JP2002512384A - マスク表面上のパターン構造の位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】マスク表面のパターン構造の測定方法であって、該マスクは、像評価座標測定システム内で、結像測定システムの光軸に対し直交する方向に移動可能な測定テーブルに、干渉計で測定可能に、配置され、かつ、該マスクに対して配設されたマスク座標システムは、アライメントマークを介して測定装置座標システムに対して位置を合わされ、パターン構造の目標位置はマスク座標システム内に予め設定されている形式の測定方法において、マスク座標システム内のパターン構造の実際位置に加えて更に、該マスクの、相互に直角に配置する少なくとも２つの外縁の位置もマスク座標システム内で測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、マスク表面上のパターン構造（Strukturen）の位置測定方法に関す
る。この方法では、マスクは、像評価を行う座標測定装置内で、結像測定システ
ムの光軸に対し直交方向に移動可能な測定テーブル上に、干渉計で測定可能に、
配置され、かつ、該マスクに対して配設されたマスク座標システムは、アライメ
ントマークを用いて測定装置座標システムに対し整合され、その際、マスク座標
システム内においてパターン構造の目標位置が予め設定される。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】

そのような方法を実行するための測定装置は、講演草稿「マスク製造のための
パターン配置計測学（Pattern Placement Metrology for Mask Making）」、Dr.
C.Blaesing, Semicon Genf, Education Program, 1998年3月31日発行、にその基
本要素と共に記載されている。この装置は、とりわけ半導体製造用マスクの品質
管理（検査）に役立つ。マスクの品質は、チップ生産においてますます要求が高
くなっている。１つのマスクから次のマスクへのパターン構造（パターン）（以
下、「パターン構造」と称する）の位置のための（設計）仕様は、ますます狭く(
厳しく)なる。上記講演草稿に記載の測定装置は、マスク座標システムを規定す
る所定のアライメントマークに対するパターン構造の位置を典型的に１０nmより
良い精度で測定することができる。このアライメントマークを用いて、ウェハ表
面へ投影するためのステッパ（ステップ式投影露光装置）内でマスクの位置を合
わせること（整合）ができる。その際生じる誤差は、リソグラフィ過程の累積誤
差に直接反映する。マスクは、露光時にそれぞれのアライメントマークが正確に
重なるようにステッパ内で位置を合わせられる。尤も、ステッパは、物理的な位
置合わせのためにマスクを移動及び回転させるためのある所定の領域しか持って
いない。

【０００３】 あらゆる構成要素への（設計）仕様がますます狭く（厳しく）なると共に、マ
スクの外縁（ないし稜）に対するパターン構造の位置もマスクの重要な品質のメ
ルクマールとなっている。外縁に対するパターン構造の位置は、「セントラリテ
ィ」ないしは「パターンセントラリティ」とも呼ばれる。

【０００４】 マスクは、リソグラフィ装置（例えば電子線又はレーザリソグラフィ）内では
、再現位置を得るために、通常３つの点で当接している。この３つの点で２つの
外縁は固定されているが、それは、２つの外縁が相互に直角に配向しているから
である。この２つの外縁は、パターン構造から作られる原型（母型ないしモデル
：Muster）のための基準を形成する。

【０００５】 従来は、「パターンセントラリティ」は、余り重要視されていなかった。ステ
ッパのマスク支持機構の許容差（ないし、公差）は非常に大きかったので、マス
ク−リソグラフィシステムの精度は、更に（位置を）測定しなくても（設計）仕
様を満たしていた。プロセス（ないし、品質）管理のためには、これまでは抜き
取り検査のみがなされている。その検査には普通の顕微鏡が使用されているが、
その顕微鏡は改造されて、リソグラフィシステムと同じ当接点（Anlagepunkte）
を備えている。次いでマスクは、作業者により手操作で顕微鏡テーブルに載せら
れる。特別の「セントラリティマーク」がマスクに記載され、次にマスクが顕微
鏡下で当接縁（Anlagekanten）に関して手操作で測定される。各縁との距離が規
定の許容差範囲内にある限り、アライメントマークを用いてのステッパ内のマス
クの十分なアライメント（整合）が保証されている。測定精度に対する要求は、
それほど高くはない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

しかし、新世代のチップが開発される毎に、精度及び測定のパフォーマンスな
いし速度に対する要求はますます大きくなっている。従来の顕微鏡での手操作に
よる測定で達成できる精度は、もはや十分ではない。その上、手操作による測定
では、測定装置内でのアライメント、パターン構造の発見及び本来の測定（ある
べき位置に合わせること）をするためには非常に多くの時間がかかる。更に、マ
スクは、各別の測定装置内でその都度測定するために、一度移送ボックスから取
り出され、測定後再び注意深く移送ボックスの中に入れられる（梱包される）。
手による操作は何れもマスクの汚染及び破損の危険性を高める。

【０００７】 それゆえ、本発明の課題は、「パターンセントラリティ（Pattern Centrality
）」が、より高い精度で、より速く、より少ない損傷の危険をもって測定ができ
る測定方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この課題は、本発明によれば、以下のことを特徴とする冒頭で述べた形式の方
法で解決される。即ち、マスク座標システム内におけるパターン構造の実際位置
に加えて更に、マスクの、相互に直角に配置する少なくとも２つの外縁（ないし
稜）の位置がマスク座標システム内で測定されることを特徴とする方法によって
解決される。この場合有利には、外縁の位置は、一方の座標軸においては像評価
による外縁位置の測定値によって、他方の座標軸においては実際の測定テーブル
位置によって決定される。一方の外縁に対して２つの位置値が、他方の外縁に対
して少なくとも１つの位置値が決定されると、相互に直角に配置した外縁という
条件（前提）の下で、「セントラリティ」を求める（検出する）ための２つの基
準線を決定できる。有利には、更に別の外縁の位置を測定することができ、それ
によりマスクプレート測定系での許容差（誤差）の検査が可能になり、かつマス
ク平面内のパターン構造のアライメント(整合)が真のマスク中心に関して決定で
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】

本発明の方法は、像（ないし、像読取）評価を行う測定システムを使用してい
るので、マスクの外縁の像は測定装置で記憶（ないし、記録）され、測定すべき
外縁位置を測定テーブルの自動追走（ないし追跡Suchlauf）により調節すること
ができる。外縁の位置を測定するためには、小さいアパーチャ(開口数)を有する
結像光学系を使用するのが目的に適う。その時、測定テーブルの表面は、少なく
とも（テーブルの上に）載置されているマスクの外縁の領域において測定装置の
結像光線が反射するように構成されていると、外縁は反射光内で照らされ十分な
強度の光が測定システムに到達する。

【００１０】 「パターンセントラリティ」を決定するための従来の方法に依拠して、選択さ
れたパターン構造要素をマスク上に有することができるが、その位置はマスク座
標システム内においてかつマスクの外縁に関して求められる。しかし、測定され
るパターン構造全ての位置も、特別の「セントラリティマーク」を有することな
く、外縁に関して求めることができる。

【００１１】 選択されたパターン構造要素のためにと同様、測定される他のパターン構造の
ためにも、位置座標の代わりに、マスクの各外縁との距離を求めることもできる
。

【００１２】

【実施例】

本発明の方法の実施例を図面を参照して説明する。

【００１３】 図１は、マスクのレイアウトの一例である。記載されたマスクプレートは、そ
の中央領域に、リソグラフィシステムで形成されるマスクパターン構造（レチク
ル：Reticle）を持っている。自由な（マスクのレチクル以外の）領域には、ア
ライメントマーク(複数)が取り付けられている。マスクプレートの２つの外縁は
、相互に直角に配置すべきである。これらの外縁は、３つの点（状部）に当接し
ている。破線（複数）は、パターンセントラリティのための基準を構成する。

【００１４】 図２は、特別に設けられたセントラリティマーク（複数）を有するマスクプレ
ートの図である。基準として用いられている２つの外縁との距離は、各矢印で示
されている。

【００１５】 図３は、マスクプレートの外縁領域の断面が記載されている。外縁は、典型的
な如く角を斜めに面取りされており、図示の距離Ａは、通常、0.2〜0.6mmの間で
変更することができる。

【００１６】 本発明の方法を実行するために、マスクは座標測定システム内において測定テ
ーブル上に載置される。次にまずアライメントが行われ、マスクが測定装置の座
標システムで正しい位置に合わされ（整合され）、マスク座標システムが規定さ
れる。次の段階（ステップ）で、マスクの外縁が測定される。

【００１７】 そのために、測定テーブルが、外縁が測定されるべき位置へ運ばれる。マスク
の背景はこの場所で十分に反射されるべきであり、それにより小さいアパーチャ
(開口数)を有する結像光学系を介してなお十分な光がこの背景から測定装置の像
評価（ないし、読取）カメラへ到達するようにする。図４には、そのような像が
記載されている。マスクの外部領域は、明るい平面として認識することができる
。外縁自体は、面取りされたことにより、入射光線が結像を行う対物レンズのア
パーチャ領域から逸れるように反射されるのでいずれにせよ非常に暗い。その際
、マスク表面はまた光を対物レンズに向けて反射する。その明るさは、マスクの
種類によって変わる。マスクプレートの外縁（の近傍）での典型的な明るさ（明
暗）分布に基づいて、この像は記憶（ないし、記録）することができ、測定テー
ブルの自動追走(ないし走査)における像認識のために使用することができる。

【００１８】 測定テーブルが予め設定された又は自動的に発見した測定位置に到達したとき
、外縁の正確な位置が測定される。この縁部測定は、図示された測定窓（図４）
の内部で像解析方法により行われる。測定精度は、撮像システム（例えばＣＣＤ
カメラ）の解像度に依存する。一方の座標軸においては外縁位置の測定値が、他
方の座標軸においては干渉計で測定される実際のテーブル位置が、外縁位置とし
て記憶（ないし、記録）される。

【００１９】 このようにして、少なくとも３つの点が、マスクプレートの相互に直角に配置
された２つの外縁上で測定される。勿論、追加的に全ての外縁の位置を測定する
ことも可能である。

【００２０】 次の段階(ステップ)では、セントラリティマークの位置が測定される。そのた
めに、例えば（セントラリティ）マークの相互に対向する２つの縁がそれぞれ測
定され、その中心線が決定される。相互に直交する２つの中心線の交点が（セン
トラリティ）マークの位置（座標位置）を決定する。これらのマークは、その形
態においては、アライメントマークや通常の測定（される）パターン構造とは区
別が付かない。それゆえ、普通に測定することができるどのパターンないしマー
ク形態も本発明の方法によればセントラリティマークとして使用することができ
る。従って、多数のパターン構造のどれもセントラリティマークとして決定（選
択）することができる。デザイン（計画）位置（目標位置）、測定位置及びマー
ク数は、それぞれの測定過程についてユーザ毎に特有に決定することができる。

【００２１】 外縁位置及び測定されるセントラリティ−パターン構造(マーク)の位置の求め
た値は、測定データファイル（記憶装置）に一緒に記憶され、そのため次の（他
の）評価に自由に使用できる。しかし、別々のデータファイルもまたセントラリ
ティ−評価のために使用することができる。

【００２２】 適当な評価用ソフトウェアにより、さらなる評価をユーザ毎に個別的に実行す
ることができる。評価は、とりわけ外縁に対する各パターン構造の距離を算定す
ることにある。しかし、外縁に対する測定パターン構造の重心移動、回転、直交
化ないし直行性（Orthogonalitaet）等も評価することができる。そのために有
利なのは、全ての外縁の位置が既知の場合であり、それによりとりわけマスクプ
レートの外部寸法ないし形状の測定（評価）も検査可能となる。

【００２３】 上記の方法によって、それ自体既知の測定装置の使用範囲が拡大されるだけで
はない。それによりマスクパターン構造の新規な（使用）形態も可能となる。と
いうのは、マスク面をパターン構造でより高度に（ないし、密に）覆う場合、任
意の位置にセントラリティマークを挿入することができ、或いは、規則的なマス
クパターン構造から選択されるパターン構造もセントラリティマークとして決定
(定義)することができるからであり、このようなマスクパターン構造の（使用）
形態は、従来の測定方法ではそのようなものとして評価（利用）できないもので
あろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 リソグラフィシステムにおける当接点を有する通常のマスクレイ
アウト

【図２】 ２つのセントラリティマークを有するマスク

【図３】 断面におけるマスク外縁の典型的なパターン構造

【図４】 マスク外縁の典型的な像

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク表面上のパターン構造の測定方法であって、 該マスクは、像評価を行う座標測定装置内で、結像測定システムの光軸に対し
   て直交方向に移動可能な測定テーブル上に、干渉計で測定可能に、配置され、か
   つ、該マスクに対して配設されたマスク座標システムは、アライメントマークを
   用いて測定装置座標システムに対し整合され、該マスク座標システム内において
   前記パターン構造の目標位置が予め設定される形式の測定方法において、 前記マスク座標システム内における前記パターン構造の実際位置に加えて更に
   、該マスクの相互に直角に配置する少なくとも２つの外縁（ないし、稜）の位置
   が、該マスク座標システム内で測定される、 ことを特徴とする測定方法。
2. 【請求項２】 前記外縁位置は、一方の座標軸においては該外縁位置の像評
   価による測定値によって、他方の座標軸においては実際の測定テーブル位置によ
   って決定される、 ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
3. 【請求項３】 １つの外縁に対しては２つの位置値が、かつ、他の外縁では
   少なくとも１つの位置値が決定される、 ことを特徴とする請求項２に記載の測定方法。
4. 【請求項４】 前記外縁の像は、前記座標測定装置内で記憶され、かつ、測
   定されるべき外縁位置は、前記測定テーブルの自動追走により調節される、 ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の測定方法。
5. 【請求項５】 前記外縁位置の測定は、小さいアパーチャの結像光学系で実
   行される、 ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の測定方法。
6. 【請求項６】 前記測定テーブルの表面は、少なくとも前記（測定テーブル
   に）載置されているマスクの外縁の領域で、前記測定装置の結像光線が反射する
   ように構成されている、 ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の測定方法。
7. 【請求項７】 前記マスク上には、選択されたパターン構造要素が配置され
   、該パターン構造要素の位置が、前記マスク座標システム内において、かつ、該
   マスクの複数の外縁に対して求められる、 ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
8. 【請求項８】 任意の測定されたパターン構造の位置も、前記マスクの複数
   の外縁に対して求められる、 ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
9. 【請求項９】 前記選択されたパターン構造要素の、前記マスクの２つの外
   縁に対する距離が求められる、 ことを特徴とする請求項７に記載の測定方法。
10. 【請求項１０】 前記任意の測定されたパターン構造の、前記マスクの２つ
    の外縁に対する距離が求められる、 ことを特徴とする請求項８に記載の測定方法。
11. 【請求項１１】 前記パターン構造(複数)及び前記外縁位置(複数)の記憶さ
    れた位置座標（複数）から、種々の評価が、例えば、パターン構造モデルの、前
    記マスクの複数の外縁に対する重心移動、回転又は直交化が実行される、 ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。