JP2016148701A - 位置測定装置および位置測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ高精度に位置測定ができる位置測定装置を提供する。
【解決手段】鏡筒２と、鏡筒２に対して固定された台、被検査試料載置機構１２を有する移動可能なステージ１０、パターンの位置を測定するレーザー干渉計７０、被検査試料載置機構１２の周囲に設けられた第１の２次元スケール２２a、第１の２次元スケール２２aと被検査試料載置機構１２を挟んで設けられた第２の２次元スケール２４a、第１の２次元スケール２２aを用いてパターンの第１の位置誤差を測定する第１の位置検出器２２ｃ、第２の２次元スケール２４aを用いてパターンの第２の位置誤差を測定する第２の位置検出器２４ｃ、第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃとレーザー干渉計７０に接続され第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する制御部６０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、位置測定装置に関する。たとえば、半導体素子の製造等に用いられるマスクなどの被検査試料にレーザー光を照射してパターン像の光学画像を取得してパターンを検査する検査装置に用いる、パターン位置を測定する位置測定装置および位置測定方法に関する。

近年、半導体素子に要求される回路線幅の精度管理の要求はますます高くなっている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのフォトリソグラフィマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。

そして、多大な製造コストのかかるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるフォトリソグラフィマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

検査手法としては、拡大光学系を用いてフォトリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置を用いた検査方法では、試料はステージ上に載置されステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、光検出器上に結像される。光検出器で撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

パターンの微細化が進む一方、パターン原版となるマスクを用いて、縮小投影露光装置でウェハにパターンを露光転写して回路形成するリソグラフィ技術が継続して使われている。そのため、ウェハの製造歩留まりを向上させるためにマスクのパターン欠陥に対する許容量や、露光転写時でのプロセス諸条件の変動許容量（マージン）の確保が厳しくなってきている。これまでは、主に形状欠陥の許容値を厳しくして、マスクパターンの形状寸法精度を高めることで、プロセス諸条件の変動マージンを吸収することが行われてきた。しかしながら、検査対象となるマスクの品質は、パターンを構成する個々の図形が設計寸法通りに形成されていることの他に、マスク上のパターンの位置精度の高さやパターンの線幅寸法精度の高さが求められるようになってきている。

特許文献１に記載されている移動体装置では、微動ステージＷＦＳのＸＹ平面に実質的に平行な一面にグレーティングＲＧが配置される。次に、上記グレーティングＲＧに対向して配置されたエンコーダシステムを用いて、微動ステージＷＦＳの位置を測定する。当該移動装置では、エンコーダシステムのヘッドを微動ステージＷＦＳに近接して配置させることができるため、微動ステージＷＦＳの位置情報の高精度な計測が可能になるとされている。

特開２０１１−２４４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、高速かつ高精度に位置測定ができる位置測定装置および位置測定方法を提供することである。

実施形態の位置測定装置は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられ、パターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有する移動可能なステージと、パターンの位置を測定するレーザー干渉計と、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールと、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールと、第１の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定する第１の位置検出器と、第２の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定する第２の位置検出器と、第１の位置検出器と第２の位置検出器とレーザー干渉計に接続され第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する制御部と、を備える。

上記態様の位置測定装置において、鏡筒上に設けられ、第３の２次元スケールまたは互いに垂直な方向に配置された複数の１次元スケールを有する第３のスケールと、第３のスケールと対向して台上に設けられ、第３のスケールを用いてパターンの第３の位置誤差を測定する第３の位置検出器と、をさらに備え、制御部は第３の位置検出器にさらに接続され、第３の位置誤差をさらに用いて位置を補正することが好ましい。

上記態様の位置測定装置において、鏡筒が対物レンズを有し、第１の位置検出器と第２の位置検出器が対物レンズの光軸に対して対称に設けられていることが好ましい。

上記態様の位置測定装置において、レーザー干渉計と第１の位置検出器と第２の位置検出器に接続されるクロック信号発生部をさらに備え、レーザー干渉計、第１の位置検出器および第２の位置検出器はクロック信号発生部で発生されたクロック信号に同期して位置、第１の位置誤差および第２の位置誤差を測定することが好ましい。

実施形態の位置測定方法は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられパターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有するステージと、レーザー干渉計と、を備える位置測定装置を用いた位置測定方法であって、レーザー干渉計を用いてパターンの位置を測定し、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定し、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定し、第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する。

本発明によれば、高速かつ高精度に位置測定ができる位置測定装置および位置測定方法の提供が可能になる。

第１の実施形態の検査装置の要部の模式図。 第１の実施形態の位置測定装置の模式図。 第１の実施形態の位置の補正方法の一例を示す模式図。 第１の実施形態の位置測定方法のフローチャート。 第２の実施形態の位置測定装置の模式図。 第３の実施形態の検査方法のフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

なお、以下の記載においては、フォトリソグラフィマスク（被検査試料）を単にマスクと表記する。

また、本明細書中では、位置測定装置が使用可能に設置された状態で、基準に対して重力の方向を「下方」と定義し、基準に対して重力の方向と逆方向を「上方」と定義する。また、「物体上」での「上」とは、その物体に対して直接的又は間接的に接していることを意味するものとする。

（第１の実施形態）
本実施形態の位置測定装置は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられ、パターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有する移動可能なステージと、パターンの位置を測定するレーザー干渉計と、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールと、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールと、第１の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定する第１の位置検出器と、第２の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定する第２の位置検出器と、第１の位置検出器と第２の位置検出器とレーザー干渉計に接続され第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する制御部と、を備える。

図１は、本実施形態の検査装置１０００の模式図である。本実施形態の検査装置１０００は、表面にパターンを含むマスクＭの欠陥検査を行うパターン検査装置である。また、本実施形態の位置測定装置１００は、検査装置１０００によるマスクＭのパターンの位置測定に用いられる。

ステージ１０は被検査試料載置機構１２を有する。マスクＭは、被検査試料載置機構１２によって保持される。被検査試料載置機構１２は、たとえば凹部である。なお、被検査試料載置機構１２はこれに限定されず、公知のマスクＭを保持できる機構はいずれも被検査試料載置機構１２として好ましく用いることができる。

ステージ１０は、鉛直方向に垂直な面内で、たとえば互いに直交する横方向であるＸ方向およびＹ方向に、それぞれ第１のモーター９６ａおよび第２のモーター９６ｂによって移動可能である。また、ステージ１０は、鉛直方向に垂直な面内で、第３のモーター９６ｃによって回転可能である。

移動制御部９０は、後述する制御計算機６５０にバスライン６７０を介して接続される走査範囲設定機構９２と、走査範囲設定機構９２で設定される走査範囲内でステージ１０が移動されるように第１のモーター９６ａ、第２のモーター９６ｂおよび第３のモーター９６ｃを制御するモーター制御機構９４と、を備える。

照明部４００は、光源４１０と、第１の照明部用レンズ４２０と、第２の照明部用レンズ４３０と、第１の照明部用ミラー４４０と、コンデンサレンズ４５０と、第１の照明部用光束分配手段４６０と、第２の照明部用ミラー４７０と、第２の照明部用光束分配手段４８０と、対物レンズ４９０と、を備える。

光源４１０から出射されたレーザー光などの照明光は、第１の照明部用レンズ４２０および第２の照明部用レンズ４３０により平行な光束に拡径される。拡径された光束は、第１の照明部用ミラー４４０とコンデンサレンズ４５０によりマスクＭの上面に照射される。第１の照明部用レンズ４２０と、第２の照明部用レンズ４３０と、第１の照明部用ミラー４４０と、コンデンサレンズ４５０は、透過照明系を構成する。なお、光源４１０の波長は、マスクＭを用いて露光が行われた場合に近い状態でマスクＭの検査をすることができるようにするため、マスクＭが用いられる露光装置が有する光源の波長と同程度であることが望ましい。

また、光源４１０から出射されたレーザー光などの照明光は、第１の照明部用レンズ４２０および第２の照明部用レンズ４３０により平行な光束に拡径された後、第２の照明部用レンズ４３０と第１の照明部用ミラー４４０との間に配置された第１の照明部用光束分配手段４６０により反射される。第１の照明部用光束分配手段４６０により反射された照明光は、第２の照明部用ミラー４７０と第２の照明部用光束分配手段４８０によりマスクＭの下面に照射される。第１の照明部用光束分配手段４６０と第２の照明部用ミラー４７０と第２の照明部用光束分配手段４８０は反射照明系を構成する。なお、第１の照明部用光束分配手段４６０および第２の照明部用光束分配手段４８０としては、具体的には、ハーフミラー、スリット、偏光ビームスプリッタなどを好ましく用いることができる。

結像部５００は、第１の光検出器５１０と、第１の結像部用レンズ５２０と、第２の光検出器５３０と、第２の結像部用レンズ５４０と、分離ミラー５５０と、を備える。

透過照明系によりマスクＭの上面に照射されマスクＭを透過した照明光は、透過光と呼ばれる。また、反射照明系によりマスクＭの下面に照射された後、マスクＭにより反射された照明光は、反射光と呼ばれる。透過光と反射光は、対物レンズ４９０と第２の照明部用光束分配手段４８０を通して分離ミラー５５０に入射される。透過光は、分離ミラー５５０から第１の結像部用レンズ５２０を通して第１の光検出器５１０に結像される。また、反射光は、分離ミラー５５０から第２の結像部用レンズ５４０を通して第２の光検出器５３０に結像される。

検査装置制御部６００は、比較部６１０と、参照部６２０と、展開部６２２と、判断部６２４と、パターンデータ記憶部６３０と、マップ記憶部６３２と、制御計算機６５０と、マップ作成部６６０と、バスライン６７０と、を備える。

マップ作成部６６０は、マスクＭの欠陥のマップを作成する。ここで、マスクＭの欠陥とは、マスクＭのパターンエッジのラフネス、マスクＭの線幅の分布（ＣＤマップ）、マスクＭのパターンの位置が設計上の位置からずれてマスクＭ上に形成されたことによる欠陥であるパターンの位置ずれ（ＲＥＧマップ）などがあげられる。

オートフォーカス機構７００は、オートフォーカス光束分配手段７１０と、フォーカスずれ検出機構７２０と、フォーカス制御機構７３０と、オートフォーカス部用モーター７４０と、を備える。

オートフォーカス光束分配手段７１０は、反射光をフォーカスずれ検出部７２０に入射する。フォーカスずれ検出部７２０は、入射された反射光からフォーカスずれの程度を検出し、フォーカス制御部７３０にフォーカスずれの程度を入力する。フォーカス制御部７３０は、入力されたフォーカスずれの程度に基づいて、オートフォーカス手段用モーター７４０を制御して対物レンズ４９０を高さ方向に動かし、対物レンズ４９０の焦点をマスクＭ上にあわせる。なお、ステージ２００を鉛直方向に動かしてもよい。なお、オートフォーカス光束分配手段７１０としては、具体的には、ハーフミラー、スリット、偏光ビームスプリッタなどを好ましく用いることができる。

マスクＭの検査方法としては、たとえばＸ軸方向を主走査方向、Ｙ軸方向を副走査方向として、ステージ２００のＸ軸方向の移動により照明光をＸ軸方向に走査し、ステージ２００のＹ軸方向の移動により走査位置をＹ軸方向に所定のピッチで移動させる。なお、マスクＭの検査方法は、上記の記載に限定されない。

図２は、本実施形態の位置測定装置１００の模式図である。図２（ａ）は位置測定装置１００の模式断面図であり、図２（ｂ）は位置測定装置１００の模式斜視図である。

鏡筒２は、対物レンズ４９０を有し、対物レンズ４９０を支持する。対物レンズ４９０の光軸４９０ａは、たとえば、鉛直方向に対して平行に配置されている。

第１の台（台）４は、鏡筒２の周囲に設けられている。第１の台４は、鏡筒２に対して、たとえば第１の台４と鏡筒２の下方に設けられた第２の台６を介して、たとえばネジなどの公知の固定手段により固定されている。なお、固定の方法はこれに限定されず、たとえば第１の台４が鏡筒２に対して直接固定されていてもよい。

第１の台４は、平滑に仕上げられた第１の面４ａを有する定盤であることが好ましい。また、第１の面４ａは、高精度な位置測定を行うため、鉛直方向に対して垂直な面内に配置されていることが好ましい。

第１の台４は、後述する位置検出器をマスクＭにできるだけ近いところに配置し、位置誤差を精度良く測定することが出来るように、ＸＹ平面内において馬蹄形あるいはＵ字型の形状を有することが好ましい。

ステージ１０は、鏡筒２の上方に設けられている。

レーザー干渉計７０は、たとえば、レーザーを発生させるレーザー干渉計発信源７２と、ステージ１０に設けられたレーザー干渉計ミラー７４と、レーザー干渉計ミラー７４によって反射されたレーザーを検出するレーザー干渉計検出機構７６と、を有する。なお、レーザー干渉計７０の機構は、これに限定されない。

レーザー干渉計７０は、マスクＭのパターンの位置を測定する。ここで、レーザー干渉計によるパターンの位置測定は、たとえば、次のようにおこなわれる。まず、移動制御部９０を用いてステージ１０を移動させて、マスクＭ上に設けられた基準マークを光軸４９０ａ上に配置させる。次に、このときのステージ１０の位置をレーザー干渉計７０で測定し、当該測定した位置を原点とする。次に、移動制御部９０を用いてステージ１０を移動することにより、測定対象であるマスクＭのパターンを光軸４９０ａ上に配置させる。次に、当該パターンを光軸４９０ａ上に配置させる際のステージ１０の移動距離をレーザー干渉計７０で測定する。そして、当該移動距離を用いて、測定対象であるパターンの位置を求める。なお、レーザー干渉計によるパターンの位置測定方法はこれに限定されない。

第１の２次元スケール２２ａは、ステージ１０上の被検査試料載置機構１２の周囲に設けられる。第１の２次元スケール２２ａは、たとえば２次元回折格子（グレーティング）からなる第１の２次元スケール用スケール面２２ｂを有する。第１の２次元スケール用スケール面２２ｂは、パターンのＸ方向の位置誤差とＹ方向の位置誤差が測定可能なように配置される。なお、第１の２次元スケール用スケール面２２ｂの構成はこれに限定されず、一定の距離をおいて直角に交わる複数のＸ方向に伸びる直線と複数のＹ方向に伸びる直線を有する、たとえば方眼紙上の模様を備えていてもよい。

第２の２次元スケール２４ａは、ステージ１０上の被検査試料載置機構１２の周囲であって、第１の２次元スケール２２ａと被検査試料載置機構１２を挟んで設けられる。第２の２次元スケール２４ａは、たとえば２次元回折格子（グレーティング）からなる第２の２次元スケール用スケール面２４ｂを有する。第２の２次元スケール用スケール面２４ｂは、パターンのＸ方向の位置誤差とＹ方向の位置誤差が測定可能なように配置される。なお、第２の２次元スケール用スケール面２４ｂの構成はこれに限定されず、一定の距離をおいて直角に交わる複数のＸ方向に伸びる直線と複数のＹ方向に伸びる直線を有する、たとえば方眼紙上の模様を備えていてもよい。

第１の２次元スケール用スケール面２２ｂと、第２の２次元スケール用スケール面２４ｂは、アッベ誤差を小さくするため、マスクＭのパターンが形成されている面Ｍｂと同一の面内に配置されることが好ましい。

第１の１次元スケール３２ａは、鏡筒２上に設けられる。第１の１次元スケール３２ａは、たとえば１次元回折格子（グレーティング）からなる第１の１次元スケール用スケール面３２ｂを有する。第１の１次元スケール用スケール面３２ｂは、たとえば、パターンのＸ方向の位置誤差が測定可能なように配置される。

第２の１次元スケール３４ａは、鏡筒２上に設けられる。第２の１次元スケール３４ａは、たとえば１次元回折格子（グレーティング）からなる第１の１次元スケール用スケール面３４ｂを有する。第２の１次元スケール用スケール面３４ｂは、第１の１次元スケール用スケール面３２ｂと互いに垂直に、たとえば、パターンのＹ方向の位置誤差が測定可能なように配置される。なお、第１の１次元スケール３２ａと第２の１次元スケール３４ａは、第３のスケール３８ａを構成する。

第１の位置検出器２２ｃは、第１の２次元スケール２２ａと対向して、第１の台４の、たとえば第１の面４ａ上に設けられる。第１の位置検出器２２ｃは、第１の２次元スケール２２ａを用いてＸ方向およびＹ方向のマスクＭ上のパターンの第１の位置誤差を測定する。

第２の位置検出器２４ｃは、第２の２次元スケール２４ａと対向して、第１の台４の、
たとえば第１の面４ａ上に設けられる。第２の位置検出器２４ｃは、第２の２次元スケール２４ａを用いてＸ方向およびＹ方向のマスクＭ上のパターンの第２の位置誤差を測定する。

第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃは、後述する位置の補正の計算を簡単にするために、ＸＹ平面内で光軸４９０ａに対して対称に配置されていることが好ましい。

第１の１次元スケール用位置検出器３２ｃは、第１の１次元スケール３２ａと対向して、第１の台４の、たとえば第１の面４ａ上に設けられる。第１の１次元スケール用位置検出器３２ｃは、第１の１次元スケール３２ａを用いて、Ｘ方向のマスクＭ上のパターンの第３の位置誤差を測定する。

第２の１次元スケール用位置検出器３４ｃは、第２の１次元スケール３４ａと対向して、第１の台４の、たとえば第１の面４ａ上に設けられる。第２の１次元スケール用位置検出器３４ｃは、第２の１次元スケール３４ａを用いて、Ｙ方向のマスクＭ上のパターンの第３の位置誤差を測定する。なお、第１の１次元スケール用位置検出器３２ｃと第２の１次元スケール用位置検出器３４ｃは、第３の位置検出器３８ｃを構成する。

本実施形態の位置検出器としては、たとえば、回折格子による位相変化と２光波の干渉を応用したエンコーダセンサを用いることができる。この場合、エンコーダセンサは、計測用のレーザービームを照射する。照射されたレーザービームは、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｌｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を通過した後に、Ｐ波とＳ波の２本の光に分割される。分割されたレーザー光は、スケールが有する回折格子に入射し回折され、λ／４位相板つきのミラーへ入射される。ミラーから反射する際、Ｐ波はＳ波に、またＳ波はＰ波に偏光される。偏光されたレーザー光は、合成され受光部で検知され、位置情報の検出に用いられる。なお、本実施形態の位置検出器の機構はこれに限定されない。たとえば、スケールが方眼紙上の模様を備えたものである場合には、位置検出器は対物レンズであり、オペレータが対物レンズにより上記の方眼紙上の模様から位置を測定する構成となっていてもよい。

制御部６０は、第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃと第３の位置検出器３８ｃとレーザー干渉計７０に接続される。制御部６０は、第１の位置誤差と第２の位置誤差と第３の位置誤差を用いて、レーザー干渉計７０で測定されたパターンの位置を補正する。ここで、制御部６０は、検査装置制御部６００と一体となっていて用いられてもよい。

クロック信号発生部６２は、たとえば制御部６０を介して、レーザー干渉計７０と第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃと第３の位置検出器３８ｃに接続されている。クロック信号発生部６２はクロック信号を発生させる。測定時が異なることによる位置誤差の測定結果の差を抑制するため、第１の位置検出器２２ｃ、第２の位置検出器２４ｃ、第３の位置検出器３８ｃおよびレーザー干渉計７０は、クロック信号発生部６２により発生されたクロック信号に同期して、第１の位置誤差と第２の位置誤差と第３の位置誤差と位置を、好ましくは同時に測定するようにする。なお、クロック信号の周波数は、特に限定されないが、たとえば数十ＭＨｚの程度の周波数は好ましく用いることができる。

図３は、本実施形態でのパターンの位置の補正方法の一例を示す模式図である。図３（ａ）は、第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いた位置の補正方法の一例を示す模式図である。

ここで、レーザー干渉計７０により測定された、パターンの位置の座標を、（ｘ_０，ｙ_０）とする。

たとえば、ステージ１０が移動する場合には、アッベ誤差や位置検出器の振動等により、ステージ１０が本来想定された位置と異なる場所に配置され、結果として測定されたマスクＭ上のパターンの位置に誤差が生じる。この場合に、第１の位置誤差を（Δｘ_１，Δｙ_１）、また第２の位置誤差を（Δｘ_２，Δｙ_２）とする。また、第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃが対物レンズの光軸４９０ａに対して対称に設けられている、すなわち、図３（ａ）においてｌ_１＝ｌ_２であり第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃが同一直線上に配置されているものとする。すると、制御部６０は、第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて、パターンの位置は（ｘ_０＋（Δｘ_１＋Δｘ_２）／２，ｙ_０＋（Δｙ_１＋Δｙ_２）／２）であると補正することができる。

図３（ｂ）は、第３の位置誤差を用いたパターンの位置の補正方法の一例を示す模式図である。

鏡筒２が振動すると、鏡筒２が有する対物レンズ４９０の光軸４９０ａが本来想定された位置と異なる場所に配置され、結果として測定されたマスクＭ上のパターンの位置に、相対的に誤差が生じる。この場合に、Ｘ方向のパターンの第３の位置誤差をΔｘ_３、Ｙ方向のパターンの第３の位置誤差をΔｙ_３とすると、制御部６０は、さらに位置を補正し、マスクＭ上のパターンの位置は（ｘ_０＋（Δｘ_１＋Δｘ_２）／２＋Δｘ_３，ｙ_０＋（Δｙ_１＋Δｙ_２）／２＋Δｙ_３）であると補正することができる。

上記の位置の補正方法はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。

図４は、本実施形態の位置測定方法のフローチャートである。

本実施形態の位置測定方法は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられパターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有するステージと、レーザー干渉計と、を備える位置測定装置を用いた位置測定方法であって、レーザー干渉計を用いてパターンの位置を測定し、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定し、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定し、第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する。

まず、マスクＭを被検査試料載置機構１２に載置する（Ｓ１０）。

次に、検査装置制御部６００は、第１のモーター９６ａ、第２のモーター９６ｂ、または第３のモーター９６ｃを用いて、マスクＭを移動させることにより、マスクＭ上の検査対象となるパターンを、光軸４９０ａの軸上に移動させる（Ｓ１２）。

次に、クロック信号発生部６２は、クロック信号を発生させる（Ｓ１４）。

次に、レーザー干渉計７０は、マスクＭ上のパターンの位置を測定する（Ｓ１６）。

また、第１の位置検出器２２ｃは、マスクＭ上のパターンの第１の位置誤差を測定する（Ｓ１８）。

また、第２の位置検出器２４ｃは、マスクＭ上のパターンの第２の位置誤差を測定する（Ｓ２０）。

また、第１の１次元スケール用位置検出器３２ｃは、Ｘ方向のマスクＭ上のパターンの第３の位置誤差を測定する（Ｓ２２）。

また、第２の１次元スケール用位置検出器３４ｃは、Ｙ方向のマスクＭ上のパターンの第３の位置誤差を測定する（Ｓ２４）。

なお、パターンの位置、第１の位置誤差、第２の位置誤差および第３の位置誤差の測定は、クロック信号発生部６２により発生されたクロック信号に同期して、同時に行われることが好ましい。

次に、制御部６０が、第１の位置誤差と第２の位置誤差と第３の位置誤差を用いて、パターンの位置を補正する（Ｓ２６）。

以下、本実施形態の作用効果を述べる。

マスクＭ上のパターンの位置をレーザー干渉計を用いて測定することは、一般的に行われている。しかし、レーザー光が空気の揺らぎの影響により揺らぐため、所定の時間をかけて位置データを平均化する必要がある。そのため、マスクＭ上のパターンの位置をレーザー干渉計により高速かつ高精度に測定することは困難である。

次に、リニアスケールを用いてマスクＭ上のパターンの位置を測定することが考えられる。この場合は、たとえばステージ１０上にリニアスケールを設け、リニアスケールと離間したある特定の場所に位置検出器を設けてリニアスケールの値を読み取ることにより、パターンの位置を測定する。しかし、ステージ１０が移動する場合には、ステージ１０がゆがむため、アッベ誤差による位置測定の誤差が生じる。特に、高速に検査を行う場合には、ステージ１０を高速に移動させるためステージ１０のゆがみは大きくなる。そのため、アッベ誤差による位置測定の誤差はさらに大きくなる。

そこで、第１の２次元スケール２２ａと第２の２次元スケール２４ａを被検査試料載置機構１２の周囲に設け、第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃを第１の台４上に設ける。これにより、第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃは、第１の台４を介して、ある定まった位置関係を有することとなる。そのため、第１の台４を基準として、ステージ１０のゆがみに伴うパターンの第１の位置誤差と第２の位置誤差を測定することが出来るため、パターンの位置を精密に補正することが可能となる。特に、第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃが対物レンズの光軸４９０ａに対して対称に設けられている場合には、上述のように補正の計算式を簡単にすることができるため好ましい。また、第１の台４が定盤である場合には、温度等による変形が少ないため、さらに精密な補正が可能となる。

鏡筒２が振動する場合には対物レンズ４９０も鏡筒２の振動に伴い振動する。結果として、マスクＭのパターンの位置測定に誤差が生じる。第３のスケール３８ａと第３の位置検出器３８ｃを備えることにより、鏡筒２の振動等に伴うマスクＭのパターンの位置を補正することが可能となる。

位置と第１の位置誤差と第２の位置誤差と第３の位置誤差が測定される時間が異なる場合、ステージ１０のゆがみに伴う位置誤差や、鏡筒２の振動に伴う位置誤差は測定時に依存して異なるため、位置を精密に補正することが難しくなる。そのため、本実施形態の位置測定装置は、レーザー干渉計７０と第１の位置検出器２２ｃと第２の位置検出器２４ｃと第３の位置検出器３８ｃに接続されるクロック信号発生部６２をさらに備え、第１の位置検出器２２ｃ、第２の位置検出器２４ｃ、第３の位置検出器３８ｃおよびレーザー干渉計７０は、クロック信号発生部６２で発生されたクロック信号に同期して、同時にそれぞれ位置と第１の位置誤差と第２の位置誤差と第３の位置誤差を測定することが好ましい。

以上、本実施形態によれば、高速かつ高精度に位置測定ができる位置測定装置および位置測定方法の提供が可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態の位置測定装置は、第３のスケール３８ａが第３の２次元スケール３６ａであり、第３の位置検出器３８ａが第３の２次元スケール用スケール面３６ｂを有する第３の２次元スケール３６ａである点で、第１の実施形態の位置測定装置と異なっている。ここで、第１の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図５は本実施形態の位置測定装置１００の模式図である。本実施形態のように、第３のスケール３８ａが複数の１次元スケールではなく２次元スケールであっても、好ましく用いることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態の検査装置は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられ、パターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有する移動可能なステージと、パターンの位置を測定するレーザー干渉計と、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールと、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールと、第１の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定する第１の位置検出器と、第２の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定する第２の位置検出器と、第１の位置検出器と第２の位置検出器とレーザー干渉計に接続され第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する制御部と、を備える位置測定装置と、被検査試料に照明光を照射する照明部と、被検査試料を透過した照明光を結像した第１の光学画像と被検査試料によって反射された照明光を結像した第２の光学画像のいずれか一方または両方を取得する結像部と、被検査試料を透過した照明光を結像した光学画像の参照となる第１の参照画像と第１の光学画像の第１の比較と被検査試料によって反射された照明光を結像した光学画像の参照となる第２の参照画像の第２の比較のいずれか一方または両方をおこなう比較部と、第１の比較に基づいた被検査試料の第１のマップと第２の比較に基づいた被検査試料の第２のマップのいずれか一方または両方を作成するマップ作成部と、第１のマップと第２のマップのいずれか一方または両方を保存するマップ記憶部と、を備える。

本実施形態の検査方法は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられパターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有するステージと、レーザー干渉計と、を備える位置測定装置を用いた検査方法であって、レーザー干渉計を用いてパターンの位置を測定し、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定し、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定し、第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正し、被検査試料に照明光を照射し、被検査試料を透過した照明光を結像した第１の光学画像と被検査試料によって反射された照明光を結像した第２の光学画像のいずれか一方または両方を取得し、被検査試料を透過した照明光を結像した光学画像の参照となる第１の参照画像と第１の光学画像の第１の比較と被検査試料によって反射された照明光を結像した光学画像の参照となる第２の参照画像と第２の光学画像の第２の比較のいずれか一方または両方をおこない、第１の比較に基づいた被検査試料の第１のマップと第２の比較に基づいた被検査試料の第２のマップのいずれか一方または両方を作成し、第１のマップと第２のマップのいずれか一方または両方を保存する。

本実施形態の検査装置は、第１の実施形態または第２の実施形態の位置測定装置を用いた検査装置である。また、本実施形態の検査方法は、第１の実施形態または第２の実施形態の位置測定装置を用いた検査方法である。ここで、第１の実施形態または第２の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図６は、第３の実施形態の検査方法のフローチャートである。（Ｓ１０）から（Ｓ２６）までは、図４と同様であるため、説明を省略する。

次に、制御計算機６５０が、照明部４００を用いて、マスクＭに照明光を照射し（Ｓ２８）、結像部５００を用いてマスクＭを透過した照明光を結像した第１の光学画像とマスクＭによって反射された照明光を結像した第２の光学画像を取得する（Ｓ３０）。なお、第１の光学画像と第２の光学画像のいずれか一方を取得してもよい。取得された第１の光学画像と第２の光学画像は、比較部６１０に送られる。

次に、制御計算機６５０が、パターンデータ記憶部６３０に保存されているパターンデータを、展開部６２２に入力して、各層ごとに展開する。パターンデータは設計者によってあらかじめ作成されている。ここで、パターンデータは通常検査装置１０００によって直接読みこめるように設計されていない。そのため、パターンデータは、まず各層（レイヤ）ごとに作成された中間データに変換された後に、各検査装置１０００によって直接読み込める形式のデータに変換され、その後展開部６２２に入力される。

次に、制御計算機６５０が、参照部６２０を用いて、展開部６２２で各層ごとに展開されたパターンデータから、マスクＭを透過した照明光を結像した光学画像の参照となる第１の参照画像と、マスクＭによって反射された照明光を結像した光学画像の参照となる第２の参照画像のいずれか一方あるいはその両方を作成する。

次に、制御計算機６５０が、比較部６１０を用いて、第１の参照画像と第１の光学画像の第１の比較をおこない、第２の参照画像と第２の光学画像の第２の比較をおこなう（Ｓ３２）。なお、第１の比較と第２の比較のいずれか一方でもよい。ここで第１の比較の一例としては、第１の光学画像のパターンの箇所の透過光量と、対応する第１の参照画像のパターンの箇所の透過光量を比較する手法が挙げられる。また、第２の比較の一例としては、第２の光学画像のパターンの箇所の反射光量と、対応する第２の参照画像のパターンの箇所の反射光量を比較する手法が挙げられる。また、比較部６１０には、制御部６０により補正されて測定されたマスクＭ上のパターンの位置が入力される。

次に、制御計算機６５０が、マップ作成部６６０を用いて、第１の比較に基づいたマスクＭの第１のマップと第２の比較に基づいたマスクＭの第２のマップを作成する（Ｓ３４）。なお、第１のマップと第２のマップのいずれか一方を作成してもよい。ここで、マスクＭのマップとは、たとえば、マスクＭの欠陥のマップであり、マスクＭのパターンの位置ずれマップ（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎマップ、またはＲｅｇマップと略される）やマスクＭの線幅ずれマップ（ＣＤマップと略される）が該当する。

次に、制御計算機が、第１のマップと第２のマップのいずれか一方または両方をマップ記憶部６３２に保存する（Ｓ３６）。

本実施形態の検査装置は、第１の実施形態または第２の実施形態の位置測定装置を用いて検査をおこなうため、マスクＭのパターンの位置ずれや線幅ずれを高速かつ高精度に測定することが可能となる。そのため、精度の高いマスクＭのパターンの位置ずれマップや線幅ずれマップの作成が可能となる。

以上、本実施形態の位置測定装置は、鏡筒と、鏡筒の周囲に設けられ鏡筒に対して固定された台と、鏡筒の上方に設けられ、パターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有する移動可能なステージと、パターンの位置を測定するレーザー干渉計と、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールと、ステージ上の被検査試料載置機構の周囲であって、第１の２次元スケールと被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールと、第１の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第１の２次元スケールを用いてパターンの第１の位置誤差を測定する第１の位置検出器と、第２の２次元スケールと対向して台上に設けられ、第２の２次元スケールを用いてパターンの第２の位置誤差を測定する第２の位置検出器と、第１の位置検出器と第２の位置検出器とレーザー干渉計に接続され第１の位置誤差と第２の位置誤差を用いて位置を補正する制御部と、を備えることにより、高速かつ高精度に位置測定ができる位置測定装置の提供が可能となる。

以上の説明において、制御部、クロック信号発生部、移動制御機構、走査範囲設定機構、モーター制御機構、比較部、参照部、展開部、判断部、制御計算機、マップ作成部、フォーカス制御機構の処理内容或いは動作内容は、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組み合わせでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、図示していない磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）の記録媒体に記録される。また、パターンデータ記憶部、マップ記憶部、ＳＶＭモデル記憶部は、たとえば磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）の記録媒体である。

実施形態では、構成等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる構成等を適宜選択して用いることができる。また、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての検査装置および検査方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。

２ 鏡筒
４ 第１の台（台）
４ａ 第１の面
６ 第２の台
１０ ステージ
１２ 被検査試料載置機構
２２ａ 第１の２次元スケール
２２ｂ 第１の２次元スケール用スケール面
２２ｃ 第１の位置検出器
２４ａ 第２の２次元スケール
２４ｂ 第２の２次元スケール用スケール面
２４ｃ 第２の位置検出器
３２ａ 第１の１次元スケール
３２ｂ 第１の１次元スケール用スケール面
３２ｃ 第１の１次元スケール用位置検出器
３４ａ 第２の１次元スケール
３４ｂ 第２の１次元スケール用スケール面
３４ｃ 第２の１次元スケール用位置検出器
３６ａ 第３の２次元スケール
３６ｂ 第３の２次元スケール用スケール面
３６ｃ 第３の２次元スケール用位置検出器
３８ａ 第３のスケール
３８ｂ 第３のスケール用スケール面
３８ｃ 第３の位置検出器
６０ 制御部
６２ クロック信号発生部
７０ レーザー干渉計
７２ レーザー干渉計発信源
７４ レーザー干渉計ミラー
７６ レーザー干渉計検出機構
９０ 移動制御機構
９２ 走査範囲設定機構
９４ モーター制御機構
９６ａ 第１のモーター
９６ｂ 第２のモーター
９６ｃ 第３のモーター
１００ 位置測定装置
４００ 照明部
４１０ 光源
４２０ 第１の照明部用レンズ
４３０ 第２の照明部用レンズ
４４０ 第１の照明部用ミラー
４５０ コンデンサレンズ
４６０ 第１の照明部用光束分配手段
４７０ 第２の照明部用ミラー
４８０ 第２の照明部用光束分配手段
４９０ 対物レンズ
４９０ａ 光軸（対物レンズの光軸）
５００ 結像部
５１０ 第１の光検出器
５２０ 第１の結像部用レンズ
５３０ 第２の光検出器
５４０ 第２の結像部用レンズ
５５０ 分離ミラー
６００ 検査装置制御部
６１０ 比較部
６２０ 参照部
６２２ 展開部
６２４ 判断部
６３０ パターンデータ記憶部
６３２ マップ記憶部
６５０ 制御計算機
６６０ マップ作成部
６７０ バスライン
７００ オートフォーカス機構
７１０ オートフォーカス光束分配手段
７２０ フォーカスずれ検出機構
７３０ フォーカス制御機構
７４０ オートフォーカス部用モーター
１０００ 検査装置
Ｍ マスク
Ｍｂ マスクＭのパターンが形成されている面

Claims (5)

1. 鏡筒と、
   前記鏡筒の周囲に設けられ前記鏡筒に対して固定された台と、
   前記鏡筒の上方に設けられ、パターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有する移動可能なステージと、
   前記パターンの位置を測定するレーザー干渉計と、
   前記ステージ上の前記被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールと、
   前記ステージ上の前記被検査試料載置機構の周囲であって、前記第１の２次元スケールと前記被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールと、
   前記第１の２次元スケールと対向して前記台上に設けられ、前記第１の２次元スケールを用いて前記パターンの第１の位置誤差を測定する第１の位置検出器と、
   前記第２の２次元スケールと対向して前記台上に設けられ、前記第２の２次元スケールを用いて前記パターンの第２の位置誤差を測定する第２の位置検出器と、
   前記第１の位置検出器と前記第２の位置検出器と前記レーザー干渉計に接続され前記第１の位置誤差と前記第２の位置誤差を用いて前記位置を補正する制御部と、
   を備える位置測定装置。
2. 前記鏡筒上に設けられ、第３の２次元スケールまたは互いに垂直な方向に配置された複数の１次元スケールを有する第３のスケールと、
   前記第３のスケールと対向して前記台上に設けられ、前記第３のスケールを用いて前記パターンの第３の位置誤差を測定する第３の位置検出器と、
   をさらに備え、
   前記制御部は前記第３の位置検出器にさらに接続され、前記第３の位置誤差をさらに用いて前記位置を補正する請求項１に記載の位置測定装置。
3. 前記鏡筒が対物レンズを有し、前記第１の位置検出器と前記第２の位置検出器が前記対物レンズの光軸に対して対称に設けられている請求項１または請求項２に記載の位置測定装置。
4. 前記レーザー干渉計と前記第１の位置検出器と前記第２の位置検出器に接続されるクロック信号発生部をさらに備え、前記レーザー干渉計、前記第１の位置検出器および前記第２の位置検出器は前記クロック信号発生部で発生されたクロック信号に同期して前記位置、前記第１の位置誤差および前記第２の位置誤差を測定する請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載の位置測定装置。
5. 鏡筒と、前記鏡筒の周囲に設けられ前記鏡筒に対して固定された台と、前記鏡筒の上方に設けられパターンを含む被検査試料が載置される被検査試料載置機構を有するステージと、レーザー干渉計と、を備える位置測定装置を用いた位置測定方法であって、
   前記レーザー干渉計を用いて前記パターンの位置を測定し、
   前記ステージ上の前記被検査試料載置機構の周囲に設けられた第１の２次元スケールを用いて前記パターンの第１の位置誤差を測定し、
   前記ステージ上の前記被検査試料載置機構の周囲であって、前記第１の２次元スケールと前記被検査試料載置機構を挟んで設けられた第２の２次元スケールを用いて前記パターンの第２の位置誤差を測定し、
   前記第１の位置誤差と前記第２の位置誤差を用いて前記位置を補正する、
   位置測定方法。