JPH0774091A - リソグラフィ装置の特徴形成変数の決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リソク゛ラフィ印刷ハ゜ターンの定量的評価を提供するこ
と 【構成】 リソク゛ラフィ装置等のための焦点や露光等の特徴
形成変数を決定する方法であり、性能指数を導出するフー
リエ処理を含む。一実施例ではリソク゛ラフィ装置は一連の単一ハ
゜ターン形成を製作する。各露光の光学的画像が形成され、
その各光学的画像についてフーリエ振動数スヘ゜クトルが決定され
る。その振動数スヘ゜クトルの原点から様々な角度で生じる線
に沿って光学振動数を定量化することにより各振動数スヘ
゜クトルから角振動数関数が導出される。最大振動数の軸に
関して軸上および軸外振動数による影響が各角振動数関
数毎に定量化される。リソク゛ラフィ装置用の最適値は、角振
動数関数から導出されたテ゛ータに基づき決定される。好適
には、角振動数関数のその関連するフーリエ振動数スヘ゜クトルか
らの導出は、原点から生じる選択された線の部分に沿っ
ての光学振動数の平均化であり、これによりSN比が改善
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、光学装置の動作
変数を決定する方法および装置に関し、特に、リソグラ
フィ装置の焦点合わせに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の開発および製造において、大
規模集積回路（VLSI）と超大規模集積回路（ULSI）の能
力は、異なる製造技術によって決定されるが、光学的な
リソグラフィがその最も重要なものと一般に認識されて
いる。集積回路の技術世代は、リソグラフィの最小特徴
(feature)サイズ（ミクロン以下の単位の線幅等）によ
り計られる。

【０００３】回路特徴の小型化および高実装密度化に対
するとどまることのない要求は、主としてマイクロリソ
グラフィツールにおけるレンズ系の開口数を大きくする
ことによって満たされてきた。しかし、ほとんどのリソ
グラフィレンズの性能は、回折により制限されたものと
なる。この制限を決定する３つの変数は、(1)レンズの
開口数と、(2)露光放射線の波長と、(3)露光放射線の可
干渉性である。回折により制限された装置の最低解像度
と全焦点深度とを決定するための近似式としてレイリー
基準を用いることができる。最低解像度に関する式は次
の通りである。

【０００４】最低解像度＝k1（露光波長／NA） ここで、NAは開口数、klはレンズの収差その他の多数の
要因によって決まる計数逓減率である。一般に、現世代
のリソグラフィツールの場合には、k1＝0.8と考えられ
る。

【０００５】上記の式に従って解像される最小特徴につ
いての焦点深度は、次のように決定される。

【０００６】焦点深度＝k2（露光波長／(NA)²） ここで、k2はレンズの収差とプロセス上の要因によって
決まる計数逓減率である。k2の公称値は0.8であるもの
とする。

【０００７】上記２式より、投影光学系の開口数を大き
くすると解像度が上がるが、焦点深度が犠牲になること
がわかる。許容可能な焦点の範囲は、基板の既存の形
状、基板の非平坦性、リソグラフィツールの自動焦点装
置の精度、最適焦点を決定するプロセスに関連する誤差
等の要因によって更に狭くなる。

【０００８】リソグラフィツールの自動焦点装置により
決定される最適焦点は、基板の表面上の膜の種類の関数
となっていることが最近判明した。例えば、かかるツー
ルによる決定時に、ポリゲートレベルについては接触マ
スクと比較して最良の焦点平面に0.4μmのずれが存在す
ることがある。また、最適焦点が基板の既存の形状の関
数となっていることも判明している。これは、メモリ回
路のポリゲートレベルとＣＰＵチップの同レベルとの間
の最良焦点平面における0.2μｍのずれとして観測され
ている。これらの結果は、最適焦点を精確に決定するこ
とが、特定の投影レンズから得られる最大焦点深度を達
成するための重要な要因となる、ということを示してい
る。

【０００９】ここで規定する「リソグラフィ装置」は、
(1)投影装置を介した画像の転送のための要素と、(2)投
影された光束とレジスト系との相互作用のための要素
と、レジストへの画像の現像のための要素とを有するも
のとする。

【００１０】リソグラフィ装置を通過した所望の画像が
どれだけ精確に再生されているかを決定するための３つ
の従来の方法がある。その第１の方法は、Ausschnitt等
の米国特許第4,890,239号明細書に説明されているもの
である。この方法は、一定範囲の焦点位置にわたるリソ
グラフィによる特徴の線幅の測定によって決まるもので
ある。線幅と焦点との関係を示すグラフが、一連の焦点
設定について作成される。線幅が露光に最も影響され難
い値、すなわち、「線幅」対「焦点」の曲線が最も近接
する位置を選択することにより、最適焦点を導出するこ
とができる。この方法は過去には有効であったが、開口
数の増大という上述の傾向の直接的な結果である重大な
欠点を有するものとなっている。極めて大きな開口数を
伴うツールの場合には、「線幅」対「焦点」の曲線が非
対称になる。したがって、この方法を用いて最適焦点を
推定するのは一層困難となっている。

【００１１】最適焦点を選択する第２の方法は、一定範
囲の焦点位置にわたりＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で平
行線または接点の集合の断面を得ることに基づくもので
ある。次いで側壁角が焦点の関数としてプロットされ
る。ここで、前記「側壁角」を「ウェハ面に対するフォ
トレジストの壁の角度」と規定する。前記プロットの最
大値を選択することにより、最適焦点が決定される。上
記説明のAusschnittの方法とは異なり、この方法は、曲
線が非対称である場合であっても良好に機能する。しか
し、線または接点の断面を得るには、試料に対して破壊
的で汚れるへき開作業を行わなければならず、またその
作業は多大な労力を必要とする。

【００１２】最適焦点を求める第３の方法は、作業者が
焦点の関数として画像の「品質」を検査することによ
り、電子顕微鏡または光学顕微鏡で最良の焦点を視覚的
に識別することを必要とするものである。この方法は、
作業者に依存するものであり、作業者によって大きなば
らつきが生じることになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特徴
形成装置の動作変数についての最適設定を決定する方法
および装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、焦点の最適
値や露光その他の特徴(feature)形成変数の決定時に１
つ以上の特徴からなるリソグラフィ印刷パターンの定量
的評価を提供する方法および装置により達成された。そ
の印刷パターンの画像が形成され、次いでフーリエ変換
により可変強度空間パターンから２次元振動数スペクト
ルに変換される。その結果として得られた前記画像の光
学振動数スペクトルは、少なくとも１つの最大の光学振
動数(optical power)の軸を含む。１つ以上の軸に沿っ
た光学振動数が最大振動数軸間に表される光学振動数と
比較され、これにより、パターンの特徴が「丸められ
た」度合いが定量的に評価される。焦点や露光その他の
特徴形成変数についての性能指数は、軸上(on-axis)振
動数と軸外(off-axis)振動数との比較に応じて選択する
ことができる。「画像形成変数」は、印刷パターンを作
成するための装置間で選択可能なものとすることもで
き、この場合には、画像形成変数の「設定」を、種々の
リソグラフィツールのうちの１つを選択するステップと
することができる。

【００１５】本発明の典型的な用途は、集積回路チップ
およびプリント回路基板の製造に関する最適値を定量的
に決定することにある。集積回路は、従来、理想的には
互いに直角をなす縁を有する特徴から構成されてきた。
これは、「マンハッタン(Manhattan)レイアウト」と呼
ばれるものであり、互いに交差する縁は、鋭い90゜の隅
をなすように設計される。マンハッタンレイアウトの場
合、変換された光学振動数スペクトルは、最大光学振動
数の２つの直交軸を有することになる。設計されたレイ
アウトの製作中の条件や設定が理想的なものでない場合
には、各縁の交差部に丸まった隅が生成されることにな
る。本発明は、性能指数を決定するために、その丸まり
の定量的評価を提供する。「非マンハッタンレイアウ
ト」は、90゜の隅に限定されるものではない。設計形状
が直交する線の集合に限定されない場合には、重要な特
徴が回転角の適度に小さな集合に属していれば、本発明
を利用して、軸上振動数および軸外振動数の決定時に、
最大振動数軸および中間角を規定することが可能とな
る。例えば、設計された縁が、45゜および90゜のみをな
して隅で交差する非マンハッタンレイアウトは、互いに
45゜をなす４つの最大振動数軸を有することになる。

【００１６】一好適実施例では、一連のパターン形成(f
ormation)がレジスト中で製作される。その一連のパタ
ーン形成中の各パターン形成は、１つ以上の特徴からな
る同じパターンを得るように製作されるが、焦点または
露光の強度または露光の波長等の特定の特徴形成変数の
設定を変えて製作される。次いで、各パターン形成毎
に、画像がディジタル的にまたは写真的に記録される。
この一連のパターン形成はまた、変更される特徴形成変
数を、例えばレジストの厚さやレジストの種類またはレ
ジストのベーキングのパラメータ等の、露光に無関係な
ものとして、同一パターンから製作することもできる。

【００１７】これはあまり重要なことではないが、サン
プル画像の処理は、その画像のノイズや重要でない特徴
を抑制しつつ対象となる微細構造を増強することから始
めることが可能である。対象となる構造の増強は、簡単
な平滑化、微分法、縁増強フィルタその他の、既存の画
像処理技術において一般的なアルゴリズム増強により、
実行することができる。

【００１８】各画像毎に、２次元離散フーリエ変換が計
算される。次いで、そのフーリエ変換が２乗されて２次
元振動数スペクトルが得られる。

【００１９】また必要に応じて、各フーリエ振動数スペ
クトルを、その振動数スペクトルが求められた実空間画
像に重ね合わせて配向させた画像として表示することが
可能である。このフーリエ振動数スペクトル中では、原
点からの距離は空間周波数と線形関係にある。この表示
は重要なものではない。何故なら、限界寸法（ＣＤ）の
測定ツール内で定量的評価を実行するためのコンピュー
タプログラミングが既知のものであるからである。

【００２０】かかる定量的評価は、先ず各振動数スペク
トル毎に角振動数(angular power)関数を導出すること
により達成される。振動数スペクトルの原点を通る水平
線に沿った平均光学振動数が計算される。また必要に応
じて、サンプリングノイズや他の高周波による影響、お
よび画像の絶対コントラストレベルによる影響を大きく
受ける可能性の最も少ない線の一部に平均振動数の計算
を限定するために、原点を通る線に沿った最小半径また
は最大半径を規定することも可能である。平均振動数の
計算は、−180゜から＋180゜までの角度における全ての
線について繰り返される。最大半径および／または最小
半径を水平線に用いる場合には、その半径を他の全ての
線にも用いなければならない。その結果として、リソグ
ラフィ印刷された特徴の様々な方向における強度を表す
角振動数関数が得られる。フーリエ振動数スペクトルの
特性は、全ての特徴が正確に原点を通って反射し、−18
0゜から＋180゜までの角振動数関数の光学的値が正確に
等しい、というものである。丸まった隅を有するある画
像について計算されたフーリエ振動数スペクトルにおけ
る最大振動数軸の間の情報量の差は、導出された角振動
数関数において大幅に顕著なものとなる。

【００２１】次いで、各角振動数関数から性能指数が導
出される。最大振動数角、すなわち角振動数関数の最大
値が、０゜と規定される。これにより、軸上振動数と軸
外振動数との差の決定に最大振動数軸を用いることが確
実になる。重要ではないが、この好適方法は、マンハッ
タンレイアウトの製作のための性能指数を、(1)０゜で
の振動数値と、０゜から90゜の位置での振動数値との積
と、(2)０゜から＋４５゜および−４５゜の各位置での
各振動数値の積と、の間の差と規定する。次いで、一連
の様々な振動数スペクトルの角振動数関数から導出され
た性能指数を用いて、対象となる特徴形成変数の最適値
が選択される。この方法はまた、軸上振動数と軸外振動
数との間の差を求める同様の方法を適用することによ
り、非マンハッタンレイアウト用の設定の決定にも用い
ることができる。

【００２２】フーリエ振動数スペクトルを提供するため
の計算は、従来のレンズを用いてそのレンズの背面焦点
面にスペクトルを生成することにより省略することがで
きる。スペクトルが光学的に得られれば、角振動数関数
は電子機械的に得ることができる。すなわち、レンズの
背面焦点面に回転スロットシャッタを配置し、その回転
スロットシャッタを通過する光を集めて定量化すること
により、角振動数関数を得ることができる。

【００２３】本発明の方法をリソグラフィ装置に用いる
ものとして説明してきたが、その他の用途にも使用する
ことができる。集積回路およびプリント回路基板の製作
時の特徴形成変数を決定することができる。本方法の用
途としては、最適焦点、露光、レジスト材料、エッチ
液、および露光前と露光後のベーキングのパラメータの
決定等が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。更に上述のように、本方法は１つ以上の特徴を形成
するための装置の選択にも用いることができる。

【００２４】本発明の利点は、定量的評価を提供し、こ
れにより、作業者に依存することのない最良の焦点の決
定を可能にすることである。更に、本方法は、短時間で
実行可能なものである。

【００２５】

【実施例】図１は、半導体ウェハ12上への集積回路の製
作に使用されるリソグラフィ装置10を示すものである。
所望画像の転送およびその画像の所定層への製作のため
の特徴形成変数は、以下で説明する方法を用いて最適化
することができる。ここで、このリソグラフィ装置は、
投影装置を介した所望画像の転送と、投影された光束と
レジストとの相互作用と、レジストへの所望画像の現像
とを含むものと規定される。したがって、最適焦点や最
適露光その他の光学特性を定量化することができる。更
に、パターン製作用の材料およびプロセスパラメータを
本発明を用いて選択することができる。

【００２６】説明の明瞭化のために、主として焦点設定
についての性能指数の決定に関して本方法を説明するこ
ととする。本発明の第１のステップは、半導体ウェハ12
上のレジスト層に一連のリソグラフィパターン形成を製
作することである。例えば、一連の各焦点を−1.4μm〜
＋1.4μmの範囲の設定とし、また一連の各露光をxジュ
ール〜yジュールの範囲の設定とすることができる。

【００２７】次いで、半導体ウェハ12上の露光されたレ
ジスト層の画像が、ディジタル的にまたは写真製版的に
記録される。一好適実施例では、画像は、Hitachi S600
0等の市販の限界寸法（ＣＤ）測定ツールを用いてディ
ジタル的に記録される。このＣＤツール14を図２(a)に
示す。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）がダイからダイへと
移動して、１つ以上の特徴からなるパターンのディジタ
ル画像が自動的に獲得される。

【００２８】図２(a)の好適実施例では、各画像をディ
ジタル的に記録するＣＤツールは、ディジタル信号処理
装置（ＤＳＰ）18に直接接続される。このＤＳＰは、市
販の画像処理装置である。例えば、Hewlett-Packard Ve
ctra 486/25を、Synoptics Synergyのフレーム格納プラ
グインカードと共に用いることができる。そのソフトウ
エアは、Synopticsの販売するオペレーティングシステ
ムSEMPER 6+の下で開発されたものであるが、他のソフ
トウエアを用いることもできる。その結果として得られ
る装置は、画像固有のコマンドを用いたプログラムの開
発を可能にし、以下で説明するようなルーチンの開発を
簡素化する。

【００２９】一代替実施例では、画像はフィルム上に写
真的に記録される。図２(b)の場合には、ＣＣＤカメラ1
6をスタンドに取り付けて、記録された画像をＤＳＰ 18
へ走査することができる。また必要に応じて、専用の白
黒ビデオモニタ20を用いることもできる。

【００３０】各焦点のサンプル画像の各々について、Ｄ
ＳＰ18は、簡単な平滑化、微分法、または縁増強フィル
タその他の、対象となるレジストパターンに固有の微細
構造を増強する既知の画像増強アルゴリズムを提供する
と同時に、ノイズや対象外の特徴を抑制することができ
る。次いで、各画像毎にフーリエ振動数スペクトルが求
められる。これは、２次元離散フーリエ変換を計算し、
次いでその変換値を２乗することにより達成される。

【００３１】この処理は一般的には全て電子的に行なわ
れるが、フーリエ振動数スペクトルをビデオモニタ20上
に表示することはできる。この表示は、その振動数スペ
クトルが決定された実空間画像に重ね合わせて配向させ
た画像である。図３は、レジスト層24に形成された正方
形の特徴22のサンプル画像を示すものである。図４は、
図３の画像に関するフーリエ振動数スペクトルを示すも
のである。

【００３２】写真製版印刷されたパターンに一般的であ
るように、図３の特徴22は直交する線の集合からなる。
これはマンハッタンレイアウトと呼ばれる。ここで、そ
の線の集合は水平および垂直方向を有するものである
が、他の角度を有するものであってもよい。図３の画像
中の情報と一致した態様で、図４のフーリエ振動数スペ
クトルは、２つの直交する情報の集合を有する。すなわ
ち、光学振動数は、２つの直交軸に沿ってのみ存在す
る。それら軸上に見られる情報の周期性は、正方形特徴
の寸法とそれに関連する高調波を含んでいる。図３のパ
ターンは、簡単なものである。集積回路は、一層多数の
特徴をパターン中に有することになる。特徴の数に拘ら
ず、マンハッタンレイアウトは、２つの直交する最大振
動数軸を有する振動数スペクトルを提供する。非マンハ
ッタンレイアウトの場合には、最大振動数軸が更に生じ
ることになるが、その更なる軸の数が多すぎなければ、
本方法はそのようなレイアウトでも用いることができ
る。

【００３３】図５に示すように、上記リソグラフィ装置
の設定が最適でない場合には、特徴34の隅26,28,30,32
が丸められてしまうことになる。その丸まった隅は、直
交しない線であり、このため、それに関する図６のフー
リエ振動数スペクトルは、そのスペクトルの直交軸を外
れた情報を含んでいる。すなわち、直交軸の中間の角度
における振動数内容が図４の振動数スペクトルに比べて
増大する。本発明は、所望の画像の特徴が丸まっている
度合いの定量的評価を提供する。次いで、その定量的評
価を用いて、プロセスの設定およびパラメータを選択す
る。

【００３４】ここで説明する定量的評価は、リソグラフ
ィ装置における理想的画像の通過に関する性能指数を得
るために、振動数スペクトルの異なる角度領域から相対
的な情報量を導出するものである。各振動数スペクトル
から角振動数関数が導出される。図４および図６では、
０゜点は、直交軸の交点を起点として正方向すなわち右
に延びる水平線と定義される。この水平線に沿った平均
振動数が計算される。この計算が、−180゜〜＋180゜の
全ての角度における線について繰り返されて、正方形特
徴の様々な方向の強度を表す角振動数関数が生成され
る。

【００３５】これはあまり重要ではないが、原点から、
すなわち直交する最大振動数軸の交点から、最大半径を
規定することもできる。平均振動数の計算をその最大半
径内の距離に限定することにより、サンプリングノイズ
その他の高周波による影響を低減させることができる。
また、最小半径を規定して、画像中の絶対コントラスト
レベルによる影響を低減させることもできる。

【００３６】フーリエ振動数スペクトル内では、全ての
特徴は正確に原点を通って反射する。したがって、＋18
0゜から−180゜までの角振動数関数の計算された平均振
動数は鏡像的性質を有するものとなる。図４の振動数ス
ペクトルに関する角振動数関数の１／２を図７に示し、
また図６の振動数スペクトルに関する角振動数関数を図
８に部分的に示す。同図から分かるように、丸まった画
像から決定されたフーリエ振動数スペクトル中の非直交
情報の量の差異は、その角振動数関数では一層顕著なも
のとなる。

【００３７】互いに角度をなす各線に沿った光学振動数
の平均として角振動数関数を説明してきたが、その平均
化は重要ではない。角振動数関数を計算する他の手段を
用いることもできる。例えば、加算処理を用いることも
できる。

【００３８】性能指数は角振動数関数から導出される。
まず、最大振動数の角度が決定される。このステップ
は、角振動数関数に沿った最大値の決定に他ならない。
これは角度値の零点と定義される。角度値の零点の決定
は、リソグラフィ印刷された特徴の直交線が、サンプル
画像の記録および走査時に水平および垂直に対して或る
角度をなす場合に、重要なものとなる。図３および図５
の正方形の特徴が、水平線および垂直線の集合を有して
いるので、図７および図８の角度値の零点は原点とな
る。

【００３９】図７および図８の角振動数関数が繰り返す
ことに留意されたい。すなわち、その各角振動数関数
は、循環関数のうちの一巡である。

【００４０】マンハッタンレイアウトを製作するための
性能指数が所望される一実施例では、その性能指数は、
(1)０゜における値と＋90゜または−90゜における値と
の積と、(2)＋45゜および−45゜における計算された振
動数値の積と、の間の差と規定される。好適ではない
が、角振動数関数から性能指数を導出するための計算と
して、もっと正確さに欠ける計算を用いることもでき
る。＋45゜および−45゜における値の代わりに、直交軸
間に直接存在しない角度における値を用いることができ
る。実際には、この方法全体は、図２(a)のＣＤツール1
4およびＤＳＰ 18を用いて電子的に実行される。

【００４１】上述した性能指数の計算は、パターン中の
所望特徴が全て直交する線の集合からなり、および、中
間的値は全て再生処理における不適当さにより発生する
ものと仮定している。上述のように、この方法は、重要
な特徴が全て、回転角の適度に小さな集合に属している
限り、他の形状にも拡張可能なものである。例えば、非
マンハッタンパターンは、マンハッタンパターンの90゜
の指標(index)ではなく、45゜の指標により規定される
線の集合を有することができる。非マンハッタンパター
ンは、互いに45゜をなす４つの最大振動数軸を有するこ
とができる。したがって、性能指数は、±90゜および±
45゜における値以外の導出された角振動数関数上の値を
見るための計算を必要とすることになる。これは、±90
゜および±45゜における値が全て、最大光学振動数軸を
表す値であるからである。例えば、非マンハッタンパタ
ーンに関する式は、角振動数関数上の±90゜における各
値の積と±22.5゜における各値の積との差を計算する式
とすることができる。

【００４２】ここで図１２および図１３を参照する。上
述のフーリエ変換は光学的に得ることが可能であり、ま
た図７および図８の角振動数関数は光機械的に得ること
が可能である。ハーフミラー50は、矢印52で示す側から
入る光が自由に通過することを可能にするものである。
その光は、半導体ウェハまたはプリント回路基板等の物
体54に当たる。光路56は、物体54上の特徴の縁等により
反射された光を表している。その反射光は、対物レンズ
58によりハーフミラー50に向け直される。

【００４３】ハーフミラー50の背面にあたる光は「フー
リエ変換レンズ」60へと反射される。レンズ60は、その
背面焦点面に変換スペクトルを生成する従来のレンズで
ある。検査ビームと、対物レンズ58と、ハーフミラー50
と、フーリエ変換レンズ60との組み合わせによってフー
リエ変換が達成され、この変換から角振動数関数を導出
することができる。そのフーリエ変換された画像は、回
転スロットシャッタ62を通るように向けられる。図１２
から最もよく分かるように、この回転スロットシャッタ
62は、第１スロット64および第２スロット66を有してい
る。

【００４４】上述のように、角振動数関数は、フーリエ
振動数スペクトルの原点から延びる線に沿った振動数を
定量化することにより決定される。図１２において、ス
ロット64,66はかかる線を規定するものである。また必
要に応じて、回転スロットシャッタ62のスロットを１つ
とすることもできる。このシャッタは回転するので、任
意の開始位置に対する線の角度は絶えず変化する。した
がって、図７および図８の角振動数関数は、シャッタ62
から出る光を集めて定量化することにより得ることがで
きる。このスロットの内縁68および外縁70は、光学振動
数を定量化するための最小半径および最大半径を決定す
るものである。既述のように、最大半径および最小半径
の設定は、ＳＮ比に影響を与えることになる。

【００４５】図１３に示すように、回転スロットシャッ
タ62はモータ72で回転する。このシャッタのスロットを
通る光は、集光レンズ74によりフォトダイオード76へと
向けられる。このフォトダイオード76は、集められた光
の強度に対応する信号を生成する。次いで、その信号が
ディジタル信号処理装置78で受信される。このディジタ
ル信号処理装置は、角振動数関数から性能指数を導出す
るための計算を実行する。

【００４６】図１３の装置は、オンライン製造調整とし
て採用することができる。すなわち、この装置は、リソ
グラフィ装置に自動焦点を提供するために使用すること
ができる。物体54は、Ｚ軸ステージ80に取り付けられた
ものとして図示されている。この物体54は、Ｚ軸モータ
82によって入射光52の光源に近づけたり離したりするこ
とができる。ディジタル信号処理装置78は、物体54上の
パターンについて計算された性能指数が許容範囲内にな
い場合にＺ軸モータ82を起動するようにプログラム可能
なものである。Ｚ軸モータ82を制御する信号は、制御線
84を介してディジタル信号処理装置78から送信される。

【００４７】［実験結果］リソグラフィ処理およびＳＥ
Ｍ検査の複雑さを招くことなくデフォーカス（焦点ぼ
け）に対する本方法の感度をテストするために、テスト
パターンが作成され、ＣＣＤカメラ16を用いて図２(a)
のディジタル信号処理装置18中に捕捉されている。様々
な焦点設定での前記テストパターンの５枚の写真が使用
された。性能指数を導出するために結果的に得られた画
像に処理を加えることにより図９に示すグラフが得られ
た。第１パターン36は、フィルタを使用せずに得られた
性能指数をプロットしたものである。第２パターン38
は、簡単な縁抽出フィルタを用いて得られたものであ
る。その縁抽出フィルタにより、最適焦点に対する感度
が大幅に向上することに留意されたい。グラフ中の縦座
標は性能指数であり、任意の絶対値を有するものであ
る。性能指数の０は横座標との交点に見られる。この０
は、90゜および45゜の平均振動数値が等しい点である。

【００４８】この方法を現実のリソグラフィ用途でテス
トするために、従来の方法で、一連の各焦点でリソグラ
フィ露光をレジストに行って現像した。焦点設定の範囲
は、−1.4μm〜＋1.4μmとした。ＳＥＭを用いて、その
一連の各焦点での露光のそれぞれの画像の平面図が生成
された。写真製版印刷された特徴パターンは矩形領域か
らなり、したがって、上述の正方形領域とは異なり、そ
のパターンは優性の(dominant)線の集合を有している。

【００４９】図１０および図１１は、性能指数とデフォ
ーカスとの関係を様々な場合について示すグラフであ
る。図１０において、第１トレース40は、フィルタを用
いずに得られたものであり、また第２トレース42は、画
像縁検出を用いて得られたものである。図１１は、角振
動数関数の計算で規定された最小半径および最大半径の
変動に関してプロットの差を示したものである。すなわ
ち、その計算は、異なる空間周波数範囲を用いて行われ
た。

【００５０】ここで規定した空間周波数について少し説
明することが有益であると思われる。一連の各焦点内で
のリソグラフィ露光において決定された各フーリエ振動
数スペクトル毎に、横座標と縦座標との両方についての
最大座標が、１画素の空間周波数を大きさで表す。これ
は座標値255により与えられる。何故なら、512×512の
配列のフーリエ変換は、＋255および−255というフルス
ケール値を有するからである。その座標系が空間周波数
であるため、その値は空間寸法に反比例する。例えば、
座標128は２画素の空間寸法であり、すなわち、周波数1
28/256＝0.5である。また、64は４画素すなわち周波数
0.25である。図１１中のデータは、３つの周波数範囲で
の画像分析を表している。プロット44は、座標値10〜40
を有し、その対応する空間周期は25.6〜6.4画素であ
る。プロット46は、座標値40〜70を有し、その空間周期
は6.4〜3.66画素である。またプロット48は、座標値70
〜100を有し、その空間周期は3.66〜2.56画素である。

【００５１】図１１の情報内容より、空間周波数が高く
なるにつれてＳＮ比が急速に低下することが分かる。ナ
イキストサンプリング理論により、２画素の空間周期に
対応する周波数128より上には情報が存在しないことを
確認することができる。

【００５２】ここで図１０に戻る。それらトレースが導
出された角振動数関数を得るのに、空間周期25.6〜4.3
画素に対応する空間周波数範囲10〜60を用いた。同図
は、フーリエ処理を開始する前に画像に簡単な縁検出ア
ルゴリズムを用いる効果を示している。この縁検出は、
リソグラフィ処理における大きなデフォーカスに対して
は感度を大幅に増大させるものではないが、小さなデフ
ォーカスの設定に対しては優れた感度を提供する。

【００５３】図１０および図１１に示す＋0.4μmという
最適焦点は、一連の各焦点から得られた画像の専門家に
よる最良の判定結果に相当するものである。したがっ
て、最適焦点の定量的評価が得られ、作業者による判断
に過度に依存することのない方法が提供される。

【００５４】上述の各ステップは、最適設定を決定する
好適方法ではあるが、この方法に変更を加えることも可
能である。例えば、一連の各焦点で露光を行うのではな
く、理想的な画像転送に関するデータを記録し、その後
に１回のリソグラフィ露光についてフーリエ処理を行な
ってそれを前記の理想的な画像転送と比較することが可
能である。その１回の露光が許容可能と判定されるパラ
メータ内にあれば、更に露光やフーリエ処理を行なう必
要はない。したがって、この方法はオンライン品質管理
に用いることができる。

【００５５】以下に本発明の実施態様を列挙する。

【００５６】１．基板上にパターンを製作するための特
徴形成変数を設定する方法であって、この方法が、基板
上にパターンを形成し、前記パターンの画像を形成し、
前記画像を光強度の空間周波数に従って変換し、これに
より前記画像の変換された光学振動数スペクトルを形成
し、その変換された光学振動数スペクトルに沿って最大
振動数軸を決定し、前記最大振動数軸のうちの少なくと
も１つに沿った光学振動数を前記最大振動数軸間の光学
振動数と比較し、その光学振動数の比較に応じて特徴形
成変数の設定を選択する、というステップを含むことを
特徴とする、前記の特徴形成変数の設定方法。

【００５７】２．前記の画像の変換ステップが、２次元
フーリエ振動数スペクトルを形成することを含む、前項
１記載の方法。

【００５８】３．前記の最大振動数軸の決定ステップお
よび前記の光学振動数の比較ステップが、前記の変換さ
れた光学振動数スペクトルから角振動数関数を導出する
ことを含む、前項１記載の方法。

【００５９】４．前記の角振動数関数の導出ステップ
が、前記の変換された光学振動数関数の原点を通って様
々な角度で延びる線に沿って光学振動数を定量化するこ
とを含み、前記原点が前記最大振動数軸の交点にある、
前項３記載の方法。

【００６０】５．前記の光学振動数の比較ステップが、
前記最大振動数軸の１つと一致して前記原点を通って延
びる線に沿った光学振動数と、前記最大振動数軸の各々
と離間関係で前記原点を通って延びる線に沿った光学振
動数との差を定量化することを更に含む、前項４記載の
方法。

【００６１】６．前記のパターンの形成ステップが、一
連のリソグラフィパターン形成のうちの１つのパターン
形成であり、前記の一連のパターン形成中の各パターン
形成が前記特徴形成変数の設定に関連して異なる、前項
１記載の方法。

【００６２】７．前記の空間周波数に従って画像を変換
するステップが、前記光学振動数スペクトルを光学的に
形成するステップであり、また前記の線に沿って光学振
動数を定量化するステップが、前記光学振動数スペクト
ルから導出された前記角振動数関数の原点を通って延び
る線を規定する手段を機械的に回転させることを含む、
前項４記載の方法。

【００６３】８．前記特徴形成変数が画像投影装置のパ
ラメータである、前項６記載の方法。

【００６４】９．前記特徴形成変数がレジストパターン
形成処理の変数である、前項６記載の方法。

【００６５】１０．対象となる装置の焦点と露光とのう
ちの一方の最適値を決定する方法であって、この方法
が、対象となる装置について一連の露光を形成し、その
各露光が、焦点と露光とのうちの少なくとも一方に関し
て異なり、各露光毎に、最大光学振動数の軸を有するフ
ーリエ振動数スペクトルを形成し、その各フーリエ振動
数スペクトルが１つずつ原点を有しており、前記フーリ
エ振動数スペクトルの前記原点から様々な角度で生じる
線のうちの少なくとも一部に沿って振動数を定量化する
ことを含めて、各フーリエ振動数スペクトルから角振動
数関数を導出し、前記線が、前記最大光学振動数軸と一
致する第１の線と前記最大光学振動数軸と角度をなす第
２の線とを含み、各角振動数関数毎に、前記第１の線に
沿った振動数と前記第２の線に沿った振動数との比較時
のデータが、その振動数の比較に基づいて性能指数を決
定することを含み、前記性能指数の比較に基づいて前記
一連の露光のうちの好適な露光を選択し、前記一連の露
光のうちの前記好適露光の形成中の前記対象となる装置
についての設定に基づいて前記装置の設定を選択する、
というステップを含むことを特徴とする、前記の最適値
の決定方法。

【００６６】１１．前記角振動数関数の原点が前記最大
光学振動数軸の交点である、前項１０記載の方法。

【００６７】１２．前記の第１および第２の線に沿った
振動数の定量化ステップが、前記原点からの最小半径お
よび最大半径を選択することを含み、その選択された各
半径の間の各線からなる部分について振動数の定量化を
行うことを含む、前項１０記載の方法。

【００６８】１３．前記の性能指数の決定ステップが、
（１）２つの隣接する第１の線の定量化された振動数の
積と、(2)前記２つの隣接する第１の線のうちの１つか
ら等距離にある２つの第２の線の定量化された振動数の
積とを比較することを含む、前項１０記載の方法。

【００６９】１４．基板上へのパターン製作に関する特
徴形成変数の最適値を決定するために使用する装置であ
って、この装置が、基板上にパターンを製作する手段
と、前記パターンの画像を受容する手段と、前記画像の
２次元フーリエ振動数スペクトルを提供する変換手段で
あって、原点で交差する最大振動数軸を前記フーリエ振
動数スペクトルが有している、前記変換手段と、前記フ
ーリエ振動数スペクトルから角振動数関数を導出する手
段であって、前記フーリエ振動数スペクトルの前記原点
から様々な角度で延びる各線についての各振動数値を保
持するメモリを備えた、前記の角振動数関数の導出手段
と、前記振動数値の比較に応じて前記製作手段に関する
最適な特徴形成変数を決定する手段とからなることを特
徴とする、前記装置。

【００７０】１５．前記決定手段が、最大振動数値と最
小振動数値との差を比較するコンピュータ回路を備えて
いる、前項１４記載の装置。

【００７１】１６．前記製作手段がリソグラフィ装置で
ある、前項１４記載の装置。

【００７２】１７．前記変換手段が電子装置である、前
項１４記載の装置。

【００７３】１８．前記変換手段が、前記画像を変換す
るよう配置されたレンズであり、そのレンズの背面焦点
面にフーリエ振動数スペクトルが提供される、前項１４
記載の装置。

【００７４】１９．前記の角振動数関数の導出手段が、
ディジタル信号処理装置の電子回路である、前項１４記
載の装置。

【００７５】２０．前記の角振動数関数の導出手段が、
前記フーリエ振動数スペクトルの前記原点からの線を規
定するスロットを有する回転シャッタを備えている、前
項１４記載の装置。

【００７６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、焦
点の最適値や露光その他の特徴形成変数の決定時に、１
つ以上の特徴からなるリソグラフィ印刷パターンの定量
的評価を提供することが可能となり、これにより、作業
者に依存することのない最良の焦点の決定が可能とな
る。また、本方法は短時間で実行可能なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウェハ上にパターンを形成するリソグラ
フィ装置の概要を示す説明図である。

【図２】本発明により図１のリソグラフィ装置のための
最適な特徴形成変数を決定するための装置の概要を示す
ブロック図である。

【図３】図１のリソグラフィ装置により印刷される理想
的特徴を示す平面図である。

【図４】図３の画像について生成されたフーリエ振動数
スペクトルである。

【図５】図１のリソグラフィ装置の設定が非理想的であ
る結果として隅が丸まった図３の特徴を示す平面図であ
る。

【図６】図５の画像について生成されたフーリエ振動数
スペクトルである。

【図７】図４の振動数スペクトルから導出された角振動
数関数を示すグラフである。

【図８】図６の振動数スペクトルから導出された角振動
数関数を示すグラフである。

【図９】或る角振動数関数および異なる空間周波数につ
いて計算された性能指数とデフォーカスとの関係を示す
グラフである。

【図１０】別の角振動数関数および異なる空間周波数に
ついて計算された性能指数とデフォーカスとの関係を示
すグラフである。

【図１１】更に別の角振動数関数および異なる空間周波
数について計算された性能指数とデフォーカスとの関係
を示すグラフである。

【図１２】図７および図８に示すような角振動数関数を
得るために光学振動数が測定されることになる線を機械
的に規定するスロットシャッタを示す正面図である。

【図１３】角振動数関数を光機械的に得るための、図１
２のスロットシャッタを備えた装置の概要を示す説明図
である。

【符号の説明】

14 ＣＤツール 16 ＣＣＤカメラ 18 ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ） 20 ビデオモニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック・スポロン−フィードラー アメリカ合衆国カリフォルニア州94402サ ン・マテオ，バーネソン・アヴェニュー・ 126

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にパターンを製作するための特徴形
   成変数を設定する方法であって、この方法が、 基板上にパターンを形成し、 前記パターンの画像を形成し、 前記画像を光強度の空間周波数に従って変換し、これに
   より前記画像の変換された光学振動数スペクトルを形成
   し、 その変換された光学振動数スペクトルに沿って最大振動
   数軸を決定し、 前記最大振動数軸のうちの少なくとも１つに沿った光学
   振動数を前記最大振動数軸間の光学振動数と比較し、 その光学振動数の比較に応じて特徴形成変数の設定を選
   択する、 というステップを含むことを特徴とする、前記の特徴形
   成変数の設定方法。