JP6320550B2

JP6320550B2 - コヒーレント回折イメージング方法を使用した、反射モードにおける装置

Info

Publication number: JP6320550B2
Application number: JP2016553333A
Authority: JP
Inventors: エキンジヤシン; リーサンスル
Original assignee: Scherrer Paul Institut
Current assignee: Scherrer Paul Institut
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-01-27
Also published as: CN106030405A; CN106030405B; EP3108299A1; US20170075231A1; WO2015124386A1; KR101834684B1; JP2017513041A; US10042270B2; KR20160108538A

Description

本発明は、走査型コヒーレント回折イメージング方法と、マイクロピンホール及びアパーチャシステムとを使用した、反射モードにおける装置及び方法に関する。

本発明は、半導体分野において、ＥＵＶ領域における半導体製造業者が、ＥＵＶ領域の構造を印刷するために使用されるマスクのマスクパターンにおける欠陥を検出するのを支援するという目的を有する。

半導体マスクを半導体チップの製造に使用する前にこの半導体マスクにおける欠陥を検出するために知られている現在の方法は、依然として非常に高価であり、相当に低いスループットを有する。

従って、本発明の課題は、極めて単純であって、且つ、良好なマスク検査スループットを有する、ＥＵＶ領域の半導体チップの製造に使用されるマスクにおける欠陥を検出するためのシステム（装置）及び方法を提供することである。

上記の課題は、本発明によれば、試料の空間画像を、例えば、光を反射する又はブラッグ回折を有する平坦な物体の空間画像を測定するための走査型コヒーレント回折イメージングシステムを使用した、反射モードにおける装置であって、前記試料は、ＤＵＶ、ＥＵＶ、ＢＥＵＶ、及びＸ線でのリソグラフィのためのフォトマスクを含み、
ａ）前記装置は、光ビームを放射するための、比較的低い時間的又は空間的コヒーレンスを有しうる、ＥＵＶ光源、ＤＵＶ光源、ＢＥＵＶ光源、又はＸ線光源のような放射光源を有し、
ｂ）前記装置は、放射された前記ビームを所期の程度まで集光するために、フレネルプレート又はトロイダルミラーのような第１集光要素を有し、
ｃ）前記装置は、集光された前記ビームを、分析すべき前記試料に向かって反射させるミラーを有し、前記ビームは、前記試料の表面の法線ベクトルに対して２〜２５°の角度で、好ましくは約６°の角度で前記試料に向かって方向付けられ、
ｄ）前記装置は、ピンホールアパーチャプレートを有し、前記ピンホールアパーチャプレートは、自身の第１アパーチャを用いて、前記ビームの直径を所期の程度まで集光及び遮断することを可能にし、これによって前記ビームを、前記光源から当初に放射されたビームに比べてより単色に近づくようにし、
ｅ）前記装置は、前記試料の表面の法線ベクトルに対して垂直方向に連続的又は段階的に前記試料を動かすための機構を有しており、前記機構により、前記試料の上流に配置された前記ピンホールアパーチャプレートの前記第１アパーチャを通過した前記光ビームを、例えば上述した好ましい実施例を参照すると６°であるような入射光の角度と同じ角度で反射させる前記試料を、分析することが可能となり、
ｆ）前記ピンホールアパーチャプレートは、第２アパーチャを有し、前記ピンホールアパーチャプレートは、前記第１アパーチャに隣接配置される自身の前記第２アパーチャを用いて、前記試料によって反射された前記ビームの直径を制限することを可能にし、これによって前記光ビームの直径を調整し、
ｇ）前記装置は、前記第２アパーチャを通過した反射ビームを分析するための画素検出器を有する、
ことを特徴とする装置によって解決される。

上記の配置構成によれば、走査型コヒーレント回折方法を使用して、試料（マスク）上のパターンの正確さを分析することが可能となる。換言すると、試料の表面の法線ベクトルに対して垂直方向に連続的又は段階的に試料（マスク）を動かすことによって、検出された画像の差分経路を分析することができ、実際のパターンと所期のパターンとのずれが検出される。実際のパターンの中に欠陥が含まれている場合には常に、反射ビームの差分画像は、予想される挙動からずれることとなる。従って、このずれが、試料（マスク）のパターンにおける欠陥に起因する“画像エラー”を反映する。

本発明の別の１つの好ましい実施形態では、前記装置はさらに、演算ユニットを有し、前記演算ユニットは、好ましくは前記反射モードにおいて前記ビームの透過効果に関連する３次元断層画像を含む、前記試料の空間画像を再構築するために適合されている。

前記光ビームのコヒーレンスを改善するために、前記装置はさらに、コヒーレントな光を供給するために薄膜リソグラフィ技術を使用した、複合透明ゾーンプレートと、多層の反射ミラーと、前記ピンホールアパーチャプレートと、前記ピンホールアパーチャプレートのアパーチャとを含むことができる。

さらには、前記装置が、光学系と、オーダーソーティングアパーチャと、前記ピンホールアパーチャプレートとを組み合わせることによって、単色のコヒーレントなビームを調整することができ、前記第１アパーチャと、透明窓である前記第２アパーチャとが、ナノメータ厚の膜によって形成される場合には、コヒーレンスを改善することが可能である。

好ましくは、前記第２アパーチャ（透明窓）は、１次の回折ビームを通過させて前記画素検出器に導くために適合されている。

別の１つの好ましい実施形態は、前記多層の反射ミラーが、結合されたフラットミラー又はカーブミラーであり、前記ピンホールアパーチャプレートの上流又は下流に配置されている場合に実現することができる。

光ビームのコヒーレンスを改善するための別の選択肢では、前記集光要素と、前記透明窓と、前記ピンホールアパーチャプレートとを組み合わせることによって、前記光ビームのコヒーレント成分と倍率の双方を制御する装置が提供される。

ゼロ次の光ビームは、試料によって反射された光ビームの評価の品質に対して妨害的な影響を有するおそれがあり、前記マイクロピンホールプレートの前記第２アパーチャは、ゼロ次の前記反射ビームを所期の程度まで減衰させるために、減衰要素を含む。

以下では、本発明の好ましい実施例を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。

試料のパターンにおける欠陥を検出するための、試料によって反射されるビームを分析する装置の光学的配置を図示した概略図である。図１の装置の光学的配置において使用されるようなピンホールアパーチャプレートをより詳細に図示した概略図である。光学的配置の入射ビームの経路と反射ビームの経路とをより詳細に図示した概略図である。入射ビームの経路と反射ビームの経路とをより詳細に図示した概略図であり、ここでは、反射ビームのためのピンホールアパーチャプレートのアパーチャが、ゼロ次の反射ビームを減衰させるための減衰要素を含んでいる。

図１は、試料６のパターン８における欠陥を検出するための、試料６によって反射される光ビーム４を分析する装置２の光学的配置を概略的に図示している。前記装置２は、
ａ）ＥＵＶ光源、ＢＵＶ光源、ＢＥＵＶ光源、又はＸ線光源のような光源１０と、
ｂ）表面上に回折格子が設けられた又は設けられていない、フレネルゾーンプレート又はトロイダルミラーのような回折型集光要素１２と、
ｃ）オーダーソーティングアパーチャ１４（任意選択的要素）と、
ｄ）反射ミラー１６（フラット形又はカーブ形）と、
ｅ）例えば分析すべきパターンを有するマスクとすることができる試料６であって、前記試料６は、該試料６の表面の法線ベクトルに対して垂直方向に段階的又は連続的に前記試料６を動かすことが可能な機構１７によって支持される、試料６と、
ｆ）ピンホールアパーチャユニット１８と、
ｇ）画素検出器２０と、
を有する。

図２は、透明基板上又は薄膜上のピンホールアパーチャユニット１８をより詳細に図示しており、ピンホールアパーチャユニット１８は、直径ｄ１を有する第１アパーチャａ１と、直径ｄ２を有する第２アパーチャａ２とを含む。

本発明は、分析すべき試料６の空間画像を測定するための図１に図示されるような装置２を含み、試料は、例えばマスクのような平坦な物体であり、光を反射する表面パターン８又はブラッグ回折を有する表面パターン８を含む。この配置構成における典型的な試料は、ＤＵＶ、ＥＵＶ、ＢＥＵＶ、及びＸ線でのリソグラフィのためのフォトマスクである。装置２は、図２に詳細に図示されているようなピンホールアパーチャプレート１８を使用する。

マスクパターンをイメージングしてこのマスクパターンの欠陥を分析する装置２及び方法は、機構１７を用いて試料６を矢印で示した方向に移動させることによって試料６を走査すること、及び、試料６のパターン８によって反射された画像を分析することを含む。光源１０、例えばＥＵＶ光源によって光ビーム２２が生成される。この光ビーム２２は、試料６上の走査位置における種々の角度において少なくとも部分的にコヒーレントな集光ビームである。本実施例では、入射ビームは、試料６の表面の法線ベクトルに対して約６°の角度で入射する。従って、反射ビームも、試料６から約６°の角度で出射する。それ故、入射ビームと反射ビームとの間の角度は、約１２°である。一般に、入射ビームの角度は６°に限定されているわけではない。むしろこの角度は、選択される配置構成及び／又は波長に依存している。従って、他の実施形態においてこの角度を５°、又は８°、又は１５°としてもよい。一般に、状況に応じて２°〜３５°の範囲の角度が適当であると考えられる。

図１に図示されたような装置はさらに、演算ユニット２４を含む。演算ユニット２４は、画素検出器２０に関連しており、試料の空間画像を再構築するために適合されている。試料の空間画像には、反射モードにおけるビームの透過効果に関連した３次元断層画像が含まれる。

装置２は、光ビーム２２を出射する光源１０を含む。試料の空間画像を獲得するために、試料（マスク）の露光が行われ、この際には、調整可能な入射ビーム特性によって反射される試料を走査するために適切なコヒーレンス（時間的及び空間的）が光学系によって生成される。適切なコヒーレンスは、ピンホールアパーチャプレート１８によってかなりの程度まで形成され、特に、このピンホールアパーチャプレート１８は、自身の第１アパーチャａ１を用いて、光源１０によって生成された初期ビーム２２に比べてより単色に近づいたビームを生成する。従って、直径ｄ１を有する第１アパーチャａ１と、直径ｄ２を有する第２アパーチャａ２とにより、試料６（マスク）のパターン８の走査が光化学作用条件下で実施されることが保証される。

好ましくは、装置２は、図１に図示されるようにフレネルゾーンプレート又はトロイダルミラーのような集光透明ゾーンプレート１２と、多層の反射ミラー１６と、マイクロピンホールアパーチャプレート１８とを含む。すなわち、全てのコンポーネントは、試料６の表面にコヒーレントな光ビーム２６を供給するために薄膜リソグラフィ技術を使用している。

好ましくは、装置２は、光学系を適切に組み合わせることによって単色のコヒーレントなビーム２６を供給するために調整することができ、従って、所期の状況に応じて、ピンホール（第１アパーチャａ１）及び透明窓（第２アパーチャａ２）を含むマイクロピンホールプレート１８と、オーダーソーティングアパーチャとを選択することができる。例えば、入射光ビーム２６の直径によって、マスク上の、約１〜１０μｍの直径を有するスポットが照射され、マスクとピンホールプレートとの間の距離を、０．１〜１０ｍｍの範囲とすることができる。オーダーソーティングアパーチャ及びマイクロピンホールプレートは、双方ともナノメータ厚の膜によって形成することができる。

さらに、透明窓（第２アパーチャａ２）は、１次の回折ビームを通過させて画素検出器２０に導くために適合することができ、マイクロピンホールプレート１８は、入射ビームのコヒーレンス及び透過率と、反射ビームのコヒーレンス及び透過率の双方を保証する。

任意選択的に、多層の反射ミラー１６は、フラットミラー又はカーブミラーから構成される。このミラー自体は、（図１に図示されるように）ピンホールアパーチャプレート１８の上流に配置することも、又は、ピンホールアパーチャプレート１８の下流に配置することも可能である。

さらには、マイクロピンホールプレート１８は、本装置のこの光学部品を、集光要素、オーダーソーティングアパーチャ、及び、ピンホール、つまりここでは第１アパーチャａ１と組み合わせることに基づいて、光ビーム２６のコヒーレンスと倍率の双方を制御することができる。

図３及び４は、ピンホールアパーチャプレート１８に対して相対的な入射ビームの経路と反射ビームの経路とをより詳細に図示している。図３から見て取れるように第１アパーチャａ１は、光ビームの直径を制限し、この光ビームが、ピンホールプレート１８の下流にて試料６の表面構造（パターン８）によって反射される。このように空間的に制限することにより、試料６によって反射されることとなる入射ビーム２６の時間的コヒーレンスが著しく増大する。なぜなら、第１アパーチャａ１は、光源１０によって放射された初期ビーム２２の比較的広い波長分布によって生じる（従って、この光源１０は、ある程度、広帯域光源とすることができる）それぞれの回折に起因してそれぞれ異なる方向付けを有しているビームの成分を遮断するからである。そうすると、第２アパーチャの幅は、反射ビームのうちの、画素検出器２０の感知範囲の寸法に適合しない部分を遮断するために選択することが可能である。

図４は、入射ビームの経路と反射ビームの経路とを概略的かつ詳細に図示している。ここでは、反射ビームのために設けられたピンホールアパーチャプレート（ｅ）の第２アパーチャａ２は、ゼロ次の反射ビームを減衰させるための減衰要素２８を含む。この減衰は、１次の反射ビームや、より高次の反射ビームを検出するために画素検出器２０をより高感度にするために役立つ。このことは、検出器２０の表面上における、減衰されていない波面に比べてより小さい波面３０によって表現されている。

Claims

試料（６）の空間画像を測定するための走査型コヒーレント回折イメージングシステムを使用した、反射モードにおける装置（２）であって、
前記試料（６）は、ＤＵＶ、ＥＵＶ、ＢＥＵＶ、及びＸ線でのリソグラフィのためのフォトマスクを含み、
ａ）前記装置（２）は、光ビーム（２２）を放射するための、比較的低い時間的又は空間的コヒーレンスを有しうる、ＥＵＶ光源、ＤＵＶ光源、ＢＥＵＶ光源、又はＸ線光源のような放射光源（１０）を有し、
ｂ）前記装置（２）は、放射された前記ビームを集光するために、フレネルプレート又はトロイダルミラーのような第１集光要素（１２）を有し、
ｃ）前記装置（２）は、集光された前記ビームを、分析すべき前記試料（６）に向かって反射させるミラー（１６）を有し、前記ビームは、前記試料（６）の表面の法線ベクトルに対して２〜２５°の角度で前記試料（６）に向かって方向付けられ、
ｄ）前記装置（２）は、ピンホールアパーチャプレート（１８）を有し、前記ピンホールアパーチャプレート（１８）は、自身の第１アパーチャ（ａ１）を用いて、前記ビームの直径を集光及び遮断することを可能にし、これによって前記ビームを、前記光源（１０）から当初に放射された光ビーム（２２）に比べてより単色に近づくように形成し、
ｅ）前記装置（２）は、前記試料の表面の法線ベクトルに対して垂直方向に、前記試料（６）を連続的又は段階的に動かすための機構（１７）を有し、前記機構（１７）により、前記試料（６）の上流に配置された前記ピンホールアパーチャプレート（１８）の前記第１アパーチャ（ａ１）を通過した前記光ビームを、入射光の角度と同じ角度で反射する前記試料（６）を、分析することが可能となり、
ｆ）前記ピンホールアパーチャプレート（１８）は、透明窓としての第２アパーチャ（ａ２）を有し、前記ピンホールアパーチャプレート（１８）は、前記第１アパーチャ（ａ１）に隣接配置される自身の前記第２アパーチャを用いて、前記試料（６）によって反射された前記ビームの直径を制限することを可能にし、これによって前記光ビームの直径を調節し、
ｇ）前記装置（２）は、前記第２アパーチャ（ａ２）を通過した反射ビームを分析するための画素検出器（２０）を有する、
ことを特徴とする装置（２）。
前記装置（２）はさらに、演算ユニット（２４）を有し、前記演算ユニット（２４）は、前記反射モードにおいて前記ビームの透過効果に関連する３次元断層画像を含む、前記試料（６）の空間画像を再構築するために適合されている、
請求項１記載の装置（２）。
前記装置（２）はさらに、コヒーレントな光を供給するために薄膜リソグラフィ技術を使用した、複合透明ゾーンプレートと、多層の反射ミラーと、前記ピンホールアパーチャプレートと、前記ピンホールアパーチャプレートのアパーチャとを含む、
請求項１又は２記載の装置（２）。
前記装置はさらに、光学系と、オーダーソーティングアパーチャと、前記ピンホールアパーチャプレートとを組み合わせることによって、単色のコヒーレントなビームを調節し、
前記第１アパーチャ（ａ１）と、前記透明窓である前記第２アパーチャ（ａ２）とは、ナノメータ厚の膜によって形成される、
請求項１から３のいずれか１項記載の装置（２）。
前記透明窓（ａ２）は、１次の回折ビームを通過させて前記画素検出器（２０）に導くように適合されている、
請求項４記載の装置（２）。
前記多層の反射ミラー（１６）は、結合されたフラットミラー又はカーブミラーであり、前記ピンホールアパーチャプレート（１８）の上流又は下流に配置されている、
請求項３から５のいずれか１項記載の装置（２）。
前記装置（２）はさらに、前記集光要素（１２）と、前記透明窓（ａ２）と、前記ピンホールアパーチャプレート（１８）とを組み合わせることによって、前記光ビームのコヒーレント成分と倍率との双方を制御する、
請求項１から６のいずれか１項記載の装置（２）。
前記ピンホールアパーチャプレート（１８）の前記第２アパーチャ（ａ２）は、ゼロ次の前記反射ビームを減衰させるための、減衰要素（２８）を含む、
請求項１から７のいずれか１項記載の装置（２）。