JPH1054706A

JPH1054706A - パターン検出方法及びパターン検出装置

Info

Publication number: JPH1054706A
Application number: JP8212385A
Authority: JP
Inventors: Eiji Matsubara; 永侍松原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、マスタマスクやレチクルに形成さ
れたパターンを検査するパターン検査方法及びパターン
検査装置に係り、特に目視観察に依らずパターン位置等
の自動検出と並行して、測定位置がパターン面である
か、基板面であるかの判別を自動的に行うことができる
パターン検出方法及びパターン検出装置を提供すること
を目的とする。【解決手段】複数の暗視野検出器４８〜５１のうち、
少なくとも対向する２つの暗視野検出器それぞれの検出
信号レベルの大小関係を判断する第１判断手段１と、第
１判断手段１が検出信号レベルが大きいと判断した暗視
野検出器の配置位置と測定試料の移動方向との関係を判
断する第２判断手段２と、第２判断手段２の判断結果と
明視野検出器４７の検出信号出力とに基づき測定位置で
あるスポット光線照射位置がパターン面か基板面かを決
定する決定手段３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスタマスクやレ
チクルに形成された回路図形（以下「パターン」とい
う）を検出するパターン検出方法及びパターン検出装置
に係り、特に測定位置が基板面かパターン面かの判別を
行う検出方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】マスクは、ＬＳＩ製造のウェーハ露光工
程で使用される重要な冶具である。マスクの種類には、
等倍のパターンを有するマスク(マスタマスク)、４倍、
５倍ないしは１０倍等のパターンを有するマスク（レチ
クル）などがある。マスクの基板材料としては、化学的
・熱的安定性の要求から、ガラス（主に石英ガラス）が
主として使用される。また、遮光材料としては、ガラス
基板との密着性、化学処理耐性を兼ね備えたものとして
金属クロムあるいは金属クロムと酸化クロムとの複合薄
膜、主にＭｏＳＩＯＮ（モリブデンシリサイド）からな
るハーフトーンシフタなどが用いられ、またレジストも
用いられる。

【０００３】そして、でき上がったマスタマスクやレチ
クルのパターンの寸法及び位置を計測するため、座標測
定装置が使用される。このものは、例えば特開昭６１−
２３３３１２号公報に紹介されている。以下、図５、図
６を参照してパターン位置の測定方法の概要を説明す
る。図５は、座標測定装置の概念構成図である。図５に
示すように、座標測定装置は、レーザ光源４０と、光学
系（反射鏡４１、ハーフミラー４２、対物レンズ４３）
と、試料台であるＸＹテーブル４４、信号処理部４６、
明視野検出器４７、暗視野検出器４８、４９、５０、５
１（図６参照）等を備える。

【０００４】図６は、４個の暗視野検出器の配置図であ
る。図６に示すように、４個の暗視野検出器４８、４
９、５０、５１は、対物レンズ４３の配置位置近傍の周
囲において、９０度間隔で配置される。即ち、測定試料
４５上のパターンの輪郭を与えるエッジ部分は、基板面
に垂直ではなく、傾きがあり、また多少の凹凸がある。
従って、このパターンエッジの部分では、散乱光や回折
光が生ずる。

【０００５】そして、測定試料４５上のパターンは、説
明の便宜上、Ｘ軸に平行な辺とＹ軸に平行な辺とからな
る角形状のものとすれば、４個の暗視野検出器４８、４
９、５０、５１は、対物レンズ４３の配置位置近傍の周
囲のＸ軸方向、Ｙ軸方向に向かう散乱光等を検出する目
的で配置される。図５において、信号処理部４６の４つ
の入力＃１〜＃４のうち、入力＃３、＃４は、暗視野検
出器５０、５１の出力を示している。

【０００６】以上の構成において、レーザ光源４０の射
出ビームは、反射鏡４１、ハーフミラー４２を介した対
物レンズ４３で収束され、試料台であるＸＹテーブル４
４上をスポット照射する。ＸＹテーブル４４上には、測
定試料４５が載置される。測定試料４５を照射するスポ
ット光線の照射位置がパターン面やパターンのない下地
部分である基板面であるときは、スポット光線は正反射
する。この正反射光線は、対物レンズ４３、ハーフミラ
ー４２を介して明視野検出器４７で検出され、信号処理
部４６に入力する。

【０００７】一方、測定試料４５を照射するスポット光
線の照射位置がパターンのエッジ部分であるときは、ス
ポット光線は乱反射する。パターンのエッジ部分での散
乱光は、４個の暗視野検出器４８、４９、５０、５１の
対応するもので検出され、信号処理部４６に入力する。
例えば、暗視野検出器４８、４９がＸ軸上にあり、暗視
野検出器５０、５１がＹ軸上にあるとし、パターンのエ
ッジ部分の斜面がＹ軸と平行であるとすれば、このパタ
ーンのエッジ部分での散乱光は暗視野検出器４８、４９
で検出される。

【０００８】ＸＹテーブル４４の位置情報は、ＸＹテー
ブル４４に備えるレーザ干渉計で得られ、信号処理部４
６に入力する。信号処理部４６では、パターンのエッジ
部分を、対向する１対の暗視野検出器（４８、４９）
（５０、５１）同士の出力和と所定値との大小関係から
検出し、そのエッジ検出情報とＸＹテーブル４４の位置
情報と明視野検出器４７の出力とからパターンの位置と
寸法を測定する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、パターンのエ
ッジ部分は、前述したように基板面に垂直ではなく、多
少の傾きを持って形成されるので、このエッジ部分は、
斜面に対応する幅を持つことになる。このエッジ部分の
幅は、パターンの位置や寸法を測定する場合の誤差要因
の１つとなる。

【００１０】パターンエッジの幅を測定するには、エッ
ジ部分の斜面の起点と終点、即ち、基板面との境界とパ
ターン面との境界とを検出することが必要である。しか
し、従来の座標測定装置では、パターンのエッジ検出は
できるが、パターンエッジの幅の正確な測定が困難であ
る。従って、従来では、パターンエッジ部分を工業顕微
鏡等で目視観察し、どこが基板面で、どこがパターン面
であるかを判別し、その座標データを記録するという煩
雑な方法が採られている。この座標データは、座標測定
装置によるパターンエッジ部分の測定データの補正に用
いられる。

【００１１】このとき、パターン部が、クロムパターン
であれば、パターン全体が明瞭であるので基板面のガラ
スとの判別はそれ程困難ではない。しかし、パターン部
が、ハーフトーンシフタパターンやレジストパターンで
あるときは、パターンの輪郭のみが線として示される線
画となる。線の両側には、基板面のガラスが見えてい
る。従って、この場合には、判別が困難で、誤認識をす
る場合が多い。

【００１２】本発明は、このように課題を解決すべく創
作されたもので、目視観察に依らずパターン位置等の自
動検出と並行して、スポット光線照射位置（測定位置）
がパターン面であるか、基板面であるかの判別を自動的
に行うことができるパターン検出方法及びパターン検出
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ＸＹテーブルに載置される測定試料を照射するスポ
ット光線の散乱光を検出する複数の暗視野検出器のう
ち、少なくとも対向する２つの暗視野検出器それぞれの
検出信号レベルの大小関係を判断し、その結果、検出信
号レベルが大きい方の暗視野検出器の配置位置が、測定
試料の移動方向先端側にあるとき、正反射光を検出する
明視野検出器が検出信号を出力するスポット照射位置を
パターン面と決定する一方、検出信号レベルが大きい方
の暗視野検出器の配置位置が、測定試料の移動方向後端
側にあるとき、明視野検出器が検出信号を出力するスポ
ット照射位置を基板面と決定することを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載の発明は、ＸＹテーブルに
載置される測定試料を照射するスポット光線の正反射光
を検出する明視野検出器と、スポット光線の照射位置の
周囲に等間隔配置され、測定試料からの散乱光を検出す
る複数の暗視野検出器と、複数の暗視野検出器のうち、
少なくとも対向する２つの暗視野検出器それぞれの検出
信号レベルの大小関係を判断する第１判断手段と、第１
判断手段が検出信号レベルが大きいと判断した暗視野検
出器の配置位置と測定試料の移動方向との関係を判断す
る第２判断手段と、第２判断手段の判断結果と明視野検
出器の検出信号出力とに基づき測定位置であるスポット
光線照射位置がパターン面か基板面かを決定する決定手
段とを備えたことを特徴とする。

【００１５】（作用）請求項１に記載の発明では、複数
の暗視野検出器のうち、少なくとも対向する２つの暗視
野検出器それぞれの検出信号レベルの大小関係を判断
し、その結果、検出信号レベルが大きい方の暗視野検出
器の配置位置が、測定試料の移動方向先端側にあると
き、スポット照射位置をパターン面と決定する一方、検
出信号レベルが大きい方の暗視野検出器の配置位置が、
測定試料の移動方向後端側にあるとき、スポット照射位
置を基板面と決定する。

【００１６】請求項２に記載の発明では、第１判断手段
が、複数の暗視野検出器のうち、少なくとも対向する２
つの暗視野検出器それぞれの検出信号レベルの大小関係
を判断する。そして、第２判断手段が、第１判断手段が
検出信号レベルが大きいと判断した暗視野検出器の配置
位置と測定試料の移動方向との関係を判断するその結
果、決定手段が、第２判断手段の判断結果と明視野検出
器の検出信号出力とに基づき測定位置であるスポット光
線照射位置がパターン面か基板面かを決定する。

【００１７】従って、本発明によれば、目視観察に依ら
ずパターン位置等の自動検出と並行して、スポット光線
照射位置である測定位置がパターン面であるか、基板面
であるかの判別を自動的に行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の実施の形態のパターン検
出装置の構成図である。このパターン検出装置は、図５
に示した信号処理部４６の一部として座標測定装置に組
み込まれるものである。なお、暗視野検出器は、従来例
（図５、図６）と同様に、４個である。以下の説明で
は、従来例（図５、図６）が適宜参照される。このパタ
ーン検出装置は、第１判断回路１と、第２判断回路２
と、測定位置決定回路３とで構成される。

【００２０】第１判断回路１は、４個の暗視野検出器４
８、４９、５０、５１の出力が入力する。第１判断回路
１は、対向する２つの暗視野検出器それぞれの検出信号
レベルの大小関係を判断し、出力レベルの大きい暗視野
検出器の配置位置を示す識別情報を第２判断回路２に与
える。第２判断回路２は、ＸＹテーブル４４からの移動
方向情報に基づき、第１判断回路１から入力した暗視野
検出器の配置位置とＸＹテーブル４４に載置される測定
試料４５の移動方向との関係を判断し、当該暗視野検出
器の配置位置が、測定試料４５の移動方向の前後何れに
あるかの前後情報を測定位置決定回路３に与える。

【００２１】測定位置決定回路３は、第２判断回路２か
ら入力した前後情報と明視野検出器４７の検出信号出力
とに基づき測定位置であるスポット光線照射位置がパタ
ーン面か基板面かを決定し、その決定結果を出力する。
以上の構成において、特許請求の範囲との対応関係は次
のようになっている。明視野検出器には、明視野検出器
４７が対応する。暗視野検出器には、４個の暗視野検出
器４８、４９、５０、５１が対応する。

【００２２】第１判断手段には、第１判断回路１が対応
する。第２判断手段には、第２判断回路２が対応する。
決定手段には、測定位置決定回路３が対応する。以下、
図２〜図４を参照して本発明の実施の形態の動作を説明
する。図２は、本発明の実施の形態の動作フローチャー
トである。図３は、パターンエッジ部分での動作説明図
である。図４は、図３中のＡ部拡大図である。

【００２３】図２において、Ｓ１では、第１判断回路１
は、４個の暗視野検出器４８〜５１が検出信号を出力す
るのを待機している。第１判断回路１は、検出信号が入
力すると、Ｓ１で肯定（ＹＥＳ）の判定を行い、Ｓ２に
進む。図５に示したように測定試料４５は、試料台であ
るＸＹテーブル４４に載置され、ＸＹテーブル４４のＸ
軸方向、Ｙ軸方向への移動に伴い移動する。従って、レ
ーザ光源４０の射出ビームのスポット照射位置（測定位
置）は、測定試料４５上をＸＹテーブル４４の移動方向
である測定試料４５の移動方向と逆向きに移動する。

【００２４】なお、説明の便宜から、測定試料４５上の
パターンの輪郭は、前述したようにＸ軸、Ｙ軸と平行な
辺のみを有する角形状のものを考える。そして、図３
（ａ）に示すように、測定試料４５の移動方向は、図中
右から左への方向とする。従って、図３（ｃ）で言う左
側検出器とは、測定試料４５の移動方向の先端側に位置
する暗視野検出器であり、図３（ｄ）で言う右側検出器
とは、測定試料４５の移動方向の後端側に位置する暗視
野検出器である。以下の説明では、左側検出器は、暗視
野検出器４８であり、右側検出器は、暗視野検出器４９
である。

【００２５】ここで、図３（ｂ）に符号Ａを付して示す
測定試料４５のエッジ部分は、図４に示すように、基板
面に垂直に形成されているのではなく傾斜している。レ
ーザ光線は、この斜面で散乱する。散乱光は、任意の方
向へ向かうが、の方向のように斜面に直交する側への
散乱光と、の方向のように斜面に沿った方向への散乱
光とに分けることができる。

【００２６】図示例では、方向のように斜面に直交す
る側への散乱光は、暗視野検出器４８で検出され、方向
のように斜面に沿った方向への散乱光は、暗視野検出
器４９で検出される。従来では、両者の和を取ってエッ
ジ検出信号を形成していた。このことは、前述した。と
ころで、斜面に直交する側への散乱光のレベルは、斜面
に沿った方向への散乱光のレベルよりも大きいことが容
易に推測できる。そして、図３（ｃ）（ｄ）に示すよう
に、対向する１対の暗視野検出器の出力レベルの大小関
係が、測定試料の移動に伴い逆転する。

【００２７】図３において、測定位置が（イ）の位置に
あるときは、左側検出器たる暗視野検出器４８の出力レ
ベルが、右側検出器たる暗視野検出器４９の出力レベル
よりも大きい。また、測定位置が（ロ）の位置にあると
きは、右側検出器たる暗視野検出器４９の出力レベル
が、左側検出器たる暗視野検出器４８の出力レベルより
も大きい。

【００２８】本実施の形態では、この点に着目したので
ある。即ち、図２のＳ２において、第１判断回路１は、
対向する１対の暗視野検出器の出力を加算するのではな
く、両者の大小関係を判断し、検出出力レベルの大きい
暗視野検出器の配置位置を特定する。図３の例で言え
ば、測定位置（イ）では、暗視野検出器４８を特定し、
測定位置（ロ）では、暗視野検出器４９を特定する。特
定した暗視野検出器の配置位置の識別情報が第２判断回
路２に与えられる。

【００２９】次に、図２のＳ３において、第２判断回路
２は、特定された暗視野検出器が、ＸＹテーブル４４か
ら入力する測定試料４５の移動方向の先端側にあるか否
かを判定する。つまり、測定位置が、図３に示した
（イ）（ロ）の何れにあるかを判断している。判断結果
は、測定位置決定回路３に与えられる。Ｓ３の判定が肯
定（ＹＥＳ）の場合は、測定位置が、図３に示した
（イ）の場合である。これは測定位置が、図４に示した
斜面を上っていることを示し、やがてパターン面３１に
到達することを示している。

【００３０】従って、Ｓ３の判定が肯定（ＹＥＳ）の場
合には、Ｓ４において測定位置決定回路３は、その後に
入力する明視野検出器４７の出力レベルが所定値を越え
たときの測定位置は、パターン面３１であると決定し、
本手順を終了する。一方、Ｓ３の判定が否定（ＮＯ）の
場合は、測定位置が、図３に示した（ロ）の場合であ
る。これは測定位置が、図４に示した斜面を下っている
ことを示し、やがて基板面３２に到達することを示して
いる。

【００３１】従って、Ｓ３の判定が否定（ＮＯ）の場合
には、Ｓ５において測定位置決定回路３は、その後に入
力する明視野検出器４７の出力レベルが所定値を越えた
ときの測定位置は、基板面３２であると決定し、本手順
を終了する。以上の動作は、座標測定装置がパターンの
位置と寸法を測定するのと平行して行える。エッジ検出
において、１対の対向する暗視野検出器の出力を加算す
る操作と両者の大小判別を行う本実施の形態の操作とが
重複するが、並列的にまたは時系列的に処理できる。

【００３２】なお、パターンの輪郭線は、Ｘ軸、Ｙ軸に
平行であるとは限らず、Ｘ軸、Ｙ軸に斜交する場合も多
い。後者の斜交する場合には、例えば暗視野検出器の等
間隔配置の間隔を狭くして個数を増加し、１対の対向す
る暗視野検出器の出力について以上説明した手法を適用
して同様に判別できる。あるいは、例えば２対の対向す
る暗視野検出器の出力について以上説明した手法を適用
しても同様に判別できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
検出方法及びパターン検出装置は、対向配置される暗視
野検出器の出力信号レベルが異なる点に着目し、両者の
和を取るのではなく、両者の大小比較から出力レベルの
大きい暗視野検出器を特定し、その特定した暗視野検出
器の配置位置が測定試料の移動方向の前後何れにあるか
によって測定位置がパターンエッジを過ぎてパターン面
にあるか、基板面にあるかを判別する。

【００３４】従って、本発明によれば、目視観察に依ら
ずパターン位置等の自動検出と並行して、スポット光線
照射位置（測定位置）がパターン面であるか、基板面で
あるかの正確な判別を自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のパターン検出装置の構成
図である。

【図２】本発明の実施の形態の動作フローチャートであ
る。

【図３】パターンエッジ部分での動作説明図である。

【図４】図３中のＡ部拡大図である。

【図５】座標測定装置の概念構成図である。

【図６】４個の暗視野検出器の配置図である。

【符号の説明】

１第１判断回路２第２判断回路３測定位置決定回路３１パターン面３２基板面４４ＸＹテーブル４５測定試料４６信号処理部４７明視野検出器４８〜５１暗視野検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｖ５２５Ｕ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＸＹテーブルに載置される測定試料を照
射するスポット光線の散乱光を検出する複数の暗視野検
出器のうち、少なくとも対向する２つの暗視野検出器そ
れぞれの検出信号レベルの大小関係を判断し、その結果、検出信号レベルが大きい方の暗視野検出器の
配置位置が、測定試料の移動方向先端側にあるとき、正
反射光を検出する明視野検出器が検出信号を出力するス
ポット照射位置をパターン面と決定する一方、検出信号レベルが大きい方の暗視野検出器の配置位置
が、測定試料の移動方向後端側にあるとき、前記明視野
検出器が検出信号を出力するスポット照射位置を基板面
と決定することを特徴とするパターン検出方法。
【請求項２】ＸＹテーブルに載置される測定試料を照
射するスポット光線の正反射光を検出する明視野検出器
と、前記スポット光線の照射位置の周囲に等間隔で配置さ
れ、前記測定試料からの散乱光を検出する複数の暗視野
検出器と、前記複数の暗視野検出器のうち、少なくとも対向する２
つの暗視野検出器それぞれの検出信号レベルの大小関係
を判断する第１判断手段と、前記第１判断手段が検出信号レベルが大きいと判断した
暗視野検出器の配置位置と前記測定試料の移動方向との
関係を判断する第２判断手段と、前記第２判断手段の判断結果と前記明視野検出器の検出
信号出力とに基づき測定位置であるスポット光線照射位
置がパターン面か基板面かを決定する決定手段とを備え
たことを特徴とするパターン検出装置。