JPH05256621A - パターン位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴミ等の異物付着による試料の異常な姿勢状
態に起因した測定誤差を排除可能なパターン位置測定装
置を提供する。 【構成】 表面に所定のパターンが形成された試料を載
置し、略水平面を移動可能なステージ５と；前記試料表
面の複数の位置で、前記試料表面の前記水平面からの高
さを検出する高さ検出手段１１と；前記高さ検出手段に
より検出された高さと予め設定されている基準の高さと
の差が、所定の許容範囲内か否かを判断する比較手段１
２とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造用ある
いは液晶デバイス製造用露光装置等で用いるマスク、レ
チクルあるいはウエハ等の試料に形成されたパターンの
位置を検出するパターン位置測定装置に関し、特に試料
の異常な姿勢状態に起因した測定誤差を低減するための
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置等では、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
ーンをウエハ上に焼付けて転写し半導体回路を形成す
る。このようなマスク、レチクルあるいはウエハは製造
後そのパターン形成精度等を検査するためにパターン位
置測定装置によりパターン位置（座標）が測定される。

【０００３】図６はこのようなパターン位置測定装置の
試料支持部の構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図、（ｃ）は試料支持状態の説明図である。マスクあ
るいはレチクル等の測定すべき試料１は、ホルダ２上に
設けられた４ヵ所の吸着突起３上に搭載される。各吸着
突起３の上面（吸着面）には図示しない真空装置に連結
された吸着ポート４が形成され、試料１の４隅を真空吸
着して固定保持する。この場合、試料１は（ｃ）図に示
すように、両端単純支持梁の状態となり、重力により中
央部が下がり撓んだ状態となる。通常はこのような一定
の湾曲撓み状態でパターン位置測定が行なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記パ
ターン位置測定装置の構成において、試料１と吸着突起
３との間にゴミ等の異物や傷等が介在すると、図７に示
すように、試料１はａで示す正常な撓み状態（基準姿
勢）からｂで示す捩れが加わった撓み状態に姿勢が変化
する。このため測定すべきパターン（×印で示す）間の
距離が、本来ＬａであるべきところがＬｂに変化し測定
値に誤差を生ずる。この結果、正常試料を欠陥品と判別
したり逆に欠陥試料を正常品と判別する等測定結果の信
頼性を低下させていた。

【０００５】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、試料支持部のゴミ等の異物付着による
試料の異常な姿勢状態に起因した測定誤差を低減可能な
パターン位置測定装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るパターン位置測定装置は：表面に所定
のパターンが形成された試料を載置し、略水平面を移動
可能なステージと；前記試料表面の複数の位置で、前記
試料表面の前記水平面からの高さを検出する高さ検出手
段と；前記高さ検出手段により検出された高さと予め設
定されている基準の高さとの差が、所定の許容範囲内か
否かを判断する比較手段とを具備している。

【０００７】

【作用】試料表面の複数の位置で所定の水平面からの高
さを計測し、この計測値が基準となる正常試料の高さと
比較され、その差が許容範囲を越えていれば、試料のセ
ッティング状態が異常と判断する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の実施例に係るパターン位置測
定装置の構成図である。測定すべきパターンが形成され
た試料（図示しない）は、前述のようにホルダ２の吸着
突起３上に真空吸着され固定保持される。このホルダ２
は水平面内でＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ５上に
固定して搭載される。ＸＹステージ５は、Ｘ方向駆動モ
ータおよびＹ方向駆動モータを含むＸＹ駆動装置６によ
りＸＹ各方向に移動され、試料を指定された座標位置に
移動させる。このＸＹ駆動装置６はＣＰＵ７により駆動
制御される。このＸＹステージ５に搭載されたホルダ２
の上方には対物レンズ９を含む焦点検出用光学系８が配
設される。この焦点検出用光学系８は、後述のように、
試料表面の複数点について、ＸＹ平面からの高さを検出
するためのものであり、ＣＰＵ７により駆動制御され
る。対物レンズ９は、ＸＹ平面に垂直なＺ方向のＺ駆動
装置１０により上下に移動可能であり、これにより試料
に照射する光束の焦点位置を変化させる。Ｚ駆動装置１
０には高さ検出器１１が接続され、Ｚ駆動装置１０の移
動量を検出して試料表面の高さを検出する。高さ検出器
１１は比較判別回路１２に接続され、測定した試料表面
の高さが所定の基準値と比較される。比較判別回路１２
はＣＰＵ７に接続され、ＣＰＵ７は比較判別回路１２の
出力に応じて試料の姿勢状態を判別し異常であればアラ
ーム等を発する。

【０００９】上記構成のパターン位置測定装置の試料セ
ッティングシーケンスについて、図２のフローチャート
を用いて説明する。まず、測定すべき試料をホルダ上に
搭載し前述のように真空吸着により固定保持する（ステ
ップ１３）。次に、焦点検出用光学系８を用いてセット
された試料の３次元姿勢（ＸＹ平面からの試料表面の高
さ）を測定する（ステップ１４）。このとき、測定点
は、図５の＋印に示すように、試料１の全面にわたって
ＸＹ各方向に対しそれぞれピッチＰｘ、Ｐｙで均一に測
定するように指示する。４点支持のホルダの場合、４ヵ
所の支持点（吸着突起３）付近を測定すれば、支持点へ
の異物付着による試料の姿勢変化は検出可能である。し
かしながら、試料全面を均一に測定すれば全体の形状を
３次元グラフィックで観察可能となり、全体の形状から
支持部の異常を容易に確実に検出できるため、図５のよ
うに測定点を試料全面均一に分布させることが望まし
い。また、試料によっては４点支持のホルダを使用でき
ない場合もあるため、試料全面を均一に測定して全体の
形状から異常部を検出することが望ましい。

【００１０】各測定点で焦点検出用光学系８によりフォ
ーカシングを行ない、この焦点距離をＺ駆動装置１０の
移動量から高さ検出器１１で読取り、各測定点の高さの
測定値とする。次に、測定した各値に対し、基準姿勢時
の値と比較しその差を求める（ステップ１５）。この場
合、基準値となる基準姿勢時の高さは、試料のセッティ
ングと高さ測定を多数回繰り返し、統計的に求める。ま
たは、ホルダの吸着突起部および試料下面を完全にクリ
ーニングした状態で試料をセッティングし、このときの
高さを測定しこれを基準値としてもよい。このような基
準値は前述の全ての測定点に対応して予め計測されＣＰ
Ｕ７内に保存されている。各測定値は、比較判別回路１
２により、各測定値と同じ測定点での基準値との間で減
算処理を行なうことにより、基準値との差が算出され
る。

【００１１】次に、この算出結果が所定のセッティング
時の許容範囲内か否かが判別される（ステップ１６）。
この場合、許容範囲は、試料の種類、サイズ、厚さおよ
び要求される座標測定精度により異なる。この許容範囲
を決定するには、測定値と基準値との差と座標測定精度
との関係を統計的に求めておき、この関係に基づいて決
定される。具体的には、試料をセッティングし、そのと
きの高さを測定しさらに座標を測定して高さに対応した
座標精度を求め、これを多数回繰り返すことにより、基
準値と測定値との間の差と座標測定精度との関係を求め
る。これにより必要とする座標測定精度に対応した測定
値と基準値との差が定まる。このようにして定めた結果
に適当なマージンを加えて許容範囲とする。

【００１２】判別ステップ１６で、測定値と基準値との
差が許容範囲内であれば、試料は必要とする座標測定精
度を満足させる状態でホルダ上に搭載されているものと
判断して試料セッティングシーケンスを終了し、次のパ
ターン位置の測定工程のシーケンスに進む。一方、判別
ステップ１６で、測定値と基準値との差が許容範囲を越
えていれば、試料とその支持部（吸着突起３）との間に
異物が介在し試料の姿勢が変化しているものと判断し、
ＣＰＵ７は何等かのアラームを発してこの異常状態をオ
ペレータに知らせる。これにより、オペレータは試料と
ホルダとの間の接触部分をクリーニングしてゴミ等を除
去する（ステップ１７）。その後、試料を再びホルダ上
にセットし（ステップ１３）、以降のステップ１４〜１
６を繰り返す。２回目の判別ステップ１６で再び測定値
と基準値との差が許容範囲を越えている場合には、この
試料変形はゴミ等の付着が原因ではなく、試料自体が異
常変形しているものと判断し、欠陥試料として処理す
る。

【００１３】次に、上記実施例における焦点検出用光学
系８の構成およびその作用について、図３および図４を
用いて簡単に説明する。図３は自動焦点検出装置の構成
を示す。レーザ光源２１から出たレーザビームはビーム
エクスパンダ２２によってビーム径が拡大され、ビーム
スプリッタ２３を通過後、対物レンズ２４によって収束
され被測定物体である試料２５の表面上に収束結像す
る。このように試料を照射したレーザ光は試料表面で反
射または散乱し、この反射散乱光は、再び対物レンズ２
４を通り、ビームスプリッタ２３で反射され、集光レン
ズ２６でスポットに集光され再結像する。このスポット
位置（集光結像位置）にアパーチャ（またはピンホー
ル、スリット等）３２を設ける。このアパーチャ３２を
振動子２７によって光軸方向に振動させる。この振動す
るアパーチャ３２を通過する光信号を光電素子からなる
検知器２８によって電気信号に変換する。この電気信号
はプリアンプ２９を経て同期検波回路３０に入力され
る。振動子２７を駆動する信号は発振器３１から参照信
号として発生され、この参照信号は同期検波回路３０に
も入力される。試料面上にレーザ光の焦点が一致したと
き、振動アパーチャ３２のの振動中心が、レーザ光のス
ポットの再結像位置に合っていたとする。このときの同
期検波回路３０の出力はゼロボルトである。

【００１４】対物レンズ２４と試料２５との間の距離が
変化すると、図４に示したように焦点からのずれ量に応
じて、同期検波出力はＳカーブと呼ばれる特性を示す。
このＳカーブの中心部を用いて、試料表面の凹凸の量を
測定でき、表面形状を認識できる。対物レンズを光軸方
向に駆動するサーボ系を有する場合にはこれに同期検波
出力をフィードバックし、焦点からのずれ量をゼロにし
て、焦点合せを自動的に行なわせたり、また対物レンズ
の移動量を機械的に拡大して、その移動量から試料表面
の凹凸を検出することもできる。即ち、試料表面の高さ
を検出する場合には、サーボ機構（図１のＺ駆動装置１
０）等によりＳカーブの出力がゼロとなる位置に対物レ
ンズ（図１の９）を移動させ、この移動量を例えばエン
コーダを用いた高さ検出器１１で検出し所定の初期値か
らの高さ変化を算出する。なお、図４の破線のＳカーブ
は、アパーチャの中心位置が光軸とずれて光量が減少し
曲線の傾きが低下した状態を示す。

【００１５】なお、図１の構成において、比較判別回路
１２はＣＰＵ７内の回路として構成してもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、パターン位置を測定すべき試料をホルダ上にセット
したとき、パターン位置の測定を開始する前に試料の姿
勢を測定して正常な姿勢からの誤差を検出しこれに基づ
いて試料支持部のゴミや傷等の有無を判別し、ゴミ等が
有る場合にはこれを取除いてからパターン位置の測定を
開始するようにシーケンスを構成しているため、試料の
異常な姿勢状態に起因するパターン位置測定の誤差が低
減し、測定結果の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るパターン位置測定装置の構成図
である。

【図２】 本発明に係るパターン位置測定装置の試料セ
ッティングのシーケンスを示すフローチャートである。

【図３】 本発明の実施例で用いる自動焦点検出装置の
構成図である。

【図４】 図３の自動焦点検出装置で検出されるＳカー
ブの説明図である。

【図５】 測定すべき試料の高さ検出位置の説明図であ
る。

【図６】 ホルダ上に搭載された試料の撓み状態を説明
するための姿勢説明図である。

【図７】 異常な姿勢状態でパターン位置を測定した場
合の試料の測定誤差の説明図である。

【符号の説明】

１；試料、２；ホルダ、３；吸着突起、４；吸着ポー
ト、５；ＸＹステージ、６；ＸＹ駆動装置、７；ＣＰ
Ｕ、８；焦点検出用光学系、９；対物レンズ、１０；Ｚ
駆動装置、１１；高さ検出器、１２、比較判別回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に所定のパターンが形成された試料
   を載置し、略水平面を移動可能なステージと、 前記試料表面の複数の位置で、前記試料表面の前記水平
   面からの高さを検出する高さ検出手段と、 前記高さ検出手段により検出された高さと予め設定され
   ている基準の高さとの差が、所定の許容範囲内か否かを
   判断する比較手段と、を具備したことを特徴とするパタ
   ーン位置測定装置。