JP4798353B2 - Optical characteristic measuring method and pattern error measuring method - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
本発明は、例えばマスクパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置に搭載される投影光学系の光学特性及びその光学特性計測用のパターンの誤差を計測する際に使用できる計測技術に関する。 The present invention is a measurement technique that can be used, for example, when measuring optical characteristics of a projection optical system mounted on a projection exposure apparatus used for transferring a mask pattern onto a substrate, and errors in the pattern for measuring the optical characteristics. About.
従来より、半導体素子、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクパターンを投影光学系を介してレジスト(感光材料)が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写するために、一括露光型及び走査露光型の投影露光装置が使用されている。これらの投影露光装置においては、半導体素子等の集積度が益々向上するのに応じて、転写後の回路パターンの線幅精度をより高めることが求められている。その線幅精度に影響を与える投影光学系の光学特性の一つが、光学的近接効果(Optical Proximity Effect)特性(以下、OPE特性という)である。OPE特性とは、投影像を現像して得られるレジストパターンの線幅が、そのパターンのピッチに依存して変化することを言う。 Conventionally, a wafer (or glass plate) coated with a resist (photosensitive material) through a projection optical system in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, an image sensor (CCD, etc.), a liquid crystal display element, etc. For example, batch exposure type and scanning exposure type projection exposure apparatuses are used. In these projection exposure apparatuses, as the degree of integration of semiconductor elements and the like is further improved, it is required to further improve the line width accuracy of the circuit pattern after transfer. One of the optical characteristics of the projection optical system that affects the line width accuracy is an optical proximity effect characteristic (hereinafter referred to as OPE characteristic). The OPE characteristic means that the line width of a resist pattern obtained by developing a projected image changes depending on the pitch of the pattern.
従来はOPE特性を計測するために、実際に特性評価用のパターンの投影像から形成されるレジストパターンの線幅を走査型電子顕微鏡等で計測していた。また、OPE特性の計測とは別に、例えば投影像の位置等を計測するために、所定のマーク像をスリットで走査して得られる検出信号を処理する方法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
従来のOPE特性の計測方法では、レジストの現像及びレジストパターンの線幅計測を行う必要があるため、計測に時間を要するという不都合があった。更に、従来のマーク像をスリットで走査する方法は、スリット幅によって検出信号が変化するため、そのままではOPE特性の計測への適用は困難であった。
また、OPE特性を評価するために使用する特性評価用のパターンの形状が誤差を含む場合には、それが計測誤差を生ずるため、予めその特性評価用のパターンの形状誤差を正確に計測しておくことが望ましい。
In the conventional measuring method of OPE characteristics, it is necessary to perform development of the resist and measurement of the line width of the resist pattern. Furthermore, the conventional method of scanning a mark image with a slit changes the detection signal depending on the slit width, so that it is difficult to apply it to the measurement of OPE characteristics as it is.
In addition, if the shape of the pattern for characteristic evaluation used for evaluating the OPE characteristic includes an error, it causes a measurement error. Therefore, the shape error of the pattern for characteristic evaluation is accurately measured in advance. It is desirable to keep it.
本発明は斯かる点に鑑み、OPE特性のような光学特性を効率的に、かつ高精度に計測できる光学特性計測技術を提供することを第1の目的とする。
さらに本発明は、そのような光学特性を計測する際に使用できるパターンの誤差を高精度に計測できるパターン誤差計測技術を提供することを第2の目的とする。
In view of such a point, the first object of the present invention is to provide an optical characteristic measurement technique capable of measuring optical characteristics such as OPE characteristics efficiently and with high accuracy.
A second object of the present invention is to provide a pattern error measurement technique capable of measuring a pattern error that can be used when measuring such optical characteristics with high accuracy.
本発明による光学特性計測方法は、投影光学系(PL)によるパターンの像を所定開口(122)で走査することによって得られる光量情報に基づいて、その投影光学系の光学特性を求める光学特性計測方法において、その所定開口の空間周波数の成分を求める第1工程と、その光量情報をフーリエ変換して得られる空間周波数の成分をその第1工程で求められたその所定開口の空間周波数の成分で補正し、該補正された空間周波数の成分を逆フーリエ変換して回復された強度分布情報に基づいてその投影光学系の光学特性を求める第2工程とを有するものである。 The optical characteristic measurement method according to the present invention is an optical characteristic measurement for obtaining optical characteristics of a projection optical system based on light amount information obtained by scanning a pattern image by the projection optical system (PL) with a predetermined aperture (122). In the method, a first step of obtaining a spatial frequency component of the predetermined aperture, and a spatial frequency component obtained by Fourier transforming the light quantity information as a spatial frequency component of the predetermined aperture obtained in the first step. And a second step of obtaining an optical characteristic of the projection optical system based on intensity distribution information recovered by performing an inverse Fourier transform on the corrected spatial frequency component.
本発明によれば、空間像をその所定開口で走査して得られる光量情報に基づいて、効率的にOPE特性のような光学特性を計測できる。また、その所定開口の空間周波数の成分を予め求めておくことによって、光学特性の計測精度が向上する。
また、本発明によるパターン誤差計測方法は、周期性を持つパターン(PM)の像を所定開口(122)で走査することによって得られる光量情報に基づいて、そのパターンの形状誤差を求めるパターン誤差計測方法において、その所定開口の空間周波数の成分を求める第1工程と、その光量情報のうち、そのパターンの像のピッチのm倍(mは1以上の整数)の領域の情報をフーリエ変換して得られる空間周波数の成分をその第1工程で求められたその所定開口の空間周波数の成分で補正し、該補正された空間周波数の成分を逆フーリエ変換して強度分布を回復する第2工程と、その第2工程で回復された強度分布を所定の閾値で2値化して得られる情報に基づいてそのパターンの形状誤差を求める第3工程とを有するものである。本発明によれば、空間周波数の成分が既知の所定開口を用いることによって、そのパターンの形状誤差を高精度に計測できる。
According to the present invention, optical characteristics such as OPE characteristics can be efficiently measured based on light amount information obtained by scanning an aerial image with the predetermined aperture. In addition, the measurement accuracy of the optical characteristics is improved by obtaining the spatial frequency component of the predetermined aperture in advance.
Further, the pattern error measurement method according to the present invention is a pattern error measurement for obtaining a shape error of a pattern based on light amount information obtained by scanning a periodic pattern (PM) image with a predetermined aperture (122). In the method, a first step of obtaining a spatial frequency component of the predetermined aperture, and information on a region of m times (m is an integer greater than or equal to 1) the pitch of the pattern image among the light quantity information is Fourier transformed. A second step of correcting the obtained spatial frequency component with the spatial frequency component of the predetermined aperture obtained in the first step, and performing an inverse Fourier transform on the corrected spatial frequency component to restore the intensity distribution; And a third step of obtaining a shape error of the pattern based on information obtained by binarizing the intensity distribution recovered in the second step with a predetermined threshold value. According to the present invention, by using a predetermined aperture whose spatial frequency component is known, the shape error of the pattern can be measured with high accuracy.
また、本発明による光学特性計測方法において、一例として、その第1工程は、第1パターンの空間周波数の成分を推定する推定工程と、その第1パターンのその投影光学系による像をその所定開口で走査することによって得られる光量情報をフーリエ変換して空間周波数の成分を実測する実測工程と、その推定した空間周波数の成分と、その実測した空間周波数の成分とに基づいてその所定開口の空間周波数の成分を算出する算出工程とを備えるものである。
このとき、その第1工程は、その第1パターンの形状誤差の実測値に基づいて空間周波数の成分を推定する工程を含むことができる。
さらに、その第1パターンが、周期的なパターン(PM)を有するとき、その第1パターンの形状誤差を、その第1パターンからの第1組の回折光を用いて形成される像と、前記第1パターンからの前記第1組の回折光とは異なる第2組の回折光を用いて形成される像とに基づいて求めるようにしてもよい。このとき、その第1パターンの形状誤差に応じてその2組の回折光の光量等が変化するため、その2組の回折光から形成される像に基づいてその形状誤差を高精度に計測できる。
Further, in the optical characteristic measuring method according to the present invention , as an example, the first step includes an estimation step for estimating a spatial frequency component of the first pattern, and an image of the first pattern by the projection optical system having the predetermined aperture. Measurement process for actually measuring the spatial frequency component by Fourier-transforming the light quantity information obtained by scanning with, the space of the predetermined aperture based on the estimated spatial frequency component and the measured spatial frequency component A calculation step of calculating a frequency component.
At this time, the first step may include a step of estimating a spatial frequency component based on the actually measured value of the shape error of the first pattern.
Further, when the first pattern has a periodic pattern (PM) , the shape error of the first pattern is determined using an image formed using a first set of diffracted light from the first pattern, and You may make it obtain | require based on the image formed using the 2nd set of diffracted light different from the said 1st set of diffracted light from a 1st pattern . At this time, since the amount of light of the two sets of diffracted light changes according to the shape error of the first pattern, the shape error can be measured with high accuracy based on images formed from the two sets of diffracted light. .
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図1は、本例のスキャニングステッパー型の投影露光装置10の概略構成を示す。図1において、投影露光装置10は、レーザビームLBを発生する光源14(露光光源)、照明光学系12、マスクとしてのレチクルRを保持して移動するレチクルステージRST、投影光学系PL、ウエハW(基板)を保持して移動するウエハステージWST、及びこれらを制御する主制御装置50等を備えている。光源14として、ArFエキシマレーザ光源(発振波長193nm)が用いられているが、その代わりに、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、F2 レーザ(波長157nm)、固体レーザ(半導体レーザ等)の高調波発生装置、又は水銀ランプ等も使用できる。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanning stepper type
照明光学系12は、ビーム整形光学系18、オプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ22、照明系開口絞り板24、リレーレンズ28A及び28Bから成るリレー光学系、照明領域の形状を規定する固定レチクルブラインド30A、走査露光中に不要な部分への露光を防止するための可動レチクルブラインド30B、ミラーM、並びにコンデンサレンズ32等を備えている。以下では、フライアイレンズ22から射出されるレーザビームLBを、露光ビームとしての照明光ILと呼ぶ。
The illumination
光源14及び照明光学系12は、後述の空間像計測時の照明系としても使用される。照明系開口絞り板24は、フライアイレンズ22の射出側焦点面の近傍の照明光学系の瞳面上に配置され、ほぼ等角度間隔で、例えば通常照明用、輪帯照明用、変形照明(2極照明等)用等の複数の開口絞りが配置されている。主制御装置50が駆動装置40を介して照明系開口絞り板24を回転することで、照明条件を設定できる。また、照明系開口絞り板24の射出面側に配置されたビームスプリッタ26で反射された照明光ILは、集光レンズ44を介して受光素子から成るインテグレータセンサ46に入射する。インテグレータセンサ46の検出信号が信号処理装置80を介して主制御装置50に供給され、その検出信号に基づいて、例えばウエハWに対する露光量制御が行われる。
The light source 14 and the illumination
そして、露光時に照明光学系12から射出された照明光ILは、レチクルRのパターン面(下面)の照明領域IARを均一な照度分布で照明する。照明光ILのもとで、レチクルRのパターンは、両側(又はウエハ側に片側)テレセントリックの投影光学系PLを介して、例えば1/4又は1/5等の投影倍率で、レジスト(感光材料)が塗布されたウエハW上の露光領域IAに投影される。また、図2に示すように、投影光学系PLの瞳面PPの近傍には、投影光学系PLの開口数NAを制御するための可変開口絞りASが配置されている。以下、投影光学系PLの光軸AXに平行な方向にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に垂直な方向にX軸を、図1の紙面に平行な方向にY軸を取って説明する。本例では、走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向はY方向であり、照明領域IAR及び露光領域IAはそれぞれ走査方向に直交する非走査方向(X方向)に細長い領域である。
The illumination light IL emitted from the illumination
図1において、レチクルステージRST上には、レチクルRが例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系56Rにより、レチクルベースRBS上のXY平面内で2次元的に(X方向、Y方向、及びZ軸回りの回転方向に)微少駆動可能であるとともに、レチクルベースRBS上をY方向に指定された走査速度で移動可能である。
In FIG. 1, a reticle R is fixed on a reticle stage RST by, for example, vacuum suction. Reticle stage RST can be finely driven two-dimensionally (in the X direction, Y direction, and rotation directions about the Z axis) in the XY plane on reticle base RBS by a reticle
また、レチクルステージRST上には、レーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)54Rからのレーザビームを反射する移動鏡52Rが固定されており、レチクルステージRSTのXY平面内の位置はレチクル干渉計54Rによって、例えば0.1〜1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計54RからのレチクルステージRSTの位置情報は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制御装置50に送られる。ステージ制御装置70は、主制御装置50の指示により、レチクルステージ駆動系56Rを介してレチクルステージRSTの移動を制御する。
A
また、レチクルステージRSTの−Y方向の端部近傍には、空間像計測用のマークが形成されたレチクルマーク板RFMが、レチクルRと並ぶように配置されている。なお、その空間像計測用のマークは、レチクルRのパターン領域の一部に形成しておいてもよい。
図1において、ウエハステージWSTは、XYステージ42と、このXYステージ42上に搭載されたZチルトステージ38とを含んで構成されている。XYステージ42は、ウエハベース16上でウエハステージ駆動系56Wを構成する不図示のリニアモータ等によってX方向及びY方向に2次元的に駆動される。Zチルトステージ38上にウエハホルダ25を介してウエハWが真空吸着等により保持されている。Zチルトステージ38は、照射系60aと受光系60bとを含むオートフォーカスセンサの計測結果に基づいて、ウエハW又は後述のスリット板90の表面を投影光学系PLの像面に合わせ込む。
In addition, a reticle mark plate RFM on which an aerial image measurement mark is formed is arranged near the end of the reticle stage RST in the −Y direction so as to be aligned with the reticle R. The aerial image measurement mark may be formed in a part of the pattern area of the reticle R.
In FIG. 1, wafer stage WST includes
図1において、Zチルトステージ38上には、レーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)54Wからのレーザビームを反射する移動鏡52Wが固定されている。ウエハ干渉計54Wによって、Zチルトステージ38(ウエハステージWST)のX方向、Y方向の位置が、例えば0.1〜1nm程度の分解能で常時検出される。さらに、ウエハ干渉計の計測値に基づいて、Zチルトステージ38のX軸、Y軸、Z軸の周りの回転角も計測され、ウエハステージWSTの位置及び回転角の情報は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制御装置50に供給される。ステージ制御装置70は、主制御装置50の指示に応じてウエハステージ駆動系56Wを介してウエハステージWSTのXY平面内の位置を制御する。また、投影光学系PLの側面には、ウエハWのアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサALGが設けられている。
In FIG. 1, a movable mirror 52 </ b> W that reflects a laser beam from a laser interferometer (hereinafter referred to as “wafer interferometer”) 54 </ b> W is fixed on the
露光時には、主制御装置50の制御のもとで、照明光ILを照射した状態で、レチクルステージRST及びウエハステージWSTを駆動して、レチクルR及びウエハWをY方向に投影光学系PLの投影倍率を速度比として同期して移動する走査露光動作と、照明光ILの照射を停止して、ウエハステージWSTを駆動してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とがステップ・アンド・スキャン方式で繰り返されて、ウエハW上の各ショット領域に順次レチクルRのパターンの像が露光される。
At the time of exposure, under the control of the
次に、本例の投影露光装置において、投影光学系PLの光学特性としてのOPE(Optical Proximity Effect)特性を計測する方法の一例につき説明する。OPE特性は、一例として、線幅が同じでピッチが異なる複数のマークを投影光学系PLを介して投影したときに、各マーク像(例えばレジストパターン)の線幅の設計上の線幅に対する誤差とピッチとの関係で表される。そのために、ウエハベース16上に空間像計測装置59が備えられ、空間像計測装置59を構成する光学系の一部がZチルトステージ38の内部に配置されている。
Next, an example of a method for measuring OPE (Optical Proximity Effect) characteristics as optical characteristics of the projection optical system PL in the projection exposure apparatus of this example will be described. As an example, the OPE characteristic is an error with respect to the designed line width of each mark image (for example, resist pattern) when a plurality of marks having the same line width and different pitches are projected through the projection optical system PL. And the pitch. For this purpose, an aerial
図2は、空間像計測装置59を示す一部を切り欠いた図であり、この図2において、空間像計測装置59は、Zチルトステージ38に設けられたステージ側構成部分、即ちスリット板90、レンズ84,86から成るリレー光学系、光路折り曲げ用のミラー88、送光レンズ87と、ウエハステージWST外部に設けられたステージ外構成部分、即ちミラー96、受光レンズ89、例えば光電子増倍管からなる光電センサ94とを含んでいる。受光レンズ89及び光電センサ94は、ウエハベース16に固定されたコラムに、連結部材93を介して固定された円筒状部材92中に収納され、ミラー96も不図示の連結部材を介してその円筒状部材92に固定されている。
FIG. 2 is a partially cutaway view showing the aerial
これを更に詳述すると、スリット板90は、ウエハステージWSTのZチルトステージ38上に設けられて上部に開口が形成された突設部58に対し、その開口を覆う状態で上方から嵌め込まれている。スリット板90は、XY平面に平行な平板状の照明光ILを透過するガラス基板82の上面に遮光膜を兼ねる反射膜83を形成して構成され、その反射膜83の一部に、図3(A)に示すように、Y方向の幅2Dのスリット状の開口パターン(以下、スリットと呼ぶ)122が形成されている。
More specifically, the
また、図2の状態では、照明光ILの照明領域に、レチクルマーク板RFMにY方向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペースパターンよりなる計測用マークPM(特性計測用のパターン)が位置しており、そのマークの投影光学系PLによる像がスリット板90上に投影されている。なお、レチクルマーク板RFMには、計測用マークPMと同一又は異なる線幅でピッチが異なる多数のマーク(不図示)も形成されている。以下の説明では、計測用マークPMの線幅及びピッチ等のデータは、投影光学系PLによる投影像での値とする。そして、ウエハステージWSTを駆動して、図3(A)に示すように、計測用マークPMの像PM’に対してスリット122を矢印Fで示すY方向(−Y方向でもよい)に走査しながら、スリット122を通過した光束を、図2のレンズ84、ミラー88、レンズ86、送光レンズ87、ミラー96、受光レンズ89を介して光電センサ94で受光し、光電センサ94の検出信号S3を図1の信号処理装置80に供給する。信号処理装置80では、検出信号S3をウエハステージWSTのY座標に対応させてデジタルデータであるS3(Y)として取り込み、後述の演算処理を行うことによって、計測用マークPMの像の強度分布(光強度分布)を復元する。
In the state of FIG. 2, measurement marks PM (characteristic measurement patterns) made of line and space patterns formed on the reticle mark plate RFM at a predetermined pitch in the Y direction are provided in the illumination area of the illumination light IL. The image of the mark by the projection optical system PL is projected onto the
先ず、本例のOPE特性計測の基本的な動作につき説明する。そのために、或る時点での図2のスリット122(所定開口)の透過率分布S2(Y)を、図3(D)に示すように、Y方向の幅が2Dの範囲内で1、それ以外では0であるとする。また、図2の計測用マークPMの投影光学系PLによる像PM’の強度分布を、図3(C)のピッチPの強度分布S1(Y)(実際には投影光学系PLのOPE特性を含む光学特性の影響でより正弦波に近い波形となる)とすると、図2の検出信号S3(Y)(光量分布情報)は、所定の比例係数を除いて以下のように強度分布S1(Y)と透過率分布S2(Y)とのコンボリューションで表される。なお、積分記号∫の積分範囲は−∞から+∞である。 First, the basic operation of the OPE characteristic measurement of this example will be described. Therefore, the transmittance distribution S2 (Y) of the slit 122 (predetermined opening) in FIG. 2 at a certain point in time is set to 1 within the range where the width in the Y direction is 2D, as shown in FIG. In other cases, it is assumed to be 0. Also, the intensity distribution of the image PM ′ of the measurement mark PM in FIG. 2 by the projection optical system PL is the intensity distribution S1 (Y) of the pitch P in FIG. 3C (actually the OPE characteristic of the projection optical system PL). 2), the detection signal S3 (Y) (light quantity distribution information) in FIG. 2 is the intensity distribution S1 (Y ) And the transmittance distribution S2 (Y). The integration range of the integration symbol ∫ is from −∞ to + ∞.
S3(Y)=∫S2(Y−u)・S1(u)du …(1)
即ち、スリット122の幅2Dの影響によって、図3(B)に示すように、検出信号S3(Y)は、像PM’の強度分布S1(Y)に対して鈍った波形となる。この場合、像PM’のY軸の空間周波数をf[cycle /μm](1μm当たりの明部又は暗部の本数)として、強度分布S1(Y)、透過率分布S2(Y)、及び検出信号S3(Y)をY座標に関してフーリエ変換して得られるフーリエ関数(空間周波数の成分)をそれぞれFS1(f)、FS2(f)、及びFS3(f)とすると、周知のコンボリューション定理から所定の比例係数を除いて次のようになる。図1の信号処理装置80では、(1)式の検出信号S3(Y)を離散フーリエ変換することによって、フーリエ関数FS3(f)を計算することができる。
S3 (Y) = ∫S2 (Y−u) · S1 (u) du (1)
That is, due to the influence of the
FS3(f)=FS1(f)・FS2(f) …(2)
本例では一例として予め透過率分布S2(Y)のフーリエ関数FS2(f)を求めておき、その逆数の関数を装置関数として例えば図1のメモリ51に記憶しておく(第1工程)。なお、図2のスリット122の後に続く光学系の開口数によっても空間像計測装置59の空間周波数特性は変わるので、フーリエ関数FS2(f)は、その光学系の開口数も考慮して求めることが望ましい。その後のOPE特性の計測時に、信号処理装置80では、(2)式のフーリエ関数FS3(f)にその装置関数(1/FS2(f))を乗じて得られる関数FS3(f)/FS2(f)を逆フーリエ変換することによって、次のように像PM’の強度分布S1(Y)を回復する(第2工程の前半部)。なお、次式において、記号invFは逆フーリエ変換を意味する。
FS3 (f) = FS1 (f) · FS2 (f) (2)
In this example, as an example, the Fourier function FS2 (f) of the transmittance distribution S2 (Y) is obtained in advance, and the inverse function thereof is stored as, for example, the device function in the
invF(FS3(f)/FS2(f))=invF(FS1(f))
=S1(Y) …(3)
なお、図2の投影光学系PLの像の空間数周波数の最大値は、投影光学系PLの開口数NA及び照明光の波長λを用いて2NA/λである。また、(3)式の計算は、実際にはデジタル処理によって離散的に計算されるため、像PM’のピッチをP、所定の1以上の整数をm、整数よりなる変数をiとして、フーリエ関数FS2(f),FS3(f)は、一例として幅P(又はm・P)の領域において、空間周波数がi/P(又はi/mP)の離散的な位置で計算される。なお、変数iの初期値は1、最大値はI(又はI’)であり、空間周波数の最大値I/P(又はI’/mP)は、次のように2NA/λ以下の最大値である。なお、(3)式のような演算処理の一例が、特開2002−14005号公報、特開2003−218024号公報にも開示されている。また、これらの公報の開示である、フーリエ関数FS2(f),FS3(f)を計算する際に用いる関数が位置Yに関して不等間隔でもよいことは、本例にも適用できる。
invF (FS3 (f) / FS2 (f)) = invF (FS1 (f))
= S1 (Y) (3)
The maximum value of the space frequency of the image of the projection optical system PL in FIG. 2 is 2NA / λ using the numerical aperture NA of the projection optical system PL and the wavelength λ of illumination light. In addition, since the calculation of equation (3) is actually performed discretely by digital processing, the pitch of the image PM ′ is P, a predetermined integer of 1 or more is m, and a variable consisting of an integer is i. As an example, the functions FS2 (f) and FS3 (f) are calculated at discrete positions having a spatial frequency of i / P (or i / mP) in a region having a width P (or m · P). Note that the initial value of the variable i is 1, the maximum value is I (or I ′), and the maximum spatial frequency value I / P (or I ′ / mP) is a maximum value of 2 NA / λ or less as follows. It is. An example of arithmetic processing such as the expression (3) is also disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2002-14005 and 2003-218024. Moreover, it is also applicable to this example that the functions used when calculating the Fourier functions FS2 (f) and FS3 (f), which are disclosed in these publications, may be unequal intervals with respect to the position Y.
I/P(又はI’/mP)≦ 2・NA/λ …(4)
その回復された強度分布S1(Y)を所定の閾値で2値化することによって、像PM’の各明部のY方向の線幅を求めることができる。その線幅は主制御装置50に供給され、主制御装置50において、例えばその線幅の平均値を計測用マークPMのピッチの関数として表すことによって、投影光学系PLのOPE特性が求められる(第2工程の後半部)。
I / P (or I ′ / mP) ≦ 2 · NA / λ (4)
By binarizing the recovered intensity distribution S1 (Y) with a predetermined threshold, the line width in the Y direction of each bright part of the image PM ′ can be obtained. The line width is supplied to the
次に、(2)式におけるスリット122のフーリエ関数FS2(f)を求める方法につき説明する。第1の方法は、スリット122の幅2Dを例えば走査型電子顕微鏡等で実測しておき、その幅2D、図2の空間像計測装置59内の光学系の開口数、及び照明光の波長λのデータを用いて、理論的にフーリエ関数FS2(f)を計算するものである。
第2の方法は、予め図2の計測用マークPMのフーリエ関数FS1(f)を理論的に計算(推定)しておき、その投影光学系PLによる像をスリット122で走査して得られる検出信号S3(Y)を求め、これをフーリエ変換してフーリエ関数FS3(f)を求め(実測し)、(2)式からスリット122のフーリエ関数FS2(f)を算出するものである。この場合の計算は、上記のように空間周波数がi/P(又はi/mP)で2・NA/λ以下の離散的な位置で行われる。また、フーリエ関数は、振幅成分と位相成分とを有するが、近似的に振幅成分(いわゆる空間周波数特性)のみを用いて計算を行ってもよい。
Next, a method for obtaining the Fourier function FS2 (f) of the
In the second method, the Fourier function FS1 (f) of the measurement mark PM in FIG. 2 is theoretically calculated (estimated), and the image obtained by scanning the projection optical system PL with the
そのようにフーリエ関数を計算する(フーリエ関数が既知の)マークとしては、形状が単純なデューティー50%のライン・アンド・スペースパターンが望ましい。その計算に際しては、投影光学系PLとともに、図2の空間像計測装置59内の光学系も含めた光学シミュレーションを行うことが望ましい。
図4の実線のフーリエ関数FS2(f)はそのように計算された関数の一例を示し、この図4において、横軸は空間周波数f[cycle /μm]、縦軸はその関数の振幅Pである。その関数FS2(f)の逆数の関数1/FS2(f)が装置関数として記憶される。
As a mark for calculating the Fourier function (having a known Fourier function), a line and space pattern having a simple shape and a duty of 50% is desirable. In the calculation, it is desirable to perform an optical simulation including the optical system in the aerial
The solid line Fourier function FS2 (f) in FIG. 4 shows an example of the function thus calculated. In FIG. 4, the horizontal axis is the spatial frequency f [cycle / μm], and the vertical axis is the amplitude P of the function. is there. The
上述のように、予め図2の計測用マークPMのフーリエ関数FS1(f)を理論的に計算しておく際に、そのマークの形状誤差(製造誤差)を計測しておくことが望ましい。通常、レチクルマーク板RFM又はレチクル上の周期的マークのピッチ誤差は十分小さく、線幅誤差を計測すれば十分である。これは、現像プロセスでの誤差、電子線描画装置のビームサイズの誤差などで線幅が変化するのに対し、パターンピッチは電子線描画装置の描画位置決定精度にのみ依存するためである。計測用マークPMは、通常一辺が数μm〜数10μm程度の微小領域内に描画される。このような微小領域内での描画位置決定精度は通常非常に小さい。 As described above, when the Fourier function FS1 (f) of the measurement mark PM in FIG. 2 is theoretically calculated in advance, it is desirable to measure the shape error (manufacturing error) of the mark. Usually, the pitch error of the reticle mark plate RFM or the periodic mark on the reticle is sufficiently small, and it is sufficient to measure the line width error. This is because the line width changes due to an error in the development process, an error in the beam size of the electron beam drawing apparatus, and the like, whereas the pattern pitch depends only on the drawing position determination accuracy of the electron beam drawing apparatus. The measurement mark PM is usually drawn in a minute region having a side of about several μm to several tens of μm. The drawing position determination accuracy in such a minute region is usually very small.
一例として、計測用マークの設計上の線幅がデューティー50%、つまり遮光領域と透過領域との幅が等しいマークの場合、そのマークのデューティーが設計値である50%からどの程度ずれているかを以下の手法で実測する。
1)2次高調波振幅による計測
図2に示すように、設計上でデューティー50%の計測用マーク(PMとする)の像を投影光学系PLを介して投影する際に、可変開口絞りASを制御することで、0次光D0及び±1次光D(−1),D(+1)の3光束干渉状態と、0次光D0、±1次光D(−1),D(+1)、及び±2次光D(−2),D(+2)の5光束干渉状態との2つの結像状態を順次設定する。デューティーが正確に50%のマークでは、製造誤差がなければ2次以上の偶数次の回折光は発生しないため、その2つの結像状態でスリット122を走査して得られる検出信号S3から2次高調波を求め、それらの振幅の実測値を設計値(シミュレーションの値)と比較することで、デューティーの50%からのずれ量、ひいてはそのマークの線幅が推定できる。
As an example, when the design line width of the measurement mark has a duty of 50%, that is, a mark having the same width between the light shielding region and the transmission region, how much the duty of the mark deviates from the designed value of 50%. Measured by the following method.
1) Measurement by Second Harmonic Amplitude As shown in FIG. 2, when projecting an image of a measurement mark (designated PM) having a duty of 50% through the projection optical system PL as shown in FIG. By controlling the three-beam interference state of the zero-order light D0 and the ± first-order light D (−1), D (+1), the zero-order light D0, the ± first-order light D (−1), D (+1) ), And two imaging states of the ± second-order light D (−2) and D (+2) and the five-beam interference state are sequentially set. If the mark has a duty of exactly 50%, even second-order or higher-order diffracted light is not generated unless there is a manufacturing error. Therefore, the second order from the detection signal S3 obtained by scanning the
その2つの結像状態で検出信号S3を求める際に、スリット板90のフォーカス位置(Z位置)を変えながら、2次高調波の振幅が最大になるときの値を採用することで、偶関数成分の収差の影響を受けずに正確な線幅の計測が行える。同様に、そのシミュレーションの際も2次高調波が最大となるフォーカス位置で計算を行うことが望ましい。
2)回折光強度による計測
例えば図2の計測用マークPMの形状誤差を計測する際に、図1の照明光学系12からの照明光の主光線の傾斜角(テレセントリシティ)の調整と図2の投影光学系PLの可変開口絞りASの調整とによって、計測用マークPMからの所望の次数の回折光だけを投影光学系PL内を通過させて、ウエハステージWST上の光電センサ(不図示)によってその回折光の強度を計測する。例えば2次回折光の強度を、同じピッチで線幅を次第に変えてシミュレーションを行って計算した2次回折光の強度と比較することで、計測用マークPMの線幅を求めることができる。
When obtaining the detection signal S3 in the two imaging states, by adopting a value when the amplitude of the second harmonic becomes maximum while changing the focus position (Z position) of the
2) Measurement by diffracted light intensity For example, when measuring the shape error of the measurement mark PM in FIG. 2, adjustment of the tilt angle (telecentricity) of the principal ray of the illumination light from the illumination
3)スリット122(所定開口)の既知のフーリエ関数を用いる方法
上述のように予めデューティー50%のマークを用いてスリット122のフーリエ関数FS2(f)を求めておき(第1工程)、次に計測対象のマークの像をスリット122で走査して検出信号S3(光量情報)を求め、その像のピッチのm倍(mは1以上の整数)の領域の情報を1/(m・P)から2・NA/λまでの空間周波数域でフーリエ変換して得られるフーリエ関数FS3(f)に、(3)式のようにそのフーリエ関数FS2(f)の逆数の関数を乗じて得られる関数を逆フーリエ変換して強度分布S1(Y)を回復する(第2工程)。その後、回復された強度分布を所定の閾値で2値化して得られる波形に基づいてそのパターンの形状誤差を求める(第3工程)。
3) Method of using known Fourier function of slit 122 (predetermined opening) As described above, Fourier function FS2 (f) of
4)コマ収差に対する高調波の位相ずれ量の計測
コマ収差の量を空間像の基本波と高調波との位相ずれ量から計測する方法、及びパターンの線幅によってコマ収差の位相差の発生量が異なることも知られている(例えば、特開2003−218024号公報参照)。そこで、本例においても、図2の計測用マークPMの空間像から基本波と高調波との位相ずれ量を求め、その位相ずれ量からコマ収差を求め、このコマ収差から線幅を推定することができる。なお、このコマ収差はスリット122の幅に依存しないので、高精度にパターンの線幅を推定できる。
4) Measurement of the phase shift amount of the harmonic with respect to the coma aberration A method of measuring the amount of coma aberration from the phase shift amount of the fundamental wave and the harmonic of the aerial image, and the amount of the phase difference of the coma aberration depending on the line width of the pattern Are also known to be different (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-218024). Therefore, also in this example, the phase shift amount between the fundamental wave and the harmonic wave is obtained from the spatial image of the measurement mark PM in FIG. 2, the coma aberration is obtained from the phase shift amount, and the line width is estimated from the coma aberration. be able to. Since this coma aberration does not depend on the width of the
5)走査型電子顕微鏡によって直接パターン線幅を計測してもよい。
6)図2の投影光学系PLの可変開口絞りASを絞って、計測用マークPMからの0次光のみを投影光学系PLを通過させて、0次光の強度の計測値をシミュレーション結果と比較することによってパターン線幅を推定してもよい。
以上に挙げる線幅計測方法のいずれかによって、線幅を計測した後(方法3)を除く)、スリット122のフーリエ関数FS2(f)を求めることが望ましい。このようにして求められたフーリエ関数FS2(f)の一例が、図4のフーリエ関数FS2A(f)として示されている。
5) The pattern line width may be directly measured by a scanning electron microscope.
6) The variable aperture stop AS of the projection optical system PL of FIG. 2 is stopped, only the 0th order light from the measurement mark PM is allowed to pass through the projection optical system PL, and the measured value of the intensity of the 0th order light is the simulation result. The pattern line width may be estimated by comparison.
It is desirable to obtain the Fourier function FS2 (f) of the
次に、図4の装置関数(1/FS2(f))を用いて実際に像回復を行ったシミュレーション結果を図5〜図8に示す。
図5は、像のピッチP1が350nm程度でデューティーが50%程度の、透過光の設計上の強度分布がS1で表される周期的な計測用マークのシミュレーション結果を示し、その横軸はY座標[μm]、縦軸は光強度又は検出信号の相対値である。その計測用マークの像の周期方向の幅は、数μm〜数10μmである。図6は、図5の中央の2μm幅の領域の拡大図であり、図5及び図6において、検出信号S3は、その計測用マークの像を図2のスリット122で走査して得られる光量分布に対応しており、強度分布S4は、検出信号S3のフーリエ関数を(3)式に代入して逆フーリエ変換を行うことによって回復される(3)式のS1(Y)に対応している。
Next, simulation results of actual image restoration using the apparatus function (1 / FS2 (f)) of FIG. 4 are shown in FIGS.
FIG. 5 shows a simulation result of a periodic measurement mark having an image pitch P1 of about 350 nm and a duty of about 50%, and a transmitted light design intensity distribution represented by S1, and the horizontal axis represents Y. The coordinate [μm] and the vertical axis represent the light intensity or the relative value of the detection signal. The width of the measurement mark image in the period direction is several μm to several tens of μm. FIG. 6 is an enlarged view of the 2 μm wide region in the center of FIG. 5. In FIGS. 5 and 6, the
その計算に際しては、図6(図5の中央部)の検出信号S3は正確にピッチP1の周期パターンの一部とみなせるため、一例として、そのピッチP1の範囲において、空間周波数が1/P1からI1/P1≦2NA/λ(I1はその範囲での最大の整数)までの範囲で1/P1間隔で計算を行えばよい。この際にピッチP1は、検出信号S3を適当な閾値Th1で2値化し、2値化波形の立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジの平均ピッチとして求めるか、又は設計値を用いても良い。また、n1を2以上の整数として、n1個のピッチP1の波形を平均化した波形をフーリエ変換してもよい。この場合、平均化効果によって電気的及び光学的なノイズが除去できるため、精度が向上する。 In the calculation, since the detection signal S3 in FIG. 6 (center part in FIG. 5) can be regarded as a part of the periodic pattern of the pitch P1 accurately, as an example, the spatial frequency from 1 / P1 in the range of the pitch P1. Calculations may be performed at 1 / P1 intervals in a range up to I1 / P1 ≦ 2NA / λ (I1 is the largest integer in the range). At this time, the pitch P1 may be obtained by binarizing the detection signal S3 with an appropriate threshold value Th1 as an average pitch of rising edges or falling edges of the binarized waveform, or a design value may be used. Alternatively, n1 may be an integer of 2 or more, and a waveform obtained by averaging the waveforms of n1 pitches P1 may be subjected to Fourier transform. In this case, since the electrical and optical noise can be removed by the averaging effect, the accuracy is improved.
また、図5の全体の強度分布S1に対応するマーク像の回復を行い、長周期の線幅変化も計測したい場合は、前述の方法でピッチP1を求め、整数m(図5及び図6では2以上の整数)を用いてP1・mの領域で、空間周波数が0から2NA/λまでの範囲で1/(m・P1)間隔で計算を行ってから、強度分布S4を回復すればよい。この計算に際して、図4の装置関数(1/FS2(f))については、最初から1/(m・P1)間隔で計算しておいてもよいが、計算量を少なくするために、1/P1間隔で計算してあったデータを補間して用いてもよい。 When it is desired to recover the mark image corresponding to the entire intensity distribution S1 in FIG. 5 and to measure a long-period line width change, the pitch P1 is obtained by the above-described method, and an integer m (in FIGS. 5 and 6). In the region of P1 · m using an integer of 2 or more), the intensity distribution S4 may be recovered after performing calculations at 1 / (m · P1) intervals in the range of spatial frequencies from 0 to 2NA / λ. . In this calculation, the apparatus function (1 / FS2 (f)) in FIG. 4 may be calculated at an interval of 1 / (m · P1) from the beginning, but in order to reduce the calculation amount, Data calculated at P1 intervals may be interpolated and used.
その回復された強度分布S4をレジストの感光レベルに対応する閾値Th2で2値化し、2値化信号の立ち下がりエッジと立ち上がりエッジとの間隔、即ちレジストパターンの線幅を計測する。以上の線幅計測を様々なピッチの計測用マークについて行うことで、図1の投影光学系PLのOPE特性が計測ができる。
次に、図7は、像のピッチP2が500nm程度でデューティーが50%から外れているとともに、透過光の設計上の強度分布がS1Aで表される周期的な計測用マークのシミュレーション結果を示し、図8は、図7の中央の2μm幅の領域の拡大図であり、図7及び図8において、検出信号S3Aは、その計測用マークの像を図2のスリット122で走査して得られる光量分布に、強度分布S4Aは、検出信号S3Aのフーリエ関数を(3)式に代入して逆フーリエ変換を行うことによって回復される(3)式のS1(Y)に対応している。
The recovered intensity distribution S4 is binarized with a threshold Th2 corresponding to the photosensitive level of the resist, and the interval between the falling edge and the rising edge of the binarized signal, that is, the line width of the resist pattern is measured. By performing the above line width measurement on the measurement marks having various pitches, the OPE characteristic of the projection optical system PL in FIG. 1 can be measured.
Next, FIG. 7 shows a simulation result of a periodic measurement mark in which the image pitch P2 is about 500 nm and the duty is out of 50%, and the transmitted light design intensity distribution is represented by S1A. 8 is an enlarged view of the 2 μm wide region in the center of FIG. 7. In FIGS. 7 and 8, the detection signal S3A is obtained by scanning the image of the measurement mark with the
その回復に際しても、図8の閾値Th3でピッチP2を決定し、ピッチP2の範囲、又はP2・mの範囲で、1/P2間隔又は1/(m・P2)間隔の空間周波数で計算を行って、強度分布S4Aを回復すればよい。その後、回復された強度分布S4Aをレジストの感光レベルである閾値Th4で2値化して、レジストパターンの線幅を求めることができる。 Also in the recovery, the pitch P2 is determined by the threshold Th3 in FIG. 8, and the calculation is performed with the spatial frequency of 1 / P2 interval or 1 / (m · P2) interval in the range of pitch P2 or P2 · m. Thus, the intensity distribution S4A may be recovered. Thereafter, the recovered intensity distribution S4A is binarized with a threshold value Th4 that is the photosensitive level of the resist, and the line width of the resist pattern can be obtained.
また、上記実施形態は、本発明を走査露光型の投影露光装置の投影光学系の光学特性を計測する場合に適用したものであるが、本発明は、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置や、例えば国際公開第99/49504号パンフレットに開示されている液浸型露光装置で投影光学系の光学特性を計測する場合にも適用できる。このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。 Moreover, although the said embodiment applies this invention when measuring the optical characteristic of the projection optical system of a scanning exposure type projection exposure apparatus, this invention is a batch exposure type projection exposure apparatus, such as a stepper. For example, the present invention can also be applied to the case where the optical characteristics of the projection optical system are measured by an immersion type exposure apparatus disclosed in International Publication No. 99/49504 pamphlet. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
本発明は、半導体デバイス等を製造する際に使用される投影露光装置の投影光学系の光学特性を計測する際に使用できる。 The present invention can be used when measuring the optical characteristics of a projection optical system of a projection exposure apparatus used when manufacturing a semiconductor device or the like.
12…照明光学系、14…光源、PL…投影光学系、50…主制御装置、59…空間像計測装置、80…信号処理装置、90…スリット板、122…スリット、RFM…レチクルマーク板、PM…計測用マーク
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記所定開口の空間周波数の成分を求める第1工程と、
前記光量情報をフーリエ変換して得られる空間周波数の成分を前記第1工程で求められた前記所定開口の空間周波数の成分で補正し、該補正された空間周波数の成分を逆フーリエ変換して回復された強度分布情報に基づいて前記投影光学系の光学特性を求める第2工程とを有することを特徴とする光学特性計測方法。 In an optical characteristic measurement method for obtaining optical characteristics of the projection optical system based on light amount information obtained by scanning a pattern image by the projection optical system with a predetermined aperture,
A first step of obtaining a spatial frequency component of the predetermined aperture;
The spatial frequency component obtained by Fourier transforming the light quantity information is corrected with the spatial frequency component of the predetermined aperture obtained in the first step, and the corrected spatial frequency component is recovered by inverse Fourier transform. And a second step of obtaining an optical characteristic of the projection optical system based on the intensity distribution information.
前記第1パターンの形状誤差は、前記第1パターンからの第1組の回折光を用いて形成される像と、前記第1パターンからの前記第1組の回折光とは異なる第2組の回折光を用いて形成される像とに基づいて求められることを特徴とする請求項3に記載の光学特性計測方法。 Wherein the first pattern has a periodic pattern,
The shape error of the first pattern is different from the image formed using the first set of diffracted light from the first pattern and the second set different from the first set of diffracted light from the first pattern. The optical characteristic measuring method according to claim 3, wherein the optical characteristic measuring method is obtained based on an image formed using diffracted light.
前記所定開口の空間周波数の成分を求める第1工程と、
前記光量情報のうち、前記パターンの像のピッチのm倍(mは1以上の整数)の領域の情報をフーリエ変換して得られる空間周波数の成分を前記第1工程で求められた前記所定開口の空間周波数の成分で補正し、該補正された空間周波数の成分を逆フーリエ変換して強度分布を回復する第2工程と、
前記第2工程で回復された強度分布を所定の閾値で2値化して得られる情報に基づいて前記パターンの形状誤差を求める第3工程とを有することを特徴とするパターン誤差計測方法。 In a pattern error measurement method for obtaining a shape error of the pattern based on light amount information obtained by scanning an image of a pattern having periodicity with a predetermined aperture,
A first step of obtaining a spatial frequency component of the predetermined aperture;
Of the light quantity information, the predetermined aperture obtained in the first step is a spatial frequency component obtained by Fourier-transforming information of an area of m times the pitch of the pattern image (m is an integer of 1 or more). A second step of correcting the spatial frequency component of the corrected spatial frequency component and performing an inverse Fourier transform on the corrected spatial frequency component to recover the intensity distribution;
And a third step of determining a shape error of the pattern based on information obtained by binarizing the intensity distribution recovered in the second step with a predetermined threshold.
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