JP4144352B2 - Line width measuring device, line width measuring method, line width variation detecting device, and line width variation displaying method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上のパターンの線幅変動を計測する線幅計測装置、線幅計測方法および線幅計測用マスクに関し、特に、半導体回路素子などの製造工程における微細パターンの線幅変動の計測に好適な線幅計測装置、線幅計測方法、線幅変動検出装置および線幅変動表示方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程では、半導体ウエハや液晶基板(総じて「基板」という)の表面に形成された微細パターンの線幅変動の計測が行われている。この計測には、一般に、CD−SEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscope)が用いられている(例えば特許文献1を参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−273865号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CD−SEMによる計測は、いわゆる1点計測であり、基板上の微細パターンごとに順に行われるため、計測対象とする微細パターンの数が増えるほど所要時間が増大してしまう。
【0005】
本発明の目的は、計測対象とする微細パターンの数に拘わらず高速に線幅変動を計測可能な線幅計測装置および線幅変動検出装置を提供することにある。
【0007】
本発明の線幅計測装置は、異なるショット領域のそれぞれに複数種類の繰り返しパターンが転写されている基板から、前記複数種類の繰り返しパターンの回折画像を選択的に取り込む画像取込手段と、前記回折画像の前記異なるショット領域の部分の輝度情報を比較することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を算出する算出手段とを備えたものである。
なお、好ましくは、前記画像取込手段は、繰り返し方向が同じで且つ繰り返しピッチおよび設計線幅が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込んでも良い。
【0008】
また、好ましくは、前記画像取込手段は、繰り返しピッチおよび設計線幅が同じで且つ繰り返し方向が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込んでも良い。
また、好ましくは、前記画像取込手段は、前記繰り返しパターンの前記繰り返し方向および前記繰り返しピッチに応じて画像取り込み時の装置条件を設定する設定部とを有していても良い。
【0009】
また、好ましくは、前記基板は、前記基板の各ショット領域の中に前記繰り返しパターンが前記画像取込手段の撮像分解能より小さいピッチで複数配列されていても良い。
【0011】
本発明の線幅計測方法は、異なるショット領域のそれぞれに複数種類の繰り返しパターンが転写されており、かつ、あるショット領域に転写された前記複数種類の繰り返しパターンのうちの少なくとも2種類の繰り返しパターンと繰り返し方向、繰り返しピッチ及び設計線幅とが同じである繰り返しパターンが他のショット領域にも転写されている基板から、前記異なるショット領域のそれぞれの前記繰り返し方向、繰り返しピッチ及び設計線幅とが同じである繰り返しパターンの回折画像を選択的に取り込む画像取込工程と、前記回折画像の前記異なるショット領域の部分の輝度情報を比較することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を算出する算出工程とを備えたものである。
【0012】
なお、好ましくは、前記画像取込工程では、前記繰り返し方向が同じで且つ前記繰り返しピッチおよび前記設計線幅が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込んでも良い。
また、好ましくは、前記画像取込工程では、前記繰り返しピッチおよび前記設計線幅が同じで且つ前記繰り返し方向が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込んでも良い。
【0013】
また、好ましくは、前記画像取込工程では、前記繰り返しパターンの前記繰り返し方向および前記繰り返しピッチに応じて画像取り込み時の装置条件を設定しても良い。
また、好ましくは、前記基板は、前記基板の各ショット領域の中に前記繰り返しパターンが前記画像取込手段の撮像分解能より小さいピッチで複数配列されていても良い。
【0014】
本発明の線幅変動検出装置は、異なるショット領域のそれぞれに複数種類の繰り返しパターンが転写されている基板から、前記複数種類の繰り返しパターンの回折画像を選択的に取り込む画像取込手段と、前記回折画像の前記異なるショット領域の輝度情報を表示することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を表示する表示手段とを備えたものである。
なお、好ましくは、前記基板と前記画像取込装置との相対位置関係を調整する調整手段をさらに備えても良い。
【0015】
本発明の線幅変動表示方法は、異なるショット領域のそれぞれに複数種類の繰り返しパターンが転写されており、かつ、あるショット領域に転写された前記複数種類の繰り返しパターンのうちの少なくとも2種類の繰り返しパターンと繰り返し方向、繰り返しピッチ及び設計線幅とが同じである繰り返しパターンが他のショット領域にも転写されている基板から、前記異なるショット領域のそれぞれの前記繰り返し方向、繰り返しピッチ及び設計線幅とが同じである繰り返しパターンの回折画像を選択的に取り込む画像取込工程と、前記回折画像の前記異なるショット領域の部分の輝度情報と前記あるショット領域の輝度情報とを表示することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を輝度情報として表示する表示工程とを備えたものである。
なお、好ましくは、前記表示に先立って装置に固有な感度の不均一性を補正する補正工程をさらに備えても良い。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0017】
本実施形態の線幅計測装置10は、図1に示すように、基板11を保持するステージ12と、ステージ12上の基板11に照明光L1を照射する照明光学系13と、照明光L1が照射された基板11からの回折光L2を受光する受光光学系(14〜16)と、画像処理部17とで構成されている。
【0018】
線幅計測装置10は、半導体回路素子などの製造工程において、基板11の表面に形成された微細パターン(後述)の線幅変動を自動的に計測するための装置である。基板11は、テストウエハであり、最上層に形成されたレジスト膜への露光・現像後で、かつ、レジスト膜の直下に隣接している所定の材料膜へのエッチング加工前の状態にある。
【0019】
本実施形態の線幅計測装置10について具体的に説明する前に、基板11の説明を行う。基板11の全面(例えば300mmφ)には、複数のショット領域(不図示)が2次元配列されている。また、各々のショット領域には、線幅計測用のパターン群(次に説明する)が一様に隙間なく転写されている。
これらのパターン群は、図2に示す線幅計測用マスク20と不図示の露光装置とを用いて転写されたものである。図2は、線幅計測用マスク20の構成を示す図であり、図2(a)は線幅計測用マスク20の全体像を示しており、図2(b)は、図2(a)の破線枠20A内を拡大した図である。
【0020】
線幅計測用マスク20のパターン領域は、図2(b)に示すように、2次元配列された複数の基本ブロック21からなり、基本ブロック21は、図2(c)に示すように、5種類のセル22,23,24,25,26からなる。1つの基本ブロック21において、図2(c)に示すように、セル22,23,24,25,26はそれぞれ2つずつ設けられている。
【0021】
図3は、線幅計測用マスク20の1つのセル22内の構成を示す図である。セル22には、図3に示すように、4種類の繰り返しパターン31,32,33,34が設けられている。このうち繰り返しパターン31は、5本のラインパターン41からなり、これらのラインパターン41がその短手方向B1に沿って一定のピッチP1で配列されたものである。5本のラインパターン41は、その設計線幅D1が同じである。
【0022】
他の3種類の繰り返しパターン32,33,34は、各々、上記の繰り返しパターン31と同様、5本のラインパターン42,43,44からなり、これらのラインパターン42,43,44が一定のピッチで配列されたものである。ラインパターン42,43,44は、何れも、その設計線幅およびピッチが上記ラインパターン41の設計線幅D1およびピッチP1と同じである。
【0023】
また、5本のラインパターン42,43,44の配列方向B2,B3,B4は、互いに異なると共に、上記ラインパターン41の配列方向B1とも異なっている。具体的に説明すると、4種類の配列方向B1,B2,B3,B4どうしは、45度ずつの角度間隔で異なっている。
本明細書では、ラインパターン41〜44の設計線幅D1,ピッチP1,配列方向B1〜B4を適宜“繰り返しパターン31〜34の設計線幅D1,繰り返しピッチP1,繰り返し方向B1〜B4”という。
【0024】
上記のように、1つのセル22に設けられた4種類の繰り返しパターン31〜34は、その設計線幅D1および繰り返しピッチP1が同じで、且つ、繰り返し方向B1〜B4が異なるものである。
さらに、上記セル22以外のセル23〜26(図2(c))には、図示省略したが、セル22と同様、設計線幅,繰り返しピッチが同じで且つ繰り返し方向が異なる4種類の繰り返しパターンが設けられている。
【0025】
ただし、セル23〜26どうしで繰り返しパターンを比較すると、その設計線幅,繰り返しピッチは、互いに異なると共に、上記セル22の繰り返しパターン31〜34の設計線幅D1,繰り返しピッチP1とも異なっている。また、セル23〜26の各々における繰り返しパターンの繰り返し方向(4種類)は、上記セル22における繰り返し方向B1〜B4と同じである。
【0026】
このように、5種類のセル22,23,24,25,26からなる基本ブロック21には、設計線幅と繰り返しピッチ(5種類)と繰り返し方向(4種類)の組み合わせにより、20種類の繰り返しパターン31,32,33,34,…が設けられていることになる。
【0027】
また、1つの基本ブロック21にはセル22〜26が2つずつ設けられているため、20種類の繰り返しパターン31,32,33,34,…も2つずつ設けられていることになる。
さらに、複数の基本ブロック21が2次元配列された線幅計測用マスク20のパターン領域には、20種類の繰り返しパターン31,32,33,34,…の各々が、基本ブロック21の縦横寸法X21,Y21(図2(c))に応じた一定のピッチで多数配列されていることになる。
【0028】
本明細書では、線幅計測用マスク20のパターン領域に多数配列された繰り返しパターン31,32,33,34,…の各々を総じて“パターン群(31),(32),(33),(34),…”という。20種類のパターン群(31),(32),(33),(34),…の各々を構成する繰り返しパターン31,32,33,34,…は、その数密度が同じである。
【0029】
上記のように構成された線幅計測用マスク20(図2,図3)と不図示の露光装置を用いることで、基板11の各々のショット領域のレジスト膜には、順次、20種類のパターン群が一様に隙間なく転写されることになる。各々のショット領域に転写された20種類のパターン群は、線幅計測用マスク20のパターン群(31),(32),(33),(34),…の各々に対応する。
【0030】
また、ショット領域は基板11の全面に2次元配列されているため、上記の線幅計測用マスク20(図2,図3)を用いた転写の結果、基板11の全面(複数のショット領域)には、20種類のパターン群がショット領域と同数だけ混在状態で転写されたことになる。
以下の説明では、基板11の全面(複数のショット領域)に転写された20種類のパターン群の各々について、線幅計測用マスク20(図2,図3)のパターン群(31),(32),(33),(34),…の各々に“w”の添え字を加えた符号を付すことにする。
【0031】
ここで、基板11の全面(複数のショット領域)に転写された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…の各々について説明する。例えばパターン群(31w)は、基板11の全面の異なるショット領域に転写された多数の繰り返しパターン31w(微細パターン)からなり、繰り返しパターン31wの繰り返し方向と繰り返しピッチと設計線幅が同じである。
【0032】
しかし、繰り返しパターン31wの実際の線幅は、露光フォーカス(ピント)のずれに応じて変動している。一般に、露光フォーカスが適正値からずれていると、そのずれ方向(前ピン,後ピン)に拘わらず、線幅は太くなる。つまり、繰り返しパターン31wの実際の線幅は、露光フォーカスが適正値のときに最も細くなる。このような線幅変動は、基板11の各々のショット領域ごとに発生する。なお、露光フォーカスのずれに起因して繰り返しパターン31wの繰り返し方向と繰り返しピッチが変動することはないと考えられる。
【0033】
なお、スペースが極端に広い孤立線状のパターンにおいては、露光フォーカスが適正値のときに最も線幅が太くなり、露光フォーカスがずれると細くなる場合もある。
本実施形態では、例えばパターン群(31w)を計測対象とし、線幅計測装置10を用いて、基板11の全面に転写された多数の繰り返しパターン31wの線幅変動をショット領域ごとに計測する(詳細は後述する)。そして、線幅計測装置10による計測結果に基づいて、露光装置の転写性能の良否を判断する。
【0034】
なお、基板11の全面に転写された他の19種類のパターン群(32w),(33w),(34w),…は、各々、上記パターン群(31w)と同様、基板11の全面の異なるショット領域に転写された多数の繰り返しパターン32w,33w,34w,…からなり、繰り返しパターン32w,33w,34w,…の繰り返し方向と繰り返しピッチと設計線幅が同じである。
【0035】
また、20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…どうしで繰り返しパターン31w,32w,33w,34w,…を比較すると、その設計線幅,繰り返しピッチ,繰り返し方向のうち少なくとも1つが、互いに異なっている。本実施形態では、20種類の繰り返しパターン31w,32w,33w,34w,…の中に、5種類の設計線幅および繰り返しピッチと、4種類の繰り返し方向が存在している。
【0036】
露光装置の転写性能は、一般に、繰り返しパターンの設計線幅によって異なる。また、設計線幅が同じであっても繰り返し方向によって異なる。このため、ある1つのショット領域において露光フォーカスが適正値からずれていると、20種類の繰り返しパターン31w,32w,33w,34w,…の各々で、異なる線幅変動が発生する。
【0037】
このため、基板11の全面に転写された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…を1つずつ計測対象とし、線幅計測装置10を用いてショット領域ごとに線幅変動を計測することで(詳細は後述する)、露光装置の転写性能の良否判断を様々な角度から行うことができる。
ちなみに、基板11の各々のショット領域は、最大30mm〜40mm角であり、基板11上で上記の基本ブロック21(図2(c))に対応する転写部分(以下「基本ブロック21w」という)は、長手方向の寸法(図2(c)のX21に対応)が60μm程度である。このため、1つのショット領域の中に約100個の基本ブロック21wが含まれていることになる。
【0038】
また、基板11に転写された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…は、設計線幅(5種類)が例えば100nm〜300nm程度、繰り返しピッチ(5種類)が例えば200nm〜600nm程度、繰り返し方向(4種類)が45度ずつの角度間隔となっている。
【0039】
さて次に、線幅計測装置10(図1)の具体的な構成説明を行う。
ステージ12は、不図示のチルト機構により、基板11の表面に平行(紙面に垂直)な軸を中心として所定の角度範囲内でチルト可能である。また、不図示の回転機構により、基板11の法線方向を中心として回転可能である。このステージ12では、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板11を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
【0040】
ここで、ステージ12のチルト軸に平行な方向を「X方向」とする。また、ステージ12(基板11)が水平に保たれた状態での法線(基準法線)に平行な方向を「Z方向」とする。さらに、X方向およびZ方向に垂直な方向を「Y方向」とする。
照明光学系13は、ステージ12の斜め上方に配置されている。つまり、照明光学系13の光軸O1は、基準法線(Z方向)に対して所定の角度だけ傾けられている。また、照明光学系13は、光軸O1がステージ12のチルト軸(X方向)に対して直交するように配置されている。さらに、照明光学系13は、後側焦点位置が基板11と略一致するように配置され、基板11側に対してテレセントリックな光学系となっている。
【0041】
受光光学系(14〜16)は、凹面反射鏡14と結像レンズ15と撮像素子16とで構成された偏心光学系である。凹面反射鏡14は、ステージ12の上方に配置される。つまり、凹面反射鏡14のステージ12側の光軸O2がZ方向に平行となるように配置されている。また、凹面反射鏡14は、前側焦点位置が基板11と略一致するように配置されている。このため、受光光学系(14〜16)は、基板11側に対してテレセントリックな光学系となっている。
【0042】
結像レンズ15は、凹面反射鏡14の後側焦点位置と略一致するように、受光光学系(14〜16)の瞳位置の近傍に配置されている。撮像素子16は、複数の画素が2次元配列されたCCDイメージセンサであり、その撮像面を結像レンズ15の後側焦点位置に略一致させた状態で配置されている。このため、受光光学系(14〜16)は、撮像素子16側に対してもテレセントリックな光学系となっている。なお、撮像素子16の撮像面は、基板11の表面に共役である。
【0043】
上記構成の照明光学系13から射出される照明光L1(波長λ)は、ほぼ平行な光であり、ステージ12上の基板11の全面(複数のショット領域)に照射される。照明光学系13の基板11側がテレセントリック系であるため、照明光L1の入射角θiは、基板11の全面にわたって一様となる。
そして、基板11の全面に形成された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…のうち、繰り返しパターン31w,32w,33w,34w,…の繰り返し方向がステージ12のチルト軸に平行なもの(5種類)から、様々な方向に回折光が発生する。
【0044】
図1に示した回折光L2は、受光光学系(14〜16)の光軸O2の方向に発生した一部の回折光(例えばパターン群(31w)の1次回折光)である。ステージ12のチルト角度θtの設定を変更することにより、繰り返しピッチの異なるパターン群(本実施形態では設計線幅も異なる)から発生した回折光を受光光学系(14〜16)に導くことができる。
【0045】
ここで、基板11の全面(複数のショット領域)のうち露光フォーカスが適正値からずれてしまったショット領域では、繰り返しパターンの線幅が太くなっているため(繰り返し方向と繰り返しピッチは不変)、この線幅変動に起因して回折効率が低下し、結果として回折光の強度が減少する。
そして、基板11から受光光学系(14〜16)に導かれた回折光L2は、凹面反射鏡14と結像レンズ15の作用により集光され、撮像素子16の撮像面に到達する。撮像素子16は、撮像面に形成された回折像を撮像して、画像信号を画像処理装置18に出力する。
【0046】
本実施形態では、撮像素子16の撮像面に基板11の全面の回折像が形成されるように、凹面反射鏡14と結像レンズ15による光学倍率が設定されている。また、この光学倍率を考慮すると、撮像素子16の1画素に対応する基板11上での領域(撮像分解能)は、約250μm角となる。
線幅計測装置10の撮像分解能(約250μm角)に対して、上記した基本ブロック21w(図2(c)の基本ブロック21の基板11への転写部分)の大きさは、60μm×25μm程度である。つまり、基本ブロック21wは撮像分解能より十分に小さい。換言すると、基板11上において繰り返しパターン32w,33w,34w,…は撮像分解能より小さいピッチで多数配列されている。
【0047】
そして、撮像分解能の中には、約40(4×10)個の基本ブロック21w(つまり各々8個の繰り返しパターン32w,33w,34w,…)が含まれることになる。この場合、撮像素子16からの画像信号には、約40個の基本ブロック21wから発生した回折光L2の強度の合計が、1画素の情報として含まれる。また、受光光学系(14〜16)の基板11側がテレセントリック系であるため、回折光L2の進行方向は、基板11の全面にわたって一様となり、撮像素子16に入射する回折光L2の強度も、基板11の繰り返しパターンの状態(線幅変動量)ごとに一様となる。したがって、撮像素子16からの画像信号の強弱には、繰り返しパターンの状態(線幅変動量)のみが反映されることになる。
【0048】
画像処理部17は、線幅計測時、撮像素子16からの画像信号に基づいて、基板11の全面に対応する回折画像を取り込む。この回折画像は、基板11の全面に転写された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…のうち1種類に関するものである。
画像処理部17に取り込まれる回折画像の選択は、ステージ12のチルト機構と回転機構を用いて行われる。つまり、チルト機構によって基板11をチルトさせることで、繰り返しピッチの異なるパターン群(本実施形態では設計線幅も異なる)の何れかを選択できる。また、回転機構によって基板11を回転させることで、繰り返し方向の異なるパターン群の何れかを選択できる。
【0049】
また、ステージ12のチルト機構や回転機構による装置条件(チルト角度θt,回転角度)の設定は、予め作成されたレシピに基づいて行えばよい。レシピは、20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…の線幅変動の計測を各々最適に行うために必要な各種の設定条件であり、不図示のメモリに予め記憶されている。
【0050】
ここで、ステージ12のチルト角度θtに関するレシピについて説明する。一般に、チルト角度θtは、周知の回折条件式(次式(1))を用い、計測対象となるパターン群の繰り返しピッチpの設計値から計算で求められ、この計算結果がレシピに登録されている。
sin(θi−θt) − sin(θd+θt)= mλ/p ……(1)
式(1)は、ステージ12のチルト角度θtと、パターン群の繰り返しピッチpと、照明光L1の波長λおよび入射角θiと、回折光L2の回折角θdおよび回折次数mとの関係を表した式である。チルト角度θtの基準は、水平面である。入射角θi,回折角θdの基準は、基板11の基準法線(Z方向)である。
【0051】
予め作成・登録されたレシピを参照し、計測対象のパターン群の繰り返しピッチpに対応するチルト角度θtと繰り返し方向に対応する回転角度とに基づいて、ステージ12のチルト機構と回転機構により装置条件を設定することで、計測対象のパターン群の回折画像を選択的に取り込むことができる。
このようにして、基板11の全面に転写された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…のうち1種類に関する回折画像を一括で取り込むと、画像処理部17では、まず、線幅計測装置10に固有な感度の不均一性(例えば照明光学系13の明るさムラなど)を補正する。以下、パターン群(31w)を計測対象とする場合を例に説明する。
【0052】
そして、上記の補正処理の結果、パターン群(31w)を構成する多数の繰り返しパターン31wの線幅変動のみを反映した回折画像が得られる(図4参照)。つまり、補正後の回折画像には、繰り返しパターン31wの線幅変動が局所的な輝度変化として現れている。ただし、線幅変動はショット領域ごとに発生するため、線幅変動に応じた輝度変化もショット領域ごとに現れる。
【0053】
また、露光フォーカスが適正値からずれてしまったショット領域における線幅変動は“線幅が太くなる変動”であり、この線幅変動に起因して回折効率が低下するため、回折画像における輝度変化は“輝度が低下する変化”となる。
すなわち、図4の回折画像のうち、輝度が大きく低下した黒い部分は露光フォーカスが適正値から大きくずれてしまったショット領域に対応し、輝度が少し低下したグレーの部分は露光フォーカスが適正値から少しずれてしまったショット領域に対応し、輝度が低下していない白い部分は露光フォーカスが適正値であったショット領域に対応する。
【0054】
画像処理部17では、補正後の回折画像(図4参照)のうち、各々のショット領域に対応する部分(以下「ショット画像」という)の輝度情報を比較することにより、異なるショット領域に転写された繰り返しパターン31wの線幅変動を算出する(算出手段)。
ショット画像の輝度情報とは、例えば、ショット画像の中心部に位置する3×3画素の平均輝度であり、そのショット領域に転写された多数の繰り返しパターン31wに対応する部分の輝度情報と考えることができる。なお、ショット画像の全画素の平均輝度を“ショット画像の輝度情報”としても構わない。
【0055】
また、ショット画像の輝度情報の比較とは、例えば、平均輝度が最も高いショット画像を選択して、このショット画像の平均輝度を基準に、他のショット画像の平均輝度の低下量を算出することにより行われる。
このとき、平均輝度の低下量が“0”であれば、そのショット画像に対応する基板11上でのショット領域は露光フォーカスが適正値であったと考えられ、そのショット領域に転写された繰り返しパターン31wの線幅変動は“0”であると考えられる。
【0056】
そして、平均輝度の低下量が“大きい”ほど、ショット領域の露光フォーカスが適正値から大きく外れたと考えられ、そのショット領域に転写された繰り返しパターン31wの線幅変動は“大きい”と考えられる。すなわち、ショット画像の平均輝度の低下量は、相対的な線幅変動を表している。
ここで、幾つかのショット領域における露光フォーカスのずれ量(オフセット量)が既知である場合について、基板11の全面に関わる回折画像を取り込み、ショット画像の平均輝度を算出した結果(図5)について説明する。
【0057】
図5の横軸は露光フォーカスのオフセット量(μm)であり、“オフセット量=0”は適正値を表している。右側の縦軸はショット画像の平均輝度(階調)であり、図中下方ほど高輝度である。また、図5の左側の縦軸には、比較のため、CD−SEMによる計測結果(μm)も示してある。
図5から分かるように、本実施形態の線幅計測装置10によって算出したショット画像の平均輝度(■)は、CD−SEMによる計測結果(▲)と非常に相関性のよい線幅変動を示している。また、“オフセット量=0”のときに、ショット画像の平均輝度(■)は最も高くなり、CD−SEMによる計測結果(▲)は最も線幅が狭くなる。
【0058】
さらに、ショット画像の平均輝度(■)の変化は、線幅変動に比例することも分かる。例えば図5の例では、線幅変動と輝度変化との相関係数が、20nm/100階調程度である。この場合には、ショット画像の平均輝度(■)の変化量の10階調に対して数nm以下の精度で線幅変動を計測可能である。
したがって、線幅変動と輝度変化との相関係数(例えば20nm/100階調)を予め測定しておくことにより、上記した回折画像(図4参照)のうち最も高い平均輝度(基準)に対する他のショット画像の平均輝度の低下量に基づいて、線幅変動の絶対値を算出することができる。
【0059】
本実施形態の線幅計測装置10では、基板11の全面の回折画像を一括視野で取り込み、回折画像の中の各々のショット画像の輝度情報を比較することにより線幅変動を計測するため、計測対象とする繰り返しパターンの数(ショット領域の数)に拘わらず高速に線幅変動を計測することができる。
また、本実施形態では、線幅計測用のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…の基本ブロック21wを撮像分解能(約250μm角)より十分に小さくしたため、回折画像におけるモアレ縞の発生を確実に抑えることができる。つまり、実際のパターン構造に関わるコントラスト以外の疑似コントラストの発生を回避できる。その結果、線幅変動の計測精度が向上する。
【0060】
さらに、1枚の基板11(テストウエハ)を用い、回折画像を取り込む際の装置条件(チルト角度θt,回転角度)を設定変更するだけで、複数(本実施形態では20通り)の線幅変動を簡単に計測することができる。このため、露光装置の転写性能の良否判断を様々な角度から簡単に行うことができる。
例えば、繰り返し方向が同じで繰り返しピッチおよび設計線幅が異なる複数種類のパターン群を計測対象とする場合には、装置条件のうちチルト角度θtを繰り返しピッチに応じて設定変更する(回転角度は固定しておく)だけで、各々の回折画像を1つずつ選択的に取り込むことができ、繰り返し方向が同じ場合の線幅変動の計測(露光装置の転写性能の良否判断)を簡単に行える。
【0061】
また、繰り返しピッチおよび設計線幅が同じで繰り返し方向が異なる複数種類のパターン群を計測対象とする場合には、装置条件のうち回転角度を繰り返し方向に応じて設定変更する(チルト角度θtは固定しておく)だけで、各々の回折画像を1つずつ選択的に取り込むことができ、繰り返し方向に起因する線幅変動の計測(露光装置の転写性能の良否判断)を簡単に行える。
【0062】
(変形例)
なお、上記した実施形態では、線幅計測装置10に固有な感度の不均一性(例えば照明光学系13の明るさムラなど)を補正した後の回折画像に基づいて線幅変動を計測したが、本発明はこれに限定されない。例えば、基板11上のレジスト膜の厚さむらなどに起因する広い範囲での輝度変化や、基板11の反りなどに起因する広い範囲での輝度変化が、回折画像に現れている場合には、その範囲外のショット画像のみを選択して、線幅変動を計測することが好ましい。
【0063】
さらに、上記した実施形態では、レジスト段階での繰り返しパターンの線幅計測を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レジスト膜の直下に隣接している材料膜へのエッチング加工後の状態で、下地層に転写された繰り返しパターンの線幅計測を行うこともできる。
また、上記した実施形態では、基板11の全面の回折画像を一括視野で取り込むことにより線幅計測を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、基板11の中で線幅計測が必要な任意の領域(1つ以上のショット領域を含む)を指定して、その回折画像を一括視野で取り込むことにより線幅計測を行っても構わない。
【0064】
さらに、上記した実施形態では、ステージ12のチルト機構と回転機構によって装置条件(チルト角度θt,回転角度)を設定変更したが、本発明はこれに限定されない。ステージ12のチルト機構,回転機構に代えて、照明光学系13と受光光学系(14〜16)にチルト機構,回転機構を設け、同様に装置条件(チルト角度θt,回転角度)を設定変更してもよい。
【0065】
また、上記した実施形態では、図2に示す線幅計測用マスク20を用いて転写された20種類のパターン群(31w),(32w),(33w),(34w),…を1つずつ線幅変動の計測対象としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図6に示すセル50と他の1つ以上のセル(不図示)を備えた線幅計測用マスクにより転写された複数のパターン群を1つずつ線幅変動の計測対象としてもよい。
【0066】
図6のセル50について説明する。セル50には、2種類の繰り返しパターン51,52が設けられている。繰り返しパターン51,52は、各々、11本のラインパターン53,54からなり、これらのラインパターン53,54がその短手方向に沿って一定のピッチで配列されたものである。また、繰り返しパターン51,52は、その設計線幅および繰り返しピッチが同じであり、繰り返し方向が異なっている(90度の角度間隔)。
【0067】
さらに、繰り返しパターン51,52は、その外形が正方形状となるように設計されている。つまり、ラインパターン53,54の長さをL、本数をn(=11)、繰り返しピッチをP2、設計線幅をD2とするとき、L=n×(P2+D2) を満足するように設計されている。そして、繰り返しパターン51,52は、縦横方向の千鳥配置となっている。
【0068】
このように、繰り返しパターン51,52の外形を正方形状に設計し、繰り返しパターン51,52の占有面積を等しくすることで、繰り返しパターン51,52による回折効率が均等になる。その結果、繰り返しパターン51,52の繰り返し方向ごとの比較計測が可能となる。
また、繰り返しパターン51,52どうしの間隔Δは、例えば、繰り返しピッチ(P2)の3倍以上となっている。間隔Δを少なくとも繰り返しピッチ(P2)の1倍より大きく確保して、繰り返しパターン51,52をレイアウトすることにより、繰り返しパターン51,52どうしの干渉による疑似回折を発生させないようにすることができる。間隔Δは、高次回折条件の除外すべき次数を基準に設定すればよい。
【0069】
図6に示すセル50と他の1つ以上のセル(セル50とは繰り返しピッチと設計線幅が異なるセル)を備えた線幅計測用マスクにより転写された複数のパターン群を1つずつ線幅変動の計測対象とした場合でも、基板11の全面の回折画像を一括視野で取り込み、回折画像の中の各々のショット画像の輝度情報を比較することにより、高速に線幅変動を計測することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、計測対象とする微細パターンの数に拘わらず高速に線幅変動を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】線幅計測装置10の全体構成を示す概略図である。
【図2】線幅計測用マスク20の構成を示す概略図である。
【図3】線幅計測用マスク20の1つのセル22の構成を示す概略図である。
【図4】基板11の全体の回折画像の一例を示す図である。
【図5】露光フォーカスのずれ量(オフセット量)が既知である場合の計測結果の一例を示す図である。
【図6】変形例のセル50の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
10 線幅計測装置
11 基板
12 ステージ
13 照明光学系
14 凹面反射鏡
15 結像レンズ
16 撮像素子
17 画像処理部
20 線幅計測用マスク
21 基本ブロック
22,23,24,25,26,50 セル
31,32,33,34,51,52 繰り返しパターン
41,42,43,44,53,54 ラインパターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a line width measuring apparatus, a line width measuring method, and a line width measuring mask for measuring a line width fluctuation of a pattern on a substrate, and in particular, measuring a line width fluctuation of a fine pattern in a manufacturing process of a semiconductor circuit element or the like. Line width measuring apparatus and line width measuring method suitable for, Line width variation detection device and line width variation display methodAbout.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the manufacturing process of a semiconductor circuit element and a liquid crystal display element, measurement of line width variation of a fine pattern formed on the surface of a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate (generally referred to as “substrate”) has been performed. For this measurement, a CD-SEM (Critical Dimension Scanning Electron Microscope) is generally used (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-273865 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, CD-SEM measurement is so-called one-point measurement, and is sequentially performed for each fine pattern on the substrate. Therefore, the required time increases as the number of fine patterns to be measured increases.
[0005]
An object of the present invention is to provide a line width measuring device capable of measuring line width fluctuations at high speed regardless of the number of fine patterns to be measured, andLine width variation detectorIs to provide.
[0007]
The line width measuring device of the present invention isImage capturing means for selectively capturing diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns from a substrate on which a plurality of types of repetitive patterns are transferred to each of different shot regions, and portions of the different shot regions of the diffraction images And calculating means for calculating line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot areas by comparing luminance information.
Preferably,The image capturing means selectively captures the diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns one by one with the same repetitive direction and different repetitive pitches and design line widths.But it ’s okay.
[0008]
Also preferably,The image capturing means selectively captures the diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns one by one with the same repetitive pitch and design line width and different repetitive directions.But it ’s okay.
Also preferably,The image capturing unit includes a setting unit that sets an apparatus condition at the time of capturing an image according to the repetition direction and the repetition pitch of the repetitive pattern.May be.
[0009]
Also preferably,A plurality of the repetitive patterns are arranged in each shot area of the substrate at a pitch smaller than the imaging resolution of the image capturing means.May be.
[0011]
The line width measuring method of the present invention isA plurality of types of repetitive patterns are transferred to each of different shot regions, and at least two types of repetitive patterns of the plurality of types of repetitive patterns transferred to a certain shot region, a repetitive direction, a repetitive pitch, and a design line A diffraction pattern of a repetitive pattern having the same repetitive direction, repetitive pitch, and design line width of each of the different shot regions is obtained from a substrate on which a repetitive pattern having the same width is also transferred to another shot region. An image capturing step of selectively capturing, and a calculation step of calculating line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot regions by comparing luminance information of the portions of the different shot regions of the diffraction image; It is equipped with.
[0012]
Preferably,In the image capturing step, the diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns having the same repetitive direction and the repetitive pitch and the design line width are selectively captured one by one.But it ’s okay.
Also preferably,In the image capturing step, the diffraction images of the plurality of types of repeated patterns having the same repetition pitch and the same design line width and different repetition directions are selectively captured one by one.But it ’s okay.
[0013]
Also preferably,In the image capturing step, apparatus conditions at the time of image capturing are set according to the repetition direction and the repetition pitch of the repetitive pattern.You may do it.
Also preferably,A plurality of the repetitive patterns are arranged in each shot area of the substrate at a pitch smaller than the imaging resolution of the image capturing means.May be.
[0014]
The line width variation detection apparatus of the present invention includes an image capturing unit that selectively captures diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns from a substrate on which a plurality of types of repetitive patterns are transferred to different shot regions, and Display means for displaying line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot areas by displaying luminance information of the different shot areas of the diffraction image.
Preferably, an adjustment unit that adjusts a relative positional relationship between the substrate and the image capturing device may be further provided.
[0015]
According to the line width variation display method of the present invention, a plurality of types of repetitive patterns are transferred to different shot areas, and at least two types of repetitive patterns of the plurality of types of repetitive patterns transferred to a certain shot area are used. From the substrate on which a repeating pattern having the same pattern and repeating direction, repeating pitch and design line width is also transferred to other shot areas, the repeating direction, repeating pitch and design line width of each of the different shot areas The image capturing step of selectively capturing a diffraction image of a repetitive pattern having the same, and displaying the luminance information of the portion of the different shot region of the diffraction image and the luminance information of the certain shot region Luminance information is the line width variation of the repetitive pattern transferred to the shot area. It is obtained by a Shimesuru display step.
Preferably, a correction step for correcting the non-uniformity of sensitivity inherent to the apparatus may be further provided prior to the display.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
BookAs shown in FIG. 1, the line width measuring apparatus 10 of the embodiment includes a
[0018]
The line width measuring apparatus 10 is an apparatus for automatically measuring a line width variation of a fine pattern (described later) formed on the surface of the substrate 11 in a manufacturing process of a semiconductor circuit element or the like. The substrate 11 is a test wafer, and is in a state after exposure / development to the resist film formed in the uppermost layer and before etching processing to a predetermined material film adjacent immediately below the resist film.
[0019]
Before specifically describing the line width measuring apparatus 10 of the present embodiment, the substrate 11 will be described. A plurality of shot regions (not shown) are two-dimensionally arranged on the entire surface of the substrate 11 (for example, 300 mmφ). In each shot area, a pattern group for line width measurement (to be described next) is uniformly transferred without a gap.
These pattern groups are transferred using the line
[0020]
As shown in FIG. 2B, the pattern area of the line
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration in one
[0022]
Each of the other three types of repeating
[0023]
Further, the arrangement directions B2, B3, and B4 of the five
In this specification, the design line width D1, the pitch P1, and the arrangement directions B1 to B4 of the
[0024]
As described above, the four types of repeating
Further, although not shown in the
[0025]
However, when the repeated patterns are compared between the
[0026]
As described above, the
[0027]
Further, since two
Furthermore, in the pattern area of the line
[0028]
In this specification, each of the repeated
[0029]
By using the line width measuring mask 20 (FIGS. 2 and 3) configured as described above and an exposure apparatus (not shown), 20 types of patterns are sequentially formed on the resist film in each shot region of the substrate 11. The group is transferred uniformly without gaps. The 20 types of pattern groups transferred to each shot area correspond to each of the pattern groups (31), (32), (33), (34),.
[0030]
Further, since the shot areas are two-dimensionally arranged on the entire surface of the substrate 11, as a result of transfer using the above-described line width measurement mask 20 (FIGS. 2 and 3), the entire surface of the substrate 11 (a plurality of shot areas). In this case, 20 types of pattern groups are transferred in the mixed state as many as the shot areas.
In the following description, the pattern groups (31), (32) of the line width measurement mask 20 (FIGS. 2 and 3) are respectively used for each of the 20 types of pattern groups transferred to the entire surface (a plurality of shot areas) of the substrate 11. ), (33), (34),..., Are added with a symbol added with a subscript “w”.
[0031]
Here, each of the 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... Transferred onto the entire surface (a plurality of shot areas) of the substrate 11 will be described. For example, the pattern group (31w) includes a large number of repetitive patterns 31w (fine patterns) transferred to different shot regions on the entire surface of the substrate 11, and the repetitive direction, repetitive pitch, and design line width of the repetitive patterns 31w are the same.
[0032]
However, the actual line width of the repetitive pattern 31w varies according to the exposure focus (focus) shift. In general, when the exposure focus is deviated from an appropriate value, the line width becomes thick regardless of the deviation direction (front pin, rear pin). That is, the actual line width of the repeated pattern 31w is the smallest when the exposure focus is an appropriate value. Such line width variation occurs for each shot region of the substrate 11. Note that it is considered that the repeat direction and repeat pitch of the repeat pattern 31w do not vary due to the exposure focus shift.
[0033]
Note that an isolated line pattern having an extremely large space may have the largest line width when the exposure focus is an appropriate value, and may become thinner when the exposure focus is shifted.
In the present embodiment, for example, the pattern group (31w) is a measurement target, and the line width measurement apparatus 10 is used to measure the line width variation of a large number of repetitive patterns 31w transferred to the entire surface of the substrate 11 for each shot region ( Details will be described later). Then, based on the measurement result by the line width measuring device 10, the quality of the transfer performance of the exposure device is determined.
[0034]
The other 19 types of pattern groups (32w), (33w), (34w),... Transferred on the entire surface of the substrate 11 are different shots on the entire surface of the substrate 11, as with the pattern group (31w). It is composed of a large number of repetitive patterns 32w, 33w, 34w,... Transferred to the region, and the repetitive direction, repetitive pitch, and design line width of the repetitive patterns 32w, 33w, 34w,.
[0035]
In addition, when 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... Are compared among the repeated patterns 31w, 32w, 33w, 34w,. At least one of the directions is different from each other. In the present embodiment, five types of design line widths and repetition pitches and four types of repetition directions exist in 20 types of repetition patterns 31w, 32w, 33w, 34w,.
[0036]
In general, the transfer performance of the exposure apparatus varies depending on the design line width of the repetitive pattern. Moreover, even if the design line width is the same, it varies depending on the repetition direction. For this reason, if the exposure focus is deviated from an appropriate value in one shot region, different line width variations occur in each of the 20 types of repetitive patterns 31w, 32w, 33w, 34w,.
[0037]
Therefore, 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... Transferred onto the entire surface of the substrate 11 are measured one by one and shot using the line width measuring device 10. By measuring the line width variation for each region (details will be described later), it is possible to determine whether the transfer performance of the exposure apparatus is good or bad from various angles.
Incidentally, each shot area of the substrate 11 has a maximum of 30 mm to 40 mm square, and a transfer portion (hereinafter referred to as a “basic block 21 w”) corresponding to the basic block 21 (FIG. 2C) on the substrate 11. , Longitudinal dimension (X in FIG. 2 (c)twenty oneIs about 60 μm. For this reason, about 100 basic blocks 21w are included in one shot area.
[0038]
Further, 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... Transferred onto the substrate 11 have a design line width (5 types) of, for example, about 100 nm to 300 nm and a repetitive pitch (5 For example, the angle is about 200 nm to 600 nm, and the repeat direction (four types) is 45 degrees.
[0039]
Next, a specific configuration of the line width measuring apparatus 10 (FIG. 1) will be described.
The
[0040]
Here, a direction parallel to the tilt axis of the
The illumination
[0041]
The light receiving optical system (14 to 16) is a decentered optical system including the concave reflecting
[0042]
The
[0043]
The illumination light L1 (wavelength λ) emitted from the illumination
Of the 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... Formed on the entire surface of the substrate 11, the repeating direction of the repeated patterns 31w, 32w, 33w, 34w,. Diffracted light is generated in various directions from those parallel to the tilt axis of the stage 12 (five types).
[0044]
The diffracted light L2 shown in FIG. 1 is a part of the diffracted light (for example, the first order diffracted light of the pattern group (31w)) generated in the direction of the optical axis O2 of the light receiving optical system (14-16). By changing the setting of the tilt angle θt of the
[0045]
Here, in the shot area where the exposure focus is deviated from the appropriate value in the entire surface (a plurality of shot areas) of the substrate 11, the line width of the repetitive pattern is thick (the repetitive direction and repetitive pitch are unchanged). Due to this line width variation, the diffraction efficiency is lowered, and as a result, the intensity of the diffracted light is reduced.
The diffracted
[0046]
In the present embodiment, the optical magnification by the concave reflecting
With respect to the imaging resolution (about 250 μm square) of the line width measuring apparatus 10, the size of the basic block 21w (the transfer portion of the
[0047]
The imaging resolution includes about 40 (4 × 10) basic blocks 21w (that is, each of eight repetitive patterns 32w, 33w, 34w,...). In this case, the image signal from the
[0048]
The
Selection of the diffraction image captured by the
[0049]
The apparatus conditions (tilt angle θt, rotation angle) by the tilt mechanism and rotation mechanism of the
[0050]
Here, a recipe regarding the tilt angle θt of the
sin (θi−θt) −sin (θd + θt) = mλ / p (1)
Expression (1) represents the relationship among the tilt angle θt of the
[0051]
With reference to a recipe created and registered in advance, the apparatus conditions are determined by the tilt mechanism and the rotation mechanism of the
In this way, when a diffraction image relating to one of 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... First, the
[0052]
As a result of the above correction process, a diffraction image reflecting only the line width variation of a large number of repetitive patterns 31w constituting the pattern group (31w) is obtained (see FIG. 4). That is, the line width variation of the repetitive pattern 31w appears as a local luminance change in the corrected diffraction image. However, since the line width variation occurs for each shot region, a luminance change corresponding to the line width variation also appears for each shot region.
[0053]
In addition, the line width variation in the shot area where the exposure focus has deviated from the appropriate value is “a variation in which the line width becomes thicker”, and the diffraction efficiency decreases due to this line width variation. Is a “change in which luminance decreases”.
That is, in the diffracted image of FIG. 4, the black portion where the brightness is greatly reduced corresponds to the shot region where the exposure focus is greatly deviated from the appropriate value, and the gray portion where the brightness is slightly lowered corresponds to the exposure focus from the appropriate value. Corresponding to a shot area that is slightly deviated, the white part where the luminance is not lowered corresponds to the shot area where the exposure focus is an appropriate value.
[0054]
The
The luminance information of the shot image is, for example, the average luminance of 3 × 3 pixels located in the center of the shot image, and is considered as luminance information of a portion corresponding to a large number of repetitive patterns 31w transferred to the shot area. Can do. Note that the average luminance of all the pixels of the shot image may be used as “shot image luminance information”.
[0055]
The comparison of brightness information of shot images is, for example, selecting a shot image having the highest average brightness and calculating a reduction amount of the average brightness of other shot images based on the average brightness of the shot image. Is done.
At this time, if the amount of decrease in average luminance is “0”, the shot area on the substrate 11 corresponding to the shot image is considered to have an appropriate exposure focus, and the repetitive pattern transferred to the shot area The line width variation of 31w is considered to be “0”.
[0056]
Then, it is considered that as the amount of decrease in average luminance is “large”, the exposure focus of the shot area is greatly deviated from the appropriate value, and the line width variation of the repetitive pattern 31w transferred to the shot area is considered “large”. That is, the amount of decrease in the average luminance of the shot image represents a relative line width variation.
Here, with respect to a case where exposure focus shift amounts (offset amounts) in several shot regions are known, a diffraction image relating to the entire surface of the substrate 11 is captured and the average luminance of the shot image is calculated (FIG. 5). explain.
[0057]
The horizontal axis of FIG. 5 represents the offset amount (μm) of exposure focus, and “offset amount = 0” represents an appropriate value. The vertical axis on the right is the average luminance (gradation) of the shot image, and the lower the figure is, the higher the luminance is. Moreover, the measurement result (micrometer) by CD-SEM is also shown on the left vertical axis | shaft of FIG. 5 for the comparison.
As can be seen from FIG. 5, the average luminance (■) of the shot image calculated by the line width measuring apparatus 10 of the present embodiment shows a line width variation that has a very good correlation with the measurement result (▲) by the CD-SEM. ing. When “offset amount = 0”, the average luminance (■) of the shot image is the highest, and the measurement result (結果) by the CD-SEM has the smallest line width.
[0058]
It can also be seen that the change in the average luminance (■) of the shot image is proportional to the line width variation. For example, in the example of FIG. 5, the correlation coefficient between the line width variation and the luminance change is about 20 nm / 100 gradations. In this case, the line width variation can be measured with an accuracy of several nanometers or less with respect to 10 gradations of the change amount of the average luminance (■) of the shot image.
Therefore, by measuring the correlation coefficient (for example, 20 nm / 100 gradation) between the line width variation and the luminance change in advance, other than the highest average luminance (reference) among the above-described diffraction images (see FIG. 4). The absolute value of the line width variation can be calculated based on the amount of decrease in the average brightness of the shot image.
[0059]
In the line width measuring apparatus 10 of the present embodiment, the diffraction image of the entire surface of the substrate 11 is captured in a collective field of view, and the luminance information of each shot image in the diffraction image is compared to measure the line width variation. Regardless of the number of target repeating patterns (number of shot areas), line width variation can be measured at high speed.
In this embodiment, the basic block 21w of the pattern group (31w), (32w), (33w), (34w),... For line width measurement is made sufficiently smaller than the imaging resolution (about 250 μm square). Generation of moire fringes in an image can be reliably suppressed. That is, generation of pseudo contrast other than the contrast related to the actual pattern structure can be avoided. As a result, the measurement accuracy of line width variation is improved.
[0060]
Furthermore, a single substrate 11 (test wafer) is used, and a plurality (20 in this embodiment) of line width variations can be obtained simply by changing the setting of the apparatus conditions (tilt angle θt, rotation angle) when capturing a diffraction image. Can be measured easily. For this reason, the quality of the transfer performance of the exposure apparatus can be easily determined from various angles.
For example, when a plurality of types of pattern groups having the same repetition direction but different repetition pitches and design line widths are to be measured, the tilt angle θt of the apparatus conditions is changed according to the repetition pitch (the rotation angle is fixed). In other words, each diffraction image can be selectively captured one by one, and the measurement of the line width variation (determination of the transfer performance of the exposure apparatus) when the repeat direction is the same can be easily performed.
[0061]
In addition, when a plurality of types of pattern groups having the same repetition pitch and the same design line width but different repetition directions are to be measured, the rotation angle of the apparatus conditions is changed according to the repetition direction (tilt angle θt is fixed). In other words, each diffraction image can be selectively captured one by one, and the measurement of the line width variation due to the repetition direction (determination of the transfer performance of the exposure apparatus) can be easily performed.
[0062]
(Modification)
In the above-described embodiment, the line width variation is measured based on the diffraction image after correcting the non-uniformity of sensitivity inherent in the line width measuring apparatus 10 (for example, brightness unevenness of the illumination optical system 13). However, the present invention is not limited to this. For example, when a change in luminance over a wide range due to uneven thickness of the resist film on the substrate 11 or a change in luminance over a wide range due to warpage of the substrate 11 appears in the diffraction image, It is preferable to measure the line width variation by selecting only shot images outside the range.
[0063]
Further, in the above-described embodiment, the measurement of the line width of the repetitive pattern at the resist stage has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to measure the line width of the repetitive pattern transferred to the underlayer in a state after etching the material film adjacent to the resist film.
In the above-described embodiment, line width measurement is performed by capturing a diffraction image of the entire surface of the substrate 11 in a collective field of view, but the present invention is not limited to this. For example, line width measurement may be performed by designating an arbitrary area (including one or more shot areas) that requires line width measurement in the substrate 11 and capturing the diffraction image in a collective field of view. .
[0064]
Furthermore, in the above-described embodiment, the apparatus conditions (tilt angle θt, rotation angle) are set and changed by the tilt mechanism and the rotation mechanism of the
[0065]
In the above-described embodiment, 20 types of pattern groups (31w), (32w), (33w), (34w),... Transferred using the line
[0066]
The
[0067]
Furthermore, the repeated
[0068]
In this way, by designing the outer shapes of the repeated
Further, the interval Δ between the repeating
[0069]
A plurality of pattern groups transferred by a line width measuring mask having the
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, line width variation can be measured at high speed regardless of the number of fine patterns to be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a line width measuring apparatus 10;
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a line
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of one
4 is a diagram showing an example of an entire diffraction image of a substrate 11. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a measurement result when an exposure focus shift amount (offset amount) is known;
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a
[Explanation of symbols]
10 Line width measuring device
11 Substrate
12 stages
13 Illumination optics
14 Concave reflector
15 Imaging lens
16 Image sensor
17 Image processing section
20 Line width measurement mask
21 basic blocks
22, 23, 24, 25, 26, 50 cells
31, 32, 33, 34, 51, 52 Repeat pattern
41, 42, 43, 44, 53, 54 Line pattern
Claims (14)
前記回折画像の前記異なるショット領域の部分の輝度情報を比較することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする線幅計測装置。Image capturing means for selectively capturing diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns from a substrate on which a plurality of types of repetitive patterns are transferred to each of different shot regions;
A line width comprising: a calculating means for calculating line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot areas by comparing luminance information of the different shot areas of the diffraction image Measuring device.
前記画像取込手段は、繰り返し方向が同じで且つ繰り返しピッチおよび設計線幅が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込む
ことを特徴とする線幅計測装置。In the line | wire width measuring apparatus of Claim 1 ,
The line width measuring apparatus, wherein the image capturing means selectively captures the diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns one by one having the same repetitive direction and different repetitive pitches and design line widths.
前記画像取込手段は、繰り返しピッチおよび設計線幅が同じで且つ繰り返し方向が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込む
ことを特徴とする線幅計測装置。In the line | wire width measuring apparatus of Claim 1 ,
The line width measuring apparatus, wherein the image capturing means selectively captures the diffraction images of the plurality of types of repeated patterns having the same repetition pitch and design line width and different repetition directions one by one.
前記画像取込手段は、前記繰り返しパターンの前記繰り返し方向および前記繰り返しピッチに応じて画像取り込み時の装置条件を設定する設定部とを有している
ことを特徴とする線幅計測装置。In the line | wire width measuring apparatus of any one of Claims 1-3 ,
The line width measuring apparatus, wherein the image capturing unit includes a setting unit that sets an apparatus condition at the time of capturing an image according to the repetition direction and the repetition pitch of the repetitive pattern.
前記基板は、前記基板の各ショット領域の中に前記繰り返しパターンが前記画像取込手段の撮像分解能より小さいピッチで複数配列されている
ことを特徴とする線幅計測装置。In the line width measuring device according to any one of claims 1 to 4 ,
The line width measuring apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the repeated patterns are arranged in each shot area of the substrate at a pitch smaller than an imaging resolution of the image capturing means.
前記回折画像の前記異なるショット領域の部分の輝度情報を比較することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を算出する算出工程と
を備えたことを特徴とする線幅計測方法。A plurality of types of repetitive patterns are transferred to each of different shot regions, and at least two types of repetitive patterns of the plurality of types of repetitive patterns transferred to a certain shot region, a repetitive direction, a repetitive pitch, and a design line A diffraction pattern of a repetitive pattern having the same repetitive direction, repetitive pitch, and design line width of each of the different shot regions is obtained from a substrate on which a repetitive pattern having the same width is also transferred to another shot region. An image capture process for selectively capturing;
A calculation step of calculating line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot areas by comparing luminance information of the different shot areas of the diffraction image. Measurement method.
前記画像取込工程では、前記繰り返し方向が同じで且つ前記繰り返しピッチおよび前記設計線幅が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込む
ことを特徴とする線幅計測方法。The line width measuring method according to claim 6 ,
In the image capturing step, the line width measurement, wherein the diffraction images of the plurality of types of repetitive patterns having the same repetitive direction and the repetitive pitch and the different design line width are selectively captured one by one. Method.
前記画像取込工程では、前記繰り返しピッチおよび前記設計線幅が同じで且つ前記繰り返し方向が異なる前記複数種類の繰り返しパターンの前記回折画像を1つずつ選択的に取り込む
ことを特徴とする線幅計測方法。The line width measuring method according to claim 6 ,
In the image capturing process, the diffraction image of the plurality of types of repetitive patterns having the same repetition pitch and the same design line width and different repetition directions are selectively captured one by one. Method.
前記画像取込工程では、前記繰り返しパターンの前記繰り返し方向および前記繰り返しピッチに応じて画像取り込み時の装置条件を設定する
ことを特徴とする線幅計測方法。In the line width measuring method according to any one of claims 6 to 8 ,
In the image capturing step, apparatus conditions at the time of capturing an image are set according to the repetition direction and the repetition pitch of the repetitive pattern.
前記基板は、前記基板の各ショット領域の中に前記繰り返しパターンが前記画像取込手段の撮像分解能より小さいピッチで複数配列されている
ことを特徴とする線幅計測方法。In the line width measuring method according to any one of claims 6 to 9 ,
The line width measuring method, wherein a plurality of the repetitive patterns are arranged at a pitch smaller than the imaging resolution of the image capturing means in each shot area of the substrate.
前記回折画像の前記異なるショット領域の輝度情報を表示することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を表示する表示手段とDisplay means for displaying line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot areas by displaying luminance information of the different shot areas of the diffraction image;
を備えたことを特徴とする線幅変動検出装置。A line width variation detecting device comprising:
前記基板と前記画像取込装置との相対位置関係を調整する調整手段をさらに備えるAn adjustment unit that adjusts a relative positional relationship between the substrate and the image capturing device is further provided.
ことを特徴とする線幅変動検出装置。A line width variation detecting device characterized by the above.
前記回折画像の前記異なるショット領域の部分の輝度情報と前記あるショット領域の輝度情報とを表示することにより、前記異なるショット領域に転写された前記繰り返しパターンの線幅変動を輝度情報として表示する表示工程とDisplay that displays the luminance information of the portion of the different shot area of the diffraction image and the luminance information of the certain shot area, thereby displaying the line width variation of the repetitive pattern transferred to the different shot area as luminance information Process and
を備えたことを特徴とする線幅変動表示方法。A line width variation display method characterized by comprising:
前記表示に先立って装置に固有な感度の不均一性を補正する補正工程をさらに備えるPrior to the display, the image processing apparatus further includes a correction step for correcting the non-uniformity of sensitivity inherent in the apparatus.
ことを特徴とする線幅変動表示方法。A line width variation display method characterized by the above.
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