JP6316800B2 - 半導体検査ツールにおいてサンプルステージの運動を時間遅延積分電荷結合素子で同期させる装置および方法 - Google Patents

Description

関連出願への相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、参照により本明細書中に組み込まれる、２０１２年４月１５日付で出願された米国特許仮出願番号６１／６２４，３１７号の有益性を請求する。

本開示は、半導体検査ツールでサンプルステージの運動を時間遅延積分電荷結合素子で同期させるための装置および方法に関する。特に、この装置および方法は、検査のためのサンプルを保持するステージの横方向および垂直方向の速度の三角結合（trigonometric coupling）に起因する横方向の変位を補正する。

図１は、半導体検査システムのためのピクセルクロックを生成する先行技術システム１０の略ブロック図である。垂直に入射する主光線でのフォトマスクの検査で使用される既知プラットフォーム上では、横（Ｘ−方向）自由度と垂直（Ｚ−方向）自由度との間に結合はない。システム１０は、補間エンコーダ（interpolating encoder）１２ならびに位相検出器１６および電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８を有する位相ロックループ１４を含む。ディバイダー２０はフィードバックループ２２中にある。周波数制御・位相アキュムレータ回路２４は、信号２６と信号２８とを組み合わせて、時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）における電荷の転送を制御するめに用いられるピクセルクロック３０を生成する。ループ１４は、ステージ上の画像化されたピクセルの「変動する」横方向の速度にピクセルクロック信号を同期させる。

ステージ速度でピクセルクロック周波数を変えることに加えて、ブロック３２は、マップ３４を使用して、不完全なエンコーダ、グラナイトマップなどに起因するＸ方向のステージサーボの非直線性について補正する。システム１０の操作は、２段階プロセスで達成される。まず、ＶＣＯの出力が生じる。次に、ＶＣＯの出力は回路２４を計測し、ピクセルまたはラインクロックを生成する。

図２は、軸外照明を使用する既知半導体検査システム１００の略図である。極紫外ＥＵＶについて透過性の光学材料はないので、例えば多層マスクのＥＵＶマスク検査のためには軸外照明を使用しなければならない。例えば、ＥＵＶ源１０２は、照明角度θでフォトマスク１０８の表面１０６にＥＵＶ主光線１０４を伝送する。光線１０４は表面１０６から角度θでＴＤＩ ＣＣＤ１１２に反射し、ＴＤＩ ＣＣＤは電荷を伝達して、光線１０４によって照らされる表面１０６の部位のピクセル画像の生成のためにデータを生成させ、プロセッサ１１４に伝達する。照明の典型的な角度は約６〜８度である。

米国特許出願公開第２０１１／０１７００９０号

光線１０４の使用は、検査のためのフォトマスクを保持するステージ１１６の垂直（Ｘ−方向）および横（Ｚ−方向）の動作間の三角結合の原因となる。例えば、結合の結果、ピクセルの実際の横方向の位置１２０からδｘずれた画像化ピクセルの見かけの横方向の位置１１８となる（横方向の誤差運動）。Ｚ運動は、フォトマスクの表面マップおよび外乱力（disturbance force）によるＺ方向のステージサーボの誤差運動のような多くの原因から生じる可能性がある。横方向の誤差運動は、ピクセル像で重大なぼやけを引き起こすのに十分重大である。このように、上記の結合は、ＴＤＩ ＣＣＤを通過する電荷の運動にフォトマスクステージ動作を同期させる既知の方法に関連する問題を引き起こす。例えば、システム１０は、横方向の誤差運動を対処または解決することができない。

本明細書中で例示される態様にしたがって、半導体検査ツールにおいてサンプルステージの運動を時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）で同期させる方法であって：検査されるサンプルを保持するステージの横方向の位置を測定すること；ステージの垂直方向の位置を測定すること；測定された横および垂直方向の位置に基づいてサンプルの画像化ピクセルの補正された横方向の位置を決定すること；そして、ＴＤＩ ＣＣＤの電荷移動を画像化ピクセルの補正された横方向の位置と同期させることを含む方法が提供される。

本明細書中で例示される態様にしたがって、半導体検査システムの時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）の電荷移動を制御する装置であって：検査されるサンプルを保持するステージの測定された垂直方向および横方向の位置に基づいて基準信号を生じるようにアレンジされた位相・周波数コントローラ；および基準信号を使用して、補正された横方向の位置でサンプルの画像化ピクセルのＣＣＤの電荷移動を制御するためのピクセルクロックを生じるようにアレンジされた制御システムを含む装置が提供される。

本明細書中で例示される態様によれば、半導体検査システムのための時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）の電荷移動を制御する装置であって：検査されるサンプルを保持するステージの測定された垂直および横方向の位置に基づいて基準信号を生じるようにアレンジされた位相・周波数コントローラ；および基準信号に基づいて制御信号を生じるようにアレンジされ、そして制御信号を使用してＣＣＤの電荷移動を制御して、サンプルの画像化ピクセルのみかけの横方向の位置と画像化ピクセルの実際の横方向の位置との間の差を補正するためのピクセルクロックを生じるようにアレンジされた位相ロックループを含む制御システムを含む装置が提供される。ＣＣＤを帯電させるために使用される光は、鋭角でサンプルの表面から反射される。基準信号発生器は、鋭角に基づいて基準信号を生じるようにアレンジされる。

さまざまな実施形態を、単なる一例として添付の概略図面を参照して開示し、対応する参照符号は対応する部品を示す。

半導体検査システムのピクセルクロックを生成する先行技術システムの略ブロック図である。 軸外照明を使用する既知半導体検査システムの略図である。 半導体検査ツールにおいて時間遅延積分電荷結合素子でサンプルステージ運動を同期させる装置の略ブロック図である。 半導体検査ツールにおいて、軸外照明と、サンプルステージ運動を時間遅延積分電荷結合素子で同期させるための装置および方法とを使用する半導体検査システムの略図である。 レチクルの平面図である。 図５中のレチクルの側面図である。

最初に、異なる図面上の同様の図面番号は、本開示の同一または機能的に同等の構造要素を特定すると理解されるべきである。請求される開示は、開示された態様に限定されないことも理解すべきである。

さらに、本開示は記載されている特定の方法、材料および変形に限定されず、したがってもちろん変わる可能性があるものと理解される。本明細書中で用いられる用語は特定の態様を説明するためだけであって、本開示の範囲を限定することを目的としないことも理解される。

別段の定めがない限り、本明細書中で用いられるすべての技術および科学用語は、この開示が属する分野の当業者に通常理解されるのと同じ意味を有する。本明細書中で記載されるものと類似または同等の方法、装置または材料を本開示の実施または試験で使用できると理解すべきである。

図３は、半導体検査ツールでサンプルステージ運動を時間遅延積分電荷結合素子と同期させる装置２００の略ブロック図である。

図４は、軸外照明と半導体検査ツール中の時間遅延積分電荷結合素子でサンプルステージ運動を同期させるための装置および方法を用いた半導体検査システムの略図である。以下は、図３および４に照らし合わせて考えるべきである。装置２００の説明に関連する典型的半導体検査システムの部分だけが図示されていることを理解すべきである。装置２００は：位相・周波数コントローラ２０２および制御システム２０４を含む。コントローラ２０２は、検査されるサンプル３０４を保持するステージ３０２の測定された垂直方向の位置２０８および測定された横方向の位置２１０に基づいて基準信号２０６を生成するようにアレンジされる。制御システム２０４は、基準信号２０６を使用して、補正された横方向の位置２１４でサンプルの画像化ピクセルについてＣＣＤ３０６の電荷移動を制御するためのピクセルクロック２１２を生成するようにアレンジされる。

更に後述するように、基準信号２０６を生成することは、ステージの垂直方向の速度ＶＶを補正することを含む。上述したように、ステージの横方向の速度ＬＶと垂直方向の速度ＶＶは三角結合する。この結合によって、画像化ピクセルの実際の横方向の位置２１６は歪み、例えばみかけの横方向の位置２１８となる。ピクセルクロック２１２を生成することは、歪みを相殺することを含む。

上述したように、極紫外ＥＵＶについて透過性の光学材料はないので、ＥＵＶマスク検査のために軸外照明を使われなければならない。例えば、ＥＵＶ源３０８は、照明角度θでサンプル３０４の表面３１２にＥＵＶ主光線３１０を伝達する。光線３１０は角度θで表面３１２からＴＤＩ ＣＣＤ３０６に反射し、電荷を伝達して、光線３１０によって照らされる表面３１２の部位のピクセル画像３１８の生成のためのデータを生成させ、プロセッサ３１６に伝達する。例示的実施形態において、角度θは、表面３１２に直交する線３２０に関するものである。照明の典型的な角度は約６〜８度である。

上述したように、光線３１０の使用は上述した三角結合に至る。例えば、結合の結果、ピクセルの実際の横方向の位置２１６からδｘ（横の誤差運動）ずれた画像化ピクセルのみかけの横方向の位置２１８となる。光線３１０が図４で示すように軸外である場合、Ｚ軸の垂直方向の運動は、角度θのタンジェントにステージの垂直方向の速度ＶＶをかけたものに等しいみかけの横方向のシフトδｘとして反映される。さらに後述するように、コントローラ２０２は、角度θにしたがって基準信号２０６を生成するようにアレンジされる。例示的実施形態において、コントローラ２０２は、角度θの三角関数、例えば角θのタンジェントにしたがって信号２０６を生成するようにアレンジされる。

例示的実施形態において、制御システム２０４は、基準信号２０６に基づいて制御信号２２４を生成するようにアレンジされる位相ロックループ２２２を含む。制御システム２０４は、制御信号２２４を使用してピクセルクロック２１２を生成するようにアレンジされる。ループ２２２は、位相検出器２２６と電圧制御発振器（ＶＣＯ）２２８とディバイダー２３０とフィードバックループ２３２とを含む。例示的実施形態において、制御システムは、さらに後述するようにＺ方向で、例えば補正ブランチ２３６を使用して表面の輪郭にしたがって制御信号２２４を補正するためにアレンジされた周波数制御・位相アキュムレータ回路２３４を含む。

以下で装置２００に関して詳細に記載する。上記のように、ＬＶおよびＶＶの三角結合の結果、位置２１６でピクセルの見かけの位置２１８が得られる。例示的実施形態において、ＬＶおよびＶＶは、６軸レーザー干渉計３２２を使用して測定される。これらの測定値を使用して、画像化ピクセルの補正された横方向の位置２１４を計算し、補正された横方向の位置２１４にＴＤＩ ＣＣＤ３０６での電荷移動を同期させる。制御システム２０４、例えば、位相ロックループ２２２を使用して、補正された横方向の位置２１４とのピクセルクロック２１２の同期を確実にする。

図１中のエンコーダ１２とは異なり、コントローラ２０２は、ＬＶとＶＶとの結合を相殺する基準信号２０６を生成する。位相・周波数コントローラのファームウェアへの追加は、画像化されるピクセルの補正された位置２１４を生成するためのＬＶとＶＶとの間の結合を含む。例示的実施形態において、ＶＶにｔａｎ（θ）をかけ、ＬＶを加えて、補正された位置２１４を得、信号２０６を生成する。信号２０６で表される位置２１４を使用して、ＶＣＯ２２８の周波数出力２２４を加速または減速する。

上述したように、発生器２０２は、位相信号２０６に基づくＬＶおよびＶＶを生成する。位相検出器２２６は、信号２０６を参照入力２４２として、そしてフィードバックループ２２２（信号２２４）を入力２４４として受け取る。当該技術分野で知られていているように、検出器２２６は入力２４２および２４４ならびに出力制御信号２４６の位相をＶＣＯと比較する。ＶＣＯは、信号２４６にしたがって位相・頻度信号２２４を出力する。当該技術分野で知られているように、検出器２２６は、必要に応じて信号２４６を補正して、信号２２４を信号２０６の位相に移行させる。

図５は、レチクル２４８の平面図である。

図６は、図５中のレチクル２４８の側面図である。コンピュータ２５０（ＩＡＳコンピュータと呼ばれる）は、検査されるレチクル、例えばレチクル２４８上の特定の位置のＸおよびＹ座標または位置２５２と２５４をそれぞれ生成する。ＸおよびＹ座標２５２および２５４は、レチクル上のパターンの情報（またはその欠如）に基づく時間の関数として生成される。ＸおよびＹ座標２５２および２５４を使用して、レチクルのＺマップ２５６から、ベストフォーカスの位置を決定する（ＸおよびＹ座標２５２および２５４の関数として）。横方向の速度２１０はＸおよびＹ座標２５２および２５４から誘導することができることに注意すべきである。

図６で示されるように、重力の結果、レチクル２４８はＺ方向にたるむ（説明のために図６中ではこのたるみが誇張されている）。したがって、特定のＸおよびＹ座標２５２および２５４のＺ座標または位置は平面Ｘ−Ｙに基づいて仮定することができず、実際のＺ位置を測定することが必要である。したがって、Ｚマップ２５６は検査前に作製され、例えば、レチクルの検査開始前にレチクル表面のマッピングによって形成される。ＸおよびＹ座標の関数としてのＺ座標２５８は、マップ２５６から得られる。垂直方向の速度２１０はＺ座標２５８から誘導することができることに注意すべきである。

図５および６で示されるように、レチクル２４８は通常格子状であり、吸収装置のパターン化が測定に影響しないようにレチクル（典型的にはレチクルの多層の表面）のＺ位置２５８を測定する。フォーカスドリル点２６０の点の均一格子を図に示す。フォーカスドリル点間のＺ位置は、さまざまなスプラインを使用して、通常内挿される。均一格子が例示されているが、これは不均一格子にも同様に当てはまり得ることを当業者は認識するであろう。Ｚ位２５８をＸおよびＹ位２５２および２５４と組み合わせて、ステージコントローラの位置タプル入力（レチクル座標）２６２を形成する。これは通常一定のサンプリング時間間隔で発生し、速度および加速度もこれらのタプルの一次および二次時間導関数を計算することによって得ることができる。これらの位置タプルはレチクル座標フレーム内で得られ、ブロック２６４によってステージ座標フレームに変換される。これは一連の線形および（潜在的に）非線形変換によってなされ、ステージ座標２６６が得られる。

ブロック２６４中のステージマップ２６８は、機構位置が既知の「ゴールデンレチクル」を使用して、レチクル２４８の既知の位置に相当するステージ位置を測定することによって作成することができる。この情報を使用して、一連の変換行列を計算することができる。さらに、ステージの計測で使用されるミラーを配置することができ、ソフトウェア補正２７０を使用してシステム統合での既知誤差および不整合を相殺することができる。当該技術分野で知られているように局所補正２７２を実施して回路２３４の入力２７４を得る。

有利には、装置２００は、半導体検査によって検査されるサンプルの表面上のピクセルについての横方向の位置歪みを自動的に正確かつ動的に補正し、半導体検査ツールにおいて時間遅延積分電荷結合装置でサンプルステージの運動を同期させる手段を提供する。

上記開示および他のさまざまな特徴および機能、またはその代替物は、多くの他の異なるシステムまたは適用に望ましく組み合わせることができると理解される。以下の特許請求の範囲によって含まれることが意図される、現在予見もしくは予期しない選択肢、変形、変動またはその改善は、当業者によって後になされる可能性がある。

Claims (19)

1. 検査ツールにおいて時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）でサンプルを保持するステージの運動を同期させる方法であって：
   検査される前記サンプルを保持する前記ステージの横方向の位置を測定すること；
   前記ステージの垂直方向の位置を測定すること；
   測定された前記横方向の位置および前記垂直方向の位置に基づいて前記サンプルの画像化ピクセルの補正された横方向の位置を決定すること；
   前記画像化ピクセルの補正された前記横方向の位置を用いて前記ＣＣＤの電荷移動を同期させること
   を含む、方法。
2. 前記ステージの横方向の速度を測定すること；
   前記ステージの垂直方向の速度を測定すること；
   測定された前記ステージの前記垂直方向の速度を、前記サンプルの表面の法線方向に対する軸外照明の照明角度と前記横方向の速度を用いて補正すること
   をさらに含み、補正された前記横方向の位置を決定することは、補正された前記垂直方向の速度を使用することを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記ステージの横方向の速度を測定すること；
   前記ステージの垂直方向の速度を測定すること
   をさらに含み、
   測定された前記ステージの前記横方向および前記垂直方向の速度を結合させ；
   結合によって前記画像化ピクセルの実際の横方向の位置が歪み；
   補正された前記横方向の位置を決定することが、歪みを相殺することを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記ＣＣＤを帯電させるために用いられる光が、前記サンプルの表面の法線方向に対して鋭角の反射角で前記サンプルの表面から反射され；
   基準信号発生器が前記反射角にしたがって基準信号を生成し；
   前記電荷移動を同期させることは、前記画像化ピクセルのみかけの横方向の位置と実際の横方向の位置との間の差を補正するために前記基準信号を使用することを含む、請求項３記載の方法。
5. 前記基準信号を発生させることが、前記反射角の三角関数にしたがって前記基準信号を発生させることを含む、請求項４記載の方法。
6. 前記基準信号を位相ロックループに入力すること；
   前記位相ロックループを使用して、制御信号を生成すること；
   前記制御信号を使用して、ピクセルクロックを生成すること；
   前記ピクセルクロックを使用して前記電荷移動を同期させること
   をさらに含む、請求項４記載の方法。
7. 前記基準信号を位相ロックループに入力すること；
   前記位相ロックループを使用して、制御信号を生成すること；
   前記垂直方向で前記サンプルの輪郭にしたがって前記制御信号を変更することによってピクセルクロックを生成すること；
   前記ピクセルクロックを使用して前記電荷移動を同期させること
   をさらに含む、請求項４記載の方法。
8. 前記電荷移動を同期させることが位相ロックループを使用することを含む、請求項１記載の方法。
9. 前記サンプルがレチクルまたはウエハーである、請求項１記載の方法。
10. 前記横方向および前記垂直方向の位置の測定が６軸レーザー干渉計を使用することを含む、請求項１記載の方法。
11. ステージミラー、少なくとも１つのサンプル高さマップ、および少なくとも１つのサンプル表面マップから各補正を使用して位相アキュムレータ回路でピクセルクロックを生成すること；
    前記ピクセルクロックを使用して前記電荷移動を同期させること
    をさらに含む、請求項１記載の方法。
12. 検査システムの時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）の電荷移動を制御するための装置であって：
    検査されるサンプルを保持するステージの測定された垂直および横方向の位置に基づいて基準信号を生成するようにアレンジされた位相・周波数コントローラ；
    前記基準信号を使用して、補正された前記横方向の位置で前記サンプルの画像化ピクセルの前記ＣＣＤの電荷移動を制御するためのピクセルクロックを生成するようにアレンジされた制御システム
    を含む、装置。
13. 前記基準信号の生成が、前記ステージの前記垂直方向の速度を補正することを含む、請求項１２記載の装置。
14. 前記ステージの前記横方向および前記垂直方向の速度が結合され、
    結合が、前記画像化ピクセルの実際の位置を歪ませ；
    前記ピクセルクロックの生成が、歪みを相殺することを含む、請求項１２記載の装置。
15. 前記ＣＣＤを帯電させるために用いられる光が、前記サンプルの表面の法線方向に対して鋭角の反射角で前記サンプルの表面から反射され；
    基準信号発生器が、前記反射角にしたがって前記基準信号を生成するようにアレンジされる、請求項１２記載の装置。
16. 前記制御システムが、位相ロックループを含み：
    前記位相ロックループが、前記基準信号に基づく制御信号を生成するようにアレンジされ；
    前記制御システムが、前記制御信号を使用して前記ピクセルクロックを生成するようにアレンジされる、請求項１２記載の装置。
17. 前記制御システムが、表面のＺ方向の輪郭にしたがって前記制御信号を補正するようにアレンジされる請求項１６記載の装置。
18. 検査システムのための時間遅延積分（ＴＤＩ）電荷結合素子（ＣＣＤ）の電荷移動を制御する装置であって：
    検査されるサンプルを保持するステージの測定された垂直および横方向の位置に基づく基準信号を生成するようにアレンジされた位相・周波数コントローラと、
    前記基準信号に基づく制御信号を生成するようにアレンジされた位相ロックループを含み；
    前記制御信号を使用して、前記ＣＣＤの電荷移動を制御するため、そして前記サンプルの画像化ピクセルの見かけの横方向の位置と前記画像化ピクセルの実際の横方向の位置との間の差を補正するためのピクセルクロックを生成するようにアレンジされた制御システムとを含み、
    前記ＣＣＤを帯電させるために用いられる光が、前記サンプルの表面の法線方向に対して鋭角の反射角で前記サンプルの表面から反射され；
    基準信号発生器が、前記反射角に基づく前記基準信号を生成するようにアレンジされる、装置。
19. 前記制御システムが、前記垂直方向で表面の輪郭にしたがって前記制御信号を補正して前記ピクセルクロックを生成するようにアレンジされる、請求項１８記載の装置。
    

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