JPS61233312A

JPS61233312A - パタ−ン位置測定装置

Info

Publication number: JPS61233312A
Application number: JP60073549A
Authority: JP
Inventors: Taro Ototake; 乙武　太朗; Tatsuki Ishizeki; 石関　達己
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1985-04-09
Publication date: 1986-10-17
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814484B2; US4730927A

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】〔発明の技術分野〕本発明はマスク、レチクル等の被測定試料に形成された
パターンの位置（座標）等を計測するパターン位置測定
装置に関し、詳しくは被測定試料の撓みによるーｊ定定
差差補正して正確な位置を測定するパターン位置測定装
置に関する。

〔発明の背景〕

第５図はマスク、レチクル等の被測定試料（以下、被測
定試料という）に形成された微小な原画パターンの（座
標）等を測定する従来のパターン位置測定装置における
被測定試料の支持方法を示す図である。被測定試料１は
ホルダ２に設けられた４ケ所の吸漕面６に真空吸着され
る。被測定試料１は吸着面６の平面度が良好であり、か
つ水平面内に置かれ友としても、吸着箇所が少ないので
、吸着箇所以外の位置では重力の影替により撓んでしま
う。例えば、第５図のようにして置かれた被測定試料１
のＸ方向における撓みは第６図に示すような両端単純支
持梁のモデルに近い状態になる。

この場合、被測定試料１の中立面５は材料力学における
ベルヌーイ・オイラーの仮定から変形前後で伸縮しない
が、被測定試料１のパターン１ｉ１６は縮むことになる
。従って、第５図に示したような支持方法は被測定試料
ｆ理想平面の状態に支持した場合に比べ、パターンの測
定位置（座標）に誤差を含むこ左になり間聴であつ次。

そこで、第７図に示すように被測定試料７の裏面全体を
ホルダ８の上面全体に接触させるとともに、吸着溝９を
介して真空吸着する方法が考えられる。しかし、ホルダ
８の上面を十分な平面度を有するように加工するのは非
常に難しく、真空吸着によって被測定試料７をホルダ８
に強制的に倣わせることは因難であり、被測定試料７の
中央部が凸になり易い。また、吸着面にダスト等が付着
している場合には、その位置で被測定試料７が凸になっ
てしまうという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、被測定試料
を理想平面の状態に支持して、被測定試料に形成された
パターンの位置を検出した場合と等価な位置音検出でき
るパターン位置測定装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

そこで本発明では、所定のパターンが表面に形成された
被測定試料を載置して、略水平面を移動可能なステージ
と、パターンのパターンエツジを検出するエツジ検出手
段と、複数のパターンエツジを検出したときの水平面に
おける各パターンエツジの位置音検出する位置検出手段
と、複数のパターンエツジを検出したときの位置におい
て水平面と被測定試料表面との間隔をそれぞれ検出する
間隔検出手段と、位置検出手段が検出した水平面におけ
るパターンエツジの位置に基づいて、複数のパターンエ
ツジ間の距離ケそれぞれ算出する距離算出手段と、間隔
検出手段の検出する間隔及び距離算出手段の算出する距
離に基づいて被測定試料表面の水平面に対する勾配全算
出する勾配算出手段と、算出した勾配に基づいて、位置
検出手段の検出したパターンエツジの位置から算出され
るパターンの位置を補正する補正手段とによってパター
ン位置測定装置を構成する。

〔実施、例〕

以下、本発明の一実施例？添付図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明に係るパターン座標（位置）測定装置の
斜視図である。Ｐｌｆ定の原画パターンが形成されたマ
スク、レチクル等の被測定材料１０のパターン像は対物
レンズ１１によって拡大され、光学系１２内の所定の位
置に再結像される。この光学系１２内にはレーザ光源が
設けられ、対物レンズ１１ｆ介して被測定材料１０上に
レーザスポットを投射する。一般にマスクやレチクルの
パターンは微小な凹凸のエツジを有するので、スポット
光を相対走査すると、エツジ部で散乱又は回折光が生じ
る。対物レンズ１１の周囲に設けられた４つの受光素子
５０ａ、５０ｂ、５１　ａ、５１　ｂは、その散乱光等
を受光するエツジ検出手段として機能する。このエツジ
検出の方式は詳しくは特公昭５６−２５９６４号公報に
開示されているので説明は省略する。また、光学系１２
は対物レンズ１１ＱＺ方向に上下動させることにより、
自動的に合焦できる焦点検出手段を備えている、この焦
点検出手段は例えば本願出願人の先の出願に係る実公昭
５７−４４３２５号公報記載の手段であり、間隔検出手
段として機能する。ここで、合焦位置の検出について簡
単に説明する。まず、被測定資料１０上に対物レンズ１
１を介して前述のレーザ光源からのレーザ光をスポット
状（又はスリット状）Ｋ結像させ、被測定材料１０から
の反射光を対物レンズ１１ｔ−介して再結像させるとと
もに、所定の合焦面を中心としてピンホール（又はスリ
ット）の位置を光軸方向く単振動させ、さらにピンホー
ル（又はスリット）の透過光を受光して得られた出力信
号を同期検波（同期整流）し、第２図に示すようなＳカ
ーブ（電圧）信号を得る。

Ｓカーブ信号は合焦位置ｄ、の前後の小区間でデフォー
カス量ｄと電圧値Ｖとが塩形性を示し、又合焦位置ｄ、
で電圧値Ｖ、が零となる特性を有しているので、Ｓカー
ブ信号に基づいて容易に合焦位置ｄ、に対する被測定材
料１０の２方向の高さ、すなわち被測定材料１０を載置
して２次元移動するＸＹステージ１５の理想的な移動水
平面と、被測定試料１０のパターン面との間隔を検出で
きることになる。なお、Ｓカーブ信号の波形上で合焦位
置ｄ。

における傾きαは焦点のずれと同期検波出力との感度α
（ｕｎ／ｖ　　）を表わしている。

被測定試料１０が載置されたＸＹステージ１５は図示し
ないモータによりＸＹ平面（水平ｍｌ）？二次元移動す
るようになっている。尚、ＸＹステージ１５は、該ステ
ージの形成するＸＹ移動平面（水平面）の理想水平面に
対する誤差が、被測定材料１０の撓みに比べて十分小さ
くなるように、高精度に製作されている。

干渉計システム１４はＸＹステージ１５の上面端部に固
定された移動鎖１６の反射面に測長用のレーザビームを
照射して、前述した受光素子５０ａ、５Ｑｂ、又は５１
ａ、５１ｂにヨッテパターンエッジが検出されたときの
ＸＹステージ１５の位置、すなわち被測定試料１０上で
のＸＹ平面における位１ｉｔ（座標値）ｆ検出し、該検
出した位置？示す位置信号を出力する。なお、パターン
エツジの位置はＸＹステージ１５の可動範囲内の所定位
Ｉｔ？原点としたときのＸＹ座標値として検出される。

主制御装置２０はパターン位置測定装置全体の制御を行
うとともに、以下に示す４つの機能を備えている。第１
の機能はＸＹステージを適宜に移動させ、光学系１２が
備える焦点検出手段により検出したＳカーブ信号と、受
光素子５０ａ、５０ｂ、５１＆、５１ｂからの検出信号
とに基づいて、移動平面と被測定試料１０のパターン面
との間隔（又は２方向の高さ位置）を検出する間隔検出
機能（手段）である。第２の機能は間隔検出機能により
パターン面の２方同の高さ位置を算出したときに、干渉
計システム１４が検出するｘｙ平面におけるパターンエ
ツジの位置に基づいて、複数のパターンエツジ間の距Ｘ
ｌｌ？それぞれ算出する距離算出機納（手段）である。

第５の機能は間隔検出機能により検出しｔ間隔（高さ位
置）及び距離算出機能により算出し九距離に基づいて、
該距離を算出するための測定点（エツジ位Ｉｔ）に挾ま
れたパターン面の勾配を算出する勾配算出機能（手段）
である。第４の機能は勾配算出機能により算出した勾配
に基づいて、干渉計システム１４が検出したハターンエ
ッジの位置から算出されるパターンの位に？勾配に応じ
た量だけ補正する補正機能（手段）である。

上記機能を備えた主制御装置２０の測定結果、被測定試
料１０の撓みによる測定誤差、補正され７ｔ　パターン
の位置などは表示部２１で表示される。

次に、本発明に係るパターン位置測定装置の全体の動作
について説明する。パターン位置を測定しようとする被
測定試料３０は第３図に示すように、点０を中心として
Ｘ方向に円弧状に撓んでいるものとする。まず、受光素
子ｓｏａ、ｓｏｂ。

５１ａ、５１ｂによるエツジ検出手段及び干渉計システ
ム１４によって、被測定試料５０上のパターンエツジ５
１ａと３２のｘｙ平面（水一平面）における位ｒＩｔ（
座標値）を検出する。これとともに光学系１２内の焦点
検出手段は、パターンエツジ５１ａ及び５２の位置にお
けるパターン面の２方向の高さ位置「合焦位＃　ｄｏか
らのずれ量）を検出する。

次に、ＸＹステージ１５が移動して、焦点検出手段は被
測定試料６０上の点′５１ｂからパターンエツジの位置
３１．ａ′ｆ！−通り、点５１ａまでの各点の高さ位置
をプロット（記憶）し、第４図に示す波形の電圧信号を
得るとともに、干渉計システム１４はプロットした各点
の座標位Ｉｔヲ検出する。

主制御装置２０はＳカーブ信号の感度α′に焦点検出手
段が点３１ｂ及び５１ｃｆプロツトしたときに得九高さ
位置に応じた電圧値を乗じて、点６１ｂ及び３１ｃにお
ける２方向の高さ、即ちステージ１５の移動平面とパタ
ーン面との間隔を検出するとともＫ、干渉計システム１
４が検出した点５１ｂと３１ｃの位置から点３１ｂと３
１ｃとの距離全算出し、該検出した間隔及び距離に基づ
いてパターンエツジの位置５１ａＫおける被測定試料３
０の勾配θ鴬を算出する。同様にしてパターンエツジの
位置３２Ｉ／ｃおける勾Ｉ０鵞も算出する。次いで、パ
ターンエツジの位置５１ａ及び５２における補正量ｔｅ
ｌ及Ｕ２ｔＩａｓＩＣｆＪニーだしｔは試料５０の厚み
）を算出し、干渉計システム１４が検出したパターンエ
ツジの位置の座標値を補正する。なお、補正量は被測定
試料３０が第３図のように変形しても、中立面３０′が
伸び縮みせず、中立面５０′が変形するととによる被測
定材料５０の寸法変化量が微小であるので無視でき、勾
配から直ちに求めることかできるのである。また、パタ
ーンエツジの位＠５１ｍと３２との間の距離は被測定試
料３０？理想平面の状態に置い友場合に比べて、２　ｔ
　（ａ　１−０２）の誤差ケ含んでいることになる。た
だし、勾配’１ｓＧは第６図に示すように被測定試料３
０の傾きが左上りのときは正、右上りのときは負とする
。この場合、パターンエツジの位置３１ａと６２との間
の距離は勾配の差０１−θ雪が正であれは短かく計測さ
れ、＃１−８．が負であれば長く計測されることになる
。また、被測定試料５０が水平面に対し傾いていても、
パターンエツジの位置！１１ａと６２との間の距離の誤
差（−２１（＃、−＃鵞）〕はキャンセルされることに
なる。

なお、上述したようにＸ方向の座標値を測定するときは
、被測定試料５０１ｋＸ方向に移動させて、被測定試料
５０のＸ方向の勾配を算出したが、Ｙ方向の座標値を測
定するときは被測定試料６０？Ｙ方向に移動させて、Ｙ
方向の勾配を算出すればよい。

また、本実施例では焦点検出手段が検出するＳカーブ信
号に基づいて被測定試料５０の勾配を算出したが、これ
に限るものではない。例えは、対物レンズ１１の上下動
量をエンコーダ、干渉計又はポテンショメータ等の手段
により読取れるようＫし、第６図で点５１ｂ及び５１Ｃ
で合焦全行なったときの対物レンズ１１の上下動量Δ２
と点３１ｂ点３１ｃ間のＸＹステージ１５の移動量ΔＸ
からパターンエツジの位置３１ａにおける勾配０！Δ２
／Δｘ１に算出してもよい。ただし、測定誤差を少なく
する次めにはｘｙステージ１５の移動量Δχをある程度
小さくする必要がある。ｔた、対物レンズ１１の上下ｗ
Ｊ量でなく、ｘｙステージ１５の上に２方向に上下動す
る２ステージを計け、この２ステージの上下動量を読取
るようにしてもよいＯまた、他の勾配検出方法として、対物レンズ１１を利用
して、光学系１２の内部にオートコリメータを構成し、
測定点での勾配を検出してもよい。

さらにエツジ検出手段としては、対物レンズ１１によっ
て結像されたパターンエツジのｇｌ、を、振動スリット
等を用いて走査する光！顕微鏡が使えることは言うまで
もない。

被測定試料の撓みは実施例に示し九円弧状のものに限ら
ず、どのような形に変形しても、パターンの位置を補正
できることは言うに及はない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被測定試料のパタ
ーン向の水平面に対する勾配を検出し、その勾配に基づ
いて、計測されたパターンの座標位置等ｔ−補正できる
ので、被測定試料の吸着面の歪み及び吸着面に付着した
ダストなどによシ、被測定試料がどのように撓んでいて
も、被測定訳料金理想平面の状態に置いたときと同じパ
ターンの位置計測ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るパターン座標測定装置の斜視図、
第２図は第１図の光学系圧より得られるＳカーブ信号の
波形図、第５図は被計測試料の撓みの一例を示す説明図
、第４図は光学系により得られる電圧信号の波形図、第
５図及び第７図は被測定試料の支持方法を示す説明図、
第６図は被測定試料の撓みの説明図である。１０　、　！１０・・・被測定試料、１１・・・対物レ
ンズ、１２・・・光学系、１５・・・移動鏡、１４・・
・干渉計システム、１５・・・ｘｙステージ、２０・・
・主制御装置、２１・・・表示部、５Ｑａ、ｂ、５１　
ａ％　ｂ・・・受光素子。代理人　弁理士　木　村　三　朗第５図　　　Ｎ６図 γ 第７図１゜事件の表示特願昭６０−７３５４９号２、発−の名称パターン位置測定装置３、補正をする者事件との関係　　特　許　出願人 ”翫Ａ　　（４１１）Ｅ１本光学工業株式会社４、代理
人７、補正の内容（１）明細書の特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。（２）明細書第７頁第１行の「出力信号を・・・」から
第２行の「・・・得る。」までを、「出力信号を単振動
の周波数で同期検波（同期整流）すると、第２図に示す
ようなＳカーブ（電圧）信号が得られる。」に訂正する
。（３）明細書第７頁第１６行の「災わしている。」を、
「艮わしている。尚、感度αけ試料の反射強度の変化に
依存しないように補正されている。」に訂正する。（４）明細書第１０頁第３行〜第４行の「いるものとす
る。」を、「いる場合を例にとって説明する。」に訂正
する。（５）明細書第１０頁第８行の「これとともに・・・」
から第１２行の「・・・する。」までを削除する。（６）明細書第１０頁第１３行〜第１４行の「焦点検出
手段は被測定試料３０上の点３１ｂから」を。「焦点検出手段ｈａ測定試料３０上のパターンエツジの
位１ｔ３１ａの近傍で合焦を行なった後１点方弐ｎ３１ｂから」に訂正する・（７）明細書第１０頁第１９行の「感度ｄ」を、「感度
α」に訂正する。（８）明細書第１１頁第１８行の「また、」を削除する
。（９）明細書第１２頁第８行の「パターンエツジ・・・
」から第９行の「・・（＋ｔ（θｌ−θの〕」　までを
、「誤差は０１とθ、の差から演算されるので、傾き」
に訂正する。別紙特許請求の範囲所定のパターンが表面に形成された被測定試料を載置し
て、略水平面を移動可能なステージと、前記パターンの
パターンエツジを検出するエツジ検出手段と、該エツジ
検出手段が複数のパターンエツジを検出したときの水平
面における各パターンエツジの位置を検出する位置検出
手段とを備え、水平面における前記パターンや位置を測
定するパターン位置測定装置において、前記エツジ検出
手段が前記パターンの複数のパターンエッジを検出した
ときの位置において前記水平面と前記被測定試料表面と
の間隔をそれぞれ検出する間隔検出手段と、前記位置検
出手段が検出した水平面におけるパターンエツジの位置
に基づいて、前記複数のパターンエツジ間の距離をそれ
ぞれ算出する距離算出手段と、前記間隔算出手段が算出
する間隔及び距離算出手段が算出する距離に基づいて、
該距離を算出したパターンエツジに挾まれた被測定試料
表面の水平面に対する勾配を算出する勾配算出手段と、
該算出した勾配に基づいて、前記測定したパターンの位
置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするパタ
ーン位置測定装置。

Claims

【特許請求の範囲】所定のパターンが表面に形成された被測定試料を載置し
て、略水平面を移動可能なステージと、前記パターンの
パターンエッジを検出するエッジ検出手段と、該エッジ
検出手段が複数のパターンエッジを検出したときの水平
面における各パターンエッジの位置を検出する位置検出
手段とを備え、水平面における前記パターンの位置を測
定するパターン位置測定装置において、前記エッジ検出
手段が前記パターンの複数のパターンエッジを検出した
ときの位置において前記水平面と前記被測定試料表面との間隔をそれぞれ検出する間隔検出手
段と、前記位置検出手段が検出した水平面におけるパタ
ーンエッジの位置に基づいて、前記複数のパターンエッ
ジ間の距離をそれぞれ算出する距離算出手段と、前記間
隔算出手段が算出する間隔及び距離算出手段が算出する
距離に基づいて、該距離を算出したパターンエッジに挾
まれた被測定試料表面の水平面に対する勾配を算出する
勾配算出手段と、該算出した勾配に基づいて、前記測定
したパターンの位置を補正する補正手段とを備えたこと
を特徴とするパターン位置検出装置。