JPH05346306A - パターン位置測定装置 - Google Patents
パターン位置測定装置Info
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- JPH05346306A JPH05346306A JP4153996A JP15399692A JPH05346306A JP H05346306 A JPH05346306 A JP H05346306A JP 4153996 A JP4153996 A JP 4153996A JP 15399692 A JP15399692 A JP 15399692A JP H05346306 A JPH05346306 A JP H05346306A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 パターン位置の撓み補正を行う際に、試料表
面の撓み形状を正確に検出できるパターン位置測定装置
を提供する。 【構成】 基板上面にパターンが形成された試料１０表
面の高さを所定の間隔で測定する高さ測定手段１１、１
２、２０と、高さ測定点が基板上面かパターン上面かを
判別する試料表面判別手段１１、１２、２０と、試料表
面判別手段の出力に基づいて、測定した試料表面の高さ
を補正する高さ補正手段２０と、補正した試料表面の高
さから試料表面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段
２０と、検出した撓み形状からパターンの位置における
試料表面の勾配を算出する勾配算出手段２０と、算出さ
れた勾配に基づいてパターンの位置を補正するパターン
位置補正手段２０とを有する。
面の撓み形状を正確に検出できるパターン位置測定装置
を提供する。 【構成】 基板上面にパターンが形成された試料１０表
面の高さを所定の間隔で測定する高さ測定手段１１、１
２、２０と、高さ測定点が基板上面かパターン上面かを
判別する試料表面判別手段１１、１２、２０と、試料表
面判別手段の出力に基づいて、測定した試料表面の高さ
を補正する高さ補正手段２０と、補正した試料表面の高
さから試料表面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段
２０と、検出した撓み形状からパターンの位置における
試料表面の勾配を算出する勾配算出手段２０と、算出さ
れた勾配に基づいてパターンの位置を補正するパターン
位置補正手段２０とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マスク、レチクル等の
試料の基板上面に形成されたパターンの位置を測定する
パターン位置測定装置に係り、特にパターン測定位置の
撓み補正に関するものである。
試料の基板上面に形成されたパターンの位置を測定する
パターン位置測定装置に係り、特にパターン測定位置の
撓み補正に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、ステージ上に載置されたマスク、レ
チクル等の試料表面のパターンの位置を測定するに際
し、試料の撓みによるパターンの位置の測定誤差を補正
することが行われていた。例えば、特開平４−６５６１
９号に開示されているパターン位置測定装置では、ステ
ージ上に載置された試料表面の高さを所定の間隔で測定
し、この測定した試料表面の高さから試料表面の撓み形
状を予め検出しておき、パターンのエッジの位置におけ
る試料表面の勾配を先に検出しておいた撓み形状から求
め、該勾配に基づいて補正量を算出して、パターンの位
置を撓みのない状態に補正していた。
チクル等の試料表面のパターンの位置を測定するに際
し、試料の撓みによるパターンの位置の測定誤差を補正
することが行われていた。例えば、特開平４−６５６１
９号に開示されているパターン位置測定装置では、ステ
ージ上に載置された試料表面の高さを所定の間隔で測定
し、この測定した試料表面の高さから試料表面の撓み形
状を予め検出しておき、パターンのエッジの位置におけ
る試料表面の勾配を先に検出しておいた撓み形状から求
め、該勾配に基づいて補正量を算出して、パターンの位
置を撓みのない状態に補正していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、試料表面の高さを測定する際に、基板上面
とパターン上面との区別なく試料表面の高さの測定して
いたので、測定した試料表面の高さから検出した試料表
面の撓み形状には、パターンの厚さ分の誤差が含まれて
しまい、試料表面の正確な撓み形状が検出できないとい
う問題点があった。
においては、試料表面の高さを測定する際に、基板上面
とパターン上面との区別なく試料表面の高さの測定して
いたので、測定した試料表面の高さから検出した試料表
面の撓み形状には、パターンの厚さ分の誤差が含まれて
しまい、試料表面の正確な撓み形状が検出できないとい
う問題点があった。
【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、試料表面の撓み形状を正確に検出でき
るパターン位置測定装置を提供することを目的とする。
なされたもので、試料表面の撓み形状を正確に検出でき
るパターン位置測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為
に、基板上面に所定の厚さの精密パターンが形成された
試料をステージ上に載置し、前記パターンのエッジを検
出して前記パターンの位置を求める本発明のパターン位
置測定装置は、前記試料表面の高さを所定の間隔で測定
する高さ測定手段１１、１２、２０と、前記高さ測定点
が前記基板上面か前記パターン上面かを判別する試料表
面判別手段１１、１２、２０と、前記試料表面判別手段
の出力に基づいて、前記高さ測定手段で測定した前記試
料表面の高さを補正する高さ補正手段２０と、前記高さ
補正手段で補正した前記試料表面の高さから前記試料表
面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段２０と、前記
撓み形状検出手段で検出した撓み形状から前記パターン
のエッジの位置における前記試料表面の勾配を算出する
勾配算出手段２０と、前記勾配算出手段の出力に基づい
て前記パターンの位置を補正するパターン位置補正手段
２０とを有する。
に、基板上面に所定の厚さの精密パターンが形成された
試料をステージ上に載置し、前記パターンのエッジを検
出して前記パターンの位置を求める本発明のパターン位
置測定装置は、前記試料表面の高さを所定の間隔で測定
する高さ測定手段１１、１２、２０と、前記高さ測定点
が前記基板上面か前記パターン上面かを判別する試料表
面判別手段１１、１２、２０と、前記試料表面判別手段
の出力に基づいて、前記高さ測定手段で測定した前記試
料表面の高さを補正する高さ補正手段２０と、前記高さ
補正手段で補正した前記試料表面の高さから前記試料表
面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段２０と、前記
撓み形状検出手段で検出した撓み形状から前記パターン
のエッジの位置における前記試料表面の勾配を算出する
勾配算出手段２０と、前記勾配算出手段の出力に基づい
て前記パターンの位置を補正するパターン位置補正手段
２０とを有する。
【０００６】
【作用】本発明においては、所定の間隔で試料表面の高
さを測定したときに、高さ測定点が基板上面かパターン
上面かを判別し、この判別結果により測定した前記試料
表面の高さをパターンの厚さに基づいて補正して、該補
正した試料表面の高さから試料表面の撓み形状を検出す
るので、パターンの厚さ分の誤差が含まれず、正確に試
料表面の撓み形状を検出することができる。
さを測定したときに、高さ測定点が基板上面かパターン
上面かを判別し、この判別結果により測定した前記試料
表面の高さをパターンの厚さに基づいて補正して、該補
正した試料表面の高さから試料表面の撓み形状を検出す
るので、パターンの厚さ分の誤差が含まれず、正確に試
料表面の撓み形状を検出することができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例のパターン位置
測定装置の斜視図である。所定の精密パターンが形成さ
れた試料１０はＸＹステージ１５上に載置され、そのパ
ターン像は対物レンズ１１によって拡大され、光学装置
１２内の所定の位置に結像される。この光学装置１２内
にはレーザ光源が設けられ、対物レンズ１１を介して試
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少な凹凸のエッジを有するの
で、スポット光を相対走査すると、エッジ部で散乱光ま
たは回折光が生じる。対物レンズ１１の周囲に設けられ
た４つの受光素子５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂは、
その散乱光などを受光するエッジ検出手段として機能す
る。このエッジ検出の方式は詳しくは特公昭５６−２５
９６４号に開示されているので説明は省略する。また、
光学装置１２は対物レンズ１１をＺ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（オート
フォーカス）を備えている。この焦点検出手段には例え
ば実公昭５７−４４３２５号に記載の手段を用いること
ができ、試料１０表面の高さも検出することができる。
ここで、焦点検出手段における合焦位置の検出について
簡単に説明する。まず試料１０上に対物レンズ１１を介
して前述のレーザ光をスポット状（又はスリット状）に
結像させ、試料１０からの反射光を対物レンズ１１を介
して再結像させる。対物レンズ１１を数ミクロン上下動
させると共に、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（Ｚ方向）に単振動
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単振動の周波数で同期検波
（同期整流）する。その結果、図３に示すようなＺ方向
の位置に対する電圧値がＳ字状に変化するＳ字カーブが
得られる。
細に説明する。図１は本発明の一実施例のパターン位置
測定装置の斜視図である。所定の精密パターンが形成さ
れた試料１０はＸＹステージ１５上に載置され、そのパ
ターン像は対物レンズ１１によって拡大され、光学装置
１２内の所定の位置に結像される。この光学装置１２内
にはレーザ光源が設けられ、対物レンズ１１を介して試
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少な凹凸のエッジを有するの
で、スポット光を相対走査すると、エッジ部で散乱光ま
たは回折光が生じる。対物レンズ１１の周囲に設けられ
た４つの受光素子５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂは、
その散乱光などを受光するエッジ検出手段として機能す
る。このエッジ検出の方式は詳しくは特公昭５６−２５
９６４号に開示されているので説明は省略する。また、
光学装置１２は対物レンズ１１をＺ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（オート
フォーカス）を備えている。この焦点検出手段には例え
ば実公昭５７−４４３２５号に記載の手段を用いること
ができ、試料１０表面の高さも検出することができる。
ここで、焦点検出手段における合焦位置の検出について
簡単に説明する。まず試料１０上に対物レンズ１１を介
して前述のレーザ光をスポット状（又はスリット状）に
結像させ、試料１０からの反射光を対物レンズ１１を介
して再結像させる。対物レンズ１１を数ミクロン上下動
させると共に、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（Ｚ方向）に単振動
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単振動の周波数で同期検波
（同期整流）する。その結果、図３に示すようなＺ方向
の位置に対する電圧値がＳ字状に変化するＳ字カーブが
得られる。
【０００８】このＳ字カーブ信号は合焦位置ｄ0 の前後
の小区間でデフォーカス量ｄと電圧値Ｖとが線形性を有
し、また合焦位置ｄ0 で電圧値Ｖが零となる特性を有し
ているので、Ｓ字カーブ信号に基づいて容易に合焦位置
ｄ0 に対する試料１０のＺ方向の高さ、すなわち試料１
０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、試料１０表面との間隔が検出できる。
の小区間でデフォーカス量ｄと電圧値Ｖとが線形性を有
し、また合焦位置ｄ0 で電圧値Ｖが零となる特性を有し
ているので、Ｓ字カーブ信号に基づいて容易に合焦位置
ｄ0 に対する試料１０のＺ方向の高さ、すなわち試料１
０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、試料１０表面との間隔が検出できる。
【０００９】また、Ｓ字カーブ信号は、試料１０表面の
反射率によってピーク〜ピークの電圧の大きさが異なる
特性を有している。試料１０はガラスの基板上面にクロ
ムのパターンが形成されたもので、基板上面に比べてパ
ターン上面の方が反射率が高く、ピーク〜ピークの電圧
は大きくなる。従ってピーク〜ピークの電圧の大きさか
ら試料１０上のの結像位置が基板上面かパターン上面か
を判別することができる。
反射率によってピーク〜ピークの電圧の大きさが異なる
特性を有している。試料１０はガラスの基板上面にクロ
ムのパターンが形成されたもので、基板上面に比べてパ
ターン上面の方が反射率が高く、ピーク〜ピークの電圧
は大きくなる。従ってピーク〜ピークの電圧の大きさか
ら試料１０上のの結像位置が基板上面かパターン上面か
を判別することができる。
【００１０】試料１０が載置されたＸＹステージ１５は
モータ等を有する駆動装置１５０によりＸＹ平面（基準
平面）を二次元移動する。Ｘ軸用及びＹ軸用の干渉計シ
ステム１４ａ、１４ｂはＸＹステージ１５の上面端部に
固定された移動鏡１３ａ、１３ｂの反射面に測長用のレ
ーザビームを照射して、ＸＹステージ１５の位置、すな
わち対物レンズ１１の光軸上にある試料１０表面のＸＹ
平面における位置（座標値）を検出し、該検出した座標
値を示す位置信号を主制御装置２０に入力される。
モータ等を有する駆動装置１５０によりＸＹ平面（基準
平面）を二次元移動する。Ｘ軸用及びＹ軸用の干渉計シ
ステム１４ａ、１４ｂはＸＹステージ１５の上面端部に
固定された移動鏡１３ａ、１３ｂの反射面に測長用のレ
ーザビームを照射して、ＸＹステージ１５の位置、すな
わち対物レンズ１１の光軸上にある試料１０表面のＸＹ
平面における位置（座標値）を検出し、該検出した座標
値を示す位置信号を主制御装置２０に入力される。
【００１１】主制御装置２０は、光学系１２の焦点検出
手段からの合焦状態に応じた信号と、Ｘ軸用及びＹ軸用
の干渉計システム１４ａ、１４ｂからの位置信号と、受
光素子５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂからのエッジ検
出信号とが入力され、駆動装置１５０、表示装置２１に
制御信号を出力する。そして、主制御装置２０は、以下
の６つの機能を備えている。
手段からの合焦状態に応じた信号と、Ｘ軸用及びＹ軸用
の干渉計システム１４ａ、１４ｂからの位置信号と、受
光素子５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂからのエッジ検
出信号とが入力され、駆動装置１５０、表示装置２１に
制御信号を出力する。そして、主制御装置２０は、以下
の６つの機能を備えている。
【００１２】第１の機能は、Ｘ軸用干渉計システム１４
ａおよびＹ軸用干渉計システム１４ｂからのＸ軸、Ｙ軸
それぞれの位置信号をモニタしつつ、駆動装置１５０に
制御信号を入力させてＸＹステージ１５を所定の間隔で
２次元的にステップ移動させ、ＸＹステージ１５の各停
止位置において、光学装置１２の焦点検出手段の出力信
号（オートフォーカス作動前の出力）を読み込み、合焦
位置ｄ0 （電圧値零）からのずれによって、光軸上にあ
る試料１０表面のＺ方向の高さを検出し、干渉計システ
ム１４ａ、１４ｂからの位置信号の示す座標値（この座
標値は、試料１０表面の対物レンズ１１の光軸上の位置
に対応している。）と共に記憶する、試料１０表面の高
さ検出機能である。
ａおよびＹ軸用干渉計システム１４ｂからのＸ軸、Ｙ軸
それぞれの位置信号をモニタしつつ、駆動装置１５０に
制御信号を入力させてＸＹステージ１５を所定の間隔で
２次元的にステップ移動させ、ＸＹステージ１５の各停
止位置において、光学装置１２の焦点検出手段の出力信
号（オートフォーカス作動前の出力）を読み込み、合焦
位置ｄ0 （電圧値零）からのずれによって、光軸上にあ
る試料１０表面のＺ方向の高さを検出し、干渉計システ
ム１４ａ、１４ｂからの位置信号の示す座標値（この座
標値は、試料１０表面の対物レンズ１１の光軸上の位置
に対応している。）と共に記憶する、試料１０表面の高
さ検出機能である。
【００１３】第２の機能は、前記各停止位置で光学装置
１２の対物レンズ１１を数ミクロン程度上下動させるこ
とによりＳ字カーブ信号を求め、各高さ測定点が基板上
面であるかパターン上面であるかを、各停止位置で求め
たＳ字カーブ信号のピーク〜ピークの電圧の大きさと予
め記憶しておいた閾値とを比較することにより判別す
る、試料表面判別機能である。
１２の対物レンズ１１を数ミクロン程度上下動させるこ
とによりＳ字カーブ信号を求め、各高さ測定点が基板上
面であるかパターン上面であるかを、各停止位置で求め
たＳ字カーブ信号のピーク〜ピークの電圧の大きさと予
め記憶しておいた閾値とを比較することにより判別す
る、試料表面判別機能である。
【００１４】第３の機能は、高さ測定点がパターン上面
と判別された場合には、第１の機能で測定した試料表面
の高さから予め記憶しておいたパターンの厚さｄ1 を減
算し、高さ測定点が基板上面と判別された場合には、第
１の機能で測定した高さを補正した試料表面の高さとす
る、高さ補正機能である。第４の機能は、第３の機能に
より補正した試料表面の高さと高さ測定点の座標値との
関係から、所定の間隔の間（高さ測定点間）を補完して
試料表面の撓み形状を検出し、ＸＹステージ１５の位置
と共に記憶する、撓み形状検出機能である。
と判別された場合には、第１の機能で測定した試料表面
の高さから予め記憶しておいたパターンの厚さｄ1 を減
算し、高さ測定点が基板上面と判別された場合には、第
１の機能で測定した高さを補正した試料表面の高さとす
る、高さ補正機能である。第４の機能は、第３の機能に
より補正した試料表面の高さと高さ測定点の座標値との
関係から、所定の間隔の間（高さ測定点間）を補完して
試料表面の撓み形状を検出し、ＸＹステージ１５の位置
と共に記憶する、撓み形状検出機能である。
【００１５】第５の機能は、第４の機能により検出した
試料表面の撓み形状から、パターンのエッジの位置にお
ける試料表面の勾配を算出する、勾配算出機能である。
第６の機能は、第５の機能により算出した勾配に基づい
て補正量を算出し、パターンのエッジの位置を補正す
る、パターン位置補正機能である。上記の如く構成され
た図１の実施例に係るパターン位置測定装置の動作を図
２に示した主制御装置２０のフローチャートと共に説明
する。
試料表面の撓み形状から、パターンのエッジの位置にお
ける試料表面の勾配を算出する、勾配算出機能である。
第６の機能は、第５の機能により算出した勾配に基づい
て補正量を算出し、パターンのエッジの位置を補正す
る、パターン位置補正機能である。上記の如く構成され
た図１の実施例に係るパターン位置測定装置の動作を図
２に示した主制御装置２０のフローチャートと共に説明
する。
【００１６】主制御装置２０は、不図示の入力装置から
の測定開始指令により、Ｘ軸用、Ｙ軸用それぞれの干渉
計システム１４ａ、１４ｂからの位置信号をモニターし
つつ、ＸＹステージ１５が初期位置にくるように、駆動
装置１５０に駆動指令を行う（ステップ１０１）。その
結果、図４に示した高さ測定点３１ａが光学装置１２の
対物レンズ１１の光軸上にくる。主制御装置２０は、光
学装置１２の焦点検出手段のオートフォーカスが働く前
の出力電圧を読み取ることにより、高さ測定点３１ａに
おける試料１０表面の高さを測定する（ステップ１０
２）。さらに光学装置１２の対物レンズ１１を数ミクロ
ン程度上下動させ、高さ測定点３１ａにおけるＳカーブ
信号を求める。このＳカーブ信号のピーク〜ピークの電
圧の大きさと予め定めておいた閾値とを比較し、高さ測
定点３１ａにおける試料１０表面が基板上面かパターン
上面かを判別する。高さ測定点３１ａにおける試料１０
表面がパターン上面と判別された場合には、測定した高
さからパターンの厚さｄ1 を減算して高さ補正を行う。
高さ測定点３１ａにおける試料表面が基板上面と判別さ
れた場合には高さ補正は行わず、測定した高さを補正後
の試料表面の高さとする（ステップ１０３）。主制御装
置２０は、高さ補正後の試料１０表面の高さを、このと
きに干渉計システム１４ａ、１４ｂの位置信号が示す座
標値と共に記憶する。
の測定開始指令により、Ｘ軸用、Ｙ軸用それぞれの干渉
計システム１４ａ、１４ｂからの位置信号をモニターし
つつ、ＸＹステージ１５が初期位置にくるように、駆動
装置１５０に駆動指令を行う（ステップ１０１）。その
結果、図４に示した高さ測定点３１ａが光学装置１２の
対物レンズ１１の光軸上にくる。主制御装置２０は、光
学装置１２の焦点検出手段のオートフォーカスが働く前
の出力電圧を読み取ることにより、高さ測定点３１ａに
おける試料１０表面の高さを測定する（ステップ１０
２）。さらに光学装置１２の対物レンズ１１を数ミクロ
ン程度上下動させ、高さ測定点３１ａにおけるＳカーブ
信号を求める。このＳカーブ信号のピーク〜ピークの電
圧の大きさと予め定めておいた閾値とを比較し、高さ測
定点３１ａにおける試料１０表面が基板上面かパターン
上面かを判別する。高さ測定点３１ａにおける試料１０
表面がパターン上面と判別された場合には、測定した高
さからパターンの厚さｄ1 を減算して高さ補正を行う。
高さ測定点３１ａにおける試料表面が基板上面と判別さ
れた場合には高さ補正は行わず、測定した高さを補正後
の試料表面の高さとする（ステップ１０３）。主制御装
置２０は、高さ補正後の試料１０表面の高さを、このと
きに干渉計システム１４ａ、１４ｂの位置信号が示す座
標値と共に記憶する。
【００１７】さらに、主制御装置２０は、ＸＹステージ
１５を順次ステップ移動させ、高さ測定点３１ｂ〜３１
ｚ（図４参照）における試料１０表面の高さを測定す
る。そして、高さ測定点３１ａの場合と同様にして、各
高さ測定点がパターン上面か基板上面かを判別して、こ
の判別結果に応じて高さ補正後の試料１０表面の高さを
求め、各高さ測定点が対物レンズ１１の光軸上にあると
きの干渉計システム１４ａ、１４ｂの位置信号が示す座
標値と共に記憶する。
１５を順次ステップ移動させ、高さ測定点３１ｂ〜３１
ｚ（図４参照）における試料１０表面の高さを測定す
る。そして、高さ測定点３１ａの場合と同様にして、各
高さ測定点がパターン上面か基板上面かを判別して、こ
の判別結果に応じて高さ補正後の試料１０表面の高さを
求め、各高さ測定点が対物レンズ１１の光軸上にあると
きの干渉計システム１４ａ、１４ｂの位置信号が示す座
標値と共に記憶する。
【００１８】次いで、主制御装置２０は、Ｘ方向に並ん
だ高さ測定点３１ａ〜３１ｅ（図４参照）における高さ
補正後の試料１０表面の高さと座標値との関係から試料
１０表面のＸ方向のライン３２ａ（図３参照）における
撓み形状を、 ｚ＝ａ1Ｘ4 ＋ａ2Ｘ3 ＋ａ3Ｘ2 ＋ａ4Ｘ＋ａ5 なる４次式で近似する。ｚ、Ｘの５つのデータに対して
未知数ａ1〜ａ5は５つであるから上記４次式は一義的に
定まる。
だ高さ測定点３１ａ〜３１ｅ（図４参照）における高さ
補正後の試料１０表面の高さと座標値との関係から試料
１０表面のＸ方向のライン３２ａ（図３参照）における
撓み形状を、 ｚ＝ａ1Ｘ4 ＋ａ2Ｘ3 ＋ａ3Ｘ2 ＋ａ4Ｘ＋ａ5 なる４次式で近似する。ｚ、Ｘの５つのデータに対して
未知数ａ1〜ａ5は５つであるから上記４次式は一義的に
定まる。
【００１９】このようにして、順次、Ｘ方向の高さ測定
点３１ｆ〜３１ｊ、Ｘ方向の高さ測定点３１ｋ〜３１
ｐ、Ｘ方向の高さ測定点３１ｑ〜３１ｕ、Ｘ方向の高さ
測定点３１ｖ〜３１ｚに対しても撓み形状の４次近似式
を求める。さらに、Ｙ方向に並んだ高さ測定点３１ａ〜
３１ｖに対しても同様にＹ方向のライン３２ｂ（図４参
照）における撓み形状を、 ｚ＝ａ1Ｙ4 ＋ａ2Ｙ3 ＋ａ3Ｙ2 ＋ａ4Ｙ＋ａ5 なる４次式で近似する。
点３１ｆ〜３１ｊ、Ｘ方向の高さ測定点３１ｋ〜３１
ｐ、Ｘ方向の高さ測定点３１ｑ〜３１ｕ、Ｘ方向の高さ
測定点３１ｖ〜３１ｚに対しても撓み形状の４次近似式
を求める。さらに、Ｙ方向に並んだ高さ測定点３１ａ〜
３１ｖに対しても同様にＹ方向のライン３２ｂ（図４参
照）における撓み形状を、 ｚ＝ａ1Ｙ4 ＋ａ2Ｙ3 ＋ａ3Ｙ2 ＋ａ4Ｙ＋ａ5 なる４次式で近似する。
【００２０】さらに同様にして、順次、Ｙ方向の高さ測
定点３１ｂ〜３１ｗ、Ｙ方向の高さ測定点３１ｃ〜３１
ｘ、Ｙ方向の高さ測定点３１ｄ〜３１ｙ、Ｙ方向の高さ
測定点３１ｅ〜３１ｚに対しても撓み形状の４次式を求
める。この結果、図５に示したように、試料１０表面の
撓み形状が得られる（ステップ１０４）。
定点３１ｂ〜３１ｗ、Ｙ方向の高さ測定点３１ｃ〜３１
ｘ、Ｙ方向の高さ測定点３１ｄ〜３１ｙ、Ｙ方向の高さ
測定点３１ｅ〜３１ｚに対しても撓み形状の４次式を求
める。この結果、図５に示したように、試料１０表面の
撓み形状が得られる（ステップ１０４）。
【００２１】次に、主制御装置２０は、ＸＹステージ１
５を初期位置に戻した後、駆動装置１５０を制御して、
ＸＹステージ１５を初期位置から順次移動させる。光学
装置１２からのスポット光を相対走査すると、受光素子
５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂからエッジ検出信号が
出力される（ステップ１０５）。主制御装置２０は、パ
ターンのエッジが検出されたときの干渉計システム１４
ａ、１４ｂの位置信号から、エッジ検出信号が出力され
たときのＸＹステージ１５の位置を読み取る（ステップ
１０６）。
５を初期位置に戻した後、駆動装置１５０を制御して、
ＸＹステージ１５を初期位置から順次移動させる。光学
装置１２からのスポット光を相対走査すると、受光素子
５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂからエッジ検出信号が
出力される（ステップ１０５）。主制御装置２０は、パ
ターンのエッジが検出されたときの干渉計システム１４
ａ、１４ｂの位置信号から、エッジ検出信号が出力され
たときのＸＹステージ１５の位置を読み取る（ステップ
１０６）。
【００２２】例えば、いま、図４のパターンエッジの位
置３３ａ、３３ｂでエッジ検出信号が出力されたとす
る。パターンエッジの位置３３ａ、３３ｂの位置に対応
した座標値が干渉計システム１４ａ、１４ｂから読み取
られ、記憶される。主制御装置２０は、パターンエッジ
の位置３３ａのＸ座標値に等しいＸ座標値を持ち、先に
求めた４次近似式のうち、パターンエッジの位置３３ａ
に隣接した近似式上の高さ測定点３３ｃ、３３ｄにおけ
るＸ方向の勾配θX3、θX4を算出する。この勾配θX3、
θX4は、先に算出した４次近似式を微分し、Ｘ座標値を
代入することにより得ることができる。
置３３ａ、３３ｂでエッジ検出信号が出力されたとす
る。パターンエッジの位置３３ａ、３３ｂの位置に対応
した座標値が干渉計システム１４ａ、１４ｂから読み取
られ、記憶される。主制御装置２０は、パターンエッジ
の位置３３ａのＸ座標値に等しいＸ座標値を持ち、先に
求めた４次近似式のうち、パターンエッジの位置３３ａ
に隣接した近似式上の高さ測定点３３ｃ、３３ｄにおけ
るＸ方向の勾配θX3、θX4を算出する。この勾配θX3、
θX4は、先に算出した４次近似式を微分し、Ｘ座標値を
代入することにより得ることができる。
【００２３】パターンエッジの位置３３ａと高さ測定点
３３ｃ、３３ｄの位置関係が図４に示すものであった場
合、パターンエッジの位置３３ａでのＸ方向の勾配θX1
は、比例配分により、θX1＝（ｌ2 θX3＋ｌ1 θX4）／
（ｌ1 ＋ｌ2 ）として算出する。他方のパターンエッジ
の位置３３ｂでのＸ方向の勾配θX2についても同様に算
出する。
３３ｃ、３３ｄの位置関係が図４に示すものであった場
合、パターンエッジの位置３３ａでのＸ方向の勾配θX1
は、比例配分により、θX1＝（ｌ2 θX3＋ｌ1 θX4）／
（ｌ1 ＋ｌ2 ）として算出する。他方のパターンエッジ
の位置３３ｂでのＸ方向の勾配θX2についても同様に算
出する。
【００２４】更にＹ方向の勾配θY1、θY2についても同
様にして算出する。次いで、パターンエッジの位置３３
ａ、３３ｂにおける補正量（ｔθX1／２）、（ｔθY1／
２）、（ｔθX2／２）、（ｔθY2／２）を算出する。た
だし、ｔは試料１０（図６参照）の厚さである。そして
この補正量で干渉計システム１４ａ、１４ｂで検出され
たパターンエッジの位置を補正する。ここで、パターン
エッジの位置３３ａ及び３３ｂが位置するＸ方向のライ
ン３２ｃにおける撓み形状は図６に示すように点Ｏを中
心とした円弧状とみなす。
様にして算出する。次いで、パターンエッジの位置３３
ａ、３３ｂにおける補正量（ｔθX1／２）、（ｔθY1／
２）、（ｔθX2／２）、（ｔθY2／２）を算出する。た
だし、ｔは試料１０（図６参照）の厚さである。そして
この補正量で干渉計システム１４ａ、１４ｂで検出され
たパターンエッジの位置を補正する。ここで、パターン
エッジの位置３３ａ及び３３ｂが位置するＸ方向のライ
ン３２ｃにおける撓み形状は図６に示すように点Ｏを中
心とした円弧状とみなす。
【００２５】補正量は、中立面１０’が伸び縮みせず、
中立面１０’が変形することによる試料１０の寸法変化
量が微少であるので無視でき、勾配から直ちに求めるこ
とができる。パターンエッジの位置３３ａと３３ｂとの
間の距離は試料１０の理想平面の状態に置いた場合に比
べて、ｔ（θX1−θX2）／２ の誤差を含んでいること
になる。ただし、θX1、θX2は図６に示すように試料１
０の傾きが右上がりのときは正、左上がりのときは負と
なる。この場合、パターンエッジの位置３３ａ、３３ｂ
との間の距離は勾配の差（θX1−θX2）が正であれば長
く計測され、（θX1−θX2）が負であれば短く計測され
ることになる。また、試料１０が水平面に対し傾いてい
ても、誤差はθX1とθX2の差から演算されるので、傾き
はキャンセルされる。Ｙ方向の座標の補正値についても
同様に考えればよい。
中立面１０’が変形することによる試料１０の寸法変化
量が微少であるので無視でき、勾配から直ちに求めるこ
とができる。パターンエッジの位置３３ａと３３ｂとの
間の距離は試料１０の理想平面の状態に置いた場合に比
べて、ｔ（θX1−θX2）／２ の誤差を含んでいること
になる。ただし、θX1、θX2は図６に示すように試料１
０の傾きが右上がりのときは正、左上がりのときは負と
なる。この場合、パターンエッジの位置３３ａ、３３ｂ
との間の距離は勾配の差（θX1−θX2）が正であれば長
く計測され、（θX1−θX2）が負であれば短く計測され
ることになる。また、試料１０が水平面に対し傾いてい
ても、誤差はθX1とθX2の差から演算されるので、傾き
はキャンセルされる。Ｙ方向の座標の補正値についても
同様に考えればよい。
【００２６】このようにして補正した座標値は、試料１
０表面がたわんでいない場合の座標値に極めて近いもの
である。従って、主制御装置２０は、受光素子５０ａ、
５０ｂ、５１ａ、５１ｂのエッジ検出信号が生じたとき
の干渉計システム１４ａ、１４ｂの位置信号が示す座標
値を上述の如き補正した座標値に基づいて、エッジ間隔
等を求め表示装置２１に表示せしめる。
０表面がたわんでいない場合の座標値に極めて近いもの
である。従って、主制御装置２０は、受光素子５０ａ、
５０ｂ、５１ａ、５１ｂのエッジ検出信号が生じたとき
の干渉計システム１４ａ、１４ｂの位置信号が示す座標
値を上述の如き補正した座標値に基づいて、エッジ間隔
等を求め表示装置２１に表示せしめる。
【００２７】本実施例では、基準平面と仮想の試料面
（パターン上面）との間隔を２５で検出したが、検出す
る位置の数はこれに限るものでなく、撓みの近似誤差を
小さくしたい場合には数を増やせばよい。なお、この場
合には、近似式の次数を増やす必要がある。また、撓み
形状の近似式は高次式に限るものでなく、任意の式を用
いることができる。更に、撓み形状の近似方法とし
て、、ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）なる適当な関数で曲面を近似し
てもよい。この場合には、パターンエッジの位置がどこ
にあっても実施例のように比例配分を用いる必要はな
く、前記関数を微分し、ＸＹ座標値を代入することによ
り、即座に勾配を求めることができる。
（パターン上面）との間隔を２５で検出したが、検出す
る位置の数はこれに限るものでなく、撓みの近似誤差を
小さくしたい場合には数を増やせばよい。なお、この場
合には、近似式の次数を増やす必要がある。また、撓み
形状の近似式は高次式に限るものでなく、任意の式を用
いることができる。更に、撓み形状の近似方法とし
て、、ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）なる適当な関数で曲面を近似し
てもよい。この場合には、パターンエッジの位置がどこ
にあっても実施例のように比例配分を用いる必要はな
く、前記関数を微分し、ＸＹ座標値を代入することによ
り、即座に勾配を求めることができる。
【００２８】本実施例では、焦点検出手段が出力する信
号に基づいて試料１０表面の高さを検出したが、これに
限るものではない。例えば、対物レンズ１１の上下動量
をエンコーダ、干渉計またはポテンショメータ等の手段
により読み取れるようにしてもよい。また、対物レンズ
１１の上下動量だけでなくＸＹステージ１５の上にＺ方
向に上下動するＺステージを設け、このＺステージの上
下動量を読み取るようにしてもよい。
号に基づいて試料１０表面の高さを検出したが、これに
限るものではない。例えば、対物レンズ１１の上下動量
をエンコーダ、干渉計またはポテンショメータ等の手段
により読み取れるようにしてもよい。また、対物レンズ
１１の上下動量だけでなくＸＹステージ１５の上にＺ方
向に上下動するＺステージを設け、このＺステージの上
下動量を読み取るようにしてもよい。
【００２９】また、他のエッ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ッジの像を振
動スリット等を用いて走査する光電顕微鏡が使えること
は言うまでもない。更にまた、被測定試料の撓みは実施
例に示した円弧状のものに限らず、どのような形に変形
していても、パターンの位置を補正できることは言うま
でもない。
レンズ１１によって結像されたパターンエッジの像を振
動スリット等を用いて走査する光電顕微鏡が使えること
は言うまでもない。更にまた、被測定試料の撓みは実施
例に示した円弧状のものに限らず、どのような形に変形
していても、パターンの位置を補正できることは言うま
でもない。
【００３０】本実施例においては、Ｓカーブ信号のピー
ク〜ピークの電圧の大きさから高さ測定点が基板上面か
パターン上面かを判別しているが、試料表面をＣＣＤカ
メラ等で撮像し、得られたビデオ信号の情報から基板上
面かパターン上面かを判別するようにしてもよい。ま
た、高さ測定点がパターン上面と判別された場合に、そ
のパターン上面の高さからパターンの厚さｄ1 を減算
し、高さ測定点が基板上面と判別された場合には測定し
た高さを補正後の試料表面の高さとして、高さ補正を行
っているが、高さ補正の方法はこれに限るものではな
く、補正量はパターンの厚さに基づいて任意に定められ
ることはいうまでもない。
ク〜ピークの電圧の大きさから高さ測定点が基板上面か
パターン上面かを判別しているが、試料表面をＣＣＤカ
メラ等で撮像し、得られたビデオ信号の情報から基板上
面かパターン上面かを判別するようにしてもよい。ま
た、高さ測定点がパターン上面と判別された場合に、そ
のパターン上面の高さからパターンの厚さｄ1 を減算
し、高さ測定点が基板上面と判別された場合には測定し
た高さを補正後の試料表面の高さとして、高さ補正を行
っているが、高さ補正の方法はこれに限るものではな
く、補正量はパターンの厚さに基づいて任意に定められ
ることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
位置測定装置は、試料表面の高さを測定すると共に、高
さ測定点が基板上面かパターン上面かを判別し、この判
別結果に応じて測定した試料表面の高さをパターンの厚
さに基づいて補正し、該補正した試料表面の高さから試
料表面の撓み形状を検出する構成となっているので、パ
ターンの厚さに起因する撓み形状の検出誤差をなくすこ
とができ、正確な撓み形状を検出することができる。
位置測定装置は、試料表面の高さを測定すると共に、高
さ測定点が基板上面かパターン上面かを判別し、この判
別結果に応じて測定した試料表面の高さをパターンの厚
さに基づいて補正し、該補正した試料表面の高さから試
料表面の撓み形状を検出する構成となっているので、パ
ターンの厚さに起因する撓み形状の検出誤差をなくすこ
とができ、正確な撓み形状を検出することができる。
【図１】本発明に係るパターン位置測定装置の一実施例
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】図１で用いる主制御装置２０のフローチャート
である。
である。
【図３】Ｓ字カーブ信号の一例を示す図である。
【図４】試料表面の撓み測定位置及び試料表面の勾配を
求める手順を説明する図でである。
求める手順を説明する図でである。
【図５】近似により得られる試料表面の撓み形状の一例
を示す図である。
を示す図である。
【図６】試料の撓みの一例を示す説明図である。
１１ 対物レンズ １２ 光学装置 １４ａ、１４ｂ 干渉計システム ２０ 主制御装置 ３１ａ〜３１ｚ 高さ測定点 ５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ 受光素子
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上面に所定の厚さの精密パターンが
形成された試料をステージ上に載置し、前記パターンの
エッジを検出して前記パターンの位置を求めるパターン
位置測定装置において、 前記試料表面の高さを所定の間隔で測定する高さ測定手
段と、 前記高さ測定点が前記基板上面か前記パターン上面かを
判別する試料表面判別手段と、 前記試料表面判別手段の出力に基づいて、前記高さ測定
手段で測定した前記試料表面の高さを補正する高さ補正
手段と、 前記高さ補正手段で補正した前記試料表面の高さから前
記試料表面の撓み形状を検出する撓み形状検出手段と、 前記撓み形状検出手段で検出した撓み形状から前記パタ
ーンのエッジの位置における前記試料表面の勾配を算出
する勾配算出手段と、 前記勾配算出手段の出力に基づいて前記パターンの位置
を補正するパターン位置補正手段と、 を有することを特徴とするパターン位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4153996A JPH05346306A (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | パターン位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4153996A JPH05346306A (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | パターン位置測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05346306A true JPH05346306A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=15574640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4153996A Pending JPH05346306A (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | パターン位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05346306A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538866A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-06 | マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット | マイクロ・リソグラフィ・デフレクタ・システムの中でのマークの位置を測定するための方法 |
| JP2015141411A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 検査装置 |
-
1992
- 1992-06-15 JP JP4153996A patent/JPH05346306A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538866A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-06 | マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット | マイクロ・リソグラフィ・デフレクタ・システムの中でのマークの位置を測定するための方法 |
| JP2015141411A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 検査装置 |
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