JP2000329521A - パターン測定方法および位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速かつ高精度で測定再現性に優れたパター
ン測定方法を提供する。 【解決手段】 基板４０上に形成される回路パターンの
拡大像が、対物光学系２２、ミラー２４および撮像光学
系２６Ａで構成される拡大光学系により固体撮像素子３
０上に形成される。拡大光学系の視野内における回路パ
ターン上の測定対象点の位置は、画像処理装置３２で処
理され、この視野内における測定対象点の位置に関する
情報が制御回路３４に出力される。制御回路３４は、こ
の情報と干渉計システム１４および１６から出力される
移動ステージ５０の位置情報とに基づいて測定対象点の
位置を求める。このとき、各測定対象点の設計上の座標
値に対する位置ずれ量を予め求めておき、上記設計上の
座標値にこの位置ずれ量を加味して移動ステージ５０を
駆動する。これにより、拡大光学系の視野のほぼ中心に
測定対象点を位置させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレチクルやウェハ等
に形成されるパターンの精度などを高速かつ高精度で測
定可能なパターン測定方法および位置合わせ対象物を精
度よく位置合わせ可能な位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置で用いられるマスクのパ
ターン精度や、このマスクを用いて露光を行うことによ
り基板に形成される回路パターンの精度を精密に測定す
る装置としてパターン位置測定装置と呼ばれる装置があ
る。

【０００３】パターン位置測定装置は、被測定物が載置
されるＸＹステージと、ＸＹステージの移動量を精密に
測定する干渉計と、高倍率の拡大光学系と、拡大光学系
で形成された像を光電変換する撮影装置と、撮影装置か
ら出力される画像信号を処理する画像処理装置と、測定
動作を制御する測定制御系とを有する。測定制御系は、
ＸＹステージを移動させて被測定物の測定対象点を拡大
光学系の視野中心近傍に位置させる。このとき、画像処
理装置からは拡大光学系の視野内における上記測定対象
点の位置に関する情報が測定制御系に入力される。測定
制御系は、画像処理装置から出力される情報と干渉計か
ら出力されるＸＹステージの移動量に関する情報とに基
づいて測定対象点の位置を求める。

【０００４】被測定物の加工精度が向上するにつれ、座
標測定器に求められる測定精度も年々高くなりつつあ
る。座標測定器の測定精度を向上させるためには、拡大
光学系の倍率を高めることと、ＸＹステージの精度およ
び干渉計の測定精度を高めることが有効である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、被測定物を
測定する際の要求精度が増すにつれて測定に要する時間
が長くなったり、要求精度に対する測定精度のマージン
が減少したりする場合があった。これについて以下に説
明する。

【０００６】座標測定器の測定制御系は、被測定物上の
測定対象点の設計位置情報に基づいてＸＹステージを駆
動し、拡大光学系の視野内に測定対象点を位置させる。
そして、上述したようにこの視野に対する測定対象点の
位置ずれ量を画像処理装置で求め、この位置ずれ量と干
渉計から出力されるＸＹステージの移動量に関する情報
とに基づいて測定対象点の位置ずれ量を求める。

【０００７】このとき、座標測定器の精度を上げるため
に拡大光学系の倍率を高めると視野が狭められてしま
い、測定対象点が拡大光学系の視野外に位置してしまう
場合があった。この場合、測定制御系は測定対象点を拡
大光学系の視野内に捕捉するためにＸＹステージを動か
さねばならず、測定に時間を要する原因となっていた。

【０００８】また、測定対象点を拡大光学系の視野内に
捕捉できたとしても、測定対象点が視野の周辺に位置す
る場合には測定対象点の位置ずれ量測定結果には誤差を
生じる場合があった。このように誤差が生じるのは、拡
大光学系が収差を有することによる。つまり、拡大光学
系の有する収差により、画像処理装置で求められた位置
ずれ量が実際の位置ずれ量に対して誤差を生ずる。この
誤差は、要求測定精度が高まるにつれて無視できなくな
ってくる。

【０００９】本発明の目的は、要求測定精度によらず高
速かつ高精度で測定再現性に優れたパターン測定方法お
よび位置合わせ対象物を精度よく位置合わせ可能な位置
合わせ方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
に対応付けて以下の発明を説明する。 （１） 請求項１に記載の発明に係るパターン測定方法
は、被測定物４０上に存する測定対象点の位置を測定す
る測定光学系に用いられるパターン測定方法に適用され
る。そして、本測定に先立ち、測定対象点の設計上の座
標値に対する位置ずれ量を求める位置ずれ量算出手順
と；本測定に際し、測定対象点の設計上の座標値に位置
ずれ量を加味して被測定物４０と測定光学系２２、２４
および２６Ａとを相対移動することにより、測定光学系
２２、２４および２６Ａの視野中心近傍に測定対象点を
位置合わせする位置合わせ手順とを有することにより上
述した目的を達成する。 （２） 請求項２に記載の発明に係るパターン測定方法
は、位置ずれ量算出手順が；測定対象点の設計上の座標
値に対する位置ずれ量を本測定における測定精度よりも
粗い測定精度で測定する予備測定手順と；予備測定手順
で求められた位置ずれ量に基づいて被測定物４０上に存
する測定対象点の位置ずれ量を求める手順とを含むもの
である。 （３） 請求項３に記載の発明に係るパターン測定方法
は、位置ずれ量算出手順が；被測定物４０上に４点以上
存する測定対象点のうち、少なくとも３点の測定対象点
の設計上の座標値に対する位置ずれ量を測定して位置ず
れ量の代表値を求める位置ずれ量代表値抽出手順と；こ
の位置ずれ量代表値抽出手順で求められた位置ずれ量の
代表値に基づいて被測定物４０上に存する測定対象点の
位置ずれ量を求める手順とを含むものである。 （４） 請求項４に記載の発明に係るパターン測定方法
は、被測定物４０はマスクに形成されたパターンを、露
光装置の投影光学系を介して露光することにより回路パ
ターンが形成された基板であり；位置ずれ量算出手順
は、マスクに形成されたパターンの精度測定結果と投影
光学系の投影倍率および収差情報とに基づいて位置ずれ
量を算出する手順を含むものである。 （５） 請求項５に記載の発明に係る位置合わせ方法
は、位置合わせ対象物４０上の位置合わせ対象点を結像
光学系２２、２４および２６Ａの視野内の所定位置に位
置合わせする位置合わせ方法に適用される。そして、位
置合わせに先立ち、位置合わせ対象点の設計上の座標値
に対する位置ずれ量を求める位置ずれ量算出手順と；位
置合わせに際し、位置合わせ対象点の設計上の座標値に
上記位置ずれ量を加味して位置合わせ対象物４０と結像
光学系２２、２４および２６Ａとを相対移動することに
より、結像光学系２２、２４および２６Ａの視野内の所
定位置に位置合わせ対象点を位置させる位置合わせ手順
とを有するものである。

【００１１】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１２】

【発明の実施の形態】− パターン位置測定装置の構成
− 図１は、本発明によるパターン測定方法が適用されるパ
ターン位置測定装置の概略的構成を示す図である。パタ
ーン位置測定装置の移動ステージ５０上には被測定物で
ある基板４０が載置される。基板上に形成されている回
路パターンは、対物光学系２２、ミラー２４および撮像
光学系２６Ａで構成される拡大光学系（測定光学系、あ
るいは結像光学系とも称される）によって拡大され、そ
の拡大像がＣＣＤやＭＯＳイメージセンサなどの固体撮
像素子３０の受光面上に形成される。固体撮像素子３０
から出力される画像信号は画像処理装置３２で画像処理
される。そしてこの画像処理装置３２の画像処理によ
り、拡大光学系の視野内のたとえば視野中心などの基準
位置に対する回路パターンの拡大像中の注目点の相対位
置が求められる。制御回路３４は、画像処理装置３２か
ら出力される上記相対位置の情報と干渉計システム１４
および１６から出力される移動ステージ５０の位置情報
とに基づき、上記回路パターン中の注目点の座標位置を
求める。

【００１３】上記パターン位置測定装置の詳細について
説明する。なお、以下の説明では、対物光学系２２の光
軸に平行な方向にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する平面内で
Ｘステージ４の移動方向に平行な方向にＸ軸を、Ｙステ
ージ２の移動方向に平行な方向にＹ軸をとる。そしてＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれに平行な方向をＸ方向、Ｙ方
向、Ｚ方向と称する。

【００１４】移動ステージ５０は、Ｙステージ２と、ア
クチュエータ８と、Ｘステージ４と、アクチュエータ６
と、θステージ３とを有する。Ｘステージ４は、Ｙステ
ージ２上をＸ方向に移動可能に設置されており、アクチ
ュエータ６によりＹステージ２上でＸ方向に駆動され
る。Ｙステージ２は、アクチュエータ８によりＹ方向に
駆動される。これらのＹステージ２、アクチュエータ
８、Ｘステージ４、アクチュエータ６の組み合わせによ
り、Ｘステージ４はＸ方向およびＹ方向に駆動される。

【００１５】Ｘステージ４の上には不図示のアクチュエ
ータによりＺ軸回りの回転方向に駆動されるθステージ
３が設置される。これらのＹステージ２、Ｘステージ４
およびθステージ３それぞれの位置は、制御回路３４に
より制御される。

【００１６】ＸステージのＹ方向およびＸ方向に沿う２
面には、移動鏡１０および１２が固設されており、移動
鏡１０が干渉計システム１４と、移動鏡１２が干渉計シ
ステム１６とそれぞれ対向している。対物光学系２２の
下端部分には、干渉計システム１４および１６とそれぞ
れ対向する位置に固定鏡１８および２０が固設されてい
る。

【００１７】干渉計システム１４からは２条のレーザビ
ームが出射され、そのうちの１条のレーザビームは移動
鏡１０で反射され、もう１条のレーザビームは固定鏡１
８で反射されて干渉計システム１４に再入射する。干渉
計システム１４に再入射した両レーザビームは干渉計シ
ステム１４から出射されるレーザビームと干渉を生じ
る。この干渉の状態は干渉計システム１４内で解析さ
れ、Ｘステージ４のＹ方向の位置情報が制御回路３４に
出力される。同様にして、Ｘステージ４のＸ方向の位置
情報が干渉計システム１６から制御回路３４に出力され
る。

【００１８】対物光学系２２から出射する光線はミラー
２４で折り曲げられ、撮像光学系２６Ａに入射する。基
板４０上に形成されている回路パターンはこれら対物光
学系２２および撮像光学系２６Ａで拡大され、固体撮像
素子３０の光電変換面上にこの回路パターンの拡大像が
形成される。

【００１９】アクチュエータ２８は、所定の拡大率を有
する撮像光学系２６Ａおよび撮像光学系２６Ａの拡大率
よりも低い拡大率を有する撮像光学系２６Ｂのうち、い
ずれかの撮像光学系をミラー２４と固体撮像素子３０と
の間の光路中に位置決めするアクチュエータである。こ
のアクチュエータ２８は制御回路３４により制御され
る。

【００２０】ここで、対物光学系２２の横倍率をβ１、
撮像光学系２６Ａの横倍率をβ２Ａ、撮像光学系２６Ｂ
の横倍率をβ２Ｂ（＜β２Ａ）とする。このとき、対物
光学系２２と撮像光学系２６Ａ、または対物光学系２２
と撮像光学系２６Ｂいずれかの組み合わせで構成される
拡大光学系の横倍率（拡大率）βは、それぞれ以下の式
（１）および式（２）で表される。 撮像光学系２６Ａを用いる場合： β＝β１×β２Ａ … 式（１） 撮像光学系２６Ｂを用いる場合： β＝β１×β２Ｂ … 式（２） つまり、図１に示されるパターン位置測定装置では、異
なる二つの倍率で基板４０に形成される回路パターンの
拡大像を固体撮像素子３０の光電変換面に形成すること
ができる。言い換えると、撮像光学系２６Ｂを用いる場
合、撮像光学系２６Ａを用いる場合と比較して固体撮像
素子３０および画像処理装置３２で得られる測定分解能
が低下する、すなわち測定精度が低下するものの、比較
的広い測定視野を得ることができる。

【００２１】− 回路パターンの形状誤差 − 以上のように構成されるパターン位置測定装置を用いた
パターン測定方法を説明する前に、図２を参照して基板
４０上に形成される回路パターンの形状誤差について説
明する。

【００２２】図２（ａ）は、基板４０上に複数の回路パ
ターン４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…が形成されている様
子を模式的に示す図である。これら複数の回路パターン
４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、いずれも同じ回路パター
ン、すなわち同じマスク、同じ露光装置を用いて形成さ
れた回路パターンである。また、図２（ｂ）、図２
（ｃ）、図２（ｄ）および図２（ｅ）は、上記複数の回
路パターン４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…のうちの一つを
模式的に示す図である。

【００２３】基板４０上に形成される回路パターンに形
状誤差を生じる原因は、大きく分けて二つある。一つは
回路パターンを基板４０上に形成する際に用いられるマ
スクに形成される回路パターンそのものに誤差があるこ
とに起因し、もう一つはマスクに形成される回路パター
ンを基板４０上に投影する際の装置およびプロセスに起
因する。

【００２４】基板４０上に形成される回路パターンに形
状誤差を生じる原因として代表的なものを以下に説明す
る。たとえば、基板４０上に本来図２（ｂ）で示される
ような回路パターンが形成されるべきところ、実際には
図２（ｃ）、図２（ｄ）および図２（ｅ）に示されるよ
うな誤差を生じる。

【００２５】なお、本実施例においては、マスクに形成
される回路パターンを基板４０上に形成するためにステ
ッパが用いられるものとする。ステッパは、マスクを載
置するマスクステージと、マスクを照明する照明光学系
と、マスクに形成されている回路パターンを基板４０上
に投影する縮小投影光学系と、基板４０を載置する基板
ステージとを有する。基板ステージは、縮小投影光学系
の光軸と直交する平面内で互いに直交する２方向（これ
をＸ方向、Ｙ方向と称する）に移動可能に構成される。

【００２６】上記ステッパを用いて露光を行う場合、マ
スクステージに載置されたマスクに形成される回路パタ
ーンを照明光学系で照明し、基板ステージ上に載置され
た基板４０に縮小投影光学系を介して投影する動作、す
なわち露光動作を繰り返しつつ基板ステージをＸ方向お
よびＹ方向にステップ駆動する。つまり、露光動作と基
板ステージのステップ駆動を交互に繰り返すことによ
り、基板４０上には同じ回路パターンが複数形成され
る。

【００２７】図２（ｃ）に示されるローテーション誤差
は、たとえばマスクに形成される回路パターンを基板４
０上に投影する際に、マスクの載置方向と上記Ｘ方向お
よびＹ方向との間に角度誤差がある場合に生じる。ま
た、基板ステージがＸ方向およびＹ方向に移動する際に
ヨーイングモーションが混入している場合にも上記ロー
テーション誤差を生じる。

【００２８】図２（ｄ）に示されるスケール誤差は、基
板４０上にマスクの回路パターンを投影する際の投影倍
率の誤差によって生じる。スケール誤差はまた、露光動
作終了後に基板４０に施されるプロセスによって基板４
０が全体的または部分的に伸縮することによって生じる
ときもある。

【００２９】図２（ｅ）に示される直交度誤差は、移動
鏡１０（図１）を構成するＸ用移動鏡とＹ用移動鏡との
直交度誤差等によって生じる。

【００３０】− パターン位置測定方法 − 図１に示すように構成されるパターン位置測定装置を用
いて行われるパターン測定方法について図１および図３
〜図６を参照して説明する。本発明に係るパターン測定
方法では、予備測定と本測定とを行う。このとき、予備
測定の方法は以下で説明する３通りの方法のうち、いず
れかの方法を用いる。 （１） マスクを予備測定する方法。 （２） 基板に形成される回路パターンを本測定よりも
粗い測定精度で予備測定する方法。 （３） 基板に形成される回路パターン中の測定対象点
から代表点を選んで位置ずれ量を測定し、予備測定結果
に基づいてすべての測定対象点の位置ずれ量を求める方
法。 上記（１）〜（３）の予備測定方法を用いるパターン位
置測定方法について以下に説明する。

【００３１】− マスクを予備測定する方法 − 上述のように、マスクに形成される回路パターンを基板
４０上に形成するためにステッパが用いられる場合、マ
スクに形成されるパターンそのものにも誤差が存在しう
る。この場合、上記マスクを用いて基板４０上に形成さ
れた回路パターンにはマスクパターンの誤差が存在す
る。このとき、マスクパターンの誤差に起因して基板４
０上に形成される回路パターンに生じる誤差は、マスク
パターンの誤差に縮小投影光学系の投影倍率を乗じたも
のとなる。

【００３２】さらに縮小投影光学系には、基板４０上に
形成される回路パターンに歪みを生じさせる収差が存在
する場合がある。この場合、同じマスク、同じ縮小投影
光学系を用いて複数の回路基板を製造すると、それぞれ
の回路基板に形成される回路パターンにはほぼ同じ誤差
が生じる。

【００３３】上述した理由により生じる基板４０上の回
路パターンの誤差を予め加味してパターン測定を行うの
が第１のパターン測定方法である。以下、図３を参照し
て第１のパターン測定方法について説明する。

【００３４】手順１０１では、基板４０上に回路パター
ンを形成する際に用いられたマスクのパターン精度を予
備測定する。つまり、基板４０に形成される回路パター
ン上の測定対象点に対応するマスク上の位置座標を測定
し、測定対象点の設計値に対するずれを求める。手順１
０１が基板４０上の回路パターン誤差の測定に先だって
行われる予備測定の手順である。この予備測定には、図
１に示すパターン位置測定装置を用いてもよいし、別の
測定装置を用いてもよい。なお、以下では図３に示され
る一連の手順が図１に示すパターン位置測定装置を用い
て行われるものとして説明する。

【００３５】手順１０２では、手順１０１で得られたず
れ量に縮小投影光学系の投影倍率を加味し、各測定対象
点の設計上の座標値に対する位置ずれ量Ａ［ｍ×ｎ］を
算出する。この手順１０２の処理は、制御回路３４によ
り実行される。なお、位置ずれ量Ａについて便宜的にｍ
×ｎのマトリクスで表されているが、本発明はこれに限
定されるものではない。

【００３６】手順１０３では、位置ずれ量Ａ［ｍ×ｎ］
に縮小投影光学系の有する歪みによって生じる位置ずれ
量をさらに加味する。なお、各測定対象点の設計上の座
標値に関する情報および縮小投影光学系の有する歪みに
関する情報は予め制御回路３４に入力されている。制御
回路３４は、この歪みに関する情報に基づいて手順１０
３の処理を行う。

【００３７】以上に説明した手順１０１〜手順１０３で
測定対象点の設計上の座標値に対する位置ずれ量（予備
測定値）が求められる。

【００３８】制御回路３４は、手順１０４で各測定対象
点の設計上の座標値に位置ずれ量を加算するのに続き、
手順１０５の処理を行う。すなわち、手順１０４で求め
られた各測定対象点の座標値に基づいてＸステージ４、
Ｙステージ２およびθステージ３を駆動して移動ステー
ジ５０の位置決めを行い、測定対象点の座標値を測定す
る。測定対象点の座標値は、干渉計システム１４および
１６から出力される移動ステージ５０の位置情報と、画
像処理装置３２より出力される拡大光学系の視野内にお
ける上記測定対象点の拡大像の位置情報とに基づいて制
御回路３４で求められる。このとき、測定対象点の拡大
像は、拡大光学系の視野のほぼ中央に位置する。なぜば
らば、手順１０１〜手順１０３で求められた測定対象点
の設計上の座標値に対する位置ずれ量に基づき、移動ス
テージ５０の位置が調節されているからである。

【００３９】上述したように測定対象点の拡大像を常に
拡大光学系の視野中心近傍に導くことにより、画像処理
装置３２による測定対象点の座標位置測定結果の精度を
増すことができる。つまり、常に拡大光学系の視野中心
に測定対象点の拡大像を導くことにより、拡大光学系が
有する収差が測定対象点の座標位置測定結果に及ぼす影
響を最小限にとどめることができる。また、測定対象点
が視野外に位置しているために再度移動ステージ５０を
移動して測定対象点を探索する、というような不具合も
減じて測定の効率を高めることができる。特に、基板４
０に形成される回路パターンがメモリ回路のように規則
的なパターンである場合、上述した位置ずれの補正を行
わないと、本来の測定対象点と異なる対象点を誤って測
定してしまって測定結果の信頼性を低下させることもあ
る。この点、本発明の実施の形態に係るパターン測定方
法によればこのような不具合が発生することも抑止でき
る。

【００４０】なお、基板４０には同じ回路パターンのチ
ップが複数形成されていて、これらの複数のチップの回
路パターンの計測を行う場合、図３の手順１０１〜手順
１０４は１回だけ行うだけでよく、あとは手順１０５を
それぞれのチップに対して行えばよい。つまり、これら
複数のチップは同一のマスクおよび同一の縮小投影光学
系を用いて露光されて形成されたものであるから、基板
４０上に形成されているいずれのチップの回路パターン
を測定する場合であっても手順１０１〜手順１０４で求
められた位置ずれ量を用いることができる。したがっ
て、複数のチップの回路パターンを効率的に測定するこ
とができる。

【００４１】− 基板に形成される回路パターンを本測
定よりも粗い測定精度で予備測定する方法 − この方法では、マスクのパターンを測定することも縮小
投影光学系の歪みを測定対象点の位置ずれ量に加味する
ことも行わない。そして、本測定に先ち、この本測定よ
りも粗い測定精度で予備測定を行う。これが第２のパタ
ーン測定方法である。以下、図４を参照して第２のパタ
ーン測定方法について説明する。なお、図４に示される
パターン測定の手順は、図１の制御回路３４により自動
的に行われるものとして説明をするが、必ずしもパター
ン位置測定装置の制御回路３４で下記手順が行われる必
要はない。

【００４２】制御回路３４は、手順２０１にて拡大光学
系の倍率を低める。すなわち制御回路３４はアクチュエ
ータ２８を駆動して撮像光学系２６Ｂをミラー２４と固
体撮像素子３０との間の光路中に位置させる。そして、
手順２０２で基板４０に形成されている複数のチップの
うち、所定のチップの回路パターンについて測定対象点
全点の座標値を予備測定する。この手順２０１〜手順２
０２が本測定に先だって行われる予備測定の手順であ
る。

【００４３】手順２０３において制御回路３４は、測定
対象点の設計値と手順２０２における予備測定結果とか
ら、各測定対象点の設計上の座標値に対する位置ずれ量
Ａ［ｍ×ｎ］を算出する。以上のように、手順２０１
〜手順２０３で測定対象点の設計上の座標値に対する位
置ずれ量（予備測定値）が求められる。

【００４４】手順２０４において制御回路３４は拡大光
学系の倍率を高める。すなわち制御回路３４はアクチュ
エータ２８を駆動して撮像光学系２６Ａをミラー２４と
固体撮像素子３０との間の光路中に位置させる。

【００４５】制御回路３４は、手順２０５において各測
定対象点の位置ずれ量を加算するのに続き、手順２０６
の処理を行う。すなわち、手順２０５で求められた各測
定対象点の座標値に基づいてＸステージ４、Ｙステージ
２およびθステージ３を駆動して移動ステージ５０の位
置決めを行い、測定対象点の座標値を測定する。測定対
象点の座標値は、干渉計システム１４および１６から出
力される移動ステージ５０の位置情報と、画像処理装置
３２より出力される拡大光学系の視野内における上記測
定対象点の拡大像の位置情報とに基づいて制御回路３４
で求められる。上記手順２０１〜手順２０６のパターン
測定方法によっても、手順１０１〜手順１０５のパター
ン測定方法と同様に測定対象点の拡大像を拡大光学系の
視野のほぼ中央に位置させることができる。

【００４６】手順１０１〜手順１０５のパターン測定方
法で説明したのと同様に、基板４０には同じ回路パター
ンのチップが複数形成されていて、これらの複数のチッ
プの回路パターンの計測を行う場合、図４の手順２０１
〜手順２０５は１回だけ行うだけでよい。そして、あと
は手順１０５の本測定をそれぞれのチップに対して繰り
返し行えばよい。したがって、複数のチップの回路パタ
ーンを効率的に測定することができる。

【００４７】− 基板に形成される回路パターン中の測
定対象点から代表点を選んで位置ずれ量を予備測定し、
予備測定結果に基づいてすべての測定対象点の位置ずれ
量を求める方法 − 以上に説明した第１および第２のパターン測定方法は、
間接的あるいは直接的に測定対象点全点の座標値を予備
測定するものであった。これに対し、図５および図６を
参照して説明する第３のパターン測定方法では複数の測
定対象点の中から代表点を選んで位置ずれ量を予備測定
する。そして、上記代表点の位置ずれ量をもとに全測定
対象点の位置ずれ量の推定値を求める。

【００４８】図５は、第３のパターン測定方法の手順を
説明する図であり、図６は第３のパターン測定方法を概
念的に示す図である。

【００４９】以下に説明する第３のパターン測定方法
は、予備測定に際して本測定と同じ精度で測定対象点の
座標測定を行う。このとき、測定対象点すべてについて
座標測定を行うのではなく、少なくとも３点の代表点を
選んで位置ずれ量の予備計測を行う。なお、図５に示さ
れるパターン測定の手順は、図１の制御回路３４により
自動的に行われるものとして説明をするが、必ずしもパ
ターン位置測定装置の制御回路３４で下記手順が行われ
る必要はない。以下では、図５に加えて随時図６を参照
して第３のパターン計測方法について説明する。

【００５０】手順３０１では、基板４０に形成される複
数のチップのうち、所定のチップの回路パターン内の全
測定対象点の中から少なくとも３点の代表点を選定す
る。この代表点は、たとえば回路パターン内の４隅に近
い部分に存する測定対象点のうち、少なくとも３点を選
択すればよい。この様子を図６（ｂ）に示す。図６
（ｂ）では、基板４０に形成される所定のチップの回路
パターンを模式的に表している。この図６（ｂ）におい
て、回路パターンの４隅に近い部分に存する測定対象点
ａ、ｂ、ｃ、ｄのうちたとえば測定対象点ａ、ｂ、ｃを
代表点として選定すればよい。あるいは、これらの測定
対象点ａ、ｂ、ｃ、ｄの４点を代表点としてもよいし、
さらにはこの４点に加えて回路パターンの周辺部、ある
いは中心部等から必要に応じて代表点をさらに選択して
もよい。手順３０１における代表点の選定は、制御回路
３４で自動的に行うものであってもよいし、オペレータ
が制御回路３４に入力するものであってもよい。

【００５１】手順３０２において制御回路３４は、上述
した代表点の座標値を測定する。これらの手順３０１〜
手順３０２により、代表点の座標値が測定される。すな
わち、位置ずれ量の代表値が抽出される。

【００５２】制御回路３４は手順３０３において、手順
３０２で予備測定された代表点の座標値の測定結果と設
計値とを比較してローテーション、スケール、直交に関
する各誤差パラメータを算出する。つまり、代表点の座
標値の予備測定結果が、設計値に対してどのようにずれ
ているかを解析し、基板４０上に形成される回路パター
ンの形状誤差を求める。そして、この形状誤差について
ローテーション成分、スケール成分、直交成分に分離し
て上記３種の誤差パラメータを算出する。この手順３０
３での処理内容が図６（ｃ）に示される。

【００５３】手順３０４において制御回路３４は、チッ
プ内に存する全測定対象点の設計上の座標値に対して上
記３種のパラメータを用いて処理を施し、各測定対象点
の設計上の座標値に対する位置ずれ量を算出する。上記
手順３０１〜手順３０４により、測定対象点の設計上の
座標値に対する位置ずれ量（予備測定値）が求められ
る。

【００５４】制御回路３４は、手順３０５で各測定対象
点の設計上の座標値に位置ずれ量を加算し、各測定対象
点の座標値を算出する。この処理内容が図６（ｄ）に示
される。続いて制御回路３４は手順３０６の処理を行
う。すなわち、手順３０５で求められた各測定対象点の
座標値に基づいてＸステージ４、Ｙステージ２およびθ
ステージ３を駆動して移動ステージ５０の位置決めを行
い、測定対象点の座標値を測定する。この処理内容が図
６（ｅ）に示される。

【００５５】先に図３および図４を参照して説明した二
つのパターン測定方法と同様に、基板４０には同じ回路
パターンのチップが複数形成されていて、これらの複数
のチップの回路パターンの計測を行う場合、図５の手順
３０１〜手順３０５は１回だけ行うだけでよい。そし
て、あとは手順３０６の本測定をそれぞれのチップに対
して繰り返し行えばよい。したがって、複数のチップの
回路パターンを効率的に測定することができる。

【００５６】以上に説明した３つのパターン計測方法
は、本測定に先だって測定対象点の設計上の座標値に対
する位置ずれ量（予備測定値）を求めるものである。そ
して、本測定に際しては測定対象点の設計上の座標値に
対して位置ずれ量を加味して被測定物である基板４０が
載置された移動ステージ５０を駆動する。このため、目
標とする測定対象点の拡大像を高速かつ正確に拡大光学
系の視野中心近くに捕らえることができる。加えて、測
定対象点が比較的短い距離間隔をおいて並んでいる場合
に誤って目的とする測定対象点ではないところで座標測
定を行ってしまい、パターン測定結果に悪影響を及ぼす
という不具合が発生するのを抑制できる。

【００５７】また、以上では基板４０に形成されている
複数のチップの回路パターンの精度を計測するにあた
り、最初に所定のチップについて測定対象点の座標位置
を予備測定し、後はこの予備測定結果に基づいて複数の
チップの回路パターンの精度を繰り返し測定する例につ
いて説明した。これに加え、基板４０上に形成される複
数のチップの回路パターンについて本測定を繰り返す中
で、この本測定結果を予備測定で求められた測定対象点
の設計上の座標値に対する位置ずれ量に補正を加えるこ
ともできる。すなわち、本測定を繰り返すうちに上記位
置ずれ量に補正が逐次加えられることで「学習効果」が
得られ、さらに正確なパターン計測を行うことができ
る。

【００５８】以上では、本発明をパターン位置測定装置
に適用する例について説明したが他の装置に適用するこ
とも可能である。たとえば、レーザリペア装置に本発明
を適用することも可能である。すなわち、基板上に形成
されるＬＳＩ等のチップの不良を救済するため、救済の
対象となるチップ内の必要な箇所にレーザビームを照射
してヒューズを切断する装置に本発明を適用することも
できる。この場合、上記ヒューズの切断に先だち、この
ヒューズの設計上の位置に対する位置ずれ量を求めて移
動ステージを駆動することにより、高速かつ正確に目的
とするヒューズを切断することが可能となる。また、レ
チクル等のマスクに形成されるパターンを、投影光学系
（結像光学系）を介してウエハなどの基板上に露光して
は基板が載置される基板ステージを移動する動作を繰り
返し行う露光装置（ステッパ）にも本発明は適用可能で
ある。つまり、位置合わせ対象物である基板と投影光学
系とを相対移動させて、基板上の次の露光対象領域を投
影光学系の視野内の所定位置、たとえば中心位置に位置
合わせする際にも本発明を適用することができる。

【００５９】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、対物光学系２２、ミラー２４、撮像光学系２
６Ａおよび２６Ｂが測定光学系および結像光学系を、基
板４０が被測定物および位置合わせ対象物を、図３の手
順１０１〜手順１０３、図４の手順２０１〜手順２０３
および図５の手順３０１〜３０４が位置ずれ量算出手順
を、図３の手順１０４〜手順１０５、図４の手順２０５
〜手順２０６および図５の手順３０５〜３０６が位置合
わせ手順を、図４の手順２０１〜２０２が予備測定手順
を、図５の手順３０１〜手順３０２が位置ずれ量代表値
抽出手順をそれぞれ構成する。

【００６０】

【発明の効果】以上に説明したように、 （１） 請求項１に記載の発明によれば、測定対象点の
設計上の座標値に対する位置ずれ量を予め求め、本測定
に際して測定対象点の設計上の座標値に上記位置ずれ量
を加味して被測定物と測定光学系とを相対移動すること
により、測定対象点を測定光学系の視野中心近傍に位置
合わせすることが容易となる。これにより、測定対象点
の座標値をより正確に求めることができる。また、誤っ
た測定対象点の座標位置を測定してしまうことがなく、
また測定対象点の探索に時間を要することもないので測
定結果の信頼性向上と測定時間の短縮に寄与する。 （２） 請求項２に記載の発明によれば、測定対象点の
設計上の座標値に対する位置ずれ量を本測定における測
定精度よりも粗い測定精度で予備測定することにより、
予備測定に要する時間を短縮することができる。 （３） 請求項３に記載の発明によれば、測定対象物に
存する測定対象点の設計上の座標値に対する位置ずれ量
の代表値を求め、この位置ずれ量の代表値に基づいて測
定対象物上に存する測定対象点の位置ずれ量を求めるこ
とにより、測定対象点全点の座標位置を予め測定する必
要がなくなる。 （４） 請求項４に記載の発明によれば、マスクに形成
されたパターンの精度測定結果と縮小投影光学系の投影
倍率および収差情報とに基づいて測定対象点の位置ずれ
量を算出することにより、同じマスク、同じ縮小投影光
学系を用いて回路パターンが形成された基板のパターン
測定を精度よくかつ効率的に行うことができる。 （５） 請求項５に記載の発明によれば、位置合わせ対
象物の位置合わせに先立って位置合わせ対象点の設計上
の座標値に対する位置ずれ量を求めておき、位置合わせ
に際しては上記位置ずれ量を加味して位置合わせ対象物
と結像光学系とを相対移動し、位置合わせ対象点を結像
光学系の視野内の所定位置に位置合わせすることにより
位置合わせを高速かつ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパターン測定方法が適用されるパ
ターン位置測定装置の概略的構成を示す図である。

【図２】基板上に形成される回路パターンの形状誤差の
種類について説明する図である。

【図３】第１のパターン測定方法を説明する図である。

【図４】第２のパターン測定方法を説明する図である。

【図５】第３のパターン測定方法を説明する図である。

【図６】第３のパターン測定方法を概念的に示す図であ
る。

【符号の説明】

２ Ｙステージ ３ θステージ ４ Ｘステージ １４、１６ 干渉計システム ２２ 対物光学系 ２６Ａ、２６Ｂ 撮像光学系 ２８ アクチュエータ ３０ 固体撮像素子 ３２ 画像処理装置 ３４ 制御回路 ４０ 基板 １ 移動ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 21/66 21/30 ５２５Ｘ Ｆターム(参考） 2F064 AA01 AA04 BB01 EE01 FF01 GG12 HH01 2F065 AA03 AA06 AA20 BB02 BB03 CC19 DD06 EE05 EE08 EE11 FF04 FF52 GG04 HH13 JJ01 JJ03 JJ09 JJ26 LL12 NN20 PP12 PP13 TT02 4M106 AA01 AA09 BA04 BA05 CA50 DB04 DB08 DB20 DJ03 DJ04 DJ11 DJ40 5F046 BA04 EA02 EB01 FA10 FC06 FC08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物上に存する測定対象点の位置を測
   定する測定光学系に用いられるパターン測定方法であっ
   て、 本測定に先立ち、測定対象点の設計上の座標値に対する
   位置ずれ量を求める位置ずれ量算出手順と、 本測定に際し、前記測定対象点の前記設計上の座標値に
   前記位置ずれ量を加味して前記被測定物と前記測定光学
   系とを相対移動することにより、前記測定光学系の視野
   中心近傍に前記測定対象点を位置合わせする位置合わせ
   手順とを有することを特徴とするパターン測定方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のパターン測定方法におい
   て、前記位置ずれ量算出手順は、 前記測定対象点の設計上の座標値に対する位置ずれ量を
   前記本測定における測定精度よりも粗い測定精度で測定
   する予備測定手順と、 前記予備測定手順で求められた前記位置ずれ量に基づい
   て前記被測定物上に存する前記測定対象点の前記位置ず
   れ量を求める手順とを含むことを特徴とするパターン測
   定方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載のパターン測定方法におい
   て、前記位置ずれ量算出手順は、 前記被測定物上に４点以上存する前記測定対象点のう
   ち、少なくとも３点の前記測定対象点の設計上の座標値
   に対する位置ずれ量を測定して前記位置ずれ量の代表値
   を求める位置ずれ量代表値抽出手順と、 前記位置ずれ量代表値抽出手順で求められた前記位置ず
   れ量の代表値に基づいて前記被測定物上に存する前記測
   定対象点の前記位置ずれ量を求める手順とを含むことを
   特徴とするパターン測定方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載のパターン測定方法におい
   て、 前記被測定物はマスクに形成されたパターンを、露光装
   置の投影光学系を介して露光することにより回路パター
   ンが形成された基板であり、 前記位置ずれ量算出手順は、前記マスクに形成された前
   記パターンの精度測定結果と前記投影光学系の投影倍率
   および収差情報とに基づいて前記位置ずれ量を算出する
   手順を含むことを特徴とするパターン測定方法。
5. 【請求項５】位置合わせ対象物上の位置合わせ対象点を
   結像光学系の視野内の所定位置に位置合わせする位置合
   わせ方法であって、 位置合わせに先立ち、前記位置合わせ対象点の設計上の
   座標値に対する位置ずれ量を求める位置ずれ量算出手順
   と、 位置合わせに際し、前記位置合わせ対象点の前記設計上
   の座標値に前記位置ずれ量を加味して前記位置合わせ対
   象物と前記結像光学系とを相対移動することにより、前
   記結像光学系の視野内の前記所定位置に前記位置合わせ
   対象点を位置させる位置合わせ手順とを有することを特
   徴とする位置合わせ方法。