JP2009025304A - 基板上の構造位置の測定値の補正値決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】座標測定装置（１）の座標系（４０）に対する基板（２）の曲がり度の補正値を割り当てる方法を提供する。
【解決手段】座標測定装置（１）内の基板ホルダ（２７）に載置された各基板（２）に関し、基板ホルダ（２７）上の２以上の参照マーク（３２）の、座標測定装置（１）の座標系（４０）に対する位置が自動的に測定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、座標測定装置の座標系における基板上の構造位置の測定値に対し、基板の曲がりに関する補正値を割り当てる方法に関する。

ウエハ（マスク）製造に用いられる基板上の構造の測定に用いられる測定装置は、キャローラ・ブレージング博士の講演録「マスク製造のためのパターン配置計測論」に開示されている。この講演は１９９８年３月３１日にジュネーブで開催された「半導体会議、教育プログラム」で行われたものである。この文献に記載の内容は、本発明に係る方法を実施するために用いられる座標測定装置の基礎となるものである。

ドイツ特許公報ＤＥ１９８１７７１４には、マスク表面の構造を測定する方法が開示されている。マスクは、結像測定システムの光学軸に垂直な平面に沿ってスライド可能な、干渉計を用いて行う座標測定装置の測定ステージの上に載置される。これに開示された方法では、マスクは測定装置の座標系に対してアライメント（配向）される。

米国特許第５４５９５７７号には、基板表面上の構造位置を測定する方法が開示されている。ここでは、装置は基板の支持点の一つの形状によって引き起こされる曲がり（自重による撓み）の第１の曲がり度を測定する。次いで支持点の他の（異なる）形状によって引き起こされる第２の曲がり度が測定される。曲がりの形状は、基板の支持点の位置及び配置によって異なる。基板は常に支持点の上の決まった位置に配置されるとは保証されないので、対応する曲がり度又は変形量の測定は、新しく挿入される基板に対する支持点の配置をもとに行われなければならない。これは非常に時間がかかり、そのため基板表面の構造位置を測定する場合には、基板処理量が減少する。

「科学と技術のための報告（Mitteilungen fuer Wissenschaft und Technik）」(Vol.XI, No.5, page130-135, October 1997)に掲載されたK.D. RoethとK. Rinnによる論文には、マスク計測法及び半導体製造におけるその利用が記載されている。座標測定装置の名目上の精度が、基板ホルダ上に配置される基板の配向（ないし方向）によって測定される。例えばもしもマスクが４方向（０°、９０°、１８０°及び２７０°）で測定されれば、それぞれの方向でごくわずかに異なる測定結果が得られるであろう。このことは、基板を基板ホルダに挿入すること、及び続いて基板を測定ステージ及び／又は座標測定装置の座標系に方向合わせをすることが、曲がり度、ひいては最終的に基板上のそれぞれの構造の測定値の精度に本質的な影響を与えるということを非常に明確に立証している。

米国特許出願公開２００４／００３６８５０Ａ１には、ウエハ支持システムが開示されている。この支持システムはウエハ上の基板の照射システムに用いられる。ここでは、基板即ちウエハは、真空手段により支持システム上の複数の支持点の上に吸着される。支持点間の基板の曲がり度を調節するため、支持点間の空気圧を変えることができる。これは座標測定装置を用いた基板上の構造位置の測定において生じる問題を扱うものではない。

米国特許出願公開２００３／００１６３３８及び２００３／０１１８９２５はいずれも、ウエハ上のマスク照射装置に関するものである。座標測定装置を用いる基板上の構造測定における問題については述べられていない。

ドイツ特許出願公開ＤＥ１９８５８４２８Ａ１には、座標測定装置の横方向移動可能なＸ／Ｙ座標測定ステージが開示されている。測定すべき構造を持つ基板は、３つの支持点で支持されている。座標測定装置の座標系に対する基板位置における構造位置の測定値の修正（補正）については開示されていない。
DE 198 17 714 USP 5,459,577 US2004/0036850A1 US2003/0016338A1 US2003/0118925A1 DE 198 58 428 A1 "Pattern Placement Metrology for Mask Making", Dr. Carola Blaesing, the Semicon Education Program Convention in Geneva, March 31, 1998 K.-D. Roeth and K. Rinn, "Mitteilungen fuer Wissenschaft und Technik", Vol. XI, No. 5, page 130 to 135, October 1997

本発明の課題は、基板の曲がりの補正値を座標測定装置の座標系に対する基板配向に対応して決定し、基板上の構造位置の測定値を補正できる方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を持つ方法で解決される。即ち、本発明の視点において、基板上の構造位置の補正値の決定方法が提供される。この補正値決定方法において、該補正値は、座標測定装置の座標系に対する基板ホルダ内の基板の曲がり度に基づいて決定され、以下のステップ、即ち−基板の各種類ごとに該基板の曲がり度が計算されること、但し、該基板の曲がり度に関する該補正値は参照点に対して知られており、該基板は該基板ホルダ内の３つの支持点により支持されていること、−該基板ホルダ上の２つの参照マークの位置が、該座標測定装置で使用される各該基板ホルダの該参照点に対して測定されること、−該座標測定装置で現に使用されている該基板ホルダのための該座標測定装置の該座標系に対する該基板ホルダ上の２以上の参照マークの位置を自動的に測定し、それによって該参照点の該座標測定装置の該座標系に対する位置が計算されること、そして−該参照点の位置の測定結果に基づき、使用中の基板ホルダ内にある基板の、該座標測定装置の該座標系に対する曲がり度を計算するための補正値の割り当てが、基板上の構造位置の測定が行われる該基板の各点においても、決定されること、を含むことを特徴とする。
（発明の効果）
本発明により、基板の曲がりの補正値を座標測定装置の座標系に対する基板配向に対応して決定し、基板上の構造位置の測定値を補正できる。

この方法は、基板上の構造位置の測定値のための補正値を求める（計算する）ために用いられ、この補正値は、基板ホルダ内の基板の、座標測定装置の座標系に対する基板の曲がり度をもとに決定することができる。これは、あらゆる種類の基板にとって、基板の曲がりが基板上のあらゆる点において計算され、マスクの曲がりに対する補正値が参照点（基準点）に関して知られるということで特に有利である。ここで、曲がり度の補正値のゼロ点又は参照点は、基板ホルダ内の基板の１つの支持点でありうる。基板は、基板ホルダ内で３つの支持点により支持される。座標測定装置に用いる基板ホルダごとに、基板ホルダ上の２つの参照マークの位置が、参照点との関係において決定（測定）される。測定時に座標測定装置に用いている基板ホルダについて、基板ホルダ上の２以上の参照マークの、座標測定装置の座標系に対する位置が自動的に決定（測定）される。それにより、参照点の、座標測定装置の座標系に関する位置が計算される。参照点位置の測定結果を基に、使用中の基板ホルダ内にある基板の曲がり度を計算するための補正値の割り当て(Zuordnung)が、座標測定装置の座標系に関して、基板上の構造位置の測定を行う基板上の各点において求められる（決定される）。

前記参照点は、前記基板ホルダ内の基板の一つの支持点であることが好ましい。
基板ホルダの、座標測定装置の（基準）座標系に対する変位（ずれ：Verschiebung）が測定ないし決定される。

基板ホルダの、座標測定装置の（基準）座標系に対する回転もまた測定ないし決定できる。さらに、基板ホルダの、座標測定装置の（基準）座標系に対する変位（ずれ）及び回転も測定ないし決定できる。

基板には好ましくは２以上の参照マークが付与される。基板ホルダには、基板を支持する少なくとも３つの支持点を備える。

基板の曲がり度の計算は、例えば有限要素法を用いて行うことができる。ここで、先に求められた、座標測定装置の（基準）座標系に対する基板を支持する支持点の位置及び座標測定装置の（基準）座標系に対する基板ホルダの位置が、基板の曲がり度の計算に考慮される（用いられる）。

実施例とその利点について、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

図１に示すタイプの座標測定装置１は、既に公知技術として知られている。基本的に、座標測定装置１は、空気ベアリングで支持され、平面２５ａ内を縦横に移動可能な測定ステージ２０が配置された平面２５ａを含む。この実施例では、平面２５ａはＸ軸方向とＹ軸方向によって規定されている。測定ステージ２０は平面２５ａ内を好ましくは空気ベアリング２１の上で移動できる。基板ホルダ２７は、表面２ａに複数の構造３を有する基板２を支持するために、測定ステージ２０に収容できる。測定ステージ２０の位置は、測定光線２３を放射する１以上のレーザ干渉計２４により検出される。本実施例においては、測定ステージ２０が可動に配置された（基準）平面２５ａは花崗岩のブロックからなる。当業者であれば、花崗岩ブロック（基台）２５は、これに限らず可動式測定ステージ２０に要求される安定した平面２５ａを提供可能な、他のあらゆる材料を用いることができることが了解されるであろう。

花崗岩ブロック２５は、振動減衰ダンパ２６で、振動を減衰するような方式で支持されている。基板２及び構造３を照明するための透過光照明装置（手段）６及び落射光照明装置（手段）１４がそれぞれ配設されている。本実施例においては、透過光照明装置６から来る光は、偏向ミラー７により透過光照明軸４に偏向結合（入射）される。透過光照明装置６から放射された光は、集光器８を介して基板２に向けられる。落射光照明装置１４は、落射光照明光線路５に光を放射する。落射光照明装置１４から放射された光は測定対物レンズ９を通って基板２に向けられる。測定対物レンズ９は、落射光照明装置１４から放射されて基板２から戻って来た光、又は透過光照明装置６からの光を集光する。測定対物レンズ９により集光された光は、反射ミラー１２を通って、検出器１１を有するカメラ１０に到達する。検出器１１は、記録された信号をデジタル画像に変換するコンピュータ１６に接続されている。移動装置（手段）１５を持つ測定対物レンズ９は、Ｚ軸方向に移動可能なように配置され、測定対物レンズ９は移動装置１５により基板２の表面２ａ又は撮像すべき構造３に焦点を合わせることができる。

座標測定装置１は、基板２の表面２ａに構成された構造３の、座標測定装置１の座標系４０に対する位置を正確に測定するために用いられる。それぞれの構造３の位置を測定するため、測定すべき構造３のそれぞれについて、構造３の対向する２つのエッジ３ａが測定される。２つの対向するエッジの位置は、構造３の測定された強度プロファイルから求められる。構造のエッジ３ａの位置は、座標測定装置１によってナノメートル、又はサブナノメートルの範囲で測定される。従って基板の曲がり（ないしたわみ：Durchbiegung）は、構造３のエッジ３ａの正確な位置測定に重大な影響を与えることが明らかである。構造３のエッジ３ａの測定値は、基板２を含む基板ホルダ２７が座標測定装置１に常に同じ方法で挿入されるという前提がある場合にのみ、基板の曲がり度に関連して補正可能である。基板ホルダ２７は、測定ステージ２０に、座標測定装置１の座標系４０に関して常に同じ配向（ないし方向：Orientierung）に載置される必要がある。しかしもちろんそれは保証されないので、基板ホルダ２７内での基板２の支持点の正確な位置及び測定ステージ２０での基板ホルダ２７の配向、即ち座標測定装置１の座標系４０に関する基板ホルダ２７の配向を知ることが、測定にあたって不可欠となる。

図２は、基板ホルダ２７内の基板２の配置図である。基板ホルダ２７は、額縁状の形状であり、周辺縁部２７ａを含む。周辺縁部２７ａには、基板２のための３つの支持点３０が形成されている。支持点３０は、例えばルビー玉で形成されている。基板２は、３つの支持点で一義的（eindeutig）に支持される。このように規定された支持配置を基に、基板２の曲がり度が計算できる。そのために必要な、全ての物理的、幾何学的変数（複数）は既知である。基板２の支持点３０は、図２においてそれぞれ十字線３１で示されている。基板ホルダ２７はまた、２以上の参照マーク３２を含む。従って、基板ホルダ上の２つの参照マーク３２の位置は、座標測定装置の（基準）座標系に対する基板ホルダの位置を測定するために用いることができる。

基板ホルダ２７を座標測定装置１内で（スライド）移動及び／又は回転させることができるのみならず、基板２もまた基板ホルダ２７内で移動及び／又は回転させた状態で載置することができる。図３ａは、基板ホルダ２７内での基板２の拡大配置図である。図３ａにおいて、基板２は、太実線で示されている。ここでは、基板２は基板ホルダ２７に正確に配置されている。基板は、図２で説明したようにルビー玉で形成された支持点３０上に（正しい位置関係で）支持されている。支持点３０の位置は十字線３１で示されている。

図３ｂは、基板ホルダ内において、基板２が正確な位置から変位した位置にある状態を示す図である。基板２の正確な位置は、図３ｂでは太点線で示されている。図３ｂでは、基板ホルダ２７内の基板２の変位した位置は太実線で示されている。

図３ｃは、基板２が回転した状態で配置された場合の、基板ホルダ２７の縁部領域の拡大図である。図３ｃにおいて、基板ホルダ２７に正確な配向で挿入された場合の基板の配置は太点線で示されている。回転した状態の基板２は太実線で示されている。

図３ａ〜３ｃで明白なように、基板は支持点３０上にさまざまな状態で載置されることがありうる。その結果、基板２に対して支持点３０は複数の異なる位置を取る可能性があり、それが今度は基板２の真の曲がり度に影響を与える。基板２の正確な曲がり度を計算し、それを基板２上の構造３の測定位置の補正に用いるためには、基板２の支持点３０に対するこのような配向及び変位又は回転を知る必要がある。

図４ａは、基板２を含む基板ホルダ２７の、測定ステージ２０内での配置の一例の概略図である。ここで基板ホルダ２７は、基板ホルダ座標系４２を規定している。測定ステージ２０もまた、測定ステージ座標系４１を有する。さらに、座標測定装置１は、座標測定装置（基準）座標系４０を含む。従って、基板２の曲がり度の補正値を計算し、座標測定装置１の（基準）座標系４０に関する基板２上の構造３の正確な位置を決定するためには、各（基準）座標系４０、４１及び４２のそれぞれ同士の位置関係を知ることが必要である。参照点又は基板２の支持点３０のうちの一つの位置の測定結果に基づき、基板ホルダ２７に挿入された各基板２の曲がり度の計算のための補正値の割り当てを、測定が行われる基板２上の各点ごとに、座標測定装置１の（基準）座標系４０に関連して決定することができる。

図４ｂは、基板ホルダ２７の座標系４２の、測定ステージ２０の座標系４１に対する配向の一例を示す図である。図４ｂでは、基板ホルダ２７の座標系４２は点線で示されている。基板ホルダ２７の座標系４２は、測定ステージ２０の座標系４１に対して角度４３だけ回転している。本発明に係る方法を用いて、座標測定装置１の各要素の相互の変位又は回転を測定し、それを基板２の曲がり度の計算に用いることが可能である。

図５は、座標測定装置１の測定ステージ２０内の基板ホルダ２７の配置を示す概略図である。座標測定装置１の測定ステージ２０内の基板ホルダ２７の配置は、測定すべきそれぞれの位置を分かりやすく示すために誇張して表現されている。基板ホルダ２７は座標系４２を規定し、測定ステージ２０は座標系４１を規定する。１以上の参照マーク又は参照位置５０_Ｎが基板２上に規定されている。基板２は、基板ホルダ２７の３以上の支持点３０によって支持されている。さらに、２以上の参照マーク３２_１、３２_２が基板ホルダ２７上に規定されている。

最初に、座標測定装置１によって、測定に使用中の基板ホルダ２７内にある基板２上に、１以上の参照位置５０_Ｎ又は参照点Ｐ０が規定される。通常、参照点Ｐ０は基板２の支持点３０のうちの１つである。基板２上の構造３又は参照位置の位置をどのように測定するかという点については、従来技術として公知であるので、ここでは話を簡単にするため省略する。基板ホルダ２７の２つの参照マーク３２_１、３２_２に対する一つの支持点３０の（相対）位置が測定（決定）される。最終的に、基板ホルダに挿入された各基板２について、基板ホルダ上の２以上の参照マーク３２_１、３２_２が、座標測定装置の（基準）座標系４０に対して、又は測定ステージ２０の座標系４１に対して、自動的に測定（決定）される。測定結果から、座標測定装置１の座標系に対する、基板２の支持点３０及び基板ホルダ２７の位置を得ることができ、そしてこれから、基板ホルダ２７に挿入した各基板２の構造３の測定位置の測定値のための補正値の割り当てが可能となる。補正値は、座標測定装置１で測定された基板２上のどの点においても利用可能である。

基板上の参照マーク５０_Ｎの位置は、測定ステージの座標系４１に対して、又は座標測定装置の（基準）座標系４０に対して、測定される。基板ホルダ２７内の基板２の支持点の相対的位置は、測定ステージ２０の座標系４１に対する、又は座標測定装置の（基準）座標系４０に対する基板２の回転位置の測定に用いることができる。最後に、基板ホルダ２７上の参照マーク３２_１、３２_２の位置を測定することにより、測定ステージ２０の座標系４１に対する、又は座標測定装置１の（基準）座標系４０に対する基板ホルダ２７の変位又は回転が得られる。

既に述べたように、基板２の曲がりのための補正値は、基板２のサポートの配置又は支持点３０によって決定される。計算時間を節約するため、基板２に対する考えられうる全ての支持点の位置に対する補正値を、コンピュータ１６のデータベースの中にテーブルとして記憶しておくことも考えられる。いったん支持点３０の位置が分かれば、曲がり度を新たに正確に計算する必要もなく、対応する補正値をデータベースから自動的に得ることができる。

本発明による方法を実施することができる、従来技術による座標測定装置の概略図である。 基板ホルダに挿入された基板の平面概略図である。 基板ホルダ内に挿入配置された、変位のない状態での基板の拡大図である。 基板ホルダ内に挿入配置された、正しい位置から変位がある状態での基板の拡大図である。 基板ホルダ内に挿入配置された、正しい位置から回転変位がある状態での基板の拡大図である。 測定ステージに載置した基板を含む基板ホルダの配置図であり、座標測定装置の座標系に対する測定ステージの位置関係を示す。 基板ホルダの座標系の、座標測定装置の座標系に対する回転変位を示す図である。 座標測定装置の測定ステージに載置した基板を含む基板ホルダの概略配置図であり、測定ステージの座標系に対する基板ホルダの回転変位を、各座標系との関係を分かりやすくするために誇張して示した配置図である。

符号の説明

１ 座標測定装置
２ 基板
２ａ （基板の）表面
３ 構造
４ 透過光用照明光軸
６ 透過光照明装置（手段）
８ 集光器
９ 測定対物レンズ
１０ カメラ
１１ 検出器
７、１２ 反射ミラー
１４ 落射光照明装置（手段）
１５ 移動装置（手段）
１６ コンピュータ（計算ユニット）
２０ 測定ステージ
２１ 空気ベアリング
２３ 測定用光線
２４ レーザ干渉計
２５ 花崗岩ブロック（基台）
２５ａ （基準）平面
２７ 基板ホルダ
２７ａ 周辺縁部
３０ 支持点
３１ 十字線
３２、５０ 参照マーク
４０ 座標測定装置の（基準）座標系
４１ 測定ステージの座標系
４２ 基板ホルダの座標系

Claims (6)

1. 基板上の構造位置の補正値の決定方法であって、該補正値は、座標測定装置の座標系（４０）に対する基板ホルダ（２７）内の基板（２）の曲がり度に基づいて決定され、以下のステップ、即ち
   −基板の各種類ごとに該基板（２）の曲がり度が計算されること、但し、該基板の曲がり度に関する該補正値は参照点（Ｐ０）に対して知られており、該基板（２）は該基板ホルダ（２７）内の３つの支持点により支持されていること、
   −該基板ホルダ（２７）上の２つの参照マークの位置が、該座標測定装置（１）で使用される各該基板ホルダ（２７）の該参照点（Ｐ０）に対して測定されること、
   −該座標測定装置（１）で現に使用されている該基板ホルダ（２７）のための該座標測定装置（１）の該座標系（４０）に対する該基板ホルダ上の２以上の参照マーク（３２）の位置を自動的に測定し、それによって該参照点（Ｐ０）の該座標測定装置（１）の該座標系（４０）に対する位置が計算されること、そして
   −該参照点（Ｐ０）の位置の測定結果に基づき、使用中の基板ホルダ（２７）内にある基板（２）の、該座標測定装置（１）の該座標系（４０）に対する曲がり度を計算するための補正値の割り当てが、基板上の構造位置の測定が行われる該基板（２）の各点においても、決定されること、
   を含むことを特徴とする補正値の決定方法。
2. 前記参照点（Ｐ０）は、前記基板ホルダ（２７）内の基板（２）の一つの支持点（３０）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板ホルダの、前記座標測定装置の座標系に対する変位が測定ないし決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記基板ホルダの、前記座標測定装置の座標系に対する回転が測定ないし決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記基板ホルダの、前記座標測定装置の座標系に対する変位及び回転が測定ないし決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記基板（２）の前記曲がり度の計算が、有限要素法を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の方法。

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