JP6492086B2 - マスク上の構造体の位置を測定し、それによってマスク製造誤差を決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスク上の構造体の位置を測定し、それによってマスク製造誤差を決定する方法に関する。

本願は、２０１３年１２月２１日に出願された米国特許仮出願第６１／９１９，７０９号の優先権を主張するものであり、当該仮出願の全体を本願に引用して援用する。

標的、特に、半導体製造における基板上の構造体の位置測定は、さまざまなタイプの誤差の影響を受ける。構造体の位置を正確に決定することは、最終的には、たとえばコンピュータチップのような正しく機能する半導体製品が確実に製造されるようにするために重要である。製造されるチップ上の構造体寸法が小さくなるにつれて、精度についての要求は大きくなる。

上記のコンテキストにおける位置測定の重要な面は、構造体または構造化された表面の部分同士の位置合わせである。ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ’ｓ ＬＭＳ ＩＰＲＯ ５が現代の例である典型的な光学計測ツールを用いた測定によって決定される、マスク上の位置合わせの誤差は、たとえば光学計測ツールでの誤差またはマスク描画装置での誤差によることがある。光学計測ツールを用いた測定で生じる誤差をなくすか、または減少させることによって、マスク描画装置による誤差を特定することができる。

たとえば、独国特許出願公開第１０２００８０６０２９３Ａ１号および米国特許出願公開第２０１１／０２２９０１０Ａ１号は、ウェーハまたはフォトリソグラフィマスクのような基板に描画された構造体の複数の部分の相対的な位置決め誤差を決定する方法を開示している。ある部分よりも大きい基板領域の１つの拡大画像を記録する。その画像に含まれる測定マークの位置誤差を、画像から決定する。位置誤差を、画像化処理による誤差について補正する。このように補正した位置誤差から、部分の相対位置誤差を導出する。こうした部分の相対位置誤差はスティッチング誤差としても知られ、当該方法は、画像化処理による誤差が低周波数誤差を生じさせ、スティッチング誤差が高周波数誤差を生じさせると仮定している。したがって、画像化誤差を除去するために、低周波数誤差成分をハイパスフィルタリング処理によって除去する。

別の手法には、それぞれの標的を光学計測ツールの結像系の視野の中心に移動させ、測定を実施することによって、標的のアレイにおける各標的、たとえば、半導体基板の表面上の構造体の配置における関心対象の各構造体を個別に測定することがある。

複数の関心領域の位置合わせ測定がさらに別の手法である。これは、しばしば多くの標的が同時に光学計測ツールの結像系の視野に含まれることを利用する。そのため、視野に対して異なる位置に位置付けられる複数の標的の位置は同時に測定することができる。

しかしながら、高周波数誤差のみを有するマスク描画装置について先行技術でなされる仮定は厳密には正しくない。ハイパスフィルタリング処理によって、低周波数のマスク描画装置の誤差についての情報が結果として廃棄される。個々の標的測定の場合、スループットは極めて低い。たとえば、ＩＰＲＯ４計測ツールでは、単一の標的の測定は、最長で１２秒かかることがあり、次いで典型的なアレイの測定は、最長で７時間かかることがある。この長時間の間、結果の精度を低下させる計測ツールのドリフト誤差が生じる可能性がある。

複数の関心領域の手法では、視野において測定される構造体の位置に依存する光学歪みおよび収差により、異なる位置合わせ結果が生じることがある。たとえば、構造体をもつマスクのような標的のアレイが視野に対してシフトさせられ、アレイ、またはマスクに対する位置が、それぞれ、シフトした位置ごとに決定される。誤差は視野座標に依存し、視野で変化する誤差とも呼ばれ、位置合わせ測定の実現可能な精度を制限する。

たとえば光学歪みおよび／または光学収差のような光学誤差は、結像系の光学セットアップに依存するが、標的のサイズもしくは対称性のような、測定された標的／構造体のパラメータ、または２つ以上の標的によって生じる近接効果にも依存し得る。光学誤差は、半導体製造におけるウェーハまたはマスクの場合のような、特定の技術分野において標的のアレイが設けられる基板にさらに依存することがある。ここでは、光学誤差は、たとえばマスクの被覆、層設計または層厚に依存し得る。

独国特許出願公開第１０２００８０６０２９３号 米国特許出願公開第２０１１／０２２９０１０号

したがって、本発明の目的は、光学マスク位置合わせ近接誤差をパターン依存のマスク製造位置合わせ誤差から区分する、費用効率および時間効率の良い方法を提供することである。

この目的は、マスク上の構造体の位置を測定し、それによってマスク製造誤差を決定する、以下のステップを含む方法によって実現される：
ａ）計測ツールによって、マスク上の構造体の位置測定に対する光学近接効果の影響を複数の測定サイトから決定するステップ、
ｂ）計測ツールによって測定される構造体のデータ表現を含むマスク設計データから、マスク上の領域を選択するステップ、
ｃ）構造体のデータ表現の画像レンダリングを実施するステップであって、マスク設計データの少なくとも１つのレンダリングされた画像が取得されるステップ、
ｄ）計測ツールの測定テーブルをマスクの表面に平行な面において移動させ、それによってマスクの領域を計測ツールの結像系の視野に配置するステップであって、マスクの領域が、マスク設計データから選択された領域の位置に対応するマスク上の位置に位置付けられるステップ、
ｅ）計測ツールの結像系によって、マスク上の領域内にあるパターンの少なくとも１つの光学像を取り込むステップ、ならびに
ｆ）マスク上の特定の領域の構造体のマスク設計データおよび少なくとも１つの光学像に従って、構造体の少なくとも１つのレンダリングされた画像から残差を決定するステップ。

本発明の利点は、モデルベースのアルゴリズムが使用される場合に光学近接効果を無視できることである。近接効果の補正は、ＡＦＭまたはＳＥＭなどの参照計測ツールを必要としなくなっている。

近接効果は、光学マスク位置合わせ計測ツールの有限の分解能によって生じ、測定および実際のマスクシフトからの区分が極めて難しい、マスク製造工程に基づいた見かけのシフトをパターンの位置に生じさせる。見かけのシフトは数ｎｍのことがあり、半ピッチが２０ｎｍ未満のノードでは１ｎｍ未満となる精度要件の数倍である。

マスク上の構造体の位置測定に対する光学近接効果の影響が決定される。したがって、少なくとも２つの構造体または測定サイトのそれぞれのデータ表現（マスク設計データ）の画像レンダリングが実施される。次いで、少なくとも２つの測定サイトまたは構造体のマスク設計データの少なくとも１つのレンダリングされた画像が取得される。さらに、マスク上の少なくとも２つの測定サイトまたは構造体の少なくとも１つの光学像が取り込まれ、実際のマーク上の測定サイトの位置が、マスク設計データによって画定される測定サイトの位置に対応する。測定対物レンズの視野は、測定サイトを包含するマスク設計データの領域とほぼ同じサイズを有する。最後に、レンダリングされた画像が、Ｘ方向およびＹ方向において平均光学近接効果を含まない取り込まれた光学像から差し引かれる。その結果、光学近接効果の影響は無視できることが認識される。

位置測定に対する光学近接効果の影響は、計測ツールによって、測定サイトの少なくとも１つの配置から決定される。一般に、測定サイトの配置は接触アレイであり、対称性を有する。この特別な配置によれば、第１の測定サイトは同一のサイトによって囲まれ、少なくとも第２の測定サイトと少なくとも第３の測定サイトは測定サイトの配置の対向するエッジに位置付けられる。

本発明のさらなる実施形態によれば、光学近接効果の影響は、１つの第１の中心の測定サイト、ならびに第２の測定サイト、第３の測定サイト、第４の測定サイト、および第５の測定サイトを有する測定サイトの配置を使用して決定される。第２の測定サイト、第３の測定サイト、第４の測定サイト、および第５の測定サイトは、測定サイトの配置のコーナに位置決めされ、第１および中心の測定サイトと比べて対称性が異なる。

測定サイトの複数の配置は、複数のダイにおける試験マスク上に形成され得る。さらに、複数のダイが製造マスク上に形成され、ダイの一部が測定サイトの配置をもつことが考えられる。１つの可能性のある実施形態によれば、測定サイトの配置は接触アレイである。

選択された構造体を有するマスク設計データ領域の画像レンダリングは、１８０°回転させたマスク設計データ領域にも実施される。さらに、マスク設計データ領域に対応する視野の少なくとも１つの画像を取り込むステップは、１８０°回転させたマスクを用いても実施される。

残差は、少なくとも１つのレンダリングされた画像と少なくとも１つの補正された光学像の間の差の算術平均である。一般に、レンダリングされた画像のスタックおよび補正された光学像のスタックが適用される。残差は、少なくとも１つのレンダリングされた画像と少なくとも１つの光学像の間のマスク座標系のＸ方向およびＹ方向における構造体の位置のずれの色分けされたグラフ表現である。残差の表示された視野は、マスク製造誤差に純粋に基づくずれを示す。光学近接誤差は、構造体の位置がエッジベースのアルゴリズムで測定された場合、何の影響もない。

エッジベースのアルゴリズムには、マスク（フォトマスク）上の機能的パターンの光学像を獲得することが含まれる。さらに、予想画像のシミュレーションが、結像系のモデルおよびマスクの設計データを使用することによって適用される。データベースは、マスクパターンまたは測定サイトを記載している。位置合わせまたは位置測定は、獲得された光学像とシミュレーションされた画像（レンダリングされた画像）の相違性の尺度を最小化、すなわち、類似性の尺度を最大化することによって計算される。たとえば、２つの画像の相違性の尺度は、２つの画像の画素ごとの差である。２つの画像の類似性の尺度はそれらの相関関係である。好ましい実装形態では、異なるフォーカスセッティングにおける複数の画像が獲得され、複数のレンダリングされた画像がマスク設計データから生成される。光学像とレンダリングされた画像の差は、画素ごと、またフォーカス値ごとに計算される。一実施形態において、測定サイトごとの位置合わせの不一致が、フォーカスなどの他のパラメータと同時に計算される。一実施形態において、結像系のモデルは収差を含む。

モデルベースのアルゴリズムを用いた測定の全体的な流れは以下の通りである：
ａ． 使用者が、パターン間隔、類似または非類似のダイ中パターンを使用する選択の他、標準的な標的を制御したまま、測定サイトを選択する。アルゴリズムは、データベースから測定の不確実性が小さい適切なパターンを検索し、使用者のためにリストをソート／提案することができる。
ｂ． 計測ツールのステージ位置およびフォーカスセンサデータを記録しつつ、スルーフォーカス像のスタックが測定サイトにおいて取り込まれる。
ｃ． ＣＣＤ非線形応答（シェーディング）の他に測定対物レンズの視野歪みについて光学像が補正される。歪みは、倍率およびテレセントリシティ誤差を考慮し、位置合わせ精度を高めるために、スルーフォーカスで較正されるものとする。
ｄ． データベースから、視野（ＦＯＶ）における１つ以上の測定フィールド内のマスクパターンが追加のマージンとともに抽出されて、光学近接効果の計算を可能にする。
ｅ． 各測定フィールドに対応するスルーフォーカススタックが抽出される。
ｆ． 測定サイトに対応する試験画像が、データベースからのデータならびに波長、開口数（ＮＡ）および画素サイズなどの光学パラメータに基づいて計算される。光学システムの収差は、オフラインで測定され、画像計算に含まれる。対物レンズのアポダイゼーションは画像計算に含まれる。
ｇ． 光学像とレンダリングされた画像のスタック間の差のＬ２ノルムがＸ方向およびＹ方向における位置合わせおよび画像スタックについてのグローバルフォーカス位置に応じて最小化されるように、すなわち、Ｘ方向の位置合わせ、Ｙ方向の位置合わせおよびグローバルフォーカス位置をパラメータとした最小二乗法での最小化が行われるように、最小化問題が測定フィールドごとに解かれる。
ｈ． ステップ（ｆ）で計算された位置合わせ結果が測定フィールドごとに報告される。

以下、本発明およびその利点を、添付の概略的な図面を参照しながらさらに説明する。

先行技術のマスク位置合わせ計測ツールの概略的なセットアップを示す図である。 「近接効果」として知られているパターンシフトを生じさせるマスク上の構造体／基板を概略的に表現した図である。 複数のダイを含むマスクを概略的に表現した図である。 ４つの測定サイトを接触アレイのコーナに位置決めした、マスク上の可能な接触アレイの平面図である。 接触アレイの第４の測定サイトの測定位置に対する種々の誤差に及ぼす影響を概略的に表現した図である。 測定方式の変更形態を示す図である。 測定方式のさらに別の変更形態を示す図である。 対称の接触アレイの中心における測定サイトの位置の値を基準として、コーナに位置付けられた４つの測定サイト（図５参照）の測定位置の値を表現した図である。 対称の接触アレイの中心における測定サイトのモデルベースでの位置の値を基準として、コーナに位置付けられた４つの測定サイト（図５参照）の測定されたモデルベースの位置の値を表現した図である。 近接効果（図８Ａ参照）を除去した、Ｘ方向およびＹ方向における、コーナに位置付けられた４つの測定サイトの測定位置を表現した図である。 Ｘ方向およびＹ方向における、コーナサイトのモデルベースの位置を表現した図である。 Ｘ方向およびＹ方向における、測定位置およびコーナサイトのモデルベースの位置から計算されたコーナサイトの位置ずれを表現した図である。 マスク上の選択された構造体の位置のモデルベースでの決定をグラフで表現した図である。 図１１Ａで使用したものと同じマスク設計パターンをもつ選択された構造体の測定位置を表現したグラフで表現した図である。 選択されたマスク設計パターンの位置および選択されたマスク設計パターンの測定位置についての理論上の計算から生成される残差をグラフで表現した図である。

図面において、同様の参照符号は同様の要素または同様の機能の要素について使用している。さらに、分かりやすくするために、各図の検討に必要な参照符号のみを図に示してある。

図１は、先行技術によって長く知られているような、座標測定機または計測ツール１００を概略的に表現したものを示す。ここに示した計測ツール１００は、本発明による方法を実施するために使用され得る装置の一例でしかない。図に示したそのような計測ツール１００の特定の構成に本発明による方法が限定されることは決してない。本発明の方法において重要なのは、計測ツール１００が、マスクと、画定された視野との間で相対的なシフトを行えることである。より正確には、視野は、計測ツール１００の結像系によって画定される。視野は、マスク上の複数の構造体がそこに含まれるようになっている。計測ツール１００は、これらの構造体の位置を決定することが可能である。

計測ツール１００は、たとえば、基板２上の構造体３の幅（ＣＤ−微小線幅）を求めるために使用される。また、計測ツール１００を使用して、基板２上の少なくとも１つの構造体３の位置を決定することができる。基板２は、たとえば、構造化された表面またはフォトリソグラフィ工程によってウェーハに転写される構造体３を示すマスク１を備えたウェーハであってもよい。図１に示した計測ツール１００は先行技術によって長く知られているが、漏れがないように、計測ツール１００の動作および計測ツール１００の個々の要素の配置を検討しておく。

計測ツール１００は測定テーブル２０を備え、測定テーブル２０は、空気軸受け２１の上で、面２５ａにおいてＸ座標方向およびＹ座標方向に変位可能に配置されている。テーブルをＸ座標方向およびＹ座標方向に移動させるために、空気軸受け以外のタイプの軸受けを用いることもできる。面２５ａは、１つの大きな要素２５によって画定される。好ましい実施形態において、大きな要素２５は、成形された花崗岩ブロックである。ただし、要素２５は、測定テーブル２０が変位するための正確な面をもたらす異なる材料から作られてもよいことが当業者には明らかである。測定テーブル２０の位置は、少なくとも１つのレーザ干渉計２４によって測定される。測定を行うために、少なくとも１つのレーザ干渉計２４は、測定テーブル２０に当たる光ビーム２３を発する。測定テーブル２０の位置から、マスク１の位置を決定することができる。具体的には、視野に対するマスク１の位置が決定される。要素２５自体は、たとえばデバイスに達する建物振動を防ぐために振動ダンパ２６の上に取り付けられる。

マスク１は、透過光照射系６および／または反射光照射系１４によって照射され得る。透過光照射系６は光学配置４０に設けられている。また、反射光照射系１４は光学配置５０に設けられている。光学配置４０は、透過光照射系６、偏向ミラー７、および集光器８を備える。偏向ミラー７によって、透過光照射系６からの光は、集光器８に向けられる。さらに光学配置５０は、反射光照射系１４、ビームスプリッティングミラー１２、測定対物レンズ９および測定対物レンズ９の変位デバイス１５を備える。変位デバイス１５を使用して、測定対物レンズ９をＺ座標方向に変位させることができる（たとえば焦点合わせのため）。測定対物レンズ９はマスク１から入射する光を集め、光は次いで、部分的に透明な偏向ミラー１２によって、反射光照射軸５からずらされる。光は、検出器１１を備えるカメラ１０に達する。検出器１１は、検出器１１によって求められた測定値からデジタル画像を生成するコンピュータシステム１６にリンクされている。コンピュータシステム１６は、マスク１上の１つ以上の構造体３の位置を決定するのに必要なあらゆる計算を行う。

具体的には、視野は、計測ツール１００の測定対物レンズ９、カメラ１０およびカメラ１０の検出器１１によって画定される。計測ツール１００の結像系は、主として測定対物レンズ９、カメラ１０および検出器１１を備える。

図２は、「近接効果」として知られているパターンシフトΔＰを生じさせるマスク１上の第１の構造体３_１および第２の構造体３_２を概略的に表現したものを示す。図２に示すように、マスク１は、クロム層を載せた石英基板２である。クロム層１３は、個々の構造体３を基板２の表面上に形成するために構造化されている。ここに示した例では、第１の構造体３_１および第２の構造体３_２は、測定対物レンズ９の視野１７の中にある。視野１７はカメラ１０の検出器１１に画像化される。検出器１１はＣＣＤセンサとして構成され、測定ウィンドウ１８を画定しており、このウィンドウは、第１の構造体３_１にわたって、また第２の構造体３_２の一部にわたって伸びる。第１の構造体３_１と第２の構造体３_２は距離１９によって隔てられている。第１の構造体３_１と第２の構造体３_２の間の距離１９が短くなるほど、近接効果の影響は大きくなる。

図２は、測定ウィンドウ１８から記録された全体の電子信号３０も示す。全体の電子信号３０は、第１の構造体３_１からの電子信号３１と第２の構造体３_２からの電子信号３２を重ね合わせたものである。第１の構造体３_１の位置または幅の決定は、全体の電子信号３０の記録された最大値３３の半値３４を見ることによって実施される。全体の電子信号３０から、第１の構造体３_１のパターンシフト３５を取得する。結果として、第１の構造体３_１は、第２の構造体の存在なしで測定した場合よりも広いと思われる。第２の構造体３_２もまたパターンシフト（図示せず）にさらされる。光学マスク位置合わせ計測ツール１００の有限の分解能は、構造体の位置または幅に見かけのシフトを生じさせる。これらの見かけのシフトは、測定が極めて難しくおよび実際のマスクシフトから区分するのがほとんど不可能である。見かけのシフトは、「近接効果」として知られており、数ｎｍのことがあり、半ピッチが２０ｎｍ未満のノードでは１ｎｍ未満となる計測ツール１００の精度要件の数倍である。

図３は、複数のダイ３６_１１、３６_１２、…、３６_ＮＭを含むマスク１を概略的に表現したものを示す。ダイ３６_１１、３６_１２、…、３６_ＮＭの一部または全部は、測定サイト３８の配置を有する。本発明の一実施形態によれば、測定サイト３８の配置は接触部のアレイである。マスクは特別な試験マスク（図示せず）でもあり得る。試験マスクはダイのアレイを有する。アレイの各ダイは、いくつかの異なる密な接触アレイを有する。接触アレイ同士は接触サイズおよびピッチが異なる。

図４は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って伸びる、マスク（ここでは図示せず）上の可能な接触アレイ３９の平面図を示す。複数の測定サイト４１は接触アレイ３９の形で配列されている。ここに示した接触アレイ３９の例は、マスク上に１５×１５回現れる可能性がある。光学計測ツール１００によって、接触アレイ３９における複数の測定サイト４１の第１の測定サイト４１_１、第２の測定サイト４１_２、第３の測定サイト４１_３、第４の測定サイト４１_４および第５の測定サイト４１_５が近接効果の測定に使用される。近接効果を推定するために、第２の測定サイト４１_２、第３の測定サイト４１_３、第４の測定サイト４１_４、および第５の測定サイト４１_５の対称性が活用される。

図５は、接触アレイ３９の第４の測定サイト４１_４の測定位置に種々の誤差が及ぼす影響を概略的に表現したものである。任意のアレイについて、第１の測定サイト４１_１、第２の測定サイト４１_２、第３の測定サイト４１_３、第４の測定サイト４１_４または第５の測定サイト４１_５における測定結果が、Ｘ座標方向およびＹ座標方向におけるそれぞれのサイトの測定位置によって表される。その結果、Ｘ方向における第４の測定サイト４１_４の位置の成分Ｘ^４は、以下によって求められる：

第４の測定サイト４１_４の測定位置は、マスク製造工程中のパターン配置のシフトによって生じる第１の誤差成分４２（μ_ｍａｓｋ）に影響を受ける。第２の誤差成分４３（μ_ＩＰＲＯ）は、計測で誘起されるシフトによって生じる。第３の誤差成分４４（σ_{Ｒａｎｄｏｍ}）は、マスクおよび計測部品によって生じる。第３の誤差成分４４は一定のサイズであるが、０°から３６０°の向きを有し得る。これは図５に丸印４５で示してある。
第４の測定サイト４１_４における第１の誤差成分４２は以下によって特定される：

μ_{ｇｌｏｂａｌ}は接触アレイ３９全体にわたるマスク誤差であり、μ_{ｌｏｃａｌ}はそれぞれの測定サイトにおける局所的誤差である。
第４の測定サイト４１_４における第２の誤差成分４３は以下によって特定される：

μ_ＴＩＳは、接触アレイ３９における測定サイト４１の測定位置の「計測器起因誤差（Ｔｏｏｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｉｆｔ）」（ＴＩＳ）であり、μ_Ｐｒｏｘは、それぞれの測定サイト４１の近接誤差である。測定サイト４１のすべての測定は、０°（最初の向き）および１８０°（最初の向きの回転角度）で実施されるので、μ_ＴＩＳ≒０である。

Ｘ方向では、
であり、
である。これは、接触アレイ３９全体の対称性により、第５の測定サイト４１_５における近接誤差と第３の測定サイト４１_３における近接誤差が同一であり、符号次第で、第２の測定サイト４１_２における近接誤差と第４の測定サイト４１_４における近接誤差と同一であることを意味する。接触アレイ３９の中心に位置付けられた第１の測定サイト４１_１における近接誤差は０に近い。

さらに、第１の測定サイト４１_１、第２の測定サイト４１_２、第３の測定サイト４１_３、第４の測定サイト４１_４および第５の測定サイト４１_５で測定されたグローバルマスク誤差
は、接触アレイ３９全体で一定である。

第４の測定サイト４１_４と第１の測定サイト４１_１（接触アレイ３９における中心の測定サイト４１）の間のＸ方向における相対的な近接誤差
は、以下によって求められる：

上記の式を考慮すると：

第１の測定サイト４１_１の近接誤差
はおよそ０なので、上記の式は以下のように簡単になる：

第４の測定サイト４１_４における近接効果ｅ_Ｐｒｏｘにマスクが及ぼす影響の推定は、以下のように定義される：

第２の測定サイト４１_２、第３の測定サイト４１_３、第４の測定サイト４１_４および第５の測定サイト４１_５についての平均近接誤差
は以下のように求められる：

全体的な近接誤差ｅ_Ｐｒｏｘは以下の通りである：

上の２つの式は、単一の接触アレイ３９における近接効果にマスクが及ぼす影響の推定を示す。測定は、（試験マスクまたは製造マスクに分散された）複数の接触アレイ３９に対して実施される。

近接効果ｅ_Ｐｒｏｘの導出は、接触アレイ３９における測定サイト４１の配置の対称性を使用する。測定サイト４１（図５参照）の配置に従えば、用語
）は、接触アレイ３９の底部４８の左側４６と右側４７のマスク製造工程での差を表す。そのような差は、いわゆる電子ビーム描画装置の帯電効果から生じる可能性がある（たとえば「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ＥＢ ｍａｓｋ ｗｒｉｔｅｒ ＥＢＭ−６０００」参照）。純粋に分析的な観点から見ると、記載の測定方式は、計測ツール近接誤差μ_Ｐｒｏｘと、
によって表されるようなマスク製造工程における非対称とを区分することはできない。しかしながら、上に示したように、以下のいずれかが可能である：
前の知識を利用してマスク製造時非対称を推定する。「エッジアルゴリズム」（図８Ａ参照）などの位置合わせ測定アルゴリズムは近接効果を補正しない。次いで「モデルベースの位置合わせアルゴリズム」（図８Ｂ参照）は、モデルベースの位置合わせアルゴリズムが近接誤差のほとんどを確かに補正していることを強く示唆する。

モデルベースの位置合わせアルゴリズムが確かに近接誤差を補正しているという仮定に従って、マスク製造工程における非対称を推定することができる。

図６は、近接効果の影響を決定する方式の変更形態を示す。
の挙動は、第２の測定サイト４１_２、第３の測定サイト４１_３、第４の測定サイト４１_４および第５の測定サイト４１_５と、第１の測定サイト４１_１（中心のサイト）との間の距離が徐々に長くなる際に求められる。マスク計測近接誤差とマスク製造誤差は異なる速度で変化するため、近接誤差と製造誤差の相対的な値に関するより多くの情報が導出できる。

図７は、近接効果の影響を決定する方式のさらに別の変更形態を示す。ここでは３つの測定サイト４１を使用して、近接効果
を決定する。第１の測定サイト４１_１（中心のサイト）は接触アレイ３９の中心に位置決めされる。第２の測定サイト４１_２は接触アレイ３９の左側４６に、第３の測定サイト４１_３は右側４７に位置決めされる。計測ツール近接誤差のない近接効果
は以下のように定義される：

上記の式は、異なるマスク製造時非対称を表す。測定された量と、計測ツール近接誤差と、マスク製造時非対称との間でより多くの関係が成立し得ることが当業者には明らかである。このいずれも近接誤差を製造誤差から区分するという基本的な問題を解決することはないが、適切なアルゴリズムと合わせることで、これらはマスク製造誤差を測定および補正する実用的な手法をもたらす。測定サイトの配置および設計について他の重要な変更がいくつかある。測定サイトの相対的な位置の変化は、近接誤差および製造時非対称が接触アレイ３９の中心から接触アレイ３９のエッジまでどのように広がるかの見通しを与える。

図８Ａは、接触アレイ３９（図５参照）のコーナに位置付けられた４つの測定サイト４１_２、４１_３、４１_４、４１_５の測定位置の値を、対称の接触アレイ３９の中心における測定サイト４１_１の位置の値を基準として表現している。ベクトルＶ２は第２の測定サイト４１_２に割り当てられ、このサイトは、第２の測定サイト４１_２のマスクデータに基づく位置との関係で第２の測定サイト４１_２の測定位置の変位を示す。第２の測定サイト４１_２の測定位置は、第１の測定サイト４１_１に向かってＸ座標およびＹ座標の方向にシフトさせられる。

ベクトルＶ３は第３の測定サイト４１_３に割り当てられ、このサイトは、第３の測定サイト４１_３のマスクデータに基づく位置との関係で第３の測定サイト４１_３の測定位置の変位を示す。第３の測定サイト４１_３の測定位置は、第１の測定サイト４１_１に向かってＸ座標およびＹ座標の方向にシフトさせられる。

ベクトルＶ４は第４の測定サイト４１_４に割り当てられ、このサイトは、第４の測定サイト４１_４のマスクデータに基づく位置との関係で第４の測定サイト４１_４の測定位置の変位を示す。第４の測定サイト４１_４の測定位置は、第１の測定サイト４１_１に向かってＸ座標およびＹ座標の方向にシフトさせられる。

ベクトルＶ５は第５の測定サイト４１_５に割り当てられ、このサイトは、第５の測定サイト４１_５のマスクデータに基づく位置との関係で第５の測定サイト４１_５の測定位置の変位を示す。第５の測定サイト４１_５の測定位置は、第１の測定サイト４１_１に向かってＸ座標およびＹ座標の方向にシフトさせられる。

図９Ａは、Ｘ方向およびＹ方向における、コーナに位置付けられた４つの測定サイト４１_２、４１_３、４１_４、４１_５の測定位置を表現しており、近接効果（図８Ａ参照）は除去されている。このケースでは、平均近接効果
は、Ｘ方向で３．９９ｎｍであり、Ｙ方向で４．４０ｎｍである。Ｘ方向およびＹ方向における平均近接効果
を各ベクトルＶ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５から差し引いた後、補正済みベクトルＶ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３、Ｖ_Ｃ４およびＶ_Ｃ５を取得する。補正済みベクトルＶ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３、Ｖ_Ｃ４およびＶ_Ｃ５は位置測定を表し、光学近接誤差は除去されている。

図８Ｂは、接触アレイ３９（図５参照）のコーナに位置付けられた４つの測定サイト４１_２、４１_３、４１_４、４１_５の測定されたモデルベースの位置の値を、対称の接触アレイ３９の中心における測定サイト４１_１のモデルベースの位置の値を基準として表現している。接触アレイ３９（マスク上の機能的パターン）の光学像をシミュレーションするためのモデルベースのアルゴリズムには、コンピュータシステムのデータベースに格納されている結像系のモデルおよびマスク上の接触アレイ３９のモデルデータを使用して、予想画像をシミュレーションすることが含まれる。

位置合わせは、獲得された光学像とシミュレーションされた画像の相違性の尺度を最小化、すなわち、類似性の尺度を最大化することによって計算される。たとえば、２つの画像の相違性の尺度は、２つの画像の画素ごとの差のＬ２ノルムである。２つの画像の類似性の尺度はそれらの相関関係である。好ましい実装形態では、異なるフォーカスセッティングでの複数の画像が獲得され、シミュレーションされる。光学像とシミュレーションされた画像の差が、画素ごと、またフォーカス値ごとに計算される。一実施形態において、サイトごとの位置合わせの不一致が、フォーカスなどの他のパラメータと同時に計算される。一実施形態において、結像系のモデルは収差を含む。別の実施形態では、低収差対物レンズが使用され、収差はモデルの中で無視される。別の実施形態では、収差はモデルの中で無視され、光学像がマスクの２つの向きにおいて獲得される。２つの向きは、マスクの面において１８０°回転させた分だけ異なる。光学像または光学像からの測定位置合わせのいずれかを組み合わせることにより、位置合わせ測定（位置測定）に対する収差の影響が著しく減少する。図８Ａの測定結果と比べると、第２の測定サイト４１_２の偏差ベクトルＶ２と、第３の測定サイト４１_３の偏差ベクトルＶ３と、第４の測定サイト４１_４の偏差ベクトルＶ４と、第５の測定サイト４１_５の偏差ベクトルＶ５とは類似している。図９Ｂは、マスクのコーナに位置付けられた４つの測定サイト４１_２、４１_３、４１_４、４１_５は、モデルベースのアルゴリズムを使用して決定した測定位置を表現したものである。このケースでは、平均近接効果
はＸ方向で０．１２ｎｍであり、Ｙ方向で０．３１ｎｍである。

以下の表は、図５に示した接触アレイのＸ方向におけるエッジベースの測定された近接効果および測定されたモデルベースの近接効果の結果を示す。

以下の表は、図５に示した接触アレイのＹ方向におけるエッジベースの測定された近接効果および測定されたモデルベースの近接効果の結果を示す。

表中、＊は
として定義される。

上記の測定から、構造体の位置を決定するためのエッジベースのアルゴリズムが約４ｎｍの近接効果の影響を示しているのは明らかである。

対称のパターンレイアウト（図５の接触アレイ３９参照）の回転は、Ｘ方向およびＹ方向において類似の近接効果をもたらす。

モデルベースのアルゴリズムによって、光学近接効果を除去することが可能である。

図１０は、Ｘ方向およびＹ方向における、光学近接効果を補正した測定位置および測定されたモデルベースの位置から計算された４つの測定サイト４１_２、４１_３、４１_４、４１_５の位置ずれを表現している。このケースでは、平均残存近接誤差ｅ_ＰｒｏｘはＸ方向で＋／−０．８ｎｍであり、Ｙ方向で＋／−０．８ｎｍである。測定サイトの位置のエッジベースの測定とモデルベースの測定の間の小さな差により、両方の測定方式は、同じ局所的マスクパターン変位を取り込む。

図１１Ａは、マスク上の選択された構造体５１の位置のモデルベースでの決定をグラフで表現している。顧客または使用者は、マスク設計５２のデータベースから、選択された構造体５１を有する測定サイトを選ぶ。さらに、アルゴリズムは、データベースから適切な構造体／パターンを検索し、顧客／使用者のためにリストをソート／提案することができる。マスク設計データの選択された構造体５１に対して画像レンダリングが実施される。したがって、マスク設計データの少なくとも１つのレンダリングされた画像５３が取得される。さらに別の実施形態によれば、画像レンダリングステップは、マスク上の選択された構造体の少なくとも１つの画像を取り込むために使用される測定対物レンズ９の光の収差モデル５４も含み得る。レンダリングされた画像のスタックは、異なるフォーカス位置において光の収差モデルを使用することによって計算することができる。得られるレンダリングされた画像は、単一の画像、Ｎ個の画像のスタック、またはＮ個のレンダリングされた画像のスタックの平均であり得る。

図１１Ｂは、図１１Ａで使用したものと同じマスク設計５２のパターンの選択された構造体の測定位置をグラフで表現している。まず、計測ツールの測定テーブルがマスク１の表面に平行な面において移動させられ、それによって、マスクの領域を計測ツールの結像系の視野５５に配置する。マスクの領域は、画像レンダリングステップのためにマスク設計５２のデータが選択された構造体の位置に対応するマスク上の位置に位置付けられる。マスク上の領域内で計測ツールの結像系によって構造体／パターンの少なくとも１つの光学像５６が取り込まれる。シェーディングおよびレンズ歪み補正５７が、取り込まれた光学像５６のそれぞれについて実施される。

図１２は、マスク設計５２のデータからの選択された構造体の位置およびこれらの選択された構造体に対応する構造体の測定位置についての理論上の計算から生成される残差画像をグラフで表現した図である。マスク設計ベースの参照画像５３と測定ベースの光学像５６の間の差分６０が残差画像５８になる。残差画像とともに表示されているスケール５９は、視野内の特定の位置における構造体のずれ測定値に関する情報を提供する。Ｘ方向およびＹ方向における光学近接効果の影響は計測ツールの精度の範囲内なので、残差画像によって、マスク製造工程における誤差に基づくＸ方向およびＹ方向における残存するまたは検出されたずれの明確な指摘が得られる。

好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。しかしながら、後続の特許請求の範囲から逸脱することなく変更および変形が可能であることが当業者には知られている。

１ マスク、 ２ 基板、 ３ 構造体、 ３_１ 第１の構造体、 ３_２ 第２の構造体、 ５ 反射光照射軸、 ６ 透過光照射系、 ７ 偏向ミラー、 ８ 集光器、 ９ 測定対物レンズ、 １０ カメラ、 １１ 検出器、 １２ ビームスプリッティングミラー、 １３ クロム層、 １４ 反射光照射系、 １５ 変位デバイス、 １６ コンピュータシステム、 １７ 視野、 １８ 測定ウィンドウ、 １９ 距離、 ２０ 測定テーブル、 ２１ 空気軸受け、 ２３ 光ビーム、 ２４ レーザ干渉計、 ２５ 大きな要素、 ２５ａ Ｘ座標方向およびＹ座標方向の面、 ２６ 振動ダンパ、 ３０ 全体の電子信号、 ３１ 電子信号、 ３２ 電子信号、 ３３ 最大値、 ３４ 半値、 ３５ パターンシフト、 ３６_１１、…、３６_ＮＭ ダイ、 ３８ 測定サイトの配置、 ３９ 接触アレイ、 ４０ 光学配置、 ４１ 測定サイト、 ４１_１ 第１の測定サイト、 ４１_２ 第２の測定サイト、 ４１_３ 第３の測定サイト、 ４１_４ 第４の測定サイト、 ４１_５ 第５の測定サイト、 ４２ 第１の誤差成分、 ４３ 第２の誤差成分、 ４４ 第３の誤差成分、 ４５ 円、 ４６ 接触アレイの左側、 ４７ 接触アレイの右側、 ４８ 接触アレイの底部、 ５０ 光学配置、 ５１ 選択された構造体、 ５２ マスク設計、 ５３ レンダリングされた画像、 ５４ 光の収差モデル、 ５５ 視野、 ５６ 光学像、 ５７ シェーディングおよびレンズ歪み補正、 ５８ 残差画像、 ５９ スケール、 １００ 計測ツール、 Ｖ２ ベクトル、 Ｖ３ ベクトル、 Ｖ４ ベクトル、 Ｖ５ ベクトル、 Ｖ_Ｃ２ 補正済みベクトル、 Ｖ_Ｃ３ 補正済みベクトル、 Ｖ_Ｃ４ 補正済みベクトル、 Ｖ_Ｃ５ 補正済みベクトル、 Ｘ Ｘ方向、 Ｙ Ｙ方向。

Claims (13)

1. マスク上の構造体の位置を測定し、それによってマスク製造誤差を決定する方法であって、
   計測ツールによって、前記マスク上の構造体の位置測定に対する光学近接効果の影響を複数の測定サイトから決定するステップと、
   前記計測ツールによって測定される前記構造体のデータ表現を含むマスク設計データから、前記マスク上の領域を選択するステップと、
   前記構造体の前記データ表現の画像レンダリングを実施するステップであって、前記マスク設計データの少なくとも１つのレンダリングされた画像が取得されるステップと、
   前記計測ツールの測定テーブルを前記マスクの表面に平行な面において移動させ、それによって前記マスクの領域を前記計測ツールの結像系の視野に配置するステップであって、前記マスクの前記領域が、マスク設計データから選択された前記マスク上の前記領域の位置に対応する前記マスク上の位置に位置付けられるステップと、
   前記計測ツールの前記結像系によって、前記マスクの前記領域内にあるパターンの少なくとも１つの光学像を取り込むステップと、
   前記マスクの前記領域の前記構造体の前記マスク設計データおよび少なくとも１つの光学像並びに前記決定するステップにより決定された前記光学近接効果の影響を用いて、前記構造体の少なくとも１つのレンダリングされた画像から残差を決定するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記計測ツールによる位置測定に対する前記光学近接効果の前記影響が、測定サイトの少なくとも１つの配置から決定され、第１の測定サイトが同一のサイトによって囲まれ、少なくとも第２の測定サイトと少なくとも第３の測定サイトが測定サイトの前記配置の対向するエッジに位置付けられることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、測定サイトの前記配置が１つの第１の中心のサイトを有し、第２の測定サイト、第３の測定サイト、第４の測定サイト、および第５の測定サイトが測定サイトの前記配置のコーナに位置決めされることを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、測定サイトの複数の配置が試験マスク上に形成されることを特徴とする方法。
5. 請求項２に記載の方法であって、複数のダイが製造マスク上に形成され、前記複数のダイの一部が測定サイトの配置を有し、測定サイトの前記配置が接触アレイであることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、複数の測定サイトのうちの少なくとも２つのそれぞれの測定位置での、光学近接誤差を含む近接誤差が、前記計測ツールの光学システムを用いて、前記複数の測定サイトのうちの少なくとも２つの光学測定によって決定されることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、複数の測定サイトのうちの少なくとも２つの測定サイトのそれぞれの測定位置に対する前記光学近接効果の前記影響が、
   前記少なくとも２つの測定サイトのそれぞれのデータ表現の画像レンダリングを実施するステップであって、前記少なくとも２つの測定サイトの前記マスク設計データの少なくとも１つのレンダリングされた画像が取得されるステップと、
   前記マスク設計データの前記測定サイトの前記位置と同一の位置における第２マスク上の前記少なくとも２つの測定サイトの少なくとも１つの光学像を取り込むステップと、
   少なくとも１つの前記レンダリングされた画像を、前記光学像から差し引くステップと、
   によって決定されることを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記画像レンダリングが、１８０°回転させたマスク設計データにも実施されることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの光学像を取り込む前記ステップが、１８０°回転させたマスクを用いて実施されることを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記残差が、少なくとも１つのレンダリングされた画像と少なくとも１つの補正された光学像の間の差の算術平均であることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記残差が、視野内のＸ方向およびＹ方向における前記構造体の前記位置のずれの色分けされたグラフ表現であり、ずれが、マスク製造誤差にのみ基づくことを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの光学像のそれぞれが画像補正を受けることを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、前記画像補正がシェーディングおよびレンズ歪みを補正することを特徴とする方法。