JP2006317443A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良された検査装置及び検査方法を提供すること。
【解決手段】ターゲットを照射するための照明ビームを提供するようになされた照明システムと、このターゲットから非ゼロ次数回折方向に散乱する放射を検出するようになされた第１の検出システムとを備えた検査装置であって、この検出システムが、ターゲットから非ゼロ次数回折方向に散乱する放射を分散させるための分散エレメントと、該分散エレメントによって分散する放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置された放射感応デバイスとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置、及び半導体産業における処理中の基板上のターゲット、たとえば基板の表面を検査するための方法に関する。

リソグラフィ投影装置は、少なくとも一部が放射感応材料（ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）（レジスト）の層で被覆された基板にパターン（たとえばマスクのパターン）を画像化するために使用される。この画像化に先立って、プライミング、レジスト・コーティング及びソフト・ベークなどの様々な処理手順が基板に加えられる。露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像及びハード・ベークなどの他の処理手順が基板に加えられる。これらの処理手順は、たとえばＩＣなどのデバイスの個々の層をパターン化するための基本として使用される。次に、パターン化されたこのような層に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨などの様々な処理が施される。これらの処理はすべて個々の層の仕上げを意図したものである。複数の層を必要とする場合、すべての処理手順又はそれらの変形手順を新しい層の各々に対して繰り返さなければならないが、最終的には複数のデバイスのアレイが基板（ウェハ）上に出現する。これらのデバイスは、次に、ダイシング又はソーイングなどの技法を使用して互いに分割され、分割された個々のデバイスがキャリアに実装され、或いはピンに接続される。個々の処理手順又は処理に引き続いて、基板を検査装置内で検査することができる。この検査の結果を使用して、検査に先立つ処理手順を最適化又は改善することができ、或いは基板の大部分が不良である場合、パターン化済みの層を基板から剥ぎ取り、剥ぎ取ったパターン化済みの層を露光及び／又は他のリソグラフィ処理を介して再適用することができる。たとえば半導体産業で使用されているリソグラフィ・プロセスに関する詳細な情報については、たとえば、本明細書に援用される、著書「マイクロチップ製造：半導体処理の解説（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４）を参照されたい。

検査装置は、半導体処理における表面検査に使用することができ、パターン化された層の線幅、ピッチ及び臨界寸法（ＣＤ）などの特性を測定することができる。また、検査装置は、ある層の他の層に対する相対配置（即ちオーバレイ）及びレジスト層の層厚を測定することができる。本明細書に援用される、「パターン計測学への新手引き（Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）」（Ｃｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｐ． Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔ著、ＳＰＩＥの会報Ｖｏｌ．５３７５、５１〜６５頁）に、このような検査装置の例の１つであるＭＯＸＩＥという名称の装置が記載されている。

ＭＯＸＩＥセンサは、「回折」チャネル内の回折格子ターゲットからの少なくとも１つの非ゼロ回折次数（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ ｏｒｄｅｒ）を検出し、また、「反射」チャネル内のパターン化された照明領域及びパターン化されていない照明領域の両方からの反射エネルギーを検出している。このＭＯＸＩＥセンサは、３００〜７００ｎｍの範囲の照明（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）をターゲットの回折格子周期の方向に沿ってＺ軸（ターゲットに対して直角のＺ軸）に対して一定の角度で導くようになされている。非ゼロ回折次数の光線が実質的にＺ方向に導かれ、「回折」チャネル内の円筒レンズが、回折格子周期の方向に沿った方向から第１次数の回折光線を検出器アレイに投射する。検出器アレイは、非ゼロ回折次数の強度を波長の関数として測定することができる。

したがって、改良型検査装置が提供されることが有用である。

本発明の一態様によれば、ターゲットを照射する照明ビームを提供するようになされた照明システムと、ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を検出するようになされた第１の検出システムとを備えた検査装置であって、第１の検出システムが、ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射を分散させるための第１の分散エレメントと、第１の分散エレメントによって分散する放射の強度を測定するように構築され且つ配置された第１の放射感応デバイス（ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅ）とを備えた検査装置が提供される。

本発明の実施例の他の態様によれば、照明ビームは、広い帯域幅（たとえば３００ｎｍないし７００ｎｍの範囲の帯域幅）を有しており、また、検出器は、ターゲットから回折する放射の強度を波長の関数として測定するように構築され且つ配置されている。照明ビームは、たとえばキセノン源から照射してもよい。

第１の分散エレメントは、放射を横方向の第１の方向に分散させる横方向分散エレメント（たとえばプリズム又は回折格子）であっても良く、また、放射感応デバイスは、前記第１の方向に細分化することが可能であり、細分化した各々を、その細分化した部分が受け取る放射の強度を測定するように構築し且つ配置することができる。

本発明の実施例の他の態様には、ＣＣＤアレイであっても良い第１の放射感応デバイスにターゲットを投影するためのレンズが含まれている。

検査装置は、さらに、ターゲットからゼロ次数回折方向に散乱する放射を検出するようになされた第２の検出システムであって、ターゲットからゼロ次数回折方向に散乱する放射を分散させるための回折格子又はプリズムであっても良い第２の分散エレメントと、第２の分散エレメントで分散する放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置された第２の放射感応デバイスとを備えた第２の検出システムを備えることができる。

また、本発明は、基板上のターゲットを検査するための検査装置であって、基板を保持するための基板ホルダと、基板上のターゲットを照射するための照明ビームを提供するようになされた照明システムと、ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射を検出するようになされた第１の検出システムとを備えており、該検出システムは、ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射を分散させるための第１の分散エレメント（たとえばプリズム又は回折格子）と、該第１の分散エレメントによって分散する放射の強度を測定するように構築され且つ配置された第１の放射感応デバイスとを備えた検査装置に関している。

また、本発明は、ターゲット（たとえば回折格子）を検査する方法であって、ターゲットを備えた基板を基板ホルダの上に提供するステップと、ターゲットを照明ビームで照射するステップと、回折する放射のうち、ターゲットから非ゼロ次数方向に回折する放射を分散させるための分散エレメントを構成するステップと、第１の放射感応デバイス上に分散する放射の強度を検出するステップとを含む方法に関している。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例にすぎないが、添付の略図を参照して説明する。図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。

図１は、本発明の第１の実施例による検査装置を略図で示したものである。該検査装置は、ターゲットＴを照射するための照明ビームＩＢを提供するための照明システムＩＳを備えている。照明システムＩＳは独自の放射源を備えることができるが、個別の放射源から放射を受け取ることも可能である。この放射源は、３００ｎｍないし７００ｎｍの範囲の放射を放射する、たとえばキセノン・ランプなどの広帯域源であっても良い。図１に示すターゲットＴは回折格子構造であるが、他の構造をターゲットとして使用することも可能である。照明ビームは、ターゲットＴで非ゼロ次数方向に回折し、且つ、ゼロ次数方向に反射する照明スポットを微小スポットにするために一定の角度Ａでターゲットに集束する。

回折によって照明ビームＩＢがたとえば赤色サブ・ビームＲ、緑色サブ・ビームＧｒ及び青色サブ・ビームＢなどの様々な色のサブ・ビームに分かれる。赤色サブ・ビームＲ及び青色サブ・ビームＢは、図には別個の極めて細いビームとして示されているが、実際には照明ビームＩＢの集束角Ａに等しい一定の広がり角を個々の波長毎に有する発散ビームである。実際に即した発散角Ａが図１に示されているのは緑色サブ・ビームＧｒのみである。

非ゼロ次数方向に回折した放射は、第１のレンズＬ１によって第１の分散エレメントである第１の回折格子Ｇ１に集光される。この回折格子Ｇ１は、別法としてはプリズムであっても良い。第１の回折格子Ｇ１には、ターゲットＴの構造中の回折格子周期より短い回折格子周期を持たせることができる。放射は、第１の回折格子Ｇ１で再び回折し、第２のレンズＬ２によって第１の放射感応検出器ＲＳＤ１へ導かれる。第１のレンズＬ１及び第２のレンズＬ２の組合せによってターゲットが放射感応検出器ＲＳＤ１に集束する。その波長に応じて赤色サブ・ビームＲ、緑色サブ・ビームＧｒ及び青色サブ・ビームＢを放射感応検出器ＲＳＤ１に集束させることができ、したがって第１の放射感応検出器ＲＳＤ１は、非ゼロ次数方向の放射の強度を波長の関数として測定することができる。第１の放射感応デバイスＲＳＤ１は、第１の回折格子の回折格子周期の方向に対して光学的に平行の第１の方向に細分化されている。細分化された各々の部分は、それぞれその部分の放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置されている。

ゼロ次数方向に散乱した放射は、レンズＬ３によって第２の回折格子Ｇ２に集束する。放射は、第２の回折格子で、その波長に応じて、レンズＬ４によって第２の放射感応検出器ＲＳＤ２へ導かれることになる複数のサブ・ビームに回折する。第２の放射感応センサＲＳＤ２は、ゼロ次数方向の放射の強度を波長の関数として測定することができる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。たとえば回折格子は、プリズム又は異なる波長を有する放射を分散させるための他の光学手段に置き換えることができる。以上の説明は例証を意図したものであり、本発明を限定するものではない。したがって、特許請求の範囲に示す各請求項の範囲を逸脱することなく、上で説明した本発明に改変を加えることができることは当業者には明らかであろう。

本発明の一実施例による検査装置を示す図である。

符号の説明

Ａ 照明ビームがターゲットに集束する角度（集束角、発散角）
Ｂ 青色サブ・ビーム
Ｇｒ 緑色サブ・ビーム
Ｇ１、Ｇ２ 回折格子
ＩＢ 照明ビーム
ＩＳ 照明システム
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ レンズ
Ｒ 赤色サブ・ビーム
ＲＳＤ１、ＲＳＤ２ 放射感応検出器（放射感応デバイス、放射感応センサ）
Ｔ ターゲット

Claims (17)

1. 検査装置であって、
   ターゲットを照射するための照明ビームを提供するようになされた照明システムと、
   前記ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射を検出するようになされた第１の検出システムであって、
   前記ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する前記放射を分散させるための第１の分散エレメントと、
   前記第１の分散エレメントによって分散する前記放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置された第１の放射感応デバイスと
   を備えた第１の検出システムと、を備えた検査装置。
2. 前記照明ビームが広い帯域幅を有し、前記検出システムが、前記ターゲットから回折する前記放射の強度を波長の関数として測定するように構築され、且つ、配置された、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記帯域幅が約３００ｎｍと約７００ｎｍの間であって、それぞれその両端も含む、請求項２に記載の検査装置。
4. 前記第１の分散エレメントが前記放射を横方向の第１の方向に分散させる横方向分散エレメントであり、前記放射感応デバイスが前記第１の方向に細分化され、細分化された各々が、その細分化された部分が受け取る前記放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置された、請求項１又は２に記載の検査装置。
5. 前記第１の分散エレメントが、前記放射を前記第１の方向に分散させるようになされ、且つ、配置されたプリズムである、請求項４に記載の検査装置。
6. 前記第１の分散エレメントが、前記放射を前記第１の方向に分散させるようになされ、且つ、配置された回折格子である、請求項４に記載の検査装置。
7. 前記第１の検出システムが、前記ターゲットを前記第１の放射感応デバイスに投影するためのレンズを備えた、請求項１に記載の検査装置。
8. 前記放射感応デバイスがＣＣＤアレイである、請求項１に記載の検査装置。
9. 前記照明ビームがキセノン源から照射される、請求項１に記載の検査装置。
10. 前記検査装置が、前記ターゲットからゼロ次数回折方向に散乱する放射を検出するようになされた第２の検出システムであって、
    前記ターゲットから前記ゼロ次数回折方向に散乱する前記放射を分散させるための第２の分散エレメントと、
    前記第２の分散エレメントで分散する前記放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置された第２の放射感応デバイスと
    を備えた第２の検出システムを備えた、請求項１に記載の検査装置。
11. 前記第２の分散エレメントが回折格子である、請求項１０に記載の検査装置。
12. 基板上のターゲットを検査するための検査装置であって、
    前記基板を保持するための基板ホルダと、
    前記基板上のターゲットを照射するための照明ビームを提供するようになされた照明システムと、
    前記ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射を検出するようになされた第１の検出システムであって、
    前記ターゲットから前記非ゼロ次数回折方向に回折する前記放射を分散させるための第１の分散エレメントと、
    前記第１の分散エレメントによって分散する前記放射の強度を測定するように構築され、且つ、配置された第１の放射感応デバイスと
    を備えた第１の検出システムと、を備えた検査装置。
13. 基板上のターゲットを検査する方法であって、
    前記ターゲットを照明ビームで照射するステップと、
    前記ターゲットから非ゼロ次数方向に回折する放射の少なくとも一部を分散させるステップと、
    第１の放射感応デバイス上に前記分散する放射の強度を検出するステップとを含む方法。
14. 前記ターゲットが回折格子である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記分散エレメントが前記ターゲットの回折周期より短い回折周期を有する回折格子である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記照明ビームが約３００ｎｍと約７００ｎｍの間であって、その両端も含む波長を有する、請求項１５に記載の方法。
17. 検査装置であって、
    ターゲットを照射する照明システムと、
    前記ターゲットから非ゼロ次数回折方向に回折する放射を検出する放射検出器であって、
    ｉ）前記ターゲットから前記非ゼロ次数回折方向に回折する前記放射を分散させる分散光学エレメントと、
    ｉｉ）前記分散光学エレメントによって分散する前記放射の強度を測定する放射検出器と
    を備えた放射検出器とを備えた検査装置。

Images