JP5816297B2 - マスク上の構造を特徴付ける方法及び方法を実施するためのデバイス - Google Patents

Description

本特許明細書は、マスク上の構造を特徴付ける方法に関する。

本特許明細書はまた、上述の方法を実施するためのデバイスに関する。

半導体構成要素の製作では、リソグラフィ工程における個々の段階の結果をモニタするために多くの測定方法が使用される。この関連における１つの基本的なタスクは、生成されることになる構造の外側の寸法又は形状を測定することである。

工程段階の品質を検査するためには、最も小さい結像可能構造を精査することが有利である。これらの構造を臨界寸法と呼び、ＣＤと略記する。通常、マスクの臨界寸法は、交替する線と間隙とで構成される構造の線幅を指す。リソグラフィ工程では、マスク（フォトマスク、レチクル）上に、例えば、石英ガラス上のクロムに最初にこの構造が形成される。他の公知のマスク、例えば、特にＥＵＶ領域の短波長照明放射線と共に使用される位相シフトマスク（ＰＳＭ）又は反射マスクも存在する。スキャナ内での露光により、この構造は、レジストで被覆されたウェーハ上に結像される。ウェーハ上には、その後の現像及びエッチングによって望ましい構造が生成される。

例えば、構造のＣＤ又は線幅の測定のような構造の特徴付けは、マスクとウェーハの両方の上で実施することができる。ウェーハ上測定は、最終製品が測定されるので、非常に有意なデータをもたらすが、試験においてウェーハ全体の露光工程を実施する必要があるので非常に手間がかかる。

マスク構造の特徴付けがマスク自体の上で実施される場合には、結像中のマスクの挙動及び他の方法の段階によってもたらされる誤差が測定値に組み込まれる。通常、マスク上の誤差は、結像中にスキャナによって増幅される。別の問題は、マスク構造が既知であり、分解能改善技術（ＲＥＴ）によって最適化され、従って、結像される構造と完全には適合しないことである。それによってマスク上でＣＤを測定することが困難になる。

マスクとウェーハの両方の上で、ＣＤ測定は、例えば、走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ、臨界寸法走査電子顕微鏡）によって実施される。

マスクを特徴付ける際の別の選択肢は、マスク検査顕微鏡を用いてマスクの空間像を解析することである。この方法では、空間像は、ウェーハ上にも投影される特徴部の殆どのものを示している。

マスク及びウェーハを特徴付ける際の別の選択肢は、非結像光学方法によって提供される。この目的で、例えば、散乱測定という一般的な用語の下に全称的に公知である従来の散乱測定、楕円偏光法、回折測定、又は反射測定のような相互に関連する様々な測定方法が使用される。マスクは、マスク透過率を測定することによって特徴付けることができる。例えば、ＥＰ ２１７１５３９ Ａ１に開示されているように、構造のＣＤもこの方法によって決定することができる。

ＥＰ ２１７１５３９ Ａ１

本発明の目的は、高い測定精度を有する高速かつ廉価な方法、及びマスク上の構造を特徴付けるためのデバイスを提供することである。

本発明により、この目的は、隣接する回折次数の少なくとも２つの最大値を含む構造の回折パターンを得るように単色照明放射線を用いて少なくとも１つの照明角度の下でマスクを照明する段階と、回折パターンを取り込む段階と、隣接する回折次数の最大値の強度を決定する段階と、強度の強度比率を決定する段階とを含む構造を有するマスクを特徴付ける方法によって達成される。

この手段は、マスクの構造を特徴付けるための正確な測定値の迅速な決定を可能にする。隣接する回折次数の最大値の比率が計算されるので、露光強度の強度変化は、この測定方法に対して僅かな効果のみを有するか又は効果を持たない。

取り込み回折パターンから回折次数最大値の強度を決定する段階は、マスク構造の空間像に基づくマスク構造特徴付けよりも大幅に単純な工程である。この段階は、使用されるデータ処理システムによって画像解析に費やされる計算時間を短縮する。

空間像の解析に優る付加的な利点は、特徴付けが、精査下にある詳細内容にわたって平均化されることである。

しかし、精査下にある区域内に異なる構造の異なる回折最大値が出現する場合には、解析を２つの関連する回折最大値に容易に限定することができる。関連する回折最大値は、画像処理によって簡単な方式で決定することができる。

本発明の更に別の実施形態において、回折パターンは、取り込みに向けて単一の検出器上に全体が投影される。

この手段は、完全な回折パターンが迅速に得られるという利点を有する。検出器の側方移動は必要ではない。

空間像の取り込み及び解析に優る１つの利点は、回折パターンの取り込みが、回折パターンのデフォーカスに対して非常に寛容であることである。それによって個々の測定の合間に集束させる必要はなく、マスク上の異なる位置において多数の測定を実施することが可能になる。それによってマスク特徴付けの迅速性が大きく改善する。

本発明の更に別の実施形態において、回折パターンは、マスクと検出器の間の連続的な相対移動中に取り込まれる。

この実施形態のバージョンにおいて、連続的な相対移動は、マスクの移動によって達成される。この実施形態の更に別のバージョンにおいて、マスクは、マスクの連続的な相対移動を可能にするマスクホルダ上に配置される。マスクは、例えば、検出器の平面に対して並行に移動される。

この実施形態のバージョンにおいて、移動速度及び検出器の露光時間は、特徴付けされる領域の各部分が、最終回折パターンに同じ程度に寄与するように指定される。

この手段は、マスク全体及びマスクの大きい接続部分の迅速な特徴付けが可能であるという利点を有する。マスク構造の空間像を取り込むことによるマスクの走査は、より複雑である。従って、区画毎のマスク構造の１つ１つの空間像を取り込まなければならない。しかし、この取り込みは、短い露光時間又は遅い走査速度を要求する。代替的に、信号の時間遅延積分を可能にするより高度な検出器を使用することができる。いわゆるＴＤＩ（時間遅延積分）検出器が使用される。これらの方法を実施すると、検出器の電荷は、走査移動と同期して移動され、長い露光時間が得られる。

本発明の更に別の実施形態において、構造の線幅は、構造の少なくとも１つの決定された強度比率とこの構造の既知の線幅との間の少なくとも１つの相関性から決定される。

この手段は、絶対値を簡単な方式で取得することができるという利点を有する。マスク上又は露光されたウェーハ上の構造の測定に対して又はマスクの空間像に対して較正を実施することができる。

本発明の更に別の実施形態において、照明放射線は、主領域と縁部領域とを有し、縁部領域が主領域を取り囲む照明視野をマスク上に生成し、照明放射線の強度は、主領域内で一定であるが、縁部領域内では連続的に低下する。

この手段は、決定された強度比率の照明視野内の特徴付けされることになるマスク構造の位置の変化への依存性を低減するという利点を有する。

従来技術で公知のマスク検査顕微鏡は、領域にわたって一定の強度分布を有し、その縁部において強度がほぼ突然にゼロまで低下する照明視野を使用する。そのような強度分布は、「トップハットプロフィール」として公知である。

これらの強度分布の使用に関連付けられた欠点は、構造の決定された強度比率が、照明視野内のこの構造の位置に依存する可能性があるということである。例えば、本明細書の冒頭に示した種類の「線及び間隙」として構成された構造の場合には、照明視野内にある構造のうちで照明放射線の回折に寄与する部分は変化する。この変化は、照明視野内で構造の格子間隔に沿った構造の位置に依存することになる。この変化は、決定される強度比率の変化をもたらす。この強度比率の変化は、同一の強度比率をもたらすことが予想される同一の種類の構造の比較において問題を招く。照明視野内の構造の位置決めの再現性が制限を受ける。上述の理由から、位置決め誤差は、決定される強度比率内に誤差をもたらす場合がある。

本発明の更に別の実施形態において、縁部領域内での強度低下は、ガウス関数に対応する。

この手段は、照明視野内のマスク構造の位置の変化への強度比率の依存性が特に低いという利点を有する。

本発明の更に別の実施形態において、マスク上の照明視野は、視野絞りを用いて定められ、照明視野の強度分布は、視野絞りをデフォーカスすることによって調節される。

この手段は、照明視野の望ましい強度分布を簡単な方式で指定することができるという利点を有する。視野絞りをデフォーカスすることによって得られる強度分布は、照明放射線の強度が、照明視野の主領域内で一定であるが、縁部領域内でガウス関数として低下する上記に提供した手段のものに対応する。

本発明の更に別の実施形態において、少なくとも１つの照明角度は、構造の格子間隔に対して調節される。

この場合、照明角度は、ｚ軸であるマスク面に対して垂直な方向、及び／又はマスク面の方向、すなわち、方位角方向に調節される。

この手段は、少なくとも１つの照明角度が調節された精査されることになる構造の回折最大値が、回折パターン内に特に鮮明に定められるという利点を有する。照明角度を調節する段階は、他の構造からのいずれの干渉効果も殆どなく、解析される回折次数が、可能な最も高い強度又はコントラストを伴って取り込まれるという効果を有する。それによって回折パターンの簡単で厳密な解析が可能になる。

本発明の更に別の実施形態において、少なくとも１つの照明角度は、構造の格子間隔の向きに対して調節される。

この手段では、照明角度は、面の方向に照明放射線の方位角に対して調節される。マスクの面は、ｘ軸とｙ軸を有する直角座標系によって表される。例えば、格子間隔がｘ方向又はｙ方向に延びる構造をマスク上に配置することができる。これらの構造は、例えば、線及び間隙として構成される。マスク上の構造の格子間隔がｘ軸の方向に延びる場合には、この構造をｘ構造で表している。マスク上の構造の格子間隔がｙ軸の方向に延びる場合には、この構造をｙ構造で表している。照明放射線の方位角は、ｘ構造の場合に０°であり、ｙ構造の場合に９０°である。

マスク上の異なる位置の強度比率を比較する段階は、同等の構造、すなわち、同じ公称の格子間隔及び線幅を有する構造の測定が互いに比較される場合の特徴付けに特に有意である。例えば、同じ格子間隔及び線幅を有するｘ構造及びｙ構造は、同等の構造の例である。

この手段は、構造に対する照明角度を調節する段階が、同等の構造の回折最大値を可能な最も高いコントラストで結像することを可能にするという利点を有する。

取り込み回折パターン内の回折最大値の可能な位置は、少なくとも１つの調節された照明角度を用いて指定されるので、解析は更に簡易化される。

本発明の更に別の実施形態において、マスク上の構造は、少なくとも２つの照明角度の下で同時に照明され、照明角度の各々は、マスク上の異なる構造のそれぞれの格子間隔の向きに対して調節される。

この手段は、少なくとも２つの向きを有する構造を同時に取り込むことができるという利点を有する。この場合、例えば、マスク上に存在する上述のｘ構造とｙ構造を互いに精査することができる。それによってｘ構造又はｙ構造の測定の合間に照明方向を変更する必要性が排除される。

本発明の更に別の実施形態において、少なくとも１つの照明角度は、照明ビーム経路の瞳平面に絞りを配置することによって予め定められる。

この手段は、照明角度を簡単な方式で指定することができるという利点を有する。マスク検査顕微鏡の絞りは、迅速かつ容易に変更することができる。絞りの形状は、ほぼあらゆる任意の照明角度分布をもたらすように操作することができる。

この手段はまた、マスク検査顕微鏡を使用する結像方法を回折パターンの取り込みとの迅速な交替で使用することができるという利点を有する。従って、例えば、マスク上の構造の回折パターンと空間像の両方を取り込んで解析することができる。

本発明の更に別の実施形態において、絞りは、マスク上の異なる構造の格子間隔に対して調節される環として構成される。

この手段は、マスク上の格子間隔の向きに関わらず、格子間隔又は対応する領域内の構造に対して最適な照明角度を指定することができるという利点を有する。

本発明の更に別の実施形態において、絞りは単極として構成され、極の位置は、マスク上の構造の格子間隔の向きに適応される。

この手段は、格子間隔又は対応する領域内にあり、かつマスク上で格子間隔の対応する向きを有する構造に対して最適な照明角度を指定することができるという利点を有する。この場合、例えば、上記に提供したｘ構造又はｙ構造を個々に精査することができる。

本発明の更に別の実施形態において、絞りは、非対称双極として構成され、２つの極の位置は、マスク上の異なる構造の格子間隔の向きに適応される。

この手段は、先に提供した例示的な実施形態に関して上述したように、２つの照明角度でのマスク構造の同時照明を提供することが容易であるという利点を有する。

本発明の更に別の実施形態において、隣接する回折次数の強度は、基準値に対して、特に、構造を持たないマスクの特徴付け中に測定される強度に対して正規化される。

この手段は、同一の回折次数の最大値の正規化された強度が同等であるという利点を有する。それによってマスク上の構造の更に別の特徴付けが可能になる。回折最大値の正規化された強度を解析することにより、回折パターン内で同等の構造を識別することができる。更に、異なる回折パターンの回折最大値の正規化された強度を比較する段階は、同等の構造の回折パターンを決定するための基準を提供する。

本発明の更に別の実施形態において、回折次数最大値の位置、回折次数最大値の間の距離、回折次数最大値の強度、回折次数最大値の広がりという基準のうちの少なくとも１つを適用することにより、回折パターンの２つの隣接する回折次数の最大値の構造に対する割り当てが実施される。

この手段は、構造の更に別の特徴付けを回折パターンに基づいて迅速かつ容易に行うことができるという利点を有する。例えば、回折パターン内の２つの隣接する回折次数の最大値を構造に割り当てることが可能になる。例えば、特定の格子間隔及び線幅を有する線及び間隙を検出することができる。

本発明の別の実施形態において、取り込み回折パターンを回折パターンシミュレーションと比較することにより、構造の更に別の特徴付けが実施される。

特徴付けされる構造の回折パターンは、マスクの設計が既知である範囲で模擬することができる。このシミュレーションからの取り込み回折パターンのずれは、設計において指定された構造からのマスク上の構造のずれの証拠である。

この手段は、指定されたマスク構造との比較を実施するのに取り込み回折パターンを使用することができるという利点を有する。

本発明の更に別の実施形態において、マスク上で構造が特徴付けられる複数の位置が指定される。

この手段は、マスクを迅速に特徴付けることができるという利点を有する。

本発明の更に別の実施形態において、マスクの面にわたって均等に配分された複数の位置が指定される。

この手段は、構造に対して利用可能な情報が存在せず、又は不完全である場合であっても、マスクを特徴付けることができるという利点を有する。この実施形態は、同等の構造を位置付けるために提供した実施形態との組合せにおいて特に有利である。

本発明の更に別の実施形態において、同等の構造は、回折次数最大値の位置、回折次数最大値の間の距離、回折次数最大値の強度、回折次数最大値の広がり、回折パターンシミュレーションからの差という基準のうちの少なくとも１つを回折パターン内に適用することによって識別される。

この手段は、同等の構造を簡単な方式で位置付けることができるという利点を有する。

本発明の更に別の実施形態において、マスク上で同等の構造が形成される位置が指定される。

この手段は、同等の構造を選択的に選ぶことができるという利点を有する。それによって不要な測定及び多数の取り込み画像から同等の構造の回折パターンを選択する必要性が排除される。位置の指定は、特にマスク設計に基づいて実施することができる。

本発明の更に別の実施形態において、全ての同等の構造の強度比率の平均値と、平均値からの個々の強度比率の百分率偏差とが計算される。

この手段は、マスクの簡単かつ有意な評価が可能になるという利点を有する。公称値からの通常は小さい線幅ずれを仮定すると、得られる値は、公称値からの臨界寸法（ＣＤ）のずれに良好な近似で対応する。

本発明は、更に、本発明による方法の段階を実施するデータ処理システムを含むマスク検査顕微鏡を含む。

データ処理システムは、例えば、全ての上述の方法及びその実施形態を実施することができるようにプログラムされた市販のコンピュータである。

上記に提供し、以下により詳細に説明する本発明の特徴は、説明する組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せにおいて使用することもできることは理解される。

以下において、本発明をいくつかの選択された例示的実施形態に基づいて図面を参照することによってより詳細に説明かつ解説する。

本発明によるマスク検査顕微鏡の照明ビーム経路のセグメントの長手断面図である。 本発明によるマスク検査顕微鏡の照明ビーム経路及び結像ビーム経路のセグメントの長手断面図である。 ＥＵＶ領域の照明放射線を使用する本発明によるマスク検査顕微鏡の概略図である。 様々な絞りを有する絞り板の平面図である。 照明視野の強度分布の図である。 本発明による方法の実施例の流れ図である。

第１の例示的な実施形態によるマスク検査顕微鏡は、図１に示すように、１９３ｎｍの波長の照明放射線を放出するエキシマレーザである放射線源５から構成される。放射線源５には、光学軸１に沿って、瞳平面内の照明放射線の強度分布を均一化するために、更に照明放射線の偏光解消のためのホモジナイザー１０が続く。

次に、は、照明ビーム経路３の瞳平面に配置された絞り板４５がくる。絞り５１を厳密に位置決めすることを可能にする制御が、ドライバ５０によって行われる。

絞り５１のうちで選択された絞りが、調節ドライバ６０が装備されたズームレンズ５５を用いて、図２に示すようにコンデンサー１３０の瞳平面１３５上に望ましいサイズで投影される。結像スケールは、３倍だけ変更することができる。図４には絞り板を示しており、照明放射線に対して不透過の領域を陰付きで例示している。絞りは反射絞りとして構成され、陰付き領域は、照明放射線に対して反射性を持たない。絞り板４５は、ドライバ５０に取外し可能に連結される。

図２には、第１の例示的な実施形態からの照明ビーム経路３の続きを示している。次の要素は、マスク１４５上で、図５に示す照明視野２４０のサイズ及び強度分布を定めるための視野絞り１００である。絞り１００は、マスク上に結像される。ドライバ１０１は、マスク上に絞り１００の像を集束し、デフォーカスするように機能する。

視野絞り１００の正方形の開口部は、３４０μｍの辺長を有する。この開口部は、マスク上に集束された後に、２６μｍの辺長を有する照明視野をもたらす。異なるサイズの視野絞りの使用が可能である。図には例示していない別の変形では、視野絞り１００は使用されない。

図５には、選択可能な照明視野の例２４０を示している。正方形の照明視野２４０の範囲の照明放射線の強度分布は、正方形の主領域２４１の範囲で一定である。主領域２４１は、全体として照明視野２４０よりも小さく、一定の幅を有する縁部領域２４２によって囲まれる。縁部領域内では、照明放射線の強度は、照明視野の縁部まで連続的に低下する。強度の低下は、ガウス曲線の形態で表すことができる。照明視野２４０の強度分布をｘで表す軸に沿って曲線２４３としてプロットしている。ｘ軸は、２反対外縁と平行に照明視野２４０を二分する。

視野絞り１００には、チューブレンズ１０５、更に瞳平面１３５を有するコンデンサー１３０が続く。

照明放射線を偏光するために、ドライバ１１５及び１２５を用いて、照明ビーム経路３内に偏光子１１０及び１２０を導入することができる。偏光子１１０は、照明放射線を直線偏光し、ドライバ１１５を用いて偏光子１１０を回転させることにより、偏光方向を調節することができる。照明放射線のタンジェンシャル偏光を得るために、偏光子１１０に加えて、領域分割された偏光コンバータとして構成された偏光子１２０が、照明ビーム経路３内に導入される。直線偏光は、この偏光子１２０によって扇形毎に回転され、従って、近似的にタンジェンシャルな偏光がもたらされる。偏光子１２０の３つの変形が利用可能である（図２には示していない）。４個、８個、又は１２個の扇形への分割を選択することができる。

構造１１５０を有する、検査されるマスク１４５は、ペリクル１５５によって保護される。マスクは、検査される場所が照明ビーム経路３に存在するようにマスクを望ましい位置に移動するために、ドライバ１４２を用いて、ｘｙ平面で表す平面内で側方に移動されるマスクホルダ１４０上に静置される。マスクは、集束目的で、ドライバ１４２により、ｚ軸である光学軸の方向にも移動される。マスクの像は、対物系１６０により、チューブレンズ１６５、視野絞り１７０、拡大光学系１７５を通じてＣＣＤ（電荷結合デバイス）チップである検出器２００に投影される。開口数は、ドライバ１８２を有するＮＡ絞り１８０を用いて調節される。

照明ビーム経路３の瞳平面を検出器２００上に結像するために、ドライバ１９０を用いて照明ビーム経路３内にバートランドレンズ１８５が導入される。

全てのドライバ５０、６０、１０１、１１５、１２５、１４２、１８２、１９０、１８５及び検出器２００は、入力／出力ユニット２１５を含むデータ処理システム２１０に連結される。このデータ処理システム２１０を通じて、マスク検査顕微鏡の制御が行われる。検出器２００を読み取ることにより、特定の画像が格納され、この画像のデータは、更に処理される。図面には示していない別の例示的な実施形態において、マスク検査顕微鏡は反射で作動する。この場合、マスク１４５は、構造１５０の側から照明される。従って、マスクは、厳密にその反対側がマスクホルダ１４０上に位置する。構造１５０から反射された放射線は、ビームスプリッタを用いて公知の方式で照明ビーム経路３から分離され、検出器２００上に結像されるまで、図２に示すように続行する。

更に別の例示的な実施形態において、マスク検査顕微鏡は、１３．５ｎｍの波長を有するＥＵＶ領域の照明放射線で作動される。このレイアウトを図３に示している。ＥＵＶ放射線源２２１からの放射線はコレクター２２２によって集光され、ミラー２２４及び２２６により、精査されるＥＵＶマスク２２８に反射される。視野絞り２３４は、ＥＵＶマスク２２８上の照明視野のサイズを決定するように機能する。絞り２３４は、マスク上に結像される。ドライバ２３５は、絞り２３４の像を集束させるか又はデフォーカスするように機能する。望ましい照明角度を得るために、絞り板２３３上に配置された絞り２３２が使用される（例えば、絞り板４５、６５上の絞りと同じく）。ＥＵＶマスクの像は、結像システム２３０を通じて検出器２３７上に投影され、検出器２３７は、検出器を読み取り、画像データを更に処理する、例示していないデータ処理システムにドライバ２３５と同じく連結される。瞳平面を検出器２３７上に結像するために、ビーム経路に更に別のミラー（図示せず）が導入される。

瞳平面上のどの位置も、物体平面又は像視野平面からの１つの角度を有する放射線に対応する。例えば、照明角度又は回折角のような角度は、瞳平面上の対応する場所として以下では記述する。場所を極が瞳の中心にある極座標で与える。半径方向座標を開口数の単位で与える。極軸はｘ軸上にあり、照明方向の正の方向を右向きと定める。ｘ軸と、直交するｙ軸とは、瞳平面の中心で交わる。方位角は、半径とｘ軸の間の角度である。

回折パターンの取り込みは、以下の通りに実施される。精査される構造１５０を含むマスク１４５が、マスクホルダ１４０上のマスク検査顕微鏡に配置される。ドライバ１４２を用いて、構造１５０の望ましい薄板が、データ処理システム２１０を用いて与えられる制御の下で、マスク検査顕微鏡のビーム経路に導入される。バートランドレンズ１８５が、ビーム経路に配置される。絞り板のドライバ５０を用いて、絞り板４５上の絞り５１を選択することにより、１つ又は複数の望ましい照明角度が設定される。

マスク上の照明視野は、絞り１００によって調節される。第１の例示的な実施形態において、絞り１００は、ドライバ１０１を用いてマスク１４５の平面上に集束される。絞り１００のサイズは、対物系１６０によって検出器２００上に投影される像視野に対応する。別の例示的な実施形態において、マスク１４５上の絞り１００の像をデフォーカスすることによって照明視野の強度分布が変更される。別の例示的な実施形態において、像視野よりも大きい絞り１００が使用される。別の例示的な実施形態において、絞り１００は、ビーム経路から取り出される。

構造１５０の回折パターンが、検出器２００上に投影される。この像は、ドライバ１４２を用いてマスクホルダ１４０を光学軸、すなわち、ｚ方向に向けて移動することによって集束される。フォーカスの精度は、約Δｚ＝３μｍから約８μｍまでの範囲にあるならば十分である。ＣＣＤ（電荷結合デバイス）チップとして構成された検出器２００は、データ処理システム２１０を用いて読み出され、デジタルグレースケール画像が格納される。１３．５ｎｍの波長を有するＥＵＶ領域の照明放射線を使用するマスク検査顕微鏡における方法の実施も同じく行われる。

本方法の例示的な実施形態において、回折パターンの取り込み中に、マスクと検出器の間の連続的な相対移動が実施される。この移動は、ドライバ１４２を用いたマスクホルダ１４０の移動によって達成されることになる。マスク１４５は、光学軸１に対して垂直な方向に移動される。

マスクの移動は、特徴付けされるマスクの全体の領域が走査されるように実施される。検出器２００を用いて、特徴付けされる領域にわたって平均化された単一の回折パターンが走査される。

移動速度及び検出器２００の露光時間は、特徴付けされる領域全体のうちの各部分が、露光時間にわたってビーム経路を通じて移動される、すなわち、領域が走査されるように指定すべきである。

マスクの移動は、例えば、線毎に達成される。特徴付けは、領域のコーナで開始し、移動は、特徴付けされる領域の１つの第１の外縁に対して並行に実施される。第１の外縁の終端に達するや否や、すなわち、第１の線が走査されるや否や、第１の外縁の距離が増加されることになり、移動は反対方向に続けられることになり、次の線が走査されることになる。

特徴付けされる領域は、マスクの構造領域全体又は自由に定められる大きい接続部分とすることができる。

走査移動の制御及び回折パターンの解析は、データ処理システム２１０によって実施される。

１つ又は複数の照明角度及び照明放射線のコヒーレンス度が、マスク検査顕微鏡の瞳平面内の絞り５１、２３２及びズームレンズ５５を用いて調節される。

ｚ軸である光学軸１に対する照明放射線の角度が、ゼロ次及び１次（又は負の１次）の回折次数が完全に含まれ、取り込み回折パターンにおいて分解されるように、精査されることになる構造の格子間隔に対して調節される。照明角度は、隣接する高次の回折次数、例えば、１次及び２次の回折次数が瞳に結像されるように調節することができる。

ゼロ次及び１次の回折次数を取り込むためのｚ方向の最大照明角度は、対物系のマスク側開口数ＮＡｍａｓｋによって制限される。ゼロ次の回折次数の最大値と１次の回折次数の最大値の間の角度（瞳平面内の距離）は、照明放射線の波長と格子間隔ｐとから、λ／ｐという形式で見出される。精査は、λ／ρ＜２ＮＡｍａｓｋであった場合にのみ可能である。瞳内で１次（又は負の１次）の回折次数が低下するためには、照明角度のｚ方向の値が、［λ／ρ−ＮＡｍａｓｋ］よりも小さくなければならない。瞳平面の中心に対するゼロ次及び１次の回折次数の最大値の対称配列を得るためには、照明角度のｚ方向の値は、λ／（２ρ）でなければならない。

例示的な実施形態において、環状、すなわち、環形の照明角度分布が使用される。この場合、先に上述したように、ｚ軸に対する照明角度が指定され、それに対して方位角は、定められないままに残される。こうしてマスク上の同等の構造が、その向きに関係なく検出される。実際の実施における絞りの例を図４に提供している。第１の環状絞り６１は、幅広の環を有し、第２の環状絞り６２は、幅狭の環を有する。

異なる構造には、更に別の最適化された照明角度分布が与えられる。通常、マスク上には様々な構造が存在する。品質管理に特に適する手法は、上述したように、ｘ構造及びｙ構造で表す構造の線幅を測定することである。

ｘ構造の精査では、ｘ軸上の極を有する照明角度分布が与えられる。この場合、入射光の方位角は０°又は１８０°である。図４には、対応する絞り（ｘ単極）を絞り板４５上に参照番号５２及び５３として例示している。第１のｘ単極５２のコヒーレンス度は、第２のｘ単極５３のコヒーレンス度よりも大きい。

ｙ構造の精査では、ｙ軸上に極を有する照明角度分布が与えられる。この場合、入射光の方位角は９０°又は２７０°である。図４には、対応する絞り（ｙ単極）を絞り板４５上に参照番号５６及び５７として例示している。第１のｙ単極５６のコヒーレンス度は、第２のｙ単極５７のコヒーレンス度よりも大きい。

ｘ構造とｙ構造との同時精査では、２つの極を有する照明角度分布が与えられ、本明細書ではこれを非対称ｘｙ双極で表している。１つの極はｘ軸上に位置し、１つの極はｙ軸上に位置する。そのような照明角度は、例えば、１つの極がｙ軸上に存在し、１つの極がｘ軸上に存在する絞りを用いて得られる。図４には例を参照番号５８及び５９として例示している。

更に別の例示的な実施形態において、極が瞳の中心に位置し、すなわち、照明が光学軸１に沿って発生する照明角度分布が使用される。この照明角度分布は、取り込み回折パターン内に、構造において回折された照明放射線のゼロ次、１次、及び負の１次の回折次数が含まれる場合に有利である。回折パターンのより精密な解析では、１次の回折次数の強度と負の１次の回折次数の強度とが互いに比較されるか、又は平均化される。

上述したように、取り込み回折パターンは、データ処理システム２１０のメモリ内にグレースケール画像として格納される。これらの画像は、０から２５５までの範囲にわたる強度値を有する１０００×１０００ピクセルの行列である。回折最大値の強度を決定するのにの第１の段階は、回折パターン内のこれらの最大値のそれぞれの位置を識別することである。

格子間隔の公称値が既知である場合には、取り込み回折パターン内の特定の構造のゼロ次及び１次（又は負の１次）の回折次数の解析予定の回折最大値の公称位置を計算するのに、この格子間隔の公称値と指定された照明角度とを使用することができる。これらの計算及び更に別の解析は、データ処理システム２１０内に実施される。

これらの公称位置は、回折最大値の強度を決定するのに使用される。この決定は、回折最大値の公称位置を取り囲む領域内の回折パターンのピクセルの全ての強度値を合計することによって行われる。

一例示的な実施形態において、回折最大値の領域の広がりは、強度値に対して限界値を適用することによって検出される。例えば、回折最大値の範囲の最大強度の少なくとも１０％である強度値のみが考慮される。代替的に、強度において固定限界が設定される。

更に別の例示的な実施形態において、各回折最大値に対して位置及び領域が固定的に指定される。

それぞれＩ１及びＩ０で表す１次及びゼロ次の回折最大値の強度から、比率Ｉ１／Ｉ０が計算され、これを強度比率で表している。方法の変形では、逆数を計算することができる。

更に別の例示的な実施形態において、測定予定の回折次数強度は正規化される（明確な正規化）。マスクのうちでいずれの種類の構造も持たない領域は、マスク検査顕微鏡の結像ビーム経路に導入される。このようにして取り込まれる回折パターンは、使用される絞りの１つ又は複数の極の像のみから構成される。明確な強度Ｉｃｌｅａｒで表すこれらの極の強度は、上述の通りに決定される。回折パターンから測定された強度は、正規化を実施するために、明確な強度によって割算される。ゼロ次及び１次の回折次数における明確な強度は、ｌ_0clear＝Ｉ₀／Ｉ_clear、Ｉ_1clear＝Ｉ₁／Ｉ_clearである。異なる回折パターンの回折最大値の強度値を互いに比較するために、明確な正規化が行われた回折最大値の強度値が計算される。

一例示的な実施形態において、格子間隔及び線幅が既知である１つ又はそれよりも多くのマスク構造に対して較正を行うために、適切な絞りが選択され、強度比率が決定される。

格子間隔が一定である場合には、強度比率は、良好な近似で線幅だけに依存する。較正は、強度比率の測定から線幅の絶対値を決定することを可能にする。

較正は、マスク上又はウェーハ上の構造に対して実施される絶対測定に対して実施することができる。マスクとウェーハの両方の上の線幅の絶対寸法を測定するのに、走査電子顕微鏡が使用される。

検査されるマスクでは、線幅の（すなわち、臨界寸法であるＣＤの）僅かなずれのみか予想されので、強度比率と線幅の間の線形関係を良好な近似で仮定することができる。

検査されるマスクでは、通常、臨界寸法に対する公称値が既知である。強度比率を解析するために、この臨界寸法が、同等の構造の強度比率の平均値にほぼ対応すると仮定することができる。この場合、この平均値からの強度比率の相対ずれは、指定された臨界寸法からの相対ずれに対応する。

マスクを特徴付けるために、ｘ単極、ｙ単極、非対称ｘｙ双極、又は環状という望ましい照明角度分布に対応する絞りが選択され、精査される構造の格子間隔に対して調節される。

マスク上で同等の構造を含む領域の位置が既知である限り、特にこれらの位置において回折パターンが取り込まれる。全ての画像に対して、それぞれの強度比率が直接計算される。同等の構造の位置は、例えば、マスク設計、すなわち、マスク上に表現される構造に関するデータから決定することができる。

マスク設計、すなわち、マスク上に表現される構造が既知である場合には、測位置置の回折パターンを模擬することができる。解析を実施するために、測定強度の強度比率が、強度シミュレーションの強度比率と比較される。上述したように、百分率偏差がグラフィックで表現される。

更に別の手段において、例えば、マスク設計が指定されない場合には、マスクにわたって均等に配分された位置が、測定に向けて指定される。

同等の構造の回折パターンに関して、全ての取り込み回折パターンが検索される。１つの基準は、第１の回折最大値の位置、すなわち、ゼロ次の回折最大値からの第１の回折最大値の距離と、その方位角である。ｘ構造の回折最大値は、例えば、ｘ軸上に位置する。更に別の基準は、明確な正規化が行われた回折最大値の強度である。更に別の基準は、回折最大値の広がりである。更に別の基準は、マスク設計に基づいて模擬の回折パターンからの差である。これらの基準は、個々に、又は組合せで適用することができる。

最初に、全ての回折パターンを考慮して、回折パターンのゼロ次及び全ての他の回折最大値の明確な正規化が行われた強度が、ゼロ次の回折次数からのこれらの強度の距離と共に決定される。回折最大値が同等の距離にある回折パターンがセットに組み合わされる。セット内の距離に対して許容範囲が定められる。更に別の基準として、回折パターンのそれぞれの回折次数の明確な正規化が行われた強度値が、定められた許容範囲にあるか否かが決定される。許容範囲外に強度値を有する回折パターンは、マスクの特徴付けに含まれない。回折最大値の空間的な広がりに対して、類似の手順が使用される。広がりが許容範囲にない回折最大値を有する回折パターンは、評価に含まれない。

次に、各回折パターンセットに対して、上述したように強度比率が計算される。

解析に関して、全ての強度値の平均値が、この平均値からの全ての値の百分率偏差と共に計算される。異なる百分率偏差には、異なる色又は色の陰影が割り当てられる。次に、測定値が、マスクの２次元図内でそれぞれの色で表現される。上述したように、既知のＣＤ値に対して強度比率が較正されている限り、絶対ＣＤ値を２次元図内に提供することができる。

同一の構造を含有する多数の領域、いわゆるダイを有するマスクに対して、更に別の例示的な実施形態が使用される。精度を高めるために、全てのダイ上の同一の位置の強度比率の平均値が測定される。次に、解析に関して、全てのダイにわたる平均値からの個々の強度比率の百分率偏差が各位置に対して与えられる。

本発明による方法の概要を図６に提供している。

Claims (22)

1. 構造を有するマスクを特徴付ける方法であって、
   隣接する回折次数の少なくとも２つの最大値を含む前記構造の回折パターンを生成するように、単色照明放射線を用いて少なくとも１つの照明角度の下で前記マスクを照明する段階と、
   前記回折パターンを取り込む段階と、
   前記隣接する回折次数の前記最大値の強度を決定する段階と、
   前記強度の強度比率を決定する段階と、
   を含み、
   前記構造の更に別の特徴付けが、回折次数最大値の位置、該回折次数最大値間の間隔、該回折次数最大値の強度、該回折次数最大値の広がりという基準のうちの少なくとも１つを適用することによって実施される
   ことを特徴とする方法。
2. 前記回折パターンは、取り込まれるように単一の検出器上に全体が投影されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記回折パターンは、前記マスクと前記検出器の間の連続的な相対移動中に取り込まれていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記構造の線幅を構造の少なくとも１つの決定された強度比率と該構造の既知の線幅との間の少なくとも１つの相関性から決定する段階、
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記照明放射線は、主領域と該主領域を取り囲む縁部領域とを有する照明視野を前記マスク上に生成し、
   前記照明放射線の強度が、前記主領域で一定であるが、前記縁部領域では連続的に低下する、
   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。
6. 前記縁部領域での前記強度の低下は、ガウス関数に対応することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記マスク上の前記照明視野は、視野絞りを用いて定められ、該照明視野の強度分布が、該視野絞りをデフォーカスすることによって調節されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの照明角度は、前記構造の格子間隔に対して調節される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。
9. 前記少なくとも１つの照明角度は、前記マスク上の前記構造の格子間隔の向きに対して調節される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。
10. 前記マスク上の前記構造は、少なくとも２つの照明角度の下で同時に照明され、該照明角度の各々が、該マスク上の異なる構造の格子間隔の向きに対して調節されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの照明角度は、マスク検査顕微鏡の照明ビーム経路の瞳平面に絞りを配置することによって予め定められることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記絞りは、前記マスク上の異なる構造の格子間隔に対して調節される環として構成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記絞りは、単極として構成され、該極の位置が、前記マスク上の構造の格子間隔の向きに対して適応されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記絞りは、非対称双極として構成され、該２つの極の位置が、前記マスク上の異なる構造の格子間隔の向きに対して適応されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記隣接する回折次数の前記強度は、構造を持たないマスクの前記特徴付け中に測定された基準値に対して、特に該強度に対して正規化されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記構造の更に別の特徴付けが、前記取り込まれた回折パターンを模擬された回折パターンと比較することによって実施されることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 構造が特徴付けられることになる前記マスク上の複数の位置を指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１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記マスクの面にわたって均等に配分された位置が指定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 同等の構造が、前記回折次数最大値の位置、該回折次数最大値の間隔、該回折次数最大値の強度、該回折次数最大値の広がりという基準のうちの少なくとも１つを適用することによって前記回折パターン内で識別されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 同等の構造が前記マスク上に形成される位置が指定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
21. 全ての同等の構造の強度比率の平均値と該平均値からの個々の強度比率の百分率偏差とが計算されることを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
22. 請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の方法による段階を実施するデータ処理システム、
    を含むことを特徴とするマスク検査顕微鏡。

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