JP2000321027A

JP2000321027A - パターン計測方法およびパターン計測装置

Info

Publication number: JP2000321027A
Application number: JP11135157A
Authority: JP
Inventors: Taro Ototake; 太朗乙武
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】被計測パターンの計測を行なう際、エッジ検
出光学系、ステージ干渉計の中に内在していた、被計測
パターンの位置に依存するシステマチックな誤差を低減
し、被計測パターンのパターン情報を正確に計測するパ
ターン計測方法及びパターン計測装置を提供することを
課題とする。【解決手段】ステージとパターン情報計測手段とを相
対移動させ、上記ステージ上に載置された基板上の被計
測パターンを複数回計測し、上記複数回計測したパター
ンの情報の平均値を算出する。このことにより、被計測
パターンの計測される位置が異なる位置において複数回
行われるので、被計測パターンの線幅を含むパターン情
報を計測する上で発生する各種のシステマチックな誤差
が平均化効果により互いに相殺され、計測値に内在する
誤差を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク、レチク
ル、ウエハ等の基板表面に形成されたパターンのパター
ン情報を計測するパターン計測方法及びパターン計測装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステージ上に載置された基板上の
被計測パターンのパターン情報を計測する方法として、
パターンエッジ検出光学系が被計測パターンを計測しや
すいように、ステージをパターンエッジ検出光学系の検
出視野近傍にて一旦停止させた状態で、パターンエッジ
検出光学系により被計測パターンのエッジ位置の検出を
行うことにより、被計測パターンの線幅または二次元位
置等のパターン情報を計測する方法がある。

【０００３】パターンエッジ検出光学系として以下の構
成が知られている。第１の従来技術としては、特公昭５
６−２５９６４号公報に開示されているように、光源と
してレーザを使用し、レーザ光をパターン面上でレーザ
スポット（又はスリット）像として結像させる。検出光
学系内のミラーを走査することでパターン前後でレーザ
ビームを走査させ、エッジからの散乱光およびパターン
表面からの反射光等を検出することでエッジを検知し、
その時のミラー位置を干渉計等により検出することによ
り、基準位置からのエッジ位置の距離を検出している。

【０００４】また、第２の従来技術としては、検出光学
系として以下の構成を用いるものがある。検出光学系に
より、被計測パターン像をＣＣＤカメラ上に投影し、Ｃ
ＣＤカメラにより得られたパターン画像を画像処理する
ことで基準位置からのパターンエッジ位置の距離を検出
する。

【０００５】すなわち、上述の第１及び第２の従来技術
において、２つのエッジ位置の差を求めることでパター
ンの線幅を得ている。また、干渉計により検出されるス
テージ停止位置と検出光学系により得られた基準位置か
らのエッジ位置の距離を加算することでパターンの二次
元位置を得ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来技術によるパターン情報の計測方法には、種
々の問題があった。

【０００７】まず、エッジ検出光学系については、以下
の問題があった。第１の従来技術においては、レーザビ
ーム走査範囲内のどこに被計測パターンがあっても計測
は可能であり、また、第２の従来技術においては、ＣＣ
Ｄカメラにより得られるイメージフィールド内のどこに
被計測パターンがあっても計測は可能であるが、エッジ
検出光学系には製造誤差に起因するディストーションが
存在するため、被計測パターンが走査範囲内またはイメ
ージフィールド内の存在する位置によって、エッジ検出
位置に誤差が生じると共に、誤差量も位置に応じて変化
してしまう。

【０００８】また、第２の従来技術においては、ＣＣＤ
も誤差要因となる。すなわち、ＣＣＤはピクセルが多数
用いられているが、ピクセルの位置誤差、ピクセルの感
度むらがあると、パターンがイメージフィールド内の存
在する位置によって、上記ＣＣＤによる誤差がさらに増
大してしまう。

【０００９】更に、被計測パターンの二次元位置を計測
する場合には、ステージ位置を検出する干渉計の誤差も
誤差要因となる。干渉計の誤差は、光ヘテロダイン干渉
法による干渉計計測においては、２つの周波数間のクロ
ストークに起因する波長周期の非線形位相誤差である。
すなわち、干渉計の偏光特性誤差がある場合に、ステー
ジ移動時の干渉計の読み値に周期的な誤差が生じる。周
期はシングルパスの干渉計ではλ／２（λ＝６３３ｎｍ
の場合、３１７ｎｍ）、ダブルパスの干渉計ではλ／4
（λ＝６３３ｎｍの場合、１６８ｎｍ）となる。又、誤
差の最大値は偏光特性誤差によるが最大１０ｎｍを超え
る場合があり、最先端のパターン位置計測誤差として無
視できるものでない。

【００１０】図９は、光へテロダイン干渉法を用いたダ
ブルパルス干渉計による計測における非線形位相誤差を
示す図である。図９において、Ｘ軸は、ステージの実際
の移動量であり、Ｙ軸は、干渉計により計測される移動
量である。同図から明らかなように、λ／４を周期とす
る非線形誤差が発生する。

【００１１】上述したように、従来のパターン計測方法
又はパターン計測装置では、エッジ検出光学系、ステー
ジ干渉計の中に、計測時の被計測パターンの位置に依存
するシステマチックな誤差が内在しており、これらが被
計測パターンのパターン情報の計測誤差となっていた。

【００１２】本発明の目的は、このようなシステマチッ
クな計測誤差を低減し、被計測パターンのパターン情報
を正確に計測するパターン計測方法及びパターン計測装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。すなわち、本発明
の一態様によれば、本発明のパターン計測方法は、ステ
ージとパターン情報計測手段とを相対移動させ、上記ス
テージ上に載置された基板上の被計測パターンを複数回
計測し、上記複数回計測したパターンの情報の平均値を
算出する。

【００１４】このことにより、被計測パターンの計測さ
れる位置が異なる位置において複数回行われるので、被
計測パターンを計測する上で発生する各種のシステマチ
ックな誤差が平均化効果により互いに相殺され、計測値
に内在する誤差を低減することができる。

【００１５】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測方法は、上記パターンの情報が、上記被計
測パターンの線幅又は二次元位置である。このことによ
り、被計測パターンの計測される位置が異なる位置にお
いて複数回行われるので、被計測パターンの線幅又は二
次元位置を計測する上で発生する各種のシステマチック
な誤差が平均化効果により互いに相殺され、計測値に内
在する誤差を低減することができる。

【００１６】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測方法は、上記ステージと上記パターン情報
計測手段とが所定間隔で相対移動する毎に、上記被計測
パターンの計測を行なう。

【００１７】このことにより、被計測パターンの計測さ
れる位置が所定間隔の異なる位置において複数回行われ
るので、被計測パターンを計測する上で発生する各種の
システマチックな誤差が平均化効果により互いに相殺さ
れ、計測値に内在する誤差をさらに低減することができ
る。

【００１８】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測方法は、上記パターン情報計測手段が、上
記被計測パターンのエッジを検出し、上記パターンの情
報は、上記被計測パターンのエッジを検出した検出結果
と、上記ステージと上記パターン情報計測手段との相対
移動を検出した検出結果とに基づいて算出される。

【００１９】このことにより、被計測パターンの計測さ
れる位置およびＸＹステージの検出される位置が異なる
位置において複数回行われるので、被計測パターンの二
次元位置を計測する上で発生する各種のシステマチック
な誤差が平均化効果により互いに相殺され、検出結果に
内在する誤差を低減することができる。

【００２０】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測装置は、基板を載置するステージと、上記
基板上の被計測パターンを計測するパターン情報計測手
段と、上記ステージと上記パターン情報計測手段とを相
対移動させる移動手段と、上記移動手段により上記ステ
ージと上記パターン情報計測手段とを移動させ、上記パ
ターン情報計測手段による上記被計測パターンの計測を
複数回行なわせる制御手段と、複数回計測された上記パ
ターンの情報の平均値を算出する算出手段とを備える。

【００２１】このことにより、被計測パターンの計測さ
れる位置が異なる位置において複数回行われるので、被
計測パターンを計測する上で発生する各種のシステマチ
ックな誤差が平均化効果により互いに相殺され、計測値
に内在する誤差を低減することができる。

【００２２】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測装置は、上記パターンの情報が、上記被計
測パターンの線幅又は二次元位置である。このことによ
り、被計測パターンの計測される位置が異なる位置にお
いて複数回行われるので、被計測パターンの線幅又は二
次元位置を計測する上で発生する各種のシステマチック
な誤差が平均化効果により互いに相殺され、計測値に内
在する誤差を低減することができる。

【００２３】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測装置は、上記制御手段が、上記ステージと
上記パターン情報計測手段とが所定間隔で相対移動する
毎に、上記被計測パターンの計測を行なわせる。

【００２４】このことにより、被計測パターンの計測さ
れる位置が所定間隔の異なる位置において複数回行われ
るので、被計測パターンを計測する上で発生する各種の
システマチックな誤差が平均化効果により互いに相殺さ
れ、計測値に内在する誤差をさらに低減することができ
る。

【００２５】また、本発明の一態様によれば、本発明の
パターン計測装置は、上記パターン情報計測手段が、上
記被計測パターンのエッジを検出する検出光学系を有
し、上記移動手段が、上記ステージと上記検出光学系と
の相対移動位置を検出する位置検出手段を有し、上記パ
ターンの情報は、上記検出光学系の検出結果と上記位置
検出手段の検出結果とに基づいて算出される。

【００２６】このことにより、被計測パターンの計測さ
れる位置およびＸＹステージの検出される位置が異なる
位置において複数回行われるので、被計測パターンの二
次元位置を計測する上で発生する各種のシステマチック
な誤差が平均化効果により互いに相殺され、検出結果に
内在する誤差を低減することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を、
図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施の形態におけるパターン計測装置のブロック
図である。

【００２８】図１において、パターン計測装置１は、Ｘ
Ｙステージ１０と、パターン情報計測部２０と、移動部
３０と、制御部４０と、算出部５０とを備え、パターン
情報としての線幅や二次元位置、寸法等を計測する。こ
こでは、パターン情報として、線幅を計測する場合につ
いて説明する。

【００２９】ＸＹステージ１０は、被計測パターン１１
が形成された基板１２を載置する。パターン情報計測部
２０は、対物レンズ２１と、光学系２２と、ＣＣＤカメ
ラ２３とを備え、基板１２上の被計測パターン１１を対
物レンズ２１と光学系２２とを介してＣＣＤカメラ２３
上に結像させることにより、被計測パターン１１の線幅
を計測する。

【００３０】移動部３０は、ＸＹステージ１０とパター
ン情報計測部２０とのうちどちらか一方あるいは双方を
移動する。すなわち、移動部３０は、ＸＹステージ１０
とパターン情報計測部２０とを相対的に移動させる。

【００３１】制御部４０は、ＸＹステージ１０とパター
ン情報計測部２０とを相対的に移動させるように移動部
３０を制御し、ＸＹステージ１０とパターン情報計測部
２０とを相対的に所定間隔移動させる毎に、パターン情
報計測部２０による被計測パターン１１の線幅を複数回
計測する。

【００３２】算出部５０は、複数回計測された線幅の平
均値を算出する。図２は、本発明の第１の実施の形態に
おけるパターン計測装置の動作フローチャートである。

【００３３】図２を用いて、上述した構成のパターン計
測装置１の動作例を説明する。まず、ステップＳ２１に
おいて、制御部４０が移動部３０を制御することによ
り、移動部３０は、被計測パターン１１が対物レンズ２
１の視野内に入るようにＸＹステージ１０とパターン情
報計測部２０とを相対的に移動させる。

【００３４】ステップＳ２２において、パターン情報計
測部２０は、被計測パターン１１の線幅を計測する。具
体的には、ＣＣＤカメラ２３が、対物レンズ２１と光学
系２２とを介して、ＸＹステージ１０に載置されている
基板１２上の被計測パターン１１を撮像することによ
り、被計測パターン１１をＣＣＤカメラ２３に結像さ
せ、制御部４０あるいは制御部４０に接続された画像処
理部（不図示）が、結像された被計測パターン１１の画
像を画像処理（例えば、二値化処理）することにより、
被計測パターン１１のエッジ位置を求め、さらにエッジ
位置の差を求めることにより線幅を計測する。

【００３５】図３は、ＣＣＤカメラ上に結像された被計
測パターンを示した図である。図３において、十字形状
（＋符号形状）の被計測パターン１１は、ＣＣＤカメラ
２３の画面の中心３０１の近傍に結像しており、Ｘ方向
の２箇所のエッジ位置ｘ１とｘ２との差（ｘ２−ｘ１）
を求めることにより線幅Ｗｘが計測され、Ｙ方向の２箇
所のエッジ位置ｙ１とｙ２との差（ｙ２−ｙ１）を求め
ることにより線幅Ｗｙが計測される。なお、ＣＣＤカメ
ラ２３により得られる上記エッジ位置ｘ１、ｘ２、ｙ
１、ｙ２は、対物レンズ２１または光学系２２のディス
トーション、あるいはＣＣＤカメラ２３のピクセル位置
誤差または感度むらに起因する非線形な歪みがあるた
め、線幅ＷｘおよびＷｙは、上記エッジ位置ｘ１、ｘ
２、ｙ１、ｙ２に起因するシステマチックな誤差が含ま
れている。

【００３６】図２に戻り、ステップＳ２３において、予
め定められた回数分の線幅の計測が終了したか否かを判
断する。ステップＳ２３で予め定められた回数分の線幅
の計測が終了していないと判断した場合（Ｓ２３：Ｎ
Ｏ）は、ステップＳ２１乃至ステップＳ２３の各ステッ
プの処理を繰り返す。

【００３７】ステップＳ２３で予め定められた回数分の
線幅の計測が終了したと判断した場合（Ｓ２３：ＹＥ
Ｓ）は、ステップＳ２４において、算出部５０は、上記
回数分の線幅の平均値を算出する。

【００３８】図４は、被計測パターンの５回の線幅の計
測を示した図である。図４において、（ａ）は、１回目
の計測によりＣＣＤカメラ上に結像された被計測パター
ンであり、（ｂ）乃至（ｅ）は、２乃至５回目の計測に
よりＣＣＤカメラ上に結像された被計測パターンであ
る。

【００３９】図４を図２の動作フローチャートと対応さ
せて説明する。まず、図２中のステップＳ２１におい
て、被計測パターン１１が対物レンズ２１の視野内に入
るように、移動部３０がＸＹステージ１０とパターン情
報計測部２０とを相対的に移動させ、ステップＳ２２に
おいて、パターン情報計測部２０が被計測パターン１１
の線幅Ｗｘ１とＷｙ１を計測し（図４（ａ））、ステッ
プＳ２３において、予め定められた回数である５回の線
幅の計測が終了したか否かを判断するが、５回の線幅の
計測は終了していないのでステップＳ２１に戻る。

【００４０】次に、同様にステップＳ２１からステップ
Ｓ２３を繰り返す過程において、被計測パターン１１が
対物レンズ２１の視野内に入るように、移動部３０がＸ
Ｙステージ１０とパターン情報計測部２０とを相対的に
所定間隔移動（２回目のステップＳ２１）させた後の２
回目のステップＳ２２で、パターン情報計測部２０が線
幅Ｗｘ２とＷｙ２を計測する（図４（ｂ））。

【００４１】さらに、被計測パターン１１が対物レンズ
２１の視野内に入るように、移動部３０がＸＹステージ
１０とパターン情報計測部２０とを相対的に所定間隔移
動（３回目のステップＳ２１）させた後の３回目のステ
ップＳ２２で、パターン情報計測部２０が線幅Ｗｘ３と
Ｗｙ３を計測し（図４（ｃ））、被計測パターン１１が
対物レンズ２１の視野内に入るように、移動部３０がＸ
Ｙステージ１０とパターン情報計測部２０とを相対的に
所定間隔移動（４回目のステップＳ２１）させた後の４
回目のステップＳ２２で、パターン情報計測部２０が線
幅Ｗｘ４とＷｙ４を計測し（図４（ｄ））、被計測パタ
ーン１１が対物レンズ２１の視野内に入るように、移動
部３０がＸＹステージ１０とパターン情報計測部２０と
を相対的に所定間隔移動（５回目のステップＳ２１）さ
せた後の５回目のステップＳ２２で、パターン情報計測
部２０が線幅Ｗｘ５とＷｙ５を計測する（図４
（ｅ））。

【００４２】５回目のステップＳ２３において、５回の
線幅の計測は終了していると判断するので、ステップＳ
２４において、算出部５０は、上記５回分の線幅の平均
値を算出する。すなわち、（Ｗｘ１＋Ｗｘ２＋Ｗｘ３＋
Ｗｘ４＋Ｗｘ５）／５、および、（Ｗｙ１＋Ｗｙ２＋Ｗ
ｙ３＋Ｗｙ４＋Ｗｙ５）／５を算出する。この平均値を
計測した被計測パターン１１の線幅とする。

【００４３】なお、上述の第１の実施の形態において、
パターン情報計測部２０は、ＣＣＤカメラ２３を備えた
画像処理系として説明してきたが、後述する第２の実施
の形態におけるパターン情報計測部２０ａが行なう計測
と同様に、走査された出力光が対象物（被計測パター
ン）に反射した反射光を検出する走査型検出系でもよ
い。

【００４４】また、上述の第１の実施の形態において、
移動部３０がＸＹステージ１０とパターン情報計測部２
０とを相対的に所定間隔移動させる毎に、パターン情報
計測部２０が線幅を計測するとしたが、上記所定間隔
は、等間隔であってもよいし、不等間隔であってもよ
い。また、上記所定間隔は、ＸＹステージ１０およびパ
ターン情報計測部２０の駆動系に起因する誤差周期の公
倍数と一致しないことが望ましい。

【００４５】図５は、本発明の第２の実施の形態におけ
るパターン計測装置のブロック図である。図５におい
て、パターン計測装置１Ａは、ＸＹステージ１０と、パ
ターン情報計測部２０ａと、移動部３０ａと、制御部４
０と、算出部５０ａとを備え、パターン情報としての二
次元位置を計測する。

【００４６】ＸＹステージ１０は、移動ミラー６１を備
え、被計測パターン１１ａが形成された基板１２を載置
する。パターン情報計測部２０ａは、対物レンズ２１ａ
と、走査型検出部２４とを備え、基板１２上の被計測パ
ターン１１ａを対物レンズ２１ａと走査型検出部２４と
を介して走査することにより、被計測パターン１１ａの
ＸＹステージ１０に対する相対位置を計測する。

【００４７】移動部３０ａは、位置検出部６０を備え、
ＸＹステージ１０を移動する。位置検出部６０は、移動
ミラー６１を介してＸＹステージ１０のステージ位置を
検出する。なお、位置検出部６０は、Ｘ軸方向における
ＸＹステージ１０のステージ位置を検出するＸ方向位置
検出部と、Ｙ軸方向におけるＸＹステージ１０のステー
ジ位置を検出するＹ方向位置検出部とを備える。

【００４８】制御部４０は、ＸＹステージ１０を移動さ
せるように移動部３０ａを制御し、ＸＹステージを所定
間隔移動させる毎に、被計測パターン１１ａのうち、特
定の箇所の相対位置を複数回計測するようにパターン情
報計測部２０ａを制御し、また、ＸＹステージ１０のス
テージ位置を複数回検出するように位置検出部６０を制
御する。

【００４９】算出部５０ａは、複数回計測された相対位
置およびステージ位置に基づいて二次元位置の平均値を
算出する。二次元位置は、相対位置とステージ位置とを
加算することにより算出する。

【００５０】図６は、本発明の第２の実施の形態におけ
るパターン計測装置の動作フローチャートである。な
お、第１の実施の形態における動作ステップと同じ動作
ステップには同じステップ番号を用いている。

【００５１】図６を用いて、上述した構成のパターン計
測装置１Ａの動作例を説明する。まず、ステップＳ６１
において、制御部４０が移動部３０ａを制御することに
より、移動部３０ａは、被計測パターン１１ａが対物レ
ンズ２１の視野内に入るようにＸＹステージ１０を移動
させる。

【００５２】ステップＳ６２において、制御部４０が移
動部３０ａを制御することにより、移動部３０ａは、Ｘ
Ｙステージ１０の移動を停止させる。ステップＳ６３に
おいて、パターン情報計測部２０ａは、被計測パターン
１１ａのＸＹステージ１０に対する相対位置を計測し、
位置検出部６０は、ＸＹステージのステージ位置を検出
する。

【００５３】具体的には、走査型検出部２４が、対物レ
ンズ２１ａを介して、ＸＹステージ１０に載置されてい
る基板１２上の被計測パターン１１ａを走査することに
より、被計測パターン１１ａのエッジ位置を検出し、さ
らにエッジ位置間の中点を求めることにより被計測パタ
ーン１１ａのＸＹステージ１０に対する相対位置を計測
する。また、例えば干渉計等の位置検出部６０が、移動
ミラー６１を介して、ＸＹステージのＸ方向およびＹ方
向のステージ位置を検出する。

【００５４】図７は、被計測パターンの表示例を示した
図である。図７において、十字形状（＋符号形状）の被
計測パターン１１ａは、パターン計測装置１Ａが備える
表示部（不図示）の画面の中心７０１の近傍に表示され
ており、Ｘ軸方向の２箇所のエッジ位置ｘ３とｘ４との
中点と、中心７０１との差を求めることによりＸ軸方向
の相対位置Ｉｘが計測され、Ｙ軸方向の２箇所のエッジ
位置ｙ３とｙ４との中点と、中心７０１との差を求める
ことによりＹ軸方向の相対位置Ｉｙが計測される。な
お、走査型検出部２４により得られる上記エッジ位置ｘ
３、ｘ４、ｙ３、ｙ４は、対物レンズ２１ａのディスト
ーション等に起因する非線形な歪みがあるため、相対位
置ＩｘおよびＩｙは、上記エッジ位置ｘ３、ｘ４、ｙ
３、ｙ４に起因するシステマチックな誤差が含まれてい
る。

【００５５】図６に戻り、ステップＳ２３′において、
予め定められた回数分の相対位置およびステージ位置の
計測および検出が終了したか否かを判断する。ステップ
Ｓ２３′で予め定められた回数分の相対位置およびステ
ージ位置の計測および検出が終了していないと判断した
場合（Ｓ２３′：ＮＯ）は、ステップＳ６１乃至ステッ
プＳ２３′の各ステップの処理を繰り返す。

【００５６】ステップＳ２３′で予め定められた回数分
の相対位置およびステージ位置の計測および検出が終了
したと判断した場合（Ｓ２３′：ＹＥＳ）は、ステップ
Ｓ２４′において、算出部５０ａは、複数回計測された
相対位置およびステージ位置に基づいて上記回数分の二
次元位置の平均値を算出する。

【００５７】図８は、被計測パターンの５回の二次元位
置の計測を示した図である。図８において、（ａ）は、
１回目の計測により表示部に表示された被計測パターン
であり、（ｂ）乃至（ｅ）は、２乃至５回目の計測によ
り表示部に表示された被計測パターンである。

【００５８】図８を図６の動作フローチャートと対応さ
せて説明する。まず、図６中のステップＳ６１におい
て、被計測パターン１１ａが対物レンズ２１ａの視野内
に入るように、移動部３０ａがＸＹステージ１０を移動
させ、ステップＳ６２において、移動部３０ａがＸＹス
テージ１０を停止させ、ステップＳ６３において、パタ
ーン情報計測部２０ａが被計測パターン１１ａの相対位
置Ｉｘ１とＩｙ１を計測し、位置検出部６０がＸＹステ
ージ１０のステージ位置（Ｓｘ１とＳｙ１）を検出し
（図８（ａ））、ステップＳ２３′において、予め定め
られた回数である５回の相対位置およびステージ位置の
計測および検出が終了したか否かを判断するが、５回の
相対位置およびステージ位置の計測および検出は終了し
ていないのでステップＳ６１に戻る。

【００５９】次に、同様にステップＳ６１からステップ
Ｓ２３′を繰り返す過程において、移動部３０ａがＸＹ
ステージ１０を所定間隔移動させた後の２回目のステッ
プＳ６３で、パターン情報計測部２０ａが相対位置Ｉｘ
２とＩｙ２を計測し（図８（ｂ））、位置検出部６０が
ステージ位置（Ｓｘ２とＳｙ２）を検出する。

【００６０】さらに、３回目のステップＳ６３で、パタ
ーン情報計測部２０ａが相対位置Ｉｘ３とＩｙ３を計測
し（図８（ｃ））、位置検出部６０がステージ位置（Ｓ
ｘ３とＳｙ３）を検出し、４回目のステップＳ６３で、
パターン情報計測部２０ａが相対位置Ｉｘ４とＩｙ４を
計測し（図８（ｄ））、位置検出部６０がステージ位置
（Ｓｘ４とＳｙ４）を検出し、５回目のステップＳ６３
で、パターン情報計測部２０ａが相対位置Ｉｘ５とＩｙ
５を計測し（図８（ｅ））、位置検出部６０がステージ
位置（Ｓｘ５とＳｙ５）を検出する。これら５回の計測
を行う際、ＸＹステージ１０の移動範囲は、被計測パタ
ーン１１ａが対物レンズ２１ａの視野内に入るような範
囲である。

【００６１】５回目のステップＳ２３′において、５回
の相対位置およびステージ位置の計測および検出は終了
していると判断するので、ステップＳ２４′において、
算出部５０ａは、上記５回分の二次元位置の平均値を算
出する。すなわち、（（Ｓｘ１＋Ｉｘ１）＋（Ｓｘ２＋
Ｉｘ２）＋（Ｓｘ３＋Ｉｘ３）＋（Ｓｘ４＋Ｉｘ４）＋
（Ｓｘ５＋Ｉｘ５））／５、および、（（Ｓｙ１＋Ｉｙ
１）＋（Ｓｙ２＋Ｉｙ２）＋（Ｓｙ３＋Ｉｙ３）＋（Ｓ
ｙ４＋Ｉｙ４）＋（Ｓｙ５＋Ｉｙ５））／５を算出す
る。この平均値を計測した被計測パターン１１ａの二次
元位置とする。

【００６２】なお、上述の第２の実施の形態において、
移動部３０ａは、ＸＹステージ１０を移動させるとした
が、移動部３０ａは、ＸＹステージ１０とパターン情報
計測部２０ａとを相対的に移動させてもよい。その場
合、移動部３０ａは、位置検出部６０の他にパターン情
報計測部２０ａの位置を検出する干渉計等を備える必要
があるが、これは上記位置検出部６０と同様の機能を有
していればよい。

【００６３】また、上述の第２の実施の形態において、
パターン情報計測部２０ａは、走査された出力光が対象
物（被計測パターン）に反射した反射光を検出する走査
型検出系として説明してきたが、上述の第１の実施の形
態におけるパターン情報計測部２０の行なう計測と同様
に、ＣＣＤカメラ２３を備えた画像処理系でもよい。

【００６４】また、上述の第２の実施の形態において、
移動部３０ａがＸＹステージ１０を停止させ、パターン
情報計測部２０ａが被計測パターン１１ａの相対位置を
計測し、位置検出部６０がＸＹステージ１０のステージ
位置を検出するとした。すなわち、ＸＹステージ１０が
停止している状態で、上記相対位置の計測およびステー
ジ位置の検出が行われるとしたが、必ずしもＸＹステー
ジ１０を完全に停止させなくてもよい。パターン情報計
測部２０ａが被計測パターン１１ａの相対位置を計測す
ることができる速度であり、かつ、位置検出部６０がＸ
Ｙステージのステージ位置を検出することができる速度
であれば、ＸＹステージ１０を停止させる代わりに所定
速度以下に減速させてあるいは減速させずに、ＸＹステ
ージ１０を移動させながら上記計測および検出を行なっ
てもよい。特に、パターン情報計測部２０ａが走査型検
出系ではなく画像処理系であれば、計測に要する時間が
短いので、ＸＹステージ１０の移動速度は停止させる必
要はない。

【００６５】また、上述の第２の実施の形態において、
位置検出部６０は、例えば干渉計等であるとしたが、走
査型検出系でもよいし画像処理系でもよい。また、上述
の第２の実施の形態において、移動部３０ａがＸＹステ
ージ１０を所定間隔移動させる毎に、パターン情報計測
部２０ａが相対位置を計測し位置検出部６０がステージ
位置を検出するとしたが、上記所定間隔は、等間隔であ
ってもよいし、不等間隔であってもよい。また、上記所
定間隔は、ＸＹステージ１０の駆動系に起因する誤差周
期の公倍数と一致しないことが望ましい。

【００６６】また、上述の第２の実施の形態において、
算出部５０ａは、各回における相対位置とステージ位置
とを加算して各回の二次元位置を求めてから、これら５
回分の二次元位置の平均値を算出するとしたが、５回分
の相対位置の平均値と５回分のステージ位置の平均値と
を求めてから、これらの平均値を加算することにより、
二次元位置の平均値としてもよい。

【００６７】さらに、上述の第１の実施の形態あるいは
第２の実施の形態において、パターン情報計測部２０が
計測する回数、あるいは、パターン情報計測部２０ａが
計測し位置検出部６０が検出する回数は５回として説明
してきたが、これらの回数は、任意に設定することがで
きるのは言うまでもない。さらに、ＸＹステージ１０、
パターン情報計測部２０、２０ａの移動速度、対物レン
ズ２１、２１ａの視野範囲、パターン情報計測部２０、
２０ａの計測時間、位置検出部６０の検出時間等によ
り、上記回数の上限が自動的に決まることもある。

【００６８】また、上述の第１の実施の形態あるいは第
２の実施の形態において、算出部５０、５０ａは、５回
分の単純平均値を算出すると説明してきたが、計測値や
検出値に重みを付けてもよい。例えば、全計測／検出回
の中間に行われる計測／検出の方が、より誤差の少ない
値を得られるであろうと予想できるような場合には、１
回目と５回目の値を除く２回目から４回目の値のみの平
均値を算出してもよいし、３回目の値を２回分として６
回の計測や検出が行なわれたように見なして平均値を算
出してもよい。

【００６９】すなわち、本発明は、以上に述べた各実施
の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々の構成または形状を取ることが出来
る。

【００７０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のパター
ン計測方法およびパターン計測装置によれば、被計測パ
ターンの計測される位置が異なる位置において複数回行
われるので、被計測パターンの線幅を含むパターン情報
を計測する上で発生する各種のシステマチックな誤差が
平均化効果により互いに相殺され、計測値に内在する誤
差を低減することができる。

【００７１】また、本発明のパターン計測方法およびパ
ターン計測装置によれば、被計測パターンの計測される
位置が所定間隔の異なる位置において複数回行われるの
で、計測値に内在する誤差をさらに低減することができ
る。

【００７２】また、本発明のパターン計測方法およびパ
ターン計測装置によれば、被計測パターンの計測される
位置およびＸＹステージの検出される位置が異なる位置
において複数回行われるので、被計測パターンの二次元
位置を計測する上で発生する各種のシステマチックな誤
差が平均化効果により互いに相殺され、検出結果に内在
する誤差を低減することができる。

【００７３】また、本発明のパターン計測方法およびパ
ターン計測装置によれば、被計測パターンの計測される
位置およびＸＹステージの検出される位置が異なる位置
において複数回行われるので、被計測パターンの二次元
位置を計測する上で発生する各種のシステマチックな誤
差が平均化効果により互いに相殺され、検出結果に内在
する誤差を低減することができる。

【００７４】そして、本発明のパターン計測方法および
パターン計測装置によれば、ＸＹステージの位置決めに
要する時間を無くし、被計測パターンの計測時間あるい
はＸＹステージの検出時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるパターン計
測装置のブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態におけるパターン計
測装置の動作フローチャートである。

【図３】ＣＣＤカメラ上に結像された被計測パターンを
示した図である。

【図４】被計測パターンの５回の線幅の計測を示した図
である。

【図５】本発明の第２の実施の形態におけるパターン計
測装置のブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態におけるパターン計
測装置の動作フローチャートである。

【図７】被計測パターンの表示例を示した図である。

【図８】被計測パターンの５回の二次元位置の計測を示
した図である。

【図９】光へテロダイン干渉法を用いたダブルパルス干
渉計による計測における非線形位相誤差を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、１Ａ計測装置１０ＸＹステージ１１、１１ａ被計測パターン１２基板２０、２０ａパターン情報計測部２１、２１ａ対物レンズ２２光学系２３ＣＣＤカメラ２４走査型検出部３０移動部４０制御部５０算出部６０位置検出部６１移動ミラー３０１、７０１中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージとパターン情報計測手段とを相対
移動させ、該ステージ上に載置された基板上の被計測パ
ターンを複数回計測し、該複数回計測したパターンの情報の平均値を算出するこ
とを特徴とするパターン計測方法。
【請求項２】前記パターンの情報は、前記被計測パター
ンの線幅又は二次元位置であることを特徴とする請求項
１に記載のパターン計測方法。
【請求項３】前記ステージと前記パターン情報計測手段
とが所定間隔で相対移動する毎に、前記被計測パターン
の計測を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載
のパターン計測方法。
【請求項４】前記パターン情報計測手段は、前記被計測
パターンのエッジを検出し、前記パターンの情報は、該被計測パターンのエッジを検
出した検出結果と、前記ステージと該パターン情報計測
手段との相対移動を検出した検出結果とに基づいて算出
されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に
記載のパターン計測方法。
【請求項５】基板を載置するステージと、該基板上の被計測パターンを計測するパターン情報計測
手段と、該ステージと該パターン情報計測手段とを相対移動させ
る移動手段と、該移動手段により該ステージと該パターン情報計測手段
とを移動させ、該パターン情報計測手段による該被計測
パターンの計測を複数回行なわせる制御手段と、複数回計測された該パターンの情報の平均値を算出する
算出手段とを備えることを特徴とするパターン計測装
置。
【請求項６】前記パターンの情報は、前記被計測パター
ンの線幅又は二次元位置であることを特徴とする請求項
５に記載のパターン計測装置。
【請求項７】前記制御手段は、前記ステージと前記パタ
ーン情報計測手段とが所定間隔で相対移動する毎に、前
記被計測パターンの計測を行なわせることを特徴とする
請求項５又は６に記載のパターン計測装置。
【請求項８】前記パターン情報計測手段は、前記被計測
パターンのエッジを検出する検出光学系を有し、前記移動手段は、前記ステージと該検出光学系との相対
移動位置を検出する位置検出手段を有し、前記パターンの情報は、該検出光学系の検出結果と該位
置検出手段の検出結果とに基づいて算出されることを特
徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載のパターン
計測装置。