JP7306805B2 - フォトリソグラフィマスクを検査する方法及び方法を実行するためのマスク計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、マスクをそれらが半導体構成要素のマイクロリソグラフィ製造に使用される時に検査する方法に関する。本発明は、更に、この方法を実行するように設計された装置に関する。

多くの場合に一般的にフォトマスク、マスク、又はレチクルとも呼ばれるフォトリソグラフィマスクは、投影テンプレートであり、その最も重要な用途は、半導体構成要素、特に集積回路を生成するためのフォトリソグラフィである。半導体業界において絶え間なく成長する集積密度の結果として、フォトリソグラフィマスクは、常により小さい構造を感光層、すなわち、ウェーハ上のフォトレジスト上に結像しなければならない。この要件を満たすために、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範囲から中間紫外範囲を経て遠紫外範囲へと移行してきた。現在、ウェーハ上のフォトレジストを露光するために１９３ｎｍの波長が標準的に使用されている。将来のリソグラフィシステムは、おそらくは極紫外（ＥＵＶ）範囲内（必ずしもそうではないが好ましくは６ｎｍから１５ｎｍまでの範囲内）で作動することになる。現在、特に好ましい波長は、１３．５ｎｍである。

ＥＵＶ波長範囲は、将来のリソグラフィシステムのビーム経路内の光学要素の精度に対して膨大な要求を課している。光学要素は間違いなく反射光学要素になり、従って、フォトリソグラフィマスクも同様である。これらのマスクは、例えばモリブデン及びシリコンの周期的な連続体からなる多層構造を有する。それに加えて、この多層構造には吸収パターン要素からなる吸収体構造が付加される。吸収体構造のパターン要素によって覆われたＥＵＶマスクの領域内では、入射ＥＵＶ光子は、吸収される又は少なくとも他の領域内のようには反射されない。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生成は、より複雑になり続け、従って、より高額にもなり続ける。

マスクの誤差は、各露光中に各ウェーハ上で再現されることになることから、フォトリソグラフィマスクは、ほぼ誤差不在でなければならない。フォトリソグラフィマスクの場合には、その上にある吸収体構造のパターン要素が、ウェーハ上のフォトレジスト内に半導体要素の設計によって予め決められた構造要素を正確に結像することが重要である。吸収体パターンによってフォトレジスト内に生成される構造要素の所期の寸法を臨界寸法（ＣＤ）と呼ぶ。この寸法及びその変形（ＣＤＵ、臨界寸法均一性）は、フォトリソグラフィマスクの品質に関する中心的な特性変量である。フォトリソグラフィマスクに対する誤差の不在は、この状況では、マスクが化学線波長による露光時に予め決められた誤差間隔内の所期の寸法をウェーハ上に結像することを意味し、すなわち、ＣＤは、予め決められた誤差間隔内でしか変化することができない。この条件が満たされる場合には、フォトリソグラフィマスクは、ウェーハ上に視認可能な欠陥又はプリント可能な欠陥を持たない。全ての欠陥がプリント可能な欠陥であるわけではないことから、マスクは、マスク計測装置を用いて検査される。例として、ＡＩＭＳ及びＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＳＭＴ ＧｍｂＨのＷＬＣＤシリーズを挙げる。

例えば１９３ｎｍ等のＵＶ波長からＥＵＶ波長への移行において、光子の統計効果がある役割を達成することが公知である。リソグラフィ装置における１９３ｎｍから１３．５ｎｍへの波長短縮は、約１４倍高い光子エネルギを生じる。更に、リソグラフィによって定義される構造のサイズの縮小は、約５倍から１０倍高い構造の面密度を生じる。その結果、ＥＵＶリソグラフィでは構造要素毎に約２桁少ない光子が使用され、その結果、統計効果がかなり高まる。これらの効果は、例えば、［非特許文献１］及び［非特許文献２］に説明されている。

統計効果は、最初に光子とフォトマスクとの相互作用に起因して空中像内に引き起こされ、それに加えて露光中にフォトレジスト内にも発生する。露光されたウェーハに関する典型的な特性変量は、例えば、線エッジ粗度（ＬＥＲ）、線幅粗度（ＬＷＲ）、及びウェーハ側臨界寸法の局所変動（ＬＣＤＵ、臨界寸法の局所均一性）である。特に、マスク及び処理制御に関して、かつリソグラフィ処理及びフォトレジストの能力の開発に関して、空中像とフォトレジストとによる統計的処理に関する寄与の分離が有益である。

Ｐ．Ｄｅ Ｂｉｓｓｃｈｏｐａ他著「Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ＥＵＶ ｐｒｉｎｔａｂｉｌｉｔｙ ｌｉｍｉｔｓ」、ＳＰＩＥ会報、第９０４８巻、２０１４年 Ｚｈｅｎｇｑｉｎｇ Ｊｏｈｎ Ｑｉ他著「Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＥＵＶ ｍａｓｋ ＣＤ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｎ ＬＣＤＵ」、ＳＰＩＥ会報、第１０２４３巻、２０１７年

従って、本発明の目的は、光子とマスクの相互作用によって引き起こされる統計的寄与に関してリソグラフィ装置におけるその後の使用に可能な限り近い条件下でフォトリソグラフィマスクの検査及び認定を可能にすることである。

従って、本発明の第１の態様により、マスク計測装置内で極紫外（ＥＵＶ）波長範囲に対してフォトリソグラフィマスクを検査する方法を指定し、本方法は、ａ．マスクの少なくとも１つの構造化領域を選択する段階と、ｂ．リソグラフィ生成実行時にマスクがそれに対して設けられる極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内のスキャナ光子数を決定する段階と、ｃ．測定がそれを用いて実行される極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内の計測光子数を決定する段階と、ｄ．段階ｂ）からのスキャナ光子数と段階ｃ）からの計測光子数とに基づいて光子統計検査モードを確立する段階と、ｅ．マスク計測装置を用いて少なくとも１つの構造化領域の少なくとも１つの空中像を生成する段階とを含む。

マスク計測装置内では、マスクの選択領域の像が所望の品質を有するか否かを確認するためにマスクの空中像が記録される。領域内で潜在的欠陥が識別されると、この空中像に基づいてそのような欠陥が露光済みウェーハに対して影響を有するか否かを確認することができる。言い換えれば、欠陥がプリントされるか否かが決定される。欠陥がウェーハ内に結像された構造に対して影響を持たない場合は、マスクを用い続けることができる。それとは反対に、効果がウェーハ内に結像された構造内に欠陥を生じる場合は、措置を講じなければならない。欠陥を有するマスクは、使用しない可能性がある。ＥＵＶ範囲内のマスクのコストは非常に高いことから、このことは高い経済的損失につながる。別の措置は欠陥を補正することである。そのような補正が実行される場合には、その後の段階で補正の成否をチェックしなければならない。そのような検証段階では、補正済みマスクがマスク計測装置内で再度測定される。従って、この測定を実行するためには、最初に、測定すべきマスク領域を選択しなければならない。その意図は、構造がウェーハ内にどのように結像されるかを確認することであることから、この領域は、構造化領域から少なくとも部分的に取らなければならない。

典型的に、マスク計測装置内では、測定に対するマスク計測装置自体の影響を可能な限り小さく保つ試みがなされる。マスク計測装置内では、マスクの空中像又は空中像系列が記録される。多くの場合、マスク計測装置は、光源と、例えば空中像を記録するためのＣＣＤを有するカメラ等の記録デバイスとを含む。マスク計測装置内で使用される光源は、今日では逐次走査原理で作動することからスキャナとしても公知のリソグラフィ装置内で使用されるものとは異なる場合がある。計測光源の特性がフォトリソグラフィマスクの領域の空中像に可能な限り僅かにしか影響を与えないことを確実にするために、典型的には、測定所要時間は、計測光源の統計的に変動する特性が平均化に起因してマスクの空中像に軽微な寄与しか与えないような長いものとして選択される。従って、この計測光子数Ｎ_Metroは、波長、計測光源の出力、及び測定所要時間、すなわち、空中像又は空中像系列の記録中の積分時間として公知のものに依存する。ここでの用語「照射量」（特に英語圏で使用される）は、エネルギ量を意味し、例えば、フォトレジストを露光するのに必要とされるエネルギ量を「クリアする照射量」を意味する。ここでのエネルギ量Ｅは、公知の式Ｅ＝Ｎ^*ｈ^*ｃ／λによって光子数Ｎに関連付けられる。この場合に、λは波長を表し、ｃは真空中の光の速さを表し、ｈはプランク定数を表す。

フォトレジストを露光するためにリソグラフィ装置内で使用される光子数Ｎ_Scannerは、レジスト特性によって確立される。半導体要素の製造における迅速なサイクル時間は極めて重要であることから、フォトレジストは、低いエネルギ量で露光されなければならない。ＥＵＶ光での光子数Ｎ_EUVは、上述の式からのＤＵＶ光でのものＮ_DUVによって得られることから、同じエネルギ量ではより少ないＥＵＶ光子しか必要とされない。

例えば、λ_EUV＝１３．５ｎｍ及びλ_DUV＝１９３ｎｍを選択した場合に、ＥＵＶ光子数に関する結果は、Ｎ_EUV＝０．０７Ｎ_DUVであり、すなわち、１４倍小さい光子数である。それによって、結像対象構造の所与のサイトに入射する様々な光子数に依存する効果がフォトレジスト内に生じる。例えば、リソグラフィ装置の作動パラメータの同一設定の場合に、臨界寸法（ＣＤ）、線エッジ粗度（ＬＥＲ）、線幅粗度（ＬＷＲ）、及びその他のパラメータは、ウェーハの様々な場所で統計的により変動する可能性がある。統計変動の影響を弱めるための１つの明白な可能性は、スキャナ光子数Ｎ_Scannerを増加させることであると考えられる。しかし、光子数の増加は、生産性を同じ倍率だけ、すなわち、例えば以前の生産性の７％に引き下げることになる。この理由から、このソリューションは有益ではない。光子統計によって引き起こされる効果は、１９３ｎｍ等の長い波長においても発生する。しかし、この領域内では、この効果は、現在のところ完全に無視することができる。それにも関わらず、この波長領域内であっても精度要件を高めるべき場合には、本出願において説明する方法は、原理的にいかなる波長範囲にも適用可能である。

マスク計測装置は、リソグラフィ装置と同じ生産性要件を満たさなくてもよい。安定した再現可能な測定結果が最優先項目である。この理由から、一般的に、より長い測定時間が、相応により大きい光子数Ｎ_Metroと共に選択される。その結果、測定における光子統計の効果は、測定結果に対して無視することができる影響しか持たない。マスク上の欠陥に着目すべき場合には、このモードは同様に有益である。現在、マスク計測装置では、マスクの書き込み中に生じる欠陥に加えて、仕上がりウェーハに対する光子統計効果も考慮しなければならないことが判明している。この目的を達成するために、リソグラフィ生成時にマスクがそれに対して設けられる極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内のスキャナ光子数Ｎ_Scannerを決定しなければならない。

マスク計測装置内でのフォトリソグラフィマスクの測定中の光子統計を正確に考慮することができるためには、最初に、測定がそれを用いて実行される計測光子数Ｎ_Metroが既知でなければならない。この目的を達成するために、マスク計測装置内の空中像を記録するのに使用する記録装置のエネルギ較正が利用可能であることが必要である。すなわち、計測光子数と記録装置の測定信号との間の関係が既知でなければならない。記録装置が例えばＣＣＤカメラである場合に、計測光子数とＣＣＤカメラの計数速度との間の関係は、絶対に較正しなければならない。

マスク計測装置のそれぞれの測定モードでのスキャナ光子数と計測光子数とに依存して、今度は光子統計検査モードが確立され、少なくとも１つの構造化領域の少なくとも１つの空中像が生成される。光子統計検査モードは、この場合に、計測光子数とスキャナ光子数とが実質的に同一である場合の少なくとも１つの空中像の直接記録、更に光子統計効果を無視することができる程に大きい計測光子数を有する補助空中像の記録、及び後続の光子統計モデルを用いた空中像の修正又は複数の補助空中像の記録、並びに少なくとも１つの空中像を生成するための後続の内挿又は外挿とすることができる。次に、これら３つの光子統計検査モードを個々に説明することにする。

本発明の更に別の態様では、生成の目的で、少なくとも１つの空中像は、スキャナ光子数に実質的に同一である計測光子数を用いて記録される。これは、計測光子数が、スキャナ光子数よりも最大でも２倍、特に最大でも１．５倍、特に最大でも１．３倍、特に最大でも１．２倍、特に最大でも１．１倍しか大きくないことを意味するはずである。この光子統計検査モードは、その後にリソグラフィ装置を用いてウェーハ上の像を生成するのに使用するものと可能な限り同一である条件下で少なくとも１つの空中像が記録されるという利点を有する。この場合に、空中像への個々の寄与、すなわち、例えば、光子統計、マスク書き込み中の統計効果、マスク上の欠陥、マスク又はその他のものの書き込み中の系統的誤差の分離は可能ではない。スキャナ光子数を計算する時には、ＥＵＶ範囲内のリソグラフィレンズが、マスクとウェーハの間に配置された複数の光学的に有効なミラーを有することを考慮しなければならない。例えば、「法線入射」ミラー又はＮＩミラーとして公知のものから進んで、各面において全ての光子のうちの約６５％～７０％しか反射されない。この理由から、スキャナ光子数の決定中にウェーハ平面内の光子数、及び計測光子数の決定中に記録装置の平面内の光子数を考慮する必要がある。マイクロリソグラフィ装置のレンズとマスク計測装置のレンズとは異なることから、計測光源の光源出力をスキャナ光源と実質的に同一であるように設定するだけでは不十分である。計測光子数及びスキャナ光子数の決定中には、光学系に関する知識を含めなければならない。この光子統計検査モードは、補正済み構造化領域を検証するために特別の利点を伴って使用することができる。マスクの構造化領域内で欠陥が識別され、その後に補正された場合には、この補正が成功し、臨界寸法（ＣＤ）、その広域及び局所の変動（ＣＤＵ及びＬＣＤＵ）、コントラスト、線エッジ粗度（ＬＥＲ）、又は線幅粗度（ＬＷＲ）に対する効果が残っていないことを検証することができる。この検証は、その後にリソグラフィ装置内に存在することになるものと同じ条件下で有利に実行しなければならない。

本発明の更に別の態様では、少なくとも１つの空中像を生成するための更に別の段階が実行される。スキャナ光子数から外れる計測光子数での少なくとも１つの構造化領域の少なくとも１つの補助空中像が記録される。次に、少なくとも１つの補助空中像、極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内の光子統計のモデル、スキャナ光子数、及び計測光子数から空中像が計算される。正確に１つの補助空中像が、光子統計の影響が無視することができる程に小さいような計測光子数を用いて有利に記録される。計測光子数は、計算上のスキャナ光子数よりも少なくとも３倍、特に少なくとも５倍、特に少なくとも１０倍、特に少なくとも２０倍、特に少なくとも３０倍だけ大きいものとすることができる。計測光子数は、例えば、ＣＤ、ＣＤＵ、ＬＣＤＵ、コントラスト、ＬＥＲ、ＬＷＲ、又はその他のもの等の評価変量に対する光子統計の影響だけが無視することができる程に小さいような方式で決定することもできる。少なくとも１つの空中像に寄与する様々な効果を分離するために、この光子統計検査モードを特に有利に使用することができる。直接測定は、光子統計の効果を含まない空中像を与える。続いて、記録された補助空中像と既知の光子統計モデルとの組合せから、全ての寄与の全体的な効果を含有する空中像が生成される。この場合に、計測光子数及びスキャナ光子数の知識は、必要な前提条件である。

本発明の更に別の態様では、互いに異なる２つの計測光子数での少なくとも２つの補助空中像が記録される。続いて、これらの少なくとも２つの補助空中像から、内挿又は外挿によって少なくとも１つの空中像が生成される。この光子統計検査モードは、様々なスキャナ光子数に対して起こり得る複数の空中像を各像の再度記録の必要なしに検査することができるという利点を有する。しかし、補助空中像の記録は、好ましくは、補助空中像を記録するのに使用する計測光子数の較差が検査すべきスキャナ光子数から過度に異ならないように選択することができる。それによって、補助空中像の測定の経費と様々なスキャナ光子数に対する結果の精度との間の関係を調整することができる。内挿の場合は、スキャナ光子数は、補助空中像を記録するのに使用する最大計測光子数と最小計測光子数との間になければならない。外挿の場合は、スキャナ光子数は、補助空中像を記録するのに使用する最大計測光子数と最小計測光子数とによって決定される範囲の外側にある。内挿及び外挿のための多くの方法が公知である。例えば、これらの方法は、線形内挿又は外挿、スプラインベースの方法、フーリエ変換を使用する方法、又は光子数依存性のモデルを使用する方法とすることができる。公知であることは、多くの更に別の内挿法及び外挿法を数学文献から得ることができることである。

本発明の更に別の態様では、追加の段階において、少なくとも１つの空中像から構造化領域の少なくとも１つの構造パラメータが確定される。多くの場合に、評価目的のための２次元表現として使用されるのは空中像又は露光済みウェーハではなく、特別な構造パラメータが選択される。これらの構造パラメータは、フォトリソグラフィマスクの構造化領域内に存在する１又は複数の特定の構造に関連する。これらの構造は、例えば、高密度線（「線及び空間」）、孤立線、所期の構造の結像に対して効果を有するがウェーハ上の像内には出現しない「支援特徴部」として公知のコンタクトホール、又は複数の他の構造とすることができる。特別な構造パラメータの評価は、実際に存在する構造に依存する。使用することができる構造パラメータは、例えば、臨界寸法（ＣＤ）、線エッジ粗度（ＬＥＲ）、線幅粗度（ＬＷＲ）、臨界寸法均一性（ＣＤＵ）、臨界寸法の局所均一性（ＬＣＤＵ）、又はコントラストである。これらの構造パラメータの正確な定義も、同様に正確な構造に依存する可能性がある。例えば、線構造の臨界寸法は、規定閾値での同じ線高さの２つの点の間の線の広がりに対して垂直な距離として定義することができる。それとは対照的に、コンタクトホールの臨界寸法は、特定閾値でのホールの外周又は面積に比例するものとして定義することができる。少なくとも１つの空中像の構造パラメータの確定の利点は、検査すべきデータ量の低減と、更に、評価が半導体構造に関連する寸法に集中するという事実との両方である。

本発明の更に別の態様では、少なくとも１つの構造パラメータを確定するために、フォトレジストのモデルが使用される。マスク計測装置内で記録される空中像と、リソグラフィ装置内のウェーハ上のフォトレジストの実際の露光との間の原理的相違点は、フォトレジスト内で行われてウェーハ上での構造の形成に寄与する処理に関連する。これらの化学処理自体も統計成分を有する。この理由から、フォトレジストの化学挙動のモデルが作成され、マスク計測装置を用いて記録された空中像又はそこから決定された構造パラメータが修正される。フォトレジストのそのようなモデルは従来技術から公知である。これらのモデルは、特別に使用されるラッカーに依存する。この理由から、各フォトレジストに対して専用モデルを作成しなければならない。フォトレジストの簡素化モデルも公知である。最も簡単なモデルは、構造を決定するための閾値の使用である。１つの場所でエネルギがこの閾値を超える場合には、対応する場所が露光される。それとは反対にエネルギがこの閾値に満たない場合は、対応する場所は露光されない。正のフォトレジスト又は負のフォトレジストのどちらが使用されるかに依存して、逆の関係も可能である。

本発明の更に別の態様では、フォトリソグラフィマスクの構造化領域は、所期の構造と少なくとも１つの欠陥とを含有する。そのようなマスク計測装置の１つの考え得る用途は、前回の検査段階においてフォトリソグラフィマスク上で識別された欠陥又は潜在的欠陥が、リソグラフィ装置上での結像中にウェーハ上で構造の変化として実際に発現するか否かを検査することである。言い換えれば、問題は、これらの欠陥又は潜在的欠陥がプリントされるか否かである。マスクに対する更に別の手順をそこから導出することができる。例えば、修復処理においてマスクを修復することができる。この修復は、高額なフォトリソグラフィマスクに対する不合格品率を引き下げることができるという利点を有する。そのような修復の場合は、構造化領域の場所を格納することができる。修復後に、この領域は、マスク計測装置を用いて再度測定することができる。そのような検証段階では、修復が成功であったか否かが検査される。

本発明の更に別の態様では、マスク計測装置によって処理変動バンドの表現が出力される。ウェーハ上に結像されたフォトリソグラフィマスクの構造の正確な外見は、フォトリソグラフィ処理の様々なパラメータに依存する。これらのパラメータは、例えば、波長、照明設定、偏光、露光時間、又はその他の変量とすることができる。特に、照明設定では、多くの種類、例えば、二重極照明、四重極照明、環状照明、自由形状照明、及びその他多数のものが公知である。結像に対するこれらの処理パラメータの影響を有意な関連で表すために、処理変動バンド（「ＰＶバンド」）として公知のものの図表が使用される。

本発明の更に別の態様では、少なくとも１つの構造パラメータへの寄与が個々に分離される。このようにして、フォトリソグラフィマスク、光子統計、及び／又はフォトレジストの寄与を別々に示すことができる。

本発明の更に別の態様では、請求項１から請求項１１の方法段階を実行するように設計されたマスク計測装置を提供する。

図を参照しながら本発明の例示的実施形態を下記でより詳細に説明する。

本発明による方法の流れ図である。 コンタクトホールの格子の像及び全体像からの詳細拡大像を示す図である。 処理変動バンドの図である。 正規化照射量と局所ＣＤＵ（ＬＣＤＵ）間の関係を示す図である。

図１は、本発明の流れ図の概略図を示している。任意フォトリソグラフィマスクの例として、ここではコンタクトホールを有するマスクを考察する。そのようなマスクが生成する像を図２に例示している。２μｍ×２μｍの広がりを有する大きい方の領域２１から小さい方の領域２２が選択されて拡大形式で例示されている。名目では、これは、ウェーハ平面内で２２ｎｍのＣＤを有するコンタクトホールの高密度配置である。典型的なリソグラフィ装置は、フォトリソグラフィマスク上の構造を４倍縮小することから、マスク平面内の構造は上記サイズの４倍である。本方法を実行するために、最初に、フォトリソグラフィマスクの構造化領域を選択する。この場合に、この領域は、図示しているコンタクトホールの配置を含む。ＥＵＶ光の光子統計の影響を正確に考慮するために、最初に所要の光子数を決定する。決定されるのは、リソグラフィ装置上での生成実行時にマスクがそれに対して設けられる光子数Ｎ_Scannerである。同じく決定されるのは、マスク計測装置上で少なくとも１つの空中像の記録がそれを用いて実行されることになる光子数Ｎ_Metroである。これら２つの光子数は互いに独立していることから、同様に互いに独立して決定することができる。２つの決定の順番も重要ではない。その後に光子統計検査モードを確立しなければならない。全体として、複数の測定は、異なる光子統計検査モードで実行された。

最初に着目するのは、計測光子数に実質的に同一であるスキャナ光子数Ｎ_Scannerである。それに即して、リソグラフィ装置の場合と同じ条件下で少なくとも１つの空中像を直接記録する光子統計検査モードを使用する。ここでは記録空中像を示さない。この場合に、記録空中像は、リソグラフィ装置内で見ることもできるウェーハに対する全ての効果を含有する。すなわち、マスク製造、リソグラフィレンズの実際の結像、照明設定、及び光子統計の寄与が含有される。

ここでは記録空中像を直接的には示さない。空中像からの構造化領域内の構造パラメータが評価される。多くの異なる構造パラメータ、例えば、臨界寸法（ＣＤ）、線エッジ粗度（ＬＥＲ）、線幅粗度（ＬＷＲ）、臨界寸法均一性（ＣＤＵ）、臨界寸法の局所均一性（ＬＣＤＵ）、コントラスト、及びその他多数のものを使用することができる。

公知のマスク計測装置は、考え得る様々な評価を提供する。この場合に、コンタクトホール臨界寸法（ＣＤ）を検査する。ここで観測する臨界寸法は、コンタクトホールの面積である。様々な効果を互いから分離してＣＤに対する光子統計の効果を表すことが望ましい。系統的な効果、すなわち、マスク生成の品質は、各構造の平均値（繰り返しによる平均）によって表される。測定値からこの平均を減算することによって統計効果を単離することができる。例えば、これらのＣＤ値に基づいて平均値を使用することなく光子統計の局所ＣＤＵ効果を計算することができる（例えば、コンタクトホールにわたって標準偏差の３倍）。コンタクトホールの面積を決定するためには、フォトレジストのモデルを適用しなければならない。ここでは、コンタクトホールの内側領域と外側領域を決定するために単純閾値を使用する。続いて、囲まれた面積及び結果的にＣＤを決定するために、従来の画像処理アルゴリズムが使用される。

図４は、ｙ軸上で得られたＣＤ（ＬＣＤＵ）の局所変動を示している。図４のｘ軸上には正規化照射量をプロットしている。照射量はまた、上述の関係Ｅ＝Ｎ^*ｈ^*ｃ／λを用いていずれの時点でも光子数に変換することができる。この場合に、照射量は任意単位によって与えられることから、光子数と照射量間の実質的な差はない。この例示的実施形態において適用される光子統計検査モードは、図４の領域４２に対応する。選択したスキャナ光子数での光子統計の影響が最良の焦点位置（図４の円）で約１ｎｍのＣＤの寄与を引き起こすことがわかる。最良の焦点位置の６０ｎｍ外側でも測定を行った。このデフォーカスの場合は、光子統計の寄与は、約１．３ｎｍのＣＤと１．５ｎｍのＣＤの間で既にかなり高い。光子統計の影響のモデルは公知である。光子のポアソン分布を仮定すると、結果は、ＬＣＤＵが係数

に比例することである。図４は、このモデルが測定によって裏付けられることを示している。

補助空中像の更に別の記録は、少なくとも１つの補助空中像への光子統計による寄与を無視することができる程にスキャナ光子数よりも大きい計測光子数で取られる。図４では、そのような計測光子数は、選択された任意単位で０．８～１の照射量に対応する。図４にはこの領域４１を描示している。効果を分離するために少なくとも１つの補助空中像の評価を使用することもできる。この補助空中像内には、マスク生成及びリソグラフィ装置の系統的効果しか含まれない。光子統計の効果を無視することができるように選択しなければならない具体的な照射量又は計測光子数は、着目する具体的な構造寸法に依存する。この２２ｎｍコンタクトホールの場合には、約０．２～０．１ｎｍＣＤに対する効果の低下で十分である。従って、制限値を規定し、構造パラメータにおいて規定制限値に達することがない程高い計測光子数を選択する。計測光子数への弱い平方根依存性に起因して、より一層良好な脱結合を達成すべき場合には、測定回数が相応に増加する。ここでは、測定所要時間は、測定精度に対して重み付けしなければならない。

第２の光子統計検査モードは、直前に説明して図４内に領域４１として例示している補助空中像に基づいてもたらされる。この目的を達成するために、上述の極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内の少なくとも１つの補助空中像及び光子統計モデル、スキャナ光子数、及び計測光子数に対して、少なくとも１つの空中像が計算される。この処理の利点は、光子統計の影響のない空中像、特に少なくとも１つの補助空中像と光子統計の効果を含有する空中像との両方が取得されることである。別の利点は、異なるスキャナ光子数のシミュレーションを１回だけの補助空中像測定から素早く生成することができる点である。欠点は、この手順にはモデルの十分な知識が必要とされる点である。従って、この光子統計検査モードは、特にパラメータ範囲の検査に適している。

更に別の光子統計検査モードは、少なくとも２つの補助空中像の記録に基づくものであり、互いに異なる２つの計測光子数と、後続の少なくとも２つの補助空中像からの空中像の内挿又は外挿とを使用する。図４にはこの場合を示していないが、図４に基づいて説明することができる。しかし、ここでは、異なる計測光子数に対して合計で５つの測定値を与える。最良の焦点位置に対しては円として示し、６０ｎｍデフォーカスに対しては正方形として示している。０．４の照射量に対応すると考えられるスキャナ光子数での評価は、次に、約０．２５及び０．５の照射量値に対応する計測光子数で記録した２つの補助空中像に適用することができる。少なくとも１つの空中像は、次に、２つの補助空中像の間で内挿したものとして生成することができる。その後、フォトレジストのモデルの知識を用いて構造パラメータを評価することができる。この例から、単純線形内挿と光子統計のモデルに沿った内挿との両方に意味があることも同じく明らかである。

マスク計測装置は、ユーザに多種多様な評価アルゴリズムを提供する。上述の光子統計評価モードを自動的に実行するように設計されたマスク計測装置は、フォトリソグラフィマスクの構造化領域内のマスク構造を表すことを可能にする上述の構造パラメータの評価によって更に別の表現を提供することになる。この場合に、処理変動バンド（「ＰＶバンド」）が特に有用であることが判明した。ウェーハ上に結像したフォトリソグラフィマスク構造の正確な外見は、フォトリソグラフィ処理の様々なパラメータに依存する。これらのパラメータは、例えば、波長、照明設定、分極、露光時間、又はその他の変量とすることができる。特に照明設定では、多くの種類、例えば、二重極照明、四重極照明、環状照明、自由形状照明、及びその他多数のものが公知である。リソグラフィシステムのパラメータの各選択によって、互いに若干異なる空中像が取得される。ＰＶバンド図表内に示されるものは、処理パラメータの変動による全ての線構造の包絡線である。図３は、簡単な例を示している。ここで、領域３１は、マスク上の所期の構造を与える。フォトレジストモデルの適用における処理パラメータの全ての変動は、ハッチング領域３２内に全てが位置付けられた空中像内の輪郭線をもたらす。少なくとも１つの空中像に対する処理パラメータの最大影響は、これによって可視化されて良好に推定することができる。

Ｎ_Scanner スキャナ光子数
Ｎ_Metro 計測光子数

Claims (11)

1. マスク計測装置内で極紫外（ＥＵＶ）波長範囲に対してフォトリソグラフィマスクを検査する方法であって、
   ａ．前記マスクの少なくとも１つの構造化領域を選択する段階と、
   ｂ．リソグラフィ生成実行時に前記マスクがそれに対して設けられる極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内のスキャナ光子数を決定する段階であって、前記スキャナ光子数は、式Ｅ1＝Ｎ1 ^* ｈ ^* ｃ1／λ1によって定義され、式中、Ｅ1は前記リソグラフィ生成実行時に使用されるエネルギ量を表し、Ｎ1は前記スキャナ光子数を表し、λ1は前記リソグラフィ生成実行時に使用される波長を表し、ｃは真空中の光の速さを表し、ｈはプランク定数を表す段階と、
   ｃ．測定がそれを用いて実行される前記極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内の計測光子数を決定する段階であって、前記計測光子数は、式Ｅ2＝Ｎ2 ^* ｈ ^* ｃ2／λ2によって定義され、式中、Ｅ2は前記測定時に使用されるエネルギ量を表し、Ｎ2は前記計測光子数を表し、λ2は前記測定時に使用される波長を表し、ｃは真空中の光の速さを表し、ｈはプランク定数を表す段階と、
   ｄ．段階ｂ）からの前記スキャナ光子数と段階ｃ）からの前記計測光子数とに基づいて光子統計検査モードを確立する段階と、
   ｅ．段階ｄ）で確立された光子統計検査モードに基づいて、前記マスク計測装置を用いて前記少なくとも１つの構造化領域の少なくとも１つの空中像を生成する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 生成する目的で、前記少なくとも１つの空中像は、前記スキャナ光子数に実質的に同一である計測光子数を用いて記録されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの空中像を生成する目的で、以下の段階：
   前記スキャナ光子数から外れる計測光子数で前記少なくとも１つの構造化領域の少なくとも１つの補助空中像を記録する段階と、
   前記少なくとも１つの補助空中像、前記極紫外（ＥＵＶ）波長範囲内の光子統計のモデル、前記スキャナ光子数、及び前記計測光子数から前記空中像を計算する段階と、
   が実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの補助空中像は、前記光子統計による該少なくとも１つの補助空中像への寄与を無視することができる程に前記スキャナ光子数よりも遙かに大きい計測光子数で記録されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの空中像を生成する目的で、以下の段階：
   互いに異なる２つの計測光子数で少なくとも２つの補助空中像を記録する段階と、
   前記少なくとも２つの補助空中像から前記空中像を内挿又は外挿する段階と、
   が実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記空中像から前記構造化領域の少なくとも１つの構造パラメータを確定する追加の段階、
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの構造パラメータは、臨界寸法（ＣＤ）、線エッジ粗度（ＬＥＲ）、線幅粗度（ＬＷＲ）、該臨界寸法の均一性（ＣＤＵ）、該臨界寸法の局所均一性（ＬＣＤＵ）、又はコントラストから選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. フォトレジストのモデルが、前記少なくとも１つの構造パラメータを確定するために適用されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
9. 処理変動バンドの表現が出力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. 前記フォトリソグラフィマスクの前記少なくとも１つの構造パラメータ、光子統計、及び／又は前記フォトレジストの寄与が別々に示されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 請求項１から請求項１０の方法段階を実行する制御部を備える、
    ことを特徴とするマスク計測装置。

Images