JPS6036902A - 固体表面上の座標決定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体の表面上の座標を、固体のこの表面１ｃ
対して特定の間隔をおいて配置される二次元の参照面に
よシ高精度で決定するための方法およびこのような方法
を実施するための装置に関する。

〔従来の技術） 固体の表面上の構造の寸法が正しいか否かの検査はます
ます困難になる。なぜならば、一方では検査すべき表面
の寸法がます１す大きくなり、他方ではこれらの表面上
の構造がますます高いλ′１輩度で検査されなければな
らないからである。たとえば半導体ウェー・・の表面上
の相続ぐ構造の検査の際には０．１　μｍ以上の精度が
要求される。・その際、これらの半導体ウェーッ・はた
とえば６“＝１５０圏の寸法を有する。

個々の座標の間の１０ｃｍ以上の距離にわたり０１８ｍ
の精度で固体の表面上の座標全測定することはレーザー
干渉による非前に高価な°測定機械”により可能である
。これらの”６（１１定機械”ｑよ非常に高価であシ，
また一般に特殊に形成された測定空間およびｔ１？別に
教育された専門家を必要とする。

ヨーロッパ特許出願Ｋ　Ｐ　６　５　４−　２　９　Ａ
　１から、高精度で固体の表面上の座標を光学的に測定
するだめのｊつの方法および装置は公知である。この場
合、１つの格子を設けられた参照物体が固体の検査すべ
き表面と一緒ＶＣ　１つのテーブルによシ１つのレーザ
ー干渉装置を越えてずらされる。参照物体の格子は平行
な線のほかには格子構造を有していなｌＡ。従って、こ
の参ｆ（６物体の格子は周期としての２つの線の間Ｃ・
こ間隔を；博する非常に簡単な円曲性を；１丁ずろ。レ
ーザービームはこの参照物体の格Ｔ−　、Ｊ：　ｒｃ　
、この参照物体のこの格子における回折の際ＶＣ　２つ
の部分ビームに分割されるように衝突する。次いで、こ
れらの画部分ビームの重なシが計画される。この公知の
装置の欠点は、固体の瑛任すべき表面の座標が絶対的に
指示され得な＾ことである。それどころか、固体の横置
すべき表面上のそれぞれ２つの点の間の間隔しか声示さ
れ得ない。この場合、固体の検査すべき表面上のそれぞ
れ２つの点の間のこのような間隔が、固体の検査すべき
表面が参照物体と一緒にずらされる際に、参照物体の格
子上のレーザービームの衝突範囲に対してずらされてい
る格子線の数が計算されなければならないことによって
しかめられ′４ないことも欠点である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、冒頭１ｃ記載した
種類の方法として、固体の表面上の座標が、固体のこの
表面が静止しており且つずらされない場合にもめられ得
る方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題点は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項
に記載の方法によシ解決される。本発明の実施態様およ
び利点は・特許請求の範囲第２項以下の各項、以下の説
明および添付の図面に示されている。

し作　用〕 平作な顕微・税装置を有する比較顕微鏡の公知の配置と
異なり、本発明による配置では２つの対物レンズが１つ
の同一の光軸を有するという事実から、温度ドリフトが
本質的に少なく、また機械的テーブル移動に課せられる
要求が本質的に少なくなる。

〔実施例〕

以１：、図面（Ｃ示されている実施例によｐ本発明τ一
層詳細に説明する。

第１図には、本発明による座標参照顕微鏡の一断面が示
されている。この実施例では、固体Ｍ（たとえば半導体
ウェー／・またはその照射のために必要とされるマスク
）の測定すべき表面に対して平行ｉｃ１つの座標測定格
子Ｋが存在する。この座標測定格子Ｋｌは、１つの同一
の光軸ＯＡ上でそれぞれ反対１１すから測定対象物（固
体Ｍ）および座標測定格子にの顕微鏡観察が同時に行な
われ得るように配置されている。

固体Ｍの表面の観察は１つの対物レンズＯＩＱ介して行
なわれる。座標測定格子Ｋ（１）観察１４１つの対物レ
ンズ０２を介して行なわれる。固体Ｍも座標測定格子に
も１つのテーブルＴの上に互いに特定の位置に取付けら
れている。このテーブルＴは１つのテーブルホルダーＴ
Ｈｆ＋？：対して直９　ｘ　ｙ座標系の２つの座標方向
（／Ｃ固体Ｍの表面ｆｃ対して平行に移動可能である。

１つのランプＬｌ内で発生はれる光は１つのレンズによ
り１つの半透過鏡Ｈ１と光軸ＤＡとの交点上に焦点を結
ばせられる。この交点でランプＬｌからの光は偏向させ
られ、光軸ＯＡに沿って対物レンズ０１を通過し、固体
Ｍの表面上り価欠点でこの表面の一部分を照射する。１
面体Ｍのこの部分への衝芙後にこの光の一部分・ｒよ光
軸０ＡＪＩ：沿って対物レンズ０１を通過して反射され
、偏向説Ｓ１で偏向させられる。光のこの反射および偏
向部分は１つの半透過ａＨの上に衝突し、そこで２つの
部分光線に分割される。これらの両部分光線の一方・は
１つの接眼レンズＯｋに到達する。これらの両部分光線
の他方は１つのテレビカメラＴＶによりとらえられる。

第２のう／）Ｌ２内で発生される光は同じく１つのレン
ズにより１つの半透過４Ｈ２と光軸ＯＡとの交点上に焦
点を結ばせられる。う／プＬ２から発生された光はこの
半透過鏡Ｈ２での反射後に光１１１１・ＤＡに沿って対
物レンズ０２を通過し、座標」ｌｌ定格子にの１つの範
囲を照射する。座標測定格子にの１つの範囲のこの照射
の際に光の一部分が光軸：１ＡＶＣ沿って反射され、そ
の際に１つの偏向４Ｓ　２上に到達する。この反射およ
び偏向光は同じく半透過、暁１（の上に衝突する。その
際にこの光の一部分も接眼レンズＯｋに到達する。この
光の他の部分は同じくテレビカメラＴＶによりとらえら
れる。

接１１１！レンズＯｋ内でもテレビカメラＴＶ内でも固
体Ｍの表面の１つの範囲からの結像と座標測定格子Ｋか
らの結像との１つの重なシが得られる。

対物レンズ０１および０２ばそれぞれ１つの同一の光軸
ＯＡを有するので、固体Ｍの表面の結像はれた範囲と座
標測定格子Ｋ（１）結像された範囲とはそれぞれ光＠Ｏ
Ａのまわシに直接に向かい合つそいる。

固体Ｍの表面の結像された範囲と座標測定格子にの結像
された範囲との、テレビカメラＴＶによりとらえられた
重なシは１つの像評価用電子回路Ｅのなかで評価され得
る。この評価の結果＋ｄ］つのモニタＭＱ上に可視的に
され得る。座標参照顕微鏡全体は１つの支えＳｌ、によ
シ保持される。

座標測定格子にの上に１つのスケールが位置していれば
、このスケールにより像評価用電子回路Ｅのなかで直接
にたとえば固体Ｍの表面上の２つの点の間の間隔がめら
れ得る。座標測定格子にの上に１つの絶対スケールが位
置していれば、この絶対スケールに関してたと！ば固体
Ｍの表面上の１固々の点の座標も指示され得る。マスク
および−それを介しての半導体ウェーッ１の調節のだめ
の研究から、５０μｍの観察領域内の線分の位置を自動
的に０．　］−Ｂｍ以内の分′ＴＭ能で測定し得る方法
は公・１、目である。このような方法がここに同じく採
用され１）Ｊ− 重子”Ａ　ｊｌＶｉ画によるマスクの製造のための研究
から、必安な精度を有する座標測定格子Ｋを製造しイ４
Ｉる方法は公知である。たとえばマスク描画装置に」；
り座標測定格子ＫＫ対して必要とされろこのような構、
潰がランクまたはプレキンガラス内に形成きれ得る。そ
の際にマスク描画装置によりこのような座標測定格子Ｋ
に、対する母対象物（マザーオブジェクト）が製作され
る。座標測定格子ＫＭこ対するこのような母対象物から
、次いで、たとえば７ンクロトロン照射によりコピーが
座標測定格子にとして＋ｈ成でれ得る。

第２図には、座標測定格子にの一実施例の原理が丁され
ている。第２図Ｖｃｔよ、２５μｍの”周期性１を巾す
る測定格子に対してＯＪ能な７腺分配置置の例が示され
ている。第２図による線分配置では、４０μｍの辺の長
さを有する１つの観察領域内で０．１　μｍよシも良好
な読出し精度が可能である。

このような座標測定格子Ｋが１５０　＋ｒａ＋の辺の長
さのガラス板上に被着され得る。この座標１ｔｌｌ定格
子にの線分Ｓの厚みは２μｍである□、 座標測定格子Ｋがステップ・アンド・リピート法で製作
されることは有利である。ゾノクロトロン照射りトグラ
フイはステップ−アンド・リピート法での本発明による
座標測定格子にの経済的な製作ｆ：可能にする。本発明
による座標測定格子には他のｊダ標測定装置により検査
され、その誤差を記録され得る。

本発明の応用ｖｉ第１９（ｚこよる実〃由例に限られて
いない。たとえば、本発明による参照ｍ＋ｊ定原理は電
子−光学的マスク描ｌＩ！ｉＩ表直にも応用ｉｉ］能で
あり、その際に従来のレーザー干渉テーブル制往ｊ葡有
第１」Ｋ置換することができよう。本発明による参照測
定原理は基本的にすべての種類のステップ・アンド・リ
ピート照射機械にも適している。固体たとえば半導体ウ
ェーハの背面にもマスク構造が有利に被着され得る。そ
れによって固体の表面での照射まだは他の加工過桿に対
する調節がＭ利シて実施され得る。

固体ＩＡの表面の加工の際に１つの同一の光線が、この
固体１１の表面を加工するためにも、この固体Ｍの表面
のｔ″＠Ｓ分範囲全範囲明による方法で結像するために
も用いられ得る。このようにして同一の像評洒用電子回
路先のなかで固体Ｍおよび参照面にの表面の結像を評価
する際、時間および費用が節減され得る。

たとえばテレビカメラＴＶのような検出器＋ｒｉたとえ
ば５０　ｆＪ　×５００の検出器要素を有し得る。

サブマイクロ・リトグラフィの応用の除ニは検出器要素
あたりの分解能はたとえば０１μｍである。

検出器は１つの次元内に／ことえば５００の検出器要素
を有するもの表すれば、１つの次元内の検出、惜の全労
ＪＡ能Ｖ′１０．１　ａｍ　Ｘ　５０　ｔＪ　＝　５０
　ｔｔｍである。この例では、直接に並び合って参照面
（座標測定格子Ｋ）上に位置する種々のマスクはたかだ
か５０μｍの間隔を有し得よう。テーブルＴを良好に案
内し得るために、参照面（座標」１］定格子Ｋ）上に粗
座標を二次元に配置することは骨利であり、その際に各
次元内で、直接に並ひ合って配置ｄされたそれぞれ２つ
の粗座標・ば１００μｍ２１の間１硝を有する。経済的
な移動テーブルＴが二次元の１．００μｍ粗座標スケー
ル用として市販されている。参ｊＫ面（座標測定格子Ｋ
）上の二次元１００μ？ｎ粗座標スケールにおいて、そ
れぞれ２つの相続く粗座標のなかζ（線分Ｓを、それら
が座標測定格子に上で各次元内で２５μｍの”周期性”
を有するｉうに、またそれらが同時にたとえばサブマイ
クロ・ｌ）　）グラフィの応用の際に０．１１ｔｍよシ
も良好な分解能を可能にするように配置することば有利
である。非周期的な粗座標はたとえば座標測定格子に上
の線分の長さまたは形状を相異なるものとすることによ
シ定められ得る。

第３図には、固体Ｍの表面上の１つの点の座標をめるた
めの本発明による方法の原理が示されている。第３図の
像、・またとえば、固体Ｍの表面および座標測定格子に
の結像がモニタＭＱのスフリーフ上で重ねられることに
より、モニタＭＱ上に得られる。線分Ｓまた。はＡによ
り座標測定格子に上の１つの参照点の絶対座標ＸＳ　、
　ｙｓが定められる。この参照点の座標ＸＳ、ｙ８をめ
るため、像評励用電子回路Ｅにより線分ＳまたはＡにお
いてそ／７．ぞれ各線分Ｓまた・・まＡの両辺の間の対
・亦平均イにかｒｌなわれる。信号対雑音比を改善する
ため、線分＋ＨＩＩ定ｔ・まそれぞれ線分８寸たけＡに
対して母面１０行なわれる。このようにして、それぞれ
線分中心のχおよびｙ　ｒ％標がめられる。この目的で
たとえば、テレビカメラＴＶにょシとらえられた像が線
分ＳまたはＡの辺に関して評１ｉ１１ｉされ得る。線分
中心の評１ｌＩＩ］Ｊま開平面内の神々の間［によって
も何なわれ得る。

座標測定格子に上の１つの参照点の絶対座標Ｘ　Ｂ　。

ｙｓ　から出発して、評価用電子回路・ＥＫより固体Ｍ
の表面上の１つの点の絶対座標ＸＦ、：ｉ’Ｆが、像軸
（光軸ＩＤ　Ａ　）　ＶＣ関して絶対座標ｘｓ、　ｙｓ
の参照点の相対座標ｉ、ｙがめられることと、この像軸
ＯＡＫ関してこの点（そのＮ！３対座標が指示されるべ
き点）の相対座標”＋　ｙ′がめられることとによって
められる。固体Ｍの表面上のこの点（その絶対座標がめ
られるべき点）は、たとえば１つのマークＲのそれぞれ
向かい合う辺の間かめられることによって定められ得る
。

対′吻しンズ０１，０２としては、標準的に３６倍の倍
率および０５の開口を有する入射対物レンズが用いられ
得る。

本発明（てよる参照σ１り定原理の実施の際、暗視野結
像も可能である。

テレビ像の電子式評価（てよシ線分ＳまたはＡの座標位
置をめるだめの１つの方法は米国特許第４２３８７１３
０号明細筈に記載されている。

参照面に上に格子線分Ｓは、これらが十分に長ぐかつ直
線状であり得るように、過度に密にではなく並び合って
いるべきである。さらに、これらの格子線分Ｓ＆ｉ、１
つの格子線分Ｓと他の格子線分ＳとがｊＭ度に近接して
いることによｐ格子線分Ｓの位置をめるのに支障が生じ
ないように、十分な間肯をおいて並び合っているべきで
ある。他方において、これらの格子線分Ｓは、結像評価
システムの各視野内で少なくとも１つの格子線分Ｓが認
められ得るように密に配置されているべきである。、視
野の大きさくはたとえば検出器要素（ピクセル）あたり
０１　μｍの所望の分解能によシ予め与えられている。

テレビカメラＴＶにおけるテレビ行の現在通常の間隔で
は、直接に隣合ってｑいに平行な直、端内（／こ延びる
２つのこのような格子線分Ｓの間の２５μｍ、／）間隔
が望ましい。

線分ＳＶよ一般にバー要素と呼ばれ得る。これらのバー
要素Ｉは、それらの辺の間の仮想的中心を高精度でめ得
るように、過度に広くてはならない。

他方にかいて、これらのバー安来ｗｉ袈造上の願出から
有限の幅を有する。これらの理由から、このようなバー
要素の現在通常の製作方法では、これらのバー要素に対
して２μｍＯ幅が望ましい。

参照面には直交格子の形態で互いに垂直に配置された直
線状のバー要素を有するべきである。これらのバー要素
が交差点で中断されることは望ましい。バー要素により
定められる直交格子はバー要素の間に直交格子領域を有
する。種々の直交格子領域の区別のために、このような
直交格子領域のなかに種々の補助マークＡが配置輸され
ることは望ましい。１００μｍの粗座標の間隔でＶよ、
補助マークＡも同じくＩＩＣ１０７ｚの間１褐で繰返す
ことが望ましい。直交格子領域内に配置されている補助
マークＡＶｉ直交格子領域内のスケーリングの決定を可
能にする。

結１家の評価の際に棟々の検出器要素の間に強度移行が
存在しているので、内挿により全分解能（は、隣合う検
出器要素の間の単なる間隔ＶＣ相当するものよりも良好
であシ得る。

本発明は二次元内の固体Ｍの表面上の座標の決定の際に
角度忠実度および直線性を可能（（する。

参照面Ｋによる二次元測定は省略され得、る。それと異
なシ、たとえばレーザー干渉計によシ案内されるテーブ
ルＴでは基準鏡の直交性および直線性７）較正にもかか
わらず二次元の測定の際にノ憂乱か生じ得る。なぜなら
ば、レーザー干渉計測定システムによるこのような二次
元の測定は２つの各次元内（υ６１す定の重ね付わせか
ら成っているからである。

【図面の簡単な説明】

！８１図は本発明）／ｃよる座標参照顕微鏡の一断面を
解削的に示す図、第２図・Ｊよ本発明による座標測定格
子の原理を示す図、第３図ｉｔ固体の表面上の１つの点
の座標を本発明によりめるだめの原理を７Ｊマす図であ
る。 Ａ・線分（補助マーク）、Ｈ，Ｈｌ、Ｈ２・・・半祷過
硯、工く・・座標測定格子、Ｍ・・固体ｉ　ＭＯ・・・
モニタ、０Δ・光軸、０１，０２・・・対物レンズ、０
ｋ・・・接眼レンズ、Ｓ・・・線分、Ｔ・・テーブル、
ＴＶ・・・テレビカメラ。 ＩＧ２ Ｆ１ＹＦ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固体（Ｍ）の表面上の座標を固体（Ｍ）のこの表面
   に対してｔ所定の間隔をおいて配置される二次元の参照
   面（Ｋ）により高精度で決定するための方、去において
   、参照面（Ｋ）上の、決定すべき韻律と向かい合う１つ
   の範囲が結像されることを特徴とする固体表面上の１１
   ６慎決定方法。 ２）固体（Ｍ）の表面上の、決定すべき座標が位１゛ａ
   する範囲も結１隊されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ：３）固体（Ｍ）の表面上の範囲の像訃よび参照面（Ｋ
   ）上の１象が単一の評価ユニット（Ｅ）内で処理される
   ことを特徴とする特許請求のｉ＃ｉ囲帆２１Ｊ１記載の
   方法。 １）ｉ峨１咄（ｏＡ）ＶＣＩＮしてｇ照面（Ｋ）上の１
   つの点の座標（”＋　ｙ　）がめられ、１だ像軸（ＯＡ
   ）に関して固体（１１）の表面上の１つの点の座標（ｘ
   ’、ｙ’）がめられ、また最後にそれから固体（Ｍ）の
   表面上の該点の座標（ｘＦ　１７Ｆ　）が絶対的に指が
   されることを特徴とする特許請求の範囲第３１１七載の
   方法。 ５）結像が入射光対物レンズ（０１，，０２）を介して
   行なわれることを特徴とする特許請求の範りｍ第２ノ頁
   ないし第４項のいずれかＰζｙｔ載の方法。 ６）結像光線路が１つの半透過鏡（Ｈ）を庁して集めら
   れることを特徴とする特許３青求の範囲第５項記載の方
   法。 ７）像が同時に観察されることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項記載の方、宍。 ８）固体（Ｍ）がその加工のために所定の仕方ですらさ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記；故の方
   法。 ９）像を取得するための電子式像取得ユニット（ＴＶ）
   とそれに接続されている像評価用電子回路（Ｅ）とを含
   んでいることを特徴とする固体表面上の座標の決定装置
   。 １０）　参照而（Ｋ）が固定的に固体（Ｍ）の背面上に
   配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第９項
   記載の装置。 月）参照而（ｌが互いに垂直に配置された直線状のバー
   要素（線分Ｓ）を有する（直交格子）ことを特徴とする
   特許請求の範囲第９項寸たｒｔ第第１項 １２）バー侠素（線分Ｓ）が交差点で中断されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の装置。 １３）１つの補助マーク（Ａ）が１つの直交格子区画内
   に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   １項または第１２項記載の装置。