JP2009036766A - 基板トポロジから生じる基板上の構造物のエッジ位置の測定における系統誤差の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板トポロジから生じる基板上の構造物のエッジ位置の測定における系統誤差の決定方法を提供する。
【解決手段】基板トポロジおよび／または基板ホルダの幾何学的配置に応じて横方向補正を決定する方法が開示される。基板（２）はＸ座標方向およびＹ座標方向に横断可能な、測定される基板（２）を担持する測定台（２０）上に配置される。基板（２）は平面（２０ａ）を規定する少なくとも３つの支持点（３０）上に支持される。
【選択図】図２

Description

本発明は基板トポロジからおよび／または基板ホルダの幾何学的配置および座標測定装置から生じる基板上の構造物のエッジ位置の測定における系統誤差の決定方法に関する。特に本方法は基板上の構造物の測定における系統誤差の決定に関する。基板は任意の数の方法で保持可能であり、基板は測定台に配置されるとともに３つの支持点により平面に位置決めされることが好ましい。

一般的なタイプの装置は例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３または特許文献４にも開示されている。ここに引用された最先端の文献はすべて、基板上の構造物を測定する座標測定装置を開示している。ここでは基板はＸ座標方向およびＹ座標方向に移動可能な台上に配置される。座標測定装置は構造物または構造物のエッジの位置を測定レンズによって決定できるように形成されている。ここでは測定台の位置は干渉計によって決定される。しかし最終的に測定装置の座標系に対するエッジの位置が決定される他の方法で台の位置を決定することが可能である。

ウェハおよびマスクの製造に用いられるそれらの上の構造を測定するために用いられる座標測定装置が非特許文献１に開示されている。この論文は１９９８年３月３１日にジュネーブでのセミコン教育プログラム会議（Semicon Education Program Convention）で提供された。ここに提示された説明は座標測定装置の基本であり、その様々なモデルが既に市販されている。

特許文献５は光学ヘッド用の集束方法を開示している。この集束プロセスでは物体が斜めに照明される。物体から戻る光は位置検出装置（ＰＳＤ）上に向けられる。焦点位置および空間内の物体の傾斜をＰＳＤ信号から決定することができる。ここに提案された装置は座標測定装置ではない。

特許文献６は高速自動焦点用の方法を開示している。ここで光パターンが測定される物体の表面上に投影される。物体により戻される光パターンの画像の分析を用いて焦点位置および物体の傾斜を決定する。この文献は基板（マスク）上の構造物の位置の測定から生じる問題に対処していない。

特許文献７は水平方向に並進可能な台を備える顕微鏡を開示している。ラインセンサを用いて台の移動中に試料の画像を記録する。ここに提案された顕微鏡は基板上の構造物の位置の測定に触れていない。

特許文献８は光学測定装置および傾斜測定用方法を開示している。この文献は同様に基板上の構造物の位置の測定を論じていない。

特許文献９は基板（ウェハ）上の欠陥の検査システムを開示している。欠陥の画像が電子顕微鏡によって生成される。例えばウェハ上の欠陥の大きさおよび位置に関する情報をデータベースから呼び出すことができる。構造物のエッジ位置の光学測定はこの文献では論じられていない。さらに欠陥の検査が開示されているが、基板（マスク）上の構造物の位置を測定する方法とは非常に異なる。

独国特許第１９９ ４９ ００５号明細書 独国特許第１９８ ５８ ４２８号明細書 独国特許第１０１ ０６ ６９９号明細書 独国特許第１０ ２００４ ０２３ ７３９号明細書 米国特許第５，１３６，１４９号明細書 米国特許第６，６７７，５６５号明細書 米国特許第６，９２４，９２９号明細書 独国特許出願公開第１９９ ６３ ３４５ Ａ１号明細書 米国特許第６，２５９，９６０号明細書 カローラ・ブレージング（Carola Blaesing）著「マスク作製用パターン配置計測学（Pattern Placement Metrology for Mask Making）」と題された論文

そのため本発明の目的は、補正値により測定データを補正することができるより高い検査精度を達成する方法を提供することである。

上記の目的は請求項１の特徴を備える方法により解決される。

本発明は基板トポロジに応じて横方向補正を決定する座標測定装置の利用を可能にする。ここで基板はＸ座標方向およびＹ座標方向に移動可能な台上に配置される。測定台は、測定される基板を担持する。基板は平面を規定する３つの支持点上に配置される。さらにＺ座標方向の基板の表面上の複数の位置の位置を決定する装置が設けられる。ここで基板はＸ／Ｙ平面に平行な軸を中心に傾斜可能で、傾斜位置の基板の測定を可能にする。

３つの支持点は基板ホルダ上に設けられ、少なくとも１つの支持点がスペーサ要素を備えることができるため、３つの支持点および１つのスペーサ要素により規定される平面は水平面に対して傾斜され、調整されるＸ／Ｙ平面に平行な軸を中心とする回転を可能にする。基板の回転を任意の数の方法で、例えば基板を必要な角度に傾斜させる異なる高さの例えば３つの支持点を有する異なる基板ホルダを用いることにより行うことができる。他の可能性は支持点の１つにスペーサ要素を設けて基板の傾斜を調整し得る。

支持点、または支持点および少なくとも１つのスペーサ要素により規定される平面が決定されると、それから支持点上に位置する基板の表面を決定することができる。基板の表面に対する平面の局所距離から基板の局所厚さを算出することができる。

Ｚ座標方向の基板の表面上の複数の位置の位置を決定する装置は、測定レンズ、大きな焦点深度を有するレンズ、機械的検出器、もしくは任意の他の適当な（既知でなくてもよい）測定プローブまたは測定センサであり得る。

基板トポロジおよび座標測定装置から生じる系統誤差の決定方法は、基板が測定台内に配置され、平面を規定する３つの支持点上に基板が支持されている場合には特に有利である。第１の位置はＺ座標方向の基板の表面上の複数の位置の各々で測定される。そして基板は座標測定装置のＸ／Ｙ平面に平行な軸を中心に傾斜されて、基板を傾斜位置に調整する。続いてＺ座標方向において、少なくとも１つのエッジの位置が、傾斜前の基板上の位置と一致する基板の表面上の複数の位置で測定される。測定される各々の構造物の少なくとも１つのエッジの横方向位置の偏差は、基板上の同一位置で行われる２つの測定から得られる。基板上の同一位置で行われた２つの測定から生じる偏差に基づいて、その後少なくとも１つのエッジの横方向位置の偏差を最小限に抑える補正値が決定される。補正値の決定時に必要に応じて、傾斜から生じる構造物（コサイン誤差）の幾何学的変位を考慮しなければならない。特に規定軸を中心に基板を枢動させることによりコサイン誤差を決定することができる。

測定される基板トポロジは、基板の楔形状および／または基板の不均一性および／または基板支持体の幾何学的配置および／または座標測定装置から生じる系統誤差による。

本発明のさらなる有利な実施形態は従属請求項に規定されている。

本発明の例示的実施形態およびそれらの利点を添付の図面に関して以下により詳細に説明する。

図１は従来技術で長期にわたり用いられてきた座標測定装置１を示す。座標測定装置は特に基板２上の構造物３の位置を決定するために用いられる。ここに示す実施形態において基板２は基板ホルダ２７に配置されている。基板２を測定台２０上に直接配置することも考えられる。ここに示す実施形態において基板ホルダ２７は測定台２０上に配置されている。空気軸受け２１上に支持された測定台２０は、平面２５ａ内でＸ座標方向およびＹ座標方向に横断可能である。平面２５ａはこの場合構造要素２５によって規定される。一実施形態において構造要素は花崗岩ブロックであってもよい。測定台２０の位置は干渉計で決定される。少なくとも１つの干渉計２４が位置決定用に設けられ、光線２３を測定台２０上に方向付ける。基板２の照明用に入射光照明手段１４を設けることが可能であり、入射光照明手段１４は照明光を入射光照明光線経路５に沿って測定レンズ９を介して基板２へ方向付ける。基板２を透過光で照明することも可能である。この場合再指向ミラー７により光を透過光照明光線経路４に結合させる透過光照明手段６が設けられる。光は集光器８により基板２上に向けられる。

花崗岩ブロック２５は振動減衰脚２６上に支持されている。基板２から放出された光は光分割ミラー１２により、検出器１１を備えるカメラ１０に向けられる。検出器１１は、検出器１１により記録されたデータからデジタル画像を作成するためにコンピュータ１６に接続されている。測定レンズ９は変位手段１５を用いてＺ座標方向に位置決めされるとともに、この方法では変位手段１５により基板２の表面２ａ上に焦点を合わせることができる。

図２は特にこの目的のために形成された基板ホルダ２７を用いた基板２の規定傾斜の設定の概略図を示す。この例示的実施形態において基板２の規定傾斜は、対応する方法で形成された基板ホルダ２７を用いて設定される。この目的のため支持点３０は各々異なる高さを有する。傾斜の結果として基板は幾何学的変位（コサイン誤差）を生じる。これは補正値を決定する場合必要に応じて考慮しなければならない。前述したように特に基板を規定軸を中心に傾斜させることによりコサイン誤差を決定することができる。

図３ａは基板ホルダ２７に配置された基板２の概略図を示す。ここに示す実施形態において基板２は３つの支持点３０上に支持されている。３つの支持点３０は基板が最終的に配置される平面を規定する。所定のパターンで基板ホルダ２７の周囲３４の回りに分散された支持点３０は、特定の点でのみ基板２に接触する。基板２の屈曲度は基板ホルダ２７の周囲３４上の支持点３０の分散パターンの認識により算出できる。さらなる参照マーク３２を基板ホルダ２７上に設けて、座標測定装置１の座標系に対する基板ホルダ２７の位置を決定することができる。

図３ｂは軸７０を中心に傾斜した基板２を示す。軸７０は座標測定装置１の座標系のＸ／Ｙ平面に平行である。支持点３０上にスペーサ要素３５を配置することにより軸７０を中心とする傾斜を行うことによって、基板２をＸ／Ｙ平面に対してある角度で傾斜させることができる。測定はＺ方向の複数の構造物の位置を決定することを含む。この場合各位置は基板２の傾斜前に一度および基板２の傾斜後に一度測定される。その後基板２上の様々な構造物３の横方向変位を２つの測定から決定することができる。この測定を用いて基板２の厚み偏差を決定することもできる。

図４ａは基板２の概略側面図を示す。実線によって示される位置は傾斜前の基板２を示す。破線によって示される第２の位置において、基板２は軸７０を中心に傾斜されている。図４ａは測定位置８０における基板２上の構造物３が測定位置８０に対して変位されているということを明示している。

図４ｂは破線円により印が付けられた図４ａの領域の拡大図を概略的に示す。図４ｂは傾斜前の位置および傾斜位置の基板２の拡大図である。図４ａで説明したように回転位置は破線によって示されている。図１および２を参照して前述したように、レーザ干渉計を用いて構造物３のエッジ３ａの位置をサンプリングまたは決定する。図４ｂに示すように、傾斜前の基板２上のエッジ３ａの位置が矢印５０によって示されている。基板２の傾斜後のエッジ３ａの位置が矢印５１によって示されている。そのため傾斜前の基板２上のエッジ３ａの位置と、傾斜基板２上のエッジ３ａの位置との間の２つの測定の差を決定することができる。この差は二重矢印５２により図４ｂに図示されている。補正値を決定する場合、必要に応じてこの変位（コサイン誤差）を考慮しなければならない。補正は単一補正値および／または補正関数のいずれかの形状を取ることができる。

従来技術による座標測定装置を概略的に示す。 この目的のために形成された基板ホルダを用いた基板の規定枢動（傾斜）の設定の概略図を示す。 座標測定装置による測定のために基板が挿入された基板ホルダを概略的に示す。 基板がＸ／Ｙ平面に対して軸を中心に傾斜されるようにさらなるスペーサ要素を有する支持点が設けられた、基板が挿入された基板ホルダを概略的に示す。 基板が傾斜前の位置で一度、および傾斜位置で一度示された側面図を示す。 基板の傾斜の結果としての決定できる横方向変位が示された図４ａの詳細図を示す。

符号の説明

１ 座標測定装置
２ 基板
２ａ 表面
３ 構造物
３ａ エッジ
４ 透過光照明光線経路
５ 入射光照明光線経路
６ 透過光照明手段
７ 再指向ミラー
８ 集光器
９ 測定レンズ
１０ カメラ
１１ 検出器
１２ 光分割ミラー
１４ 入射光照明手段
１５ 変位手段
１６ コンピュータ
２０ 測定台
２０ａ Ｘ／Ｙ平面
２３ 光線
２４ 干渉計
２５ 構造要素／花崗岩ブロック
２５ａ 平面
２７ 基板ホルダ
３０ 支持点
３２ 参照マーク
３４ 周囲
３５ スペーサ要素
５０ 矢印
５１ 矢印
５２ 二重矢印
７０ 軸
８０ 測定位置

Claims (10)

1. 基板トポロジおよび座標測定装置から生じる基板（２）上の構造物（３）のエッジ位置の測定における系統誤差の決定方法であって、測定台（２０）上の基板（２）が３つの支持点（３０）上で平面内に配置されており、
   前記基板（２）の表面（２ａ）上の複数の位置の各々にてＸ、ＹおよびＺ座標方向の位置を測定するステップと、
   前記座標測定装置のＸ／Ｙ平面に平行な軸（７０）を中心に前記基板（２）を傾斜させて傾斜位置を設定するステップと、
   傾斜前の前記基板（２）上の位置と一致する前記基板（２）上の位置で、前記基板（２）の表面（２ａ）上の構造物の複数の位置における少なくとも１つのエッジ（３ａ）の位置をＸ、ＹおよびＺ座標方向にて測定するステップと、
   前記基板（２）上の同一位置にて行われた前記２つの測定から、前記少なくとも１つのエッジ（３ａ）の横方向位置の偏差を決定するステップと、
   前記少なくとも１つのエッジ（３ａ）の横方向位置の偏差を最小限に抑えるように、前記基板（２）上の同一位置で行われた前記２つの測定から決定される偏差に基づいて補正値を求めるステップと
   を特徴とする方法。
2. 前記基板（２）が前記座標測定装置の前記Ｘ／Ｙ平面（２０ａ）に平行な前記軸（７０）を中心に傾斜されるように、前記支持点（３０）のうちの１つにスペーサ要素（３５）が配置される、請求項１に記載の方法。
3. 前記座標測定装置の前記Ｘ／Ｙ平面（２０ａ）に平行な前記軸（７０）が、前記Ｘ座標方向または前記Ｙ座標方向に沿って配向されている、請求項１に記載の方法。
4. 測定される前記基板トポロジが、前記基板（２）の楔形状および／または前記基板（２）の不均一性および／または前記基板ホルダ（２７）の幾何学的配置および／または前記座標測定装置から生じる系統誤差に依存する、請求項１に記載の方法。
5. 前記補正が補正関数または補正値のいずれかを備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記平面が前記測定台（２０）により画定される前記Ｘ／Ｙ平面に相当する、請求項１に記載の方法。
7. 傾斜の結果としての前記構造物の幾何学的変位が、前記補正を求める際に考慮される、請求項１に記載の方法。
8. 前記基板（２）の位置が前記支持点（３０）の座標系の位置に対して決定される、請求項１に記載の方法。
9. 測定レンズ、大きな焦点深度を有するレンズ、機械的検出器もしくは任意の他の適当な測定プローブまたは測定センサ備える、前記Ｚ座標方向での基板の表面上の複数の構造物のエッジ位置を決定する装置が設けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記Ｚ座標方向の位置が、測定レンズを用いた焦点調整により決定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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