JPH0795522B2

JPH0795522B2 - 半導体集積回路製造方法

Info

Publication number: JPH0795522B2
Application number: JP4081413A
Authority: JP
Inventors: エヴァンスアダムストーマス
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPH07169667A; US5989764A; US5981119A; US5362585A; EP0502679A1; EP0502679B1; DE69231715D1; US6500591B1; US5968693A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、レジスト材
料における潜写真像の生成に関し、ならびに、使用され
る装置およびプロセスを包含する。特に、本発明は、レ
ジスト型材料で生成される潜像を都合よく利用する半導
体集積回路製造方法に関する。また、本発明は、潜像を
利用するリソグラフィー装置の設計に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下の段落は、リソグラフィーの一般的
説明、潜像の説明、および、プロセスが適切に進んでい
るかどうかを判定するためにリソグラフィー技術者が使
用する方法（潜像測定を含む）の説明を含む。

【０００３】現在の多くの半導体製造プロセスは、ウェ
ハー（その上にさまざまな材料層が形成される）のよう
な基板上への感光性レジスト材料の堆積を含む。レジス
ト材料は、続いて、レティクルを通過した特定周波数の
光に（または粒子に）暴露される。この光はレジスト材
料と相互作用し、レジスト内部の化学種の３次元分布と
考えられるパターンを生成する。このレジスト内の３次
元分布は「潜像」と呼ばれる。一般的に、レジスト材料
を通る水平（基板すなわちウェハーの平面に平行な）断
面と、レティクルが生成するように設計された（レンズ
によって空間的に濾光された）像の間には強い相関があ
ることが望ましい。

【０００４】一般的な半導体プロセスでは、これらの潜
像を含むレジスト材料はいくつかの連続するステップに
よって処理され、レジスト材料の暴露または非暴露部分
がウェットまたはドライ技術を使用して除去される。
（暴露または非暴露材料のいずれが除去されるかはレジ
ストが「ポジティヴ」または「ネガティヴ」レジストの
いずれであるかに依存する。）一般的な連続する半導体
プロセスはしばしば、エッチング、イオン注入、また
は、フォトレジストが除去された部分の基板材料の化学
修飾のようなステップを含む。

【０００５】プロセス技術者によって所望されるものを
複製する際の３次元レジストの図形の忠実度（すなわ
ち、上記のプロセスで形成された潜像）は、多くの変数
によって制御される。リソグラフィー技術者の仕事は、
賢明な装置の選択、および調整、ならびに使用可能なプ
ロセス・ウィンドウの決定によってこの忠実度を最大化
することである。

【０００６】プロセス技術者によって所望されるものへ
のリソグラフィー・プロセスの忠実度の特徴づけに関す
る従来技術の多くは、次の３つのカテゴリーに分類され
る：ｉ）暴露および焦点のさまざまな条件下での、エッチ
ングされた層での線幅の定量的測定、ｉｉ）さまざまな条件下で形成された図形の（光学的
観測またはある型のＳＥＭを使用した）手動観測による
半定量的特徴づけ、ｉｉｉ）走査スリットまたは像切断装置による空間像
の直接照射検査。これらのうちのいくつかは後で詳細に説明される。

【０００７】従業者は、レティクル・パターンを基板
（ウェハーまたはその上のさまざまな材料層）上の隆起
または陥没図形に転写するプロセスの正確さをモニタリ
ングするさまざまな方法を絶えず探索してきた。プロセ
スは多くのステップを含むため、各ステップを個々に解
析しおよび理解することが望ましい。例えば、受容可能
な半導体図形（例えば線、空間など）を最終的に生成す
るためには、潜像は、レティクル・パターンの目的部分
のできるだけ忠実な再生でなければならないことは自明
である。

【０００８】この忠実度を評価するために、以前は、従
業者は、頻繁にフォトレジストに潜像線を生成し、これ
らの線を現像し、線パターンを試験ウェハー下部の基板
内にエッチングする。それからこれらの試験ウェハーが
切断され、ＳＥＭ解析にかけられる。ＳＥＭで線幅が測
定され、所望される線幅と比較される。残念ながら、こ
のモニタリング・プロセスは多くの付加的変数および可
能な不正確さの源を導入する。例えば、現像プロセス、
エッチング・プロセス、およびＳＥＭ測定プロセスはす
べて、最後のエッチングされた線と所望されるレティク
ル「基準」の間の比較における不正確さに寄与する可能
性がある。（経験豊富な従業者は、上記の手順がエッチ
ング近接効果によって複雑化することがあることをも認
識するであろう。）

【０００９】リソグラフィー・プロセスの適切さを評価
するために使用されるもう１つの技術は、フォトレジス
トを（レティクル・パターンから投射された光に）暴露
し、潜像を生成し、そのフォトレジストを現像するとい
うものである。現像されたフォトレジストは一連の隆起
図形を示し、これは、検査され、レティクル上の目的設
計パターンと比較される。例えば、現像された図形はＳ
ＥＭによって評価される。この評価は、一般的には、高
い加速電圧および図形上の伝導性被覆、または、傾斜さ
れた基板面と低い加速電圧を使用して行われる。現像さ
れた図形は、光学的に観測されおよび測定されることも
可能である。

【００１０】リソグラフィー・プロセスで非常に重要な
（そして、通常は日常業務ベースで調整される）因子の
うちの２つの因子（特性パラメータ）は、潜像（および
現像された像）を生成するために使用されるステッパー
またはその他の器具の焦点および暴露量（「フルーエン
ス」）である。焦点または暴露量のいずれかが不足する
と、輪郭の曖昧なエッジ・プロフィールをもつ潜像が生
成され、従って、最終的に、輪郭の曖昧なエッジ・プロ
フィール、または、エッチングされた図形もしくは注入
領域の受容できない幅の変動を生じる。（例えば、低す
ぎる暴露量は、レジストの十分な化学変化を誘導するの
に十分なエネルギーを供給できない。）

【００１１】良好な焦点および暴露量は、しばしば、以
下の手順によって実験的に決定される。焦点または暴露
量の一方が一定に保持され、他方は、線および空間の集
合がフォトレジストに生成される一連の暴露の間に変化
される。現像されたフォトレジスト像またはエッチング
された図形のいずれかの、公称からの線幅の偏差の測定
値が、変化する焦点または暴露量とともにグラフにプロ
ットされ、例えば一定の暴露量に対する最適焦点を決定
するために使用される。このグラフ技術はしばしば、そ
の輪郭のために時に「スマイル・プロット」と呼ばれる
曲線を生成する。

【００１２】最近、あるステッパ・メーカーが、適切な
ステッパ焦点を決定するために潜像を利用している。そ
の手順は次の通りである。平坦な、レジストで被覆され
たウェハーがステッパに置かれる。約４０本の局所整列
標識図形の列が、ウェハー全体を横断して水平に進む直
線の形に順次暴露される。暴露量は一定に保持され、そ
の間焦点は各整列標識位置に対して変化される。

【００１３】こうして潜像の列がフォトレジストに生成
される。各整列標識は、いくつかのグループの長方形を
なす水平および垂直の線からなり、これらは通常、
「Ｘ」および「Ｙ」（すなわち「水平」および「垂
直」）整列の示度を与えるために使用される。ステッパ
は、これらの整列標識の潜像を含むウェハーを、局所整
列光学下の位置に移動するようにプログラムされる。整
列は各位置で実行され、ＸおよびＹ整列に対する信号コ
ントラストが各整列標識位置に対して測定されおよび記
憶される。このデータは適切な焦点を決定するために解
析される。

【００１４】ステッパの局所整列系の通常の動作におい
ては、現像されまたはエッチングされた整列標識のエッ
ジからの散乱光信号が、標識が系の照射基準ビーム下で
ＸおよびＹ軸方向に走査される間に測定される。（これ
らのビームは、整列標識のエッジに一致するように、
形、間隔および方向が調整される。）（ここで、「散乱
光」という言葉は、反射または透過光によるものとは異
なる光路に沿って戻ってくる光を示すために使用されて
いる。光学系は散乱光のみを観測するように調整される
ため、系は暗視野顕微鏡のように作用し、「暗視野整列
系」と呼ばれる。）しかし、上記の従来技術では、この
手順は潜像に対して作用される。

【００１５】各整列標識のＸおよびＹ（水平および垂
直）整列に対する像散乱信号が測定された後、「各整列
標識のＸおよびＹ整列に対する「コントラスト」数が決
定される。「コントラスト」は、各整列標識のＸおよび
Ｙ整列に対して、

【数１】のように与えられる。ただし、Ｋ_i,X,YはＸまたはＹに
対する第ｉ整列標識のコントラスト（ｉ＝１．．．４
０）であり、Ｉ_maxはＸまたはＹ方向の第ｉ整列標識か
らの散乱信号の最大強度であり、Ｉ_minはＸまたはＹ方
向の第ｉ整列標識からの散乱信号の最小強度である。

【００１６】ＸおよびＹデータ（ウェハー上の各整列標
識に対するＫ_iXおよびＫ_iY）は、各整列標識に対する平
均コントラストを出すために結合される。各整列標識に
対する平均コントラストは、標識Ｘ−Ｙ位置（すなわ
ち、各標識暴露量に対して使用される焦点）に対してプ
ロットされる。こうして得られた潜像整列コントラスト
曲線に対する最大値は、ステッパの「マシン焦点」とし
て選択される基準焦点として使用される。「マシン焦
点」は、以下で詳細に説明される平均基準焦点である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のマシン焦点決定
手順に基づく潜像はいくつかの欠点を有することを出願
人は発見した。マシン焦点を決定するための前記の技術
の形式は、ウェハー面を横断する約４０個の位置のうち
の単一の列にステッパが局所的に（水平および垂直方向
に。Ｘ，Ｙと水平、垂直はここでは同じ意味である）整
列しようとすることを必要とし、やや不正確な結果をも
つマシン焦点を生成する可能性がある。焦点追跡ビーム
幅よりも小さいが整列標識内の整列図形と同じかそれよ
りも大きいウェハー面上の小欠陥が存在する場合、また
はステッパ・チャックに異常がある場合、潜像の不注意
の焦点ずれ（不正確なマシン焦点決定につながる）が起
こり、または、潜像の一部が劣化することがある。

【００１８】前記の形式はまた一般に、実際の製品ウェ
ハー上で適切な焦点を選択することに基づいて分析でき
ない。

【００１９】さらに前記の技術は、プリント像面湾曲が
検出可能な方法を提供しない。

【００２０】さらに、この従来技術は約１４０μｍ２の
面積を占有する比較的一定の幅の整列標識の固定配列を
使用している。この技術には、整列標識の線幅を変える
用意はない。従って、線幅の変化や隣接する図形による
効果を含む分解能測定は不可能である。

【００２１】さらに、前記の技術は、さまざまな図形、
形、方向に対するプリント像面のさまざまな部分上での
レンズの焦点ずれ感度を測定することができない。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決する。実施例は、レジストを有する基板を準備す
るステップと、レジストに複数の潜像を生成するステッ
プ（各像はリソグラフィー・パラメータによって特徴づ
けられる）と、潜像を照射検査するステップと、付加的
な潜像を形成するためにその照射検査結果を利用するス
テップからなる。続いて、付加的潜像は現像され、現像
された像は、半導体製造プロセスの一部として下部層の
エッチングなどのためのマスクとして使用される。潜像
を特徴づけるリソグラフィー・パラメータの例は、焦点
および暴露量である。従って、本発明は、製品ウェハー
上の適切な焦点および暴露量を選択する方法を含む。

【００２３】もう１つの実施例では、本発明は、レンズ
をもつリソグラフィー装置を準備するステップと、レジ
ストに潜像を生成するステップからなる。潜像は照射検
査されてレンズが調整される。例えば、さまざまな実施
例において、潜像の照射検査によって、非点収差、焦点
ずれ感度、焦点深度、分解能、像面湾曲、球面収差、コ
マ、またはその他の収差のようなレンズ・パラメータが
決定される。続いて、これらのパラメータを改善するた
めに、当業者に周知のさまざまな手段によってレンズ系
またはステッパが調整される。

【００２４】他の実施例では、照射検査は、上記のパラ
メータに従っていくつかのリソグラフィー装置を特徴づ
ける方法を提供する。こうして、例えば最良の分解能を
もつ装置が、ある半導体プロセス・レベルに対して（他
の装置を除外して）選択される。

【００２５】本発明の利点のいくつかは次の通りであ
る。本発明は、さまざまなプロセス・レベルでプロセス
される半導体ウェハー上の焦点および暴露量を決定する
ための速い方法を提供する。本発明はまた、レンズ・パ
ラメータを決定しそのパラメータをリソグラフィー装置
の改善に使用するための速い定量的方法を提供する。本
発明はまた、「最良のもの」が最も重要な半導体プロセ
ス・レベルで使用されるように、さまざまなステッパを
順位づける定量的方法を提供する。

【００２６】本発明のもう１つの実施例は、全像面配列
の潜像の形成を含む。この配列は、（従来技術における
１次元の列と対照的に）プリント像面の２次元配列であ
る。例えば、全像面配列は、プリント像面内の位置の行
列を含む。適当な全像面位置での潜像の照射検査は、上
記のレンズ・パラメータおよびリソグラフィー・パラメ
ータの決定に有用である。

【００２７】本発明のもう１つの実施例は、少なくとも
第１および第２の方向を有する潜像を形成するステップ
を含む、潜像を照射検査する方法からなる。潜像は、第
１方向に衝突され第２方向には衝突されない静的エネル
ギー源に暴露される。例えば、潜像は長方形であり、エ
ネルギーは長方形の長さ部分にのみ接触するビームであ
る。この技術は、ビーム走査によって引き起こされる端
欠陥歪みおよびノイズ（いずれも従来技術の問題点であ
る）を受けない潜像データを提供する。

【００２８】

【実施例】図１は、リソグラフィー・ステッパの本質的
構成要素および動作の概略図である。参照番号１１は、
ここでは単に「レンズ」と呼ばれるが、一般に多要素縮
小レンズ系を表す。参照番号１３は、不透明層１９（通
常はクロム）で被覆され、または、不透明層１９を含む
光学的に透明な板１７（通常は石英またはガラス）から
なる従来のレティクルである。開口部２１が不透明層１
９内に切り取られている。

【００２９】前記レティクル１３は、ボックス１５で図
示される集光レンズを通常含む照明器系である。光源２
２は、一般に集光レンズ１５の上方に位置する。（ま
た、電子線、イオン線、Ｘ線のような、レジストを暴露
する他の方法も利用される。これらの方法のための装置
はもちろん異なる。）上記のさまざまな構成要素を支持
する方法は周知であるため図示しない。さらに、本発明
の理解にとって本質的でない構成要素は図示しない。

【００３０】一般にステッパ・レンズ系１０の下に、機
械的ステージ２３が位置する。ステージ２３上のチャッ
クは、ウェハー２７を支持する上方に突出した複数の指
状突起２５を有する。ウェハー２７の詳細は、指状突起
からは明らかでない。ウェハー２７は、裸のシリコン
（またはその他の基板材料）または、その上にデバイス
が形成された基板（例えばシリコン）からなり、二酸化
ケイ素、窒化ケイ素などの誘電体の上部層を有すること
がある。また、ウェハー２７は、伝導性材料（例えば金
属やポリシリコン）の層を有することもある。参照番号
３１は、ウェハー２７上に一様な厚さで堆積されたフォ
トレジストを表す。参照番号３３で表された、フォトレ
ジスト３１の一部が暴露される。一般的に、暴露部分３
３はレティクル１３の開口部２１に対応する。

【００３１】装置２９は、一般的に縮小レンズ１１の近
傍に位置する暗視野顕微鏡および照明器であり、暴露部
分３３と非暴露領域３１の間の中間領域から散乱された
光の強度を測定するために利用される。潜像「エッジ」
から散乱されたエネルギーを測定するプロセスは、「照
射検査(interrogation)」と呼ばれる。（または、装置
２９はレティクル１３の上方に位置することも可能であ
る。）必要なら、ステッパとは独立の光学機器が、測定
を実行するために使用されることも可能である。暴露部
分３３と非暴露部分３１の間の中間領域の光学厚さの変
化を検出するために、さまざまな他の装置（例えば、位
相差顕微鏡、光学回折計、コヒーレンス・プローブ顕微
鏡、近視野光学顕微鏡、偏光感受性顕微鏡、または走査
共焦顕微鏡（散乱光を受光するのに適合する））を使用
することが可能である。

【００３２】マシン焦点。本発明の一実施例では、リソ
グラフィー装置に対して適切なマシン焦点が決定され
る。以下の数段落は、適切なマシン焦点を決定するため
に前記の装置がどのように利用されるかについて説明し
ている。製造プロセスにおける「マシン焦点」は、選択
された基板およびレジストに対して独立の参照焦点であ
る。一般に従業者は、通常、半導体製造ラインの一定時
間ごとに「マシン焦点」を設定する。

【００３３】マシン焦点は、上部にフォトレジストをも
つ裸のシリコン上で通常選択された基準焦点である。理
想的状況下で、マシン焦点は、ウェハー上に堆積された
プロセス層に基づいて変更される。実際のウェハー・プ
ロセスでは、他の要因もまたマシン焦点からの偏差に寄
与する。これらのうちのいくつかは後で説明される。理
想的には、プロセス依存性は、マシン焦点からの単純な
固定シフトで補償される。

【００３４】図３のような図形クランプ（６１）に配置
された適切な図形をもつレティクル１３がステッパに装
填される。図形クランプは、レティクル（例えば７行７
列）上のいくつかの位置に存在する。次に、レジスト被
覆されたウェハー２７がステッパ・チャック２３上に装
填される。続いて、数セットの「焦点配列」とも呼ばれ
る全像面パターン（例えば、図２の３セット４１、４
３、および４５）がウェハー上に生成される。

【００３５】各全像面パターン４１、４３、および４５
は、例えば図３の副像面配列５１の７×７行列で満たさ
れたプリント像面を利用して得られる。（対照的に、従
来技術は、プリント像面の単一の点から生成された一連
のウェハー局所整列図形を使用している。）本発明の技
術では、各副像面配列５１は、例えば図３の図形クラン
プ６１の４×４、または５×５などの配列５１を生成す
るためにステッパをマイクロステップすることによって
生成される。以下で詳細に説明されるが、生じる潜像
が、焦点および暴露量のようなリソグラフィー・パラメ
ータならびに非点収差、像面湾曲、コマ、レンズ分解能
などのレンズ系パラメータを評価する手段を提供するよ
うに、さまざまな図形クランプが異なる暴露量または異
なる焦点オフセットで生成される。

【００３６】マシン焦点の決定に戻ると、各副像面配列
５１は、例えばレジストの各図形グループ６１の４×４
配列（全部で１６個）を生成するためにステッパを犂耕
式にマイクロステップする（または他の暴露順序を利用
することも可能）ことによって同時に生成される。ステ
ッパ焦点は、１６個の図形クランプ６１のそれぞれを生
成するために、既知量だけわずかに変化される。

【００３７】こうして、一般的な適用例では３個の全像
面パターン４１がウェハー上のレジストに生成される。
各全像面パターンは副像面配列５１の７×７行列からな
る。各副像面配列５１は図形クランプ６１の４×４行列
からなる。各図形グループはわずかに異なる焦点で生成
される。一般に（必要ではないが）全像面パターン４
１、４３、４５内の対応する図形クランプ６１は同一の
焦点によって特徴づけられる。

【００３８】実際には、各図形クランプ６１は標準局所
整列標識７１（しばしば市販のステッパで使用される）
を含む。（整列標識は必要なら除去してもよい。）さら
に、各図形クランプは、暴露されるが変調されない領域
７３を含む。図３を調べると、図形クランプは便宜上４
つの象限７５、７７、７９、８１に分割される。左上象
限７５は垂直方向線の４個の図形グループおよび水平方
向線の４個のグループからなる。グループ８３および８
５は２１本の０．６５μｍ垂直方向線（長さ約６４μ
ｍ）である。グループ８７および８９は２１本の０．６
５μｍ水平方向線である。グループ９１および９３は２
１本の０．７０μｍ垂直方向線である。グループ９５お
よび９７は２１本の０．７０μｍ水平方向線である。

【００３９】左下象限では、グループ９９および１０１
は２１本の等間隔１．０μｍ垂直線である。グループ１
０３および１０５は２１本の１．０μｍ水平線である。
グループ１０７および１０９は１１本（便宜上）の等間
隔２．０μｍ垂直線であり、グループ１１１および１１
３は１１本の等間隔２．０μｍ水平線である。

【００４０】図３の図形クランプは、ＧＣＡマイクロＤ
ＦＡＳ（暗視野整列系）とともに使用される場合に都合
がよい。マイクロＤＦＡＳは一連の水平および垂直ビー
ムを有する。図３の図形グループから形成された潜像を
照射検査するためには、例えば、グループ８３および８
５に対応する潜像上に水平ビームを当てる。図形グルー
プの寸法は、グループ８３および８５のみが照射検査ビ
ームによって覆われるように決定される。

【００４１】従って、他グループは、グループ８３およ
び８５から得られる散乱光の測定強度に影響を与えるよ
うな信号を生成することができない。こうして、例えば
０．６５μｍの線および間隔のレジスト特性の変調が、
０．７０μｍ線の影響を受けるおそれなく測定される。
また、もちろん、照射検査ビームは、本質的にステップ
機能による変調を測定するために、エッジ７２に当てら
れることも可能である。他の標識も同様に選択可能であ
り、他のプリント像面配列の配置も選択可能である。照
射検査ビームは走査されない。

【００４２】本発明のもう１つの実施例は、潜像の照射
検査を含む。図１４は、照射検査ビームがどのようにし
て潜像に対し静的に当てられるかの理解を助ける図であ
る。参照番号１８５は、図形グループ（例えば８３、８
５）の個々の潜像を表す。参照番号１３１は像１８５間
の間隔を表す。ビーム１８１は、図形グループの全潜像
を横切るように当てられる。複数のビームが使用可能で
ある。しかし、ビーム１８１はいずれの像１８５の両端
も覆わない。ビーム１８１が両端を覆わないのは、両端
は、線の中央部とは異なる結像特性を有するためであ
る。両端の散乱特性もまた中央部とは異なる。

【００４３】図１４では、ビーム１８１は輪郭の明瞭な
エッジを有するように図示されているが、実際には、エ
ッジ強度は０から全強度までのなめらかな遷移を示す。
潜像１８５を横切って静的にビーム１８１を当てること
が、満足すべき散乱信号を与える。（比較すると、ある
従来のメーカーは、一連の潜像を横切ってビームを走査
し、容易に解析ができない複雑な信号を生成してい
る。）

【００４４】前記のように、図形１８５の長さは約６４
μｍであり、一方その幅は、例えば０．３５μｍから
６．０μｍまで（どのような図形グループが選択される
かに依存して）変化される。ビーム１８１の幅は約２．
０μｍであり、その長さは約５１μｍである。

【００４５】図１３は潜像測定系の概略図である。前記
のように、ウェハー２７がレジスト３１とともにステー
ジ２３上に置かれる。照明１８１は、鏡４０３の孔４０
１を通り、集束レンズ４０５を通って潜像を照明する。
散乱光１８３は鏡４０３で反射しレンズ４０７を通って
検出器４０９に達し、そこで電気信号に変換され、Ａ／
Ｄ変換器４１１へ伝送される。ステージ位置制御器４１
３は、ステージ２３の運動を制御する。ステージの運動
およびデータの解析はいずれもコンピュータ４１５によ
って実行される。

【００４６】図３では、全像面パターンの各要素５１間
のピッチは約２．５ｍｍである。副像面配列の各図形ク
ランプ間の距離は約４８０μｍである。整列標識７１の
寸法は約１４０μｍ×１４０μｍである。標識７１内の
各図形の長さは約６０μｍであり、幅は６μｍである。
各図形８０の長さは６４μｍである。

【００４７】各位置４１、４３、４５で、ある数の副像
面配列（例えば９個の中央の配列。レンズ非点収差や柱
傾斜に関する仮定に依存して他の選択も可能である。）
が選択される。各副像面配列に対し、図形クランプ内の
図形のグループが選択される。例えば、図形グループ８
５および８３が選択される。

【００４８】図４に移り、図形グループに対応する個々
の潜像の照明および検査について一般的に説明する。照
射検査ビーム１８１（これは、ＧＣＡ局所整列標識のエ
ッジに一致するように設計された一連の線形像からなる
上記の局所整列システムの整列ビームでもよい）または
所望の形のビームが図形グループまたは図形グループの
一部８３の潜像１３３上に直接当てられる。（ビーム１
８１の空間的サイズは、潜像１３３のサイズよりも小さ
くても大きくてもよい。）

【００４９】一般に、入射光１８１は、測定中にレジス
ト材料１３１内で光化学反応を誘発することがないよう
に、望ましくは適切にフィルタリングされた広いまたは
狭いバンドの照明である。しかし、単色光もまた使用可
能である。しかし、いかなる光１８１が使用されても前
記の光化学反応を誘発しないことが一般的に所望され
る。ＧＣＡ局所整列システムの例におけるビーム１８１
の個々の線の像の幅は、レジスト１３１の表面では約２
μｍであるが、他の幅または形も使用可能である。

【００５０】散乱光ビーム１８３は検出器１８７によっ
て収集される。正確には、潜像には輪郭の明瞭なエッジ
１８５は存在しない。エッジという用語は、フォトレジ
ストの漂白部分と非漂白部分の間の遷移を指すために大
ざっぱに使用される。本発明の技術は、エッジ１８５が
どのくらい「鋭い」かを定量する方法を与える。すなわ
ち、光活性化合物の勾配が本発明の技術とともに測定さ
れる。散乱光を測定するための他の技術もまた使用可能
である。例えば、２次元検出器配列または走査検出器
は、いずれも位置強度情報を提供するが、これらは潜像
からの光を空間的に分解するために使用可能である。

【００５１】必要なら、図５のような、一連の類似した
潜像が同時に照射検査される。図５では、一連の潜像１
８５が基板１２７上のレジスト１３１に生成されてい
る。全潜像は同時にビーム１８１によって照明され、全
像からの散乱光１８３が測定される。照明は図１４のよ
うに実行されることが望ましい。

【００５２】検出器１８７に到達する一部の散乱光の最
大強度が測定される。これを下の式２ではＩmaxと呼
ぶ。コントラスト背景レベル補償信号強度が必要な場
合、照射検査ビームはフォトレジストの非変調部分（例
えば図３の領域７３に対応する部分）上に当てられ、こ
のとき検出器に到達した散乱光の強度はＩminとして測
定される。

【数２】

【００５３】背景信号が極度に低い（しばしばこのよう
になる）場合、それは無視（消去）され、式３が使用さ
れる。

【数３】

【００５４】こうして、信号強度Ｋ_iHおよびＫ_iVが式２
および３に従って計算される。

【００５５】次に、図形クランプ６１内のもう１つの図
形グループ８２が選択され、Ｋ_iHまたはＫ_iVのいずれか
がその図形グループ８２に対しても計算される。一般
に、従来技術では、副像面配列５１内の約１３または１
６またはそれ異常の図形グループ８２が選択され、それ
ぞれに対してＫ_iHまたはＫ_iVの値が計算される。

【００５６】副像面配列５１内の各図形クランプ６１に
対するステッパ焦点は異なる焦点オフセットで設定され
た。その結果、各図形グループ８２の各Ｋ_iHまたはＫ_iV
に対応する焦点は（所定の不確定性を除いて）既知であ
る。もちろん、各焦点の不確定性は、ステッパ焦点追跡
システム、ウェハーの平坦さ、チャックの平坦さ、およ
びその他の種々の要因のエラーによって生じる。

【００５７】次に、信号強度Ｋ_iH,Vについて得られた各
値が、対応する焦点に対する最小二乗法フィットされ
る。（従って各図形グループ８２は図６のグラフ上の１
点に対応する。換言すれば、図６のグラフは、図形クラ
ンプ６１において、選択された一定線幅に対する単一の
副像面配列５１を特徴づけるということができる。）一
般的に、２次曲線が良好にフィットするが、必要ならさ
らに高次の曲線が使用可能である。図６は典型的な結果
を図示している。

【００５８】次に、図６で、最大値Ｋ_iHmaxおよびＫ
_iVmaxが各曲線に対して取得される。これらの最大値に
対する焦点値は、実際に、当業者がステッパの「ゼロ焦
点」と呼ぶものからのオフセット（すなわち、焦点オフ
セット）である。こうして、水平および垂直の両方向に
対して、最大信号強度を生成する焦点値が得られること
がわかる。

【００５９】図６では、最大値Ｋ_iVおよびＫ_iHに対応す
る焦点オフセット値がやや異なっている。これら２つの
値が異なるということは、レンズが、各副像面配列に対
応するプリント像面の特定の点で非点収差を示している
ことを表している。

【００６０】本発明の技術は、次のような点で従来技術
を上回る利点を有する。垂直および水平データの分離が
維持される（および、信号の関数的依存性および最大値
に関するデータが保持される）ことにより、１）レンズ
の非点収差（この場合、水平および垂直成分）の定量的
測定が可能であり、２）Ｈ（水平すなわちＸ）およびＶ
（垂直すなわちＹ）データの両方のセットが２次または
より高次の式に容易にフィットされるため、各焦点の依
存性が、最適結像能力および焦点ずれ感受性に関する情
報とともに、以下にさらに詳しく説明するように決定さ
れる。

【００６１】図６の解析から得られる焦点値はマシン焦
点として選択可能である。しかし、これらの値は、ウェ
ハー上のある比較的小さい領域のみを見ることによって
得られたものである。チャックの平坦性、ウェハーの平
坦性、レンズの像面湾曲などの要因のエラーへの寄与の
可能性のため、ウェハー上の多数の位置をサンプリング
し、これらの各位置に対する焦点値を計算するのが望ま
しい。

【００６２】例えば、副像面配列を解析する際には、本
質的にはレンズ上の１点が解析されている。しかし、選
択された数の点（一般には、７×７全像面パターン４１
における３個ないし９個の点）に対して同じデータを取
るべきである。このデータは、全レンズをよりよく代表
する平均焦点値を与えることになる。

【００６３】従って、例えば、約３ないし９個の図６と
同様の焦点曲線が７×７全像面パターン４１、４３、お
よび４５のそれぞれから得られる。全像面パターンから
選択された、図６に類似した曲線の各ペアに対して、Ｋ
_HおよびＫ_Vに対応する１対の焦点値ｆ_H、ｆ_Vが得られ
る。すべてのｆ_Hの値が平均されて平均マシン水平焦点
を与え、すべてのｆ_Vの値が平均されて平均マシン水平
焦点を与える。

【数４】従って、マシン焦点は、各全像面パターンに対して、

【数５】で与えられる。

【００６４】次に、各全像面パターン４１、４３、およ
び４５に対して得られた平均値が平均される。これによ
って、ウェハー上の各位置４１、４３、および４５の平
均が得られる。この平均焦点が「マシン焦点」と呼ばれ
る。

【００６５】マシン焦点が、相異なる周波数の単色光に
対して決定された場合、マシン焦点の変化を光周波数の
差で割ったものが色収差係数である。レンズは、色収差
係数を縮小するように調整される。

【００６６】従来は、従業者は、現像されたフォトレジ
スト図形の主観的観察および図形の所定のセットが「明
瞭」すなわち「分解している」ことの判定を含む半定量
的手段によって「マシン焦点」を決定しようとしばしば
試みてきた。これらの方法は主観的（従って不正確）で
あるとともに、遅く、自動化が困難である。さらに、多
くの変数が最終結果に影響を与える。

【００６７】定量的特徴づけは、ほとんど普遍的に、線
幅測定に依存している。線幅測定はステッパ性能試験に
おける決定的因子であるが、この測定は困難でプロセス
依存性がある。さらに、線幅の定義は、プリンとされた
線がなだらかに変化する境界を有する場合には曖昧にな
る。こうして、線幅測定は、暴露装置（ステッパ）、フ
ォトレジスト、および以後のすべてのプロセス・ステッ
プの寄与を反映する。以前のプロセスは、潜像が、それ
を横切る光のビームを走査することによって照射検査さ
れるという点でさらに不利である。走査データはＡ／Ｄ
変換器によってサンプリングされる。経験によれば、走
査によって生成されるデータは、前記のような、潜像の
静的照明を含む本発明の技術によって生成されるデータ
よりもノイズが多い。

【００６８】さらに、本発明の方法は、あるステッパ・
メーカーによって使用されているような、ウェハーの直
径の一部にわたる一連の約４０個の局所整列標識（これ
らはプリント像面の小部分（通常中心）のみを占有す
る、すなわち、全像面配列ではない））を形成すること
を含む技術を上回る利点を有する。このメーカーの技術
は、レンズの像面湾曲を無視するという重大な欠点を有
する。すなわち、全マシン焦点の決定はプリント像面の
１点のみから集められたデータに基づいている。

【００６９】従来技術は、整列標識に一致する照明パタ
ーンを有する暗視野整列（ＤＦＡＳ）プローブ・ビーム
を利用するため、局所すなわち「さいの目ごとの」整列
標識に制限される。本実施例では、本発明の技術は、よ
り焦点に依存し、より大きい散乱信号を、従ってより鋭
いコントラスト曲線を生成し、より正確な焦点決定を可
能にする、より精密な線−間隔対を利用している。

【００７０】ウェハーの平坦性。本発明のもう１つの実
施例は、ウェハーが平坦であるかどうか、または、チャ
ック上に粒状物があるかどうかの判定、およびそれに続
く、問題点の修正に関する。上で得られたデータの解釈
によって、ステッパの動作に対する貴重な洞察が得られ
る。例えば、各位置４１、４３、および４５から得られ
た平均焦点がすべてほぼ等しい場合には問題はない。し
かし、焦点値のうちの１つが他の２つと相当異なる場
合、これは、ウェハーが平坦ではないか、またはおそら
くチャック上に何らかの粒状物があることを示してい
る。

【００７１】柱傾斜。本発明のもう１つの実施例は、ス
テッパ光学柱が傾斜しているかどうかの判定およびそれ
に続く問題点の修正に関する。与えられた全像面配列で
観測される３個ないし９個の副像面配列５１間の相対的
な焦点オフセットが、各全像面（４１、４３、または４
５）を通じて一貫してほぼ等しい差だけ変化する場合、
それらは、ステッパ柱が傾斜していることを示す。それ
らが全像面配列ごと変化している場合、ウェハーまたは
チャックが曲がっていることを示す。前記の情報は、本
発明の技術によっては提供されるが、同様に、前記の従
来技術によっては提供されない。

【００７２】位置４１、４３、および４５に対して得ら
れた焦点が適当に一貫性があり、適当な許容値内にある
場合、３個の値の平均をマシン焦点として使用すること
ができる。前記のように、いくつかのデータが受容可能
範囲の外側に出る場合は、エラーの原因を判断するため
に、ウェハー、チャック、柱などを検査すべきことを作
業者に示している。

【００７３】レンズ非点収差。本発明のもう１つの実施
例は、レンズ非点収差の決定および、必要な場合、それ
に続いて問題を軽減するためのレンズ調整に関する。以
下の数段落で、レンズ非点収差がいかにして測定される
かを説明する。この手順は、垂直および水平の両方の図
形方向に対する（または任意の所望される方向に対す
る）最適焦点を評価し、それらの間でうまくトレードオ
フをすることを可能にする。

【００７４】一般的に、プリント像面上のレンズ非点収
差を評価するためには、全像面配列において比較的多数
の点（例えば４９点）を選択するのが望ましい。各副像
面配列に対し、水平および垂直図形グループに対するコ
ントラストが、前記と類似の方法で焦点の関数として決
定される。その結果、プリント像面の各点に対する（す
なわち、全像面配列内の各副像面配列に対する）図６と
類似する曲線が得られる。これらの曲線は、水平および
垂直の両方向の図形に対して、焦点の関数として信号強
度を示す。プリント像面の各選択された点に対し、レン
ズ非点収差は、異なる方向の図形に対する最適焦点の相
対オフセットである。例えば、図６のグラフでは、非点
収差は量Ｆαで表される。

【００７５】従って、局所非点収差は、プリント像面の
各選択された点に対して図６と類似する曲線を生成する
ことによって評価される。このデータは、いくつかの全
像面配列をプリントし、そのデータを平均することによ
って改善される。

【００７６】像面湾曲。本発明のもう１つの実施例は、
レンズ像面湾曲の判定および必要な場合それに続くレン
ズ調整に関する。レンズの像面湾曲度もまた決定可能で
ある。焦面（大ざっぱに焦平面と呼ばれる）は、プリン
ト像面内の最適焦点値の軌跡の概念的面である。（ザイ
デル収差の構成要素として）像面湾曲は、焦面が真正に
平面でない場合に存在する。平均像面湾曲を決定する手
順は次の通りである。一般に、プリント像面（全像面配
列に対応する）内の着目する各点（副像面配列内の選択
された図形グループに対応する）に対して、図６と類似
のグラフが生成される。

【００７７】図１２は、前記の方法で得られるグラフの
一般的なセット（全像面配列に対応する７×７配列）を
例示する。プリント像面４１の各点に対し、参照番号２
００（図６）で表される、水平および垂直方向の図形の
平均焦点が得られる。次に、最良平均焦点オフセットの
面が図７のように生成される。こうして、図７は、全像
面配列内の副像面配列位置の関数として、平均焦点オフ
セットを例示する。図７の曲線上の各点は、水平および
垂直焦点の劣化が等しく最小化されている、空間内の点
（すなわち、最小混乱の円として当業者に周知）を表
す。

【００７８】図１２に関し、７×７全像面配列の全グラ
フは、一定の暴露量でおよび一定の図形サイズに対して
（すなわち対応する図形グループに対して）得られたと
いうことを理解することが重要である。暴露量または図
形サイズが変化すると、図１２のグラフもまた変化する
ことが予想される。図１２のような全像面配列グラフに
よって２つの異なるレンズを比較したい場合、７×７グ
ラフの両方のセットがほぼ同一の条件（例えば、同一の
暴露量および図形サイズを含む）で得られたものである
ことが重要である。

【００７９】もちろん、全像面配列内の十分多くの点を
選択し暴露量および図形サイズの全領域に対するグラフ
を得ることによって、特定の暴露量または図形サイズで
得られた７×７セットの全像面配列グラフを異なる暴露
量または図形サイズに対応するように数学的に調整する
ことも可能である。選択されない残りの点に対するグラ
フは数学的にスケールされる。暴露量および図形サイズ
以外の変数がこれらのグラフの形に影響を与える可能性
もあるが、これらも同様の方法で扱うことが可能であ
る。

【００８０】さらに、水平および垂直の両方の焦面（ま
たは、適切な条件を使用した他の所望される図形方向）
に対する独立の像面湾曲が生成されることがある。その
例が図８および図９である。図８および図９はそれぞ
れ、プリント像面内の所望される各点に対する、図１２
と類似のデータを利用して生成された。図８の面上のデ
ータは垂直信号強度データを使用して得られたが、一方
図９の曲線は水平信号強度データを使用して得られた。
図７、図８、および図９を比較すると有益である。図７
は、ある意味で、図８と図９の平均を表している。ここ
で図示された例では、図８と図９の比較によって、レン
ズの相当の非点収差が明らかになっている。さらに、図
８および図９の検査は、水平および垂直の両方向に対す
る焦面は一致しないことを例示している。

【００８１】図１２の検討によって、レンズの特性につ
いての洞察が得られる。参照番号３００（破線）はＫ_H
を表し、参照番号３０１はＫ_Vを表す。プリント像面の
左側では、顕著な非点収差が明らかに認められる。非点
収差は、左の列から右端の列まで（すなわち、レンズを
横切って）移動するにつれてシフトする。従って、前記
（図８および図９）のように、非点収差のある焦平面は
一致せず、互いに分類される。

【００８２】一般に、ステッパ柱傾斜の存在は、図７の
面の対称軸を見て評価される。面の対称軸の傾斜は、ス
テッパの光学柱が傾斜していることを示す。実験を正確
に実行するためには、事前に、チャックが傾斜している
かどうか、および、ウェハーが楔形をしているかどうか
を判定しなければならない。ウェハーが楔形であること
による効果は、ウェハーを９０度回転して多重暴露を行
うことにより（または複数のウェハーを平均することに
より）除去される。その後、ステッパ柱またはチャック
は傾斜を除去するように調整される。

【００８３】図７の検討によって、像面中心が急に押し
上げられた（凹レンズ）大きい凹状円盤（凸レンズ）に
よって表示されているように、凸および凹レンズ要素に
対する不完全な修正がわかる。光学中の全体の傾斜は、
プロット全体の傾斜によって示される。

【００８４】非点収差の効果はある程度補償されること
も可能である。一度非点収差が決定されると、リソグラ
フィー装置の動作は、水平焦点または垂直焦点（図８ま
たは図９）に対する焦面の柱の軸からの偏差が最小にな
るように、ウェハー・チャックに対して光学柱軸を調整
することによって改善される。さらに、ステッパが深Ｕ
Ｖステッパである場合、非点収差は、レンズ全体の動作
温度を調整することによって補償される可能性がある。
任意のステッパでも、レンズ温度を変更して非点収差を
改善することが可能である。

【００８５】像面湾曲は、動的に再配置可能なチャック
を有するプリント装置で補償されることも可能である。
こうした装置は、（おそらくピエゾ電気的に）制御され
さまざまな事前にプログラムされた命令に応答してウェ
ハーの局所平坦性を変化させることができるピンを有す
る。

【００８６】焦点深度および焦点ずれ感受性。もう１つ
の実施例は、焦点深度または焦点ずれ感受性の決定およ
び必要な場合レンズの調整を含む。以下の数段落で、焦
点深度および焦点ずれ感受性を測定する方法を説明す
る。まずいくつかの用語を定義する。時には、焦点深度
は、現像されたレジスト内の一様間隔の線および間隔の
配列がスカムを示さないような焦点の範囲として定義さ
れる。

【００８７】焦点深度の有用な他の２つの定義は、ａ）
焦点深度とは、所定の壁面角度がフォトレジスト内に生
成されるような焦点の範囲であるというもの、および
ｂ）焦点深度とは、所定の割合（例えば１０％）以内の
理想的線幅を維持することができるような焦点範囲（す
なわち、最良焦点の片側の焦点ずれの量）であるという
ものである。後者の定義は多くの当業者によって受け入
れられているが、前者の定義（壁面角度）もまた多くの
当業者に認められている。焦点深度の他の多くの定義も
また可能であるが、ここではそれらすべてについては説
明の必要はない。

【００８８】焦点ずれ感受性という用語もまた以下の説
明で使用される。焦点ずれ感受性は、信号強度曲線（例
えば図６）の曲率として定義される。焦点ずれ感受性
は、焦点ずれ（すなわち、最適値からの焦点の変化）の
関数として信号強度の変化率を示す数である。以下の手
順は、相対焦点ずれ感受性（すなわち、プリント像面の
ある点の焦点ずれ感受性を、プリント像面の他の点の焦
点ずれ感受性と比較したもの）の測定方法を説明する。
注目するプリント像面の各点に対し、図６および図１２
と同様の信号強度曲線のセットが得られる。水平および
垂直信号曲線の両方の数学的曲率が各点に対して計算さ
れ、比較される。この方法で決定された焦点ずれ感受性
は、プリント像面の与えられた点では水平および垂直方
向に対して異なり、実際、任意の方向に対して異なる。

【００８９】相対焦点ずれ感受性（すなわち、一定の暴
露量、図形サイズなどに対しての）が、プリント像面の
選択された数の位置に対して測定される。例えば、図１
０を参照すると、Ａ，Ｂ，およびＣで表されたプリント
像面の３個の位置が選択されている。位置Ａ，Ｂ，およ
びＣは、光活性材料の暴露領域から非暴露領域への階段
関数状遷移の観測点であってもよいし、所定のサイズお
よび方向の、間隔づけられた一連の線および間隔であっ
てもよい。

【００９０】これらの選択された各位置に対し、信号強
度曲線（当面、その曲線が平均、水平、垂直図形のいず
れを表しているかは考えない）が得られる。図１０の各
曲線は、３個の選択された位置Ａ，Ｂ，およびＣに対す
る、焦点の関数としての信号強度を示す。簡単のため
に、当面、３個の位置Ａ，Ｂ，およびＣのそれぞれに対
して観測された最大信号強度は等しいと仮定する。

【００９１】図１０のグラフを検討すると、各曲線が異
なる曲率を有することが分かる。従って、焦点ずれの関
数として、像の劣化の率は各位置Ａ，Ｂ，またはＣに対
して異なる。曲率の数値的値は、与えられた位置Ａ，
Ｂ，またはＣに対する焦点ずれ感受性が判断される際の
規準となる。

【００９２】有効焦点深度の決定のため、信号強度の最
大許容劣化がグラフ上の参照番号２０１で与えられてい
る。この劣化レベルは、経験によって、または、存在す
るプロセスを参照して決定される。グラフＢを検討する
と、許容される焦点ずれは、参照番号２０３と２０５で
表された点の間で測定される。グラフＢの焦点ずれ感受
性の幅がΔＦ_Bで表される。グラフＣに移ると、参照点
２０１で表される信号強度劣化に対する同一の値が焦点
ずれ曲線上に示され、ΔＦ_Cで表された、参照番号２０
７と２１０の間の焦点ずれ許容範囲が測定される。

【００９３】グラフＡの最大許容信号強度劣化に基づい
た同様の手順によって、焦点ズレΔＦ_Aが得られる。
（実際にはしばしば、３個よりも多くの像面点および図
形方向を含むことが望ましい。）従って、図１０のグラ
フの検討および比較によって、全許容焦点ずれ（像面湾
曲、非点収差、および他のすべての像劣化収差からの寄
与を含む）が、重畳領域によって決定される。この領域
では、すべての信号強度曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，...が要求さ
れる値２０１より上に同時に存在する。

【００９４】従って、検討された特定のレンズの有効焦
点深度はΔＦ_t（図１０）となる。こうして、この分か
りやすい焦点ずれの量ΔＦ_tは焦点ずれバジェットのレ
ンズ成分となる。その結果、リソグラフィー技術者は、
厳しいトポグラフィーを有するデバイス上にプリントし
ようとする際には、量ΔＦ_tを考慮し、これからトポグ
ラフィー値、ウェハー平坦性、チャック平坦性、焦点追
跡不正確性などを減算することによって焦点バジェット
を決定する。

【００９５】この技術は、さまざまな異なるリソグラフ
ィー・パターンに対する焦点深度の評価を可能にする。
例えば、装置が何をプリント可能であるかを決定するた
めに、さまざまなサイズの線および間隔が、この技術で
検査される。これは、例えば設計ルールを決定すること
によって、回路設計者に指針を与える。

【００９６】トポグラフィー上の潜像。もう１つの実施
例は、トポグラフィー上の焦点ずれ感受性や相対分解能
のようなさまざまな量の決定に関する。前記の技術は、
実際にトポグラフィーをもつ製品例上の焦点ずれ感受性
および相対分解能を決定するためにも適用可能である。
トポグラフィーをもつ製品ウェハー上の焦点ずれ感受性
を決定する際には、パターン形成されていないフォトレ
ジストを通してトポグラフィーから散乱された光を収集
し空間的に分解するのが都合がよい。

【００９７】次に、適当な潜像がフォトレジスト内に生
成される。この潜像から散乱された光が測定され、空間
的に分解される。トポグラフィーからの最初の信号が潜
像からの信号から減算され、前記のものに類似する真の
潜像散乱強度データ・セットを得る。前記の散乱光を空
間的に分解するのに適する装置は以下のものを含む：機
械的に移動可能な検出器および入射ビーム、ウェハー上
方またはウェハーから遠方に置かれウェハーに光学的に
結合されたＣＣＤ（電荷結合デバイス）２次元アレイ、
ヴィディコン、オルシコン、ヌヴィコン（例えば、テレ
ビのようなカメラ）、後ろに光電陰極および陽極アレイ
をもつマイクロチャネル・プレート、または他の適当な
２次元Ｘ−Ｙアドレス指定可能検出器。

【００９８】従って、図４を少し再解釈すれば、参照番
号１８７は、２次元アドレス指定可能検出器（必要なら
実際にエネルギー源１８１を包囲する）の少なくとも一
部を表す。また、参照番号１８７は機械的に移動可能な
検出器、ＣＣＤ２次元検出器アレイなどであってもよ
い。２次元検出器は、潜像散乱強度が下部トポグラフィ
ーから散乱されたエネルギーによって過度に影響されな
い点で潜像散乱エネルギーを測定するために利用され
る。

【００９９】レンズ解像度。もう１つの実施例は、レン
ズ解像度の決定および必要な場合それに続くレンズの調
整に関する。以下の段落は、レンズ解像度、レンズ解像
度の測定方法、製品製造を増加させるためのその情報の
使用法を説明する。図１０に戻れば、信号強度曲線の最
大振幅はサンプル点Ａ，Ｂ，およびＣに対して異なると
考えられる。当業者によって使用される「解像度」の定
義にはさまざまなものがある。どの定義を選択しても、
図１０（散乱信号）の信号強度曲線の振幅の大きさはレ
ンズ解像度と密接に相関している。

【０１００】リソグラフィー装置の比較。もう１つの実
施例は、少なくとも２つのリソグラフィー装置に対する
レンズ特性の評価およびそれに続いて特定の仕事に対し
て適当な装置を選択することを含む。適当な図形を使用
して、プリント像面のさまざまな選択された点に対して
（各点に対してさまざまな焦点および暴露範囲を使用し
て）得られた信号強度曲線の検討によって、プリント像
面のどの点で信号強度が相対的に最適（または少なくと
も受容可能）であるかを決定することが可能となる。

【０１０１】特定の図形に対する解像度の相対データ
は、与えられたレジスト形成およびプロセス方式におけ
る物理的に現像された図形に関連づけられる。こうし
て、両方のレンズの像面の点の現像された像を（ＳＥＭ
で）検査することによって、異なるレンズまたはステッ
パが絶対的に比較される。次に、両方のステッパの像面
の他の点が、それぞれの信号強度曲線の比較によって比
較される。こうして、前記の技術によって、特定のステ
ッパのリソグラフィー性能が分かる。与えられた半導体
製造プロセスが、指定された焦点範囲に対して与えられ
た最小信号強度レベルを必要とする場合、前記のプリン
ト像面のさまざまな点の調査は、プリント像面のどの部
分がこの半導体製造プロセスで使用可能かを決定する際
の助けとなる。

【０１０２】ウェハー製造。もう１つの実施例は、製品
レティクルの所望される部分または別の試験レティクル
を使用した、製品ウェハー上に形成された潜像の選択さ
れたリソグラフィー・パラメータ（例えば、焦点、暴露
量）の評価を含む。適当なパラメータが選択され、それ
によって、必要なら、製品レティクルを使用して追加の
潜像が形成される。次に、製品レティクル潜像は現像さ
れ、下部材料が周知の技術によってプロセスされる。

【０１０３】以下の段落は、製品ウェハー上にどのよう
にして正確な暴露が選択されるかを説明する。従来技術
では、しばしば、暴露配列（製品レティクルを使用した
副像面配列のない全像面）が、一定の焦点でさまざまな
暴露量で製品上に照射される。ウェハー上の各行に対し
て焦点は変化する。各列は一定の焦点および変化する暴
露量を有する。次に、ウェハーは後暴露プロセスされ現
像される。

【０１０４】次に、ウェハーは、光学的計測装置内に置
かれるか、または、ＳＥＭで解析される。次に、各プリ
ント像面の線幅制御図形の大きさが測定される。次に、
線幅制御図形が適切な線サイズおよびプロフィールを有
するようなプリント像面が選択される。対応する焦点お
よび暴露量が選択される。こうして、以後のウェハーは
選択された暴露量および焦点でプロセスされる。次に、
試験ウェハーは選択された焦点および暴露量で再加工お
よび再プロセスされる。以上のプロセスは労力および時
間を要し、しばしば４０ないし４５分ほどかかる。本発
明の技術は、従来の技術を上回る、速度を含むさまざま
な利点を提供する。本発明の技術は、焦点および暴露量
の両方の決定にせいぜい５分ほどしか要しない。

【０１０５】本発明の手順では、製品レティクルまたは
別のレティクルを使用して、製品ウェハー上のプリント
像面の近くまたはその内部の領域に、さまざまな暴露量
および焦点で一連の図形がプリントされる。これらの図
形は、ストリートにあっても、チップ領域内の刻線で
も、製品パターン領域の近くにあってもよい。未現像の
潜像が前記のように照射検査される。

【０１０６】マシン焦点の選択と同様にして（ストリー
トの図形、チップ領域内または製品パターン付近の刻線
のみを使用し、全像面配列は使用せずに）最良焦点が決
定される。望ましくは（前記の手順によって選択され
た）最良焦点で、各図形の信号強度が暴露量に対してプ
ロットされ、図１１と類似の曲線が得られる。本質的に
ゼロ暴露量では、無漂白像（すなわちゼロ信号）が存在
する。

【０１０７】暴露量が増加されると、信号強度は準線形
に上昇する傾向を示し、最大値に接近すると、信号強度
は飽和し過暴露によって降下する。図１１のデータは非
常に大きな図形に対するものであり、この場合近接効果
は最小である。図１１からの信号強度データは、現像さ
れた線サイズに対する信号強度を含む参照テーブル（特
定のレジスト・プロセスに対する経験によって決定され
る）と比較される。その結果、与えられた所望の現像線
サイズに対し、最適暴露量が得られる。

【０１０８】参照テーブルは現像プロセスに依存するた
め、おそらく経験的に最良のものが得られる。現像プロ
セスが変更された場合、信号強度を現像される線サイズ
に関連づける異なる参照テーブルを得なければならな
い。前記の手順は、近接効果によって影響されない層孤
立図形について説明された。集積回路の大きさが縮小す
ると、接近した線および間隔をプリントすることが所望
される。それにもかかわらず、前記の手順はそのままで
ある。その結果は少し異なることがある。こうして、前
記の手順は、集積回路の構成の際に使用される各層に対
して反復される。その結果、最良焦点での最適暴露量が
各層に対して選択される。

【０１０９】この技術の利点は、以前のプロセス・ステ
ップまたは暴露に影響を与えるプロセスの部分によって
生成される材料レベルの変化を自己補償するという点で
ある。先行する材料層はそれぞれ異なる仕方で光を反射
する。しかし、これらの反射は、各層に対して異なる信
号強度依存性として現れる。図１１で測定されるのは、
レジスト内に形成された実際の化学像すなわち光活性化
合物の勾配である。結果として、測定されるものは、フ
ィルム・スタック・トポグラフィーでの低い層からの反
射の効果を含む。

【０１１０】実際の半導体製造では、ウェハー内または
ウェハー間で各材料層が非一様な厚さを有することがし
ばしば起こる。下部層の非一様性は、各層が、変化する
屈折率、吸収率、および反射率を有することを意味す
る。従って、変化する厚さをもつ層上の適切な暴露量
は、レジスト内の潜像から散乱された光を像形成ととも
に連続的に測定することによって正確に決定される。

【０１１１】図４の例は、構成要素を少し再解釈すれ
ば、この手順を説明する。参照番号１８１は（前記のよ
うな照射検査ビームの代わりに）ステッパ暴露ビームを
表す。検出器１８７は、潜像１３３から散乱された光の
信号強度を、像形成とともにモニタリングする。信号強
度が所定値に到達すると、検出器１８７は、暴露ビーム
１８１を停止する信号を生成する。こうして、ウェハー
上の複数の位置でプリントされる各層に対して最良の暴
露量が選択される。

【０１１２】球面収差。本発明のもう１つの実施例は、
レンズ球面収差の決定および必要な場合それに続くレン
ズ調整に関する。定量的に測定可能なもう１つのレンズ
特性は球面収差である。球面収差は、レンズの中心部分
を通過する光線が、レンズの外側部分を通過する周辺の
光線と異なる軸上の位置に焦点を結ぶ現象である。ある
程度は、複合レンズのレンズの形は、球面収差を補正す
るために選択される。しかし、当業者に周知のことであ
るが、球面収差は多くのレンズ系で生じる。従って、装
置の評価および受容性テスト、さらに生産ラインにおけ
る装置の特徴づけ（すなわち順位づけ）に関しては、球
面収差の評価ができることが重要である。

【０１１３】球面収差は前記のものとやや類似の技術を
使用して評価される。プリント像面の点における図形に
対して最適焦点を得る技術が実行される。全像面配列の
暴露間に、適切なサイズおよび位置の環状および円形の
開口部（例えば、縮小レンズの入射ひとみ付近に位置す
る）が順次付加される。

【０１１４】球面収差の定量的決定は、どの開口部が適
切かということの関数として、前記の点に対する焦点の
変化を見つけることによってなされる。その情報は、レ
ンズの再組立または製造のために使用される。または、
解像度、像面湾曲、柱傾斜、球面収差、非点収差、およ
びコマのデータは、クリーン・ルームにおけるステッパ
を順位づけるために使用される。こうして、ステッパは
定量的に特徴づけられ、必要な場合は、非重要なプロセ
ス・レベルでの使用に追いやられる。

【０１１５】コマ。本発明のもう１つの実施例は、レン
ズ・コマの決定および必要な場合それに続くレンズの調
整に関する。図１２の多くのグラフは、等しくない信号
ピーク高を有する。垂直プロット３０１の高さに注目
し、中央の列を上から下へ移動して戻ると、垂直図形に
対しては、信号強度にはほとんど変動がないことが分か
る。しかし、水平プロット３００に対しては、信号強度
は、垂直プロットと比較して激しく変化している。同様
に、水平プロット３００に注目して中央の行を左から右
へ移動すると、垂直プロット３０１は水平プロットと比
較して激しく変化している。

【０１１６】像面を通してのこの変化は、ザイデル収差
のコマの特徴である。与えられた図形または解像度に対
する定量的な焦点ズレの値は、水平または垂直軸に沿う
各像面位置に帰せられる。

【０１１７】気圧。本発明のもう１つの実施例は、毎日
の気圧の測定、および、圧力変化によって誘発されるマ
シン焦点オフセットとその気圧の比較に関する。この比
較は、マシン焦点オフセットが後でテーブルおよび気圧
計から決定され、または、リソグラフィー装置が自動的
に補正されるような参照テーブルを与える。この技術は
また、日ごとにマシン焦点オフセットを決定し、それを
気圧と比較するために使用される。その結果は一般に直
線である。その後のマシン焦点の決定は、参照テーブル
からの気圧データを考慮に入れることができる。

【０１１８】

【発明の効果】このようにして、一般に、潜像（電磁
波、Ｘ線、電子、イオン、中性粒子線などの形のエネル
ギーに暴露されたエネルギー感受性材料内に形成され
る）から散乱されたエネルギーを測定することによる潜
像の照射検査は、以下のために利用される情報を提供す
る。

【０１１９】ａ）半導体集積回路製造中の重要なリソグ
ラフィー・パラメータ（すなわち、焦点、暴露量）の選
択。ｂ）レンズ系パラメータ（例えば、非点収差、焦点ずれ
感受性、焦点深度、解像度、像面湾曲、球面収差、コ
マ、他の収差など）を評価してレンズ系を調整（例え
ば、構成要素の移動、要素の追加、要素の再研磨、要素
の再被覆、または当業者に周知の他の技術による）する
ことによるリソグラフィー装置の調整。ｃ）リソグラフィー装置を定量的に評価して順位づける
ことによる、リソグラフィー装置からの最大効用の導
出。

【０１２０】さらに、本発明の照射検査の方法が開示さ
れ、本発明の潜像配列パターンが開示された。

【図面の簡単な説明】

【図１】リソグラフィー装置の概略図である。

【図２】ウェハー上の潜像の位置づけおよび配置を理解
する際に有用な図である。

【図３】ウェハー上の潜像の位置づけおよび配置を理解
する際に有用な図である。

【図４】潜像の照射検査を例示する透視図である。

【図５】潜像の照射検査を例示する透視図である。

【図６】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用な
グラフである。

【図７】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用な
グラフである。

【図８】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用な
グラフである。

【図９】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用な
グラフである。

【図１０】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用
なグラフである。

【図１１】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用
なグラフである。

【図１２】本発明のさまざまな目的を理解する際に有用
なグラフである。

【図１３】潜像測定装置を例示する図である。

【図１４】照射検査ビームと一連の潜像の間の関係を例
示する図である。

【符号の説明】

１０レンズ系１１レンズ１３レティクル１５集光レンズ１７光学的透明板１９不透明層２１開口部２２光源２３ステージ２５指状突起２７ウェハー２９暗視野顕微鏡および照明器３１フォトレジスト３３暴露部分４１全像面パターン４３全像面パターン４５全像面パターン５１副像面配列６１図形クランプ７１標準局所整列標識７３暴露非変調領域１２７基板１３１レジスト１３３潜像１８１ビーム１８３散乱光ビーム１８５潜像１８７検出器３００Ｋ_H ３０１Ｋ_V ４０１孔４０３鏡４０５集束レンズ４０７レンズ４０９検出器４１１Ａ／Ｄ変換器４１３ステージ位置制御器４１５コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路製造方法において、レジストを有する基板を準備するステップと、前記レジストに第１潜像（各像は所定のリソグラフィー
・パラメータによって特徴づけられる）を生成するステ
ップと、エネルギーへの暴露によって前記潜像を照射検査しおよ
び散乱エネルギーの特性を測定するステップと、所望の潜像を生成するように選択された、所望の前記リ
ソグラフィー・パラメータ値を選択するステップと、前記レジスト内に他の潜像を形成するために前記所望の
リソグラフィー・パラメータ値を利用するステップから
なることを特徴とする半導体集積回路製造方法。
【請求項２】各潜像の前記所定のリソグラフィー・パ
ラメータが、各像を異なる焦点で形成することによっ
て、または各像を等しい焦点でおよびそれぞれ異なる暴
露量で形成することによって達成され、各潜像は各像か
ら散乱されたエネルギーを測定することによって照射検
査され、焦点または所望の暴露量を選択し、該焦点または暴露量
は所定の散乱エネルギーを生成可能な潜像を生成するよ
うに選択され、前記他の潜像が半導体プロセス・レベルを表し、前記他
の潜像が前記所望の焦点または暴露量で形成されること
を特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】第１潜像が、完全に現像された像を生成
するのに十分な暴露量を利用して形成されることを特徴
とする請求項１または２の方法。
【請求項４】所望のリソグラフィー・パラメータを選
択する前記プロセスが、前記散乱エネルギーと前記リソ
グラフィー・パラメータの間の関数関係を決定するステ
ップと、所望の散乱エネルギーを前記関数関係から決定するステ
ップと、前記所望のエネルギーに対応するように前記所望のリソ
グラフィー・パラメータを選択するステップからなるこ
とを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項５】前記基板が、その上に形成された部分的
に製造された集積回路を有するシリコン・ウェハーから
なることを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項６】前記潜像が集積回路の境界内に形成され
ることを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項７】第１潜像が、後で前記基板の下部のスト
リートとなる領域、および、製品アレイに隣接する領域
から選択された領域に形成されることを特徴とする請求
項１または２の方法。
【請求項８】所望の焦点を選択する前記プロセスが、
前記各潜像から散乱された各エネルギーと各焦点の間の
関数関係を決定するステップと、前記関数関係から実際
のまたは補間された最大散乱エネルギーを決定するステ
ップと、前記最大エネルギー値に対応するように前記所
望の焦点を選択するステップからなることを特徴とする
請求項２の方法。
【請求項９】所望の焦点を選択する前記プロセスが、
前記各潜像から散乱された各エネルギーと各焦点の間の
関数関係を決定するステップと、前記関数関係から実際
のまたは補間された最大散乱エネルギーを決定するステ
ップと、前記最大エネルギー値に対応するように所望の
焦点を選択するステップと、前記所望の焦点が前記最大
エネルギーに対応する前記焦点からの所定のオフセット
になるように選択するステップからなることを特徴とす
る請求項２の方法。
【請求項１０】前記照射検査ステップが前記第１潜像
を生成するステップと同時に実行されることを特徴とす
る請求項２の方法。
【請求項１１】前記第１潜像の生成が、前記レジスト
をエネルギー源に暴露することによって達成され、前記
照射検査ステップが、前記潜像の形成中に前記潜像から
散乱された前記エネルギー源から発射されたエネルギー
を測定するステップからなり、前記散乱エネルギーの強度の暴露量依存性が測定され、所定の散乱信号を生成することが可能な潜像を生成する
ように選択された所望の暴露量を選択するステップを含
むことを特徴とする請求項１０の方法。
【請求項１２】第１潜像の生成が、Ｘ線、電子、イオ
ン、中性粒子線、および電磁放射から選択されたエネル
ギー源に前記レジストを暴露することによって達成され
ることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項１３】第１潜像が前記レジストを第１エネル
ギー源に暴露することによって形成され、前記照射検査
ステップが、前記潜像を第２エネルギー源に暴露し、前
記第２エネルギー源から発射され前記各潜像で散乱され
たエネルギーを測定することによって実行されることを
特徴とする請求項１０の方法。
【請求項１４】潜像が前記レジストを第１エネルギー
源に暴露することによって前記レジスト内に生成され、
潜像の照射検査が前記潜像から散乱されたエネルギーを
測定することによってその潜像の形成中に実行され、前記レジストの前記第１エネルギーへの暴露は、前記散
乱エネルギーが所定値に到達したときに終了することを
特徴とする請求項１、２、６、または７の方法。
【請求項１５】照射検査される前記潜像が全プリント
像面のほとんどを含むことを特徴とする請求項１４の方
法。
【請求項１６】前記照射検査プロセスが、前記第１エ
ネルギー源から発生しその後前記潜像から散乱された光
の測定を含むことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１７】前記照射検査ステップが、前記潜像の
形成中における第２エネルギー源への前記潜像の暴露、
および、前記第２エネルギー源から最初に放出されその
後前記潜像から散乱されたエネルギーの測定を含むこと
を特徴とする請求項１４の方法。