected from the corrected height of the sample surface. A bending shape detection error can be eliminated, and an accurate bending shape can be detected.

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

【図1】本発明に係るパターン位置測定装置の一実施例
の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a pattern position measuring device according to the present invention.

【図2】図1で用いる主制御装置20のフローチャート
である。
FIG. 2 is a flowchart of a main controller 20 used in FIG.

【図3】S字カーブ信号の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an S-shaped curve signal.

【図4】試料表面の撓み測定位置及び試料表面の勾配を
求める手順を説明する図でである。
FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for obtaining a deflection measurement position on the sample surface and a gradient on the sample surface.

【図5】近似により得られる試料表面の撓み形状の一例
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a bent shape of the sample surface obtained by approximation.

【図6】試料の撓みの一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of bending of a sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 対物レンズ 12 光学装置 14a、14b 干渉計システム 20 主制御装置 31a〜31z 高さ測定点 50a、50b、51a、51b 受光素子 11 Objective Lens 12 Optical Devices 14a, 14b Interferometer System 20 Main Controllers 31a-31z Height Measurement Points 50a, 50b, 51a, 51b Light-Receiving Element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上面に所定の厚さの精密パターンが
形成された試料をステージ上に載置し、前記パターンの
エッジを検出して前記パターンの位置を求めるパターン
位置測定装置において、 前記試料表面の高さを所定の間隔で測定する高さ測定手
段と、 前記高さ測定点が前記基板上面か前記パターン上面かを
判別する試料表面判別手段と、 前記試料表面判別手段の出力に基づいて、前記高さ測定
手段で測定した前記試料表面の高さを補正する高さ補正
手段と、 前記高さ補正手段で補正した前記試料表面の高さから前
記試料表面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段と、 前記撓み形状検出手段で検出した撓み形状から前記パタ
ーンのエッジの位置における前記試料表面の勾配を算出
する勾配算出手段と、 前記勾配算出手段の出力に基づいて前記パターンの位置
を補正するパターン位置補正手段と、 を有することを特徴とするパターン位置測定装置。
1. A pattern position measuring apparatus, wherein a sample having a precision pattern of a predetermined thickness formed on a top surface of a substrate is placed on a stage, and an edge of the pattern is detected to obtain a position of the pattern. Height measuring means for measuring the height of the surface at predetermined intervals, sample surface determining means for determining whether the height measuring point is the substrate upper surface or the pattern upper surface, and based on the output of the sample surface determining means A height correcting means for correcting the height of the sample surface measured by the height measuring means, and a bending shape for detecting a bending shape of the sample surface from the height of the sample surface corrected by the height correcting means Detecting means, gradient calculating means for calculating the gradient of the sample surface at the edge position of the pattern from the bending shape detected by the bending shape detecting means, and based on the output of the gradient calculating means And a pattern position correcting means for correcting the position of the pattern.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008538866A (en) * 2005-04-25 2008-11-06 マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット Method for measuring the position of a mark in a microlithographic deflector system
JP2015141411A (en) * 2014-01-30 2015-08-03 株式会社ニューフレアテクノロジー Inspection device

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