JP5489002B2 - Ｄｕｖ透過マッピングのための方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は透過マッピングに関する。より詳しくは、本発明は深紫外線（ＤＵＶ）を少なくとも部分的に透過する対象物のＤＵＶ透過のマッピングのための方法と装置に関する。

集積回路（ＩＣ）を製造するためのフォトリソグラフィープロセスに使用されるフォトマスクは、深紫外線（ＤＵＶ）放射線、別名光化学作用波長放射線によって高レベルの放射照度に曝される。近年光化学作用波長におけるフォトリソグラフィープロセスの複数の副作用、特に時間および累積的露光の関数としてのフォトマスク品質の劣化が発見された。共通の現象は、マスク供給元から出荷された時にはマスクが無欠陥であった場合でさえ、マスク表面上の欠陥の増大である。

フォトマスク品質の進行性劣化の機構は、多数である。劣化の原因の部分的なリストは、フォトマスク上の、および、レンズ面上の（しばしば曇りと称する）化学汚染物質の増大、クロムイオンマイグレーション、ＤＵＶ放射線への蓄積された露光によるフォトマスク表面およびバルクの変容および多数の他の原因、を含む。汚染物質は、フォトマスクのペリクル上に、ペリクルとパターン化されたマスクとの間に、またはマスク自体の上に形成する可能性がある。マスク上の汚染物質は、フォトマスクコーティング（例えばクロムコーティング、ＭｏＳｉコーティング）、またはクォーツ基板のクリア領域（パターンまたはスクライブライン）上に形成する可能性がある。ＩＣ産業は、基板材料を、それが一般的に溶融シリカでできているにもかかわらず、伝統的にガラスまたはクォーツと呼ぶ。

数種類の進行性劣化プロセスの下でフォトマスク中を通過する光に影響を及ぼすフォトマスク透過および位相変化は、肯定的または否定的のどちらかの可能性がある。光薄膜効果または表面およびバルク材料特性の変容の結果として、何の吸収も関与していない場合、透過は増大するかまたは減少するかのどちらかの可能性がある。透明薄膜が透明基板（例えばガラス）上に被着される場合、反射および透過の変化が起こる場合があることは、薄膜光学の分野では周知である。例えば、薄膜の厚さが、入射光の波長の４分の１であり、および薄膜の屈折率がガラス製基板の屈折率の平方根に等しいならば、反射は垂直の入射角でゼロに落ち、および透過率は４％−５％だけ増大する。屈折率値の値が正確に基板の屈折率の平方根でない、または、厚さが波長の４分の１未満のときに、透過率増大は、より小さい。しかしながら、１パーセントの一部でさえ、透過率増大はなお検出可能である。

フォトマスクを使用するリソグラフィプロセスにおいて、フォトマスクに帰されるＤＵＶ透過および位相の局所的変化が、印刷フィーチャーの寸法の変化、および回路素子のクリティカルディメンション（ＣＤ）の変化、同じく印刷コントラストの減少に結びつく可能性がある。

非特許文献１に記載された、進行性劣化の１つの適切に理解された機構は、硫酸アンモニウムの時間に伴う遅い増大であり、この増大はＤＵＶ露光によるエネルギーによって駆動される。硫酸塩およびアンモニウムイオン（または他のモノマー）が、前のレチクル洗浄プロセスからの、空中分子汚染からの、またはマスク製造もしくは使用中のレチクルまたはペリクルから放出される材料からの、残留汚染としてフォトマスク表面上にまたはその近くに存在する場合がある。反応イオンまたはシード分子間の化学反応が、ＤＵＶ露光によって光化学的に触媒作用を起こされ、フォトマスク表面上に小さな粒子を核とし、それが後でより大きな粒子になる場合がある。この種の汚染物質はまた、投射リソグラフィーツールのレンズの表面上で増大し、それらの透過率を局所的に減少させ、したがって、光学性能の劣化を生じさせる可能性がある。一旦汚染がフォトマスク上の臨界閾値まで増大すると、ペリクルが除去され、マスクが洗浄され、およびフォトマスクの再利用の前に新しいペリクルが貼り直されなければならない。マスクが洗浄されることができないか、または洗浄した後にスペックを満たすのに失敗した場合、マスクは作り直されなければならない。

非特許文献２に記載されている、別の現象は、マスクのクロムエッジからすぐ近くのクリアクォーツ領域へのクロムイオンのマイグレーションであり、Ｃｒ_２Ｏ_３およびＣｒの混合物を備えた吸収性の材料を作り出す。このイオンマイグレーション現象は、また、リソグラフィ印刷プロセス中のＤＵＶに対する蓄積された露光によって増強される。

曇り増大および透過率変化を引き起こす他の要因は、高洗浄コスト、生産性の損失およびフォトリソグラフィー製品の出荷の混乱に結びつく。

寸法閾値に達するまで、フォトマスク内の欠陥はゆっくり増大する傾向がある。一旦閾値に達すると、化学曇りの急速な劇的な増大がしばしば起こる。この増大を直ちに検出するのに失敗すると、シリコンウェハ上に印刷される集積回路の貧弱な性能または不合格に結びつくことがありえる。急速な増大に対する閾値は、約４０００ジュール／ｃｍ^２の典型的蓄積露光で起こることが見いだされている。閾値は、しかしながら環境汚染のレベル、フォトマスク製造プロセスの詳細、フォトマスクの保管環境、などを含む複数の変動要因に依存している。したがって、それらの発生の初期で曇り増大または他の透過率変化を検出することができないと、ウエハを印刷するときに、歩留の深刻な低下に結びつくことがありえる。

透過率の進行性の変化の早期発見は、既存のフォトマスク検査ツールではほぼ不可能であることが見いだされている。これらのツールは、プロセスの初期中のＤＵＶ透過および反射の、一般的に１％未満の変化に対する感度が高くない。高感度によるＤＵＶ透過のマッピングは、コーティングされたまたはコーティングされてない、パターン化されていないフォトマスクブランクにとってさえ重要になっている。ＩＣのデザインルールがより小さくなるにつれて、ブランクまたはコーティングされたマスク全体の０．１％−０．５％の範囲の透過率変動さえ、性能に計ることができるほどに影響を及ぼす可能性がある。

フォトリソグラフィーに使用される解像度拡張技術（ＲＥＴ）とともに使用するために、ＤＵＶ透過率を測定して、マップするためのシステムが、さらに必要である。埋め込み位相シフトマスク（ＥＰＳＭ）および交互位相シフトマスク（ＡＰＳＭ）のような、ＲＥＴは、（ＥＰＳＭによって）ＭｏＳｉのような吸収体をパターン化することによって、または（ＡＰＳＭによって）クォーツ自体をエッチングすることによって、ＤＵＶビームの位相を変更する。ＭｏＳｉまたは他の位相シフトコーティングによって、ＤＵＶビームの位相の変化がコーティングの厚さに依存することが生じる。１９３ｎｍレーザ光源を備えたリソグラフィーツールのための典型的ＭｏＳｉコーティングは、融着シリカ基板に対してπ（１８０°）の位相シフトに等しい６％のＤＵＶ透過率を得るように設計されている。

フォトマスク全体のＤＵＶ透過率を測定して、それをマップすることによって、透過率マップを光学厚さ変動のマップに変換することによって位相変動マップが生成されることができる。相対光学厚さが、吸収性の層に対するベールの法則によって透過率と関連づけられる。位相変化が光学厚さの線形関数であるので、光学厚さ、したがって、透過率が位相シフトに変換されることができる。１９３ｎｍの印刷波長でπの位相シフトを達成するのに必要なＭｏＳｉコーティングの厚さは、一般的に７０ｎｍである。この種のコーティングは、ＤＵＶ入射ビームの約６％を透過する。他の値の透過率が必要な場合、ＳｉＯ_２またはＴａ_２Ｏ_５のような、他のコーティング層が必要透過率および位相変化を達成するためにフォトマスクに施着されることができる。ＤＵＶ透過マッピングが、したがって、位相およびＣＤ変動のマップに変換されることができる。

汚染による透過率および位相変化は、例えばマスクの洗浄後、突然起こる場合がある。ＭｏＳｉまたはＳｉＯ_２層の厚さが洗浄中に１パーセント未満変化する場合、位相および透過率変化は１ナノメートルを超えるだけＣＤを変える可能性がある。フォトマスクブランクのこの種の小さな透過率変動もまた観測されており、再利用のためにそれらのパターンおよびコーティングを剥がした、再生利用されたマスクにおいて、より大きい変動が観測された。光学的画像処理に基づく検査ツールは、透過率の変化が１％未満の、この種の小さな変動を検出することが可能でない。この種のツールは、一般的に小さなダイナミックレンジを有する画像形成装置、例えばＣＣＤカメラを使用する。この種の画像形成装置はまた、一般的に雑音レベルを上回る信号を得るために必要な統計的平均算出を可能にしない小さな視野を有する。

他の高速光学的方法、例えば偏光解析法および散乱計測法は、欠陥が薄膜または他の明確な幾何学的構造体の形状をとる曇り欠陥またはごく小さい透過率変動を検出するのに用いられることができるだけである。しかしながら、非特許文献３内に記載されているように、この種の欠陥は、一般に欠陥形成の初期中に薄膜または大きな粒子のかたまりにならず、むしろ主として１００ｎｍ未満の程度の、きわめて小さな寸法の散乱された粒子から成る。

走査電子顕微鏡学（ＳＥＭ）またはオージェ電子分光（ＡＥＳ）が、透過変化の曇りまたは他のソースを検出するのに用いられることができる。しかしながら、この種の方法はそれらの低速および小さな視野寸法のために標準サイズのマスクをマップするのに用いられることができない。この種の方法は、欠陥が検出されかつ欠陥の位置が割り出されたあと、それらを調査するのに用いられることができるだけである。加えて、これらの技術はペリクルの除去を必要として、破壊的であり、したがって、検査の必要性を取り除く。

局所的透過率測定の１つの方法が、特許文献１によって示唆された。この特許は、フォトリソグラフィー露光ツールの内側に位置するレチクル上のインシトゥー測定を記載する。しかしながら、この方法はマスク表面上のクリア領域を測定することが可能なだけであり、マスクの全活性領域をマップすることができない。この方法はまた、１％と同じ程度の雑音レベルを有するコヒーレントなモノクロのソースである、リソグラフィ露光ツールの光源のその稼働率によって制限される。したがって、この方法は１パーセントの一部の範囲内の精度で透過率の測定が必要な、それらの増大の初期で、欠陥を検出することができない。

特許文献２に記載されている別の方法が、散乱光に結びつく欠陥を検出する。この方法は、既知の良いレチクルによって散乱される光の画像を収集して、後の時間にこの画像をレチクルから収集される画像と画素毎に比較することを含む。欠陥を識別する際に使われるべき光度の変化の閾値を測定するための、アルゴリズムが示唆される。この方法は、マスクの個々のフィーチャーに敏感で、欠陥とフィーチャーとを区別することを可能にするためにレチクルの個々のフィーチャーの走査および検出を必要とする。

ＵＳ ７，２５１，０３３（Ｐｈａｎ他） ＵＳ ６６１４５２０（Ｂａｒｅｋｅｔ他） ＵＳ特許出願公開ＵＳ ２００５／００８４７６７

Ｓ．Ｓｈｉｍａｄａ他「マスクの曇り生成のニューモデルおよび保管寿命推定」（ＢＡＣＵＳニュース、２００７年４月、２３巻、４号） Ｔｃｈｉｋｏｕｌａｅｖａ他「ＡＣＬＶ劣化：ルート原因分析および効果的監視計画」（Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ， ＰＭＪ Ａｐｒｉｌ ２００８， ７０２８−４０） Ｊｏｎｇ Ｍｉｎ Ｋｉｍ他、「曇り欠陥を防止するフォトマスク表面上の閾値残留イオン濃度」（Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ， ｖｏｌｕｍｅ ６３４９， Ｏｃｔ． ２００６）

対象物を通したＤＵＶの透過率の不規則性、または修理を必要とする欠陥を暗示する透過率の変化を検出するために、例えばパターン化されたフォトマスク、ブランク基板（例えば融着シリカ基板）およびＭｏＳｉコーティングされたブランクのような、ＤＵＶを少なくとも部分的に透過する、対象物の計量透過マッピングのための方法と装置を提供することが、本発明の一目的である。

本発明の別の目的は、対象物の実際の詳細なフィーチャー（例えばフォトマスク上の特定のパターン）が具体的に画像形成されず、透過不規則性または透過変化の検出およびそれらの評価を、詳細に関する方法およびシステムにおけるより簡単にする、この種の方法と装置を提供することである。

本発明のいくつかの実施態様に従って、深紫外線を少なくとも部分的に透過する対象物の透過率マッピングのための装置が、したがって提供され、この装置が、

広帯域深紫外線非コヒーレント照射を生成する放射線源と、

対象物の連続領域の配列の領域を照明するように広帯域深紫外線を方向付ける光学系と、

対象物から出てくる広帯域深紫外線を検出するために放射線源に対して対象物の反対側に配置される光学式検出器と、

対象物と検出器との間の、または、対象物と放射線との間の相対的変位を容易にするための相対的変位配置と、

光学式検出器からの信号を処理するプロセッサとを備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この光学系が非画像形成光学系を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この相対的変位配置がＸ−Ｙステージを備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この相対的変位配置が対象物に対して検出器を変位するための変位配置を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この相対的変位配置が連続領域の配列の異なる領域上へ放射線をリダイレクトするためのリダイレクト光学系を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、放射線源がキセノン、水銀キセノンおよび重水素放電灯を含む一群の放射線源から選ばれる。

さらに、本発明の実施態様に従って、放射線源が１８０ｎｍないし２９０ｎｍの範囲内の波長の放射線を発生させるための放射線源を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この光学系が放射線を対象物の所定の領域に集中させるための光学系を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、検出器が、高速フォトダイオード、光電子増倍管および光電管、を含む一群の検出器から選ばれる検出器を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この装置が対象物から出てくる放射線を検出器上へ集中させるための非画像形成光学系を更に備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この装置が画像形成システムを更に備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この検出器が２．５桁以上の広ダイナミックレンジを有する。

さらに、本発明の実施態様に従って、深紫外線を少なくとも部分的に透過する対象物の透過率マッピングのための方法が提供され、この方法が、

対象物の連続領域の配列の異なる領域を照明するように広帯域深紫外線非コヒーレント照射を方向付けるステップと、

放射線源に対して対象物の反対側に配置される光学式検出器を使用して対象物から出てくる広帯域深紫外線を検出するステップと、

光学式検出器からの信号を処理して、対象物の連続領域の配列の異なる領域を通して放射線の透過率を測定するステップと、を含む。

さらに、本発明の実施態様に従って、対象物がフォトマスクを備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、フォトマスクがパターン化されたフォトマスクを備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、連続領域の配列の異なる領域の横方向寸法が、連続領域の配列の異なる領域のパターン化されたフォトマスク上のパターンの細部の横方向寸法より少なくとも２桁大きい。

さらに、本発明の実施態様に従って、この方法が透過率の変化を測定するために定期的に実行される。

さらに、本発明の実施態様に従って、この方法が検出器と対象物との間の相対的変位を与えるステップを更に含む。

さらに、本発明の実施態様に従って、この方法が対象物と放射線との間の相対的変位を与えるステップを更に含む。

さらに、本発明の実施態様に従って、放射線が１８０ｎｍないし２９０ｎｍの範囲内の波長の放射線を備える。

さらに、本発明の実施態様に従って、この方法が既知の座標に対して対象物を整列配置するために対象物を画像形成するステップを更に含む。

さらに、本発明の実施態様に従って、この検出器が２．５桁以上の広ダイナミックレンジを有する。

さらに、本発明の実施態様に従って、前もって得られる対象物の連続領域の配列の異なる領域に対する透過率測定の基準セットが、測定の基準セットと異なる領域を通しての現在の透過率を比較するために使われる。

さらに、本発明の実施態様に従って、少なくとも一つの異なる領域を通しての透過率が所定の閾値より下であるときに、この方法がアラートを出すステップを更に含む。

さらに、本発明の実施態様に従って、対象物の連続領域の配列の異なる領域を通しての放射線の透過率が所定の閾値より下であるときに、この方法がアラートを出すステップを更に含む。

本発明をよりよく理解し、その実用的用途を認識するために、以下の図が提供されて、この後参照される。図が例だけとして与えられて、本発明の有効範囲を決して限定しない点に留意する必要がある。同様な構成要素は、同様な参照番号によって表示される。

本発明の実施態様に従うＤＵＶ透過マッピングシステムの概略図であり、パターン化されたフォトマスクに対する透過率をマップする際に使われる。

図１内に例示されるシステムの動作のブロック図である。

新しくパターン化されたフォトマスクを通してのＤＵＶ放射線透過の概略図である。

フォトマスクを通してのＤＵＶ透過における少しの減少に関して略図で例示する。

フォトマスクを通しての透過における受け入れ難い損失に関して略図で例示する。

汚されていないフォトマスク表面からの反射および透過に関して略図で例示する。

ＤＵＶへの露光の後でフォトマスク表面からの反射および透過の一例に関して略図で例示する。

本発明の実施態様に従う透過の変化を検出するための方法のフローチャートである。

本発明の実施態様に従って方法と装置が、深紫外線（ＤＵＶ）放射を透過する対象物の透過率の計量マッピングのために提供される。この明細書のために、ＤＵＶ放射線が対象物のその一部の表面に入射するならば、入射するＤＵＶ放射線の少なくとも一部が、対象物の異なる表面から出てくるように、対象物の少なくとも一部がＤＵＶ放射線を少なくとも部分的に透過する場合、対象物がＤＵＶ放射線を透過するとみなされる。ＤＵＶ放射線を透過する対象物の一例は、融着シリカ基板上のフォトマスクである。下記の説明が主としてフォトマスクのマッピングに関連するとはいえ、フォトマスクブランク（例えば裸の基板またはコーティングされた基板）、レンズまたはＤＵＶ放射線を少なくとも部分的に透過するその他の対象物のマッピングが本発明の有効範囲内であることは理解されなければならない。

この方法と装置は、フォトマスクのペリクル上にもしくはその中に、ぺリクルとパターン化されたマスクとの間に、またはマスク自体の上にもしくはその中に、形成する曇りおよび他の汚染物質または透過率不規則性の早期発見を可能にする。広帯域ソースからのＤＵＶ非コヒーレント照射が、フォトマスク上の連続領域上へ方向付けられる。フォトマスクの各照射された領域は、多数のマスクフィーチャー（パターンフィーチャー）を含む。連続領域のフォトマスクを通してのＤＵＶ放射線の透過の１セットの測定が得られ、および、フォトマスクまたはレンズの連続領域を通してのＤＵＶ透過のマップが生成されて、保存される。あとで、別のＤＵＶ透過マップが生成される。後のマップと初期のマップとの比較が、ＤＵＶ透過において多大な変化が起こったことを示唆するかもしれない。ＤＵＶ透過のこの種の変化は、フォトマスクまたはレンズ内の汚染物質の存在を示唆することができる。特定の閾値より上の透過率の変化は、フォトマスクを修復する必要性を示唆することができる（例えば、フォトマスクを、例えばここにて組み込まれる特許文献３内に記載されるような修復方法に、または他の修復方法にかける）。

本発明の実施態様において、フォトマスクの各測定点の測定された領域の寸法は、多数（例えば何百または何千）のフォトマスクフィーチャーを包含することができる。測定点の測定された透過率は、それでフィーチャーの平均透過率が測定された領域によって包含されることを表す。フォトマスクの活性領域全体を包含する１セットの透過測定が、次いで得られて、フィーチャー毎の分析に対して同じ領域の画像形成走査がそうするであろうより、非常により少ない時間でマップされることができる。フォトマスクの高速透過マッピングは、測定プロセスが頻繁な間隔で繰り返されることを可能にする。頻繁な間隔の繰り返しは、次に、曇り増大および透過の他の進行性の変化の早期発見を可能にする。

透過マッピングが、非コヒーレント広帯域ＤＵＶ透過測定を使用して実行される。広帯域透過測定は、パターンのタイプ、密度または相対的透過率に関係なく、単一の放射線源を使用してフォトマスクの活性領域全体の測定を可能にする。広帯域ＤＵＶ透過率変化のマップは、レチクルの表面上のまたはそのコーティング上の曇り汚染物質の増大を含む、全ての進行性のプロセスに感度が高いことを期待されることができる。

本発明の実施態様は、極めて安定な、広帯域非コヒーレント光源からのＤＵＶ放射線を使用する。測定スペクトル帯は、一般的に１８０ｎｍないし２９０ｎｍの範囲内である。この帯域は、先端リソグラフィにおいて２つの最も広く使われている露光波長：ＡｒＦエキシマーレーザソースからの１９３ｎｍおよびＫｒＦエキシマーレーザソースからの２４８ｎｍ、を含む。適切なＤＵＶ放射線源は、キセノン（Ｘｅ）、水銀キセノン（ＨｇＸｅ）および重水素（Ｄ２）放電ランプを含むが、これに限定されるものではない。

ＤＵＶ放射線が、レチクルの裏面または表面のどちらかからフォトマスクに向けられる。非画像形成光学系は、放射線をパターン層の近くに方向付けて、一点に集める。本発明の実施態様において、フォトマスクが基板の裏面を通してＤＵＶ放射線によって照射される。光学系が、レチクルの前表面上のマスクを照明するために放射線を方向付ける。照射スポットの典型的直径が、０．１ｍｍないし５．５ｍｍの範囲内にあってもよい。

フォトマスクを横断して、反対側の表面（または若干の偏向が起こる場合他の表面）を通して出てくるＤＵＶ放射線が、検出される。基板の裏面を通して照明されるときに、表面から出てくる放射線が検出される。本発明の実施態様において、出てくるＤＵＶ放射線を検出する検出システムは単一の検出器を含む。検出器は、検出器の放射線検出構成部品に入射する放射線の強度に対応する信号を発生する。画像を作り出す何の必要もないので、何の更なる検出器も必要でない。検出器の放射線検出構成部品は、高速フォトダイオード、光電子増倍管（ＰＭＴ）、光電管またはＤＵＶ放射線を検出して、測定することに適応できるその他の素子であってもよい。検出システムは、放射線検出構成部品上へ出てくる放射線を集中させるための非画像形成収集光学系を含むことができる。

本発明の実施態様において、検出器は２．５桁以上の広ダイナミックレンジを有する。大きいダイナミックレンジは、検出器がきわめて大きい信号対雑音比（ＳＮＲ）を達成することを可能にする。単一の測定が１秒の何分の１かだけで得られることができるので、いくつかの反復測定がＳＮＲを更に向上するために平均化されてもよい。このように、概ね過剰であるとみなされないであろう合計だけ測定時間を増加させることを犠牲にして、０．１％の範囲内までの測定確度が達成されることができる。利用可能な放射照度が５００μＷ／ｃｍ^２を上回ることができるので、この高レベルの精度が可能であり、一方、主に暗電流の結果の雑音等価パワー（ＮＥＰ）は、１ｎＷ／ｃｍ未満である。

本発明の実施態様において、この高精度の透過変動測定は、進行性の欠陥によって生じる位相変化に関する情報の抽出を可能にすることができる。この位相変化情報の抽出は、欠陥材料の屈折率の別々の測定があった所で、および、光薄膜効果が起こる所で、可能であろう。

本発明の実施態様において、全フォトマスクの上の測定が相対的変位配置によって達成される。マスク上のＤＵＶ放射線の入射角の方向に垂直なＸＹ平面において、相対的変位配置によってマスクとＤＵＶ照光との間の相対的並進が生じる。ＸＹ平面内にフォトマスクを並進させることは、入射するＤＵＶ放射線および検出システムとマスクの各部を連続的に整列配置する。フォトマスクの並進が、移動可能なＸ−Ｙステージを使用して実行されることができる。Ｘ−Ｙステージの動きが、個別ステップアンドリピート動作または連続ラスタースキャンの形式であってもよい。

代わりとして、フォトマスクを並進させる代わりに、ＤＵＶ照射系および検出システムがフォトマスクを横切って移動する間、フォトマスクが静止で保持されることができる。代わりとして、検出システムがフォトマスクの全ての部分から出てくる放射線を検出することが可能でもよい。例えば、検出器が対象物全体にわたって延伸する単一の大きい放射線検出構成部品を含むことができる。この場合、フォトマスクおよび検出器の両方が静止のままであることができ、その一方で、フォトマスクの連続領域がＤＵＶ放射線によって照明される。

測定がなされるＸ−Ｙ動作中の点の座標、および、それらの点でなされる測定のセットの結果が、中央コンピュータユニットに入力される。測定セットおよび入力される座標データに基づいて、中央コンピュータユニットが透過値のマップを生成する。

測定セット取得およびマッピング動作が、フォトマスク上で定期的に繰り返される。いつ測定が実行されるべきかについて決定するための判定基準は、ＤＵＶへのフォトマスクの累積的露光、ＩＣ製造のマスクを使用して印刷されるウエハの数、マスク上の洗浄プロセスの性能またはその他の適切な判定基準を考慮に入れることができる。各測定セットおよびマップが、中央コンピュータユニットのメモリ内に格納される。測定セットが先の測定セットと比較され、および、透過値の差異のマップが生成される。このように、測定セット毎の透過率の１パーセントの一部に達する変化が、検出されることができる。

システムは、フォトマスクを通してよりむしろ大気を通して測定を実行することによって測定セットの取得中に所定の間隔で較正される。例えば、この種の較正測定は一定数の点測定の後で実行されることができる。このように、検出システムの出力は基準として大気を使用して検出器感度のドリフトに対して修正されることができる。

本発明の実施態様において、透過率測定はフォトマスク上の適所のペリクルと共に実行される。適所のペリクルと共に透過測定を実行する機能は、ＤＵＶ透過率の変化の早期発見を容易にする。フォトマスクが測定プロセス中に無傷のままであるので、フォトマスクが使われるウエハ製造工場で、測定が実行されることができる。ペリクルを取り除く必要があったならば、測定を実行することは、たぶんウエハ製造工場からフォトマスク製造施設までフォトマスクを取り除くことを伴うであろう。

実験室試験が、本発明の実施態様によって達成できる測定精度を求めるために実施された。一つの測定のセットに対して、０．２％未満の標準偏差が、達成された。複数測定が１秒未満の時間間隔の範囲内で実行された複数測定セットの平均に対して、０．１％未満の標準偏差が、達成された。

次に添付の図を参照して本発明の実施態様を説明する。図１は、本発明の実施態様に従うＤＵＶ透過測定システムの概略図である。

ＤＵＶ放射線１０４が、広帯域ＤＵＶソース１０１から生じる。ＤＵＶ放射線１０４は、コリメーティングレンズ１０２によって代表される平行光学系によって平行にされることができる。任意選択で、ＤＵＶビームはリダイレクト光学系１０３を使用してリダイレクトされることができる。集束レンズ１０５によって代表される集光システムが、フォトマスク１０７の裏面上の領域１２０を照明するためにＤＵＶ放射線１０４を一点に集める。フォトマスク１０７が、移動可能なＸＹステージ１０６上に設置される。

領域１２０を照明するＤＵＶ放射線の一部が、フォトマスク１０７の反対側から出てくることができる。出てくるＤＵＶ放射線は、収集レンズ１０８によって代表される収集光学系によって収集される。収集されたＤＵＶ放射線は、ＤＵＶ検出器１０９のほうに向けられて、その上に入射する。ＤＵＶ検出器１０９は、任意選択で検出器並進ステージ１２４上に載置される。ＤＵＶ検出器１０９は、入射するＤＵＶ放射線に応答して信号を作り出す。作り出された信号は、データ収集および処理のために中央コンピュータユニット１１６に接続１１７経由で送信される。ＤＵＶ検出器１０９によって作り出される信号の取得および処理が、測定と称される。

移動可能なＸＹステージ１０６は、ＤＵＶ放射線１０４の軸に対して実質的に垂直な平面内にフォトマスク１０７を並進させる。ＤＵＶ放射線１０４の軸は、集束レンズ１０５の光軸によって基本的に決定される。並進は、照明された領域１２０の位置にフォトマスク１０７の連続領域を持ってくるようなものである。フォトマスク１０７の各連続領域が領域１２０の位置に持ってこられるにつれて、測定がなされる。フォトマスク１０７の並進は、接続１１８を通してコンピュータユニット１１６によって制御される。フォトマスク１０７の制御された並進は、測定プロセスの終わりで、フォトマスク１０７の活性領域全体を覆って１セットの測定が実行されるようなものである。

代わりとして、リダイレクト光学系１０３がＤＵＶ放射線１０４にフォトマスク１０７の連続領域を照明させる間、フォトマスク１０７が静止のままである。検出器１０９がフォトマスク１０７の照明された領域から出てくるＤＵＶ放射線を検出するように、検出器並進ステージ１２４が検出器１０９を移動する。

画像形成システムが、フォトマスク１０７上の照射スポット１２０の位置を決めるために設けられる。光源１１５から生じる光が、フォトマスク１０７上のスポット１２２に集光レンズ１１４によって焦点を合わせられる。光学系が、対物レンズ１１３およびチューブ−レンズ１１１を含むことができる。必要に応じて、光学系の光軸はリダイレクト光学系１１２を使用してリダイレクトされることができる。光学系は、ＣＣＤカメラ１１０上にスポット１２２によって照明されるフォトマスク１０７のその領域の画像を作り出す。

フォトマスク１０７は、フォトマスク１０７上の固定位置に位置合せマークを備えている。位置合せマークは、画像形成システムによって視認できる。ＣＣＤカメラ画像データが、データリンク１１９経由でコンピュータユニット１１６に送信される。ＣＣＤ画像データは、コンピュータユニット１１６によって処理される。ＣＣＤ画像データの処理は、位置合せマークがスポット１２２に位置する時を判定する。スポット１２２の位置は、照明された領域１２０の位置と関連するスペース内に固定される。したがって、位置合せマークがスポット１２２に位置すると画像形成システムが判定するときに、フォトマスク１０７の対応する領域が照明された領域１２０に再現的に位置する。このように、フォトマスク１０７の表面上に再現可能な座標系が、定められる。コンピュータユニット１１６と可動ＸＹステージ１０６、測定システムおよび画像形成システムとの間の通信が、測定セットの各透過率測定の座標の決定を可能にする。このように、コンピュータユニット１１６はフォトマスク１０７の表面にわたって透過率をマップすることが可能である。

図２は、図１内に例示されるシステムの動作のブロック図である。フォトマスクおよび関連レシピまたは測定プロトコルを規定するパラメータ２０１が、システムに入力される。試験されるべきフォトマスクが、測定システム内に配置される。測定システムは、フォトマスク上で測定プロセスを実行して、１セットの測定値２０２を生成する。測定値および画像形成結果のセットが、データベース２０３内に保存される。

２つのタイプの分析が、実行される。セット内分析２０５は、単一の測定セット内の測定結果をお互いに比較する。例えば、フォトマスクブランクのある領域に対する測定結果が、同じフォトマスクブランクの別の領域に対する測定結果と比較されてもよい。別の例では、フォトマスクレチクルの一つ以上の局所的領域上の測定結果が同一のフィーチャーを備えたフォトマスクレチクルの領域上の結果と比較されることができる（ダイ対ダイ比較）。同様に、フォトマスクレチクルの中央の近くの局所的領域に対する結果が、レチクルの周辺の近くの同一のフィーチャーを備えた領域に対する結果と比較されてもよい。検出される透過または位相シフトの任意の差異が、格納された検出しきい値２０４と比較される。検出しきい値２０４を上回る差異が検出された場合、システムが、フォトマスク上の汚染の存在に対するアラート２０８を出す。この種のアラートの意義は、このフォトマスクはそれが洗浄されるまで、フォトリソグラフィーでの使用から除去されなければならないことである。

セット間分析２０６は、１つの測定セットからの結果をもう一方からの結果と比較する。１つの日付でフォトマスクに実行される測定の結果が、異なる日付で同じフォトマスクに実行される測定の結果と比較されてもよい。例えば、フォトリソグラフィーでの使用の前になされる測定がある使用期間の後でなされる測定と比較されるであろう。代わりとして、１つのフォトマスク上でなされる測定が同一のマスク上でなされる測定と比較されることがありえる。例えば、フォトリソグラフィーに使われたフォトマスクに対する測定結果が、これまで使われなかった別の同一のものと比較されてもよい。再び、検出されるいかなる差異も、格納された検出しきい値２０２と比較される。検出された差異が検出しきい値２０４を上回るときに、システムはフォトマスク上の曇りまたは他の汚染の存在に対するアラート２０８を出す。代わりとして、検出された差異が検出しきい値２０４を上回らない場合、システムが透過率劣化情報２０７を生成することができる。透過率劣化情報２０７に基づいて、フォトマスクの透過率が再び測定されなければならないとき、または、フォトマスクが洗浄されなければならないとき、に関する予測２０９がなされることができる。

図３−５Ａは、フォトマスクを通しての進行性の透過損失の位相を例示する。説明のために、欠陥がマスクの前方表面上に形成して示されるとはいえ欠陥は実際マスクの任意の表面に形成することができる。

図３は、新しくパターン化されたフォトマスクを通してのＤＵＶ放射線透過の概略図である。入って来るＤＵＶビーム３０１は、基板３０２を通してマスク表面３０３を均一に照明する。マスクパターン３０３は、クォーツ基板３０２上のクロムまたはＭｏＳｉのような、パターン化された吸収体から成る。ビーム３０５が、インターフェース表面での反射によって、マスクパターン３０３によるブロッキングによって、および、基板３０２内の吸収および散乱によって、減少させられるその強度でフォトマスクから出てくる。この点で、しかしながら、何の欠陥もまたは汚染物質も、マスク表面３０３上にまたは保護ペリクル３０４上にない。したがって、フォトマスクのマスク側から出てくるビーム３０５は、１００％相対透過率で透過されるように、記載されている。

図４は、フォトマスクを通してのＤＵＶ透過の小さな減少に関して略図で例示する。進行性の透過損失のこの位相において、曇り汚染物質４０１がマスクの前部表面上で増大し始めた。この点で、しかしながら、透過率の変化は測定できるが、なお小さい。ここに示した例では、ＤＵＶビーム４０２は、何の汚染物質もないときに出るビーム３０５（図３）の強度の９９．９％の相対強度で、マスクから出てくる。透過損失は、０．１％である。一般的に、透過の損失が小さいときに、フォトマスクはフォトリソグラフィーに使われ続けることができる。

図５Ａは、フォトマスクを通しての透過の受け入れ難い損失に関して略図で例示する。進行性の透過損失のこの位相では、マスク表面５０１上の汚染物質増大５０１による透過損失は受け入れられる閾値を上回る。ここに示した例では、ビーム５０２は、ビーム３０５（図３）の強度の９５％の強度で出てくる。この種の透過損失によって、フォトマスクがフォトリソグラフィーに用いられるのに不適当になる。使われるために、この種の透過損失を伴うフォトマスクは、洗浄されるかまたは廃棄されなければならない。

図５Ｂおよび図５Ｃは、フォトマスクの表面上の薄膜成長の影響の一つの例を例示する。図５Ｂは、汚されていないフォトマスク表面からの反射および透過に関して略図で例示する。ＤＵＶビーム３０１は、基板３０２の表面に垂直に入射する。入射光の一部Ｒ１が、反射される。Ｒ１は、クォーツ基板の屈折率ｎ１によって決定される。ビーム３０５の形式で透過される入射光の割合Ｔ１が、Ｒ１の値、マスク３０３の特性およびフォトマスクの種々の構成部分内の吸収または散乱効果によって決定される。図５Ｃは、ＤＵＶに対する露光の後でフォトマスク表面からの反射および透過の一例に関して略図で例示する。フォトリソグラフィー中のＤＵＶ放射線に対する露光の後、基板３０２の表面の近くの基板材料の層の屈折率が、ｎ２に変更される場合がある。ここに示した例では、ｎ２は基板屈折率ｎ１より小さい。この場合、変更された表層を有する基板によって反射される入射光の割合Ｒ２は、Ｒ１未満でもよい。したがって、この例の場合、結果は、強度Ｔ１に対して、透過されたビーム３０５の強度Ｔ２の増大である。

本発明の実施態様に従って、一方法がフォトマスク上の汚染を自動的に検出するための検出ルールを適用することによってＤＵＶ透過率を監視するために提供される。図６は、本発明の実施態様に従って透過率の変化を検出するための一方法のフローチャートである。所定の測定位置が、マスク上で選ばれる（ステップ６０２）。位置は任意に、例えば、マスク表面全体をカバーするために均一に間隔を置かれるように選択されることができる。代わりとして、位置は典型的透過率変化挙動の、または、マスクレイアウトの、従来の知識に基づいて選ばれることができる。例えば、以前の経験は、化学的曇りが初めにマスクの周辺から内部に増大することを示す場合がある。そのような場合、測定点は周辺ではより高い密度で、および、中央の近くでより低い密度で選択されることができる。

監視プロセスの最初のステップとして、基準測定が、監視されるべき特定のマスク上の所定の位置でなされる（ステップ６０４）。基準測定は、製造または洗浄の直後に、フォトリソグラフィーでのその使用の前に、マスク上でなされる。基準測定結果Ｔｒ０が、後日なされる測定との比較のために保存される。

代わりとして、基準測定が監視されるべきマスクと同じ設計の類似したマスク上でなされることができる。しかしながら、監視されるマスクとは異なり、基準マスクはフォトリソグラフィープロセスの一部としてＤＵＶ放射線に露光されない。基準マスクは、基準測定での後の使用のために保管される。異なるマスク上の比較測定のこの代替法は、マスク対マスク基準法と称する。測定が監視されるマスク上でなされるときはいつでも、基準マスク上の基準測定が基準測定結果Ｔｒ０を作り出すために繰り返される。したがって、マスク対マスク法に関しては、基準測定結果は長い期間の間保存される必要はない。

基準測定Ｔｒ０のセットは、基準透過率測定マップを代表する。任意選択で、基準セットの各透過率測定は測定のセットの平均からの差またはデルタとして規定され、デルタ透過マップに対するＤＴＭ０と分類されることができる。ＤＴＭ０またはＴｒ０は、フォトマスクの各点上の１セットの単一測定に基づくことができるか、または測定の同じセットのいくつかの繰り返しの平均に基づくことができる。

監視されるマスクが、１９３ｎｍまたは２４８ｎｍエキシマーレーザのような高エネルギー光源に露光される、リソグラフィプロセスで使われることができる（ステップ６０６）。マスク上の測定は、マスクが所定の期間の間使われたあと、所定の累積的照射線量に曝されたあと、またはマスク上の測定が繰り返されるべきことを示唆すると規定されるその他の判定基準を満たした後に、繰り返される（ステップ６０８）。いつ測定が繰り返されるべきかについて判定するための判定基準は、透過損失の既知のモードの実験的に決定された増大率、予定された洗浄間隔または他の要因に基づくことができる。判定基準は、他の要因に依存して変化することができる。例えば、測定された透過率が特定の値より下に低下したあと、透過損失の率がその値に到達した後に増大することが既知の場合、測定はよりしばしば繰り返されることができる。

１セットの繰り返し測定（ステップ６１０）が、ＴｒｘまたはＤＴＭｘと分類されることができ、ここでｘは測定セットの数を代表する。基準測定と同様に、繰り返し測定がまた、マスク上の所定の位置でなされる。代わりとして、新しい位置が所定の基準位置に加えて測定されることができる。１セットの測定が繰り返されたあと、システムは自動比較アルゴリズムを適用する。自動比較アルゴリズムは、繰り返された測定のセットを基準測定のセットと比較する。

比較は、２つの基本タイプに分けられる。第１のタイプでは、測定の現在のセット、ＴｒｘまたはＤＴＭｘが基準測定のセットＴｒ０もしくはＤＴＭ０に対して、または測定のその他の以前のセットに対して比較されることができる。所定の位置の１つでなされる各測定に対して、現在の測定と基準測定との間の差または比率が算出される。

第２の基本タイプの比較では、フォトマスクレチクル上の位置の測定が、同じレチクル上の別の位置でなされる測定と比較される。比較されるレチクルの２つの位置は、同一のフィーチャー、すなわちマスク上の異なる位置の同じチップ設計を有する。例えば、２つの位置はレチクルの隣接するダイ上に位置することができる。別の例では、１つの位置がレチクルの中央の近くにあり、その一方で、もう一方が周辺にある。

比較アルゴリズムが、算出された測定対測定差異または比率を透過率変化に対して、および、場合によっては、位相変化に対して所定の検出しきい値と比較する（ステップ６１２）。差異は、割合として、または、パーセントで表される、相対的変化を得るために透過率値によって割られることができる。閾値は、異なる測定間の、透過率の最小限の検出可能な損失または位相の変化として規定される。比較値が閾値より大きいときに（ステップ６１４）、システムは、この位置での透過損失をユーザに警告する（ステップ６１６）。いくつかの測定位置にわたって系統的な検出された透過率変化が、上記した汚染のタイプの一つ以上による変化を示唆することができる。

非系統的な検出された透過率変化、例えば測定単一点で検出される変化が、局所的粒子汚染を示唆することができる。しかしながら、それはまた、おそらく測定誤差を示唆する可能性もある。

測定のセットが、データベース内に編成される。データベース内に保存された測定セットと関連するデータは、マスク識別、通し番号、層識別、技術、製造の日付および測定セットが分類されることができる他のデータ、を含むことができる。データベースはさらに、マスクがＤＵＶ放射線に曝される回数およびマスク上の累積的放射線被曝量の追跡を可能にする。このデータベースアルゴリズムは、マスクがいつ洗浄、再調査に送られるかまたは作り直されなければならないかを予測するために、蓄積線量および透過率または位相変化情報を活用する。

この明細書内に記載される実施態様および添付の図の説明が、その有効範囲を限定することなく、本発明のより良い理解のためにのみ働くことが、明らかであるべきである。

さらに、明らかであるべきことは、当業者が本願明細書を読み込んだあと添付の図および上に記載される実施態様に対して補正または修正をなすことができるが、それもなお本発明によって包含されるであろうことである。

１０１ 広帯域ＤＵＶソース
１０２ コリメーティングレンズ
１０３ リダイレクト光学系
１０４ ＤＵＶ放射線
１０５ 集束レンズ
１０６ ＸＹステージ
１０７ フォトマスク
１０８ 収集レンズ
１０９ ＤＵＶ検出器
１１０ ＣＣＤカメラ
１１１ チューブ−レンズ
１１２ リダイレクト光学系
１１３ 対物レンズ
１１４ 集光レンズ
１１５ 光源
１１６ コンピュータユニット
１１７、１１８ 接続
１１９ データリンク
１２０ 領域
１２２ スポット
１２４ 検出器並進ステージ
２０１ パラメータ
２０２ 測定値
２０３ データベース
２０４ 検出しきい値
２０５ セット内分析
２０６ セット間分析
２０７ 透過率劣化情報
２０８ アラート
２０９ 予測
３０１ ＤＵＶビーム
３０２ 基板
３０３ マスク表面
３０４ 保護ペリクル
３０５ ビーム
４０１ 曇り汚染物質
４０２ ＤＵＶビーム
５０１ マスク表面
５０２ ビーム

Claims (11)

1. 深紫外線を少なくとも部分的に透過するパターン化されたフォトマスクの透過率マッピングのための方法であって、前記方法が、
   前記フォトマスクの連続領域の配列の異なる領域を照明するように、１８０ｎｍないし２９０ｎｍの波長の範囲を含む広帯域深紫外線非コヒーレント照射を方向付けるステップと、
   前記放射線源に対して前記フォトマスクの反対側に配置される、３桁以上の広ダイナミックレンジを有する非画像形成光学式検出器を使用して前記フォトマスクを透過し、前記フォトマスクの反対側から出てくる前記広帯域深紫外線を検出するステップと、
   前記光学式検出器からの信号を処理して、前記フォトマスクの前記連続領域の配列の前記異なる領域を通して前記放射線の前記透過率を測定するステップと、
   前記フォトマスクの劣化を監視するために、前記透過率の測定を定期的に繰り返し、前記透過率の変化を測定するステップと、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記フォトマスクがパターン化されたフォトマスクを備え、および前記連続領域の配列の前記異なる領域の横方向寸法が、これらの異なる領域の前記パターン化されたフォトマスク上の前記パターンの細部の横方向寸法より少なくとも２桁大きい、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、さらに、前記検出器と前記フォトマスクとの間の相対的変位を与えるステップを含む方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、さらに、前記フォトマスクと前記放射線との間の相対的変位を与えるステップを含む方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記放射線が１８０ｎｍないし２９０ｎｍの範囲内の波長の放射線を備える、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、さらに、既知の座標に対して前記フォトマスクを整列配置するために前記フォトマスクを画像形成するステップを含む方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前もって得られる前記フォトマスクの前記連続領域の配列の前記異なる領域に対する透過率測定の基準セットが、測定の前記基準セットと前記異なる領域を通しての現在の透過率を比較するために使われる、ことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、さらに、前記少なくとも一つの異なる領域を通しての前記透過率が所定の閾値より下であるときに、アラートを出すステップを含む方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、さらに、前記フォトマスクの前記連続領域の配列の前記異なる領域を通しての前記放射線の前記透過率が所定の閾値より下であるときに、アラートを出すステップを含む方法。
10. 請求項７に記載の方法であって、前記透過率測定の基準セットが、前記フォトマスクの他の領域で繰り返される光学的フィーチャーを有する前記フォトマスクの領域の測定を含む、ことを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、さらに、大気較正を実行するステップを含む方法。

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