JPH05272957A - 座標測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転成分を含むドリフトの補正を可能とし、
かつ測定試料上の位置によって異なるドリフトを補正可
能なドリフト補正機構を有する座標測定機を提供する。 【構成】 試料４表面に形成された複数のパターンの位
置を測定する座標測定機であって、前記試料表面の所定
位置に補正用基準パターンを設け、所定の測定周期毎に
該補正用基準パターンの位置を測定して、前記所定位置
に対する前記補正用基準パターンの二次元方向のドリフ
ト量を求め、該二次元方向のドリフト量に応じて前記各
パターンの測定位置を補正するドリフト補正手段７を備
えた座標測定機において、前記補正用基準パターンＡ１
〜Ａ４は複数箇所に設けられており、これら複数の補正
用基準パターンは前記測定周期毎に順次その位置が測定
され、前記ドリフト補正手段はこの測定結果に基づいて
前記補正用基準パターンの回転方向のドリフト量を更に
求め、該回転方向のドリフト量に応じて前記各パターン
の測定位置を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばパターンが形成
された試料のパターン位置座標を測定検査するための座
標測定機に関し、特に測定データのドリフト補正手段に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体あるいは液晶デバイス製造用露光
装置においては、所定の回路パターンが形成されたマス
クやレチクルを露光照射してパターンをウエハ等の基板
上に焼付けて転写し、基板上に回路を形成する。このよ
うなマスク、レチクルあるいはウエハ等の試料は製造
後、そのパターン形成精度等が所定の要求精度を満たし
ているか否か等が検査される。このような検査は、座標
測定機により、試料に形成されたパターン位置（座標）
を測定することにより行なわれる。測定すべき試料は、
座標測定機のＸＹステージ上に搭載され所定の基準位置
に位置合せされた後各パターンの線幅、及びパターン位
置（座標）が測定される。

【０００３】従来の座標測定機の構成においては、レー
ザースポットの下でステージ上に載置された試料が走査
され、これによりパターンエッジ部から発生するレーザ
ー散乱光を光検知器で受け、この信号をステージ干渉計
のパルスに同期してコンピュータに取込み、エッジ検出
アルゴリズムにより、パターンエッジの座標を求めてい
る。この測定の際、装置および装置環境の温度が常に一
定であれば測定座標に生じるドリフト量（経時に伴う座
標の変化量）は実用上無視できる程度のかなり小さなも
のになる筈であるが、実際には、装置が動作することに
よって発生する熱や環境の温度変化により、装置および
装置周りの温度が変化するためドリフト量が無視できな
い。またこのようなドリフトは、その量が場所によって
変化する。

【０００４】このようなドリフトによる測定座標の誤差
を補正するため、従来の座標測定機においては、測定試
料上に予め１点の原点リセットマーク（補正用基準パタ
ーン）を定め、この原点リセットマークの座標を一旦測
定し、さらに座標測定動作中に所定の周期で原点リセッ
トマークの座標を測定し、この原点測定値と以前の原点
測定値とを比較し、そのＸＹ方向（二次元方向）の変化
量（ΔＸ、ΔＹ）を計算して、これに基づいて以下のよ
うに各測定位置の測定座標データの補正を行なってい
た。

【０００５】即ち、上記ΔＸ、ΔＹを補正量として、実
際の測定座標を（Ｘ、Ｙ）とし、真の座標（補正後の測
定座標）を（ｘ、ｙ）とすると、ｘ＝Ｘ−ΔＸ、ｙ＝Ｙ
−ΔＹとして補正を行なっていた。この場合、所定周期
で複数回の原点リセットマーク測定を行なう場合には、
１回目の原点測定から２回目の原点測定までの間はΔ
Ｘ、ΔＹが算出されないため、この間の試料上の各パタ
ーン測定位置の測定座標データに対しては補正が行なわ
れず、２回目の原点測定から３回目の原点測定までの間
の各測定座標データに対しては、上記２回目と１回目の
原点座標の差に基づいたΔＸ、ΔＹを用いて補正を行な
い、３回目と４回目の原点測定間に測定された各測定座
標データに対しては、３回目と１回目の原点座標の差に
基づいたΔＸ、ΔＹを用いて補正を行ない、以下同様
に、４回目と５回目の原点測定間の各測定座標データは
４回目と１回目の原点座標の差に基づいて補正し、これ
を全ての測定点の測定が終了するまで行なう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術に係るドリフト補正方法においては、ドリフト補
正量を求めるための試料上の原点リセットマークを１点
のみに定めているため、単にＸ、Ｙ方向（二次元方向）
についてのドリフト補正しかできず、回転方向のドリフ
トが生じた場合には回転ドリフト量を算出することがで
きず、従って回転ドリフトを補正することはできなかっ
た。

【０００７】また、ドリフト量は試料上の位置によって
微妙に異なるため、従来のように１点の原点リセットマ
ークのドリフト量に基づいて補正量を算出しこれを試料
上の全ての測定位置の測定座標に対し画一的に適用して
補正を行なうドリフト補正方法では、各測定位置に対す
る補正量算出データの信頼性の点で問題があり、高精度
な補正ができなかった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなさ
れたものであって、高精度なドリフト補正ができる座標
測定機の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る座標測定機は、試料表面に形成された
複数のパターンの位置を測定する座標測定機であって、
前記試料表面の所定位置に補正用基準パターンを設け、
所定の測定周期毎に該補正用基準パターンの位置を測定
して、前記所定位置に対する前記補正用基準パターンの
二次元方向のドリフト量を求め、該二次元方向のドリフ
ト量に応じて前記各パターンの測定位置を補正するドリ
フト補正手段を備えた座標測定機において、前記補正用
基準パターンは複数箇所に設けられており、これら複数
の補正用基準パターンは前記測定周期毎に順次その位置
が測定され、前記ドリフト補正手段はこの測定結果に基
づいて前記補正用基準パターンの回転方向のドリフト量
を更に求め、該回転方向のドリフト量に応じて前記各パ
ターンの測定位置を補正するものである。

【００１０】さらに本発明に係る座標測定機は、試料表
面に形成された複数のパターンの位置を測定する座標測
定機であって、前記試料表面の所定位置に補正用基準パ
ターンを設け、所定の測定周期毎に該補正用基準パター
ンの位置を測定して、前記所定位置に対する前記補正用
基準パターンの二次元方向のドリフト量を求め、該二次
元方向のドリフト量に応じて前記パターンの測定位置を
補正するドリフト補正手段を備えた座標測定機におい
て、前記試料表面は複数のエリアに分割されており、前
記補正用基準パターンは前記各エリアに少なくとも一つ
設けられており、これら複数の補正用基準パターンは前
記測定周期毎に順次その位置が測定され、前記ドリフト
補正手段はこの測定結果に基づいて前記各エリア内の前
記補正用基準パターンのドリフト量を求め、該ドリフト
量に応じて前記各エリア内の前記各パターンの測定位置
を補正するものである。

【００１１】

【作用】試料上に予め定めた複数の補正用原点（原点リ
セットマーク）の座標を所定周期で測定し、複数の原点
座標データを求め、これら複数の原点座標データに基づ
いてその平均ドリフト量および回転ドリフト量を算出す
る。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明に係るドリフト補正手段を備
えた座標測定機の構成説明図である。（ａ）は装置構成
を示し、（ｂ）は測定すべき試料上面を示す。ＬＥＤあ
るいはその他のレーザ発振器からなるヘッドレーザ１か
ら射出されたレーザ光は、対物レンズ等を含む光学系２
を介して、ＸＹステージ３上に搭載された試料４を照射
する。試料４は、例えば露光転写用回路パターンが形成
されたレチクルまたはマスク、あるいはパターンが焼付
られたウエハであり、予め複数箇所のパターンに座標測
定点が定められている。この試料４は、ＸＹステージ３
のホルダ（図示しない）に真空吸着等により固定保持さ
れる。

【００１３】試料４上に照射されたレーザ光の反射散乱
光はフォトダイオード等からなる光検知器５により検出
され電気信号として信号処理系６に入力される。信号処
理系６は、所定のプログラムに従って装置各部の制御お
よびデータ処理を行なうＣＰＵ７に接続される。ＸＹス
テージ３は、図示しないＸ方向モータおよびＹ方向モー
タにより水平面（ＸＹ平面）内でＸ、Ｙ各方向に移動可
能である。試料４は、θ回転モータによりＸＹ平面に垂
直なＺ軸廻りのθ方向回転が可能なθステージ（図示し
ない）に搭載した状態でＸＹステージ３上に搭載されて
いる。従って、試料４はＸＹ方向に移動可能であるとと
もに、θ方向回転が可能である。各ステージの駆動モー
タは駆動系８によりＣＰＵ７の指令に基づいて駆動制御
される。ＸＹステージ３のＸ、Ｙ各方向の位置はＸ干渉
計９およびＹ干渉計１０によりそれぞれ計測され、パタ
ーンからのレーザー光の反射散乱光が電気信号に変換さ
れ各干渉計に同期して信号処理系に取込まれエッジ検出
アルゴリズムによりパターンのＸＹ座標データが求めら
れる。また、複数点のＸＹ座標データに基づいて試料４
の回転量が算出される。

【００１４】試料４のパターン形成面には、（ｂ）図に
示すように、予め複数のパターン（図示しない）に測定
点（×印）が定められる。このような各測定点の座標
は、例えばＸ、Ｙ各方向のパターンエッジでの散乱光量
の変化を光検知器５で検出することにより求める。各測
定点はＣＰＵ７内に組込まれたシーケンスプログラムに
基づき予め定められた所定の順番で測定される。ＣＰＵ
７は、シーケンスプログラムに基づき駆動系８を介して
Ｘ、Ｙ各干渉計９、１０により位置制御を行ないながら
ＸＹテーブル３を駆動し、各測定点の座標を測定する。

【００１５】また試料４のパターン形成面には複数の原
点リセットマーク（補正用基準パターン）が設けられて
おり、各測定点を順番に測定している途中に、前述のよ
うに、所定の周期でドリフト補正のために原点リセット
が行なわれる。即ち、所定周期毎に原点リセットマーク
の位置（原点）の座標が測定される。本実施例において
は、この原点リセットマークの位置（原点）を、（ｂ）
図に示すように、試料４の４隅部のＡ１、Ａ２、Ａ３お
よびＡ４の位置に定める。従って、所定周期毎にこれら
４つの原点Ａ１〜Ａ４の座標が測定される。

【００１６】上記原点Ａ１〜Ａ４の座標を測定する原点
リセットを行なう周期は、例えば数分程度の一定の時間
間隔の周期であってもよいし、または全測定点あるいは
一定数の測定点の座標測定を終了する毎に原点リセット
を行なうような周期としてもよい。一定の時間的周期で
原点リセットを行なうシーケンスを第１モードとし、一
定数の測定点を測定終了毎に原点リセットを行なうシー
ケンスを第２モードとして、測定開始前に予めオペレー
タに第１モードまたは第２モードのいずれかを選択させ
るように構成してもよい。

【００１７】ここで、原点の座標データに基づくドリフ
ト補正量について説明する。１回目の原点リセットによ
るＡ１〜Ａ４の各原点座標を、図３に示すように、Ａ１
（Ｘ１、Ｙ１）、Ａ２（Ｘ２、Ｙ２）、Ａ３（Ｘ３、Ｙ
３）、Ａ４（Ｘ４、Ｙ４）とし、ｎ回目（ｎは２以上の
整数）の原点リセットによるＡ１〜Ａ４の各原点座標を
Ａ１（Ｘｎ１、Ｙｎ１）、Ａ２（Ｘｎ２、Ｙｎ２）、Ａ
３（Ｘｎ３、Ｙｎ３）、Ａ４（Ｘｎ４、Ｙｎ４）とす
る。各回の原点リセットによる各々４つの座標データか
ら重心位置を求め、１回目とｎ回目の重心座標のＸ方
向、Ｙ方向のドリフト量をＸＹドリフト量ΔＸｎ、ΔＹ
ｎとする。

【００１８】ＸＹドリフト量ΔＸｎ、ΔＹｎは以下の数
式で表される。

【００１９】

【数１】ΔＸｎ＝｛（Ｘｎ１＋Ｘｎ２＋Ｘｎ３＋Ｘｎ
４）−（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４）｝／４ ΔＹｎ＝｛（Ｙｎ１＋Ｙｎ２＋Ｙｎ３＋Ｙｎ４）−（Ｙ
１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４）｝／４
（ｎは２以上の整数） このＸＹドリフト量ΔＸｎ、ΔＹｎを用いて各原点Ａ１
〜Ａ４の測定座標の補正を行なうと、図４に示すよう
に、ＸＹドリフト補正後の各原点座標はそれぞれ（Ｘｎ
１−ΔＸｎ、Ｙｎ１−ΔＹｎ）（Ｘｎ２−ΔＸｎ、Ｙｎ
２−ΔＹｎ）（Ｘｎ３−ΔＸｎ、Ｙｎ３−ΔＹｎ）（Ｘ
ｎ４−ΔＸｎ、Ｙｎ４−ΔＹｎ）となる。このとき、Ｘ
Ｙドリフト補正後の４つの原点の重心Ｇ_Nは、１回目の
原点リセットを行なったときの４つの原点の重心Ｇ
₁（図３）と一致する。即ち、ｎ回目の原点リセットに
よる４つの原点の重心Ｇ_n（図３）が重心Ｇ₁まで移動し
て重なったことになる。

【００２０】しかし、このようにＸ方向およびＹ方向の
ドリフト補正を行なっただけでは、回転方向のドリフト
（θ回転ドリフト）が残っているため、各点の１回目と
ｎ回目の測定座標は一致しない。このθ回転ドリフトの
補正は以下のようにして行なう。まず、１回目の原点リ
セットを行なったときの各原点の回転角度θを、図５に
示すように、重心Ｇ₁からひいた基準線Ｌ₁に対する重心
Ｇ₁と各原点Ａ１〜Ａ４とを結ぶ直線のなす角θ１、θ
２、θ３、θ４と定義する。このような角度θは基準線
Ｌ₁および複数の原点座標のデータから算出可能であ
る。ｎ回目の原点リセットを行なったときの各原点の回
転角度を、重心Ｇ_nから基準線Ｌ₁と平行にひいた基準線
Ｌ_nに対する重心Ｇ_nと原点Ａ１〜Ａ４とを結ぶ直線のな
す角θｎ１、θｎ２、θｎ３、θｎ４とすると、回転ド
リフト量Δθは以下の数式で表される。

【００２１】

【数２】Δθｎ＝｛（θｎ１＋θｎ２＋θｎ３＋θｎ
４）−（θ１＋θ２＋θ３＋θ４）｝／４
（ｎは２以上の整数） 図６は、Ｘ、Ｙドリフト補正を行なった後の各原点のθ
回転角度を示す。このときの角度は、θ回転補正を行な
う前であり前述のように単に重心位置を移動しただけの
状態であるため、Ｘ、Ｙドリフト補正を行なう前の各原
点のθ回転角度θｎ１、θｎ２、θｎ３、θｎ４と同じ
である。

【００２２】以上のＸ、Ｙ方向およびθ回転方向につい
てのドリフト量ΔＸｎ、ΔＹｎ、Δθｎを用いて、ｎ回
目の原点リセットの後、次のｎ＋１回目の原点リセット
までに測定された各測定点の座標（Ｘ、Ｙ）は以下の補
正式を用いて補正される。

【００２３】

【数３】ｘ＝（Ｘ−ΔＸｎ）ｆ（−Δθｎ） ｙ＝（Ｙ−ΔＹｎ）ｆ（−Δθｎ） （ｎは
２以上の整数） ここで関数ｆ（−Δθｎ）は、ｎ回目の原点リセットか
らｎ＋１回目の原点リセットまでの間に測定されたＸ、
Ｙドリフト補正後の各測定点を重心Ｇ_Nを中心にΔθｎ
の角度だけ逆方向に回転させる関数である。これによ
り、θ回転方向のドリフトが打消され、ドリフトがない
または無視できる状態での座標（ｘ、ｙ）が得られる。

【００２４】以上の補正式を用いて各測定点の座標を計
測するための座標測定シーケンスのフローチャートを図
２に示す。まず、ＸＹステージ３を駆動して座標測定す
べき測定点を光学系２の下に移動して位置決めし、光学
系２の焦点位置合せを行ない、試料４をレーザ光の下を
スキャンさせて座標測定を行なう（ステップ１１）。次
に予め設定した全測定点を必要な回数だけ測定したか否
かが判別される（ステップ１２）。予定した全測定点の
測定が終了してない場合（ＮＯの場合）にはＸＹステー
ジを駆動して次の測定点に移動する。このとき予め原点
リセットモードが選択されており、前述の時間的周期の
第１モードが選択されている場合にはステップ１４に移
行し、測定点数による周期の第２モードが選択されてい
る場合にはステップ１３に移行する。第１の原点リセッ
トモードの場合には、ステップ１４において、前回に行
なった原点リセットから所定時間が経過して再び原点リ
セット時間となったか否かが判別される。原点リセット
時間でない場合（ＮＯの場合）にはステップ１１に戻り
次の測定点の座標測定を行なう。一方、第２の原点リセ
ットモードの場合には、ステップ１３において、前回に
行なった原点リセットの後試料上の全測定点または所定
数の測定点からなる１サイクルの座標測定を終了したか
否かが判別される。所定の１サイクルの測定を終了して
いない場合（ＮＯの場合）にはステップ１１に戻り次の
測定点の座標測定を行なう。

【００２５】一方、ステップ１３または１４で判別結果
がＹＥＳの場合、即ち所定の原点リセット周期が経過し
た場合には、ステップ１５に進み、原点リセット測定が
行なわれる。即ち、１つ目の原点Ａ１（図１（ｂ））、
２つ目の原点Ａ２、３つ目の原点Ａ３および４つ目の原
点Ａ４の座標を順番に連続して測定する。この原点リセ
ット測定が終了すると、ステップ１１に戻り、次の測定
点の位置にステージを移動しその座標を測定する。以上
のシーケンスをステップ１２で全測定点について必要な
回数だけ測定を行ない測定作業が完了するまで繰り返
す。

【００２６】測定した各原点および各測定点の座標デー
タは、信号処理系６を介してＣＰＵ７に入力され、ＣＰ
Ｕ７内の記憶手段に格納される。測定終了後に、ＣＰＵ
７は必要な座標データに基づいて、前述のドリフト補正
量を算出し、各測定点の座標を補正する。なお、原点リ
セットマーク（補正用原点）の位置は、試料の４隅に限
定されず、場所的なドリフトの大小を平均化できる任意
の位置に設定することができる。また、原点の数は４つ
に限定されず２つ以上であればよい。しかしながら、θ
回転方向のドリフト補正量算出のためには、少なくとも
３つの原点を定めることが望ましい。このような原点
は、試料上の測定点とは別に特別に設定してもよいし、
あるいは複数の測定点のうち適当な点を選択してこれを
補正用原点として重複して使用してもよい。

【００２７】図７に本発明の別の実施例を示す。試料表
面を４つのエリアＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に分割し、各
エリア内に１つ原点リセットマークが設けられている。
所定の測定周期毎に各原点リセットマークの原点Ａ１、
Ａ２、Ａ３、Ａ４の座標を測定し、各原点の二次元方向
のドリフト量を求める。そして各エリア内の測定点の座
標を各エリア内の原点のドリフト量に応じて補正する。
すなわち、エリアＥ１内の測定点は原点Ａ１のドリフト
量に応じて、エリアＥ２内の測定点は原点Ａ２のドリフ
ト量に応じて、エリアＥ３内の測定点は原点Ａ３のドリ
フト量に応じて、エリアＥ４内の測定点は原点Ａ４のド
リフト量に応じて補正する。

【００２８】この実施例の場合には、１つのエリアを測
定終了ごとに各エリア内の原点リセットマークを順番に
測定する。あるいは所定時間ごとに各エリア内の原点リ
セットマークを順番に測定してもよい。また、本実施例
では各エリアに原点リセットマークを１つ設けたが、各
エリア内に複数の原点リセットマークを設けてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、複数の補正用基準パターンを設定して、所定の測定
周期毎にこれらの補正用基準パターンの位置を測定し、
この測定結果に基づいてドリフト補正量を算出し、これ
によって各測定点の座標を補正しているため、試料上の
場所的なドリフトの不均一を是正したドリフト補正量が
得られ、ドリフト補正の精度が高まり信頼性が向上す
る。また、Ｘ、Ｙ方向のドリフトばかりでなくθ回転方
向のドリフトの補正が可能になるため、ドリフト補正精
度がさらに高まり、極めて高い精度で試料上の各測定点
の座標を計測することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係る座標測
定装置の構成説明図および試料の上面図である。

【図２】 本発明に係る座標測定装置の測定動作のフロ
ーチャートである。

【図３】 １回目の原点リセットとｎ回目の原点リセッ
トとの間に生じたドリフト状態の説明図である。

【図４】 ｎ回目の原点リセット座標にＸＹ方向ドリフ
ト補正を行なった状態を示す説明図である。

【図５】 θ回転角度の定義の説明図である。

【図６】 ｎ回目の原点リセットにおけるθ回転ドリフ
トの説明図である。

【図７】 本発明の別の実施例に係る試料表面の分割例
を示す図である。

【符号の説明】

１；ヘッドレーザ、２；光学系、３；ＸＹステージ、
４；試料、５；光検知器、６；信号処理系、７；ＣＰ
Ｕ、８；駆動系、９；Ｘ干渉計、１０；Ｙ干渉計。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面に形成された複数のパターンの
   位置を測定する座標測定機であって、前記試料表面の所
   定位置に補正用基準パターンを設け、所定の測定周期毎
   に該補正用基準パターンの位置を測定して、前記所定位
   置に対する前記補正用基準パターンの二次元方向のドリ
   フト量を求め、該二次元方向のドリフト量に応じて前記
   各パターンの測定位置を補正するドリフト補正手段を備
   えた座標測定機において、 前記補正用基準パターンは複数箇所に設けられており、
   これら複数の補正用基準パターンは前記測定周期毎に順
   次その位置が測定され、前記ドリフト補正手段はこの測
   定結果に基づいて前記補正用基準パターンの回転方向の
   ドリフト量を更に求め、該回転方向のドリフト量に応じ
   て前記各パターンの測定位置を補正することを特徴とす
   る座標測定機。
2. 【請求項２】 試料表面に形成された複数のパターンの
   位置を測定する座標測定機であって、前記試料表面の所
   定位置に補正用基準パターンを設け、所定の測定周期毎
   に該補正用基準パターンの位置を測定して、前記所定位
   置に対する前記補正用基準パターンの二次元方向のドリ
   フト量を求め、該二次元方向のドリフト量に応じて前記
   パターンの測定位置を補正するドリフト補正手段を備え
   た座標測定機において、 前記試料表面は複数のエリアに分割されており、前記補
   正用基準パターンは前記各エリアに少なくとも一つ設け
   られており、これら複数の補正用基準パターンは前記測
   定周期毎に順次その位置が測定され、前記ドリフト補正
   手段はこの測定結果に基づいて前記各エリア内の前記補
   正用基準パターンのドリフト量を求め、該ドリフト量に
   応じて前記各エリア内の前記各パターンの測定位置を補
   正することを特徴とする座標測定機。