JP5719019B2 - フォトリソグラフィマスクの性能を判断する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フォトリソグラフィマスクの性能を判断する方法及び装置に関する。
半導体産業において絶えず高まる集積密度の結果として、フォトリソグラフィマスクは、益々小さい構造を投影する必要がある。この要求を満たすために、フォトリソグラフィマスクの露光波長は、電磁スペクトルの近紫外領域から中紫外領域を超えて遠紫外領域に移行した。現在では、一般的に１９３ｎｍの波長が、ウェーハ上のフォトレジストの露光に使用されている。その結果、益々高まる分解能を有するフォトリソグラフィマスクの製造は、より複雑になってきており、従って、より経費負担の大きいものにもなってきている。
フォトリソグラフィマスクは、透過率、平面度、純度、及び温度の安定性に関して極めて高い要求を満たさなければならない。更に、マスク上の各欠陥は、このフォトリソグラフィマスクによって露光される各ウェーハ上に再現される可能性があるので、フォトリソグラフィマスクは、欠陥のないものでなければならない。しかし、いずれの製造処理も欠陥からの絶対的な解放を保証することはできない。従って、製造された各マスクは、露光処理中にマスク上の欠陥がウェーハに転写されることになるか否かに対して確認又は検査すべきである。フォトリソグラフィマスクの製造はコスト集約的な工程であるので、マスク上の欠陥は、可能である時毎に修復される。修復の後に、フォトリソグラフィマスクは、再度非常に注意深く検査すべきである。この目的のために、通常はＡＩＭＳ（空間像測定システム）システムが使用される。ＡＩＭＳは、フォトリソグラフィマスクが露光波長でウェーハ上に作成することになる構造の大幅に拡大された像を作成する。この拡大像は、ＵＶ（紫外）感知ＣＣＤ（電荷結合デバイス）カメラによって記録される。欧州特許出願ＥＰ ０ ６２８ ８０６ Ａ２は、そのようなＡＩＭＳシステムの設定及び作動を開示している。
将来、益々小さい構造をウェーハ上に達成するという要求は、１９３ｎｍの波長の電磁放射線を用いたフォトリソグラフィシステムではもはや満たすことができなくなる。従って、現在、電磁スペクトルのＥＵＶ（極紫外）領域内の１３．５ｎｍの波長で作動することになるフォトリソグラフィシステムが開発されている。これらのフォトリソグラフィシステムは、２０ｎｍよりも小さい寸法を有する構造をウェーハ上に発生させることを可能にすることになる。欧州特許ＥＰ １ ８２９ ０５２ Ｂ１は、そのようなシステムのための反射多層ミラーを開示している。
フォトリソグラフィマスクの検査に現在利用可能なＡＩＭＳシステムは、ＥＵＶマスクに使用することができず、これは、現在のシステムがレンズシステムで作動するからである。これらのレンズは、１３．５ｎｍの波長の電磁放射線に対しては透過性を持たない。
現時点では、ＥＵＶフォトリソグラフィマスクのための検査システムは利用可能ではない。そのような検査システムにおける開発コストは莫大なものであるので、現在、そのようなシステムがいつか開発されることになるか否かさえも明らかではない。更に、世界規模で必要とされるＥＵＶ検査システムの数は限られている。更に、そのようなツールの作動は、非常に複雑で経費負担が大きいと考えられる。
一方、１桁よりも大きい露光波長の低下（１９３ｎｍから１３．５ｎｍへの）及び新しい種類のフォトリソグラフィマスクに起因して、各ＥＵＶマスクをＥＵＶフォトリソグラフィシステム内でのその適用前に確認又は検査することが必須であることになる。
Ｌ．Ｒｅｉｎｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月、１０１ページ及びそれ以降
Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月、１３８ページ
Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月の１４９ページ
従って、本発明は、上述の問題を踏まえて、上述の欠点を少なくとも部分的に回避するＥＵＶフォトリソグラフィマスクの性能を判断する方法及び装置を提供することである。
本発明の第１の実施形態により、上述の問題は、請求項１に記載の方法によって解決される。一部の実施形態では、露光波長でのフォトリソグラフィマスクの性能を判断する方法は、フォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分にわたって少なくとも１つの電子ビームを走査する段階と、少なくとも１つの電子ビームがフォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分と相互作用することによって発生する信号を測定する段階と、測定信号に基づいて露光波長でのフォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分の性能を判断する段階とを含む。
電子ビームが試料に衝突すると、電子が試料から後方散乱され、光子が試料内に発生する。後方散乱電子及び発生光子は、試料の組成に特定の情報を保持する。その結果、衝突する電子ビームによって発生する電子及び光子の両方は、試料の組成を評価又は分析するのに使用することができる。例えば、入射電子のエネルギを変更することにより、試料内の異なる深さに到達することができる（Ｌ．Ｒｅｉｎｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月、１０１ページ及びそれ以降）。試料内での電子と光子の相互作用を制御する基本的な物理法則は公知であるので、この分析は、実施することができる。それに応じてこれらの物理法則を既知の組成の試料上に入射する所定の波長の光子の挙動を判断するのに適用することができる。すなわち、試料から後方散乱される電子を測定することにより、所定の波長の入射光子に関するこの試料の性能を予想することが可能になる。小さいスポットサイズを有する電子ビームを走査することにより、試料を高い空間分解能で調査することができる。
請求項１に定義する方法の適用により、光子ビームの発生が回避され、かつフォトリソグラフィマスクの検査のための露光波長での複雑な光学系の設定が回避される。光子ビームの代わりに、従来の走査電子顕微鏡の電子ビームを使用することができる。
現在好ましい実施形態では、フォトリソグラフィマスクを走査するのに電子が使用される。上述のように、マスクからの測定データを高分解能で取得することができるように、電子ビームを小さいスポットに集束させることができる。更に、電子ビームは、調査される試料に対して悪影響を与えない。代替的に、フォトリソグラフィマスクを走査するのに、光子及び／又はイオンを使用することができる。更に、粒子ビームによって発生する信号を測定するために、フォトリソグラフィマスクを走査するための異なる粒子、すなわち、電子及び／又は光子及び／又はイオンのビームの組合せを使用するように考えることができる。
フォトリソグラフィマスクの性能は、一態様ではフォトリソグラフィマスクが、ウェーハ上に配置されたフォトレジスト内に所定の構造又はパターンを実質的にいずれの欠陥もなしに伝達する機能によって定義される。
本発明の更に別の態様では、本方法は、複数のビームエネルギを有する少なくとも１つの電子ビームを走査する段階を更に含むことができる。相互作用容積のサイズ、特に、電子ビームの方向におけるそのサイズは、電子ビーム内の電子の運動エネルギと共に変化する。従って、フォトリソグラフィマスクの同じ部分にわたる様々なビームエネルギによる複数の走査は、マスクのこの部分の組成の深さプロフィールをもたらす。
更に別の態様では、フォトリソグラフィマスクは、反射フォトリソグラフィマスクを含むことができる。更に、好ましい実施形態では、フォトリソグラフィマスクは、極紫外（ＥＵＶ）露光波長、特に、１３．５ｎｍ付近の波長に対するフォトリソグラフィマスクを含むことができる。
加えて、更に別の態様では、信号を測定する段階は、電子の測定段階、特に、後方散乱電子の測定段階を含むことができ、後方散乱電子の測定段階は、後方散乱電子の収量の測定段階及び／又は後方散乱電子のエネルギ分布を測定する段階を含むことができる。これらの量は、試料の組成による影響を受ける。
好ましい実施形態では、信号を測定する段階は、光子の測定段階、特に、エネルギ分散Ｘ線分光測定（ＥＤＸ）を用いて光子を測定する段階を含むことができる。エネルギ分解光子スペクトルは、試料の組成に特定の固有Ｘ線光子を含む。
更に好ましい実施形態では、信号を測定する段階は、電子の測定段階及び光子の測定段階、特に、後方散乱電子の測定段階及びエネルギ分散Ｘ線分光測定を用いた光子の測定段階を含むことができる。電子及び光子の同時測定は、複雑な試料の組成の判断を容易にする。
更に別の態様では、本方法は、電子ビームがフォトリソグラフィマスクの上述の部分と相互作用することによって発生する信号を模擬し、模擬信号と測定信号を評価して露光波長でのフォトリソグラフィマスクのこの部分の性能を判断する段階を更に含むことができる。電子及び光子と試料との相互作用を制御する基本的な物理法則は公知であるので、試料上に入射する電子ビームの効果を既知の組成を有する試料に対して模擬することができる。従って、測定データとシミュレーションデータを分析することにより、測定試料とシミュレーション試料が実質的に等しい組成を有するか否かを判断することができる。試料の組成を判断し終えると、既知の試料上に所定の波長を伴って入射する光子ビームの効果を模擬することができる。
更に別の態様では、本方法は、フォトリソグラフィマスクの一部分の露光波長での性能の欠陥をフォトリソグラフィマスクの異なる部分の測定信号を分析し、及び／又は測定信号と模擬信号とを分析することによって判断する段階を更に含むことができる。これは、ＥＵＶ光子の露光波長でのフォトリソグラフィマスクの欠陥を電子ビームを用いて分析することができることを意味する。従って、定義する方法は、非常に複雑で時間を消費する経費負担の大きいウェーハプリントを回避する。
更に別の特に好ましい実施形態では、本方法は、少なくとも１つの電子ビームを使用することによって欠陥を補正する段階を更に含むことができる。この実施形態は、欠陥の位置及び欠陥の修復を単一のデバイス内に実施することができ、従って、マスク修復に必要とされる労力及び時間が有意に低減されるという利点を有する。
更に別の態様では、欠陥は、フォトリソグラフィマスクの吸収体層の補償修復によって修復されるフォトリソグラフィマスクの多層欠陥である。フォトリソグラフィマスク上には２つの異なる種類の欠陥が存在する。欠損した吸収体材料に起因するか又は余剰吸収体材料に起因して吸収体層の欠陥が発生する可能性がある。余剰吸収体材料は、電子ビームとの組合せでエッチングガスとして機能する前駆体ガスを供給することによって除去することができる。欠損した吸収体材料は、電子ビームによって分解される前駆体ガスを供給し、前駆体ガスの対応する成分が欠損吸収体材料の位置に局所的に堆積されることによって堆積させることができる。一方、フォトリソグラフィマスクの多層構造内の欠陥は、多層構造内で直接補正することができない。代わりに、これらの欠陥は、吸収体層の補償修復によって修復される。これは、多層システム内の欠陥が実質的に補償されるように吸収体層が変更されることを意味する。
更に別の態様では、本方法は、露光波長でのフォトリソグラフィマスクの修復部分の性能を判断するために、上述の実施形態のうちのいずれか１つによる方法を使用する段階を更に含むことができる。修復処理の後に、マスクを再度検査すべきである。この再検査をウェーハプリントを必要とせずに検査デバイス内で実施することができる場合、マスク製造の労力を有意に低減することができる。
特に、好ましい実施形態では、露光波長でのフォトリソグラフィマスクの性能を判断するための装置は、少なくとも１つの電子ビームを発生させるための少なくとも１つの電子源と、フォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分にわたって少なくとも１つの電子ビームを走査するための少なくとも１つの調節手段と、少なくとも１つの電子ビームがフォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分と相互作用することによって発生する信号を測定するための少なくとも１つの検出器と、測定信号に基づいて露光波長でのフォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分の性能を判断するための少なくとも１つの計算手段とを含むことができる。
走査電子顕微鏡は十分に発達したデバイスであり、それに対してＥＵＶ放射線源は依然として開発段階にある。ＥＵＶ放射線は、プラズマの発生から得られる。そのようなプラズマは、ガスの強い放電によって発生させることができ、かつガス放電生成プラズマ（ＧＤＰＰ）と呼ばれ、又はレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）により、すなわち、レーザ放射線を小さい容積に集束させることによって発生させることができる。ＥＵＶフォトリソグラフィシステムのビーム形成ミラー光学系におけるＥＵＶ放射線の高い光学的損失に起因して、ＥＵＶビーム源は、２％の帯域幅を有する１３．５ｎｍの露光波長で比較的大きいＥＵＶビームパワーを供給すべきである。
更に、ＥＵＶスペクトル範囲（波長範囲：約１ｎｍ〜１００ｎｍ、光子エネルギ：約１２ｅＶ〜１２４０ｅＶ）のためのビーム形成光学要素は複雑であり、高い光学的損失を有し、経費負担が大きい。
その結果、ＥＵＶフォトリソグラフィマスクの分析における公知の走査電子顕微鏡の使用は、これらのマスクの開発を有意に容易にして加速するのみならず、これらのマスクの製造コストを大幅に低減することになる。
更に別の態様では、少なくとも１つの電子源は、複数のエネルギを有する電子ビームを発生させるように作動可能である場合がある。
更に別の態様では、走査電子顕微鏡は、少なくとも１つの前駆体ガスを電子ビームがフォトリソグラフィマスクに当たる位置に供給するための少なくとも１つの手段を更に含む。この修正により、走査電子顕微鏡をフォトリソグラフィマスクの吸収体層欠陥と多層構造との両方の欠陥を修復するのに使用することができる。
以下に続く詳細説明では、本発明の現時点で好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
以下では、本発明の方法及び本発明の装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、試料１０上に入射する電子ビーム２０の相互作用容積３０の断面を示している。約１００電子ボルト（ｅＶ）から数十キロ電子ボルト（ｋｅＶ）の範囲の運動エネルギを有する電子ビーム２０が試料１０に衝突すると、電子ビーム２０の電子は、試料１０の電子及び原子核と相互作用する。ビーム２０の電子は、試料１０を通じて相互作用容積３０と呼ぶ定義された区域内で散乱することになる。
単一電子２１０の試料２００内の例示的な経路を図２に例示している。試料２００に入射した後、電子２１０は、試料２００の原子核２２０の電磁場内で散乱する。相互作用過程の間に、電子２１０は、原子核２２０の内部電子シェル内の電子２３０にエネルギを転移させる。電子２１０による電子２３０へのエネルギ転移は、電子２１０を減速し、電子２３０を核２２０におけるその内側シェルから突き出す。放出電子２３０は、原子核２４０の強い電磁場内で散乱し、核２４０の内側シェルから電子２５０を放出させる。原子核２６０及び２７０の電磁場内で更に別の散乱イベントが行われた後に、電子２５０は、試料２００核２７０の近くで試料２００を離脱する。電子を放出すること以外に、散乱イベント中に異なる波長の光子も発生する。図２にはこれらの光子を示していない。図２には、核２７０の電磁場内での散乱イベント中に発生する１つの光子２８０のみを示している。
ここで図１に戻ると、相互作用容積３０内での電子ビーム２０の電子の相互作用中に、２次電子、後方散乱電子、光子、熱、及び電流のような２次生成物が形成される。２次電子は低いエネルギ（≦５０ｅＶ）を有する。これらの２次電子は、相互作用容積３０内全域で発生する。しかし、２次電子は、その低いエネルギに起因して、試料面の下の小さい層４０からしか試料１０を離脱することができない。破線８０は、層４０の深さを略示している。
電子ビーム２０の電子は、相互作用容積３０内のどこかに後方散乱電子も発生させる。図２に示すように、後方散乱電子は、通常は複数の散乱イベントによって生成される。従って、後方散乱電子は、後方散乱過程の間に試料１０内で有意な距離を移動する。破線９０は、相互作用容積３０の上側部分５０である、後方散乱電子が試料１０を離脱することができる領域を複数の散乱イベントに起因して後方散乱電子が試料１０から脱出することができない区域から分離する。この区域は、相互作用容積３０のうちで破線９０の下の部分である。従って、相互作用容積３０は、電子ビーム２０の方向に有意な広がりを有する可能性があるが、試料を離脱する後方散乱電子は、相互作用容積３０の部分５０からしか発生しない。それによって後方散乱電子の空間分解能は、相互作用容積３０に示すものよりも高い。
上述のように、ビーム電子２０と試料１０の電子及び原子核との相互作用中には光子も生じる。光子は、ここでもまた、相互作用容積３０内の全域で発生する。入射電子ビーム２０のエネルギ間隔と同じく、発生光子のスペクトル範囲は、数桁を含むことができる。この範囲は以下の２つの領域に分割される。
（ａ）第１のものは、最小波長がＸ線光子の範囲にあるので連続Ｘ線と呼ぶ。連続Ｘ線は、相互作用容積３０のいずれかの部分７０内で生成される。連続Ｘ線は、衝突するビーム電子２０が、試料１０内の原子核の強い電磁場によって様々な程度に減速される時に生成される。あらゆる程度の電子減速が可能であり、従って、得られる光子は、いずれかのエネルギの連続的な範囲を有する。静電減速によって生成される可能性がある最も高い光子エネルギは、ビーム電子２０の運動エネルギに等しいエネルギを有する。連続的なＸ線光子は、相互作用容積３０の全ての部分７０から試料１０を脱出することができる。
（ｂ）ビーム電子２０は、内側シェル電離と呼ぶ過程において内側シェル電子軌道から電子のごく一部分を突き出す可能性がある。原子は、極めて短い期間（〜１０-14ｓ）の間だけ電離状態に留まり、その後に、内側シェルの孔隙がシェル電子によって占有され、いわゆる固有Ｘ線光子が放出される。図３は、固有Ｘ線光子の簡略化したエネルギスペクトルを表している。
異なる内側シェル又は内側シェル電子軌道の間のエネルギギャップは、各元素に特定又は独特のものであり、試料１０内の異なる元素を同定するのに固有Ｘ線光子を使用することができる。従って、固有Ｘ線放射線のスペクトル及び強度分布から、試料１０の組成を判断することができる。固有Ｘ線光子は、その高いエネルギの結果として、相互作用容積３０の部分６０から脱出することができる。この容積は、後方散乱電子の部分５０よりも大きいが、連続Ｘ線放射線の部分６０よりも小さい。
図４は、相互作用容積の体積が、試料を形成する元素の原子番号Ｚに依存することを略示している。原子番号Ｚは、それぞれの元素の原子核内の陽子数を示し、従って、原子核の近くの電磁場の強度に比例する。図４ａは、シリコン層（Ｚ＝１４）のような低いＺを有する試料４００において、低いエネルギ（例えば、５００ｅＶ）の電子ビーム４１０によって生成される相互作用容積４６０を示している。低い電子ビームエネルギ４１０にも関わらず、相互作用容積４６０は有意な深さを有する。一方、図４ｂは、高いＺを有する元素、例えば、モリブデン（Ｚ＝４２）の試料４５０の相互作用容積４７０を表している。この場合、低い電子ビームエネルギ４１０は、モリブデン原子層の強い電磁場との組合せで極めて小さい相互作用容積４７０しかもたらされない。
図５は、高い運動エネルギ、例えば、１５ｋｅＶを有する電子ビーム５１０を用いて図４の条件を繰り返している。高エネルギ電子ビーム５１０により、低いＺの試料に対する相互作用容積５６０は、図４の低エネルギの相互作用容積４６０と比較して有意に拡大される。図５ｂは、高エネルギ電子ビーム５１０が、高いＺの試料４５０の相互作用容積５７０も同じく拡大させることを示している。相互作用容積５７０の深さの増加は、後方散乱電子及び反射光子を検出することができる半径の増加をもたらす。図４及び図５は、ビームエネルギを試料の深さプロフィールを調査するためのパラメータとして使用することができることを明らかにしている。
厚みｄの関数としてのフィルム内の後方散乱電子の収量ηは次式で与えられる（１）。
ここで、ｅは素電荷であり、Ｚは原子番号であり、ＮAはアボガドロ定数であり、ε0は誘電率を表し、Ａは原子量であり、Ｅは入射電子ビームのエネルギであり、ρは試料フィルムの密度を表している。この式は、Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月、１３８ページから引用したものである。この式は、後方散乱電子の収量ηが、Ｚ、並びに試料フィルム密度ρの関数であることを示している。従って、後方散乱電子の収量ηをフィルム厚ｄの関数として測定するだけでは、厚みｄの変化をＺ及び／又はρの変化をもたらす組成変化から区別することができない。
ここで、ｅは素電荷であり、Ｚは原子番号であり、ＮAはアボガドロ定数であり、ε0は誘電率を表し、Ａは原子量であり、Ｅは入射電子ビームのエネルギであり、ρは試料フィルムの密度を表している。この式は、Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月、１３８ページから引用したものである。この式は、後方散乱電子の収量ηが、Ｚ、並びに試料フィルム密度ρの関数であることを示している。従って、後方散乱電子の収量ηをフィルム厚ｄの関数として測定するだけでは、厚みｄの変化をＺ及び／又はρの変化をもたらす組成変化から区別することができない。
しかし、図６に示すように、この収量以外に、後方散乱電子のエネルギ分布又はエネルギスペクトルｄη／ｄＥBを測定することができる。図６のグラフも同じくＬ．Ｒｅｉｍｅｒ著「電子顕微鏡の走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、第２版、１９９８年１０月の１４９ページから引用したものである。後方散乱電子のエネルギＥBは、実質的に入射電子ビームのエネルギＥに等しい最大可能エネルギＥMaxに対して正規化されている。ビームエネルギＥは３０ｋｅＶであり、後方散乱電子の射出角度は、試料面から測定して１３５°である。図６から分るように、後方散乱電子のエネルギスペクトルは、試料を形成する元素に特定の曲線を辿る。図６から、エネルギ分布は、低Ｚ元素では比較的平坦であるが、大きい陽子数を有する元素ではピークを有することが認識される。このピークは、より高い陽子数を有するより重い元素ではより高くなる。更に、ピークは、Ｚの増加と共にＥMaxに向けてシフトする。図４から図６及び式１は、高Ｚ元素の強い電磁場が、入射電子の大部分を試料面に向けて弾力的に又はほぼ弾力的に散乱して戻すことを明らかにしている。これは、後方散乱電子の測定値が、試料の組成を判断することを可能にする情報を含むことを意味する。
その結果、入射電子ビームによって発生する電子と光子の両方を試料の組成を分析又は判断するのに使用することができる。
以下では、ＥＵＶ波長領域に対するフォトリソグラフィマスクの組成を判断するために電子ビームが印加されることになる。図７は、１３．５ｎｍの露光波長に対するフォトリソグラフィマスク７００の概略断面図を示している。現在適用されているフォトリソグラフィマスクとは異なり、マスク７００は、多層ミラー構造に基づく反射光学要素である。フォトリソグラフィマスク７００の多層システムは、シリコンウェーハ又はガラス基板のような適切な基板７１０上に堆積される。多層システムは、４０対の交替するモリブデン（Ｍｏ）層７２０とシリコン（Ｓｉ）層７３０とで構成される。各Ｍｏ層７２０の厚みは４．１１５ｎｍであり、Ｓｉ層７３０の厚みは２．８０ｎｍである。多層構造を保護するために、深さ７ｎｍの自然酸化物を有するシリコンのキャップ層７４０が構造の上に配置される。多層システム内では、Ｍｏ層７２０は、ＥＵＶ放射線に対する高屈折率領域に、かつＳｉ層７３０は、低屈折率領域にそれぞれ対応する。これらの層は、合わさってＥＵＶ放射線に対する誘電体ミラーを形成する。
基板７１０上の多層構造は、ＥＵＶ電磁放射線に対するミラーとして機能する。フォトリソグラフィマスク７００にするために、キャップ層７５０上にバッファ層７６０及び吸収体層７７０が更に堆積される。一部のＥＵＶマスクの種類に対して、バッファ層７５０を解説する。この層は、吸収体７６０とキャップ層７４０の間に設けられる。バッファ層７５０は、キャップ層７４０を損傷することなく吸収体層７６０の材料をエッチングするのに役立つ。従って、バッファ層７５０は、プラズマエッチング処理をより簡単にする。バッファ層７５０の欠点は、スタックの高さを増加させるより複雑なマスクスタックである。高いアスペクト比を有するフォトリソグラフィマスク特徴部では、スタックの高さと共にパターン崩壊の確率が高まる。吸収体層７６０は、例えば、窒化タンタルのようなＥＵＶ波長範囲の光子に対して大きい吸収率を有する材料を含む。吸収体層７６０上に入射する実質的に全てのＥＵＶ光子７７０を吸収するのに、約７０ｎｍの厚みで十分である。それとは対照的に、キャップ層７４０上に入射する光子７７０の大部分は光子７８０として反射される。この場合、並びに本明細書の更に別の箇所において「実質的に」という用語は、測定限度内の量の数値を意味する。
図８には、図７のフォトリソグラフィマスクのいくつかの可能な欠陥をマスク８００内に示している。キャップ層７４０の上には、ＥＵＶ光子を吸収し、及び／又は入射ＥＵＶ放射線及び／又は反射ＥＵＶ放射線の位相を外乱する可能性がある多層構造上の余剰材料８１０が存在する。多層システム内では、Ｍｏ層厚及び／又はＳｉ層厚が所定の厚みからバイアスする場合に欠陥が発生する可能性がある。図８には、過度に大きい厚みを有するＭｏ層８２０を示している。所定の組成を持たない層から更に別の欠陥がもたらされる可能性がある。図８には、この種の欠陥を汚染されたＭｏ層８３０で表している。更に、Ｍｏ層及びＳｉ層の厚みは数ｎｍしかないので、多層システム内に埋め込まれたごく僅かな異なる材料であっても、ＥＵＶ光子の経路を外乱し、従って、フォトリソグラフィマスクの欠陥として作用する可能性がある。図８には、そのような欠陥の存在が表わされ、かつ８４０で示されている。図８は、ＥＵＶマスク７００上で発生する可能性がある様々な欠陥のうちから一部の欠陥だけを表している。特に、図８は、吸収体層７６０の欠陥を示していない。
図９は、図８に表すフォトリソグラフィマスク８００の欠陥を分析することができる走査電子顕微鏡９００を示している。電子源又は電子銃９１０は、調節可能な運動エネルギを有する電子ビーム９２０を生成する。ビームエネルギは、調査される試料９４０及び試料９４０内で必要とされる分解能に依存して約１００ｅＶから約１００ｋｅＶまで変更することができる。ビーム流は、約０．５ｐＡから約５０ｎＡまで調節することができる。図９では、試料面９３０上に電子ビームのスポット直径を形成して調節するためのビーム形成要素を割愛している。試料面９３０上の最小スポット直径は、約２ｎｍである。この寸法は、電子ビーム９２０に対して垂直な平面内の空間分解能を制限する。偏向要素９４０は、試料９３０にわたる電子ビーム９２０の走査を可能にする。試料９３０は、試料ホルダ９５０上に装着される。試料ホルダ９５０は、２つ又は３つの方向に調節可能である場合がある。
電子ビーム９２０は、様々なビームエネルギを伴って試料９３０を繰り返し走査する。後方散乱電子９６０は、検出器９７０を用いて測定される。検出器９７０は、シンチレータ型又は半導体型のものとすることができる。更に、検出器９７０は、異なる角度を伴って試料９３０を離脱する後方散乱電子９６０を収集するために極方向に回転可能にすることができる。それによって後方散乱電子９６０の角度分布を分析することができる。代替的及び／又は追加的に、後方散乱電子９６０を検出器９７０上に集束させるために磁場を使用することができる。更に、検出器９７０は、入射電子ビーム９２０と同心の「ドーナツ」型配列で装着することができる（図９には示していない）。更に、ある一定のエネルギよりも小さい電子が検出器９７０に到達するのを防ぐために妨害電界を印加することができる。
図９は、試料９３０の面を離脱する光子９８０を測定する検出器９９０も示している。検出器９９０は、ここでもまた、シンチレータ型又は半導体型のものとすることができる。Ｓｉ（Ｌｉ）検出器及びシリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）という両方の半導体検出器の変形を適用することができ、それによってＸ線光子エネルギスペクトルを直接判断することが可能になる。本方法をエネルギ分散Ｘ線分光測定（ＥＤＸ）と呼ぶ。これらの検出器９７０、９９０のエネルギ分解能を高めるために、両方の検出器を冷却することができる（図９には示していない）。後方散乱電子９６０に対する検出器９７０と同じく、発生光子９８０に対する検出器９９０は、走査電子顕微鏡９００内で移動可能にするか又は異なる配列に装着することができる。
図９の走査電子顕微鏡９００内には、後方散乱電子９６０に対する検出器９７０と発生光子に対する検出器９９０との両方が設けられる。既に上述のように、両方の検出器９７０、９９０を用いて測定される信号の分析は、複雑な試料９３０の組成の判断を容易にすることができる。しかし、先に解説したように、検出器９７０、９９０の各々が有する測定信号は、試料９３０の組成を判断するのに必要な全ての情報を保持しており、従って、検出器９７０及び検出器９９０を単独に使用することができる。
検出器９７０及び検出器９９０によって測定された信号は、計算手段１０１０に送信される。計算手段１０１０は、マイクロプロセッサ、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＧＰＵ（グラフィック処理ユニット）などとすることができる。計算手段１０１０は、走査電子顕微鏡９００の制御ユニットに配置することができ、又はＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ワークステーションのような個別のユニットとすることができる。更に、計算手段１０１０は、キーボード、タッチパッド、マウス、ビデオ／グラフィックディスプレイ、プリンタのようなＩ／Ｏ（入力／出力）ユニットを含むことができる。更に、計算手段１０１０は、揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。計算手段１０１０は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はこれらのいずれかの組合せで生成することができる。更に、計算手段１０１０は、電子源９１０、調節手段９４０、並びに検出器９７０及び／又は９９０の設定を制御することができる。図９には示していないが、計算手段１０１０は、走査電子顕微鏡９００内の高い真空度を圧力センサ（図９には示していない）及び真空ポンプ１０００を通じて制御することができる。
計算手段１０１０は、検出器９７０及び／又は検出器９９０の信号を分析して、試料９３０の組成を判断する。試料９３０がフォトリソグラフィマスク７００である場合には、計算手段１０１０は、キャップ層７４０、並びにシリコン部分及び酸素部分の厚みを判断する。更に、計算手段１０１０は、検出器９７０及び／又は検出器９９０の測定信号から、交替する層の厚み、並びにそのモリブデン含有量及びシリコン含有量を抽出する。更に、計算手段１０１０は、バッファ層７５０及び吸収体層７６０の位置、厚み、並びに組成を判断する。
試料９３０が、いくつかの欠陥８１０、８２０、８３０、及び８４０を有するマスク８００を含む場合には、後方散乱電子９６０及び／又は発生光子９８０の測定信号内に含まれる情報は、これらの欠陥を位置し、その組成を分析することを可能にする。更に、マスク８００のうちで欠陥を含む部分は、欠陥を伴わない部分と比較することができる。
走査電子顕微鏡９００は、更に、第１の前駆体ガスを電子ビーム９２０が試料９３０に当たる試料９３０の位置に供給することができるノズル１０２０を含むことができる。ノズル１０２０を通る第１の前駆体ガスの流量は、計量弁１０２２によって制御することができる。図９に示すように、計量弁１０２２は走査電子顕微鏡９００の外側に配置することができる。第１の前駆体ガスの流れを精密に制御するために、弁１０２２は、ノズル１０２０の開口部（図９には示していない）の近くに配置することができる。第１の前駆体ガスは、タンク１０２４内に格納される。タンクは温度制御することができる。更に、第１の前駆体ガスを所定の温度で供給するために、ノズル１０２０の周囲に温度制御ユニットを配置することができる（図９には示していない）。第１の前駆体ガスは、電子ビーム９２０との組合せでフォトリソグラフィマスク８００の吸収体層７６０の余剰材料を除去するエッチングガスとすることができる。
更に、走査電子顕微鏡９００は、第２の前駆体ガスを電子ビーム９２０が試料９３０に当たる試料９３０の位置に供給することができるノズル１０３０を含むことができる。２つの前駆体ガスは、交替して及び／又は同時に供給することができる。計量弁１０３２は、格納タンク１０３４からノズル１０３０を通る第２の前駆体ガスの流れを制御する。前の段落で上述したように、計量弁１０３２は、格納タンク１０３４とノズル１０３０の開口部との間のどこかに配置することができる。格納タンク１０３４は、第２の前駆体ガスの温度を制御するユニットを含むことができる。更に、第２の処理ガスを所定の温度で電子ビーム９２０が試料９３０に当たる位置に供給するために、格納タンク１０３４と計量弁１０３２の間、及び／又はノズルの開口部の近くに温度制御ユニットを配置することができる。電子ビーム９２０は、フォトリソグラフィマスクの吸収体層７６０が吸収体材料を欠く位置で第２の前駆体ガスを分解する。第２の前駆体ガスの対応する成分は、吸収体層７６０上に堆積して欠陥を除去する。第１及び／又は第２の前駆体ガスの揮発性成分を効率的に除去するために、ノズル１０２０、１０３０の近くにポンプを有する吸引ノズルを付加的に配置することができる（図９には示していない）。
フォトリソグラフィマスク７００、８００の構造及び組成を判断する処理は、試料９３０に対する入射電子ビーム９２０の効果を模擬することによって補助することができる。図１０は、シリコン基板１０５０上に配置された１００ｎｍの層厚を有する金層１０６０上に入射する電子ビーム１０８０の衝突又は散乱カスケードを表している。入射電子ビーム１０８０は、１０ｋｅＶの運動エネルギを有する。図１０は、多くの個別電子の散乱カスケードの蓄積を表している。個別電子の散乱カスケードは、図２に略示している。
図１１は、電子ビームとシリコン（Ｓｉ）モリブデン（Ｍｏ）多層システムとの相互作用シミュレーションを示している。電子は、多層システムに１ｋｅＶのエネルギで上方から衝突する。グレー陰影付きの区域は、後方散乱電子が発生する区域を示している。Ｓｉの原子番号（Ｚ＝１４）とＭｏの原子番号（Ｚ＝４２）との大きい差に起因して、後方散乱電子は、ほぼ例外なくＭｏ層内で発生する。１ｋｅＶのエネルギでは、後方散乱電子の５０％よりも多くが、第１のＭｏ層内で発生する。
図１２は、図１１の多層システムのシミュレーションであるが、今度は２ｋｅＶのエネルギを有する電子ビームによるシミュレーションを示している。図４及び図５に示すように、より高いエネルギのビームは、ＳｉＭｏ多層システム内により深く侵入する。図１１と同じく、後方散乱電子の殆どの部分は、ここでもまたＭｏ層内で発生する。しかし、図１１とは異なり、後方散乱電子のうちの５０％の部分は、この場合、最初の２つのＭｏ層内で発生する。
図１３（ａ）は、各層が１０ｎｍの厚みを有する５つのＳｉＭｏ層システムの後方散乱電子のシミュレーションを表している。入射電子ビームは、５ｋｅＶのエネルギを有する。図１３（ｂ）では、第２のＭｏ層は、図１３（ａ）における１０ｎｍの代わりに１５ｎｍの厚みを有する。図１３（ａ）と図１３（ｂ）の比較によって分るように、第２のＭｏ層の厚みのずれは、後方散乱電子発生容積の空間分布を変更する。
後方散乱電子の発生容積の空間分布のこの変更は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）の５つのＳｉＭｏ層システムを離脱する後方散乱電子のエネルギスペクトルにおいても顕在化する。これを図１４の後方散乱電子のエネルギ分解スペクトルシミュレーションに示している。これは、多層システム内の層の小さい厚みのずれを後方散乱電子の信号内に予め検出することができることを意味する。
図１０〜図１４は、ＥＵＶフォトリソグラフィマスクの構造及び組成を分析するのにシミュレーションが貴重なツールであることを明らかにしている。特に、ＥＵＶマスク内の欠陥を解決するために、シミュレーションを後方散乱電子及び／又は発生光子との組合せで適用することができる。
ＥＵＶマスクの組成が判断されると、ＥＵＶ光子がマスク上に入射する時のマスクの性能を判断するために計算手段１０１０を再度適用することができる。ＥＵＶ光子の相互作用は、吸収及び散乱又は反射という実質的に２つの効果に依存する。両方の効果の基本的な物理法則は公知である。従って、上述のように解説した入射電子ビームのシミュレーションと同じく、ＥＵＶマスク上でのＥＵＶ光子ビームの相互作用を模擬することができる。従って、ＥＵＶマスクの組成が既知である場合には、その性能を判断することができる。
本説明は、電子ビーム走査、及び従ってＥＵＶマスク又はより一般的には試料を調査することに着目している。しかし、本発明の方法は、試料を走査するのに電子の使用に限定されない。電子以外に、ある一定のスペクトル範囲にわたって調整可能な既知の波長を有する光子ビームをＥＵＶマスクを走査するのに適用することができる。更に、実質的に試料を損傷しないエネルギを有するイオンビームは、試料を走査し、及び従って試料を分析するのにその後に使用される後方散乱電子及び／又は発生光子を生成するために利用することができる。
走査電子顕微鏡９００におけるＥＵＶマスクの分析が、マスクが欠陥８１０、８２０、８３０、８４０、又はいずれかの他のものを有することを示す場合には、識別された欠陥を修復するのに、走査電子顕微鏡９００又は調整可能な電子ビーム９２０を有する修正された装置を使用することができる。図１５の流れ図１５００は、この方法を示している。本方法は、試料又はＥＵＶマスクが走査電子顕微鏡９００内に挿入される段階１５１０で始まる。段階１５２０では、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像を用いて、欠陥を吸収体層７６０の欠陥として判断することができるか否かが判断される。この判断が真である場合には、それ以上いずれの分析も行う必要はなく、欠陥は、ブロック１５３０において修復される。修復は、走査電子顕微鏡９００の電子ビーム９２０で欠陥区域を走査し、同時にそれぞれの前駆体ガスをノズル１０２０、１０３０を通じて欠陥の位置に供給することによって実施される。電子ビーム９２０の電子は、前駆体ガスのガス分子と吸収体欠陥の面との化学反応を誘発する。欠陥の種類に基づいて、第１の前駆体ガス、第１の前駆体ガスの組合せ、第２の前駆体ガス、又は第２の前駆体ガスの組合せを用いて、フォトリソグラフィマスク８００の吸収体層７６０の欠陥場所において余剰吸収体材料が除去されるか、又は欠損した吸収体材料が堆積される。
判断ブロック１５２０において欠陥が吸収体層７６０の欠陥ではないことが検出された場合には、１５４０において、フォトリソグラフィマスク８００の面が電子９２０で走査され、後方散乱電子及び／又は発生光子が測定及び分析される。ブロック１５５０では、このデータセットからフォトリソグラフィマスク８００の性能が判断される。この性能判断は、例えば、走査電子顕微鏡９００の計算手段１０１０によって実施することができる。次に、判断ブロック１５６０において、フォトリソグラフィマスク８００の判断された性能と所定の性能の間の相違が、識別された多層構造欠陥の修復を必要とするか否かが判断される。欠陥の修復が必要ではない場合には、多層構造又はＭｏＳｉ構造の識別された欠陥に対してそれ以上いずれの手順も必要とされず、本方法は、ブロック１５９０で終了する。多層構造欠陥を修復する必要がある場合には、ブロック１５７０において補償修復が計算される。例えば、この計算は、ここでもまた走査電子顕微鏡９００の計算手段１０１０によって実施することができる。計算修復は、フォトリソグラフィマスク８００の吸収体層７６０を多層構造内の欠陥を補償するように変更する。最後に、ブロック１５８０において、ここでもまた走査電子顕微鏡９００の電子ビーム９２０を用いて、かつ前駆体ガスをノズル１０２０、１０３０を通じて供給することによって補償修復が実施され、本方法は、識別された多層欠陥に関してブロック１５９０で終了する。
１５１０ 試料又はＥＵＶマスクが走査電子顕微鏡内に挿入される段階
１５２０ ＳＥＭ画像を用いて欠陥を吸収体層７６０の欠陥として判断することができるか否かが判断される段階
１５３０ 欠陥が修復されるブロック
１５２０ ＳＥＭ画像を用いて欠陥を吸収体層７６０の欠陥として判断することができるか否かが判断される段階
１５３０ 欠陥が修復されるブロック
Claims (15)
- 露光波長でのフォトリソグラフィマスクの性能を判断する方法であって、
ａ．フォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分にわたって、複数のビームエネルギを有する少なくとも１つの電子ビームを繰り返し走査する段階と、
ｂ．前記少なくとも１つの電子ビームが前記フォトリソグラフィマスクの前記少なくとも一部分と相互作用することによって発生する信号を測定する段階と、
を含み、
前記信号は、前記フォトグラフィマスクが欠陥を含む場合には、欠陥の位置情報を含み、さらに、前記方法は、
ｃ．前記欠陥が、前記フォトグラフィマスクの吸収体層の欠陥か、前記フォトグラフィマスクの多層構造の欠陥かを判断する段階であって、前記欠陥が、前記フォトグラフィマスクの多層構造の欠陥である場合には、測定された前記信号に基づいて露光波長での前記フォトリソグラフィマスクの前記少なくとも一部分の性能を判断する段階と、
ｄ．判断された前記性能と、所定の性能との間の相違に基づいて、欠陥の修復を必要とするものか否かを判断する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 複数のビームエネルギによって前記少なくとも１つの電子ビームを走査する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フォトリソグラフィマスクは、反射フォトリソグラフィマスクを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
- 前記フォトリソグラフィマスクは、極紫外（ＥＵＶ）露光波長、特に１３．５ｎｍ付近の波長に対するフォトリソグラフィマスクを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
- 信号を測定する段階は、電子の測定段階、特に後方散乱電子の測定段階を含み、
後方散乱電子の測定段階は、後方散乱電子の収量の測定段階及び／又は後方散乱電子のエネルギ分布を測定する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。 - 信号を測定する段階は、光子の測定段階、特にエネルギ分散Ｘ線分光測定（ＥＤＸ）を用いて光子を測定する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
- 信号を測定する段階は、電子の測定段階及び光子の測定段階、特に、後方散乱電子の測定段階及びエネルギ分散Ｘ線分光測定を用いる光子の測定段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記電子ビームが前記フォトリソグラフィマスクの前記部分と相互作用することによって発生する信号を模擬する段階、及び模擬信号と測定信号を評価して前記露光波長での該フォトリソグラフィマスクの該部分の前記性能を判断する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記フォトリソグラフィマスクの一部分の前記露光波長での前記性能の欠陥を該フォトリソグラフィマスクの異なる部分の測定信号を評価することによって及び／又は測定信号と模擬信号を評価することによって判断する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの電子ビームを使用することによって前記欠陥を補正する段階を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 前記欠陥は、前記フォトリソグラフィマスクの吸収体層の補償修復によって修復される該フォトリソグラフィマスクの多層構造の欠陥であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- 前記露光波長での前記フォトリソグラフィマスクの前記修復部分の性能を判断するために請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法を使用する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- 露光波長でのフォトリソグラフィマスクの性能を判断するための装置であって、
ａ．少なくとも１つの電子ビームを発生させるための少なくとも１つの電子源と、
ｂ．フォトリソグラフィマスクの少なくとも一部分にわたって、複数のビームエネルギを有する前記少なくとも１つの電子ビームを繰り返し走査するための少なくとも１つの調節手段と、
ｃ．前記少なくとも１つの電子ビームが前記フォトリソグラフィマスクの前記少なくとも一部分と相互作用することによって発生する信号を測定するための少なくとも１つの検出器であって、前記信号は、前記フォトグラフィマスクが欠陥を含む場合には、欠陥の位置情報を含む検出器と、
ｄ．前記欠陥が、前記フォトグラフィマスクの吸収体層の欠陥か、前記フォトグラフィマスクの多層構造の欠陥かを判断し、前記欠陥が多層構造の欠陥である場合には、測定された前記信号に基づいて前記露光波長での前記フォトリソグラフィマスクの前記少なくとも一部分の性能を判断し、判断された前記性能と、所定の性能との間の相違に基づいて、欠陥の修復を必要とするものか否かを判断するための少なくとも１つの計算手段と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記少なくとも１つの電子源は、複数のエネルギによって電子ビームを発生させるように作動可能であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 前記電子ビームが前記フォトリソグラフィマスクに当たる位置で少なくとも１つの前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの手段を更に含むことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の装置。
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