JP4733857B2 - 集積回路製造におけるレチクルｃｄを測定する走査型システム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造に関し、更に詳しくは、半導体集積回路の製造工程において、レティクルの限界寸法（クリティカル・ディメンジョン＝ＣＤ）を正確に測定するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造過程では、目的とするチップ上で実現しようとしている電子回路の回路パターンが決定されると、この回路パターンに基づいて、原寸よりも拡大された寸法を有するマスク・パターンが作成される。このマスク・パターンは、通常、レチクルと称される。レチクルとして形成されている回路パターンは、ステッパを用いて、ウエハ上に転写されていく。つまり、レチクルは、最終的にチップ上に実現される現実の回路パターンの原版として機能する。
【０００３】
従って、レチクル上の回路パターンに関しては、レチクルを用いて回路パターンを転写するという次の工程に進む前に、そのパターン欠陥が厳密に検査及び修正される必要がある。具体的には、ステッパのレンズが解像する大きさ以上のパターン欠陥は許されない。というのは、そのようなパターン欠陥が発見されずに存続すれば、それ以後の工程によって欠陥が反復的に転写されてしまい、歩留りが著しく低下してしまうからである。このように、レチクルには、非常な高品質が要求される。そして、高品質を達成する前提として、レチクル上の回路パターンのＣＤを正確に測定しなければならない。
【０００４】
今日では、様々な産業分野からの技術的要求に答えるために、半導体集積回路は、大容量化・高集積化がますます進行している。回路パターンのライン幅縮小への要求も高い。これらを実現するためにも、集積回路製造の基礎となるレチクルの高精度化が必要である。従って、レチクルのＣＤを高精度で測定することの必要性は、原版を光学的にコピーするというフォトリソグラフィの基本原理から導かれる要請として従来から厳然と存在していたが、今日の集積回路の高性能化に伴い、この必要性は、よりいっそう高まっている。半導体産業における以上のような背景の下で、レチクルのＣＤの測定精度を向上させようとする努力は、従来から多くなされてきたし、現在も、更なる努力が継続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１には、光学顕微鏡を用いてレチクルのＣＤを測定する従来技術による典型的な測定システム１００が示されている。このシステム１００は、光源１０１と、レチクル・ステージ１０２と、対物レンズ１０３と、ＣＣＤカメラ１０４とで構成されている。レチクル・ステージ１０２は、レチクル上の測定パターンを求めてＸ−Ｙ方向に移動する。また、レチクル上のイメージの焦点を調節するためにＺ方向に移動する。測定対象となるレチクルは、このステージ１０２の上に配置される。レチクル上のパターンを通過した光は、対物レンズ１０３によって拡大され、拡大されたイメージは、多数のピクセルで構成されているＣＣＤカメラ１０４によってデジタル化される。
【０００６】
図１の右側には、システム１００のそれぞれの段階におけるイメージの概略が示されている。まず、下段には、レチクル上における実際の回路パターンの形状１０５が示されている。１０５においては、エッジが理想的に鮮明に描かれている。次に、中段には、対物レンズを通した光学的なイメージ１０６が示されている。この場合には、左右の暗い部分と中間の明るい部分との境界は不鮮明であって、左側から順に見ると、暗から明へ、そして再び暗へと連続的に変化している。最後に、上段には、ＣＣＤカメラにおけるデジタル化されたイメージ１０７が示されている。このデジタル・イメージ１０７では、中段のイメージ１０６の場合とは異なり、暗から明へそして再び暗に戻る変化は、段階的すなわち離散的である。これは、ＣＣＤカメラが、個別的なピクセルが多数集まった集合体であることに起因する。
【０００７】
このような従来型の測定システムでは、デジタル・イメージにおける光の強度のスレショルドによって決定される２つのエッジ間の距離が、レチクルのＣＤとして定義される。従って、測定精度は、デジタル・イメージの質に依存する。図２には、図１の従来型システム１００におけるデジタル・イメージの変化によって生じる測定誤差の一例が示されている。上段２０１には、レチクル上の回路パターンを通過する実際の光が示されている。この２０１の場合には、暗から明そして再び暗への変化は、示されているように、連続的である。中段及び下段には、透過光のＸ軸方向の輪郭２０２及び２０３が示されている。これらのグラフのＸ軸はＣＣＤカメラ表面におけるＸ軸方向の位置であり、Ｙ軸は光の強度である。そして、それぞれの右側には、デジタル化された場合のレチクルＣＤ２０４及び２０５が示されている。中段に示されているイメージ２０２が右方向にシフトすると、下段のイメージ２０３が得られる。イメージ２０３に対応する２０５には、生じるピクセル誤差が示されている。
【０００８】
デジタル・イメージの輪郭は、ＣＣＤカメラ上のイメージの位置に依存して決定される。図２に示されているように、デジタル化・イメージの輪郭は、透過したイメージ（２０２）がＣＣＤカメラ表面に対して別の位置にシフトすると（２０３）、変化する。そして、この変化によって、レチクルＣＤの誤差が、ピクセル単位で離散的に生じてしまう（２０５）。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、本発明において、新たなアイデアを用いて、このような従来型の測定システムにおける誤差を解消することを提案する。発明者による新たなアイデアとは、レチクル・ステージを移動させる、すなわち、走査させながらＣＣＤカメラを用いて複数のパターン・イメージを撮影し、これら複数のパターン・イメージにおいて生じている誤差の平均をとることによって、誤差を最小化しようとするものである。
【００１０】
本発明の実施例によると、一般的に、多数のピクセルによって構成されるデジタル・カメラを用いて対象物の表面における特定の位置を測定する方法であって、前記対象物の表面において測定領域を設定するステップと、前記設定された測定領域を前記対象物に対して離散的に移動させながら前記デジタル・カメラを用いて複数回の撮影を行い、複数のイメージを得るステップと、前記複数のイメージにおけるグレイ・レベルを所定の段階に分類するステップと、前記所定の段階に分類されたグレイ・レベルそれぞれに含まれるピクセルの数をカウントするステップと、前記カウントされたピクセル数の算術平均を計算し、計算された平均値をもって最終的な測定値とするステップと、を含む方法が提供される。
【００１１】
算術平均の計算は、例えば、本発明によるシステムに内蔵された又は外部のマイクロプロセッサである。特に複雑な計算を行うのではないので、特別な装置は要しないはずである。前記設定された測定領域の前記対象物に対する離散的な移動は、測定目的に応じて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む複数の方向においてなされ移動を含む。もちろん、１つの方向だけの場合もある。
【００１２】
以上で一般的に述べた本発明をレチクルＣＤ測定の場合に即して考えると、前記対象物は集積回路製造において用いられるレチクルであり、前記特定の位置は前記レチクル上に形成された回路パターンである。
【００１３】
本発明は、レチクルのＣＤ測定精度を向上させようとする試みの１つである。ただし、以上で概略を述べたように、本発明では、特別な装置は用いておらず、従って、高価な装置を新たに導入することはない。発明者は、従来技術による方法から視点を転換し、従来は気付かれていなかった単純ではあるが効果的な方法を用いれば目的が達成されることに着目した。以下では、本発明による測定の手順を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３には、本発明による方法の手順３０１−３０７を時系列的に示す流れ図が示されている。本発明によるレチクルＣＤの測定は、従来型の測定システム（図１のシステム１００）をそのまま用い、得られたデータを新規な方法に基づいて処理することによって行う。
【００１５】
ステップ３０１では、ＣＣＤカメラによってデジタル化されたイメージにおいて、測定領域を設定する。ステップ３０１の右側には、デジタル・イメージ上の矩形として設定された測定領域が示されている。設定される測定領域の幅と高さとは、ＣＣＤカメラのピクセル数によって定義される。以下では、説明のために、設定された測定領域には、Ｘ軸方向（幅）に３４個のピクセル、Ｙ軸方向（高さ）に１５個のピクセルが含まれていると仮定する。もちろん、この仮定は単なる一例であり、本発明がこの数値に限定されることは全く意図していない。ステップ３０２では、レチクル・ステージをＺ軸方向に移動させて光学的なイメージの焦点調節を行い、測定領域の中心において光の輝度が最大になるようにする。ステップ３０３では、レチクル・ステージ（図１の１０２）をＸ軸方向に移動させながら、複数回の測定を行う。
【００１６】
このように複数個のイメージを得ている点が、本発明の中心的なアイデアである。つまり、本発明では、正確な測定値を得るために、ただ１つのイメージを可能な限り正確に測定しようと試みる、つまり、例えば高性能の装置を用いることにより測定態様を厳密化し測定精度を向上させようと試みる、という発想は採用しない。そうではなく、従来と同じ装置及び測定態様を用いるのであるが、１枚ではなく複数枚のイメージを撮影し、それぞれのグレイ・レベルに含まれているピクセル数をカウントし、そのピクセル数の平均をとることによって、測定誤差を最小化するのである。発明者は、どのような測定であっても、使用している測定システムの性能に見合った測定誤差が個々の測定結果（この場合は、イメージ）に含まれうることを率直に是認する。そのようないわば当然の前提を認めた上で、測定を１回ではなく複数回行った上で各回の誤差を平均化し、それによって、ただ１回の測定しか行わない場合と比較して、誤差が平均化すなわち平準化され、結果的に最小化されることを目指しているのである。
【００１７】
以下の各ステップでは、このアイデアを実現している。ステップ３０４では、撮影されたイメージ内部の光の強度を、ＣＣＤカメラの各ピクセルにおけるグレイ・スケールの複数のレベルに従って分類する。図３では、説明を容易にするために、レベルが６段階になっている場合について示している。それぞれの撮影されたイメージから、測定領域内に設けられた６段階のグレイ・レベルに含まれるピクセルの数をカウントする。ステップ３０４の右側の表には、第１のイメージの測定領域においては、レベル５に８８個、レベル４に３２個、…というように、それぞれのレベルにピクセルがいくつ存在しているかが、複数のイメージについて表にまとめられている。ステップ３０５では、ステップ３０４においてカウントされた結果のデータを用いて、各グレイ・レベル上のピクセル数の算術平均を計算している。各レベルに対して求められた平均値が、表に示されている。算術平均を計算することによって、使用している測定装置によって得られる各回の測定誤差の偏差が縮小し、結果的に、その装置における最良の測定値が得られることになる。
【００１８】
次に、ステップ３０６では、平均化されたピクセル数を測定領域のＹ方向の距離（高さ）で除算する。この除算の結果から、ピクセル誤差が最小化されたイメージの平均化された輪郭を得ることができる。ステップ３０７では、この平均化された輪郭をレチクルのＣＤに変換する。例えば、グレイ・レベルのスレショルドがレベル３である場合には、Ｘ軸方向のピクセルの総数は１２．１個である。デジタル化されたイメージ上では１つのピクセルは５０ｎｍに相当すると仮定するならば、レチクルＣＤは、１２．１ｘ５０ｎｍ＝６０５ｎｍである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明による方法を用いることにより、特別な装置は用いず、従って、高価な装置を新たに導入することもなく、レチクルのＣＤ測定精度を向上させることができる。測定精度を向上させようとしても、精度の向上は、それに要する費用とトレードオフの関係にあるのが通常であろう。しかし、本発明では、従来型のマスク検査装置を用いながら、以上で述べたように、従来技術による方法とは異なる点に着目し、従来は気付かれていなかった単純ではあるが効果的な方法を用いて、優れた効果を達成している。
【００２０】
本発明による方法を用いることで、特別の装置を新設することなく、レチクルＣＤを測定する際の誤差を最小化することができ、結果的に、半導体チップの歩留りを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学顕微鏡を用いてレチクルのＣＤを測定する従来技術による典型的な測定システムである。
【図２】図１の従来型システムにおけるデジタル・イメージの変化によって生じる測定誤差の一例が示されている。
【図３】本発明による測定方法の手順を時系列的に示す流れ図である。

Claims (8)

1. 多数のピクセルによって構成されるデジタル・カメラを用いて対象物の表面における特定の位置を測定するシステムであって、
   前記対象物の表面において測定領域を設定する手段と、
   前記設定された測定領域を前記対象物に対して離散的に移動させながら前記デジタル・カメラを用いて複数回の撮影を行い、複数のイメージを得る手段と、
   前記複数のイメージにおける検出された光の強度を前記デジタル・カメラのそれぞれのピクセルにおける複数の所定のグレイ・スケール・レベルに分類する手段と、
   前記設定された測定領域に対応する前記所定のグレイ・スケール・レベルのそれぞれに含まれるピクセルの数をカウントする手段と、
   前記所定のグレイ・スケール・レベルのそれぞれにおいてカウントされたピクセルの数の算術平均を計算する手段と、
   前記所定のグレイ・スケール・レベルのそれぞれにおいてカウントされたピクセルの数の算術平均を前記設定された測定領域の高さによって除算して、前記設定された測定領域のイメージに対応する平均化された輪郭を与える手段と、
   前記平均化された輪郭を、所定のスレショルドの関数として前記対象物の表面における特定の位置を示す値に変換する手段と、
   を備えていることを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記設定された測定領域の前記対象物に対する離散的な移動は、測定目的に応じて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む複数の方向においてなされる移動を含むことを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は請求項２記載のシステムにおいて、前記対象物は集積回路製造において用いられるレチクルであり、前記特定の位置は前記レチクル上に形成された回路パターンであることを特徴とするシステム。
4. 多数のピクセルによって構成されるデジタル・カメラを用いて対象物の表面における特定の位置を測定する方法であって、
   前記対象物の表面において測定領域を設定するステップと、
   前記設定された測定領域を前記対象物に対して離散的に移動させながら前記デジタル・カメラを用いて複数回の撮影を行い、複数のイメージを得るステップと、
   前記複数のイメージにおける検出された光の強度を前記デジタル・カメラのそれぞれのピクセルにおける複数の所定のグレイ・スケール・レベルに分類するステップと、
   前記設定された測定領域に対応する前記所定のグレイ・スケール・レベルのそれぞれに含まれるピクセルの数をカウントするステップと、
   前記所定のグレイ・スケール・レベルのそれぞれにおいてカウントされたピクセルの数の算術平均を計算するステップと、
   前記所定のグレイ・スケール・レベルのそれぞれにおいてカウントされたピクセルの数の算術平均を前記設定された測定領域の高さによって除算して、前記設定された測定領域のイメージに対応する平均化された輪郭を与えるステップと、
   前記平均化された輪郭を、所定のスレショルドの関数として前記対象物の表面における特定の位置を示す値に変換するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法において、前記設定された測定領域の前記対象物に対する離散的な移動は、測定目的に応じて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む複数の方向においてなされる移動を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項４又は請求項５記載の方法において、前記対象物は集積回路製造において用いられるレチクルであり、前記特定の位置は前記レチクル上に形成された回路パターンであることを特徴とする方法。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれかの請求項に記載の方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させる命令を含むコンピュータ・プログラムが記憶されていることを特徴とするコンピュータ可読な記憶媒体。
8. 請求項４ないし請求項６のいずれかの請求項に記載の方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させる命令を含むことを特徴とするコンピュータ・プログラム。

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