JP5412713B2 - 測定システム、測定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、光学部品等の三次元形状の測定システム、測定方法及びプログラムに関する。

マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置、半導体装置等の製造では、フォトリソグラフィやインプリントリソグラフィ等のリソグラフィ工程により、露光マスクやインプリントモールドのパターンが被処理基板に転写される。転写パターンの微細化に伴い、露光マスクやインプリントモールドの形状が転写パターンの位置精度や寸法精度に影響を与えてしまう。露光マスクやインプリントモールドの形状を管理するため、形状測定が必要となる。

例えば、透過型の露光マスクでは、従来はマスクパターンが形成される面の平坦度が最も重要な項目であり、厳密な仕様が定められている。露光マスクの平坦度の測定に関して、様々な試みがなされている（例えば、特許文献１参照。）。平坦度以外の寸法等の形状については、比較的重要度が低く、高精度の測定は行われていない。また、複数の測定方法で得られる形状測定値に対して、各形状測定値間の整合性は考慮されていない。

しかしながら、露光装置の光学系が進化するに従い、使用される露光マスクに対して、外形形状、特に面同士の位置関係を厳密に規定することが要求される。例えば、極端紫外線（ＥＵＶ）用の露光マスクで厳密な仕様が定められるのは、マスクパターンが形成される表面の平坦度だけではない。

ＥＵＶ露光では反射光学系が用いられ、この場合の露光マスクは裏面をマスクステージ上に固定して保持される。したがって、露光マスクの表面と裏面の平行度が大きいと、露光光の意図した反射角が得られない。このように、露光マスクの表面と裏面間の平行度を厳密に規定する必要がある。更に、マスク基板に対するマスクパターンの位置を正確にする必要があることから、マスク基板の外形寸法精度も要求される。

インプリントリソグラフィでは、インプリントモールドを被転写膜に押し付けて表面に形成された微小な凹凸パターンが転写される。転写パターンのひずみ補正を行う方法として、インプリントモールドに対して外力を加え、微小な変形を発生させることでこれを行う方法が考案されている（例えば、特許文献２及び非特許文献１参照。）。

インプリントリソグラフィで上述したひずみ補正を実現させるためには、インプリントモールドが、仕様に規定された理想的な直方体となるよう製造されていなければならない。仕様に規定された外形形状でなければ、インプリントモールドを外力によって意図した形状に変形させることは難しく、得られる転写結果は望ましいものとはなりえないからである。

通常の形状測定では、例えば、寸法、角度、平坦度等が、それぞれ異なる測定システムにより個別に測定される。そのため、各測定値を当てはめて形状をシミュレーションすると、幾何学的に図形が成立せず、各測定値間に整合性がない場合がある。また、形状の仕様が、側定システムの測定精度の限界に迫る場合、測定値の誤差の範囲が大きくなる。その結果、形状のシミュレーションによる計算値は大きな幅を持つことになり、シミュレーション結果の信頼性が低くなる。また、計算量の増大により、測定時間が増加し、インプリントモールドや露光マスクの生産性が低下する。
特開平４−１３３０６１号公報 特表２００６−５１０２２３号公報 ジェイ・チョイ、他（J. Choi et al.）、エム・エヌ・イー・マイクロ・アンド・ナノ‐エンジニアリング・カンファレンス（MNE Micro- and Nano- Engineering Conference）、２００４年、９月

本発明の目的は、形状を高精度で信頼性よく測定することが可能な測定システム、測定方法及びプログラムを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、（イ）測定対象物の設計形状を規定する第１及び第２形状因子の公差を格納する外部記憶部と、（ロ）測定対象物の第１形状因子の測定データを得る測定器と、（ハ）第１形状因子の測定データと外部記憶部から読み出した第１形状因子の公差とを比較する比較部と、（ニ）測定データから予測形状を構成して図形として成立するか検証する検証部と、（ホ）検証部が構成した予測形状から第２形状因子の予測データを計算する計算部と、（ヘ）計算部が計算した予測データを外部記憶部から読み出した第２形状因子の公差と比較して測定形状を判定する判定部とを備える測定システムが提供される。

本発明の第２の態様によれば、（イ）測定対象物の設計形状を規定する第１形状因子を第１測定器が測定し、（ロ）入力部が第１測定器の測定した第１形状因子の第１測定データを取得し、（ハ）比較部が第１測定データを第１形状因子の公差と比較し、（ニ）第１測定データが仕様の範囲内であれば、検証部が第１測定データから第１予測形状を構成して図形として成立するか検証し、（ホ）第１予測形状が図形として成立すれば、計算部が第１予測形状から第１形状因子とは異なる第２形状因子の第１予測データを計算し、（ヘ）第１予測データが第２形状因子の公差の範囲内であれば、判定部が第１予測形状を測定形状とすることを含む測定方法が提供される。

本発明の第３の態様によれば、（イ）測定対象物の設計形状を規定する第１形状因子を測定器に測定させる命令と、（ロ）測定器の測定した第１形状因子の第１測定データを入力部に取得させる命令と、（ハ）第１形状因子の公差と比較して第１測定データが第１形状因子の公差の範囲内であれば、第１測定データから第１予測形状を構成して図形として成立するかを検証部に検証させる命令と、（ニ）第１予測形状が図形として成立すれば、第１予測形状から第１形状因子とは異なる第２形状因子の第１予測データを計算部に計算させる命令と、（ホ）第１予測データが第２形状因子の公差の範囲内であれば、判定部に第１予測形状を測定形状であると判定させる命令とをコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、形状を高精度で信頼性よく測定することが可能な測定システム、測定方法及びプログラムを提供することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る測定システムは、図１に示すように、測定ステージ１２、測定器１４、１４ａ、１４ｂ、位置制御ユニット１６、測定処理ユニット２０、入力装置２２、出力装置２４、及び外部記憶部２６等を備える。また、測定処理ユニット２０は、入力部３０、比較部３２、検証部３４、計算部３６、判定部３８、出力部４０、及び内部記憶部４２等を備える。測定ステージ１２の表面に測定対象物１０が保持される。位置制御ユニット１６は、測定ステージ１２及び測定器１４、１４ａ、１４ｂの位置を制御する。測定器１４、１４ａ、１４ｂ、位置制御ユニット１６、入力装置２２、出力装置２４、及び外部記憶部２６は、測定処理ユニット２０に接続される。

本発明の実施の形態に係る測定システムでは、測定対象物１０の形状が構成できる形状因子あるいは厳密な加工精度が要求される形状因子の一つを、「第１形状因子」とする。第１形状因子を用いて構成される図形から計算される形状因子を、「第２形状因子」とする。

第１形状因子として、寸法、角度、平坦度等が適用可能である。外形形状を精度よく測定する場合は、辺の寸法を第１形状因子とすることが望ましい。第１形状因子を寸法とした場合、第２形状因子としては、角度、平坦度、平行度等が適用可能である。以下において、寸法を第１形状因子、角度及び平坦度を第２形状因子として説明する。

測定処理ユニット２０は、測定対象物１０の設計形状を規定する第１形状因子の第１測定データを取得する。第１測定データを第１形状因子の公差と比較して第１測定データが第１形状因子の公差の範囲内であれば、第１測定データで第１予測形状を構成して図形として成立するか検証する。第１予測形状が図形として成立すれば、第１予測形状から第１形状因子とは異なる第２形状因子の第１予測データを計算する。第１予測データが仕様の範囲内であれば、判定部が第１予測形状を測定形状とする。

測定対象物１０は、例えばインプリントモールドや露光マスク等の光学部品、あるいはこれらの光学部品用の未加工基板である。図２に示すように、測定対象物１０の形状は、直方体である。測定対象物１０の外形形状を決定するために、寸法や角度等を測定する必要がある。また、インプリントモールドや露光マスクのパターンが形成される表面においては、平坦度の測定も要求される。

光インプリントリソグラフィの場合、測定対象物１０として、例えば厚さが６ｍｍ〜７ｍｍ程度の石英ガラス、耐熱ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等の透明材料や、これら透明材料の積層構造が用いられる。熱インプリントリソグラフィの場合、基板１０として、炭化シリコン（ＳｉＣ）、Ｓｉ、ＳｉＣ／Ｓｉ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）／Ｓｉ、及び窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）／Ｓｉ等が用いられる。また、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、及びタングステン（Ｗ）等の金属基板であってもよい。

フォトリソグラフィの場合、測定対象物１０として、石英ガラス、ＣａＦ₂、及びサファイア等が用いられる。また、ＥＵＶ露光においては、超低熱膨張ガラス等が用いられる。

測定対象物１０の表面は、辺ＴＥａ、ＴＥｂ、ＴＥｃ、ＴＥｄと、各辺が交わる頂点ＴＡａ、ＴＡｂ、ＴＡｃ、ＴＡｄの角度により規定される。裏面は、辺ＢＥａ、ＢＥｂ、ＢＥｃ、ＢＥｄと、各辺が交わる頂点ＢＡａ、ＢＡｂ、ＢＡｃ、ＢＡｄの角度により規定される。また、４つの側面は、表面及び裏面の対向する辺と辺ＳＥａ、ＳＥｂ、ＳＥｃ、ＳＥｄとによって、それぞれ規定される。

図３及び図４に示すように、測定対象物１０は、測定ステージ１２表面上に載置される。測定ステージ１２上で、複数の測定器１４、１４ａ、１４ｂで測定が実施される。表面だけでなく、側面や裏面での測定が可能なように、測定ステージ１２の表面領域は、保持する測定対象物１０の裏面の外周辺縁より内側である。

例えば、測定対象物１０の保持されない外周領域の幅Ｌｅは、裏面のなかで最長の一辺の長さＬｓを基準としたとき、長さＬｓの約１．５％以上、約２０％以下とすることが望ましい。幅Ｌｅが長さＬｓの約１．５％以下では、裏面と裏面に交わる面との角度測定に使用する領域を確保することができなくなる。また、幅Ｌｅが長さＬｓの約２０％以上では、測定対象物１０の保持による変形が増大して測定誤差が無視できなくなる。

測定器１４、１４ａ、１４ｂは、測定対象物１０の形状因子を測定する。形状因子としては、辺、角、頂点等の図形の構成要素、及び角度、真直度、平坦度、平行度、位置度等の幾何学量等が含まれる。測定器１４、１４ａ、１４ｂとしては、寸法、角度、平坦度等を測定可能な光学式測定器が用いられる。また、寸法や平坦度等の測定に蝕針式測定器を用いてもよい。以下説明の簡単のため、測定器１４、１４ａ、１４ｂをそれぞれ、寸法、角度および平坦度の測定器とする。

位置制御ユニット１６は、測定ステージ１２及び測定器１４、１４ａ、１４ｂの位置を制御し、平面内及び高さの座標データを取得する。座標データは、測定器１４、１４ａ、１４ｂに伝達される。

測定処理ユニット２０の入力部３０は、測定器１４、１４ａ、１４ｂから形状因子の測定データを取得する。測定データは、例えば、測定対象物１０の各辺の寸法、各頂点の角度、各面の平坦度等である。

比較部３２は、外部記憶部２６に格納された測定対象物１０の形状因子の公差を取得して、形状因子の公差と測定データを比較する。測定データが公差の範囲内でなければ、再測定、不良判定、あるいは測定器の点検等を指示する。例えば、測定データの比較が１回目であれば、再測定とする。測定データの比較が２回目であれば、測定器の点検を行う。測定器が正常であれば、該当する測定対象物を不良品と判定する。形状因子の公差として、例えば設計形状を規定する仕様に記載された公差を用いることができる。

検証部３４は、第１形状因子の測定データを用いて、予測形状を構成する。構成した予測形状が、正常に成立するかを検証する。予測形状が正常でなければ、不良判定、あるいは測定器の点検を指示する。第１及び第２形状因子が取得された場合、第１及び第２形状因子の測定データを用いて、上記と同様に図形の検証を行う。

計算部３６は、予測形状から他の形状因子を計算する。例えば、第１形状因子の寸法測定データから、第２形状因子として各辺の真直度及び各頂点での角度が計算される。また、第２形状因子の角度測定データから、他の第２形状因子（予測形状因子）として頂点をなす各面の平坦度や平行度が計算される。また、第２形状因子の平坦度測定データから、予測形状因子として各測定対象面の平行度が計算される。

判定部３８は、計算された他の形状因子が形状因子の公差の範囲内か判定する。他の形状因子が公差の範囲内でなければ、該当する形状因子が仕様の範囲外であることを示すフラグを設定する。設定したフラグに基いて製品としてのランク付けが可能となる。

出力部４０は、測定対象物の測定処理結果を出力装置２４に出力する。内部記憶部４２は、測定処理ユニット２０における演算において、計算途中や解析途中のデータを一時的に保存する。

入力装置２２は、キーボード、マウス等の機器を指す。入力装置２２から入力操作が行われると対応するキー情報が測定処理ユニット２０に伝達される。出力装置２４は、モニタなどの画面を指し、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）パネル、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）パネル等が使用可能である。出力装置２４は、測定処理ユニット２０により検証される形状や、算出された形状因子及び判定結果等を表示する。外部記憶部２６は、測定対象物１０の設計形状を規定する仕様に記載される形状因子の公差を格納する。また、外部記憶部２６は、取得した測定データと仕様との比較、形状の検証、形状因子の算出、及び形状因子の判定等を測定処理ユニット２０に実行させるためのプログラムを保存している。

測定対象物１０の辺の寸法測定には、光学式のスタイラスを用いることができる。図５に示すように、例えば測定対象物１０の辺ＴＥａ両端に点ＰＢ、ＰＥを指定する。辺ＴＥａに関して点ＰＢの反対側に点ＰＣを指定する。点ＰＢ、ＰＣ間の幅はＷｓである。また、点ＰＢ、ＰＥ間の測定ステージ１２の移動ピッチＰｓを定める。

図６に示すように、寸法測定器のスタイラス５０は、レーザ光ＬＢを測定対象物１０の表面に照射し反射光をディテクタ（図示省略）で検知する。点ＰＢから点ＰＣの方向に向かって走査する際、辺ＴＥａを越えて測定対象物１０から外れるとレーザ光ＬＢの反射を寸法測定器のディテクタで検知されなくなる。反射光が検知されなくなる境界をデータ点として、その位置座標データを取得する。同様に、点ＰＢから点ＰＥまで移動ピッチＰｓで繰り返す。その結果、図７に示すように、辺ＴＥａに移動ピッチＰｓで位置座標ＭＰａ、ＭＰｂ、ＭＰｃ、・・・、ＭＰｄ、ＭＰｅが得られる。

図８に示すように、位置座標ＭＰａ、ＭＰｂ、ＭＰｃ、・・・、ＭＰｄ、ＭＰｅからなる位置データＭＤａに対して、最小二乗法等により直線を計算して辺ＴＥａの測定データＭＴＥａを求める。同様の測定を測定対象物１０の表面の他の辺ＴＥｂ、ＴＥｃ、ＴＥｄの位置データＭＤｂ、ＭＤｃ、ＭＤｄについても行う。その結果、図９に示すように、各辺の測定データＭＴＥａ、ＭＴＥｂ、ＭＴＥｃ、ＭＴＥｄが求まる。

辺の寸法を第１形状因子とした場合、第２形状因子として、図８に示したように、位置データＭＤａのばらつきの範囲を真直度Ｓとして求めることができる。位置データＭＤａの真直度Ｓには、図１に示した辺ＴＥａ、ＳＥａ、ＢＥａ、ＳＥｄで規定される側面（ＴＥａ、ＳＥａ、ＢＥａ、ＳＥｄ）の凹凸の凸部だけが反映される。したがって、真直度は、平坦度の最小値の目安を与える。

更に、他の第２形状因子として、各辺の測定データＭＴＥａ、ＭＴＥｂ、ＭＴＥｃ、ＭＴＥｄが交わる点を頂点ＭＴＡａ、ＭＴＡｂ、ＭＴＡｃ、ＭＴＡｄとして、頂点ＭＴＡａ、ＭＴＡｂ、ＭＴＡｃ、ＭＴＡｄのそれぞれの角度θａｂ、θｂｃ、θｃｄ、θｄａを計算により求めることができる。第２形状因子として算出された角度は、直線で近似された辺の交点角度である。実際には、直方体に加工する処理により面が交わる角部は丸みを帯びる。したがって、第２形状因子として算出された辺の交点角度は、面が交わる角度の最小値の目安を与える。

なお、寸法測定は、画像認識により外形を検出する電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ等の測定器を用いてもよい。例えば、測定対象物１０の表面の画像をＣＣＤカメラにて取得する。一回に辺の全長を含む画像を取得できない場合、分割して取得した後、コンピュータ上でつなぎ合わせる。画像をコンピュータで解析し、コントラスト、明るさ等の境界条件から辺となる位置座標データを取得する。検出された辺はＣＣＤカメラの分解能、及び境界条件から与えられる点群の位置座標データなので、平均二乗法等から各辺の寸法を算出することが可能である。

測定対象物１０の各頂点の角度測定には、レーザオートコリメータを使用することができる。例えば、頂点ＴＡａにおける辺ＴＥａ、ＴＥｂのなす角度を求める場合について説明する。図１０に示すように、オートコリメータ５２ａは辺ＴＥａを含む側面を照射し、オートコリメータ５２ｂは辺ＴＥｂを含む側面を照射する。この時、オートコリメータ５２ａ、５２ｂのそれぞれから出射されるレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂは、所定の角度で交わる、例えば直交するように配置される。レーザ光ＬＢａ、ＬＢｂそれぞれの反射光ＬＲａ、ＬＲｂの反射角θａ、θｂを求めることにより、頂点ＴＡａの表面での角度θａｂを算出することができる。

なお、測定対象物１０の各頂点を形成する全ての面に対応するよう、オートコリメータを配置することが望ましい。例えば、頂点ＴＡａを含む２側面での角度を求めるため、図１１に示すように、オートコリメータ５２ａ、５２ｂに加えて更にオートコリメータ５２ｃを、オートコリメータ５２ｃのレーザ光ＬＢｃが、レーザ光ＬＢａ、ＬＢｂと直交するように、配置する。例えば、測定対象物１０の頂点ＴＡａにおける辺ＴＥｂ、ＳＥａのなす角度θｃａは、オートコリメータ５２ａ、５２ｃの反射光ＬＲａ、ＬＲｃの反射角θａ、θｃを用いて算出される。

また、オートコリメータ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの反射光ＬＲａ、ＬＲｂ、ＬＲｃは照射面の平坦性あるいは平行性により、反射スポットの形状が変化する。したがって、反射光ＬＲａ、ＬＲｂ、ＬＲｃの反射スポットを解析することにより、照射面の平坦度や平行度を算出することができる。

測定対象物１０の各面の平坦度は、光の干渉を利用して計測することができる。平坦度を測定する干渉計は、図１２に示すように、光源５４、照明レンズ５６、反射板５８、コリメータレンズ６０、対物レンズ６２、及びディテクタ６６を備える。光源５４の測定光ＬＩは、照明レンズ５６、コリメータレンズ６０及び対物レンズ６２を通して測定ステージ１２上の測定対象物１０表面で反射される。また、測定光ＬＩの一部は、対物レンズ６２に形成された光学平面６４で反射される。測定対象物１０及び光学平面６４からの反射光Ｒａ、Ｒｂは反射板５８でディテクタ６６に向けて反射される。ディテクタ６６は、反射光Ｒａ、Ｒｂの干渉像を検出する。検出した干渉像から照射面の平坦度を算出することができる。なお、斜入射照明系を備えた干渉計を用いて干渉像を測定してもよい。

また、測定対象物１０の各面の干渉像の輝度変化により測定対象物１０の外縁を検出することができる。輝度変化の位置の座標を測定することにより、各面の形状を取得することができる。

なお、高さ測定により、平坦度を算出することもできる。例えば、図６に示したスタイラス５０のレーザ光ＬＢのフォーカス位置を測定ステージ１２の表面をリファレンス面として測定する。このようにして、図１３に示すように、測定対象物１０の表面の、リファレンス面に対する高さの座標データＭＨを求めることができる。座標データＭＨから最小二乗法等によりベストフィット平面ＭＴｐを求める。求めた平面ＭＴｐを基準として、高低差を平坦度Ｆとして算出することができる。また、平面ＭＴＰの傾きから平行度を算出することができる。

本発明の実施の形態によれば、第１形状因子としての寸法測定データから角度及び平坦度の予測データが算出される。寸法測定データには測定器１４に起因する測定誤差が含まれる。寸法測定データから構成された図形が成立する範囲、あるいは算出された角度及び平坦度等に基いて、各辺の寸法の誤差を縮小することが可能である。また、寸法測定データと共に第２形状因子としての角度測定データや平坦度測定データを用いることにより、構成された図形の成立する範囲を更に絞ることができる。また、測定対象物１０は、第１及び第２形状因子の測定において同一の測定ステージ１２で測定される。したがって、測定ステージに起因する測定データのばらつきを抑制することができる。その結果、形状を高精度で信頼性よく測定形状を得ることが可能となる。

例えば、測定対象物１０をインプリントモールドあるいは露光マスクとする。測定された測定対象物１０の測定形状を用いてリソグラフィシミュレーションを行う場合、測定形状の誤差の範囲が縮小されているため、演算時間を短縮することが可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る測定方法を、図１４に示したフローチャートを用いて説明する。なお、測定対象物１０の設計形状を規定する仕様に記載された形状因子の公差が、図１に示した外部記憶部２６に格納されている。測定器１４、１４ａ、１４ｂで、それぞれ寸法測定、角度測定及び平坦度測定が実施される。

（イ）ステップＳ１００で、測定処理ユニット２０の入力部３０により測定対象物１０の設計形状を規定する仕様が外部記憶部２６から取得される。

（ロ）ステップＳ１０２で、測定器（第１測定器）１４により測定ステージ１２上において測定対象物１０の形状を規定する各辺の寸法（第１形状因子）が測定される。入力部３０により測定器１４の測定した第１形状因子の第１測定データが取得される。

（ハ）ステップＳ１０３で、比較部３２により第１測定データが第１形状因子の公差と比較される。

（ニ）第１測定データが第１形状因子の公差の範囲内でなければ、ステップＳ１０４で、第１測定データの比較が１回目か判定される。１回目であれば、第１形状因子の再測定が行われる。２回目であれば、ステップＳ１０５で、測定器１４の点検が行われる。測定器１４が正常であれば、該当する測定対象物が不良品と判定される。

（ホ）第１測定データが第１形状因子の公差の範囲内であれば、ステップＳ１０６で、検証部３４により第１測定データを用いて第１予測形状が構成される。ステップＳ１０７で、第１予測形状が図形として成立するか検証される。第１予測形状が図形として成立しなければ、ステップＳ１０５で、不良判定、あるいは測定器の点検が指示される。

（ヘ）第１予測形状が図形として成立すれば、ステップＳ１０８で、計算部３６により第１予測形状から各頂点での角度（第２形状因子）の第１予測データが計算される。

（ト）ステップＳ１０９で、判定部３８により第１予測データが第２形状因子の公差の範囲内か判定される。第１予測データが第２形状因子の公差の範囲内でなければ、ステップＳ１１０で、該当する第２形状因子が仕様範囲外であることを示すフラグが設定される。

（チ）ステップＳ１１１で、判定部３８により算出可能な第２形状因子が全て計算されたか判定される。例えば、計算されていない平坦度（第２形状因子）があり、ステップＳ１０８に戻る。

（リ）ステップＳ１１２で、判定部３８により測定可能な第２形状因子があるか判定される。測定可能な第２形状因子がなければ、ステップＳ１１３で、判定部３８により第１予測形状が測定形状とされる。

（ヌ）測定可能な第２形状因子として角度及び平坦度がある場合、ステップＳ１１４で、測定器１４ａ（第２測定器）により測定ステージ１２上において測定対象物１０から各面が交わる角度（第２形状因子）が測定される。入力部３０により測定器１４ａの測定した第２形状因子の第２測定データが取得される。

（ル）ステップＳ１１５で、比較部３２により第２測定データが第２形状因子の公差と比較される。

（ヲ）第２測定データが第２形状因子の公差の範囲内でなければ、ステップＳ１１６で、第２測定データの比較が１回目か判定される。１回目であれば、第２形状因子の再測定が行われる。２回目であれば、ステップＳ１１７で、フラグが設定されているか判定される。フラグがあれば、ステップＳ１１８で不良品と判定される。フラグがなければ、ステップＳ１１９で測定器１４ａの点検が行われる。

（ワ）第２測定データが第２形状因子の公差の範囲内であれば、ステップＳ１２０で、検証部３４により第１及び第２測定データを用いて第２予測形状が構成される。ステップＳ１２１で、第２予測形状が図形として成立するか検証される。第２予測形状が図形として成立しなければ、ステップＳ１１８で、不良品と判定される。

（カ）第２予測形状が図形として成立すれば、ステップＳ１２２で、計算部３６により第２予測形状から各面の平坦度（予測形状因子）の第２予測データが計算される。

（ヨ）ステップＳ１２３で、判定部３８により第２予測データが予測形状因子の公差の範囲内か判定される。第２予測データが予測形状因子の公差の範囲内でなければ、ステップＳ１２４で、予測形状因子が仕様範囲外であることを示すフラグが設定される。

（タ）ステップＳ１２５で、判定部３８により算出可能な予測形状因子が全て計算されたか判定される。計算されていない予測形状因子があれば、ステップＳ１２２に戻る。

（レ）ステップＳ１２６で、判定部３８により測定可能な第２形状因子があるか判定される。例えば、平坦度の測定が可能である場合、ステップＳ１１４に戻り、処理が続けられる。

（ソ）測定可能な第２形状因子がなければ、ステップＳ１２７で、判定部３８により第２予測形状が新たな測定形状とされる。

本発明の実施の形態に係る測定方法では、第１形状因子の第１測定データには測定器１４に起因する測定誤差が含まれる。第１測定データから構成された図形が成立する範囲、あるいは第１測定データを用いて算出された第２形状因子の予測データに基いて、第１測定データの誤差を縮小することが可能である。また、第１測定データと共に第２形状因子の第２測定データを用いることにより、第１及び第２測定データを用いて構成された図形の成立する範囲を更に絞ることができる。また、測定対象物１０は、第１及び第２形状因子の測定において同一の測定ステージ１２で測定される。したがって、測定ステージ１２に起因する測定データのばらつきを抑制することができる。その結果、形状を高精度で信頼性よく測定形状を得ることが可能となる。

なお、上記の説明では形状因子の公差として、設計形状を規定する仕様に記載された公差を用いている。例えば、インプリントモールドや露光マスク等の寸法、角度、平坦度等の形状因子に対して、それぞれ単独であれば、設計形状の仕様を満足する加工精度を実現することは可能である。しかし、形状仕様が外形加工技術の精度の限界に近い場合、複数の形状因子に対して仕様を全て満足するように加工することは困難である。このような場合、形状因子の公差として、レジスト膜等の被転写膜に転写されたパターンの転写特性と形状因子との相関から規定される公差を用いてもよい。

転写特性と形状因子との相関は、温度や湿度等の使用環境に加えて、転写装置の制御パラメータや被転写膜の材料パラメータ等を用いてリソグラフィシミュレーションを実施することにより取得される。

転写装置が露光装置の場合、制御パラメータとして、照明の照度むら、開口数（ＮＡ）、焦点深度（ＤＯＦ）、倍率補正及び非点補正等の縮小光学系に関する制御機構、マスク保持機構、マスクステージの駆動機構、基板保持機構、基板ステージの駆動機構等が挙げられる。インプリント装置の場合、制御パラメータとして、モールド保持機構、モールド加圧機構、モールドステージの駆動機構、基板保持機構、基板ステージの駆動機構、光インプリントにおける紫外光の照度や照度分布、熱インプリントにおける昇温又は冷却速度や熱分布等が挙げられる。被転写膜の材料パラメータとして、フォトレジスト等の感光性樹脂の感度、解像度、及び膜厚、転写樹脂の収縮率及び弾性率等が挙げられる。

転写特性として、転写パターンの寸法誤差、リニアリティ、及び位置ずれ（ＩＰエラー）等が挙げられる。寸法誤差は、リソグラフィシミュレーション等で算出された転写パターンの設計仕様からの差である。寸法誤差は、形状因子、転写装置の制御パラメータ、及び被転写膜の材料パラメータ等が関与する。リニアリティは、インプリントモールドや露光マスクのパターンの幅と対応する転写パターンの幅との関係の直線性を示す指標である。リニアリティは、主に形状因子及び転写装置の制御パラメータに起因する。ＩＰエラーは、目的の位置に、目的のパターンが転写されているか否かの指標である。ＩＰエラーは、主に形状因子及び転写装置の制御パラメータに起因する。

例えば、ＥＵＶ露光では、反射光学系を採用し、露光マスクはマスクステージ上に裏面を接して保持される。露光マスクのパターンをレジスト等の被転写膜に転写する場合、露光マスクの平坦度、平行度、及び厚さ等の形状因子は、転写特性、特に転写パターンのＩＰエラーに相関性を有する。

転写パターンのＩＰエラーは、露光マスクのパターン面の厚さ方向における位置ずれ、及びパターン面の傾き等によって発生する。露光マスクの形状因子の中で平坦度及び厚さが、パターン面の位置ずれの原因となり得る。また、平坦度及び平行度が、パターン面の傾きの原因となり得る。このように、平坦度は、露光マスクのパターン面の厚さ方向における位置ずれ、及びパターン面の傾きの両方に関係している。したがって、平坦度は、ＩＰエラーに対して強い相関性を有している。

ＩＰエラーは、縮小光学系のレンズやミラー等を調整して倍率補正や非点補正等を行うことにより修正することが可能である。また、露光マスクの平行度及び厚さについては、露光マスクを高原に対して適正な位置にあわせるためのマスクステージの駆動機構により調整することが可能である。即ち、ＩＰエラーとの相関性に関して、平行度及び厚さは調整の自由度が高く、平坦度は自由度が低い。

ＩＰエラーの公差に対応するように、リソグラフィシミュレーション等を用いて形状因子の公差を算出することができる。算出された形状因子のうち、平行度及び厚さに関しては、公差の値が設計仕様に比べて緩和される。このように、形状因子の公差として、レジスト膜等の被転写膜に転写されたパターンの転写特性と形状因子との相関から規定される公差を用いて形状の不良判定を行うことは、実用性、生産性、或いはコスト等の工業的な観点から有効である。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の実施の形態においては、測定ステージ１２上に測定対象物１０が載置される。露光装置のマスクステージに小さな接触面積で保持される紫外線露光用のフォトマスク等のような測定対象物１０の場合に有効となる。外力に影響されていない測定対象物１０の形状を得ることができる。しかし、測定器１４の測定精度や、測定の再現性に影響されやすい。

測定ステージ１２に真空吸着や静電チャック等の吸着機構を設けて、測定対象物１０を保持してもよい。大面積を吸着固定するインプリントモールドやＥＵＶ露光用マスク等のような測定対象物１０の場合に有効となる。測定対象物１０が、裏面を吸着面として平坦化される。したがって、吸着面を平坦面と仮定して形状因子を計算することが可能であり、計算が簡単になり短時間で高精度の形状を得ることができる。

また、測定ステージ１２が測定対象物１０を保持する領域は、矩形状の平面である。しかし、測定対象物１０を保持する測定ステージ１２の構造は限定されない。例えば、図１５及び図１６に示すように、測定対象物１０の外周辺縁に沿った領域を保持する測定ステージ１２ａを用いてもよい。更に、測定対象物１０の裏面を複数の保持部材１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎで保持する測定ステージ１２ｂを用いてもよい。

更に、図１８に示すように、測定対象物１０の裏面を保持部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃで保持する３点保持構造の測定ステージ１２ｃを用いてもよい。また、図１９に示すように、保持部材１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇで保持する４点保持構造の測定ステージ１２ｄを用いてもよい。更に、図２０に示すように、測定対象物１０の外周辺縁に沿った領域を保持部材１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｋで保持する多点保持構造の測定ステージ１２ａを用いてもよい。このような点保持構造では、測定対象物１０の裏面と接触する箇所が特定しやすい。したがって、測定にエラーが発生した場合、測定ステージの影響を継承しやすい。なお、点保持構造の場合、保持箇所の特定のためにロードセル、静電容量センサ等の検出器を測定ステージの保持部材に設けることが望ましい。

このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る測定システムの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る測定対象物の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る測定対象物を保持する測定ステージの一例を示す平面概略図である。 図３に示した測定ステージのＡ−Ａ断面を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る寸法測定の一例を示す概略図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る寸法測定の一例を示す概略図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る寸法測定の一例を示す概略図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る寸法測定の一例を示す概略図（その４）である。 本発明の実施の形態に係る寸法測定の一例を示す概略図（その５）である。 本発明の実施の形態に係る角度測定の一例を示す概略図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る角度測定の一例を示す概略図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る平坦度測定の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る平坦度測定の他の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る測定方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る測定ステージの他の例を示す平面図である。 図１５に示した測定ステージのＢ−Ｂ断面を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る測定ステージの他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る測定ステージの他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る測定ステージの他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る測定ステージの他の例を示す平面図である。

符号の説明

１０…測定対象物
１２…測定ステージ
１４、１４ａ、１４ｂ…測定器
１６…位置制御ユニット
２０…測定処理ユニット
２２…入力装置
２４…出力装置
２６…外部記憶部
３０…入力部
３２…比較部
３４…検証部
３６…計算部
３８…判定部
４０…出力部
４２…内部記憶部

Claims (21)

1. 複数の辺を有する測定対象物の設計形状と、前記複数の辺の寸法である第１形状因子、及び前記第１形状因子を用いて構成される図形から計算される第２形状因子の公差とを格納する外部記憶部と、
   前記複数の辺のそれぞれについて複数の位置座標を取得して前記第１形状因子の測定データを得る測定器と、
   前記測定データを前記外部記憶部から読み出した前記第１形状因子の公差と比較して、前記測定データが前記第１形状因子の公差の範囲内であるか判定する比較部と、
   前記比較部が前記第１形状因子の公差の範囲内と判定した前記測定データ及び前記複数の位置座標から予測形状を構成して、前記設計形状に対応する図形として成立するか検証する検証部と、
   前記検証部が構成した前記予測形状から前記第２形状因子の予測データを計算する計算部と、
   前記計算部が計算した前記予測データが、前記外部記憶部から読み出した前記第２形状因子の公差の範囲内であるか判定する判定部
   とを備えることを特徴とする測定システム。
2. 測定対象物の設計形状と、前記測定対象物の形状を規定する形状因子の中から１つ選択される第１形状因子及び前記第１形状因子を用いて構成される図形から計算される第２形状因子の公差とを格納する外部記憶部と、
   前記測定対象物の外周辺縁の複数の位置座標を取得して前記第１形状因子の測定データを得る測定器と、
   前記第１形状因子の測定データと前記外部記憶部から読み出した前記第１形状因子の公差とを比較し、前記測定データが前記第１形状因子の公差の範囲内であるか判定する比較部と、
   前記比較部が前記第１形状因子の公差の範囲内と判定した前記測定データ及び前記複数の位置座標から予測形状を構成して、前記設計形状に対応する図形として成立するか検証する検証部と、
   前記検証部が構成した前記予測形状から前記第２形状因子の予測データを計算する計算部と、
   前記計算部が計算した前記予測データが、前記外部記憶部から読み出した前記第２形状因子の公差の範囲内であるか判定する判定部
   とを備えることを特徴とする測定システム。
3. 前記第２形状因子を測定する他の測定器を更に備えることを特徴とする請求項１又は２１に記載の測定システム。
4. 前記測定対象物が、インプリントモールド又は露光マスクであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定システム。
5. 前記第１及び第２形状因子の公差が、前記設計形状を規定する仕様に記載された公差であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定システム。
6. 前記第１及び第２形状因子の公差が、前記測定対象物を用いて被転写材に転写されるパターンの転写特性の計算結果との相関から規定される公差であることを特徴とする請求項４に記載の測定システム。
7. 前記測定対象物を保持する測定ステージの領域が、前記測定対象物の保持面の外周辺縁より内側であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定システム。
8. 前記測定ステージが、前記測定対象物を保持する３点以上の複数の保持部材を有することを特徴とする請求項７に記載の測定システム。
9. 測定対象物の外周辺縁の複数の位置座標を取得して前記測定対象物の設計形状を規定する形状因子の中から１つ選択される第１形状因子を第１測定器が測定し、
   入力部が前記第１測定器の測定した前記第１形状因子の第１測定データを取得し、
   比較部が前記第１測定データを前記第１形状因子の公差と比較し、前記測定データが前記第１形状因子の公差の範囲内であるか判定し、
   前記第１測定データが前記第１形状因子の公差の範囲内であれば、検証部が前記第１測定データ及び前記複数の位置座標から第１予測形状を構成して、前記設計形状に対応する図形として成立するか検証し、
   前記第１予測形状が図形として成立すれば、計算部が前記第１予測形状から前記第１形状因子とは異なり、かつ前記検証部により構成された前記第１予測形状から計算される第２形状因子の第１予測データを計算し、
   判定部が、前記第１予測データが前記第２形状因子の公差の範囲内であるか判定し、前記第１予測データが前記第２形状因子の公差の範囲内であれば、前記第１予測形状を測定形状とする
   ことを含むことを特徴とする測定方法。
10. 前記測定対象物から前記第２形状因子を第２測定器が測定し、
    前記入力部が前記第２測定器の測定した前記第２形状因子の第２測定データを取得し、
    前記第２測定データが前記第２形状因子の公差の範囲内であれば、前記検証部が前記第１及び第２測定データから第２予測形状を構成して、前記設計形状に対応する図形として成立するか検証し、
    前記第２予測形状が図形として成立すれば、前記計算部が前記第２予測形状から前記第１及び第２形状因子とは異なる予測形状因子の第２予測データを計算し、
    前記判定部が、前記第２予測データが前記予測形状因子の公差の範囲内であるか判定し、前記第２予測データが前記予測形状因子の公差の範囲内であれば、前記第２予測形状を新たな測定形状とする
    ことを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の測定方法。
11. 前記第１形状因子が、前記測定対象物の外周辺縁の寸法であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の測定方法。
12. 前記第２形状因子が、前記測定対象物の頂点の角度及び前記外周辺縁で規定される面の平坦度のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の測定方法。
13. 前記測定対象物が、インプリントモールド、露光マスク及び石英基板のいずれかであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の測定方法。
14. 前記第１及び第２形状因子の公差が、前記設計形状を規定する仕様に記載された公差、又は前記測定対象物を用いて被転写材に転写されるパターンの転写特性の計算結果との相関から規定される公差であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の測定方法。
15. 前記測定対象物が、インプリントモールド又は露光マスクであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の測定方法。
16. 前記第１形状因子が、前記測定対象物の外周辺縁で規定される面の平坦度であることを特徴とする請求項１５に記載の測定方法。
17. 前記第２形状因子が、前記測定対象物の頂点の角度及び前記外周辺縁の寸法のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の測定方法。
18. 前記第１及び第２形状因子の公差が、前記測定対象物を用いて被転写材に転写されるパターンの転写特性の計算結果との相関から規定される公差であることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の測定方法。
19. 前記第１及び第２形状因子の測定は、前記測定対象物を保持する領域が前記測定対象物の保持面の外周辺縁より内側となる測定ステージを用いて行われることを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の測定方法。
20. 前記測定対象物が、３点以上の複数の保持部材を有する前記測定ステージで保持されることを特徴とする請求項１９に記載の測定方法。
21. 測定対象物の外周辺縁の複数の位置座標を取得して前記測定対象物の設計形状を規定する形状因子の中から１つ選択される第１形状因子を測定器に測定させる命令と、
    前記測定器の測定した前記第１形状因子の第１測定データを入力部に取得させる命令と、
    前記第１形状因子の公差と比較して前記第１測定データが前記第１形状因子の公差の範囲内であれば、前記第１測定データ及び前記複数の位置座標から第１予測形状を構成して、前記設計形状に対応する図形として成立するかを検証部に検証させる命令と、
    前記第１予測形状が図形として成立すれば、前記第１予測形状から前記第１形状因子とは異なり、かつ前記検証部により構成された前記第１予測形状から計算される第２形状因子の第１予測データを計算部に計算させる命令と、
    判定部に、前記第１予測データが前記第２形状因子の公差の範囲内であるか判定させ、前記第１予測データが前記第２形状因子の公差の範囲内であれば、前記第１予測形状を測定形状であると判定させる命令
    とをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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