(57)【要約】【課題】  異物検査方法及び露光システムに関し、レチクルと露光装置のレチクル吸着パッド面の間の異物のサイズを高精度に検査する。【解決手段】  フォトマスク１と露光装置のフォトマスク吸着パッド面の間に異物が混入したことで生じる、フォトマスク１のフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を、フォトマスク１に形成した位置決めパターンの投影像３を用いることにより、座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換し、異物の大きさを座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹとして測定する。【選択図】          図１
2009071121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスクと露光装置のフォトマスク吸着パッド面の間に異物が混入したことで生じる、フォトマスクのフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を、前記フォトマスクに形成した位置決めパターンの投影像を用いることにより、座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換し、前記異物の大きさを前記座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量として測定することを特徴とする異物検出方法。
【請求項２】
前記位置ずれ量は、二点以上のショット内位置ずれ測定値による最小二乗法で求めた位置ずれ線形成分の変化量として測定することを特徴とする請求項１記載の異物検出方法。
【請求項３】
前記位置ずれ線形成分は、Ｘ方向及びＹ方向のオフセット成分、Ｘ方向及びＹ方向のショット回転、及び、Ｘ方向及びＹ方向のショット倍率の少なくとも６つのパラメータを変化量を指標とすることを特徴とする請求項２記載の異物検出方法。
【請求項４】
前記位置ずれ線形成分を用いて、前記座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量を理想点からの位置ずれ量で算出し、前記理想点からの位置ずれ量をＺ方向のずれ量に逆変換することで、前記異物の高さ測定を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の異物検出方法。
【請求項５】
前記フォトマスク吸着面位置と前記位置ずれ測定位置との相対的な位置の差を求め、前記求めた位置の差を補正する工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異物検出方法。
【請求項６】
フォトマスクをフォトマスクステージのフォトマスク吸着パッド面に装着して露光を行う露光装置と、フォトマスクのフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を、前記フォトマスクに形成した位置決めパターンの投影像を用いることにより、座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換し、前記異物の大きさを前記座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量として測定する位置ずれ測定装置と、前記位置ずれ測定装置を用いて請求項１乃至５のいずれか１項に記載の異物検出方法を用いて異物を検出する異物検出手段とを備えたことを特徴とする露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異物検査方法及び露光システムに関するものであり、特に、半導体製造工程等で用いられるフォトリソグラフィーにおいて、レチクルをはじめとするフォトマスクとフォトマスク吸着面間に入り込んだ異物のサイズを高精度に測定するための手法に特徴のある異物検査方法及び露光システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レチクルと露光装置のレチクル吸着パッド面の間の異物を検知する手段が存在しなかったため、このような異物が定常的に存在し得るということが認識されず、異物発生をコントロールしていくという発想もないのが現状である。
【０００３】
したがって、従来のフォトリソグラフィーでは、レチクルとレチクル吸着面間に異物が混入していた場合にもそれを検知する手段が無く、そのままの状態で製品処理を続けており、その結果、異物が混入した場合には、レチクルに歪が生じ、その状態で露光されたショット形状にも歪が生じる。
【０００４】
この歪は、Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元方向に影響が及ぶため、露光された回路パターンのフォーカスずれ、及び、位置ずれが発生することになる。
【０００５】
そこで、露光装置メーカは、レチクルと露光装置のレチクル吸着パッド面の間に異物が混入しないように、レチクル吸着部に対して改良を行なっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２３５８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発明者は、レチクル自身においてもレチクル吸着面は必ずしも綺麗ではないことを見つけた。
即ち、レチクルとレチクル吸着パッドの擦れなどによりレチクル吸着面に異物が付着すると考えられる。
【０００７】
このため、これら異物起因によるパターンのフォーカスずれ、及び、位置ずれに対して、製品処理前に未然に検知し防止することは困難であった。
【０００８】
したがって、本発明は、レチクルと露光装置のレチクル吸着パッド面の間の異物のサイズを高精度に検査することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、異物検査方法に関し、フォトマスク１と露光装置のフォトマスク吸着パッド面の間に異物４が混入したことで生じる、フォトマスク１のフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を、フォトマスク１に形成した位置決めパターンの投影像３を用いることにより、座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換し、異物４の大きさを座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹとして測定することを特徴とする。
【００１０】
このように、通常の位置ずれ測定装置を用いてフォトマスク１に形成した位置決めパターンの光学系２を介して得られる投影像３から求めた座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量を、フォトマスク１のフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換した値として用いることによって、特別な異物４検査装置を必要とすることなく異物４のサイズを検査することができる。
【００１１】
また、測定した異物４の大きさに応じて、レチクル吸着面、あるいは、露光装置のレチクル吸着パッド面をクリーニングすることができ、低コストで異物４をコントロールすることが可能となる。
【００１２】
この場合、位置ずれ量は、２点以上、例えば、９点のショット内位置ずれ測定値（ｓｈｉｆｔ量）により最小二乗法で求めた位置ずれ線形成分の変化量として測定すれば良い。
また、位置ずれ線形成分は、Ｘ方向及びＹ方向のオフセット成分、Ｘ方向及びＹ方向のショット回転（ｒｏｔx ，ｒｏｔy ）、及び、Ｘ方向及びＹ方向のショット倍率（ｍａｇx ，ｍａｇy ）の少なくとも６つのパラメータの変化量を指標とし、測定値との間でフィッティングを行ってパラメータの変化量を求めれば良い。
【００１３】
また、このような位置ずれ線形成分を用いて、座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量を理想点からの位置ずれ量（ｒｅｓ（σ））で算出し、理想点からの位置ずれ量をＺ方向のずれ量に逆変換することで、異物４の高さを測定することができる。
【００１４】
また、フォトマスク吸着面位置と位置ずれ測定位置（例えば、アライメントマーク位置）との相対的な位置の差を求め、求めた位置の差を補正することで、異物４の大きさを座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量として測定する場合の測定精度を高めることができる。
【００１５】
或いは、求めた位置の差を補正することで、理想点からの位置ずれ量をＺ方向のずれ量に逆変換し、異物４の高さ測定を行う場合の測定精度を高めることができる。
【００１６】
また、フォトマスク１をフォトマスクステージのフォトマスク吸着パッド面に装着して露光を行う露光装置と、フォトマスク１のフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を、フォトマスク１に形成した位置決めパターンの投影像３を用いることにより、座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換し、異物４の大きさを座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量として測定する位置ずれ測定装置と、位置ずれ測定装置を用いて上述の手法で異物４を検査する異物検査手段とを備えることによって、異物４の混入の影響をコントロールすることが可能な露光システムを構築することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レチクルとレチクル吸着面間に異物が混入していた場合に、これらの異物を測定することが可能となり、異物の大きさに応じて、レチクル吸着面、或いは、露光装置のレチクル吸着パッド面をクリーニングすることができ、特別な異物検査装置を必要とすることなく異物をコントロールすることが可能となり、ひいては、レチクルに歪が生じた状態で回路パターンを露光することがなくなるとともに、異物起因によるフォーカスずれ、或いは、位置ずれの発生が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、レチクルをはじめとするフォトマスクを露光装置のフォトマスクステージのフォトマスク吸着パッド面に装着して露光を行い、明視野画像処理装置等の位置ずれ測定装置を用いてフォトマスクのフォトマスクステージに対する座標Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元変化量を、フォトマスクに形成した位置決めパターンの投影像を用いることにより、座標Ｘ，Ｙの二次元変化量に変換する際に、位置ずれ量を、２点以上、例えば、９点のショット内位置ずれ測定値（ｓｈｉｆｔ量）により最小二乗法で求めたＸ方向及びＹ方向のオフセット成分、Ｘ方向及びＹ方向のショット回転（ｒｏｔx ，ｒｏｔy ）、及び、Ｘ方向及びＹ方向のショット倍率（ｍａｇx ，ｍａｇy ）の少なくとも６つのパラメータの変化量を指標とし、測定値との間でフィッティングを行って求めた位置ずれ線型成分を除去した値に基づいて、異物の大きさΔＺを座標Ｘ，Ｙの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹとして測定するものである。
【実施例１】
【００１９】
次に、図２乃至図６を参照して、本発明の実施例１の異物検査方法を説明する。
図２参照  
図２は、異物による位置ずれ原理の説明図であり、左図は異物の混入がない場合の説明図であり、また、右図は異物が混入した場合の説明図である。
左図に示すように、異物の混入がない場合には、レチクル１１は光学系１２を介して基板１３上に投影像１４として投影・露光される。
なお、実際の投影像１４はレチクル１１の投影像ではなく、レチクル１１に形成した位置合わせマークの投影像である。
【００２０】
一方、右図に示すようにレチクル１１の位置Ｓ11に異物１５が混入した場合には、異物１５の高さにより、Ｘ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向に歪み、レチクル１１の光学系１２を介した投影像１６は、Ｚ方向の歪みにより焦点位置が変化するため、Ｓ13がＳ13′に移動して投影されパターン形状が崩れる。
【００２１】
さらに、Ｘ方向及びＹ方向の歪みにより、パターンの配置がずれて転写されるため、Ｚ方向の歪み量を投影像１６から測定することは困難であるが、Ｘ方向及びＹ方向の歪み量を位置ずれ量として測定可能である。
【００２２】
図３参照    
図３は、Ｚ方向の歪み量測定原理の説明図であり、レチクル１１の長さをＬ、異物１５の高さをΔＺ、投影像１６におけるＸ方向及びＹ方向の位置ずれ量をΔｘ，Δｘ、及び、異物１５によるレチクル１１の傾斜角をθとすると、
ΔＺ＝Ｌ・ｓｉｎθ
で表される。
【００２３】
一方、Ｘ方向及びＹ方向の位置ずれ量をΔｘ，Δｙから得られる位置ずれベクトルΔxyは、
Δxy＝（Δｘ2 ＋Δｙ2 ）1/2 
で表され、投影像１６の縮小率を１／ｍとすると、
異物１５の高さΔＺは、
ΔＺ＝ｍ・Δxy／ｔａｎ（θ／２）                                              で表される。
【００２４】
したがって、
ΔＺ＝Ｌ・ｓｉｎθ
ΔＺ＝ｍ・Δxy／ｔａｎ（θ／２）
からなる連立方程式からθの項が消えるように変形して得られる方程式を解くことによって、異物１５の高さΔＺが得られる。
【００２５】
図４参照  
図４は、レチクルパッド部への異物付着前後における投影像の位置ずれ量の測定結果の説明図である。
ここで、まず、異物付着前の位置ずれ量（ｓｈｉｆｔ）を理想点、即ち、設計上の点からのずれ量として測定する。
ここに示すΔｘ，Δｙは、図の下部に示す投影像の９つの測定点におけるＸ方向及びＹ方向をずれ量の平均として示している。
【００２６】
次いで、測定したΔｘ，Δｙに基づいて、Ｘ方向及びＹ方向のオフセット成分、Ｘ方向及びＹ方向のショット倍率ｍａｇ、及び、Ｘ方向及びＹ方向のショット回転ｒｏｔの６つをパラメータとして、残留誤差が最小となるように測定値Δｘ，Δｙとの間でフィッティングを行うことによって求める。
【００２７】
次いで、求めた６つのパラメータの値に基づいて、残留誤差ｒｅｓ（σ）を求めるとともに、９の点に関する測定値Δｘ，Δｙの標準偏差σを求める。
そして、求めた残留誤差ｒｅｓ（σ）及び標準偏差σから線形位置ずれ量σLinearを、  σLinear＝（σ2 −ｒｅｓ（σ）2 ）1/2 
として求める。
次いで、異物付着後及び異物除去後の投影像についても、同様の項目を求めると、図に示すように、異物付着後には、大きな位置ずれ量が測定できた。
【００２８】
以上、求めた残留誤差ｒｅｓ（σ）、標準偏差σ、及び、線形位置ずれ量σLinearを比較すると、異物起因の位置ずれ量は、非線形の傾向が大きいことが分かる。
一方、露光装置起因の位置ずれ量は線形的な傾向を示すため、全体の位置ずれ量Δｘ，Δｙから線形成分を差し引くことで、異物起因の位置ずれ量を露光装置起因の位置ずれ量に影響されることなく求めることができる。
【００２９】
図５参照  
図５は、位置ずれベクトルの算出例の説明図であり、図４の下段に示した位置ずれ量を９つの測定点別に示した。
ここから、線形成分を差し引きいた補正位置ずれ量Δｘc ，Δｙc を求め、この補正位置ずれ量Δｘc ，Δｙc から位置ずれベクトル量Δxyを、
Δxy＝（Δｘc 2 ＋Δｙc 2 ）1/2 
として求める。
なお、図４の下段の中央の投影図に書き込んだ９つの測定点からの線分が位置ずれベクトル量Δxyを示している。
【００３０】
なお、この場合の線形成分は、以下に示す位置ずれ線形成分の表現式に基づいて、下記のように求める。
即ち、露光装置にレチクルがセットされて露光に用いる際に、レチクルの投影像に対しては、そこからさらに装置の線形的な駆動による補正が行われ、最終的なレチクルの投影像は、ウェーハ上のショット形状に最も合致する形状となっている。
【００３１】
露光、現像後、ウェーハ上のショット形状に対して、レチクルの投影像の位置ずれを測定した場合、該補正の線形的な追い込み不足の量と、線形的には補正できなかった量とが合成された位置ずれ量として測定される。
【００３２】
この線形的な追い込み不足の量は、例えば、露光装置の駆動制御の変動量、ばらつきであるため、特定の範囲内でばらつく。
一方、異物起因であれば、線形的に補正できない成分であるため、常に残留誤差分に乗ってくる。
したがって、位置ずれ測定結果から、線形的な位置ずれ量を差し引くことで、異物の影響を高い精度で求めることができる。
【００３３】
具体的には、位置ずれ量を想定される線形成分で表現し、実際の計測値と最小二乗和を各々の係数で偏微分した結果を極小条件（＝０）とし、連立方程式を解く。
即ち、位置ずれの線形表現式は、
ｘri＝Ｏmx＋Ｍmx×Ｐrxi ＋Ｒmy×Ｐrxi ＋ｅrxi 
ｙri＝Ｏmy＋Ｍmy×Ｐryi −Ｒmx×Ｐryi ＋ｅryi 
で表される。
但し、
Ｏmx，Ｏmy：平行移動成分（オフセット量）
Ｍmx，Ｍmy：伸縮成分（倍率）
Ｒmx，Ｒmy：回転成分
ｘri，ｙri：位置ずれ測定値
Ｐrxi ，Ｐryi ：位置ずれ測定座標
ｅrxi ，ｅryi ：残差
ｘmi，ｙmi：理想値
【００３４】
そして、Ｏ，Ｍ，Ｒのｘ及びｙについての計６個の係数をガウスの消去法等で解けば良く、各係数（Ｏ，Ｍ，Ｒ）は、
δΣ（ｘmi−ｘri）2 ／δ（係数）＝０
δΣ（ｙmi−ｙri）2 ／δ（係数）＝０
により求める。
【００３５】
図６参照  
図６は、位置ずれベクトル量Δxyの立体分布図であり、（Ｘ，Ｙ）＝（１０，１０）の測定点Ｓ9 における位置ベクトル量が最大になっており、この測定点Ｓ9 に相当するレチクルの箇所に異物が混入していることがわかる。
【００３６】
次に、この求めた位置ずれベクトル量Δxyから異物サイズＳを、
Ｓ＝（最大位置ずれベクトル量−原点位置ずれベクトル量）／スパン
として定義する。
【００３７】
なお、この場合のスパンとは計測座標の距離（計測マーク間距離）或いはレチクルサイズ（投影像ではショットサイズ）を表し、また、サイズを求める際に、最大位置ずれベクトル量自体ではなく、（最大位置ずれベクトル量−原点位置ずれベクトル量）を用いる方が、位置ずれベクトル量に対して、位置ずれ残留成分の影響が反映される利点がある。
即ち、位置ずれの絶対値で表現するよりも、位置ずれ線形成分を含まず、位置ずれの残留誤差を利用することで、異物サイズをより高い精度で測定することができる。
【００３８】
因に、図５或いは図６の場合には、
Ｓ＝（１１０．４−４７．６）〔ｎｍ〕／１４０〔ｍｍ〕
＝４．５ｐｐｍ
となる。
【００３９】
測定した異物サイズＳが小さく、実製品の露光工程にあまり影響を与えない場合には、そのまま露光工程を継続し、測定した異物サイズＳが所定基準値より大きな場合には、露光工程を停止して、レチクルを取外して異物除去を行う。
【００４０】
以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、上記の実施例においては、測定点を９つとしているが、９つに限られるものではなく、２つ以上の点を測定すれば良いものであり、測定点が触れるほど位置ずれ測定精度は高まるが、測定に要する時間が増大する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の活用例としては、縮小投影露光を行うレチクルにおける異物検査方法が典型的なものであるが、レチクルに限られるものではなく、例えば、１：１露光に用いるマスク等のフォトマスク一般にも適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】異物による位置ずれ原理の説明図である。
【図３】Ｚ方向の歪み量測定原理の説明図である。
【図４】レチクルパッド部への異物付着前後における投影像の位置ずれ量の測定結果の説明図である。
【図５】位置ずれベクトルの算出例の説明図である。
【図６】位置ずれベクトル量Δxyの立体分布図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  フォトマスク
２  光学系
３  投影像
４  異物
１１  レチクル
１２  光学系
１３  基板
１４  投影像
１５  異物
１６  投影像
【図１】
2009071121.tif 000003
【図２】
2009071121.tif 000004
【図３】
2009071121.tif 000005
【図４】
2009071121.tif 000006
【図５】
2009071121.tif 000007
【図６】
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