JPH1073407A - パターン位置測定方法およびパターン位置測定装置 - Google Patents

パターン位置測定方法およびパターン位置測定装置

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JPH1073407A
JPH1073407A JP8231824A JP23182496A JPH1073407A JP H1073407 A JPH1073407 A JP H1073407A JP 8231824 A JP8231824 A JP 8231824A JP 23182496 A JP23182496 A JP 23182496A JP H1073407 A JPH1073407 A JP H1073407A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペリクル膜がたわんでいても正確にパターン
位置を測定することができるパターン位置測定方法およ
びパターン位置測定装置の提供。 【解決手段】 ペリクル膜2が設けられたマスク1のパ
ターン位置を測定するパターン位置測定装置において、
たわみ測定装置4によりペリクル膜2の表面形状を検出
し、制御装置20によりたわみ測定装置4の検出値に基
づいてマスク1上におけるビームBiの照射位置ずれ量
を算出し、それに基づき測定されたパターン位置を補正
する。なお、たわみ測定装置4には超音波センサ,光学
式変位センサ,静電容量型変位センサまたは磁気変位セ
ンサ等が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ等の異物付着
防止用のペリクル膜が設けられたマスクやレチクル等の
パターン位置を正確に測定することができるパターン位
置測定方法およびパターン位置測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造に用いられるマスク,レチク
ル等の基板(以下ではマスクと称する)のパターン面上
にごみ等が付着すると、光露光工程においてパターンの
像とともにごみの像までがウエハ上に転写されてしま
い、回路パターンに欠陥が生じるおそれがあった。従来
は、このようなごみの像の転写によるデバイスの欠陥を
減らすため、マスクのパターン面およびパターン面と反
対側の基板面の両者または一方に数mm隔ててペリクル
膜と呼ばれる厚さ数μm程度の光透過性薄膜を配し、投
影レンズの被写界深度内にごみが付着するのを防止して
いる。図5(a)に示すマスク1ではパターンPが形成
された面側にペリクル膜2が設けられ、ペリクル膜2を
支持するペリクル枠3(アルミニウム等から成る)を介
してマスク1に取付けられる。
【0003】ところで、電子ビーム露光装置やホトリピ
ータなどにより描画されたマスク1のパターンPは、パ
ターン位置測定装置でパターンPの位置を測定すること
によって必要な精度で形成されているか否かが厳密に管
理される。このとき、パターンPの位置は数nm程度の
高精度で測定する必要がある。図6はパターン位置測定
装置の一例を示す図であり、マスク1はステージ6に配
設されたホルダ5上に装着される。ステージ6はモータ
7x,7yによってそれぞれx,y方向に二次元的に駆
動されるとともに、ステージ6上に固定された各移動鏡
8x,8yの位置をレーザ干渉計10x,10yでそれ
ぞれ測定することによってステージ6の二次元位置が正
確に計測される。9はレーザ光を発生する光源である。
なお、図6ではマスク1に設けられたペリクル膜2,ペ
リクル枠3を省略して示した。
【0004】パターンPの位置測定の際には、マスク1
のパターンPが形成された面に計測光学系11からの収
束光Biが照射される。パターンPのエッジに収束光B
iが照射されると散乱光の発生や正反射光の増減が生じ
るので、これらの光信号を計測光学系11に内蔵された
受光素子で検出することによりパターンPを検出するこ
とができる。したがって、計測光学系11によってパタ
ーンPが検出されたときのステージ6の位置をレーザ干
渉計10x,10yで計測することにより、パターンP
の位置を高精度に測定することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5
(a)のように設けられたペリクル膜2では、ペリクル
膜2の内外に気圧差が生じたりマスク1の基板およびペ
リクル膜2が帯電した場合、ペリクル膜2にたわみが生
じる。図5(b)はペリクル膜2が上方にたわんだ場合
を示している。この状態でパターンPの位置測定を行う
と、収束光Biの主光線Bmはペリクル膜2に対して斜
に(図に示すようにペリクル膜2の法線に対して角度θ
で)入射するため、ペリクル膜2によって屈折されてマ
スク1上における収束光Biの照射位置がずれ、パター
ン位置測定に誤差が生じるという問題があった。
【0006】本発明の目的は、ペリクル膜がたわんでい
ても正確にパターン位置を測定することができるパター
ン位置測定方法およびパターン位置測定装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図1および図2に対応付けて説明する。 (1)請求項1の発明は、パターン位置測定ビームBi
をペリクル膜2が設けられたマスクやレチクル等の基板
1に照射して、基板1上に形成されたパターンPの位置
を測定するパターン位置測定方法に適用され、ペリクル
膜2の表面形状を検出し、その検出値に基づいて基板1
上におけるビームBiの照射位置ずれ量ΔQを算出し、
測定されたパターン位置を照射位置ずれ量ΔQに基づい
て補正することにより上述の目的を達成する。 (2)請求項2の発明は、請求項1に記載のパターン位
置測定方法において、前記ビームBiの主光線Bmとペ
リクル膜表面の法線とのなす角度θに基づいて、照射位
置のずれ量ΔQを算出する。 (3)請求項3の発明は、請求項2に記載のパターン位
置測定方法において、ペリクル膜表面の各位置における
変位量を検出し、その検出値とビームのペリクル膜照射
位置とに基づいて角度θを算出する。 (4)請求項4の発明は、ペリクル膜2が設けられたマ
スクやレチクル等の基板1のパターン位置を測定するパ
ターン位置測定装置に適用され、ペリクル膜2の表面形
状を検出する検出手段4と、測定されたパターン位置を
検出手段4の検出値に基づいて補正するパターン位置補
正手段20とを備えて上述の目的を達成する。 (5)請求項5の発明は、請求項4に記載のパターン位
置測定装置において、検出手段4を、ペリクル膜2の表
面位置を検出する超音波センサ,光学式変位センサ,静
電容量型変位センサまたは磁気変位センサ等の位置検出
センサとした。
【0008】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図4を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図1は本発明によるパター
ン位置測定装置の一実施の形態を示す図である。図1に
おいて、4はペリクル膜2(不図示、図2参照)の高さ
を測定するたわみ測定装置であり、超音波変位センサ,
光学式変位センサ,静電容量型変位センサ,磁気変位セ
ンサ等の非接触センサが用いられる。20は制御装置で
あり、レーザ干渉計,測定光学系11およびたわみ測定
装置4からの信号が入力されるとともにモータ7x,7
yを制御してステージ6をx,y方向に移動させる。ま
た、制御部20は、たわみ測定装置4によって測定され
た高さデータを記憶する記憶部、および高さデータに基
づいてペリクル膜面の傾きを算出したりパターン位置補
正等を行う演算部を備えている。その他の構成は図6の
装置と同様であり説明を省略する。なお、図1ではペリ
クル膜2を省略して示したが、図2に示すようにマスク
1にはペリクル膜2がペリクル枠3を介して取り付けら
れている。
【0010】図2(a)はペリクル膜2が設けられたマ
スク1の断面図、図2(b)はペリクル膜2上の主光線
Bmの入射点近傍の部分拡大図であり、これらの図を用
いてペリクル膜2によって生じる誤差について説明す
る。なお、図1ではペリクル枠3は四角形状であるが、
ここでは、ペリクル枠3を直径Lの円筒枠として誤差を
算出する。なお、ペリクル膜2は非常に薄く軟らかいた
め、たわみ形状はシャボン玉と同じように球形の一部を
なしていると考えてよい。図2(a)のように主光線B
mがペリクル膜2の中心軸30から距離xの位置に入射
した場合を考えると、主光線Bmとペリクル膜面の法線
とのなす角度θは次式(1)で近似することができる。
【数1】 ここで、dはペリクル膜2の中心部のたわみ量であり、
dがペリクル枠3の直径Lに比べて十分に小さいのでs
inθ≒θと近似した。ペリクル膜2の厚さをt、ペリ
クル膜2の収束光Biに対する屈折率をnpとすれば、
主光線Bmの位置ずれ量ΔQは次式(2)で与えられ
る。
【数2】 なお、図2のように上に凸状にたわんだ場合には主光線
Bmは中心軸30方向へ屈折されるので、式(2)では
ΔQがマイナスとなるように符号を選んだ。
【0011】例えば、L=100mm,t=2μm,n
p=1.5,d=100μmの場合には、x=40mm
の位置ではΔQ=−2.1nmとなる。すなわち、パタ
ーン位置測定時にこれだけの測定誤差が生じ、必要とさ
れる測定精度に対して無視できない値であることが分か
る。なお、式(1),(2)の導出では円筒形のペリク
ル枠3を仮定したが、四角形状のペリクル枠であっても
同程度の位置ずれが生じる。
【0012】そこで、本発明によるパターン位置測定装
置では、たわみ測定装置4によってペリクル膜2の表面
形状を検出し、その検出データに基づいて主光線Bmに
対する面の傾きθを算出し、その算出データを用いて位
置ずれ量ΔQを求めてパターン位置を補正している。図
3は図1の装置を用いたパターン位置補正手順の一例を
示す図であり、この図を参照しながら補正手順を説明す
る。
【0013】ステップS1では、ステージ6をx,y方
向に一定間隔s毎にステップ移動させ、碁盤目状の各交
点(xi,yj)に関してたわみ測定装置4によりペリク
ル膜2の高さを計測する(図4参照)。各測定結果は二
次元配列のデータH(xi,yj)として制御装置20の
記憶部に記憶される。
【0014】ステップS2では、データH(xi,yj)
に基づいて座標(xi,yj)におけるペリクル膜面のx
方向,y方向の傾きθx(xi,yj),θy(xi,yj)
を次式(3),(4)によりそれぞれ算出する。
【数3】 このとき、θx(xi,yj),θy(xi,yj)は離散的
な座標(xi,yj)に対するものしか得られないが、測
定点の間隔sをペリクル枠3の大きさ(例えば、円形状
であれば直径Lの大きさ)に比べて十分小さくとれば、
座標(xi,yj)の近傍のペリクル膜面の傾きは上述し
たθx(xi,yj),θy(xi,yj)で代用することが
できる。ここでは、座標(x,y)が
【数4】−s/2≦x−xi<s/2 …(5) −s/2≦y−yi<s/2 …(6) であるときには、ペリクル膜面の傾きをθx(xi,y
j),θy(xi,yj)とみなす。
【0015】ステップS3では、ステージ6をxおよび
y方向に移動させながら、ステージ6の位置をレーザ干
渉計7により測定しつつパターンPを計測光学系11で
検出することによってパターン位置を測定する。マスク
3の全面にわたってパターン位置を測定したならば、ス
テップS4へ進んでパターンPの位置補正を行う。位置
補正の方法としては、測定されたパターン位置(x,
y)におけるペリクル膜2の面の傾きθx(xi,y
j),θy(xi,yj)を用いて、次式(7),(8)に
よりx方向およびy方向の位置ずれΔQx,ΔQyを算出
する。
【数5】 補正後のパターン位置(xc,yc)は、
【数6】 (xc,yc)=(x+ΔQx,y+ΔQy) …(9) と計算される。この補正をマスク全面にわたって行うこ
とにより、補正されたより正確なパターン位置が求めら
れる。
【0016】なお、測定されたペリクル膜2の高さH
(xi,yj)から面の傾きθx(x,y),θy(x,
y)を算出する方法としては、上述した方法の他に次の
ようにしても良い。二次元配列H(xi,yj)から最小
二乗法等によって面の近似式f(x,y)を求め、ペリ
クル膜面のx,y方向の傾きθx(x,y),θy(x,
y)を次式(10),(11)で計算する。
【数7】
【0017】上述したパターン位置補正方法はペリクル
枠3の形状にかかわらず適用することができる。また、
ペリクル膜2が上に凸状にたわんだ場合について説明し
たが、下に凸状にたわんだ場合も同様に適用できる。
【0018】上述した実施の形態と特許請求の範囲の要
素との対応において、たわみ測定装置4は検出手段を、
制御装置20はパターン位置補正手段をそれぞれ構成す
る。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ペリクル膜がたわんだ場合であっても、パターン位置測
定ビームの基板上における照射位置ずれ量を算出してパ
ターン位置を補正しているため、従来より正確にパター
ン位置を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるパターン位置測定装置の概略構成
図。
【図2】ペリクル膜2によるビームの照射位置ずれを説
明する図であり、(a)は基板の断面図、(b)はペリ
クル膜2のビーム入射点近傍の拡大図。
【図3】パターン位置補正の手順を示す図。
【図4】たわみ測定装置4によるペリクル膜2の高さ測
定を説明する断面図。
【図5】ペリクル膜2が設けられた基板1の断面図であ
り、(a)ペリクル膜2が変形していない場合を、
(b)は上に凸状にたわんだ場合をそれぞれ示す。
【図6】従来のパターン位置測定装置の概略構成図。
【符号の説明】
1 マスク 2 ペリクル膜 3 ペリクル枠 4 たわみ測定装置 5 ホルダ 6 ステージ 11 計測光学系 20 制御装置 Bi 収束光 Bm 主光線 P パターン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターン位置測定ビームをペリクル膜が
    設けられたマスクやレチクル等の基板に照射して、前記
    基板上に形成されたパターンの位置を測定するパターン
    位置測定方法において、 前記ペリクル膜の表面形状を検出し、その検出値に基づ
    いて前記基板上における前記ビームの照射位置ずれ量を
    算出し、測定されたパターン位置を前記照射位置ずれ量
    に基づいて補正することを特徴とするパターン位置測定
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のパターン位置測定方法
    において、 前記ビームの主光線とペリクル膜表面の法線とのなす角
    度に基づいて、前記照射位置のずれ量を算出することを
    特徴とするパターン位置測定方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のパターン位置測定方法
    において、 前記ペリクル膜表面の各位置における変位量を検出し、
    その検出値と前記ビームのペリクル膜照射位置とに基づ
    いて前記角度を算出することを特徴とするパターン位置
    測定方法。
  4. 【請求項4】 ペリクル膜が設けられたマスクやレチク
    ル等の基板のパターン位置を測定するパターン位置測定
    装置において、 前記ペリクル膜の表面形状を検出する検出手段と、 測定されたパターン位置を前記検出手段の検出値に基づ
    いて補正するパターン位置補正手段とを備えることを特
    徴とするパターン位置測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のパターン位置測定装置
    において、 前記検出手段を、前記ペリクル膜の表面位置を検出する
    超音波センサ,光学式変位センサ,静電容量型変位セン
    サまたは磁気変位センサ等の位置検出センサとしたこと
    を特徴とするパターン位置測定装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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