JP2002116007A - 基板上のパターン要素のエッジをポジション決定するための方法および測定装置 - Google Patents
基板上のパターン要素のエッジをポジション決定するための方法および測定装置Info
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Abstract
密で迅速で再現可能であるエッジポジションの測定を画
素の下位の精度で可能とする、基板上のパターン要素の
エッジをポジション決定するための方法を提供する。 【解決手段】 完全に非線形であり且つ測定すべきエッ
ジを識別するモデルエッジのモデル・強度プロファイル
を検出して保存すること。所望のエッジポジションxk
を画素の下位の精度でモデル・強度プロファイル内にて
定義すること。測定すべきエッジを有する基板のカメラ
画像を記録すること。それから測定すべきエッジの1次
元の測定・強度プロファイルを決定すること。測定・強
度プロファイル内にてモデル・強度プロファイルを基準
点に対して相対的にその位置x mのデータで識別するこ
と。測定すべきエッジの検索ポジションpをp=xm+
xkで画素の下位の精度で決定すること。
Description
要素の測定すべきエッジをポジション決定するための方
法および測定装置に関し、この方法および測定装置で
は、エッジのカメラ画像から1次元の測定・強度プロフ
ァイルが検出され、それから、エッジのポジションが基
準点に対して相対的に決定される。
とは、特に、半導体製造に使用されるウエーハ上のマス
ク表面またはパターンにおける不透明または透明な領域
のことである。測定すべきパターン要素は様々な幅と長
さを有し、例えば、それらのエッジの位置、高さ、及び
方向付けにより区別することができる。基板上のパター
ン要素のポジションを示すためには、頻繁に、互いに平
行なエッジ位置が測定され、両方のエッジに対する中心
線がポジションとして示される。幅と長さに関して測定
可能なパターン要素、または交差する2つのパターン要
素において、ポジションは両方の中心線の交差点の座標
により示される。測定誤差が直接的に製造プロセスに影
響することになるので、エッジポジションの決定は特に
重要な意味をもつ。それにより半導体産業ではナノメー
タ領域の測定精度が要求される。
装置で行われる。周知の方法を実施するために適してい
る測定装置は、例えば、セミコン・ジュネーブ(Semicon
Genf)の教育プログラムにて98年3月31日に支給さ
れたカローラ・ブレーシング博士(Dr. Carola Blaesin
g)の講演稿本「マスクメーキングのためのパターン配置
測定学(Pattern Placement Metrology for Mask Makin
g)」に記載されている。
明する。パターン要素を有する基板は移動可能な測定テ
ーブル上に備えられ、測定面内のそのポジションは基準
点に対して相対的に干渉法で測定可能である。結像シス
テムは、その光学軸線を用いて、測定面に対して垂直に
配置されていて、パターン要素を有する基板領域を検出
器アレイ上に拡大して結像する。
(カラム)により、基板に割り当てられているx/y座
標システムの軸線に対して平行に方向付けられている。
パターン要素のエッジのポジションは、基板上にて定義
されている座標システム内の基準点に対して相対的に決
定され、この際、基準点としては、通常、結像システム
の光学軸線の、基板に対する衝突点が用いられる。一般
的に検出器アレイは、その中心部が基準点と一致するよ
うに方向付けられる。基板・座標システムの位置は、位
置合せマークを介して、測定装置・座標システムに対し
て相対的に方向付けられる。通常、測定すべきパターン
要素のエッジは、同様に、マスク・座標システムの軸線
に対して平行または垂直であり、それにより、検出器ア
レイの行と列に対しても方向付けられている。
有するパターン要素の画像は、画像解析法を用いて評価
される。ソフトウェア的に生成される長方形の測定窓を
使って、検出器アレイの所定の領域、即ち画像部分が測
定のために選択される。この測定窓は、有利には、パタ
ーン要素の測定すべきエッジに対して横向きに配置され
る。
ムの解像力と結像の質に制限されて様々な強さを有す
る。TVオートフォーカスシステムを使って最良のコン
トラストが調節される。それぞれ行または列としてパタ
ーン要素のエッジに対して平行に位置する測定窓内の画
素における強度から平均値が形成される。それから、エ
ッジに対して垂直に、画素行または画素列に関してエッ
ジ結像の強度プロファイルが得られる。この強度プロフ
ァイルは、具体的には、エッジに対して垂直に定義され
ている測定方向にて位置に依存する強度の関数である。
ァイルの所定の固有値、例えば最大強度の50%である
所定の固有値により定義される。結果として得られるエ
ッジ位置として、補間法によって求められる画素行また
は画素列が示され、この画素行または画素列においてエ
ッジが基準点に対して相対的に位置する。それにより、
エッジポジションの決定は画素の精度で行われる。
にてエッジ位置を決定することは特に重要である。周知
の方法では、強度が激しく上昇ないしは激しく下降する
強度プロファイルの領域においてエッジが推測される。
この領域では、強度プロファイルの個々の値を用いて直
線適合が実施される。問題点は、適合される領域の長さ
に応じて、及び、この長さと共に変化する、直線適合に
て使用される強度プロファイルの個々の値の数に応じ
て、直線適合が様々な傾斜を想定し得るということにあ
り、また、これらの様々な傾斜において、エッジ位置を
決定するための例えば最大強度の50%に位置する固有
値は、異なる個所に、即ち基板上の所定のポジションに
対応する異なる画素に位置する。つまり、直線適合の計
算ではエッジ決定の際に常に多大な誤差が生じることに
なる。
ブ形状が、パターンの幅と高さ、及び結像アパーチャに
特に依存するという他の問題点がある。つまり、光学的
な画像記録では、照明アパーチャが観察アパーチャに比
べて小さいと有利である。それにより、エッジの個所に
おいて強度プロファイルの最大の急傾斜を得ることがで
き、その結果、ポジションがより良く定義されるが、そ
の際にはプロファイル経過にて行過ぎ量が生じる。
ァイル内にパターンの陰影線が生じ、これらの陰影線は
追加的な極小を提供し、これらの極小は(例えばウエー
ハ上の)特に幅の狭いパターン線においてダブることに
なる。直線適合の方法により陰影線の外側境界のポジシ
ョンだけが決定され得るが、パターン要素の実際のエッ
ジのポジションを確実に決定することは不可能である。
ジポジションを決定するための方法が記載されている。
この方法は、検索されているエッジに対して、所定の傾
斜を有する直線を予め設定する。パターンの画像から周
知のように強度プロファイルが決定され、この強度プロ
ファイルにおいて、含まれる各エッジのために測定・直
線適合が算出される。異なる評価値が計算され、これら
の評価値は、測定・直線適合がモデルエッジから僅かな
誤差を有するエッジを選択するために用いられる。しか
し、最も類似するエッジの選択は極めて複雑であり計算
に手間がかかる。この選択は、現存するパターン幅に関
する知識を部分的に常に前提とする(例えば製造プロセ
スからの目標幅)。更に、エッジ位置の決定は画素の精
度を用いてのみ行われ、批判的な強度プロファイルにお
ける上記の直線適合の問題点は解決されずに残ってい
る。
は、任意に構成されているエッジにて、極めて精密で迅
速で再現可能であるエッジポジションの測定を画素の下
位の精度で即ち数ナノメータまでの正確さで可能とす
る、基板上のパターン要素のエッジをポジション決定す
るための方法を提供することである。
メラ画像から1次元の測定・強度プロファイルが検出さ
れ、それから、エッジのポジションが基準点に対して相
対的に決定される、基板上のパターン要素の測定すべき
エッジをポジション決定するための方法によって解決さ
れ、この方法は、本発明に従い、次の方法ステップによ
り特徴付けられている: a) 完全に非線形であり且つ測定すべきエッジを識別
するモデルエッジのモデル・強度プロファイルを検出し
て保存するステップと、 b) 所望のエッジポジションxkを画素の下位の精度
でモデル・強度プロファイル内にて定義するステップ
と、 c) 画素行と画素列から構成される測定すべきエッジ
のカメラ画像を記録するステップと、 d) 測定窓をカメラ画像上にエッジを横断して配置す
るステップと、 e) エッジの1次元の測定・強度プロファイルを測定
窓の画素の画像信号から決定するステップと、 f) 測定・強度プロファイル内のモデル・強度プロフ
ァイルを、基準点に対して相対的にその位置xmのデー
タで識別するステップと、 g) 前記基準点に関する測定すべきエッジのポジショ
ンpを、p=xm+xkにより画素の下位の精度で決定
するステップ。
おける測定すべきエッジをポジション決定するための測
定装置を提示することであり、この装置を用いて、任意
に構成されているエッジにて、極めて精密で迅速で再現
可能であるエッジポジションの測定が画素の下位の精度
で即ち数ナノメータまでの正確さで実施可能とされる。
と、想定すべきエッジのカメラ画像を記録するためのカ
メラと、基板を受容するための水平にxy方向で移動可
能な測定テーブルと、エッジを横断してカメラ画像上に
長方形の測定窓を配置するための手段と、測定窓の画素
の画像信号からエッジの横断面の1次元の測定・強度プ
ロファイルを決定するための手段と、基準点に対して相
対的にエッジのポジションpを決定するための手段とを
有する、基板上のパターン要素の測定すべきエッジをポ
ジション決定するための測定装置によって解決され、こ
の測定装置は次の特徴を有する: a) 完全に非線形であり且つ測定すべきエッジを識別
するモデルエッジのモデル・強度プロファイルを検出し
て保存するための手段が設けられていること、 b) 所望のエッジポジションxkを画素の下位の精度
でモデル・強度プロファイル内にて定義するための手段
が設けられていること、 c) 測定・強度プロファイル内のモデル・強度プロフ
ァイルを、基準点に対して相対的にその位置xmのデー
タで識別するための手段が設けられていること、及び、 d) 前記基準点に関する測定すべきエッジのポジショ
ンpを、p=xm+xkにより画素の下位の精度で決定
する手段が設けられていること。
出来映えのエッジを、同じタイプの他のエッジを発見お
よび測定するためのモデルエッジとして援用しようとい
う思想に基づいている。このモデルエッジからモデル・
強度プロファイルが生成され、このモデル・強度プロフ
ァイル内において、所望のモデルエッジポジションx k
が画素の下位の精度で定義される。また、数学的にシミ
ュレーションされるモデル・強度プロファイルを使用す
ることも可能である。この際には、例えば、モデルエッ
ジの実際の測定値に対する複数次元の適合関数に係る問
題となり得る。
素を有する基板からカメラ画像が記録される。このカメ
ラ画像内には、測定窓が、測定すべきエッジを越えて、
有利には測定すべきエッジを横断して配置され、それか
ら、測定・強度プロファイルが決定される。
ル内においてモデル・強度プロファイルが識別され、そ
の位置xmが基準点に対して相対的に決定される。それ
によりモデルエッジポジションも基準点に対して相対的
に示され得る。このモデルエッジポジションは、基準点
に対して相対的に、測定すべきエッジの検索されている
ポジションp=xm+xkと等しいことになる。
ルに対して合致するモデル・強度プロファイルが発見さ
れるというエッジにおいてだけエッジポジションの決定
が行われるという長所を提供する。このようにして、様
々なパターン及び様々なエッジタイプを有する基板、例
えば半導体マスクも測定され得る。そのためには、様々
なエッジタイプのために、それぞれに特徴付けられてい
て所望のモデルエッジポジションを有するモデル・強度
プロファイルが予め検出されて保存される。その後、測
定すべき実際のエッジの測定において、それぞれ合致す
るモデル・強度プロファイルが決定されて割り当てら
れ、測定すべき全てのエッジの検索されているポジショ
ンが画素の下位の精度で検出され得る。それにより、マ
スクまたはウエーハにおけるパターン要素の自動的な測
定も可能である。
ロファイル内にて識別するためには、本方法の有利な実
施形態において、モデル・強度プロファイルが数学的な
方式で仮想的に画素ステップで測定・強度プロファイル
に対して相対的に移動されて、モデル・強度プロファイ
ルと測定・強度プロファイルとの間の一致がどのポジシ
ョンにて最大であるかが確定される。
られる全ての仮想ポジションxjに対して、モデル・強
度プロファイルと測定・強度プロファイルとの間の一致
のための尺度として相関値Kjが決定される。相関値K
jを決定するためには次の式が使用され得る。
定・強度プロファイルの画素の強度値を表す。Mは、モ
デル・強度プロファイルの画素の強度値を表す。iは、
1…Nであり、モデル・強度プロファイルの画素を表
す。
ションxjに対して、測定・強度プロファイル上のモデ
ル・強度プロファイルの第1画素i=1が位置する測定
・強度プロファイル内の画素を表す。
致を示す。また、測定・強度プロファイルの曲線経過が
モデル・強度プロファイルにより描かれる場合、測定・
強度プロファイルのノイズ部分によっても大きな相関値
Kjが生成され得る。そのために、ノイズにおける強度
経過に起因する大きな相関値Kjは、本発明に従い、他
の評価によって排除される。
まり、離散相関値Kjから相関関数K(x)が作成され、
その極大が決定され得る。
に関して調べられ、ノイズに起因する居部的な極大が抜
き出され、検索されているエッジに割り当てられている
残りの極大xmから、測定すべきエッジのポジションが
p=xm+xkで決定される。
が決定され、その零点が決定され、この場合、ノイズに
起因する零点が抜き出される。検索されているエッジに
割り当てられている残りの零点xmから、測定すべきエ
ッジのポジションがp=xm+xkで決定される。
ち相関曲線を作成することなく相関値を評価することも
可能である。そのためには、評価すべき相関値に対して
下方の極限値が確定される。この極限値を超過する相関
値のために少なくとも1つの局部的な放物線適合が作成
される。相関値の複数のグループが前記の極限値以上に
位置する場合には複数の放物線適合が作成される。放物
線適合の局部的な極大が画素の下位の精度で決定され
る。ノイズにおける強度経過に起因する局部的な極大が
抜き出される。測定すべきエッジに起因して残っている
局部的な極大xmから、検索されているエッジポジショ
ンがp=xm+xkで決定される。
値Kjのために勾配ΔKj=Kj−Kj+1が検出され
る。その後、可能な全ての零点の周辺において直線適合
が計算され、この場合、この直線適合は、少なくとも1
つの値ΔKjがゼロよりも大きく1つの値がゼロよりも
小さいΔKjのグループでそれぞれ行われる。直線適合
の零点が決定され、ノイズの強度経過に起因する零点が
抜き出される。検索されているエッジポジションpは、
ノイズではなく測定すべきエッジに起因して残された零
点xmからp=xm+xkで決定される。
j−1及びKj+1がより小さい値を有する離散相関値
Kjの周辺にて局部的な放物線適合が決定される。この
局部的な放物線適合の局部的な極大は画素の下位の精度
で決定される。その後、ノイズの強度経過に起因する局
部的な極大が他の評価以前に抜き出される。検索されて
いるエッジポジションpは、測定すべきエッジに起因し
て残されている局部的な極大xmからp=xm+xkで
決定される。
ジが互いに鏡像的であるパターン要素にて、両方のエッ
ジのポジションの決定が、前もって知られているモデル
・強度プロファイルだけを使って行われる。例えば左エ
ッジを識別することのできるモデル・強度プロファイル
が予め提供されている場合、先ずは左エッジが既述の方
法を用いて発見され、そのポジションが画素の下位の精
度で決定される。その後、モデル・強度プロファイルが
反転され、それにより、右エッジを識別する第2のモデ
ル・強度プロファイルが形成される。この第2のモデル
・強度プロファイルを用いて、その後、左エッジに対し
て対称である右エッジが発見され、そのポジションが画
素の下位の精度で決定される。
得られる。
ジタイプを識別する非線形の複数の異なるモデル・強度
プロファイルが検出されて保存されることにより、測定
すべき複数のエッジを有する基板が測定され得る。個々
の各モデル・強度プロファイル内において所望のエッジ
ポジションxkが画素の下位の精度で定義される。その
後、測定すべき複数のエッジを有する基板から少なくと
も1つの測定・強度プロファイルが検出される。異なる
モデル・強度プロファイルは測定・強度プロファイル内
で識別され、この際、測定・強度プロファイル内にて発
見された各モデル・強度プロファイルは基準点に対して
相対的にその位置xmで表される。割り当てられている
モデル・強度プロファイルを用いて識別された各エッジ
のポジションpは、p=xm+xkで画素の下位の精度
で決定される。
なモデルエッジのために、非線形の複数の異なるモデル
・強度プロファイルが検出されて保存される。モデル・
強度プロファイルの個々の各モデル・強度プロファイル
内において所望のエッジポジションxkが画素の下位の
精度で定義される。モデル・強度プロファイルが前もっ
て決定されている測定すべきエッジを有する基板から1
次元の測定・強度プロファイルが検出される。測定すべ
きエッジに割り当てられている正しいモデル・強度プロ
ファイルは、前もって検出されている多数のモデル・強
度プロファイルから測定・強度プロファイル内にて検出
され、この場合、測定・強度プロファイル内にて発見さ
れたモデル・強度プロファイルに対して、その位置xm
が基準点に対して相対的に表される。割り当てられてい
るモデル・強度プロファイルを用いて識別されたエッジ
のポジションpは、p=xm+xkで画素の下位の精度
で決定される。
狭いパターンや、極めて狭い間隔で互いに位置するパタ
ーンのような、複雑な測定・強度プロファイルを生じさ
せる複雑な縁状況においても、パターン要素のエッジの
ポジションを測定可能とする。このポジション決定は信
頼性があり且つ画素の下位の精度で可能である。
基づいて更に詳細に説明する。
ートが示されている。この方法は7つの方法ステップを
有する。次に、これらの方法ステップについて説明す
る。
て、完全に非線形であり且つ測定すべきエッジを識別す
るモデルエッジのモデル・強度プロファイルが検出され
て保存される。
法で検出され得る。
ジの強度プロファイルを測定し、測定された強度プロフ
ァイルのプロファイル部分領域をモデル・強度プロファ
イルとして取り出すことが挙げられる。そのためには、
先ず、行(ロウ)と列(カラム)に配置されている画素
から構成されるモデル基板のカメラ画像が記録される。
このモデル基板はモデルエッジを有し、このモデルエッ
ジは、そのパラメータにおいて、測定すべきエッジに対
応する。この場合、モデルエッジにより識別可能である
測定すべきエッジの測定において後に使用されるべきも
のと同じ光学的な測定パラメータが使用される必要があ
る。それにより、同種のエッジから同様の(又は同様に
近い)強度プロファイルが記録されることが保証され
る。
定窓が配置され、この測定窓の画素の画像信号から、モ
デル基板の1次元の強度プロファイルが検出される。こ
の強度プロファイルから、モデルエッジを識別する非線
形のプロファイル部分領域がモデル・強度プロファイル
として取り出されて保存される。
ァイルに対して多項式適合を作成し、この多項式適合の
値を相関値Kjの計算のために使用することが追加的に
可能である。
可能性として、モデルエッジのモデル・強度プロファイ
ルを測定ではなく数学的なシミュレーションにより生成
することが挙げられる。つまり、例えば、モデルエッジ
のモデル・強度プロファイルに対して多項式適合が作成
され、この多項式適合の値が相関値Kjの計算のために
使用され得るが、この方式では、使用可能なシミュレー
ション計算問題の計算のために、後に測定すべきエッ
ジ、その基板、及び測定光学系に関する極めて正確な知
識が前提とされる。
ッジポジションxkが画素の下位の精度(サブピクセル
の精度)でモデル・強度プロファイル内にて定義され
る。つまり、所望のエッジポジションは画素幅を考慮せ
ずにモデル・強度プロファイルの任意の位置にて選択さ
れ得る。例えば、モデル・強度プロファイルはコンピュ
ータのモニタ上に拡大されて表示され得る。その後、カ
ーソルの方法により所望のエッジポジションがモデル・
強度プロファイル内にて目指され、例えばコンピュータ
マウスを用いたマウスクリックにより選択され得る。
画素列から構成される測定すべきエッジのカメラ画像が
記録される。
カメラ画像上にエッジを横断して配置される。この測定
窓は、測定すべきエッジを有するカメラ画像の一部分を
確定し、この部分から1次元の測定・強度プロファイル
が検出される。この測定窓は(例えば、光学的な窓、ま
たは電子的な窓、またはカメラの画像部分ないしはカメ
ラのズームによる)ハードウェアによるか又はソフトウ
ェアによって実現され得る。この測定窓は有利には長方
形であり、その長い方の辺は測定すべきエッジに対して
横向きに方向付けられる。
1次元の測定・強度プロファイルが測定窓の画素の画像
信号から決定される。この1次元の測定・強度プロファ
イルを決定するためには様々な方法が知られていて、こ
れらの方法は、基板上の測定窓ないしはカメラ画像内の
測定窓の方向付けに特に依存する。
ッジの縦方向に延びる場合には、行方向における1次元
の測定・強度プロファイルの決定は列・画素値の加算に
より行われる。
ジの縦方向に延びる場合には、列方向における1次元の
測定・強度プロファイルの決定は行・画素値の加算によ
り行われる。
強度値の平均値形成も行われ得る。つまり、測定窓の画
素・行が測定すべきエッジの縦方向に延びる場合には、
列方向における1次元の測定・強度プロファイルの決定
は行・画素値の加算および平均値形成により行われる。
ッジの縦方向に延びる場合には、行方向における1次元
の測定・強度プロファイルの決定は列・画素値の加算お
よび平均値形成により行われる。
度プロファイル内のモデル・強度プロファイルが、基準
点に対して相対的にその位置xmのデータで識別され
る。例えば、モデル・強度プロファイルの位置xmは、
測定・強度プロファイル内のモデル・強度プロファイル
の第1画素のポジションにより示される。
プロファイルを識別するためには、本方法の1つのバリ
エーションとして、例えば、モデル・強度プロファイル
が、ステップごと、即ち画素ごとに計算によって測定・
強度プロファイル上にて仮想ポジションへと移動され
る。各仮想ポジションjのために、モデル・強度プロフ
ァイルと測定・強度プロファイルとの間の一致性のため
の尺度として相関値Kjが決定される。
モデル・強度プロファイルが測定・強度プロファイルと
一致する個所として考慮の対象となり、それから、測定
すべきエッジのポジションが決定され得る。選択の際に
は、ノイズに起因する相関値の極大が抜き出されなくて
はならない。
の強度のための最大の値が決定され、この最大の値に相
関極限値Kminが割り当てられること、及び、この相
関極限値Kmin以下に位置する局部的な極大が、検索
されているエッジポジションpの決定以前に抜き出され
ることが挙げられる。
数K(x)を決定し、その導関数およびこの導関数の零点
を計算することが挙げられる。この場合、相関値Kjの
ノイズの強度のための最大の値が決定され、この最大の
値に相関極限値Kminが割り当てられる。その後、零
点に割り当てられている相関関数K(x)の値が相関極限
値Kmin以下に位置するというそれらの零点が、検索
されているエッジポジションpの決定以前に抜き出され
る。
きエッジのポジションpが、p=x m+xkにより画素
の下位の精度で決定される。エッジのポジションpは画
素の下位の精度で得られ、それは、モデル・強度プロフ
ァイル内のモデルエッジのポジションxkの確定が画素
の下位の精度で任意に行われるためである。
物)2のカメラ画像1が図示されていて、モデルパター
ン2は、明るい背景、即ち基板3に対して、交差する2
つの暗いバーとしてカメラ画像1内に現れている。基板
3は、例えば、半導体マスクのガラス基板、またはウエ
ーハであり得る。この例ではモデルパターン2の垂直バ
ーの左エッジがモデルエッジ4として使用される。測定
窓5はモデルエッジ4に対して横向きにカメラ画像1内
に配置されている。このカメラ画像は画素(非図示)か
ら構成され、これらの画素は行列として配置されてい
る。
されるモデル・強度プロファイルが示されていて、この
モデル・強度プロファイルは測定窓5の画素から計算さ
れたものである。このモデル・強度プロファイルは左部
分にて高い強度値を有し、この高い強度値は、明るい背
景、即ち基板3の結果として得られている。右部分にお
いてこのモデル・強度プロファイルは低い輝度値を有
し、この低い輝度値はモデルパターン2の暗い垂直バー
に起因するものである。中間部分においてこのモデル・
強度プロファイルは、スロープ、即ち強度値の降下部を
有する。このスロープの領域にモデルエッジ4のポジシ
ョンが位置する。モデルパターン2の製造物の固有値、
前述した比較測定、並びに数学的な考察から、モデルエ
ッジ4のポジションのための目標値が予め設定され得
る。
ッジ4のエッジポジションxkを伴う図3のモデル・強
度プロファイルが示されている。このモデルエッジ4の
エッジポジションxkは、本発明による方法において、
後に測定すべき実際のエッジにおけるエッジポジション
を決定するために用いられる。
イルが示されていて、この測定・強度プロファイルは、
パターン要素の測定すべき実際のエッジにて検出された
ものである。そのために、測定すべきエッジのカメラ画
像が記録され、長方形の測定窓がエッジを横断してカメ
ラ画像上に配置された。その後、エッジの横断面の1次
元の測定・強度プロファイルが測定窓の画素の画像信号
から算出された。
イル内にて識別されたモデル・強度プロファイルのポジ
ションxmが示されている。図面から言えるように、そ
のためにモデル・強度プロファイルが測定・強度プロフ
ァイル上にて画素ステップで移動され、最も大きな一致
の個所が決定された。数学的に記載すると、モデル・強
度プロファイルの仮定される各ポジションに対して相関
値が決定された。その際、測定された測定・強度プロフ
ァイル内のモデル・強度プロファイルのポジションは、
最も大きな相関値を有する画素値に対応する(ここで
は、ノイズに起因する相関値の極大は既に度外視されて
いる。)。
ける離散相関値による放物線適合(実線で表示)が示さ
れている。検出された各離散相関値は小さな十字として
示されている。ここで、これらの十字は画素間隔で配置
されている。最良の相関の個所として放物線適合の極大
が決定される。検出された相関値の最大値Kmaxは2
つの画素の間に位置する。この放物線適合から、そのポ
ジションxmが画素の下位の精度で決定され得る。
ける、本発明に従って検出された測定すべきエッジのエ
ッジポジションp=xm+xkが示されている。モデル
エッジのポジションxkがモデル・強度プロファイル内
にて前もって定義されたので、それにより、実際に検索
されたエッジのポジションpを発見することができた。
ジをポジション決定するための測定装置6が示されてい
る。
し、このグラニットブロック11は振動ダンパ12、1
3上に備えられている。グラニットブロック11上にお
いて、フレームとして形成されている測定テーブル14
は、空気軸受15、16上においてx方向およびy方向
(図面では2つの矢印で示唆されている)にてスライド
して移動可能である。測定テーブル14のフレームは、
有利には、小さな熱膨張係数を有するガラスセラミック
で構成されている。測定テーブル14を移動させるため
の駆動要素は図示されていない。測定テーブル14のポ
ジションは、レーザ干渉計システム17を用いてx方向
およびy方向にて測定される。
18が嵌め込まれている。このマスク18は例えば石英
ガラスから構成されている。マスク表面上には、測定す
べきエッジ7を有するパターン要素8が配置されてい
て、このエッジ7のポジションが決定されるべきであ
る。測定テーブル14がフレームとして形成されている
ので、マスク18は下方からも透照可能である。
て、光学的に高い質を有するレンズ19が設けられてい
て、このレンズ19は、焦点合せのために、その光学軸
線20に沿ってz方向にて位置調節可能である。光学軸
線20は、エッジ7の相対的なポジションの測定のため
の基準点を定義する。
源22の光が光学的な光路内に導かれ、他方では、結像
光線がカメラ23に向けられる。入射光光源22は例え
ばUVスペクトル領域近傍にて放射される。カメラ23
を用いてパターン要素8のエッジ7の画像が記録され、
この画像からエッジ7のポジションがマスク18上の座
標として決定される。カメラとしては、例えば高解像度
の画素アレイを有するCCDカメラが使用される。ま
た、画像信号からカメラ画像内の測定窓のための強度プ
ロファイルが決定され得るのであれば、他の高解像度の
検出器装置も使用可能である。
が組み込まれていて、この照明装置には、高さ調節可能
な集光器24と、透過光光源25とが含まれる。集光器
24の光学軸線はレンズ19の光学軸線20と一直線上
に並んでいる。透過光光源25の光は入力用接続光学部
26を用いて光導波路27内に接続される。光導波路2
7から出てくる光は出力用接続光学部28を用いて光導
波路27から取り出され、集光器24内に放射される。
節により、パターン要素8上に向かうべき照明光線がマ
スク18の様々な光学的な厚さに適合される。集光器2
4のヘッドは特に測定テーブル14の開いたフレーム内
に達し得る。また、テーブル移動の際に全マスク面を損
傷から保護するために、集光器24はグラニットブロッ
ク11の表面の下側にも引き込まれ得る。光源22及び
25は互いに依存しないでスイッチオンすることができ
る。
れていて、このコンピュータ29は、カメラ23及びレ
ーザ干渉計システム17と接続されている。更にモニタ
30がコンピュータ29と接続されている。このモニタ
30は、カメラ23を用いて記録された画像を表示する
ために用いられる。コンピュータ29にはコンピュータ
プログラムがインストールされていて、このコンピュー
タプログラムはエッジ7のポジションを測定するための
方法ステップを制御および実行する。
ための測定装置の前記実施形態は、入射光か透過光のい
ずれかを用いて照明および測定するという可能性を提供
する。当然のことであるが、入射光照明だけを有する装
置、または透過光照明だけを有する装置を形成すること
も可能である。
ションの測定について説明する。
際にポジション決定する以前に、第1方法ステップにお
いて、先ずは、完全に非線形であり且つ測定すべきエッ
ジ7を識別するモデルエッジのモデル・強度プロファイ
ルが検出されて保存される。本ケースでは、モデルパタ
ーン(非図示)の実際のモデルエッジにおける強度プロ
ファイルが測定され、検出された強度プロファイルのプ
ロファイル部分領域がモデル・強度プロファイルとして
取り出された。
モデル基板(非図示)から、画素行と画素列から構成さ
れるモデルエッジのカメラ画像がカメラ23を用いて記
録される。この場合、モデルエッジにより識別可能であ
る測定すべきエッジ7の測定において使用されるべきも
のと同じ光学的な測定パラメータが使用される。これら
の同じ光学的な測定パラメータを使用することにより、
同種のエッジから同様の(又は同様に近い)強度プロフ
ァイルが記録されることが保証される。
コンピュータ29に伝達される。コンピュータプログラ
ムを用いて又は利用者により、モデル基板のカメラ画像
上に長方形の測定窓が配置される。この実際の画像部分
は(例えば、光学的な窓、または電子的な窓、または画
像部分ないしはカメラのズームによる)ハードウェアに
よるか又はコンピュータプログラムを用いて画像信号の
データからの選択により実現され得る。測定窓は有利に
は長方形であり、その長い方の辺は測定すべきエッジに
対して横向きに方向付けられる。
の1次元の強度プロファイルがコンピュータプログラム
を用いて検出される。この強度プロファイルから、モデ
ルエッジを識別する非線形のプロファイル部分領域がモ
デル・強度プロファイルとして取り出されて保存され
る。
ッジポジションxkが画素の下位の精度でモデル・強度
プロファイル内にて定義される。このことは、利用者に
より行われるか、またはコンピュータプログラムの機能
を用いて自動的にコンピュータ29にて行われる。所望
の理想的なエッジポジションは画素幅を考慮せずにモデ
ル・強度プロファイルの任意の位置にて選択され得る。
例えば、モデル・強度プロファイルはモニタ30上に拡
大されて表示され得る。その後、利用者は、モニタ30
上におけるカーソルの方法により所望のエッジポジショ
ンをモデル・強度プロファイル内にて目指し、例えばコ
ンピュータマウスまたは他のカーソル制御装置(非図
示)を用いたマウスクリックにより選択することができ
る。
されているように、マスク18が測定テーブル14上に
配置される。そして、画素行と画素列から構成される測
定すべきエッジ7のカメラ画像がカメラ23を用いて記
録される。
0上に表示されているカメラ画像内に測定窓がエッジを
横断して配置される。この測定窓は、測定すべきエッジ
7を有するカメラ画像の一部分を確定する。モデル・強
度プロファイルの作成にて既述したように、この測定窓
は利用者またはコンピュータプログラムにより確定され
る。
ータ29は、コンピュータプログラムを使用しながら、
エッジ7の1次元の測定・強度プロファイルを、選択さ
れた測定窓の画素の画像信号から計算する。この測定・
強度プロファイルは、エッジ7のカメラ画像内にてこの
エッジ7に対して横向きの強度経過を表す。
ータ29を用いて、そのコンピュータプログラムを使っ
て、測定・強度プロファイルのどの位置にモデル・強度
プロファイルが現れているか又は含まれているかが検出
される。つまり、モデル・強度プロファイルが測定・強
度プロファイル内にて識別されて位置決定される。この
場合、測定・強度プロファイル内のモデル・強度プロフ
ァイルの位置xmは、基準点、例えば光学軸線20に対
して相対的に決定される。例えば、測定・強度プロファ
イルのどの位置(画素値で表現)にモデル・強度プロフ
ァイルの第1画素が現れているかが、モデル・強度プロ
ファイルの位置xmとして示され得る。
ータ29によりコンピュータプログラムを用いて、測定
すべきエッジ7のポジションpが決定される。このポジ
ションpは、測定・強度プロファイル内のモデル・強度
プロファイルにおける基準点に対して相対的な位置xm
と、モデル・強度プロファイル内のモデルエッジのポジ
ションxkとの加算からp=xm+xkで得られる。エ
ッジ7のポジションpは画素の下位の精度で得られ、そ
れは、モデル・強度プロファイル内のモデルエッジのポ
ジションxkの選択が画素の下位の精度で任意に行われ
たためである。
が、特許請求の保護範囲を逸脱することなく変更および
変形が行われ得ることは、この専門分野に従事する当業
者にとって明らかなことである。
ある。
像を示す図である。
ファイルを示す図である。
モデルエッジポジションxkと共に示す図である。
る測定・強度プロファイルを示す図である。
いるモデル・強度プロファイルのポジションを示す図で
ある。
ョンの決定を示す図である。
ジション決定するための測定装置を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】エッジのカメラ画像から1次元の測定・強
度プロファイルが検出され、それから、エッジのポジシ
ョンpが基準点に対して相対的に決定される、基板上の
パターン要素の測定すべきエッジをポジション決定する
ための方法において、下記の方法ステップを含むことを
特徴とする方法: a) 完全に非線形であり且つ測定すべきエッジを識別
するモデルエッジのモデル・強度プロファイルを検出し
て保存するステップ。 b) 所望のエッジポジションxkを画素の下位の精度
でモデル・強度プロファイル内にて定義するステップ。 c) 画素行と画素列から構成される測定すべきエッジ
のカメラ画像を記録するステップ。 d) 長方形の測定窓をカメラ画像上にエッジを横断し
て配置するステップ。 e) エッジの横断面の1次元の測定・強度プロファイ
ルを測定窓の画素の画像信号から決定するステップ。 f) 測定・強度プロファイル内のモデル・強度プロフ
ァイルを、基準点に対して相対的にその位置xmのデー
タで識別するステップ。 g) 前記基準点に関する測定すべきエッジのポジショ
ンpを、p=xm+xkにより画素の下位の精度で決定
するステップ。 - 【請求項2】請求項1に記載の方法において、下記の他
の方法ステップを有することを特徴とする方法: a)モデル・強度プロファイルを、画素ステップで、基
準点に対して相対的に配置されている測定・強度プロフ
ァイル上の仮想ポジションxj(j=画素インデック
ス)へと数学的に仮想的に移動させるステップ。ここ
で、画素jはモデル・強度プロファイルの第1の強度値
の仮想個所を表す。及び、取られている各仮想ポジショ
ンxjに対して離散相関値Kjを決定するステップ。 b)離散するKjから相関関数K(x)を作成するステッ
プ。ここで、画素jでは である。 c)相関関数K(x)の局部的な極大を画素の下位の精度
で決定するステップ。 d)ノイズにおける強度経過に起因する相関値Kjの局
部的な極大を抜き出すステップ。 e)測定すべきエッジに起因して残っている局部的な極
大xmから、検索されているエッジポジションpをp=
xm+xkで決定するステップ。 - 【請求項3】請求項1に記載の方法において、下記の他
の方法ステップを有することを特徴とする方法: a)モデル・強度プロファイルを、画素ステップで、基
準点に対して相対的に配置されている測定・強度プロフ
ァイル上の仮想ポジションxj(j=画素インデック
ス)へと数学的に仮想的に移動させるステップ。ここ
で、画素jはモデル・強度プロファイルの第1の強度値
の仮想個所を表す。及び、取られている各仮想ポジショ
ンxjに対して離散相関値Kjを決定するステップ。 b)離散するKjから相関関数K(x)を作成するステッ
プ。ここで、画素jでは である。 c)相関関数K(x)の導関数ΔK(x)を形成するステッ
プ。及び、導関数ΔK(x)の零点を決定するステップ。 d)ノイズにおける強度経過に起因する零点を抜き出す
ステップ。 e)ノイズではなく測定すべきエッジに起因して残って
いる零点xmから、検索されているエッジポジションp
をp=xm+xkで決定するステップ。 - 【請求項4】請求項1に記載の方法において、モデル・
強度プロファイルが、実際のモデルエッジのモデル・強
度プロファイルの決定により、又は、モデルエッジの数
学的なシミュレーションにより検出されることを特徴と
する方法。 - 【請求項5】請求項1に記載の方法において、互いに鏡
像対称的な少なくとも2つのエッジのポジションの測定
が、下記の方法ステップにより行われることを特徴とす
る方法: a)完全に非線形であり且つこれらのエッジの1つを識
別する第1のモデル・強度プロファイルを検出して保存
するステップ。 b)第1のモデル・強度プロファイルを用いて少なくと
も1つのエッジのポジションを決定するステップ。 c)第1のモデル・強度プロファイルを反転するステッ
プ。及び、反転された第1のモデル・強度プロファイル
を、仮想の反転モデルエッジに割り当てられている第2
のモデル・強度プロファイルとして保存するステップ。 d)既に測定されたエッジに対して鏡像対称的である少
なくとも1つのエッジのポジションを、第2のモデル・
強度プロファイルを用いて決定するステップ。
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