JP2005514670A

JP2005514670A - 改良された位相欠陥感度のためのデフォーカスを利用する差分検出器

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Publication number: JP2005514670A
Application number: JP2003558900A
Authority: JP
Inventors: クランツ・マティアス・シー．; ペティボーン・ドナルド・ダブリュ．; クヴァム・デイモン・エフ．; ストコフスキー・スタン
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2005-05-19
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Abstract

【課題】位相欠陥を検出する装置および方法を提供する。
【解決手段】本発明は大きくは、位相シフトマスク内の欠陥を透過するときの光の歪みに基づいてこれら欠陥を検出することに基づく。エッチングされた領域のバンプのような欠陥を通る光は、空気を通る光とは異なる速度で移動する。欠陥から生成される信号を強調するために、本発明は実施形態において、スキャニングビームのフォーカスを検査されるフォトマスクよりも上または下のレベルに設定することで、デフォーカスされたビームを生むデフォーカスされた光検査ビームを提供する。フォトマスクによって反射または透過されるスキャニングビームからの光は、検出器によって集光され少なくとも２つの部分に分割され、そのそれぞれが信号を発生する。２つの検出器部分のそれぞれにおいて発生される信号群から作られる、結果として生じる差分信号は、欠陥がフォトマスク中に存在するかを決定するのに用いられ、ある実施形態においては、結果信号からイメージが生成される。

Description

本発明は、２００１年１２月２８日に出願された「DIFFERENTIAL DETECTOR COUPLED WITH DEFOCUS FOR IMPROVED PHASE DEFECT SENSITIVITY」と題されるMatthias C. Krantz、Donald W. Pettibone、Damon F. KvammeおよびStan Stokowskiによる米国特許仮出願第６０／３４４，２２５号のＵ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の優先権を主張し、これはその全体が全ての目的のために参照によって援用される。

本発明は、半導体プロセスにおいて用いられるマスク中の欠陥を検出する方法および装置に関する。より具体的には本発明は、位相シフトマスク中の欠陥を検出する装置および方法に関する。

半導体ウェーハの製造は典型的には、ウェーハのレイヤ上に回路パターンを作るためにフォトリソグラフィに依存する。ウェーハは、「フォトレジスト」でコーティングされる。それから光がそのマスクを通して照射され、ウェーハ上に画像が形成される。フォトレジストは、感光性の材料である。ネガフォトレジストは、露光されると堅くなったり硬化し、露光されなかった領域が洗い流されえる。例えばあるシステムでは、紫外光がフォトレジストレイヤの一部を露光するために用いられる。ポジフォトレジストは、逆に反応し、露光された領域が洗い流される。残ったフォトレジストがマスクとして働き、材料がフォトレジストによって覆われない領域に堆積され、それよってウェーハ上にパターンが形成される。それからフォトレジストが除去される。

設計者および製造者は、より小さいフィーチャを持つ回路は一般により高速で歩留まり（標準的な半導体ウェーハから製造される使用可能なチップの個数）が高いということを認識した上で、ウェーハからより小さいデバイスを開発するために常に格闘してきた。フォトリソグラフィ装置の製造者は、一般に、より小さいフィーチャサイズを達成するために１９３ｎｍ未満の現在のサイズに至るまでより小さい波長を段階的に使用する装置を採用してきている。しかし回路フィーチャのサイズが小さくなるにつれ、フォトレジストマスクを作るために用いられる光の波長およびウェーハフィーチャサイズ間の収束のような物理的限界は、同じ半導体製造装置を用いてのフィーチャサイズのさらなる縮小に対して障壁になる。

このような装置の設計者は、位相シフトマスク（ＰＳＭ）がより小さいフィーチャのパターニングを可能にし、ＰＳＭからフォトレジストパターンを作るのに用いられる光の波長にフィーチャサイズが近づいてもそのようなパターニングが可能であることを発見した。ＰＳＭの使用は場合によっては、最小フィーチャサイズを半分に小さくしえる。ＰＳＭを用いると、マスクはもはや設計形状のようには見えない。その代わりにＰＳＭは、ＰＳＭを通過する光の干渉による強め合いおよび弱め合いの結果として設計形状を生むような形状を含む。交互の位相シフトマスクは、マスクに小さいくぼみをエッチングするためのエッチング手法を一般に用いる。くぼみを透過する光は、エッチングされていない領域に比べて位相シフトを受け、ウェーハにおいてよりシャープなイメージを形成する。全体のプロセスは最小フィーチャサイズについての特定のデザインルールを用いるが、ＰＳＭは、既存のリソグラフィツールを用いてより積極的なクリチカルディメンジョンを持つ回路が一貫して作られることを可能にする。

既存の装置を使いつつフィーチャサイズを小さくすることが重要であるために、半導体および半導体装置製造者は、ＰＳＭ欠陥を検出することを強く動機付けられている。フィーチャの小さいサイズおよびマスクから作られるべきウェーハの容積を考慮すれば、適切ならマスクをリペアするか、または修復不可能なマスクを製造前に廃棄するかのいずれかのためにマスク内で欠陥を検出することが重要である。

光学的方法のような従来の検出技術は、ガラスマスク上の典型的なクロムの欠陥を特定するにはうまく機能する。これら欠陥は、意図しない場所へのクロムの配置、および所望のクロム部分に存在しないことが含まれる。ガラスマスク上の従来のクロムは、図１Ａおよび１Ｂに示される。図１Ａは、透明レイヤ１０６上に堆積されたクロム部分１０２および１０４の断面図を示す。レイヤ１０６の典型的な材料は、その光の透過性のために石英である。図１Ｂは、典型的な欠陥１０８を示すフォトマスクの上面図である。従来の光学的検査法は、このような欠陥を特定するにはうまく機能するが、これは欠陥を透過する光の強度が直接に影響される、すなわち通常、不透明なクロム部が存在しないことで光が透過し、そのような検出が予期されない位置で検出されえるからである。グラス上の不純物は、透過光または反射光、またはそれら２つの組み合わせのいずれかを用いて特定されえる。欠陥は、マスクを透過し、それから反射する光の強度に直接に影響を与え、上述の従来の技術による測定を可能にする。

しかし位相シフト欠陥は、従来なかった問題を起こす。位相物体（phase object）の画像化および位相欠陥の検出は典型的には、位相情報を画像化検出器における強度差に変換するために特別な画像化方法を必要とする。これを達成するために多くの方法が提案されてきており、それにはゼルニケ位相コントラスト、差分干渉コントラスト（ＤＩＣ）、差分位相コントラスト（ＤＰＣ）、デフォーカストイメージング、および干渉法が含まれる。これら方法のほとんどは、イメージングシステムの瞳平面内での光波面の位相遅延を、与えられた位相欠陥または位相物体のために検出器において最大の強度効果を作りだすように変換することを伴う。最適化された方法は、物体内に存在する位相シフトに大きく依存する。生物サンプル中では弱い位相シフトが画像化されなければならない。フォトリソグラフィのための位相シフトマスク中では強い位相シフタが用いられる。その結果、位相シフトマスク上の位相欠陥のための高感度欠陥検出システムは、強い位相および振幅物体の存在中の弱い位相物体を検出しなければならない。設計で特に関心があるのは、位相エッジに対するシステムの応答である。自動化されたフォトマスク検査システムの他の重要な局面は、位相物体に対するシステム応答が物体の平面内で等方性であるかどうかである。ＤＩＣまたはノマルスキー法またはリニアＤＰＣ法によって得られる異方性応答は、視認検査では受け入れられるかもしれないが、自動検査においては複雑にさせる。

上述の理由で、弱い位相シフトおよび強い位相シフトの両方が存在する中で位相シフトマスク欠陥を検出できる改良された方法および装置の要求が存在する。

前述を達成するために、本発明は位相欠陥を検出する装置および方法を提供する。

本発明は、大きくはスキャナタイプのイメージングシステムに基づき、マスクを透過する光の変化によってフォトマスク上の位相欠陥を検出する。本発明を実施するために明細書に提供される多くの詳細はスキャナについて与えられる。本明細書を読めば当業者であれば、本発明がプロジェクタタイプのシステムでも実施できることが理解されよう。具体的には本発明は、検出平面中の検出器の異なるセグメントからのイメージ強度の差分検出と併せてデフォーカスを用いる光学イメージングシステムの瞳平面における波面の位相変化を利用する。

位相欠陥から生成される信号を強調するために、本発明は実施形態において、スキャニングビームのフォーカスを検査されるフォトマスクよりも上または下のレベルに設定することで、デフォーカスされたビームを生むデフォーカスされた光検査ビームを提供する。フォトマスクによって反射または透過されるスキャニングビームからの光は、検出器によって集光され少なくとも２つの部分に分割され、そのそれぞれが信号を発生する。検出器は、典型的には瞳平面に、またはその近傍に位置する。２つの検出器部分のそれぞれにおいて発生される信号群から作られる、結果として生じる差分信号は、欠陥がフォトマスク中に存在するかを決定するのに用いられ、ある実施形態においては、結果信号からイメージを生成することによって用いられる。

ある局面においては、検出器の第１部分は円形状で、第２部分は第１領域の外にある円環状領域である。

ある局面において本発明は、ゼルニケ位相シフト板または同様の位相板のような複素振幅板を用いることによって半導体処理フォトマスク中の位相欠陥を検出する方法を提供する。ゼルニケ位相板または同様の位相板を用いて生成されたビームは、検出器の２つの部分から差分信号を導いて、位相欠陥が存在するかを示す結果信号を作る。

他の局面において、本発明は、デフォーカスされた光ビームおよび検出器の２つの部分からの差分信号を用いて第１モードにおいて半導体処理フォトマスク内の位相欠陥を検出する方法を提供する。第２モードにおいて、パターン欠陥を検出することは、光学的検査ビームのフォーカスをフォトマスクの表面に設定し、検出器の第１および第２部分群からの信号を加算することによって結果信号を生成し、Ｃｒ欠陥についてのフォーカスされた通常の画像化を行う。

本発明のこれらおよび他の特徴および効果は、図面を参照して以下に説明される。

添付の図面とあわせれば本発明は以下の詳細な説明によって容易に理解されるだろう。添付の図面においては同様の参照番号は同様の構成要素を示す。

本発明の具体的な実施形態がこれから参照される。これら実施形態の例は、添付図面に示される。本発明はこれらの具体的な実施形態について説明されるが、これらの実施形態に本発明を限定されるよう意図されないことが理解されよう。むしろ添付の特許請求の範囲に規定されるように本発明の精神および範囲内に含まれるように、代替物、改変物、および等価物を含むように意図される。以下の説明において、多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明を完全に理解するために提供されるものである。本発明は、これら特定の詳細の一部または全てをなしに実施されえる。あるいはよく知られたプロセス操作は、本発明の趣旨を不必要にぼかさないために詳細には説明されない。

本発明のいくつかの実施形態は、欠陥によって生じる位相シフトに基づいて、位相シフトマスク中のそれらの存在を検出する。位相シフトマスクは、マスクを通って移動しフォトレジストレイヤを半導体ウェーハ上に露光する光波の位相を変化させる。位相シフト（例えば１８０度分の）は、マスクを通る特定の部分の光を打ち消し、それによってより小さいフィーチャを印刷できる。図２Ａは、交互の位相シフトマスク２００の断面図である。位相シフトは、石英マスク材料２０４のエッチングされた部分２０２から生じる。エッチングされた部分を透過した光は、エッチングされていないマスク材料２０４の部分を透過する光に比べて進み位相シフトになる。エッチング部分２０２の典型的なエッチング深さは、屈折率１．５を持つマスク内に１８０度の位相シフトを作るために約１波長、すなわち約２５０ｎｍである。欠陥例は、エッチングが１つ以上の領域において完全な深さまで行われなかったときのバンプ（例えば図２Ｂに示される２１０）、およびエッチングされた表面２１２およびエッチングされていない表面２１４の両方に位置しえるくぼみ（divot）（例えば２１１）を含みえる。本発明の検出手法は、バンプ２１０またはくぼみ２１１のような欠陥を透過するときの、入射界の回折を利用する。

本発明は、一般にスキャナタイプの画像化システムにより、フォトマスク上の位相欠陥を、マスクを透過する光のそれら欠陥による変化によって検出する。本発明を実施するために本明細書で提供される詳細の多くはスキャナについてのものである。本明細書で与えられた詳細を利用すれば当業者なら、本発明はプロジェクタタイプのシステムにおいても実施できることが理解されよう。具体的には本発明は、検出平面中の検出器の異なるセグメントからのイメージ強度の差分検出と併せてデフォーカスを用いる光学イメージングシステムの瞳平面における波面の位相変化を利用する。従来のイメージング顕微鏡において、セグメント化された検出器を用意することと等価のステップは、セグメント化された照射源（illumination source）を用意することであり、これは、例えば異なる照射セクタから得られたイメージ群を分離できるようにするために偏光（polarization）を利用して、異なる照射セクタを持つ複数のパスか、何らかの他の技術の使用かのいずれかを必要とする。

本発明の検出方法を採用する光学スキャニング顕微鏡システムの図が図３に示される。しかし本発明の手法は、任意の適切に構成された検出システムで実現されえ、図３のシステムは本発明の範囲を狭くするよう意図はされていない。これら手法は、全てのタイプの位相シフトマスクに応用されえる。例えば説明されるこの手法は、交互の位相シフトマスク、減衰（トライトーン）マスク、およびバイナリマスクに応用されえる。入射光検査ビーム３０２は、対物レンズ３０４を透過した後に焦点３０６へ収束する。焦点の位置は、コントローラ３０８の利用によって選択されえる。当業者なら、ここで開示された本発明の概念から逸脱することなく焦点の位置を制御するようにさまざまな手段が用いられえることが認識されよう。例えば、焦点３０６をマスク３１０に対して所望の位置に位置付けるために対物レンズ３０４を移動させるのにステッパモータが利用されえる。さらに本発明の原理は、焦点３０６を選択する手動のメカニズム（自動メカニズムとともに）を含むように拡張されえることが理解されよう。例えば焦点３０６の位置を制御するそのような手動メカニズムは、検査の前に、対物レンズをマスク３１０から所望の距離において強固に固定することを含む。

検査光ビーム３０２は、マスク３１０を透過してコレクタ３１２に達するように示されている。コレクタ３１２は、ある角度の範囲にわたって光を検出器３１４上に集める。従来のシステムにおいて、光検出器３１４は、検出器の全ての領域にわたって受け取られた光波の全ての強度の和をとる。対物レンズ角θおよび集光角φは、検出器において発生する信号を部分的に決定する。一般に集光角φおよび対物レンズ角θの関係は、σ（シグマ）によって表され、媒体が空気の場合は以下のように定義される。

σ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎθ

従来の光学検査システムは、比較的広い対物レンズ角および集光角を採用し、共に典型的にはほぼ４５°であり、シグマ値はほぼ１になる。しかし大きなシグマ値は、位相欠陥に関する信号をなくしてしまうことが示されてきた。本発明はいくつかの実施形態において、領域群またはゾーン群（例えば半径方向に対称な、つまり同心円状の領域群）に分けられた検出器３１４上に光波を集めることによって位相欠陥に関する信号への感度を高くする。実際に、シグマが低いときは、位相欠陥に関するより高い強度の信号が作られる。０．２から０．７の範囲のシグマ値が適切な結果を生む。

検出器３１４の異なるゾーンは、集光される回折された光の異なる角度または空間周波数要素に対応する。信号という語を用いることによってここで意図されることは、位相欠陥を有する物体および位相欠陥がなければ同一の物体の間で検出された信号の変化、すなわちパターン間の差分信号である。検出器の外側から取られた信号は、検出器の内側から取られた信号と比較するのに符号が逆にされる。本発明は、信号の逆にされた符号を利用することによって装置の感度を増す。実験結果および／またはシミュレーションは、異なるモードに結線された検出器は、従来のように結線された検出器よりも、位相欠陥を検出するとより大きな信号を作ることを示唆する。例えば、面積が等しい第１および第２検出器部分について、差分モードでとられた結果として生じる信号の強度は、２つの検出器部分から標準の、つまり加算モードでとられた信号の強度の４倍近くになることがわかっている。これは、出力イメージへ欠陥の効果が増すことになり、すなわちこの手法は欠陥により感度が高い。

検出器３１４の別個の領域または部分によって発生された別個の信号の処理は分析器３１６によって扱われる。ある実施形態において分析器３１６は、検出器信号のうちの１つをその負の値に変換し、よって結果として差分信号を得る加算増幅器を備える。他の実施形態において、検出器の部分群からの別個の信号は、加算されることによって、従来のスキャニング光学顕微鏡システムを用いて図１Ｂの欠陥１０８によって示されるようなパターン欠陥のような欠陥を特定するフルの検出器から得られた信号と等価な結果の信号を作りだす。分析器３１６は、当業者にはよく知られる適切な接続回路を持つプロセッサを備え、または接続されたプロセッサなしの簡単な加算回路を含みえる。あるいは検出された信号を分析する分析器３１６および検出を始めるコントローラ３０８は、ソフトウェアおよびハードウェアの任意の適切な組み合わせを備える単一のデバイスの中に統合されえる。本発明は、その応用において、説明または図示された分析要素の構造または構成の詳細に限定されず、検出器信号が処理されるあらゆる構成に拡張されえることが理解されよう。

図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ検出器３１４の第１および第２実施形態の上面図を示す。図４Ａに示される第１実施形態において、検出器３１４’は、第１部分４０２および第２部分４０４に分割される。特定の実施形態において、第１部分４０２は円形領域を備え、第２部分４０４は連続する円環状部分を備える。第１および第２部分は同心円状であり、理想的にはコレクタ３１２によって集光される光波の中心線について同心円状である。具体的な実施形態において、第１部分４０２および第２部分４０４は面積が等しい。これは例えば、円形第１部分４０２の外側直径を、円環状第２部分４０４の外側直径の０．７倍に設定することによって規定される円形および円環部分を用いて実現されえる。それぞれの部分はよって、より小さい角度の範囲、すなわちより小さいシグマ値に対応する検出器の部分を表す。

本発明の実施形態は、少なくとも２つの領域に分割された検出器を用いることによって、かつ別個の領域群からのこれら信号群の差をとるように結合することによって改良された感度を達成する。分析器による信号の検出および後続の処理がデフォーカスされた光ビームに応用されるとき、適切な結果が得られている。何らかの理論に拘束されたくない一方で、より大きい信号をデフォーカスを用いて作ることに付随されるメカニズムは、光電界（optical field）の複素振幅に基づく。位相情報画像化は、「Fourier Imaging of Phase Information in Scanning and Conventional Optical Microscopes」C.J.R. Sheppard and T. Wilson, Philosophical Trans. of the Royal Society of London, Vol. 295, A1415, Feb., 1980, pp. 513-536により詳細に記載され、その全体が全ての目的のために参照によって援用される。

フォーカスされたイメージにおいては、検出器が光電界の複素振幅Ａを電気強度ＡＡに変換するとき、直接位相情報は失われる。フォーカスにおける光学的伝達関数は実数であり、全ての位相シフト物体について位相欠陥の部位におけるイメージ強度は、位相欠陥が存在しない場合とほぼ同じである。デフォーカスされたイメージにおいては伝達関数は虚数部を有する。この位相がずれているフォーカスされたビームの虚数部のために、位相欠陥のコントラストは、デフォーカスが低いシグマと結合されるときに大きく高くなる。

ほとんどの小さい位相欠陥から散乱された光は、非散乱光に対して直角位相である。これは望ましくないが、それは非散乱光に対して直角位相の小信号は、検出された信号において２次のオーダーでしか現れないからである。すなわちもしイプシロンが非散乱平面波の振幅によって正規化された位相欠陥の振幅散乱の強度を表し、かつイプシロンの絶対値が１に比較して小さいなら、欠陥によるイメージ変調はイプシロン²に比例して応答する。ゼルニケ位相板（Zernike phase plates）およびデフォーカスは、欠陥信号を直角位相ではなく直線的に非散乱信号に加算することで欠陥変調がイプシロン²ではなくイプシロンに比例し、よってより高い振幅信号を作りだすようにすることによって位相欠陥の可視性（phase defect visibility）を改善するのによく用いられる。

図４Ｂに示される代替実施形態において検出器３１４’’は、第１部分４１２、第２部分４１４、および第１部分４１２を第２部分４１４から分ける第３部分４１６の３つのゾーンを持つように示される。この例では第３部分４１６は、「デッド」バンド、すなわち円環状分離領域を表す。この部分によって検出された光は、出力信号を生成するのには用いられない。第１、第２、および第３部分のさまざまな直径は、適切な結果を作りだす。例えば、第２部分４１４の外側直径の０．３倍である第１部分４１２の直径、および第２部分４１４の外側直径の０．８倍に等しい第３部分４１６の外側直径はうまく動作する。０．３から０．８の第１部分の外側直径、および内側半径０．３から０．９を有する第２部分はうまく動作する。

他の実施形態において、検出器は、例えば第３部分および第４部分のようなさらに多くの個数の部分を備えてもよい。図４Ｃは、４つの部分またはゾーンを有する分割検出器３１４’’’の上面図を示す。ある実施形態において、第１部分４２１および第３部分４２２から発生された信号は加算され、第２部分４２３および第４部分４２４から発生された信号も加算されえる。結果として生じる和信号群はそれから、分析のために差分信号を作るために差がとられる。他の実施形態においては２つの内側ゾーン（すなわち検出器部分の選択的組み合わせ）が、３以上の部分を有する検出器から選択されることによって、低いシグマ値を有する検査／集光レンズシステムに対応する検出器信号を選択的に作りえる。これは、複数の検出器部分群によって、シグマ値を変えることによって、異なるアプリケーションについて異なる感度を示す検出器の使用を可能にする。他の実施形態において、検出器の「アクティブ」部分、すなわちさらなる分析のために検出器信号を提供する部分は、分離領域（４２６、４２７）すなわち「デッド」ゾーンによって分離されることによって、検出器のアクティブ部分において信号中に生じる干渉を最小化する。場合によっては分離領域は、アクティブ領域とサイズがほぼ等しくなりえるが、本発明はそれだけに限定されない。分離領域のサイズは最小化されえ、ある実施形態において分離領域は取り除かれるが、それでも本発明の範囲内である。本発明は、信号を発生するために検出器内の利用可能なゾーンの全てを用いるようには限定されず、上に示されるように、加算信号を発生するために連続したゾーン群を選択することに限定されない。特定のゾーンまたは部分は、「デッド」ゾーンでありえ、加算のために選択されたゾーン群は連続でも不連続でもよく、所望の感度にしたがって選択されえる。

複数の円環状検出器セグメントを有することの他の利点は、異なるピクセルサイズで柔軟な動作が可能になることである。例えば、マスク検査ためにはときには大きなピクセルが用いられる。これは対物レンズのＮＡを小さくすることによって達成される。画像化システムのシグマは、ＮＡのサインに対する集光角のサインの比によって与えられるので、異なるピクセルサイズについてＮＡを変化させるためには、もしシグマが一定のままであるなら集光角のサインを変化させることが必要となる。ＮＡが小さくされ、検出器の構成に変化がない場合のように、もしシグマが大きくなってもよいなら、顕微鏡の位相感度は下がるだろう。これを行う１つの方法は、複数の円環状領域を持つ検出器を使って、ＮＡが小さくされるとき、中心に近い要素を用い、よってピクセルサイズが変化してもシグマが一定になるよう維持することである。

他の実施形態において、ゼルニケ位相シフト板または同様の位相板が瞳平面（pupil plane）に導入され、デフォーカスの代わりに位相感度を改善する。ゼルニケ法は、小さい位相ステップを強調するメカニズムを提供する。

図５の左には、低コントラスト位相欠陥５０３を有する物体５０２が照射され、右にはこの物体の位相コントラストイメージ５０４が作られる。位相コントラストイメージ５０４は、イメージの中間フーリエ平面５０６を形成し、この平面内でゼルニケ位相コントラストフィルタ５０８を挿入することによって作られる。このフィルタ５０８は、イメージ５０４のバックグランドを形成するイメージ５０４の低空間周波数要素の振幅を９０度だけシフトする。これはまた、イメージ５０４の低空間周波数要素を減衰させえ、これはイメージの全体的な明るさを抑える効果を有し、イメージ中の位相欠陥のコントラストを増しえ、これはときには望ましいことである。位相コントラストはこのフィルタ５０８によって増されるが、これは出力イメージがこのフィルタされたフーリエ平面５０６から形成されるとき、バックグランドは位相欠陥のためにイメージ要素と振幅が同一直線上にある（collinear）からである。したがって信号は、直交方向ではなく直線的に（linearly）加算する。例えば位相コントラスト法を用いて画像化されるバックグランドの振幅の０．１である小さい位相欠陥は、欠陥の点において画像の１０％の変調を与える。しかしもしこの振幅が同相ではなく直交相であったなら、イメージのほぼ１％の変調しか与えず、これは検出がより困難になるはずである。

デフォーカスされた画像化システムは、位相シフトが空間周波数とともに（すなわち瞳半径）直交相で増加する（ゼルニケ）位相板を持つフォーカスされたシステムとある程度似ている。ゼルニケ板（Zernike plate）または複素振幅板（complex amplitude plate）は、円環および中央領域のような検出器の領域群間で位相シフトを作るために用いられえる。ゼルニケ板は通常、９０度の位相シフトを特定し、通常、直接光（すなわちゼロ次）について減衰させる。当業者が本明細書を読めば、複素振幅板が、所望の感度を満たすために、位相および振幅の両方の変化を作るよう選択されえることがわかるだろう。

典型的には分析器から生成された信号は、検査されたマスクの表示を作るためにディスプレイ発生器３１８（図３を参照）に接続される。ディスプレイ発生器は、光ビームがマスクをスキャンするときに受け取られた、結果として生じた電圧信号を、ディスプレイ発生器３１８の表示スクリーン上のイメージに変換するための適切な処理回路と結合されたＣＲＴ、ＬＣＤスクリーン、または他の適切な表示デバイスを備えうる。一般に、検査されたマスクから導かれた位相欠陥イメージは、位相欠陥に加えてレイヤのエッジを示す。例えば、差分画像は、位相欠陥によって生成された画像群を分離するために、マスクの２つの同一のエリア群から得られる。もし差分イメージがあるスレッショルドより上のピクセル値を含むなら、欠陥だと認識される。このスレッショルドは、ある特定のサイズより大きい欠陥が信頼性高く見つけられ、一方で、疑似および／またはニュイサンス欠陥の個数が許容されえるくらい低く抑えられるように設定される。

ある実施形態においては、本発明の手法は、パターン欠陥検査および位相シフト検査が単一スキャニング光学顕微鏡システムを２パスで用いて行うことを可能にする。パスの回数はアルゴリズム、ノイズ、および所望の欠陥感度に依存する。

図６は、本発明のある実施形態による位相シフト欠陥のための、およびパターン欠陥のための検査手法を示すフローチャートである。おおまかにはこのシステムは、パターンおよび位相欠陥検査を検査されるべきフォトマスク上の２パスで完了する。第１パスは、フォトマスク内の位相欠陥を探す検査で始まる（６０４）。いくつかの実施形態による位相欠陥検査は、デフォーカスされたイメージを必要とする。フォーカスは、フォトマスクの表面からある方向に所定の距離に設定される（６０６）。適切な距離は、入射光波の波長（ラムダ）および対物レンズの開口数（ＮＡ）の関数として変化し、特にラムダ／ＮＡ²に比例する。例えば、適切な範囲は、距離０．５から３×ラムダ／ＮＡ²にある。適切な結果は、約２００ｎｍから約５００ｎｍの範囲で得られているが、これらの値は上述のファクタによって変化しえる。スキャンは、フォトマスク上の点に向けられた入射光、および検出器の第１および第２部分から結果として生じる信号を集めることで始まる（６０８）。この第１モードにおいて、差分信号は検出器の分かれた部分群から発生される（６１０）。その後、結果として生じる信号は、欠陥を特定するためにマスクのイメージを生成するのに用いられる（６１２）。スキャンされた点に対応するように明るいまたは暗い画素が生成される。もしフォトマスクのスキャンが完了していなければ（６１４）、スキャンはフォトマスクの次の部分に続く（６１６）。当業者にわかるようなさまざまなメカニズムが用いられてスキャンは実行されえる。例えば、ある実施形態においては、光がある点にフォーカスされ、それに続いて検出器信号が発生される。２次元スキャンを実行するためには、フォトマスクがある方向に移動され、ビームがマスクの動きと垂直な方向に移動されえる。

いったん位相欠陥のためのフォトマスクのスキャンが完了すると、第２パスが始まる（６１８）。まずこの従来の検査モードにおいては、フォーカスがフォトマスクの表面上に設定される。この場所は実際に典型的には、フォトマスクの石英レイヤの上にパターンされたクロムレイヤの表面に設定される。このモードにおいて信号は、検出器の分離された部分群からの信号の和を生成することによって検出器全体から集められる（６２２および６２４）。位相欠陥検査の場合と同様、結果として生じる信号は、パターン欠陥を表示するイメージの画素を生成するために用いられる（６２６）。マスクのスキャンは、イメージが完了していなければ、パターン欠陥のために続けられる（６２８および６３０）。この実施形態は第１モードにおける位相欠陥のための検査から始まり、第２モードにおけるパターン欠陥の検査が後に続くように示されるが、当業者には検査の順番は、本発明の基本原理から逸脱することなく容易に交換されえることが理解されよう。

前述の本発明は、明快に理解する目的である程度詳細に説明されてきたが、ある程度の変更および改変が添付の特許請求の範囲内で実施されえることは明らかだろう。本発明の方法および装置を実現するには多くの代替手法が存在することに注意されたい。したがってこれら実施形態は、例示的であって限定的ではなく、本発明はここで与えられた詳細に限定されることなく、添付の特許請求の範囲およびその等価物の中で改変されえるべきである。

ガラスフォトマスク上の従来のクロムを示す図である。ガラスフォトマスク上の従来のクロムを示す図である。エッチングされた位相シフト部のフォトマスクの断面図である。エッチングされた位相シフト部のフォトマスクの断面図である。本発明のある実施形態によるスキャニング光学顕微鏡システムの図である。本発明の実施形態によるスプリット検出器の上面図である。本発明の実施形態によるスプリット検出器の上面図である。本発明の実施形態によるスプリット検出器の上面図である。ゼルニケ板を利用する従来の光学顕微鏡システムの概略図である。本発明のある実施形態による位相シフト欠陥およびパターン欠陥を検査するプロシージャを示すフローチャートである。

Claims

半導体処理フォトマスク中の位相欠陥を検出する方法であって、
光学的検査ビームのフォーカスを、半導体処理フォトマスクの表面の上または下の所定の距離に設定すること、
前記半導体処理フォトマスクから反射される、またはそれを透過する光を少なくとも２つの部分を備える検出器において集めること、
前記少なくとも２つの部分のうちの第１部分から第１信号を、および前記少なくとも２つの部分のうちの第２部分から第２信号を生成すること、
前記第１信号および前記第２信号の間の差を得ることによって欠陥が存在するかを示す結果信号を作ること
を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、前記半導体処理フォトマスクの前記表面の上または下の前記所定の距離は、前記光学的検査ビームがデフォーカスされるように選択される方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１部分は円形領域を備え、前記第２部分は前記第１部分の外側に円環状領域を備え、両方の部分は同心状である方法。
請求項３に記載の方法であって、前記第１および第２部分は、円環形状で前記第１および第２部分と同心の第３部分によって分離される方法。
請求項３に記載の方法であって、前記第１部分の直径は前記第２部分の外側直径の約０．７倍である方法。
請求項３に記載の方法であって、前記第１部分の直径は前記第２部分の外側直径の約０．７倍であり、前記第２部分の内側直径は前記第２部分の外側直径の約０．８倍である方法。
請求項３に記載の方法であって、前記検出器は、第３部分および第４部分をさらに備え、
前記第１部分および前記第３部分から前記第１信号を、前記第２部分および前記第４部分から前記第２信号を生成すること
をさらに含む方法。
請求項７に記載の方法であって、前記第３および第４部分のそれぞれは円環状領域であり、前記第３部分は前記第１および第２部分の間に位置し、前記第４部分は前記第２部分の外側に位置する方法。
請求項７に記載の方法であって、前記第１位置および前記第３位置は連続しない方法。
請求項７に記載の方法であって、前記第１部分および前記第３部分は、円環状分離領域によって分離される方法。
請求項７に記載の方法であって、前記第１、第２、第３、および第４部分のうちの少なくとも２つは、円環形状の分離領域によって分離される方法。
請求項７に記載の方法であって、前記第１部分および前記第３部分は連続する方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１部分および前記第２部分はほぼ同じ面積である方法。
請求項１に記載の方法であって、前記所定の距離は２００から５００ｎｍの範囲にある方法。
請求項１に記載の方法であって、前記所定の距離は、前記光学的検査ビームの波長を、前記フォトマスクに向けて導かれる前記光学的検査ビームを回折させるのに用いられる対物レンズの開口数の２乗で割ったものの０．５から３倍の範囲にある方法。
請求項１に記載の方法であって、前記フォーカスを設定することおよび半導体処理フォトマスクから反射される、またはそれを透過する光を集めることは、約０．２から約０．７のシグマ値を作る対物レンズおよび集光レンズの組み合わせを用いて行われる方法。
請求項１に記載の方法であって、前記結果信号は、イメージを生成するのに用いられる方法。
請求項１に記載の第１モードにおいて半導体処理フォトマスク内の位相欠陥を検出する方法であって、前記方法は第２モードにおいて、
光学的検査ビームのフォーカスを前記半導体処理フォトマスクの表面に設定すること、
前記半導体処理フォトマスクから反射される、またはそれを透過する光を、第１部分および第２部分を備える検出器において集めることであって、前記第１および第２部分のそれぞれは信号を発生する、集光すること、および
前記検出器の前記第１部分からの前記信号および前記第２部分からの前記信号を加算することによって前記半導体処理フォトマスクのイメージを作ること
を含む方法。
半導体処理フォトマスク中の位相欠陥を検出する方法であって、
対物レンズおよび集光レンズを有する検査システムの光学的検査ビームのフォーカスを、半導体処理フォトマスクの表面の上または下の所定の距離に設定すること、
前記半導体処理フォトマスクから反射される、またはそれを透過する光を複数の部分を備える検出器において集めることであって、前記集光レンズ、対物レンズ、および検出器の構成はシグマ値に関連し、
第１部分から単独で、または前記複数の部分の１つ以上とともに第１信号を、前記複数の部分のうちの第２部分から第２信号を生成することであって、前記複数の部分のうちの１つは円形状であり、前記複数の部分のうちの残りの部分は円環形状であり、および
前記第１信号および前記第２信号の間の差を得ることによって欠陥が存在するかを示す結果信号を作ること
を含む方法。
請求項１９に記載の方法であって、前記第１信号および前記第２信号は、前記複数の検出器部分のうちの、所定のシグマ値に対応するよう選択された部分から生成される方法。
請求項１９に記載の方法であって、前記複数の検出器部分のうちの、前記第１および第２信号の生成のために選択された前記部分は、前記システムおいて用いられる前記対物レンズの変化を補償するよう選択される方法。
請求項２１に記載の方法であって、前記複数の検出器部分のうちの前記部分は、前記検出器の中心近傍から選択されることによって前記対物レンズの低減されたＮＡのために補償する方法。
半導体処理フォトマスク中の位相欠陥を検出する方法であって、
半導体処理フォトマスクに向けられた検査光ビームに対向するゼルニケ位相シフト板を用いてイメージを作ること、
前記半導体処理フォトマスクから反射される、またはそれを透過する光を、第１部分および第２部分を備える検出器において集めることであって、前記第１および第２部分のそれぞれは信号を発生する、集光すること、および
前記検出器の前記第１部分からの前記信号および前記第２部分からの前記信号の間の差を得ることによって欠陥が存在するかを示す結果信号作ること
を含む方法。
請求項２３に記載の方法であって、前記第１部分は円形領域を備え、前記第２部分は前記第１部分の外側に円環状領域を備え、両方の部分は同心状である方法。
請求項２４に記載の方法であって、前記第１および第２部分は、円環形状で前記第１および第２部分と同心の第３部分によって分離される方法。
請求項２３に記載の方法であって、前記第１部分および前記第２部分はほぼ同じ面積である方法。
請求項２４に記載の方法であって、前記第１部分の前記直径は前記第２部分の外側直径の約０．７倍である方法。
請求項２５に記載の方法であって、前記第１部分の直径は前記第２部分の外側直径の約０．３倍であり、前記第２部分の内側直径は前記第２部分の外側直径の約０．８倍である方法。
請求項２３に記載の方法であって、前記結果信号はイメージを生成するために用いられる方法。
半導体処理フォトマスク中の位相欠陥を検出するよう構成されるスキャニング光学顕微鏡システムであって、
前記半導体処理フォトマスクの表面に向けて光ビームを導く光ビーム発生器、
第１部分および第２部分を備える検出器であって、前記第１部分および前記第２部分のそれぞれは半導体処理フォトマスクから集光された光から信号を生成する検出器、
前記光ビームのフォーカスを、半導体処理フォトマスクの表面の上または下の所定の距離に設定するコントローラ、および
前記検出器の前記第１部分および前記第２部分からの前記信号群の差を得るように構成される分析器
を備えるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３０に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記第１部分は円形領域を備え、前記第２部分は前記第１部分の外側に円環状領域を備え、両方の部分は同心状であるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３０に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記第１および第２部分は、円環形状で前記第１および第２部分と同心の第３部分によって分離されるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３０に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記第１部分および前記第２部分はほぼ同じ面積であるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３１に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記第１部分の前記直径は前記第２部分の外側直径の約０．７倍であるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３１に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記第１部分の直径は前記第２部分の外側直径の約０．３倍であり、前記第２部分の内側直径は前記第２部分の外側直径の約０．８倍であるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３１に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記結果信号を用いてイメージを生成するイメージ発生器をさらに備えるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３０に記載のスキャニング光学顕微鏡システムであって、前記コントローラは、前記光ビームの前記フォーカスを前記半導体処理フォトマスクの表面に設定するようさらに構成され、前記分析器は、前記検出器の前記第１部分および前記第２部分からの前記信号群の和を選択的に得るようさらに構成されるスキャニング光学顕微鏡システム。
半導体処理フォトマスク中の位相欠陥を検出するよう構成されるスキャニング光学顕微鏡システムであって、
前記半導体処理フォトマスクの表面に向けて光ビームを導く光ビーム発生器、
第１部分および第２部分を備える検出器であって、前記第１部分および前記第２部分のそれぞれは半導体処理フォトマスクから集光された光から信号を生成する検出器、
前記入射平面上に位置し、デフォーカスされたイメージを生成する複素振幅板、および
前記検出器の前記第１部分および前記第２部分からの前記信号群の差を得るように構成される分析器
を備えるスキャニング光学顕微鏡システム。
請求項３８に記載のシステムであって、前記複素振幅板はゼルニケ板であるシステム。