JP5508935B2 - Ｅｕｖマスク用空間映像測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の製造工程に関し、より詳細には、半導体素子の製造工程中に露光工程を利用した微細パターンの形成に使われる原版マスクの誤差を測定するＥＵＶマスク用空間映像（Ａｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｅ）測定装置及び測定方法に関する。

最近、半導体回路線幅の微細化のために、更に短い波長の照明光源が要求され、露光光源として波長が５０ｎｍ以下の極紫外線（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ）を使用した露光工程が活発に研究されている。

このように露光工程の難易度が次第に増加するにつれて、マスク自体の小さなエラーは、ウェーハ上の回路パターンに深刻なエラーを発生させる。従って、フォトマスクを使用してウェーハ上にパターンを具現する際、フォトマスク上に存在する各種欠陥がウェーハに及ぼす影響をあらかじめ検証するために、マスクの空間映像が測定され、これらの欠陥が検査される。

既存のＥＵＶマスク用空間映像測定装置は、複数のＥＵＶ用鏡を使用して鏡の設置及び製作に多くの技術が必要になる。また各鏡の反射率が１００％ではないので、複数の鏡を使用せねばならない。従って、非常に大きいソース電力が必要になるという問題がある。更に、既存のＥＵＶマスク用空間映像測定装置は、高コストの製作費用を要し、注文後の開発期間が数年以上かかるため、これを購買し難い。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、露光器の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）と斜入射度（σ）とをより忠実に描写できる（ｅｍｕｌａｔｅ）ＥＵＶマスク用空間映像測定装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ＥＵＶマスク用空間映像測定装置を利用した空間映像測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による空間映像測定装置は、露光器を使用してスキャニングすることで形成された半導体パターンと相応するパターンの空間映像を測定するための装置であって、上部に反射型ＥＵＶマスクが位置し、該反射型ＥＵＶマスクをｘ軸及びｙ軸のいずれかの方向又は両方向に移動させるように調節される移動部と、前記移動部の上部に配置され、干渉ＥＵＶ光のうちの一定波長の光を選択して反射させるように調節されたＸ線鏡と、前記移動部と前記Ｘ線鏡との間に位置し、反射された前記干渉ＥＵＶ光を前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域に集束させるように調節されたゾーンプレートレンズと、前記移動部の上部に配置され、集束された前記干渉ＥＵＶ光が前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域によって反射される場合、反射された前記干渉ＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節された検出部と、を備え、前記ゾーンプレートレンズ、前記検出部、及び前記露光器のそれぞれの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}と、前記露光器の斜入射度（σ）とは、ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４、及びＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４×σの関係を満たす。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記反射型ＥＵＶマスクと前記検出部との間のアパーチュアを更に備える。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記Ｘ線鏡は、少なくとも一つのモリブデン層及び少なくとも一つのシリコン層が交互に積層された複数層膜構造を備える。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記空間映像測定装置はＥＵＶ光生成器を更に備え、前記ＥＵＶ光生成器は、高出力フェムト秒レーザービームを出力するように調節された高出力フェムト秒レーザーと、前記高出力フェムト秒レーザーから選択された波長を持つ干渉ＥＵＶ光を生成するように調節されたガスセルと、前記高出力フェムト秒レーザービームを前記ガスセルに集束させるように調節されたレンズと、を備える。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記一定波長の干渉ＥＵＶ光のうちの１３．５ｎｍの波長の生成効率が最適化するように、前記ガスセル内部にネオンガスが充填される。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記Ｘ線鏡は、前記ＥＵＶ光生成器から放出された前記干渉ＥＵＶ光を、前記反射型ＥＵＶマスクの法線から４°〜８°傾いた角度で、前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域に向けて反射させるように調節される。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記ゾーンプレートレンズは、反射された前記干渉ＥＵＶ光が前記反射型ＥＵＶマスクの法線で４°〜８°傾いた角度で、前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域に集束させるように調節される。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記空間映像測定装置は、前記検出部で感知したエネルギーに基づいて、前記反射型ＥＵＶマスクのイメージを再構成するように調節される演算部を更に備える。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の特徴による空間映像測定装置は、露光器を使用してスキャニングすることで形成された半導体パターンと相応するパターンの空間映像を測定するための装置であって、前記パターンを有するＥＵＶマスクの第１側上に配置され、ＥＵＶ光を前記ＥＵＶマスクの法線に対して前記露光器が配置される角度と同じ角度で前記ＥＵＶマスクの一部分上に集束させるように調節されたゾーンプレートレンズと、前記ＥＵＶマスクの第２側上に配置され、前記ＥＵＶマスクから前記ＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節された検出部と、を備え、前記ゾーンプレートレンズ、前記検出部、及び前記露光器のそれぞれの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}と、前記露光器の斜入射度（σ）とは、ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／ｎ、及びＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／ｎ×σの関係を満たし、ｎは前記露光器の縮小倍率である。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記空間映像測定装置は、上部に前記ＥＵＶマスクが配置される移動部を更に備え、前記移動部は、ｘ軸及びｙ軸のいずれかの方向又は両方向に前記ＥＵＶマスクを移動させるように調節される。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記ＥＵＶマスクは、反射物質を含む反射型ＥＵＶマスクである。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記検出部は、前記反射型ＥＵＶマスクで反射されたＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節される。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記空間映像測定装置は、ＥＵＶ光生成器及び該ＥＵＶ光生成器からの前記ＥＵＶ光を選択的に反射させるように調節されたＸ線鏡を更に備える。
前記空間映像測定装置の一例によれば、前記ＥＵＶ光生成器は、高出力フェムト秒レーザーを備える。
前記空間映像測定装置の他の例によれば、前記ＥＵＶマスクは、透過型ＥＵＶマスクである。
前記空間映像測定装置の他の例によれば、前記検出部は、前記透過型ＥＵＶマスクを通じて透過された干渉ＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節される。

上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による空間映像測定方法は、露光器を使用してスキャニングすることで形成された半導体パターンと相応するパターンの空間映像を測定する方法であって、ＥＵＶ光を生成するステップと、Ｘ線鏡を使用して前記生成されたＥＵＶ光を反射させるステップと、ゾーンプレートレンズを使用して、前記Ｘ線鏡からＥＵＶマスク上の前記パターンに向けて前記反射されたＥＵＶ光を透過させるステップと、検出部を使用して、前記ＥＵＶマスクから前記ＥＵＶ光のエネルギーを感知するステップと、前記感知されたエネルギーをイメージ情報に変換し、前記イメージ情報を保存するステップと、前記ＥＵＶマスクをｘ軸及びｙ軸のいずれかの方向又は両方向に移動させるステップと、前記保存されたイメージ情報に基づいて、前記ＥＵＶマスクの前記パターンの前記空間映像を出力するステップと、を有し、前記ゾーンプレートレンズ、前記検出部、及び前記露光器のそれぞれの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}と、前記露光器の斜入射度（σ）とは、ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４、及びＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４×σの関係を満たす。
前記空間映像測定方法の一例によれば、前記ＥＵＶ光を生成するステップは、高出力フェムト秒レーザービームを生成するステップを含む。
前記空間映像測定方法の一例によれば、前記Ｘ線鏡を使用して前記生成されたＥＵＶ光を反射させるステップは、前記ＥＵＶマスクの法線に対して４°〜８°傾いた角度で前記ＥＵＶマスクの一部領域に向けて、ＥＵＶ光生成器から放出された前記ＥＵＶ光を反射させるステップを含む。
前記空間映像測定方法の一例によれば、前記ゾーンプレートレンズを使用して、前記Ｘ線鏡から前記反射されたＥＵＶ光を透過させるステップは、前記ＥＵＶマスクの法線に対して４°〜８°傾いた角度で前記ＥＵＶマスクの一部領域に向けて、前記Ｘ線鏡から反射された前記ＥＵＶ光を透過させるステップを含む。

本発明によれば、既存のＥＵＶマスク用空間映像測定装置に比べ、全体的な複雑度及び要求される技術的レベルを低めても、露光器の開口数と斜入射度とをより完璧に描写でき、これにより開発期間及び費用が低減される。

本発明の一実施形態による空間映像測定装置を概略的に示した図面である。 本発明の一実施形態による空間映像測定装置を概略的に示した図面である。 本発明の一実施形態による空間映像測定装置のゾーンプレートレンズ及び検出部を概略的に示した図面である。 本発明の一実施形態による露光器を概略的に示した図面である。 本発明の一実施形態による空間映像測定装置の演算部を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態による空間映像測定装置の検出部及び演算部の作動過程を示した図面である。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の制御部でイメージが再構成され、出力部でマスクから反射された空間映像が出力される過程を示した図面である。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の制御部でイメージが再構成され、出力部でマスクから反射された空間映像が出力される過程を示した図面である。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の制御部でイメージが再構成され、出力部でマスクから反射された空間映像が出力される過程を示した図面である。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を断面図の形態で示したものと、フォトレジストに照射された映像の断面図とを比較したものである。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を断面図の形態で示したものと、フォトレジストに照射された映像の断面図とを比較したものである。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を明暗の形態で示した図面である。 本発明の一実施形態による空間映像測定方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明のＥＵＶマスク用空間映像測定装置及び方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施形態は当業者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施形態は様々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が下記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、これらの実施形態は本発明の開示をより忠実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。

本明細書で使われる用語は特定の実施形態を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われるように、単数形態は、文脈上取り立てて明確に指すものではなく、複数の形態を含むことができる。また、本明細書で使われる場合、“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”及び／又は“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は、言及した形状、数字、ステップ、動作、部材、要素及び／又はこれらのグループの存在を特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素及び／又はグループの存在又は付加を排除するものではない。本明細書で使われるように、用語“及び／又は”は、該当する列挙された項目のうちのいずれか一つ及び一つ以上のあらゆる組み合わせを含む。

本明細書で第１、第２などの用語が、多様な部材、領域及び／又は部位を説明するために使われるが、これらの部材、部品、領域、層及び／又は部位はその用語により限定されてはならない。これらの用語は、特定順序や上下、又は優劣を意味せず、一つの部材、領域又は部位を他の部材、領域又は部位と区別するためにのみ使われる。従って、以下で詳述する第１部材、領域又は部位は、本発明の思想を逸脱せずに、第２部材、領域又は部位と称することもできる。

以下、本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態を概略的に示す図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び／又は公差によって、図示した形状の変形が予想されうる。従って、本発明の実施形態は本明細書に図示した領域の特定形状に制限されたものと解釈してはならず、例えば、製造上導かれる形状の変化を含まねばならない。

図１及び図２は、本発明の一実施形態による空間映像測定装置を概略的に示した図面である。

図１を参照すると、空間映像測定装置は、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ）光生成部１０、Ｘ線鏡２０、ゾーンプレートレンズ３０、反射型ＥＵＶマスク４０（以下では、単に“マスク”と称する）、検出部５０、及び演算部６０を備えることができる。ＥＵＶ光生成部１０では、１２〜１４ｎｍの波長を持つ干渉（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＥＵＶ光が生成されうる。本明細書では、反射型ＥＵＶマスク４０を基に説明するが、ＥＵＶマスクは透過型マスクでありうる。

ＥＵＶ光は、Ｘ線鏡２０を通じてゾーンプレートレンズ３０の方向に反射される。Ｘ線鏡２０は、ＥＵＶ光のうち、１２〜１４ｎｍ波長の光を選択して反射させることができる。反射されたＥＵＶ光は、ゾーンプレートレンズ３０を通じてマスク４０の一部領域４５に集束される。一部領域４５に集束されたＥＵＶ光は、マスク４０を通じて検出部５０の方向に反射される。検出部５０は、ＥＵＶ光のエネルギーを感知して、演算部６０にエネルギー情報を伝達する。

Ｘ線鏡２０は、その材料としてＰｄ／Ｃ、Ｍｏ／Ｓｉ物質を使用でき、特に、Ｘ線鏡２０は、約８０個のモリブデン層及びシリコン層で交互に積層されたＭｏ／Ｓｉ複数層膜構造でありうる。モリブデン層及びシリコン層は、スパッタリング方式で形成された薄膜でありうる。特に、Ｘ線鏡２０は、ＥＵＶ光のうち１３．５ｎｍ波長の光を選択して反射させることができる。

マスク４０は反射物質を含み、特に上部表面に４５ｎｍ以下の微細回路パターンが形成されたマスク４０でありうる。

選択的に、空間映像測定装置は、マスクで反射されたＥＵＶ光を透過させるアパーチュア４６を更に備えることができる。アパーチュア内のピンホール４７のホールサイズを変化させてゾーンプレートレンズ３０の開口数を調節できる。

図２を参照すると、ＥＵＶ光生成部１０は、光源１１、レンズ１２、及びガスセル１３を備えることができる。光源１１では高出力フェムト秒（ｆｅｍｔｏ ｓｅｃｏｎｄ）レーザーが生成され、レーザーは、特に８００ｎｍの波長を持つＴｉ：サファイアレーザーでありうる。高出力レーザーはレンズ１２を通じてガスセル１３に集束できる。ガスセル１３は、真空内でガスセル１３の前後にレーザーが進行する方向に微細孔が空いている構造でありうる。ガスセル１３の内部に１３．５ｎｍのＥＵＶ波長の生成効率が最適化するようにネオンガスが満たされうる。

Ｘ線鏡２０は、生成されたＥＵＶ光がマスク４０の法線において、露光器の入射角と同じ角度でマスク４０の一部領域４５に入射するように設計されうる。ゾーンプレートレンズ３０もまたＸ線鏡２０と同じ役割を行える。言い換えれば、ゾーンプレートレンズ３０は、Ｘ線鏡２０で反射されたＥＵＶ光がマスク４０の法線において、露光器の入射角と同じ角度でマスク４０の一部領域４５に入射するように設計されうる。

選択的に、露光器の入射角は４°〜８°であり、特に６°でありうる。この場合、Ｘ線鏡２０は、生成されたＥＵＶ光がマスク４０の法線に対して６°傾いた角度で、マスク４０の一部領域４５に入射するように設計される。Ｘ線鏡の代りにゾーンプレートレンズ３０が、Ｘ線鏡２０で反射されたＥＵＶ光がマスク４０の法線に対して６°傾いた角度でマスク４０の一部領域４５に入射するように設計されうる。

選択的に、空間映像測定装置はマスク４０の下部に位置する移動部３５を備えることができる。移動部３５は、マスク４０をｘ軸、或いはｘ軸と直角をなすｙ軸の方向に移動させて、検出部５０がマスク４０の上面全体をスキャニングできるように調節できる。

図３は、本発明の一実施形態による空間映像測定装置のゾーンプレートレンズ３０ａ及び検出部５０ａを概略的に示した図面であり、図４は、露光器を概略的に示した図面である。図１及び図２に示したように、空間映像測定装置のマスク４０（図１及び図２参照）は、検出部５０（図１及び図２参照）に向かってＥＵＶ光を反射させるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３に示したように、マスク４０ａは、検出部５０ａに向かってＥＵＶ光を透過させる透過型ＥＵＶマスクでありうる。

ＥＵＶ露光工程で、露光器はＥＵＶ光をマスクに反射又は透過させ、反射又は透過されたＥＵＶ光を、ウェーハ表面上のフォトレジストに縮小された倍率で投影させる。例えば、露光器内のマスクに形成されたパターンと、露光器によりウェーハ表面に投影されて形成された実体パターンとのサイズ比率は、４：１〜５：１でありうる。露光器の投影時に形成されたパターンサイズ比率、即ち、縮小比率を利用してゾーンプレートレンズ及び検出部の開口数を調節する。また、露光器により投影されて形成されたパターンが描写（ｅｍｕｌａｔｉｏｎ）されるように、露光器の斜入射度を鑑みて検出部の開口数を調節する。

図３を参照すると、ゾーンプレートレンズ３０ａ、検出部５０ａ、及び露光器の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）をそれぞれＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}とし、露光器の斜入射度をσとし、露光器の縮小倍率をｎとすると、これらの関係を数式で表せば、次の通りである。

図４を参照すると、露光器の集束レンズ４１によって集束されるＥＵＶ光がその中心部となす角度をｘ、マスク４０によって集束鏡４２の方向に反射されるＥＵＶ光がその中心部となす角度をｙとする時、ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}及びσは次の通りである。

例えば、マスクに形成されたパターンと、露光器によりウェーハ表面に集束投影されて形成された実体パターンとのサイズ比率は４：１でありうる。この場合、露光器の縮小比率は４であるため、数式２を通じて露光器のＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}及びσ値を求め、数式１によってＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４であり、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４×σの関係式を満たすように、ゾーンプレートレンズ３０ａ及び検出部５０ａを設計できる。

結果的に、空間映像測定装置は、干渉ＥＵＶ光、マスク４０ａの法線において露光器の入射角と同じ角度でマスク４０ａの一部領域に入射するように設定された干渉ＥＵＶ光の入射角２５、及び数式１を満たすように設定されたゾーンプレートレンズ３０ａ及び検出部５０ａの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}を考慮して設計される。このように設計された空間映像測定装置は露光器の開口数及び斜入射度を完璧に描写（ｅｍｕｌａｔｉｏｎ）できる。従って、マスク４０ａが上部表面に回路パターンが形成された反射型ＥＵＶマスクである場合、露光器でウェーハのフォトレジスト上に転写される回路パターンと同じ空間映像が本装置により測定される。

図５は、本発明の一実施形態による空間映像測定装置の演算部６０を概略的に示したブロック図であり、図６は、本発明の一実施形態による空間映像測定装置の検出部５０及び演算部６０の作動過程を示した図面である。

図５を参照すると、演算部６０は、制御部７０、保存部８０、出力部９０を備えることができる。マスク４０の一部領域４５でＥＵＶ光１００が反射されて、検出部５０でＥＵＶ光１００が感知されると、エネルギー情報２００が制御部７０に伝達される。制御部７０は、伝達されたエネルギー情報２００に基づいてそのイメージを再構成できる。再構成されたイメージ情報３００は、ＥＵＶ光１００の光度を０〜１の値に換算した数値でありうる。再構成されたイメージ情報３００は保存部８０に伝達される。保存部８０は、マスク４０の一部領域４５についてのイメージ情報を行列データ４００で保存することができる。例えば、マスク４０の領域が５行５列に区分される場合、５行５列の行列データ４００を使用して各領域別に再構成されたイメージ情報３００を保存する。制御部７０は、保存部８０に保存された行列データ４００をローディングして出力部９０に伝達できる。出力部９０は、伝達された行列データ４００に基づいてマスク４０の空間映像を出力する。

図６を参照すると、２５個の領域に区分されたマスク４０の第１領域でＥＵＶ光が反射され、検出部５０は、ＥＵＶ光を感知して第１エネルギー情報１１０を演算部６０に伝達する。伝達された第１エネルギー情報１１０に基づいて、演算部６０内の制御部７０でそのイメージが再構成される。再構成された第１領域のイメージ情報１１０’は保存部８０に伝達され、保存部８０は、５行５列の行列データ４００の１行１列にこれを保存する。以後、移動部３５はマスク４０を−ｘ軸の方向に移動させる。

マスク４０の第２領域でＥＵＶ光が反射され、検出部５０はＥＵＶ光を感知して第２エネルギー情報１２０を演算部６０に伝達する。伝達された第２エネルギー情報１２０に基づいて、演算部６０内の制御部７０でそのイメージが再構成される。再構成された第２領域のイメージ情報１２０’は保存部８０に伝達され、保存部８０は、行列データ４００の１行２列にこれを保存する。以後、移動部３５は再びマスク４０を−ｘ軸の方向に移動させる。

このような過程を繰り返して、マスク４０の第５領域までのイメージが再構成されて保存部８０の行列データ４００に保存されると、移動部３５は、マスク４０を＋ｙ軸の方向に移動させる。従って、マスク４０の第６領域でＥＵＶ光が反射され、検出部５０で感知された第６エネルギー情報１６０が演算部６０に伝達される。伝達された第６エネルギー情報１６０は、制御部７０でそのイメージが再構成され、再構成された第６領域のイメージ情報１６０’は保存部８０に伝達されて、行列データ４００の２行５列に保存される。

マスク４０の位置をｘ軸或いはｙ軸方向に移動させながら、マスク４０の第２５領域までのイメージを再構成し、再構成されたイメージ情報は保存部８０の行列データ４００に保存される。マスク４０のあらゆる領域の再構成されたイメージ情報が保存部８０に保存されると、制御部７０は保存部８０の行列データ４００をローディングする。出力部９０は、制御部７０から伝達された行列データ４００に基づいてマスク４０の空間映像を出力する。

図７〜図９は、本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の制御部でイメージが再構成され、出力部でマスク４０から反射された空間映像が出力される過程を示したものである。図８は、出力部で空間映像を明暗の形態で示したものであり、図９は、出力部で空間映像を図７のａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃによる断面図の形態で示したものである。

図７を参照すると、３６個の領域に区分されたマスク４０をｘ軸或いはｙ軸の方向に移動させながら、マスク４０の第３６領域までのイメージを再構成できる。再構成されたそれぞれのイメージ情報は、保存部内の３行１２列の行列データ４００ａに保存される。

本実施形態では、マスクの第１領域の場合、大部分のＥＵＶ光のエネルギーが検出部で感知される。従って、検出部の第１エネルギー情報に基づいて制御部で再構成されたイメージ情報は１になる。制御部は１を保存部に伝達し、行列データの１行１列に１が保存される。

次いで、移動部３５は、マスク４０を−ｘ軸の方向に移動させる。マスク４０の第２領域にＥＵＶ光が照射される。第２領域の場合、検出部で感知されたＥＵＶ光のエネルギーに基づいて、制御部で再構成されたイメージ情報は１になる。制御部は１を保存部に伝達し、行列データ４００ａの１行２列に１が保存される。

次いで、移動部３５は、マスク４０を−ｘ軸の方向に移動させる。マスク４０の第３領域にＥＵＶ光が照射される。第３領域の場合、検出部で感知されたＥＵＶ光のエネルギーに基づいて、制御部で再構成されたイメージ情報は１になる。制御部は１を保存部に伝達し、行列データ４００ａの１行３列に１が保存される。

次いで、移動部３５は、マスク４０を−ｘ軸の方向に移動させる。マスク４０の第４領域にＥＵＶ光が照射される。第４領域の場合、ＥＵＶ光の一部がパターン５００に吸収されるので、５０％のＥＵＶ光のエネルギーのみ検出部で感知される。従って、検出部で感知されたＥＵＶ光のエネルギーに基づいて制御部で再構成されたイメージ情報は０．５になる。制御部は０．５を保存部に伝達し、行列データ４００ａの１行４列に０．５が保存される。

次いで、移動部３５は、マスク４０を−ｘ軸の方向に移動させる。マスク４０の第５領域にＥＵＶ光が照射される。第５領域の場合、大部分のＥＵＶ光のエネルギーがパターン５００に吸収される。従って、検出部で感知されたＥＵＶ光のエネルギーに基づいて、制御部で再構成されたイメージ情報は０になる。制御部は０を保存部に伝達し、行列データ４００ａの１行４列に０が保存される。

このような過程を繰り返して、マスク４０の第１２領域までＥＵＶ光が照射されてＥＵＶ光のエネルギー情報が再構成される。従って、行列データ４００ａの１行１２列までのイメージ情報が保存される。

次いで、移動部３５は、マスク４０を＋ｙ軸の方向に移動させる。マスク４０の第１３領域にＥＵＶ光が照射される。第１３領域の場合、検出部で感知されたＥＵＶ光のエネルギーに基づいて制御部で再構成されたイメージ情報は０．５になる。制御部は０．５を保存部に伝達し、行列データ４００ａの２行１２列には０．５が保存される。

次いで、移動部３５は、マスク４０を＋ｘ軸の方向に移動させる。同じ方法で、マスク４０の第１４領域〜第２４領域までにＥＵＶ光が照射され、制御部は、それぞれの領域で反射されたＥＵＶ光のエネルギー情報を再構成できる。再構成された第１４〜第２４イメージ情報は、保存部の行列データ４００ａの２行１１列〜２行１列に保存される。特に、第１７領域の場合、一部ＥＵＶ光がマスクパターンの欠陥部分６００で吸収されるので、８０％のＥＵＶ光のエネルギーのみ検出部で感知される。従って、制御部で再構成されたイメージ情報は０．８であり、行列データ４００ａの２行８列には０．８が保存される。

マスク４０の第１３〜第２４領域のイメージ情報が再構成されて、保存部の行列データ４００ａの２行１２列〜２行１列に保存されると、次いで、移動部３５はマスク４０を再び＋ｙ軸の方向に移動させる。同じ方法でマスクの第２５領域〜第３６領域までにＥＵＶ光が照射され、制御部は、それぞれの領域で反射されたＥＵＶ光のエネルギー情報を再構成できる。再構成された第２５〜第３６イメージ情報は、保存部の行列データの３行１列〜３行１２列に保存される。

保存部に保存された行列データ４００ａは出力部に伝達される。出力部は行列データの数値に基づいて、明暗又は断面図の形態で空間映像を出力できる。

図８を参照すると、伝達された行列データ４００ａ（図７参照）の数値に基づいて、出力部は、マスクから反射された空間映像を明暗の形態で出力できる。例えば、行列データの数値によって、０は黒色、１は白色、０．５は灰色に出力されうる。行列データ４００ａ（図７参照）に基づいてマスクで反射された空間映像が出力されれば、明暗のパターンを見て欠陥の如何を判断できる。

第１〜第１２領域の明暗は、良好なパターン形態５１０（１−１−１−０．５−０−０．５）が繰り返されるので、良好な露光が行われることを期待できる。第１９領域〜第２４領域及び第２５領域〜第３６領域も良好なパターン形態５１０（１−１−１−０．５−０−０．５）が繰り返されるので、良好な露光が行われることを期待できる。しかし、第１３領域〜第１８領域は、第１７領域の欠陥５５０によって間違ったパターン形態５２０（１−０．８−１−０．５−０−０．５）を表すので、露光後の現像時にフォトレジストに欠陥が発生しうるということを予測できる。

図９を参照すると、伝達された行列データ４００ａ（図７参照）の数値に基づいて、出力部はマスクで反射された空間映像を断面図の形態で出力できる。例えば、行列データ４００ａ（図７参照）の第１行の値に基づいて、出力部は、マスクのａ−ａ’断面に反射された空間映像を出力できる。同様に、行列データ４００ａ（図７参照）の第２行及び第３行の値に基づいて、マスクｂ−ｂ’断面及びｃ−ｃ’断面に反射された空間映像が出力されうる。

ａ−ａ’断面（第１領域〜第１２領域）、ｃ−ｃ’断面（第２５領域〜第３６領域）の場合、良好なパターン形態６１０（１−１−１−０．５−０−０．５）が繰り返されるので、良好な露光が行われることを期待できる。ｂ−ｂ’断面（第１３領域〜第２４領域）の場合、第１９領域〜第２４領域は良好なパターン形態６１０（１−１−１−０．５−０−０．５）を表す。しかし、第１３領域〜第１８領域は、第１７領域の欠陥６５０により間違ったパターン形態６２０（１−０．８−１−０．５−０−０．５）を表すので、露光後現像時にフォトレジストに欠陥が発生しうるということを予測できる。

選択的に、出力部は、断面図をｘ軸に対称な画面を出力することによって、マスクで反射された空間映像ではない、露光後現像されたウェーハ上のフォトレジストパターンの空間映像が予測される。

図１０及び図１１は、本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を断面図の形態で示したものと、フォトレジストに照射された映像の断面図とを比較したものである。

図１０を参照すると、露光器の開口数（ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}）は０．２５であり、斜入射度（σ）が０であるため、数式１により導出された開口数（ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝０．２５／４＝０．０６２５、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝０）によって、本発明の空間映像測定装置のゾーンプレートレンズ及び検出部が設計される。

図１１を参照すると、露光器の開口数（ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}）は０．２５であり、斜入射度（σ）が１であるため、数式１により導出された開口数（ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝０．２５／４＝０．０６２５、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝０．０６２５）によって、本発明の空間映像測定装置のゾーンプレートレンズ及び検出部が設計される。

フォトレジストに照射された映像の断面図８００ａ、８００ｂと、数式１によって設計された空間映像測定装置を利用して出力された空間映像８１０ａ、８１０ｂとが一致することが分かる。従って、本発明の空間映像測定装置は、実際の露光器の開口数及び斜入射度を利用してフォトレジストに照射された映像を描写できる。

図１２〜図１４は、本発明の他の実施形態による空間映像測定装置の出力部での空間映像を示した態様である。

図１２を参照すると、露光器の開口数（ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}）は０．２５であるため、数式１によって、ゾーンプレートレンズの開口数（ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}）は、ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４である０．０６２５となる。露光器の斜入射度（σ）が０．５であるため、検出部の開口数（ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}）は、ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４×σである０．０３１２５となる。本発明の空間映像測定装置のゾーンプレートレンズ及び検出部は、開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}によって設計される。４０ｎｍサイズの欠陥９１０を有するマスク９００が、本発明の空間映像測定装置で測定される。

図１３及び図１４を参照すると、欠陥９２０が立体的に又は明暗の形態で、本発明の空間映像測定装置の出力部の中央部分に現れる。欠陥９２０は、１０％以上の空間映像強度に変化を与える。従って、実際の露光器によりマスクが露光される場合、ウェーハ上のフォトレジストのパターンエラーが誘発されることを予測できる。即ち、露光ステップ以前にマスクの欠陥を見つけてこれを修正できる。

図１５は、本発明の一実施形態による空間映像測定方法を説明するためのフローチャートである。

図１５を参照すると、まずＥＵＶ光を生成し（ステップＳ１００）、生成されたＥＵＶ光をＸ線鏡に反射させる（ステップＳ２００）。Ｘ線鏡は、ＥＵＶ光がマスクの法線において、４°〜８°傾いた角度でマスクの一部領域に入射するように設計されうる。反射されたＥＵＶ光はゾーンプレートレンズに透過させる（ステップＳ３００）。ゾーンプレートレンズは、ＥＵＶ光がマスクの法線において、４°〜８°傾いた角度でマスクの一部領域に集束されるように設計されうる。マスクの一部領域に集束されたＥＵＶ光は、反射物質を含むマスクにより反射される（ステップＳ４００）。検出部は、マスクにより反射されたＥＵＶ光のエネルギーを感知する（ステップＳ５００）。ゾーンプレートレンズ及び検出部は数式１を満たすように設計されうる。感知されたエネルギーは数値化したイメージ情報で再構成され、数値化したイメージ情報は保存部の行列データに保存される（ステップＳ６００）。次いで、移動部は、マスクをｘ軸或いはｙ軸の方向に移動させ（ステップＳ７００）、再び上記過程が繰り返される。マスクのあらゆる領域についてのイメージ情報が行列データに保存されると、行列データに基づいてマスクの空間映像が出力される（ステップＳ８００）。

本発明を明確に理解させるために図面の各部位の形状は、例示的なものとして理解せねばならない。図示した形状以外の多様な形状に変形できるということに留意せねばならない。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明は、半導体素子製造関連の技術分野に好適に用いられる。

１０ ＥＵＶ光生成部
１１ 光源
１２ レンズ
１３ ガスセル
２０ Ｘ線鏡
２５ 干渉ＥＵＶ光の入射角
３０、３０ａ ゾーンプレートレンズ
３５ 移動部
４０、４０ａ、９００ マスク
４１ 集束レンズ
４２ 集束鏡
４５ マスクの一部領域
４６ アパーチュア
４７ ピンホール
５０、５０ａ 検出部
６０ 演算部
７０ 制御部
８０ 保存部
９０ 出力部
１００ ＥＵＶ光
１１０ 第１エネルギー情報
１１０’ 第１領域のイメージ情報
１２０ 第２エネルギー情報
１２０’ 第２領域のイメージ情報
１６０ 第６エネルギー情報
１６０’ 第６領域のイメージ情報
２００ エネルギー情報
３００ イメージ情報
４００、４００ａ 行列データ
５００ パターン
５１０、６１０ 良好なパターン形態
５２０、６２０ 間違ったパターン形態
５５０ 明暗形態の第１７領域の欠陥
６００ マスクパターンの欠陥部分
６５０ 断面図形態の第１７領域の欠陥
８００ａ、８００ｂ フォトレジストの断面図
８１０ａ、８１０ｂ 出力された空間映像
９１０、９２０ 欠陥

Claims (20)

1. 露光器を使用してスキャニングすることで形成された半導体パターンと相応するパターンの空間映像を測定するための装置であって、
   上部に反射型ＥＵＶマスクが位置し、該反射型ＥＵＶマスクをｘ軸及びｙ軸のいずれかの方向又は両方向に移動させるように調節される移動部と、
   前記移動部の上部に配置され、干渉ＥＵＶ光のうちの一定波長の光を選択して反射させるように調節されたＸ線鏡と、
   前記移動部と前記Ｘ線鏡との間に位置し、反射された前記干渉ＥＵＶ光を前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域に集束させるように調節されたゾーンプレートレンズと、
   前記移動部の上部に配置され、集束された前記干渉ＥＵＶ光が前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域によって反射される場合、反射された前記干渉ＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節された検出部と、を備え、
   前記ゾーンプレートレンズ、前記検出部、及び前記露光器のそれぞれの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}と、前記露光器の斜入射度（σ）とは、ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４、及びＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４×σの関係を満たすことを特徴とする空間映像測定装置。
2. 前記反射型ＥＵＶマスクと前記検出部との間のアパーチュアを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の空間映像測定装置。
3. 前記Ｘ線鏡は、少なくとも一つのモリブデン層及び少なくとも一つのシリコン層が交互に積層された複数層膜構造を備えることを特徴とする請求項１に記載の空間映像測定装置。
4. ＥＵＶ光生成器を更に備え、
   前記ＥＵＶ光生成器は、
   高出力フェムト秒レーザービームを出力するように調節された高出力フェムト秒レーザーと、
   前記高出力フェムト秒レーザーから選択された波長を持つ干渉ＥＵＶ光を生成するように調節されたガスセルと、
   前記高出力フェムト秒レーザービームを前記ガスセルに集束させるように調節されたレンズと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の空間映像測定装置。
5. 前記一定波長の干渉ＥＵＶ光のうちの１３．５ｎｍの波長の生成効率が最適化するように、前記ガスセル内部にネオンガスが充填されることを特徴とする請求項４に記載の空間映像測定装置。
6. 前記Ｘ線鏡は、前記ＥＵＶ光生成器から放出された前記干渉ＥＵＶ光を、前記反射型ＥＵＶマスクの法線から４°〜８°傾いた角度で、前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域に向けて反射させるように調節されることを特徴とする請求項４に記載の空間映像測定装置。
7. 前記ゾーンプレートレンズは、反射された前記干渉ＥＵＶ光が前記反射型ＥＵＶマスクの法線において４°〜８°傾いた角度で、前記反射型ＥＵＶマスクの一部領域に集束させるように調節されること特徴とする請求項１に記載の空間映像測定装置。
8. 前記検出部で感知したエネルギーに基づいて、前記反射型ＥＵＶマスクのイメージを再構成するように調節される演算部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の空間映像測定装置。
9. 露光器を使用してスキャニングすることで形成された半導体パターンと相応するパターンの空間映像を測定するための装置であって、
   前記パターンを有するＥＵＶマスクの第１側上に配置され、ＥＵＶ光を前記ＥＵＶマスクの法線に対して前記露光器が配置される角度と同じ角度で前記ＥＵＶマスクの一部分上に集束させるように調節されたゾーンプレートレンズと、
   前記ＥＵＶマスクの第２側上に配置され、前記ＥＵＶマスクから前記ＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節された検出部と、を備え、
   前記ゾーンプレートレンズ、前記検出部、及び前記露光器のそれぞれの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}と、前記露光器の斜入射度（σ）とは、ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／ｎ、及びＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／ｎ×σの関係を満たし、ｎは前記露光器の縮小倍率であることを特徴とする空間映像測定装置。
10. 上部に前記ＥＵＶマスクが配置される移動部を更に備え、
    前記移動部は、ｘ軸及びｙ軸のいずれかの方向又は両方向に前記ＥＵＶマスクを移動させるように調節されることを特徴とする請求項９に記載の空間映像測定装置。
11. 前記ＥＵＶマスクは、反射物質を含む反射型ＥＵＶマスクであることを特徴とする請求項９に記載の空間映像測定装置。
12. 前記検出部は、前記反射型ＥＵＶマスクで反射されたＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節されることを特徴とする請求項１１に記載の空間映像測定装置。
13. ＥＵＶ光生成器及び該ＥＵＶ光生成器からの前記ＥＵＶ光を選択的に反射させるように調節されたＸ線鏡を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の空間映像測定装置。
14. 前記ＥＵＶ光生成器は、高出力フェムト秒レーザーを備えることを特徴とする請求項１３に記載の空間映像測定装置。
15. 前記ＥＵＶマスクは、透過型ＥＵＶマスクであることを特徴とする請求項９に記載の空間映像測定装置。
16. 前記検出部は、前記透過型ＥＵＶマスクを通じて透過された干渉ＥＵＶ光のエネルギーを感知するように調節されることを特徴とする請求項１５に記載の空間映像測定装置。
17. 露光器を使用してスキャニングすることで形成された半導体パターンと相応するパターンの空間映像を測定する方法であって、
    ＥＵＶ光を生成するステップと、
    Ｘ線鏡を使用して前記生成されたＥＵＶ光を反射させるステップと、
    ゾーンプレートレンズを使用して、前記Ｘ線鏡からＥＵＶマスク上の前記パターンに向けて前記反射されたＥＵＶ光を透過させるステップと、
    検出部を使用して、前記ＥＵＶマスクから前記ＥＵＶ光のエネルギーを感知するステップと、
    前記感知されたエネルギーをイメージ情報に変換し、前記イメージ情報を保存するステップと、
    前記ＥＵＶマスクをｘ軸及びｙ軸のいずれかの方向又は両方向に移動させるステップと、
    前記保存されたイメージ情報に基づいて、前記ＥＵＶマスクの前記パターンの前記空間映像を出力するステップと、を有し、
    前記ゾーンプレートレンズ、前記検出部、及び前記露光器のそれぞれの開口数ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}、ＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}、及びＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}と、前記露光器の斜入射度（σ）とは、ＮＡ_{ｚｏｎｅｐｌａｔｅ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４、及びＮＡ_{ｄｅｔｅｃｔｏｒ}＝ＮＡ_{ｓｃａｎｎｅｒ}／４×σの関係を満たすことを特徴とする空間映像測定方法。
18. 前記ＥＵＶ光を生成するステップは、高出力フェムト秒レーザービームを生成するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の空間映像測定方法。
19. 前記Ｘ線鏡を使用して前記生成されたＥＵＶ光を反射させるステップは、
    前記ＥＵＶマスクの法線に対して４°〜８°傾いた角度で前記ＥＵＶマスクの一部領域に向けて、ＥＵＶ光生成器から放出された前記ＥＵＶ光を反射させるステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の空間映像測定方法。
20. 前記ゾーンプレートレンズを使用して、前記Ｘ線鏡から前記反射されたＥＵＶ光を透過させるステップは、
    前記ＥＵＶマスクの法線に対して４°〜８°傾いた角度で前記ＥＵＶマスクの一部領域に向けて、前記Ｘ線鏡から反射された前記ＥＵＶ光を透過させるステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の空間映像測定方法。

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