(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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Ｂｉ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，７ｙ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Ｂｍ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】
0003644147.tif 000002
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ｓｉｎθ≒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】
0003644147.tif 000003
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，ｎp＝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】
0003644147.tif 000004
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，ｙj），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，ｙj），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】
0003644147.tif 000005
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】
0003644147.tif 000006
【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
【図１】
0003644147.tif 000007
【図２】
0003644147.tif 000008
【図３】
0003644147.tif 000009
【図４】
0003644147.tif 000010
【図５】
0003644147.tif 000011
【図６】
0003644147.tif 000012