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【発明の名称】 パターン位置測定装置
【発明者】 【氏名】大塚 英夫
【要約】 【課題】パターン位置測定装置で保護部材付き基板に生じるたわみの影響を除去する。

【解決手段】ペリクル付き基板１０のたわみ形状〔Δｈpc〕を有限要素法により計算し、検出系３０、検出器５０ａ〜５０ｄ、ミラー１３Ｘ、１３Ｙ、および干渉計１４ａ、１４ｂにより検出されたペリクル付き基板１０上に形成されているパターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）を、計算したたわみ形状〔Δｈpc〕に基づいたＸ方向およびＹ方向へのパターン位置補正値ΔＬx、ΔＬyで補正する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】形成されたパターンを保護する保護部材付き基板を支持する支持手段と、前記パターンの位置を検出するパターン位置検出手段と、前記パターン位置検出手段で検出された前記パターン位置を、前記保護部材付き基板が前記支持手段で支持されたときに生じる前記保護部材付き基板のたわみ形状に基づいて補正する補正手段とを備えたパターン位置測定装置。
【請求項２】前記保護部材付き基板のたわみ形状は、有限要素法により計算されることを特徴とする請求項１に記載のパターン位置測定装置。
【請求項３】前記保護部材付き基板が前記支持手段で支持されたときに生じる前記保護部材付き基板のたわみ形状を検出するたわみ形状検出手段を備え、前記補正手段は、前記たわみ形状検出手段で検出された前記たわみ形状と、前記保護部材を備えない基板のたわみ形状とに基づいて、前記パターン位置を補正することを特徴とする請求項１に記載のパターン位置測定装置。
【請求項４】前記保護部材を備えない基板のたわみ形状は、有限要素法により計算されることを特徴とする請求項３に記載のパターン位置測定装置。
【請求項５】パターンが形成された第１の基板を支持する支持手段と、前記パターンの位置を検出するパターン位置検出手段と、前記パターン位置検出手段で検出された前記パターン位置を、前記支持手段で支持されたときに生じる前記第１の基板のたわみ形状に基づいて補正する第１の補正手段とを備えたパターン位置測定装置において、前記パターンを保護する保護部材付き第２の基板が前記支持手段で支持されたときに生じる前記第２の基板のたわみ形状を検出するたわみ形状検出手段と、前記第２の基板に形成されたパターンの位置を前記パターン位置検出手段で検出した際、検出されたパターン位置を、前記たわみ形状検出手段で検出された前記第２の基板のたわみ形状と、前記第１の基板のたわみ形状とに基づいて補正する第２の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。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ごみなどの異物付着防止用の保護部材が設けられたマスクやレチクルなどに形成されている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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は従来のパターン位置測定装置を示す図である。図９に示すように従来のパターン位置測定装置は、マスクやレチクルなどの基板１０を支持するためのＸＹステージ１５と、基板１０のパターンを検出する検出系１３０と、ＸＹステージ１５の位置を検出するためのＸ軸用干渉計１４ａおよびＹ軸用干渉計１４ｂとを備える。検出系１３０は、ＸＹステージ１５の上方に配置され、対物レンズ１１１と、基板１０のパターンからの直接反射光を検出する受光素子を備える検出光学系１１２と、対物レンズ１１１と基板１０との間の空間にＸおよびＹ軸方向に配設され、基板１０のパターンからの散乱光を受光する検出器１５０ａ〜１５０ｄとを備える。ＸＹステージ１５は不図示の定盤上に固定され、検出系１３０および検出器１５０ａ〜１５０ｄは定盤上に固定された不図示のフレームに対して固定される。
【０００３】このようなパターン位置測定装置において、基板１０は、ＸＹステージ１５上にパターン面１０ａを上側に向けて３個所の支持点で支持される。そして、レーザビームをパターン面１０上に集光して走査し、パターンエッジからの散乱光を検出器１５０ａ〜１５０ｄにより検出するか、あるいは、直接反射光を検出光学系１１２の受光素子で受光することにより、基板のパターンを検出する。
【０００４】そして、上述したようにパターンが検出されたときのＸＹステージ１５の位置をＸ軸用干渉計１４ａおよびＹ軸用干渉計１４ｂにより読み取ることにより、検出系１１２により検出されたパターン情報と干渉計１４ａ，１４ｂにより読み取られたＸＹステージ１５の位置の情報から基板１０の複数のパターン位置を測定する。
【０００５】上述したパターン位置測定装置では、基板をＸＹステージ上に３個所の支持点で支持する際に基板が自重によりたわむため、このたわみの影響によりパターン面が伸縮し、パターン位置測定の際に誤差が生じる。この誤差を低減するために、たとえば、特開平５−３３２７６１号公報では、基板を３個所の支持点で支持した場合に、基板の自重により生じるたわみに起因するＸ方向、Ｙ方向への二次元的な変位量をあらかじめ求めて記憶し、記憶した変位量に基づいて、測定したパターン位置をたわみが生じていない場合のパターン位置に補正する補正方法が開示されている。
【０００６】ところで、上述したマスク、レチクルなどの基板のパターン面上にごみなどが付着すると、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る。そこで、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、基板のパターン面およびパターン面と反対側の基板面の両方、または一方に基板と数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。なお、ペリクル膜は、ペリクル枠（アルミニウムなどから成る）を介して基板に取付けられる。以下の説明では、ペリクル枠にペリクル膜が張られたものをペリクルと呼び、ペリクルが設けられた基板をペリクル付き基板、ペリクルが設けられていない基板をペリクルなし基板と呼ぶ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように基板にペリクルが設けられると、ペリクルが設けられていない基板のたわみ量に比べて基板に生じるたわみ量が変化する可能性がある。
【０００８】本発明の目的は、ペリクルなどの保護部材付き基板が支持されたときに生じるたわみ量で、検出したパターン位置を補正するパターン位置測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１および図２を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明によるパターン位置測定装置は、形成されたパターン１０ｂを保護する保護部材付き基板１０を支持する支持手段１５と、パターン１０ｂの位置を検出するパターン位置検出手段３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂと、パターン位置検出手段３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂで検出されたパターン位置(Ｌx，Ｌy)を、保護部材付き基板１０が支持手段１５で支持されたときに生じる保護部材付き基板１０のたわみ形状に基づいて補正する補正手段２０とを備えることにより、上述した目的を達成する。
（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装置において、保護部材付き基板１０のたわみ形状は、有限要素法により計算されることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１に記載のパターン位置測定装置において、保護部材付き基板１０が支持手段１５で支持されたときに生じる保護部材付き基板１０のたわみ形状を検出するたわみ形状検出手段１６、３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂを備え、補正手段２０は、たわみ形状検出手段１６、３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂで検出されたたわみ形状と、保護部材を備えない基板１０のたわみ形状とに基づいて、パターン位置(Ｌx，Ｌy)を補正することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載のパターン位置測定装置において、保護部材を備えない基板１０のたわみ形状は、有限要素法により計算されることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、パターン１０ｂが形成された第１の基板１０を支持する支持手段１５と、パターン１０ｂの位置を検出するパターン位置検出手段３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂと、パターン位置検出手段３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂで検出されたパターン位置(Ｌx，Ｌy)を、支持手段１５で支持されたときに生じる第１の基板１０のたわみ形状に基づいて補正する第１の補正手段２０とを備えたパターン位置測定装置に適用される。そして、パターン１０ｂを保護する保護部材付き第２の基板１０が支持手段１５で支持されたときに生じる第２の基板１０のたわみ形状を検出するたわみ形状検出手段１６、３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂと、第２の基板１０に形成されたパターン１０ｂの位置をパターン位置検出手段３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂで検出した際、検出されたパターン位置(Ｌx，Ｌy)を、たわみ形状検出手段１６、３０、５０ａ〜５０ｄ、１３Ｘ、１３Ｙ、１４ａ、１４ｂで検出された第２の基板１０のたわみ形状と、第１の基板１０のたわみ形状とに基づいて補正する第２の補正手段２０とを備えることにより、上述した目的を達成する。
【００１０】なお、上記課題を解決するための手段では、わかりやすく説明するために実施の形態の図と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】−第一の実施の形態−以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、第一の実施の形態によるパターン位置測定装置を示す斜視図であり、図２はそのブロック図である。このパターン位置測定装置は、基板１０を水平に支持するための３個所の支持点を有するＸＹステージ１５と、ＸＹステージ１５の上方に配置され、基板１０のパターン、およびＸＹステージ１５に支持された基板１０のパターン位置情報を検出するための検出系３０と、ＸＹステージ１５の位置を検出するためのＸ軸用干渉計１４ａおよびＹ軸用干渉計１４ｂとを備える。なお、検出系３０はパターンのエッジを検出し、パターン位置情報としてパターンの２次元座標、パターンの線幅、パターン寸法などを計測する。
【００１２】図３は、検出系３０の拡大図である。検出系３０は、基板１０上に形成されているパターンのエッジ検出を行うための対物レンズ１１と、不図示のレーザ光源、および基板１０上のパターンからの直接反射光を受光する受光素子とを備えた検出光学系１２と、対物レンズ１１とＸＹステージ１５との間の空間においてＸ軸およびＹ軸方向にそれぞれ設けられ、基板１０上のパターンからの散乱光を検出する検出器５０ａ〜５０ｄとを備える。また、対物レンズ１１をＺ方向に昇降させる対物レンズ昇降装置１６が備えられている。この対物レンズ昇降装置１６は、後述する合焦動作時に用いられる。
【００１３】基板１０のパターン面１０ａには、ペリクル１７が接着剤１８で固定されている。ペリクル１７は、所定領域内のパターン１０ｂを取り囲むペリクル枠１７Ｆと、このペリクル枠１７Ｆに張り付けられたペリクル膜１７Ｍとで構成されている。ペリクル膜１７Ｍは透明な材料で形成されており、本パターン位置測定装置はペリクル膜１７Ｍを通して基板１０の表面からの散乱光、および反射光を検出する。
【００１４】図１および図２において、干渉計１４ａ，１４ｂは、レーザビームをステージ１５上のミラー１３Ｘ，１３Ｙに向けて照射し、その反射光を受光してＸＹステージ１５の位置を検出するものである。検出系３０と検出器５０ａ〜５０ｄは不図示の定盤上に固定され、ＸＹステージ１５の非可動部は定盤上に固定された不図示のフレームに対して固定される。
【００１５】基板１０は、たとえば、５インチ×５インチの方形状であり、その厚さは０．０９インチである。この外形寸法および材料の品質は高度に管理されており、寸法や比重、ヤング率などの機械的特性の公称値に対するばらつきは非常に小さい。そこで、基板１０の寸法および特性上の誤差がないことを前提にして説明を行う。
【００１６】このようなパターン位置測定装置において、表面に所定の精密パターン１０ｂが形成された基板１０は、ＸＹステージ１５においてパターン面１０ａが上側の検出系３０を向くように、不図示の自動搬送機によりＸＹステージ１５上に搬送される。図４はパターン位置測定装置における基板１０の支持方法を示す図である。図４(ａ)はＸＹステージ１５の平面図、図４(ｂ)はそのＡ−Ａ’矢視断面図である。図４に示すように、基板１０はＸＹステージ１５上の３個所に設けられ、２等辺三角形を形成するように配置された基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃにより支持されている。
【００１７】レーザ光源から放射されたレーザビームＢを対物レンズ１１を介して基板１０のパターン面１０ａ上に集光して走査すると、パターン１０ｂの微小な凹凸のエッジにより散乱光または回折光が生じる。この散乱光を散乱光検出器５０ａ〜５０ｄにより検出するか、あるいは、直接反射光を検出光学系１２の受光素子で受光することにより、基板１０上のパターン１０ｂが検出される。
【００１８】基板１０が支持されたＸＹステージ１５は、不図示のモータによりＸＹ平面を二次元移動する。Ｘ軸用の干渉計１４ａは、ＸＹステージ１５の上面においてＸ軸方向端部に固定されたミラー１３Ｘ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の光軸にある基板１０の表面のＸ軸方向における位置を検出する。これと同様に、Ｙ軸用の干渉計１４ｂは、ＸＹステージ１５の上面においてＹ軸方向端部に固定されたミラー１３Ｙの反射面に測長用のレーザビームを照射して、対物レンズ１１の光軸にある基板１０の表面のＹ軸方向における位置を検出する。
【００１９】このようにして検出された検出系３０の散乱光検出器５０ａ〜５０ｄによるエッジ検出信号と、干渉計１４ａ，１４ｂによるＸＹステージ１５の位置信号とが、主制御装置２０（図２）へ送られる。主制御装置２０は、これらのエッジ検出信号と位置信号とに基づいて所定の処理を行い、基板１０上に形成された複数のパターン位置を二次元的なパターン位置として検出する。
【００２０】また、対物レンズ昇降装置１６で対物レンズ１１を昇降させ、基板１０の表面に対して合焦させたときの対物レンズ１１のＺ方向の移動量を検出することにより、ＸＹステージ１５の基準面ｐから基板１０の表面までの高さｈが検出される。図３において、前述のレーザ光源（不図示）からのレーザビームＢが、対物レンズ１１を介して基板１０上にスポット状に結像される。そして、ビームスポットの位置が合焦面を中心としてＺ軸上を上下に移動するように、対物レンズ昇降装置１６が対物レンズ１１を光軸方向（Ｚ方向）に直線移動させる。このとき、ビームスポットによる散乱光が検出系３０の散乱光検出器５０ａ〜５０ｄで受光されるので、検出器５０ａ〜５０ｄから出力される出力信号が最小になるように対物レンズ１１のＺ軸上の位置を調整する。このような焦点検出方式は周知技術であり、詳細な説明は省略する。
【００２１】上述したように、合焦位置に調整されたときの対物レンズ１１のＺ方向の移動量と、干渉計１４ａ，１４ｂによるＸＹステージ１５の位置信号とが、主制御装置２０（図２）へ送られる。主制御装置２０がこれらの移動量と位置信号とに基づいて所定の処理を行うことにより、基板１０上の複数の位置における基板１０の表面の高さｈが検出される。基板１０上の任意の２点における高さｈの差を基板１０のたわみ量Δｈとする。基板１０上にあらかじめ定めた複数の所定位置においてたわみ量Δｈを求めることにより、その基板１０全体のたわみ状態を表す基板１０のたわみ形状〔Δｈ〕を得ることができる。
【００２２】本説明では、上述したようにペリクル付き基板１０上の所定位置においてそれぞれ実測された基板１０のたわみ量をΔｈpmとし、そのペリクル付き基板１０のたわみ形状を〔Δｈpm〕と表す。
【００２３】次に、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５で支持されたときに生じる自重たわみの影響により、基板１０のパターン面１０ａ(図１)が伸縮して発生するパターン位置の検出誤差の補正について説明する。第一の実施の形態では、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５で支持された場合の基板１０のたわみ量Δｈを実測して求めることにより、以下のように検出誤差の補正を行う。図５は、ＸＹステージ１５上に支持されたペリクル付き基板１０のたわみ状態を示す図である。図５によれば、基板１０のパターン面１０ａ側が伸びることにより、基板１０上の近接する２点Ａ、ＢにおけるＸＹステージ１５の基準面ｐ（図３）からの高さｈにΔｈの差が生じている。２点Ａ，Ｂ間の勾配は、パターン位置測定装置で検出された２点Ａ、Ｂ間の距離と実測されたたわみ量Δｈpmとにより、次式(１)、(２)で算出される。
【数１】
θx＝ tan-1(Δｈpm/Δｘ) （１）
θy＝ tan-1(Δｈpm/Δｙ) （２）
ただし、θx：２点Ａ、Ｂ間の勾配θのｘ成分、θy：２点Ａ、Ｂ間の勾配θのｙ成分、Δｘ：２点Ａ、Ｂ間の干渉計１４ａによるｘ方向の検出距離、Δｙ：２点Ａ、Ｂ間の干渉計１４ｂによるｙ方向の検出距離である。
【００２４】勾配θx、θyを次式(３)、(４)に代入すると、点Ａが検出された検出位置について、基板１０にたわみが生じている場合と生じていない場合との間に生じるＸ方向とＹ方向への二次元的な誤差量ΔＬx、ΔＬyがそれぞれ算出される。
【数２】
ΔＬx＝(ｔ・θx)／２ （３）
ΔＬy＝(ｔ・θy)／２ （４）
ただし、ｔ：基板１０の厚さであり、ΔＬx：Ｘ軸方向の誤差量、ΔＬy：Ｙ軸方向の誤差量である。これらΔＬxとΔＬyに基づいて、上述した基板１０上のパターン検出位置を次式（５）、（６）により補正する。
【数３】
Ｍx＝Ｌx−ΔＬx （５）
Ｍy＝Ｌy−ΔＬy （６）
ただし、Ｍx：補正後のＸ方向の検出位置、Ｍy：補正後のＹ方向の検出位置、Ｌx：パターン位置測定装置で検出された補正前のＸ方向の検出位置、Ｌy：補正前のＹ方向の検出位置である。
【００２５】なお、ペリクル付き基板１０に発生した自重たわみにより生じるパターン検出位置の二次元的な誤差量、すなわち補正値は、ペリクル付き基板１０のたわみ量Δｈpm、勾配θのＸ成分θxおよびＹ成分θy、あるいはＸ方向、Ｙ方向への二次元的な誤差量ΔＬxおよびΔＬyのいずれのかたちからも上式（１）〜（６）により算出が可能である。
【００２６】第一の実施の形態による特徴についてまとめると、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５上で支持されたときに基板１０に生じるたわみ形状〔Δｈpm〕を実測し、ペリクル付き基板１０上に形成されたパターン１０ｂの位置を測定するとき、検出されたパターン位置（Ｌx，Ｌy）を実測したたわみ形状〔Δｈpm〕を用いて補正するようにした。この結果、パターン検出位置（Ｌx，Ｌy）が、ペリクル付き基板１０のたわみ形状の実測値〔Δｈpm〕に基づいたＸ方向、およびＹ方向の補正値ΔＬx、ΔＬyで正しく補正される。
【００２７】−第二の実施の形態−第二の実施の形態では、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５で支持された場合の基板１０のたわみ量Δｈを計算して求めることにより、以下のように検出誤差の補正を行う。有限要素法を用いると、ＸＹステージ１５上に設けられた３個所の基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃで支持された基板１０のたわみ状態が理論的に算出可能である。そこで、ペリクル付き基板１０の材料、厚さ、形状、寸法、ヤング率、基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃの位置情報などに加えて、ペリクル膜１７Ｍ、ペリクルフレーム１７Ｆおよびペリクルフレーム１７Ｆを基板１０に接着する接着剤１８の材料、厚さ、形状、およびヤング率などの算出条件を用いて、ペリクル付き基板１０のたわみ形状を算出する。
【００２８】そして、有限要素法により算出して得られたペリクル付き基板１０上の所定位置におけるたわみ量の計算値をΔｈpcとし、ペリクル付き基板１０上の複数の所定位置のたわみ量の計算値Δｈpcを求めることにより得られるたわみ形状の計算値を〔Δｈpc〕と表す。
【００２９】有限要素法による計算では、基板１０上にあらかじめ定めたポイントにおいてたわみ量Δｈpcが算出される。図６は、基板１０上に定められた算出ポイントの例を示す図である。前述したように、ＸＹステージ１５上に設けられた基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃが２等辺三角形となるように配置されているので、基板１０が基板支持点６ａを通る垂線を中心に左右対称になるように支持されていれば、基板１０に生じるたわみも左右対称になる。したがって、基板１０の左右いずれか一方について有限要素法による理論計算を行えばよく、たとえば、図６のように基板１０の左上がＡ1,1、基板１０の中央下がＡm,nとなる合計ｍ×ｎ個の算出ポイントを等間隔に配置する。算出ポイントの間隔は、たとえば、約２ｍｍとおく。
【００３０】Ａm,nなる算出ポイントは、基板１０がＸＹステージ１５上に支持されるとき、ＸＹステージの干渉計１４ａ，１４ｂにより、座標（Ｘm，Ｙn）のように検出される。ペリクル付き基板１０のたわみ量の計算値Δｈpcを算出する場合、上述したｍ×ｎ個の各算出ポイントについて行うことにより、合計ｍ×ｎ個の計算値からなるペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕が得られる。そして、計算に用いられたペリクル付き基板１０の材料、厚さ、形状、寸法、ヤング率、基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃの位置情報、ペリクル膜１７Ｍ、ペリクルフレーム１７Ｆおよびペリクルフレーム１７Ｆを基板１０に接着する接着剤１８の材料、厚さ、形状、およびヤング率などの算出条件に関連づけて記憶装置２２（図２）に記憶される。
【００３１】上述したように得られたペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕を用いて、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５で支持されたときの自重たわみにより生じるパターン検出位置の二次元的な誤差量の補正を行う。ペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕の中から、パターン位置測定装置で検出されたパターンの検出位置（Ｌx，Ｌｙ）に対応したたわみ量の計算値Δｈpcを選び、上式（１）〜（４）式に代入する。ただし、上式（１）、（２）において、Δｈpmの代わりにたわみ量の計算値Δｈpcを代入する。そして、上式に代入して得られたＸ方向の補正値ΔＬx、およびＹ方向の補正値ΔＬyを用いて、上式(５)、(６)によりパターン検出位置を補正する。すなわち、補正前のパターン検出位置（Ｌx，Ｌy）に対して、ペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕に基づいたＸ方向の補正値ΔＬx、およびＹ方向の補正値ΔＬyで補正が行われ、補正後のパターン位置（Ｍx，Ｍy）が得られる。
【００３２】以上説明した第二の実施の形態による補正動作を、図７に示すフローチャートを参照して説明する。なお、本説明では、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５上に支持されたときに基板１０に生じるたわみ量の計算値Δｈpcが、上述した有限要素法により基板１０の材料、厚さ、形状、寸法、ヤング率、基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃの位置情報、ペリクル膜１７Ｍ、ペリクルフレーム１７Ｆおよびペリクルフレーム１７Ｆを基板１０に接着する接着剤１８の材料、厚さ、形状、およびヤング率などの算出条件に基づいて、あらかじめＡm,nなるｍ×ｎ個の算出ポイントで算出されて、各算出条件ごとにたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕として記憶装置２２（図２）に記憶されていることを前提に行う。
【００３３】ステップＳ１では、対物レンズ１１による光学系により、基板１０上に形成されたパターン１０ｂのエッジ検出が行われる。主制御装置２０は、あらかじめ入力されている基板１０上のパターン位置情報（設計上の位置データ）に基づいてＸＹステージ１５を所定の位置へ駆動し、上述したようにレーザ光源（不図示）から放射されたレーザビームを対物レンズ１１を介して基板１０のパターン面１０ａ上に集光させる。散乱光検出器５０ａ〜５０ｄにより基板１０に形成されているパターン１０ｂのエッジが検出されると、そのときのＸＹステージ１５の干渉計１４ａ，１４ｂによる位置信号を検出してＸＹステージ１５の位置(Ｌx，Ｌy)が読みとられる（ステップＳ２）。検出されたパターン位置座標(Ｌx，Ｌy)に基づいて、記憶装置２２に記憶されているペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕から、検出された位置座標(Ｌx，Ｌy)に対応するたわみ量の計算値Δｈpcが読み出される（ステップＳ３）。
【００３４】ステップＳ４では、読み出されたペリクル付き基板１０のたわみ量の計算値Δｈpcに基づいて、Ｘ方向の補正値ΔＬxとＹ方向の補正値ΔＬyが上式(１)〜(４)で算出される。ステップＳ５において、上式(５)、(６)のように、検出されたパターン位置（Ｌx，Ｌy）が、ステップＳ４で算出されたパターン位置補正値ΔＬxおよびΔＬyで補正され、補正後のパターン位置(Ｍx，Ｍy)が得られる。他に検出されたパターン位置に対する補正を行うときはステップＳ１に戻り（ステップＳ６のＮ）、基板１０上の全てのパターン検出位置に対する補正が終了したと判定されたときは補正処理を終了する（ステップＳ６のＹ）。
【００３５】なお、上記の説明では、有限要素法によりペリクル付き基板１０のたわみ形状〔Δｈpc〕がｍ×ｎ個の算出ポイントで離散的に算出されるようにしたので、パターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）に対応した算出ポイントでたわみ量の計算値Δｈpcが算出されていないときは、ステップＳ４における補正値算出時に補間計算を行う。補間計算では、有限要素法による計算時に得られたペリクル付き基板１０のたわみ形状を表す近似関数を記憶しておくことにより、パターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）に基づく変数を上記近似関数に代入してパターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）に対応したたわみ量の計算値Δｈpcが算出される。そして、算出されたたわみ量の計算値Δｈpcを用いてＸ方向の補正値ΔＬxとＹ方向の補正値ΔＬyが上式(１)〜(４)で算出される。
【００３６】第二の実施の形態による特徴についてまとめると、ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５上で支持されたときに基板１０に生じるたわみ形状〔Δｈpc〕を、有限要素法により算出して記憶装置２２に記憶し、ペリクル付き基板１０上に形成されたパターン１０ｂの位置を測定するとき、記憶されたたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕から検出されたパターンの位置（Ｌx，Ｌy）に対応するたわみ量の計算値Δｈpcを読み出す。そして、このたわみ量の計算値Δｈpcを用いて検出されたパターン位置（Ｌx，Ｌy）の位置補正を行うようにした。この結果、パターン検出位置（Ｌx，Ｌy）が、ペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕に基づいたＸ方向、およびＹ方向の補正値ΔＬx、ΔＬyで正しく補正される。
【００３７】以上の説明では、ペリクル１７が基板１０の一方の面に設けられた場合について説明したが、基板１０の両側に設けられた場合でも本発明を適用することができる。この場合には、基板１０の両面にペリクル１７が設けられることにより機械的特性が変化するので、有限要素法によりペリクル付き基板１０のたわみ形状〔Δｈpc〕を算出するときは、新たな機械的特性に基づいてたわみ形状を算出する。
【００３８】−第三の実施の形態−第二の実施の形態では、有限要素法を用いて計算されたペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕に基づいて求められたＸ方向、およびＹ方向の補正値ΔＬx、ΔＬyで、検出したパターン位置（Ｌx，Ｌy）に対する位置補正を行った。これに対して第三の実施の形態では、有限要素法を用いて計算されたペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕が記憶されているパターン位置測定装置でペリクル付き基板１０上に形成されたパターン位置を検出し、検出されたパターン位置（Ｌx，Ｌy）に対する位置補正を行う。
【００３９】有限要素法を用いて計算されたペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕と、ペリクル付き基板１０を実測して得られたペリクル付き基板１０のたわみ形状の実測値〔Δｈpm〕との差分を求め、この差分(〔Δｈpm〕−〔Δｈnc〕)をペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕と別に記憶装置２２に記憶する。検出したペリクル付き基板１０のパターン位置に対する位置補正を行うとき、ペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕を上記の差分(〔Δｈpm〕−〔Δｈnc〕)で補正する。そして、補正されたたわみ形状〔Δｈr〕に基づいて、Ｘ方向、およびＹ方向の補正値ΔＬxr、ΔＬyrを求め、検出したパターン位置（Ｌx，Ｌy）を補正値ΔＬxr、ΔＬyrで補正する。本説明では、有限要素法により算出して得られたペリクルなし基板１０上の所定位置におけるたわみ量の計算値をΔｈncとし、基板１０上の複数の所定位置のたわみ量の計算値Δｈncを求めることにより得られるたわみ形状の計算値を〔Δｈnc〕と表す。
【００４０】有限要素法を用いたペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕の算出は、前述したペリクル付き基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈpc〕の算出時と同じ方法により行われ、算出条件のみが変えて行われる。すなわち、Ａm,nなる算出ポイントは、基板１０がＸＹステージ１５上で支持されるとき、ＸＹステージの干渉計１４ａ，１４ｂにより、座標（Ｘm，Ｙn）のように検出される。ペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncの算出は、上述したｍ×ｎ個の各算出ポイントについて行われ、算出された合計ｍ×ｎ個のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕が基板１０の材料、厚さ、形状、寸法、ヤング率、基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃの位置情報などに関連づけて記憶装置２２（図２）に記憶される。
【００４１】たわみ形状を実測するペリクル付き基板１０は、パターン位置を測定するペリクル付き基板と同一の基板、または、パターン位置を測定するペリクル付き基板と同一の機械的特性を有するペリクル付き基板のいずれでもよく、本実施の形態では実測したたわみ量をペリクル付き基板１０の基準たわみ量Δｈpmと呼ぶ。ペリクル付き基板１０の基準たわみ量Δｈpmがペリクル付き基板１０上の所定位置において実測される。たわみ形状が実測される所定位置は、有限要素法を用いたペリクルなし基板１０のたわみ量の算出ポイントの位置と一致するように設定される。実測によりペリクル付き基板１０の基準たわみ形状〔Δｈpm〕が得られると、ペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕との差分をとり、この差分(〔Δｈpm〕−〔Δｈnc〕)が記憶装置２２（図２）に記憶される。この差分はペリクルが基板１０のたわみ量に寄与する分を示し、〔Δｈz〕として表す。
【００４２】ペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncに実測したペリクル付き基板１０の基準たわみ量Δｈpmとペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncとの差分Δｈzを加算すると、次式（７）のようにたわみ補正量Δｈrが得られる。
【数４】
Δｈr＝Δｈnc＋Δｈz （７）
したがって、第三の実施の形態によるパターン位置測定装置でペリクル付き基板１０上に形成されたパターン位置を測定するとき、二次元的なパターン位置検出値の補正は、次式(８)、(９)により行われる。
【数５】
Ｍx＝Ｌx−ΔＬxr （８）
Ｍy＝Ｌy−ΔＬyr （９）
ただし、Ｍx：補正後のＸ方向の検出位置、Ｍy：補正後のＹ方向の検出位置、Ｌx：補正前のＸ方向の検出位置、Ｌy：補正前のＹ方向の検出位置、ΔＬxr：ペリクル付き基板１０のたわみ補正量Δｈrを式(１)および(３)のΔｈpmに代入して算出されるＸ方向の補正値、ΔＬyr：ペリクル付き基板１０のたわみ補正量Δｈrを式(２)および(４)のΔｈpmに代入して算出されるＹ方向の補正値である。
【００４３】つまり、補正前のパターン検出位置（Ｌx，Ｌy）に対して、ペリクル付き基板１０のたわみ量の実測値Δｈpmに基づいたＸ方向の補正値ΔＬxr、およびＹ方向の補正値ΔＬyrで補正が行われ、補正後のパターン位置（Ｍx，Ｍy）が得られる。
【００４４】第三の実施の形態による補正の動作を図８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、第二の実施の形態との相違点は、ステップＳ１Ａ〜Ｓ１Ｂ、Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃ、およびＳ４Ａにあるので、これらのステップを中心に説明する。また、本説明では、ペリクルなし基板１０がＸＹステージ１５上で支持されたときに基板１０に生じるたわみ量の計算値Δｈncが、上述した有限要素法により基板１０の材料、厚さ、形状、寸法、ヤング率、基板支持点６ａ、６ｂ、６ｃの位置情報などの算出条件に基づいて、あらかじめＡm,nなるｍ×ｎ個の算出ポイントで算出されて、各算出条件ごとに合計ｍ×ｎ個のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕として記憶装置２２（図２）に記憶されていることを前提に行う。
【００４５】初めに、ステップＳ１Ａでペリクル付き基板１０の基準たわみ形状〔Δｈpm〕の検出が次のように行われる。主制御装置２０は、あらかじめ入力されている基板１０の位置情報に基づいて、有限要素法による算出ポイントＡm,nに相当する座標（Ｘm，Ｙn）が対物レンズ１１の光軸位置に設定されるように、ＸＹステージ１５を所定の位置へ駆動する。前述したように、レーザ光源（不図示）から放射されたレーザビームＢが、対物レンズ１１を介して基板１０のパターン面１０ａ上に集光される。合焦位置に調整されたときの対物レンズ１１のＺ方向の移動量と、干渉計１４ａ，１４ｂによるＸＹステージ１５の位置信号とが、座標（Ｘm，Ｙn）ごとに主制御装置２０（図２）へ送られる。主制御装置２０は、送られた移動量と位置信号とに基づいて所定の処理を行い、合計ｍ×ｎ個の基準たわみ量Δｈpmからなる基準たわみ形状〔Δｈpm〕を求める。
【００４６】ステップＳ１Ｂでは、記憶装置２２に記憶されているペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕を読み出して、実測された基準たわみ形状〔Δｈpm〕との差分(〔Δｈpm〕−〔Δｈnc〕)が算出される。そして、これらの差分(〔Δｈpm〕−〔Δｈnc〕)が〔Δｈz〕として、ペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕と別に記憶装置２２に記憶される。
【００４７】ステップＳ３Ａでは、ステップＳ２において検出されたペリクル付き基板１０に形成されたパターン位置座標(Ｌx，Ｌy)に基づいて、記憶装置２２に記憶されているペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕から、検出された位置座標(Ｌx，Ｌy)に対応するたわみ量の計算値Δｈncが読み出される。また、ステップＳ３Ｂにおいて、記憶装置２２に記憶されている上記の差分〔Δｈz〕から、検出された位置座標(Ｌx，Ｌy)に対応する差分Δｈzが読み出される。
【００４８】ステップＳ３Ｃでは、読み出されたペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncおよび、実測したペリクル付き基板１０の基準たわみ量Δｈpmとペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncとの差分Δｈzにより、上式(７)を用いてたわみ補正量Δｈrが算出される。ステップＳ４Ａにおいて、算出されたたわみ補正量Δｈrに基づいて、検出されたパターン位置（Ｌx，Ｌy）に対するＸ方向、およびＹ方向への補正値ΔＬxr、ΔＬyrが上式(１)〜(４)を用いて算出される。
【００４９】なお、上記の説明では、有限要素法によりペリクルなし基板１０のたわみ形状〔Δｈnc〕がｍ×ｎ個の算出ポイントで離散的に算出されるようにしたので、パターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）に対応した算出ポイントでたわみ量の計算値Δｈncが算出されていないときは、ステップＳ４Ａにおける補正値算出時に補間計算を行う。補間計算では、有限要素法による計算時に得られたペリクルなし基板１０のたわみ形状を表す近似関数を記憶しておくことにより、パターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）に基づく変数を上記近似関数に代入してパターンの検出位置（Ｌx，Ｌy）に対応したたわみ量の計算値Δｈncが算出される。そして、算出されたたわみ量の計算値Δｈncを用いてＸ方向の補正値ΔＬxrとＹ方向の補正値ΔＬyrが上式(１)〜(４)で算出される。
【００５０】第三の実施の形態によるパターン位置測定装置では、ペリクルなし基板１０のパターン位置を測定することもできる。この場合には、ステップＳ３Ａでペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncを読み出すと、ステップＳ３ＢをスキップしてステップＳ３Ｃに進む。ステップＳ３Ｃにおいて、たわみ補正量Δｈrの算出を上式(７)を用いて行うと、差分の項が０になるのでΔｈr＝Δｈncが得られる。この結果、ステップＳ４Ａにおいて、ペリクルなし基板１０のたわみ量の計算値Δｈncに基づいたＸ方向の補正値ΔＬxrとＹ方向の補正値ΔＬyrが上式(１)〜(４)で算出される。
【００５１】第三の実施の形態による特徴についてまとめる。
（１）ペリクルなし基板１０がＸＹステージ１５上で支持されたときに基板１０に生じるたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕をあらかじめ有限要素法により算出して記憶装置２２に記憶しておく。ペリクル付き基板１０がＸＹステージ１５上で支持されたとき、基板１０に生じる基準たわみ形状〔Δｈpm〕を検出する。２つのたわみ量ΔｈpmとΔｈncの差分Δｈzを求め、基板１０上の位置に対応させて記憶装置２２に記憶する。そして、ペリクル付き基板１０上に形成されたパターンの位置を測定するとき、記憶装置２２から読み出したペリクルなし基板１０に生じるたわみ量の計算値Δｈncと記憶装置２２から読み出した差分Δｈzとを加算して得たペリクル付き基板１０のたわみ補正量Δｈrに基づいて、検出されたパターン位置（Ｌx，Ｌy）の位置補正を行うようにした。この結果、パターン検出位置（Ｌx，Ｌy）が、ペリクル付き基板１０のたわみ補正量Δｈrに基づいたＸ方向、およびＹ方向の補正値ΔＬx、ΔＬyで正しく補正される。
【００５２】（２）ペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕と、ペリクル付き基板１０のたわみ形状の実測値〔Δｈpm〕とペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕の差分〔Δｈz〕とからペリクル付き基板１０のたわみ補正量Δｈrを得るようにしたので、ペリクル付き基板１０のパターン位置を測定するとき、上記のペリクル付き基板１０のたわみ補正量Δｈrに基づいてパターンの検出位置の補正が正しく行われる。また、ペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕に上記の差分〔Δｈz〕を加算しないようにすれば、ペリクルなし基板１０のパターン位置を測定するとき、ペリクルなし基板１０のたわみ形状に基づいてパターンの検出位置の補正が正しく行われる。したがって、ペリクルなし基板１０のたわみ形状の計算値〔Δｈnc〕に基づいてペリクルなし基板１０のパターン位置を測定する従来のパターン位置測定装置でも、ペリクル付き基板１０上に形成されたパターンの検出位置を正しく補正することが可能になる。
【００５３】特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明すると、ＸＹステージ１５が支持手段に、検出系３０、検出器５０ａ〜５０ｄ、ミラー１３Ｘ、１３Ｙ、Ｘ軸用干渉計１４ａおよびＹ軸用干渉計１４ｂがパターン位置検出手段に、対物レンズ昇降装置１６、検出系３０、検出器５０ａ〜５０ｄ、ミラー１３Ｘ、１３Ｙ、Ｘ軸用干渉計１４ａおよびＹ軸用干渉計１４ｂがたわみ形状検出手段に、主制御部２０が補正手段、第１の補正手段および第２の補正手段にそれぞれ対応する。
【００５４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれば、次のような効果が得られる。
（１）請求項１〜４の発明では、保護部材付き基板が支持手段で支持されたときに生じる保護部材付き基板のたわみ形状に基づいて、保護部材付き基板上に形成されたパターンの検出位置を補正するようにしたから、検出されたパターンの位置が、保護部材付き基板のたわみ形状に基づき正しく補正される効果が得られる。
（２）とくに、請求項３および４の発明では、保護部材付き基板が支持手段で支持されたときに生じる保護部材付き基板のたわみ形状を検出し、検出した保護部材付き基板のたわみ形状と、保護部材なし基板が支持手段で支持されたときに生じる保護部材なし基板のたわみ形状とに基づいて、保護部材付き基板上に形成されたパターンの検出位置を補正するようにした。この結果、たとえば、検出したパターンの位置を保護部材なし基板のたわみ形状に基づいて補正する処理を行うパターン位置測定装置でも、上記の検出されたたわみ形状と保護部材なし基板のたわみ形状とに基づいて、検出された保護部材付き基板上に形成されたパターンの位置を正しく補正することが可能になる。
（３）請求項５の発明では、第１の基板上に形成されたパターンの検出位置を第１の基板に生じるたわみ形状に基づいて補正するパターン位置測定装置において、保護部材付き第２の基板に生じるたわみ形状を検出し、検出した第２の基板のたわみ形状と第１の基板のたわみ形状とに基づいて、第２の基板上に形成されたパターンの検出位置を補正するようにした。この結果、第１の基板用のパターン位置測定装置で第２の基板上に形成されたパターン位置を検出することが可能になり、第１の基板と第２の基板とでたわみ形状が異なる場合でも、検出されたパターン位置が正しく補正される効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】０００００４１１２
【氏名又は名称】株式会社ニコン
【出願日】 平成１１年６月２８日（１９９９．６．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００８４４１２
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 冬紀
【公開番号】 特開２００１−１２９０４（Ｐ２００１−１２９０４Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】 特願平１１−１８１５３０