JP4419427B2

JP4419427B2 - レチクル検査装置の焦点位置制御方法

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Publication number: JP4419427B2
Application number: JP2003125707A
Authority: JP
Inventors: 元就舘野; 英征森部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004333584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光機の拡大原版としてパターンをウエハに転写する際に使用されるレチクルを検査するレチクル検査装置の焦点位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来のレチクル検査装置を示す模式図であり、主として焦点制御システムの構成を示している。入射光１３はハーフミラー１０により対物レンズ１２に向けて屈曲され、対物レンズ１２により集光されて、検査対象のレチクル１１の表面に焦点を結ぶ。この場合に、焦点位置を制御するため、対象レチクル１１と対物レンズ１２との間の距離を一定にする必要がある。
【０００３】
この焦点位置制御には、入射光１３による対象レチクル１１からの表面反射を使用した光学的な方法が適用されている。即ち、対象レチクル１１の表面で反射した表面反射光２０は、ハーフミラー１０を透過して焦点制御光学系１４に入射される。焦点制御光学系１４は反射光２０に非点収差を与え、対象レチクル１１と対物レンズ１２との間の距離の変化に伴い、ビーム形状を変化させる光学系である。この焦点制御光学系１４から、ビーム形状に変化を加えた２系統の光２１及び２２が出力される。この出力光２１及び２２は光検出部１５に入射する。
【０００４】
光検出部１５に入射した出力光２１及び２２は、夫々光電変換素子により構成された４分割センサ１７及び１８により夫々４個の電気信号に変換される。各４分割センサ１７及び１８は、光ビームの形状変化比率を電気信号に変換するものであり、この４分割センサ１７及び１８の各４個の出力信号は、光検出部１５において演算され、光検出部１５から４系統の出力信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が出力される。この場合に、センサ１７のビームＹ方向出力をＡ１、Ｘ方向出力をＡ２、センサ１８のビームＹ方向出力をＢ１、Ｘ方向出力をＢ２と定義する。
【０００５】
焦点位置制御回路１６は、これらの出力信号Ａ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２を入力する。焦点位置制御回路１６は、対象レチクル１１の位置情報Ｚ１として、Ｚ１＝（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）を演算し、対象レチクル１１の位置を検出する。対象レチクル１１と対物レンズ１２との距離は、位置情報Ｚ１を一定に保つフィードバッグ制御により実現される。即ち、焦点位置制御回路１６は、位置情報Ｚ１を一定に保つために、対物レンズドライバ１９に必要な制御量２３を出力することにより、ドライバ１９によりレンズ１２を移動させてレンズ１２の位置を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の焦点制御システムにおいては、以下に示す問題点がある。図８は、対象レチクル１１と対物レンズ１２の制御イメージを示す。対象レチクル１１は、石英（Ｑｚ）基板２の表面にハーフトーン（以下、ＨＴという）膜３が形成され、このＨＴ膜３の上にＣｒ膜４が積層された構造を有する。このＨＴ膜３は露光用波長に対して、適度な透過率を有する膜であり、露光時にハーフトーン効果を得ることができる膜質により形成されており、例えば、ＭｏＳｉにより形成されている。Ｃｒ膜４はライン＆スペースパターン（以下、ＬＳパターンという）又はコンタクト若しくは複雑形状のパターンが形成されたものであり、このＣｒ膜４の光透過率は０％である。なお、露光波長と検査波長とは異なる。
【０００７】
ところで、焦点位置制御の制御位置が、図８に示すように、Ｃｒ膜４の表面７に存在したとする。この場合に、対象レチクル１１の位置をステージ等で移動させて図９に示す配置になった場合、対象レチクル１１の基板２の表面上には、所定の膜厚を有するＨＴ膜３とＣｒ膜４とが存在するため、この光学的焦点制御システムの制御位置が石英基板２の表面８となる。本来、対象レチクル１１までの距離が変化したため、制御位置が表面８に変化することは正しい。
【０００８】
しかし、従来の制御システムでは、ステージの移動による対象レチクル１１の移動（矢印６にて示す）が高速であるため、本制御システムが各膜厚に正しく追従できないという問題点がある（第１の課題）。
【０００９】
また、対象レチクル１１の表面上のＨＴ膜３及びＣｒ膜４は微細パターンを有するため、対物レンズ１２に入射するビーム５の集光スポットサイズの方がパターン変化より大きく、実際には、その反射光２０により各膜情報を正しく検出できないという問題点がある（第２の課題）。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、レチクル上を走査するビームの位置が移動しても、レチクル基板上の膜により形成されたパターンによる位置検出精度の低下を防止することができ、安定して焦点位置制御することが可能なレチクル検査装置の焦点位置制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレチクル検査装置の焦点位置制御方法は、対物レンズを介して検査対象のレチクルの表面に光ビームを照射し、この光ビームを走査して、前記レチクルからの反射光を検出し、対物レンズとレチクルとの間の距離を前記対物レンズの焦点距離に応じて制御するレチクル検査装置の焦点位置制御方法において、ビーム走査の際の前記レチクル上の膜種の変化を前記レチクルからの全反射光量に基づいて検知し、前記対物レンズとレチクルとの間の距離を前記対物レンズの焦点距離に応じて制御する際の制御量を、前記膜種の変化による膜厚の変化分を打ち消す方向に補正し、この補正量を付加した位置情報に基づき、前記対物レンズと前記レチクルとの間の距離を制御することを特徴とする。
【００１２】
前記レチクルは、基板上にハーフトーン膜が形成され、このハーフトーン膜上にＣｒ膜が形成され、各膜によりパターンが形成されているものとすることができ、この場合は、前記全反射光量は、Ｃｒ膜上からの全反射光量が最も多く、前記基板上からの全反射光量が最も少ないものである。
【００１３】
前記補正量は、例えば、前記ハーフトーン膜の表面を基準面とし、前記ビームが前記Ｃｒ膜上又は前記基板上を走査しているときも、前記対物レンズの焦点位置が前記ハーフトーン膜の表面に一致するように、設定することができる。
【００１４】
また、前記対物レンズと対象レチクルとの間の距離を前記対物レンズの焦点距離に応じて制御する方法は、例えば、前記レチクルからの反射光に対し、非点収差を与えて収束させ、その光軸における焦線位置の前後に、夫々検出領域が上下方向及び水平方向に４分割された分割センサを配置して、各センサによりその各分割領域について光量を測定し、一方のセンサにおいて、上下方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ａ１とし、水平方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ａ２とし、他方のセンサにおいて、上下方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ｂ１とし、水平方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ｂ２とし、前記膜種の変化による膜厚の変化分を打ち消すように設定された補正量Ｃを用い、検出対象レチクルの位置情報Ｚ１を、Ｚ１＝｛（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）｝＋Ｃにより求めて、このＺ１が一定になるように、前記対物レンズの位置を制御するように構成することができる。
【００１５】
この場合に、前記反射光の総光量Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２に基づいて膜種を認識し、その膜の膜厚を基に、前記補正量Ｃを設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態において使用するレチクル検査装置の焦点位置制御部分を示す模式図である。本実施形態に適用されるレチクル検査装置は、図７の焦点位置制御回路１６に代えて焦点位置制御回路４０を設けたこと以外は、図７に示すものと同様であり、対象レチクル１１も図８及び図９に示すものと同様である。
【００１７】
即ち、入射光１３はハーフミラー１０により対物レンズ１２に向けて屈曲され、対物レンズ１２により集光されて、検査対象のレチクル１１の表面に焦点を結ぶ。対象レチクル１１の表面で反射した表面反射光２０は、ハーフミラー１０を透過して焦点制御光学系１４に入射される。焦点制御光学系１４は反射光２０に非点収差を与え、対象レチクル１１と対物レンズ１２との間の距離の変化に伴い、ビーム形状を変化させる。即ち、対象レチクル１１と対物レンズ１２との間の距離が、対物レンズ１２の焦点位置である場合には、対物レンズ１２から焦点制御光学系１４に入射される反射光２０は平行光線となるが、焦点制御光学系１４はこの反射光２０に対し非点収差を与え、反射光２０は光軸上の位置により縦長又は横長のビームとなる。焦点制御光学系１４からは、この非点収差を持つ光２１及び２２が出力される。この２系統の光２１，２２は同一の光である。
【００１８】
出力光２１及び２２は、光検出部１５に入射する。これらの光２１及び２２は、対物レンズ１２からの光路長が相互に異なるように配置されたセンサ１７及び１８に入射する。このセンサ１７及び１８は光電変換素子であり、このセンサ１７及び１８により反射光２０は電気信号に変換される。センサ１７及び１８は、夫々図中模式的に示すように、水平方向の２個と垂直方向の２個に４分割されており、各センサ１７及び１８の水平方向（Ｘ方向）に分割された２領域に入射した光の信号は加算されて、夫々出力信号Ａ２及び出力信号Ｂ２として光検出部１５から出力される。一方、各センサ１７及び１８の垂直方向（Ｙ方向）に分割された２領域に入射した光の信号は加算されて、夫々出力信号Ａ１及び出力信号Ｂ１として光検出部１５から出力される。前述の如く、センサ１７及び１８は光路長が相違するように配置されており、従って、センサ１７及び１８に入射する光のビーム形状は、後述するように、また、図中模式的に示すように、センサ１７においては例えば横長、センサ１８においては例えば縦長となる。このため、センサ１７においては、出力信号Ａ２がＡ１より大きく、センサ１８においては、出力信号Ｂ１がＢ２より大きいものとなる。これにより、光ビームの形状変化比率が電気信号（Ａ１−Ａ２）及び（Ｂ１−Ｂ２）に変換される。
【００１９】
センサ１７及び１８が配置される光路上の位置は、焦点制御光学系１４において焦線位置の前後である。非点収差を与えられて収束する反射光２０は、焦線位置でビーム形状が円になるが、センサ位置を焦線位置の前後にずらすことにより、一方は縦長、他方は横長のビーム形状になる。対象レチクル１１が対物レンズ１２の焦点位置にあるときに、その反射光２０を焦点制御光学系１４の焦線位置で捉えると、そのビーム系は最小円になり、逆にこの焦線位置にセンサを配置して反射光を検出すれば、原理的には、対物レンズ１２の焦点位置に対象レチクル１１が存在することが検出される。しかし、この対象レチクル１１の表面には、レチクルパターンが形成されており、焦点が合致しているときにこのレチクルパターンにより反射光量に差が生じてしまう。そこで、本実施形態のように、２個の分割センサ１７及び１８により、焦線位置の前後の位置で、反射光の光量を検出することにより、レチクルパターンの影響を防止した状態で、対象レチクル１１に対する対物レンズ１２の位置情報Ｚ１を得ることができる。即ち、（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）を対象レチクル１１の位置情報とすることにより、対象レチクル１１の表面に形成されたレチクルパターンの影響を回避して、対象レチクル１１と対物レンズ１２との間の距離を一定に制御できる。しかし、位置情報Ｚ１をこの数式に設定すると、図８及び図９に示すように、焦点位置制御回路４０は入射光１３の入射ビーム５が走査している基板２上の位置により、その膜厚分だけ、レンズ１２の位置を変更しようとしてしまう。
【００２０】
しかし、本発明においては、焦点位置制御回路４０は、これらの出力信号Ａ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２を入力し、対象レチクル１１の位置情報Ｚ１として、Ｚ１＝｛（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）｝＋Ｃを演算し、対物レンズ１２の対象レチクル１１に対する位置を制御する。対象レチクル１１と対物レンズ１２との距離は、位置情報Ｚ１を一定に保つようにフィードバッグ制御する。即ち、焦点位置制御回路４０は、位置情報Ｚ１を一定に保つために、対物レンズドライバ１９に必要な制御量２３を出力することにより、ドライバ１９によりレンズ１２を移動させてレンズ１２の位置を制御する。
【００２１】
本発明における対象レチクルの位置情報Ｚ１は、Ｚ１＝｛（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）｝＋Ｃとする。この場合に、Ｃは、（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）である。即ち、本発明においては、光検出部１５に入射される総光量を補正量Ｃとして使用する。後述するように、この光検出部１５に入射される総光量、即ち、対象レチクル１１から反射した反射光の総光量は、反射部位の膜種により変化する。従って、この反射光の総光量を検出することにより、反射部位の膜種を認識することができ、この膜種に応じて、その膜種の膜厚分の補正量を、対物レンズドライバ１９に出力する制御量２３に加える。従って、対物レンズドライバ１９が駆動するレンズ１２の移動量は、この反射部位の膜種及びその膜厚を考慮したものとなる。
【００２２】
このため、図２及び図３に模式的に示すように、反射部位における膜厚の影響を受けず、対物レンズ１２の焦点位置は常に一定の面、図示例はＨＴ膜３の表面９ａ、９ｂにあり、対物レンズ１２と対象レチクル１１の基板２とが一定の距離に保たれる。このようにして、本発明では、膜種による反射率の違いから、簡易的な補正量を求めて、対物レンズ１２の位置の制御量を補正しているので、簡便に、膜厚による不安定さを低減することができる。
【００２３】
次に、本発明において使用する位置情報Ｚ１について説明する。数式Ｚ１＝｛（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）｝＋Ｃにおける補正量Ｃは、光検出部１５に入射される総光量（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）を基に、反射部位の膜種を判定し、この膜種の膜厚に相当する補正量を表すものであり、本発明においては、この膜厚に相当する補正量Ｃを付加した制御量で、対物レンズ１２を制御する。
【００２４】
図４及び図５は横軸にＬ／Ｓパターンの線幅をとり、縦軸に反射光の総光量（ＡＦ光量＝（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２））をとって、膜種の相違による反射光量の変化を示すグラフ図である。ＡＦ光量は、光学的焦点検出光の光強度であり、対物レンズと対象レチクルとの間の距離に対して変化する。なお、Ｌ／Ｓ線幅は、ラインとスペースとで同一幅である。図４及び図５において、０度というのは、ＬＳパターンのライン及びスペースの長手方向に垂直にビームをスキャンした場合、４５度及び６０度は前記長手方向に夫々４５度及び６０度の傾斜角でビームをスキャンした場合、９０度はライン及びスペースの長手方向に平行にスキャンした場合の反射光の総光量を示す。なお、ステージを移動させながらビームをスキャンしているので、９０度の場合も、ビームはラインとスペースとにまたがって照射される。この図４及び図５に示すように、ＬＳパターン上からの反射光の総光量はＬ／Ｓの繰り返し線幅によって変化する。
【００２５】
図４は対象レチクル１１における石英基板２と、その上のＨＴ膜３の上に形成されたＣｒ膜４とに、光を照射した場合の反射光の総光量を示す。この図４に示す例においては、Ｃｒ膜４の均一面から反射した光の総光量は約１．６Ｖ（センサにより測定された電圧値）であり、石英基板２の均一面から反射した光の総光量は約０．２Ｖであった。また、図５は対象レチクル１１における石英基板２と、その上のＨＴ膜３とに、光を照射した場合の反射光の総光量を示す。この図５に示す例においては、ＨＴ膜３の均一面から反射した光の総光量は約０．８Ｖ、石英基板２の均一面から反射した光の総光量は約０．２Ｖであった。対象レチクル１１における石英基板２上の膜構造は、ＨＴ膜３上にＣｒ膜４が形成されたものであり、反射光の総光量は、石英基板２が最も低く、次いで、ＨＴ膜３が高く、更に、Ｃｒ膜４が最も総光量が多い。従って、前述の膜構造から、最表面のＣｒ膜４を光ビームが走査している場合は、３層の全てが存在する位置であり、中間のＨＴ膜３を走査している場合は、ＨＴ膜３と石英基板２の２層が存在し、最も反射光量が多いＣｒ膜４が存在しない位置であり、最下層の石英基板２の表面を走査している場合は、他の２層が存在せず、最も反射光量が少ない石英基板２上の位置である。このため、反射光量が最も多くなるのは、Ｃｒ膜４が存在する位置であり、反射光量が最も少なくなるのは、石英基板２上の位置であり、その中間のＨＴ膜３が存在する位置は、反射光量も中間の量になる。よって、反射光量の大小から、ビーム照射位置の膜種を認識することができる。
【００２６】
次に、上述の如く構成された本実施形態の動作について、焦点位置制御回路４０の制御態様を主体として説明する。先ず、焦点位置制御回路４０は光検出部１５から出力された信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を入力し、対物レンズ１２の位置情報Ｚ１＝｛（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）｝＋Ｃを演算する。この補正量Ｃは反射光の総光量（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により決まるものであり、反射部位における膜種を反映したものである。石英基板２上に形成されたＨＴ膜３の膜厚は例えば６０ｎｍ、ＨＴ膜３上に形成されたＣｒ膜４の膜厚は例えば７０ｎｍであり、従って石英基板２上のＨＴ膜３及びＣｒ膜４の総膜厚は１３０ｎｍである。従って、図２及び図３に示すように、ＨＴ膜の表面９ａ、９ｂを基準にとると、入射ビームの位置が、図２に示すように、Ｃｒ膜４上にある場合は、反射光の総光量（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）からこれを認識し、Ｃｒ膜４の膜厚（例えば、７０ｎｍ）だけ、対物レンズ１２を対象レチクル１１に近づけるように、補正量Ｃを決め、この補正量Ｃにより補正された位置情報Ｚ１をドライバ１９に出力して、対物レンズ１２の位置を制御する。即ち、ビームがＨＴ膜３上からＣｒ膜４上に移動しても、対物レンズ１２を対象レチクル１１に向けて移動させない。
【００２７】
即ち、従来技術においては、位置情報Ｚ１がＺ１＝（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により求められていたので、図８に示すように、Ｃｒ膜４上では対物レンズ１２の焦点位置にＣｒ膜４の表面７がくるように、対物レンズ１２は対象レチクル１１から比較的離れた位置にある。もし、ビームがＨＴ膜３上からＣｒ膜４上に移動したときには、対物レンズ１２が対象レチクル１１から遠ざかる方向に後退する。
【００２８】
しかし、本実施形態においては、（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により求まる制御量に対して、補正量Ｃを付加しているので、ビームがＨＴ膜３上からＣｒ膜４上に移動しても、（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により求まる制御量を、Ｃｒ膜４の膜厚分だけ、補正量Ｃが打ち消し、対物レンズ１１は移動しないように、焦点位置制御回路４０が制御する。
【００２９】
一方、図３に示すように、ビームがＨＴ膜３上から石英基板２上に移動したときも、この膜種の変化を反射光の総光量（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により検知し、ＨＴ膜３の膜厚（６０ｎｍ）分だけ、対物レンズ１２を対象レチクル１１から遠ざけるように、補正量Ｃを決め、この補正量Ｃにより補正された位置情報Ｚ１をドライバ１９に出力して、対物レンズ１２の位置を制御する。即ち、ビームがＨＴ膜３上から石英基板２上に移動しても、対物レンズ１２を対象レチクル１１に向けて移動させないように、焦点位置制御回路４０が制御する。
【００３０】
従来は、図９に示すように、ビームがＨＴ膜３上から石英基板２上に移動したときには、対物レンズ１２が対象レチクル１１に近づく方向に移動してしまう。これに対し、本実施形態においては、（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により求まる制御量に対して、補正量Ｃを付加しているので、ビームがＨＴ膜３上から石英基板２上に移動しても、（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により求まる制御量を、ＨＴ膜３の膜厚分だけ、補正量Ｃが打ち消し、対物レンズ１１は移動しないように焦点位置制御回路４０が制御する。
【００３１】
即ち、図３に示すように、ビームがＨＴ膜３上から石英基板２上に移動したときも、この膜種の変化を反射光の総光量（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）により検知し、ＨＴ膜３の膜厚（６０ｎｍ）分だけ、対物レンズ１２を対象レチクル１１から遠ざけるように、補正量Ｃを決め、この補正量Ｃにより補正された位置情報Ｚ１をドライバ１９に出力して、対物レンズ１２の位置を制御する。これにより、ビームがＨＴ膜３上から石英基板２上に移動しても、対物レンズ１２を対象レチクル１１に向けて移動させない。
【００３２】
このようにして、本実施形態においては、ビームの走査時に膜種が変化しても、その膜厚に対応して対物レンズ１１が移動することはないように、焦点位置制御回路４０により対物レンズ１１の位置が制御される。従って、ビームがＣｒ膜４上又は石英基板２上を走査しているときは、焦点ずれが生じている。このようにする理由は以下のとおりである。レチクルの検査動作中は、一方向にステージを移動させて、これに直交する方向に高速でビームを走査してパターンの検査を行う。石英基板２上に形成されたＨＴ膜３及びＣｒ膜２は、微細でかつ複雑なパターンに形成されている。例えば、最小線幅は０．２μｍ程度であり、光学的オートフォーカスのスポットサイズは０．３〜０．４μｍ程度であるため、スポットサイズ以下のパターンが存在する。従って、光学的に正確なパターン情報を検出することは困難である。そこで、ＨＴ膜３の表面９ａ、９ｂを基準として、ビーム位置がＨＴ膜３上から外れても対物レンズ１２を移動させないようにして、対象レチクル１１と対物レンズ１２との間の距離を可及的に一定に保持した方が、Ｃｒ膜４により形成されたパターン及び石英基板２により形成されたパターンに対して、安定した焦点ずれとなる。レチクルの検査装置としては、入力画像情報の安定性が重要であり、一定に焦点ずれが生じる方が好ましい。
【００３３】
次に、図８は膜厚補正を有効にした場合の制御誤差を示す。検査対象レチクルは、左領域に石英基板上にＣｒ膜を形成し、右領域に石英基板上にＨＴ膜を形成したものであり、図８は両領域を一連の補正動作でレチクルを移動させた場合の対物レンズドライバの出力量を示す。即ち、膜面上を焦点位置制御させてフィードバッグ制御した結果を示している。レチクルエリアは２０ｍｍ×２０ｍｍについて動作確認した。各Ｍｏｄｅは、Ｍｏｄｅ０が従来のように補正なしＴ＝０ｎｍの場合を示す。Ｍｏｄｅ１がＣｒ膜及び石英基板間をＴ＝１００ｎｍ補正し、Ｍｏｄｅ２がＴ＝２００ｎｍ、Ｍｏｄｅ３がＴ＝３００ｎｍ補正した例である。ここで、フィードバッグ制御中の補正量Ｃは、総光量をＩとすると、Ｃ＝αＴ×Ｉとする。αはドライバ出力レベルに合わせる係数である。この実施例では、Ｃｒ膜のみからの反射時に各Ｍｏｄｅでの補正量ＣがＴになるようにしたα値に調整した。よって、石英基板の表面のみから反射する場合、図４及び図５の結果から演算すると、Ｃｒ膜からの総反射光量は約１．６Ｖ、石英基板からの総反射光量は約０．２Ｖであるから、各Ｍｏｄｅの補正量は、０ｎｍ（ｍｏｄｅ＝０）、１２．５ｎｍ（ｍｏｄｅ＝１）、２５ｎｍ（ｍｏｄｅ＝２）、３７．５ｎｍ（ｍｏｄｅ＝３）相当となる。また、ＨＴ膜表面では、ＨＴ膜表面からの総反射光量は約０．８Ｖであるから、０ｎｍ（ｍｏｄｅ＝０）、５０ｎｍ（ｍｏｄｅ＝１）、１００ｎｍ（ｍｏｄｅ＝２）、１５０ｎｍ（ｍｏｄｅ＝３）相当となる。この補正量を加えることで、図２及び図３のように、基板に対してレンズが一定になる方向に補正することができる。
【００３４】
本発明において、対物レンズ１２の駆動量が、理想的に基板上の膜の厚さによる影響を受けていないとすると、焦点位置制御回路４０から出力される制御量は、ビームスキャン中一定である。図６は横軸に上述の設定モードを示し、縦軸に各モードの制御量の最大値及び最小値とその制御誤差を示す。従来のＭｏｄｅ＝０では、膜厚の影響によりドライブ出力量に膜縁部で大きな変化がみられる。また、ステージの移動が高速であるのに対し、対物レンズの制御がこれに追従できないため、この追従性の問題により、制御信号の出力は、実際のパターンから、遅れた応答を示すため、誤差を生じる。
【００３５】
これに対し、本実施形態のように、補正量を与えると、モード１乃至３では、制御誤差が小さくなっている。本実施例では、モード２の場合に、膜縁部における制御量の変化が最も少なく、モード２のＴ＝２００ｍｍの補正量が最適補正量となる。従来のモード０に比べて、モード２の場合は、焦点位置制御誤差が約３０％改善されている。
【００３６】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。レチクルの基板上には、多数の品種の膜が形成されることがある。また、各膜種毎に、膜厚が異なる場合がある。このような場合は、事前に各対象レチクルの膜厚を登録しておき、レチクル検査時に検査膜種を選択させる機能を追加することで、多品種の膜が基板上に存在する場合にも対応することができる。
【００３７】
また、検査対象レチクルの検査前に、各膜面の均一領域からの反射光量を測定することにより、総光量Ｉをキャリブレーション登録すればよい。即ち、１枚のレチクル上に複数の膜種が存在しても、複数のポイントで総光量Ｉをキャリブレーションすることにより、最適補正量を求めることができる。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、非点収差法により対象レチクルに対する対物レンズの位置を制御しているが、この位置制御法はこれに限らず、例えば、スポットサイズ法等、種々の方法により制御することができる。また、上記実施形態では、補正量は総光量Ｉに比例するものであるが（Ｃ＝αＴ×Ｉ）、これに限らず、例えば、レチクルの種類毎に補正曲線を登録しておき、この補正曲線に基づいて補正量を定めることにより、より精度が高い制御を行うことができる。
【００３９】
更に、上記実施形態のレチクル検査装置は、１方向ビームスキャン型の検査装置であるが、これに限らず、本発明は結像光学型レチクル検査装置にも適用できる。この結合光学型レチクル検査装置においては、検査対象レチクルの全体に光を照射しておき、結像光学系において、見る位置をスキャンすることにより、同様に対物レンズの焦点位置を制御するものである。このような検査装置においても、基板上の膜種の変化により膜厚が変化した場合に、対物レンズが移動しないようにした方が好ましいことは前述の実施形態と同様である。更にまた、上記実施形態は、石英基板上にＨＴ膜及びＣｒ膜を形成したものであるが、例えば石英基板上にＣｒ膜を形成した１層構造のものでも同様に本発明を適用できる。この場合には、Ｃｒ膜の表面に対物レンズの焦点位置が一定となるように制御すればよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、検査対象レチクルの位置情報Ｚ１及び制御量に対し、反射光の総光量によりビーム照射位置の膜種を認識するという簡易な方法により、膜厚に基づく補正量を制御量に加えることにより、微細パターンの場合に、膜情報を正しく検出できないという問題点を解消し、焦点制御系を安定化することができる。これにより、簡易的な方法で膜厚差に起因する位置制御誤差を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で使用するレチクル検査装置の焦点位置制御系を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の動作を示す図である。
【図３】同じく、本実施形態の動作を示す図である。
【図４】反射部位がＣｒ膜及び石英基板の場合の反射光の総光量を示すグラフ図である。
【図５】反射部位がＨＴ膜及び石英基板の場合の反射光の総光量を示すグラフ図である。
【図６】補正量（モード）の相違と制御誤差との関係を示すグラフ図である。
【図７】従来のレチクル検査装置の焦点位置制御系を示すブロック図である。
【図８】同じくその動作を示す模式図である。
【図９】同じくその動作を示す模式図である。
【符号の説明】
２：石英基板
３：ＨＴ（ハーフトーン）膜
４：Ｃｒ膜
１０：ハーフミラー
１１：検査対象レチクル
１２：対物レンズ
１３：入射光
１４：焦点制御光学系
１５：光検出部
１６、４０：焦点位置制御回路
１７，１８：センサ
１９：対物レンズドライバ

Claims

対物レンズを介して検査対象のレチクルの表面に光ビームを照射し、この光ビームを走査して、前記レチクルからの反射光を検出し、対物レンズとレチクルとの間の距離を前記対物レンズの焦点距離に応じて制御するレチクル検査装置の焦点位置制御方法において、ビーム走査の際の前記レチクル上の膜種の変化を前記レチクルからの全反射光量に基づいて検知し、前記対物レンズとレチクルとの間の距離を前記対物レンズの焦点距離に応じて制御する際の制御量を、前記膜種の変化による膜厚の変化分を打ち消す方向に補正し、この補正量を付加した位置情報に基づき、前記対物レンズと前記レチクルとの間の距離を制御することを特徴とするレチクル検査装置の焦点位置制御方法。
前記レチクルは、基板上にハーフトーン膜が形成され、このハーフトーン膜上にＣｒ膜が形成され、各膜によりパターンが形成されているものであり、前記全反射光量は、Ｃｒ膜上からの全反射光量が最も多く、前記基板上からの全反射光量が最も少ないものであることを特徴とする請求項１に記載のレチクル検査装置の焦点位置制御方法。
前記ハーフトーン膜の表面を基準面とし、前記ビームが前記Ｃｒ膜上又は前記基板上を走査しているときも、前記対物レンズの焦点位置が前記ハーフトーン膜の表面に一致するように、前記補正量を設定することを特徴とする請求項２に記載のレチクル検査装置の焦点位置制御方法。
前記対物レンズと対象レチクルとの間の距離を前記対物レンズの焦点距離に応じて制御する方法は、前記レチクルからの反射光に対し、非点収差を与えて収束させ、その光軸における焦線位置の前後に、夫々検出領域が上下方向及び水平方向に４分割された分割センサを配置して、各センサによりその各分割領域について光量を測定し、一方のセンサにおいて、上下方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ａ１とし、水平方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ａ２とし、他方のセンサにおいて、上下方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ｂ１とし、水平方向に分割された２領域の検出光量を加算して信号Ｂ２とし、前記膜種の変化による膜厚の変化分を打ち消すように設定された補正量Ｃを用い、検出対象レチクルの位置情報Ｚ１を、Ｚ１＝｛（（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２））／（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）｝＋Ｃにより求めて、このＺ１が一定になるように、前記対物レンズの位置を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレチクル検査装置の焦点位置制御方法。
前記補正量Ｃは、前記反射光の総光量Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２に基づいて膜種を認識し、その膜の膜厚を基に、設定されることを特徴とする請求項４に記載のレチクル検査装置の焦点位置制御方法。