(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハ上の焦点ずれ検出を改善するための方法および装置。【解決手段】ハイパースペクトル画像化を用いることで、局所的な焦点ずれ欠陥に対する感度を増大させ、フーリエ空間解析を用いることで、広域の焦点ずれ欠陥に対する感度を増大させる。これらを組み合わせることにより、局所的および広域の焦点ずれ欠陥に対する全体的な感度が改善される。【選択図】図１ａ
2006208380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射されたサンプル表面の焦点ずれ欠陥を検出するための方法であって、
分光反射率測定技術を用いて、前記サンプル表面の第１の部分からの出射光の強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）を少なくとも１つ形成する工程であって、前記強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）は複数の波長λを含む、工程と、
前記少なくとも１つの強度画像を少なくとも１つの参照強度画像と比較する工程と、
前記比較から、前記サンプル表面の焦点ずれ欠陥の位置を特定する工程と、を備える、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記分光反射率測定技術は、
ａ）複数の波長を有する狭帯域光で前記サンプル表面を連続的に照射して、前記サンプル表面からの出射光を解析器で解析する工程と、
ｂ）広帯域光で前記サンプル表面を照射して、出射光の狭い波長帯を複数選択し、少なくとも１つの帯域通過フィルタを用いた解析器による検出および分析を行う工程と、
ｃ）広帯域光で前記サンプル表面を照射して、前記サンプル表面から出射する波長の異なる光を分散素子を用いて角度で分離し、前記サンプル表面から出射する前記光を解析器で解析する工程と、
ｄ）広帯域光で前記サンプル表面を照射し、干渉計を用いて、前記サンプル表面からの出射光の波長を観察対象として選択する動作と、前記サンプル表面からの出射光の前記波長を一次元のみに分散させる動作と、の内のいずれかを実行する工程と、を含むグループから選択される、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、
前記解析器は、データ解析のためのコンピュータを含む、方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法であって、
前記分光反射率測定技術は、
複数の波長を有する狭帯域光で前記サンプル表面を連続的に照射する工程と、
前記サンプル表面からの出射光を解析器で解析する工程と、を含む、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、
前記解析器は、画像化カメラを含む、方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法であって、
複数の波長を有する狭帯域光で前記サンプル表面を連続的に照射する前記工程は、波長の異なるＬＥＤ群で照射する工程を含む、方法。
【請求項７】
請求項２記載の方法であって、
前記分光反射率測定技術は、
広帯域光で前記サンプル表面を照射する工程と、
出射光の複数の狭い波長帯を選択し、前記サンプル表面と前記解析器との間に配置された少なくとも１つの帯域通過フィルタを用いて検出および分析を行う工程と、を含む、方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、
前記少なくとも１つの帯域通過フィルタは、
ａ）異なる帯域通過領域を有する複数の固定吸収フィルタと、
ｂ）異なる帯域通過領域を有する複数の固定干渉フィルタと、
ｃ）前記サンプル表面と前記解析器との間に配置された連続的に調節可能な帯域通過フィルタと、を含むグループから選択される、方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、
前記少なくとも１つの帯域通過フィルタは、ファブリペロ・エタロン干渉計とリオフィルタとの内から選択された連続的に調節可能な帯域通過フィルタである、方法。
【請求項１０】
請求項２記載の方法であって、
前記分光反射率測定技術は、
広帯域光で前記サンプル表面を照射する工程と、
前記サンプル表面から出射する波長の異なる光を分散素子を用いて角度で分離する工程と、
前記サンプル表面から出射する前記光を解析器で解析する工程と、を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、
前記分散素子は、プリズムと回折格子との内から選択される、方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の方法であって、
前記解析器は、点測定システムであり、
前記強度画像は、走査画像作成によって取得される、方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の方法であって、
前記解析器は、画像化分光計である、方法。
【請求項１４】
請求項２記載の方法であって、
前記分光反射率測定技術は、
広帯域光で前記サンプル表面を照射する工程と、
干渉計を用いて、前記サンプル表面からの出射光の波長を観察対象として選択する動作と、前記サンプル表面からの出射光の前記波長を一次元のみに分散させる動作と、の内のいずれかを実行する工程と、を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、
前記サンプル表面の部分からの出射光の強度画像を形成する前記工程と、前記強度画像を参照強度画像と比較する前記工程とは、コンピュータを用いて実行される、方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の方法であって、
前記干渉計は、前記サンプル表面からの出射光の波長を観察対象として選択するために用いられる、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
前記干渉計は、ファブリペロ、サニャク、およびマイケルソン干渉計の内から選択される、方法。
【請求項１８】
請求項１４記載の方法であって、
前記干渉計は、一次元波長分散のために用いられる、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、
前記干渉計は、サニャク、一般的なウィスクブルーム、および一般的なプッシュブルーム型干渉計の内から選択される、方法。
【請求項２０】
請求項１記載の方法であって、さらに、
画像化偏光分析法を用いて、前記強度画像に対して偏光情報を提供する工程を備える、方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、
前記偏光情報は、点測定分光反射率計を用いて取得される、方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、
画像が前記サンプルを走査することによって生成される、方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、
前記サンプルを走査して前記画像を生成する前記工程と、前記強度画像を参照強度画像と比較する前記工程とは、コンピュータを用いて実行される、方法。
【請求項２４】
請求項１記載の方法であって、
前記少なくとも１つの強度画像は、前記サンプル表面の前記部分の焦点ずれシグニチャを含み、
前記少なくとも１つの参照強度画像は、参照焦点ずれシグニチャを含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、
前記参照焦点ずれシグニチャは、
ａ）前記サンプル表面の第２の部分からの焦点ずれシグニチャであって、前記サンプル表面の前記第１および第２の部分は異なるダイ上の同等の領域である、焦点ずれシグニチャと、
ｂ）焦点露出マトリクスウエハの部分から取得された焦点ずれシグニチャであって、前記焦点露出マトリクスウエハの前記部分は前記サンプル表面の前記第１の部分と同等の領域である、焦点ずれシグニチャと、
ｃ）前記サンプル表面の前記部分上の構造と同等のライブラリ構造に対して設定されたライブラリスペクトルから取得される焦点ずれシグニチャと、を含むグループから選択される、方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、
前記参照焦点ずれシグニチャは、前記サンプル表面の前記部分上の構造と同等のライブラリ構造に対して設定されたライブラリスペクトルから取得され、
前記設定されたライブラリスペクトルは、実際のデータおよびシミュレートされたデータのいずれかからなる、方法。
【請求項２７】
請求項２４記載の方法であって、
前記少なくとも１つの強度画像を前記少なくとも１つの参照強度画像と比較する前記工程は、関数比較を行う工程を含む、方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法であって、
前記関数比較は、スペクトル統計値の比較を含む、方法。
【請求項２９】
請求項２４記載の方法であって、
前記少なくとも１つの強度画像を前記少なくとも１つの参照強度画像と比較する前記工程は、コンピュータを用いて実行される、方法。
【請求項３０】
照射されたサンプル表面の焦点ずれ欠陥を検出するための装置であって、
照射されるサンプルを保持するためのサンプルホルダと、
前記サンプル上に入射光を供給するよう構成された照明器と、
前記照射されたサンプル表面からの出射光を検出するための検出器と、
前記照射されたサンプル表面からの出射光の強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）を形成するよう構成されたハイパースペクトル画像化装置と、
前記強度画像を参照強度画像と比較するよう構成された解析器と、を備える、装置。
【請求項３１】
請求項３０記載の装置であって、
前記解析器は、データ解析のためのコンピュータを含む、装置。
【請求項３２】
請求項３０記載の装置であって、
前記解析器は、画像化カメラを含む、装置。
【請求項３３】
請求項３０記載の装置であって、
前記強度画像は、焦点ずれシグニチャであり、
前記参照強度画像は、参照焦点ずれシグニチャであり、
前記参照焦点ずれシグニチャは、
ａ）前記サンプル表面の第２の部分からの焦点ずれシグニチャであって、前記サンプル表面の前記第１および第２の部分は異なるダイ上の同等の領域である、焦点ずれシグニチャと、
ｂ）焦点露出マトリクスウエハの部分から取得された焦点ずれシグニチャであって、前記焦点露出マトリクスウエハの前記部分は前記サンプル表面の前記第１の部分と同等の領域である、焦点ずれシグニチャと、
ｃ）前記サンプル表面の前記部分上の構造と同等のライブラリ構造に対して設定されたライブラリスペクトルから取得される焦点ずれシグニチャであって、前記設定されたライブラリスペクトルは実際のデータからなる、焦点ずれシグニチャと、
ｄ）前記サンプル表面の前記部分上の構造と同等のライブラリ構造に対して設定されたライブラリスペクトルから取得される焦点ずれシグニチャであって、前記設定されたライブラリスペクトルはシミュレートされたデータからなる、焦点ずれシグニチャと、を含むグループから選択される、装置。
【請求項３４】
請求項３０記載の装置であって、
前記ハイパースペクトル画像化装置は、前記サンプル表面を連続的に照射するよう構成された波長の異なる複数の照明器を含む、装置。
【請求項３５】
請求項３０記載の装置であって、
前記照明器は、広帯域照明器であり、
前記ハイパースペクトル画像化装置は、出射光の複数の狭い波長帯を選択するためのセレクタを含む、装置。
【請求項３６】
請求項３５記載の装置であって、
前記セレクタは、前記サンプル表面と前記解析器との間に配置された少なくとも１つの帯域通過フィルタであり、
前記少なくとも１つの帯域通過フィルタは、
ａ）異なる帯域通過領域を有する複数の固定吸収フィルタと、
ｂ）異なる帯域通過領域を有する複数の固定干渉フィルタと、
ｃ）連続的に調節可能な帯域通過フィルタと、を含むグループから選択される、装置。
【請求項３７】
請求項３６記載の方法であって、
前記セレクタは、ファブリペロ・エタロン干渉計とリオフィルタとの内から選択された連続的に調節可能な帯域通過フィルタである、装置。
【請求項３８】
請求項３０記載の装置であって、
前記照明器は、広帯域照明器であり、
前記ハイパースペクトル画像化装置は、
ａ）前記サンプル表面から出射する波長の異なる光を角度で分離するための分散素子と、
ｂ）前記サンプル表面からの出射光の波長を観察対象として選択するよう構成された干渉計と、
ｃ）一次元波長分散を実行するよう構成された干渉計と、を含むグループから選択される、装置。
【請求項３９】
請求項３０記載の装置であって、さらに、
前記照射されたサンプル表面からの出射光に関する偏光情報を提供するよう構成された偏光計を備える、装置。
【請求項４０】
請求項３９記載の装置であって、
前記偏光計は、前記サンプルが走査された際に前記サンプル表面の画像を生成するよう構成された点測定分光反射率計である、装置。
【請求項４１】
請求項３０記載の装置であって、
前記解析器は、関数比較によって前記強度画像を参照強度画像と比較するよう構成されている、装置。
【請求項４２】
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
照射されたサンプル表面の第１の部分からの出射光の少なくとも１つの強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）であって、複数の波長λを含むと共に分光反射率測定技術を用いて形成された強度画像を、少なくとも１つの参照強度画像と比較する機能を実行するためのコンピュータ実行可能なコードを備える、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項４３】
サンプル表面の広域焦点ずれ欠陥を検出するための方法であって、
コヒーレントな単色光で前記サンプル表面を照射する工程と、
前記サンプル表面からの出射光の遠視野強度画像を観察する工程であって、前記遠視野強度画像は前記サンプル表面の空間フーリエ変換である、工程と、
前記遠視野強度画像を参照遠視野強度画像と比較する工程と、
前記比較から、前記サンプル表面の広域焦点ずれ欠陥の位置を特定する工程と、を備える、方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法であって、
前記サンプル表面からの出射光の遠視野強度画像を観察する前記工程は、前記遠視野パターンを観察するために前記サンプル表面から十分に遠い距離に結像面を準備する工程を含む、方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法であって、さらに、
前記結像面をカメラによって画像化する工程を備える、方法。
【請求項４６】
請求項４５記載の方法であって、さらに、
前記画像化から得られたデータを二値化すると共に、前記二値化されたデータをコンピュータで解析する工程を備える、方法。
【請求項４７】
請求項４４記載の方法であって、さらに、
画像平面を含む前記結像面に前記出射光を中継する工程を備える、方法。
【請求項４８】
請求項４７記載の方法であって、
画像平面を含む前記結像面に前記出射光を中継する工程は、出射する光束を大口径のレンズで直接的に捕らえる工程と大型の折り曲げられた鏡を用いる工程と内のいずれかを利用して行われる、方法。
【請求項４９】
請求項４３記載の方法であって、
前記遠視野強度画像を参照遠視野強度画像と比較する工程は、
サンプル視野から、前記視野のシグニチャを含む１つの画像を生成する工程と、
前記画像を他の同様の視野から生成された他の同様の画像と比較する工程と、を含む、方法。
【請求項５０】
請求項４６記載の方法であって、
前記二値化されたデータをコンピュータで解析する前記工程は、パターンを単純に減算した後に閾値化を行う工程を含む、方法。
【請求項５１】
請求項４３記載の方法であって、
前記参照遠視野強度画像は、焦点露出マトリクスウエハを用いて収集されたフーリエシグニチャのライブラリから選択されたフーリエシグニチャである、方法。
【請求項５２】
サンプル表面の広域焦点ずれ欠陥を検出するための装置であって、
サンプルを保持するためのホルダと、
前記サンプル表面に入射光を供給するよう構成されたコヒーレント単色光源と、
前記サンプル表面からの出射光の遠視野パターンを観察するために、前記サンプル表面から十分に遠い距離に配置された結像面と、
前記結像面を画像化するための画像化装置と、を備える、装置。
【請求項５３】
請求項５２記載の装置であって、
前記サンプルホルダは、ｘ−ｙステージを含む、装置。
【請求項５４】
請求項５２記載の装置であって、
前記画像化装置は、前記出射光を前記結像面に向けるよう配置されたレンズと、カメラと、を含む、装置。
【請求項５５】
請求項５２記載の装置であって、さらに、
画像平面を含む前記結像面に前記出射光を中継するためのリレーを備える、装置。
【請求項５６】
請求項５５記載の装置であって、
前記リレーは、出射する光束を直接的に捕らえるための大口径レンズと、大型の折り曲げられた鏡と、のいずれかである、装置。
【請求項５７】
請求項５２記載の装置であって、さらに、
前記画像化装置に接続されてデータを解析する解析器を備える、装置。
【請求項５８】
請求項５７記載の装置であって、
前記解析器は、コンピュータである、装置。
【請求項５９】
請求項５７記載の装置であって、
前記解析器は、サンプル視野から前記視野の遠視野パターンのシグニチャを含む１つの画像を生成すると共に、前記画像を他の同様の視野から生成された他の同様の画像と比較するよう構成されている、装置。
【請求項６０】
請求項５９記載の装置であって、
前記解析器は、さらに、パターンを単純に減算した後に閾値化を行うことにより、前記画像を他の同様の視野から生成された他の同様の画像と比較するよう構成されている、装置。
【請求項６１】
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
コヒーレントの単色光で照射されたサンプル表面に由来するサンプル視野から画像を生成する機能であって、前記画像は前記視野の遠視野パターンのシグニチャを含む、機能と、
前記画像を他の同様の視野から生成された他の同様の画像と比較する機能と、を実行するためのコンピュータ実行可能なコードを備える、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項６２】
サンプル表面の局所的および広域の焦点ずれ欠陥を検出するための方法であって、
コヒーレントな単色光で前記サンプル表面を照射する工程と、
前記サンプル表面からの出射光の遠視野強度画像を観察する工程であって、前記遠視野強度画像は前記サンプル表面の空間フーリエ変換である、工程と、
前記遠視野強度画像を参照遠視野強度画像と比較する工程と、
さらに、分光反射率測定技術を用いて、前記サンプル表面の部分からの出射光の強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）を形成する工程であって、前記強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）は複数の波長λを含む、工程と、
前記強度画像を参照強度画像と比較する工程と、
前記比較から、前記サンプル表面の局所的および広域の焦点ずれ欠陥の両方の位置を特定する工程と、を備える、方法。
【請求項６３】
請求項６２記載の方法であって、
コヒーレントな単色光で前記サンプル表面を照射する前記工程と、前記サンプル表面からの出射光の遠視野強度画像を観察する前記工程と、前記遠視野強度画像を参照遠視野強度画像と比較する工程と、は、全体的な欠陥検出のために実行され、
分光反射率測定技術を用いて前記サンプル表面の部分からの出射光の強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）を形成する工程と、前記強度画像を参照強度画像と比較する工程と、は、詳細な欠陥検出のために、前記サンプル表面上の選択されたスポットに対して実行される、方法。
【請求項６４】
請求項６２記載の方法であって、
前記分光反射率測定技術は、
ｅ）複数の波長を有する狭帯域光で前記サンプル表面を連続的に照射して、前記サンプル表面からの出射光を解析する工程と、
ｆ）広帯域光で前記サンプル表面を照射して、出射光の内の複数の狭い波長帯を選択し、少なくとも１つの帯域通過フィルタを用いて検出および分析を行う工程と、
ｇ）広帯域光で前記サンプル表面を照射して、前記サンプル表面から出射する波長の異なる光を分散素子を用いて角度で分離し、前記サンプル表面から出射する前記光を解析する工程と、
ｈ）広帯域光で前記サンプル表面を照射し、干渉計を用いて、前記サンプル表面からの出射光の波長を観察対象として選択する動作と、前記サンプル表面からの出射光の前記波長を一次元のみに分散させる動作と、の内のいずれかを実行する工程と、を含むグループから選択される、方法。
【請求項６５】
サンプル表面の局所的および広域の焦点ずれ欠陥を検出するための装置であって、
照射されるサンプルを保持するためのサンプルホルダと、
前記サンプル上に第１の入射光を供給するよう構成された照明器と、
前記照射されたサンプル表面からの出射光を検出するための検出器と、
前記照射されたサンプル表面からの第１の出射光の強度画像Ｉ（ｘ，ｙ，λ）を形成するよう構成されたハイパースペクトル画像化装置と、
前記強度画像を参照強度画像と比較するよう構成された解析器と、
前記サンプル表面に第２の入射光を供給するよう構成されたコヒーレント単色光源と、
前記サンプル表面からの第２の出射光の遠視野パターンを観察するために、前記サンプル表面から十分に遠い距離に配置された結像面と、
前記結像面を画像化するための遠視野画像化装置と、を備える、装置。
【請求項６６】
請求項６５記載の装置であって、
前記照明器は、広帯域照明器であり、
前記結像面は、前記第１の入射光が前記サンプル表面上に入射することを可能にするための開口を有するスクリーンである、装置。
【請求項６７】
請求項６６記載の装置であって、
前記ハイパースペクトル画像化装置は、画像化分光計であり、
前記装置は、さらに、前記画像化分光計が前記結像面に対する前記遠視野画像化装置の視野を妨げないように、前記第１の出射光を屈折させるよう配置された鏡を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の処理に関し、特に、リソグラフィ・ステッパ／スキャナによって引き起こされる焦点誤差の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路がより小さく、より速くなるのに伴い、素子の限界寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ（ＣＤ））は、小さくなる必要がある。現在の技術水準では、約０．１ミクロンの限界寸法が必要であり、製造業者は、６５ｎｍの横寸法を目指して努力している。したがって、より小さい形状を印刷するには、より良いリソグラフィの解像度が必要である。レイリー限界によると、解像度ｒは、以下の式に従って、開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ（ＮＡ））に逆比例する。
【数１】
2006208380.tif 000003
ここで、λは、回折限界システムに対する放射の波長である。したがって、与えられた光の波長に対して解像度を下げる（すなわち、改善する）ためには、ＮＡを増大する必要がある。ＮＡが大きくなることは、レンズの集束角が大きくなることを意味し、すなわち、１８０度の集束角が、最大のＮＡの値１を与える。現在のステッパは、１に近いＮＡを有し、最小サイズの形状の解像度を提供する。
【０００３】
ＮＡが増大した結果として、以下の式に従って、焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ（ＤＯＦ））が小さくなる。
【数２】
2006208380.tif 000004
従って、現在のステッパでは、解像度の改善により、ＤＯＦが小さくなる。これにより、フォトレジストにおける形状の焦点ずれの露出が、レジストの縁部を不鮮明にするため、リソグラフィに問題が生じる。その結果として、横方向の形状の寸法が不正確になることがある。焦点ずれが検出されないと、マイクロ回路の歩留まりが悪くなり、製造プロセスの後の方の多くの工程まで、その問題が検出されない場合もある。
【０００４】
ステッパは、一般に、自動焦点を備えており、自動焦点は、ステッパの各視野（通常、１つのダイまたはいくつかのダイ）に対する最良の焦点を検出する。しかしながら、以下に示すいくつかの要因が、局所的または全体的な焦点の問題を引き起こしうる。
１）レチクル（すなわち、マスタパターン）のマウントが傾く場合がある。これにより、全視野の焦点の問題が引き起こされる。
２）ステッパの自動焦点に、問題が生じる場合があり、それにより、全視野の焦点ずれが生じうる。これらの問題のいずれでも、約１インチの寸法の焦点ずれ領域が生じる。
３）ウエハの局所的な変形（例えば、ウエハの裏側における汚染または表側の構造への汚染によるもの）が、ホットスポットとして知られる局所的な焦点ずれを引き起こす場合がある。これらは、５０ないし１００ミクロンの直径を有しうる。
【０００５】
リソグラフィの現像後検査（Ａｆｔｅｒ−Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ（ＡＤＩ））の優先事項は、ステッパ／スキャナにおける焦点誤差の検出であり、それにより、即座に正確な動作を行うことができる。局所的および全視野の焦点ずれの検出の両方が必要である。従来、スキャナ／ステッパの焦点ずれは、手動の検査によって検出されていた。パターニングされレジストを現像されたウエハに対する手動の検査でしばしば用いられる方法の１つとして、狭帯域の拡散照射の下でウエハを観察してウエハにわたる色の変化を探す方法がある。回折格子の縁部のプロフィルを変更すると、その散乱のプロフィルが大幅に変化することで、明らかな色の変化が生じうることから、色の変化は、焦点のずれた領域の結果として生じる。このことを、回折格子の式から論じる。
ｓｉｎ（θ）−ｓｉｎ（θ1）＝ｎλ／Ｄ  （１）
ここで、
θ＝法線に対する観察の角度
θ1＝法線に対する照射の角度
ｎ＝整数の次数
λ＝波長
Ｄ＝回折格子のピッチ
集積回路上の繰り返しの構造は回折格子として機能し、上述のように、焦点のずれた領域は縁部を不鮮明にしているため、焦点ずれの領域が、色の変化によって示される。オペレータは、パターニングの詳細を解明することができない。すなわち、単に、パターニングされたレジストの領域の集合的な回折効果を検出しているに過ぎない（すなわち、マクロ検査）。式（１）から、角度あるいは波長の変化が格子の外観に影響することがわかる。
【０００６】
焦点ずれの領域を検出するための色の変化の手動観察には、目の３刺激色の反応と、任意の波長での階調の深さの制限から、厳しい制約がある。これは、通例、ウエハをウォブラ（ｗｏｂｂｌｅｒ）に取り付けて、オペレータに対して様々な角度で提示することによって補償される。その結果、人間の目は、わずかな色の変化だけでなく、ウエハが回転して揺れる際の色の変化すなわち「フラッシング」も検出できる。この方法は、局所的な焦点ずれの領域を観察するのに最も有効である。
【０００７】
自動マクロ検査システムも、マシンビジョン（すなわち、画像化技術）を用いて、他の欠陥と共に焦点ずれを検出するために用いられている。Ｎｉｋｏｎのマクロ検査システムのようなかかる検査システムは、手動検査で用いられるのと同様の回転傾斜マウントを用いて、ウエハを方位角の周りで傾斜および回転させる。高解像度のＣＣＤカメラが、テレセントリック光学系を通してそれらを画像化し、画像処理によって、観察された画像内の強度変化が検出される。ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製造の２４０１および２４３０検査システムは、狭帯域および広帯域の照射を用いており、モノクロセンサを用いて強度変化として焦点ずれを検出し、線走査機構を用いて画像化を行う。
【０００８】
既存の自動マクロ検査システムでは、可視光波長が用いられており、フォトレジストによって形成される回折格子のピッチが、用いられている光の波長よりも大幅に小さくなることから、ＣＤが小さくなるにつれて、焦点ずれの検出がますます困難になると予想される。より短い波長の光は、フォトレジストに損傷を与えうる。限界寸法が小さくなり続けると、局所的および広域の焦点ずれの欠陥に対して、焦点ずれ検出の感度を向上させる新しい方法の開発が重要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、ウォブラを用いない焦点ずれ検出のための改良方法および装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、コストを低減した焦点ずれ検出のための改良方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、より小型な焦点ずれ検出のための改良方法および装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、広域の焦点ずれ欠陥への感度を増大させた焦点ずれ検出のための方法および装置を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、より小さい限界寸法での焦点ずれ欠陥への感度を増大させた焦点ずれ検出のための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これらの目的の一部は、ハイパースペクトル画像化によって焦点ずれを検出する方法および装置によって達成される。
【００１５】
さらに、これらの目的の一部は、フーリエ空間解析を実行する方法および装置によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
回折格子の式（１）によると、回折スペクトルの変化（一般に、色の変化として観察される）は、入射光の角度または波長の変化によって引き起こされることがわかる。ウォブラを用いれば、角度の変化の影響を観察することが可能になるが、本発明は、一実施形態において、波長の変化を用いている。
【００１７】
本発明の第１の実施形態では、いくつかの異なる不連続な波長または波長スペクトルに対して収集された、ウエハの対象領域の画像における検出された散乱および回折光についての情報を蓄積することにより、焦点ずれが検出される。収集された情報は、空間（すなわち、画像）および波長スペクトルの情報である。この技術は、高度なスペクトル処理と共に用いられる場合には、しばしば、「ハイパースペクトル画像化」と呼ばれる。
【００１８】
従来のモノクロ画像は、二次元の関数Ｉ（ｘ，ｙ）であり、Ｉは、各点（ｘ、ｙ）からの散乱および回折光の強度である。ハイパースペクトル画像化では、波長λを変更することによりさらなる情報が収集され、強度画像Ｉ（ｘ、ｙ、λ）が生成される。実際には、スペクトル情報は、通例、連続的に収集されず、複数の不連続な波長について収集される。スペクトル情報は、いくつかの方法で得ることができる。
【００１９】
ａ）一群の狭帯域光での連続照射
第１の実施形態は、照射または検出中に、広帯域ソースから特定の狭い波長帯を選択する一連のフィルタを用いる。
【００２０】
図１ａは、固定吸収フィルタを用いた第１の実施形態の実装を示す図である。複数の光学狭帯域フィルタを備えるフィルタホイール１１５が、結像レンズ１２０とカメラ１１０との間に挿入されている。フィルタホイール１１５とカメラ１１０との間には、リレー１２７が配置されている。ウエハホルダ１０２上のウエハ１００は、黒体放射特性を備えたハロゲン白熱電球またはその他の光源など、広帯域光１０９を供給する照明器１０５によって照射される。ウエハに入射する光を平行にするために、鏡１０８を用いてよい。カメラ１１０は、ウエハ表面からの反射、回折、または散乱光を用いて、ウエハを画像化する。コンピュータ１２８は、データ分析およびパラメータの制御のために随意的に用いられる。別の実装では、固定吸収フィルタの代わりに、固定干渉フィルタが用いられる。
【００２１】
図１ｂは、フィルタホイール１１５の代わりに液晶ファブリペロ・エタロン干渉計１３０を用いた第２の実装を示す図である。可変電圧源１３５が、調節可能な電界を液晶に印可して屈折率を変えることにより、連続的に調節可能な帯域通過フィルタが実現される。別の実装では、ファブリペロ・エタロン干渉計の代わりに、二重屈折のリオフィルタを用いて連続的に調節可能な波長を提供する。１９９８年９月１５日に発行された米国特許Ｎｏ．５，８０９，０４８に、リオフィルタが記載されている。
【００２２】
第２の実施形態は、広帯域の照射をフィルタリングする代わりに、波長の異なるＬＥＤ群によって照射を行うことにより、一連の異なる照射波長を直接的に提供する。
【００２３】
ｂ）波長の異なる出射光を角度で分離するための分散素子（例えば、プリズムまたは回折格子）の利用
スペクトル情報は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製造のＳｐｅｃｔｒａ  ＣＤシステムなど、点測定システムを用いて取得可能であり、次いで、空間情報が、走査画像作成法を用いて取得される必要がある。Ｓｐｅｃｔｒａ  ＣＤシステムの詳細は、データ分析およびデータベースとのシグニチャマッチングを含めて、２００２年１１月１９日に発行された米国特許Ｎｏ．６，４８３，５８０に記載されており、その特許は、参照によって本明細書に組み込まれる。あるいは、Ｆｉｌｍｅｔｒｉｃｓ製造のＳＴ  Ｍａｐｐｅｒシステムなどの画像分光計を用いて、空間およびスペクトル情報の両方を提供してもよい。
【００２４】
ｃ）観察のための波長の選択または一次元のみへの波長の分散のための干渉計の利用
この方法は、干渉計からの干渉信号が、スペクトル強度曲線のフーリエ変換を引き起こすことから、一般にフーリエ変換分光法と呼ばれる。サンプルのスペクトル画像を形成するための干渉計の利用は、１９９８年１１月１０日に発行された米国特許Ｎｏ．５，８３５，２１４に記載されており、その明細書は、参照によって本明細書に組み込まれる。波長の選択のためのファブリペロまたはマイケルソン干渉計や、一次元波長分散のためのサニャクまたは一般的な「ウィスクブルーム（ｗｈｉｓｋｂｒｏｏｍ）」または「プッシュブルーム（ｐｕｓｈｂｒｏｏｍ）」型干渉計など、多くの種類の干渉計が用いられてよい。頑丈さと動きの影響を受けにくいことから、本願では、サニャク干渉計の利用が望ましい。
【００２５】
図１ｃは、サニャク干渉計を用いたフーリエ変換分光計の実装を示す図である。照明器１０５からの広帯域の照射は、ｘｙステージ１０２に取り付けられたサンプル１００に入射する（図では、鏡１３８によって反射されて法線入射する様子が示されているが、斜め入射も可能である）。一次元的にステージを走査することにより、画像が形成される。出射光は、レンズ１４０および開口１４５を通過して、サニャク干渉計１７５に至る。ビームスプリッタ１５０が、２つの反対方向、すなわち、鏡１５５に向かう方向と、フーリエ変換レンズ１６０および円柱レンズ１６５を通して二次元センサ配列１７０に向かう方向とに、光を送る。鏡１５５が、互いに対してわずかに傾けられているため、２つの光路長はわずかに異なっている。サンプル上の２つの近接したスポット間で、干渉が観察される。フーリエ変換レンズ１６０は、無限平面をより近い位置に動かし、円柱レンズ１６５は、一次元についてのフーリエ変換を取り消すが他の次元については保持する。空間およびスペクトル画像形成のためのデータ解析は、コンピュータ１２８によって実行される。
【００２６】
ｄ）焦点ずれ欠陥を検出および観察するための画像化偏光分析法の利用
偏光解析情報Ｉ（ｘ，ｙ，λ，Ｐ，Ｐ’）を収集することにより、分光反射率測定をさらに強化できる。ここで、Ｐは、照射光の偏光であり、Ｐ’は、反射光の偏光である。この目的で利用可能なシステムの一例としては、ＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒのＡｒｃｈｅｒ分光偏光解析器が挙げられる。
【００２７】
この方法は、長い形状、特に金属配線などの導電特性に対する感度を向上させる。偏光分析法のための照射は、斜めの角度で入射する。その角度は、長い配線に関して選択的な方向を有する。さらに、サンプル上の長い導電線は、「偏光格子」として機能することが可能であり、法線入射であっても、導電線に平行な電界と電磁放射を短絡させることができる。最終的に、斜め入射する照射は、表面が比較的反射する鏡状の表面であることから、最上部のサンプル層をより良好に分離できる。本実施形態では、偏光がサンプル上に入射する。サンプルからの反射光は、サンプルが光の偏光に与えた影響を決定するために解析される。
【００２８】
図２は、点測定分光反射率計で偏光情報を収集できる構成を示す図である。上述の米国特許Ｎｏ．６，４８３，５８０に、より完全な記載が含まれている。照明器２１０からの斜め入射光は、偏光器２１５を通ってサンプル２００に入射する。サンプル２００は、ｘｙステージ２０５に取り付けられている。出射光は、解析器２２０を通って分光計２２５に入る。照明器２３０からの光は、ビームスプリッタ２３５およびレンズ２４０を通って、サンプル２００に法線入射する。反射光は、分光反射率計２４５によって検出される。コンピュータ２５０は、データ解析を実行すると共に、ｘｙステージの行路を制御して走査を行うことで画像を生成し、さらに、他のシステムパラメータを制御する。
【００２９】
偏光分析法を用いないと、焦点ずれと他のプロセスまたは材料の問題とを区別するために利用可能なデータが十分でない場合があるため、偏光情報を追加することにより焦点ずれ検出を強化することができる。偏光分析法によってさらなるパラメータを追加することで、十分なデータを提供することができる。しかしながら、追加のデータは、より複雑な計算とデータ解析とを必要とする。
【００３０】
上述の実施形態のいずれかにより、複数の測定値を取得し、異なる波長帯を用いて画像を生成するか、もしくは、連続的な波長スペクトルを取得する。異なるダイ上の同等の領域の回折スペクトルおよび画像を比較する、または、対象となる領域の「焦点ずれシグニチャ」と焦点露出マトリクスウエハの「焦点ずれシグニチャ」とを比較することにより、焦点ずれを検出できる。焦点露出マトリクスウエハは、プロセス監視のために一般的に用いられる。その比較は、単一値の比較とは対照的に関数の比較であり、例えば、χ2検定やスペクトルの統計値の比較などの同様の関数比較技術を用いることにより、様々な方法で実現可能である。測定に用いられる異なる波長帯の期待最小数は、焦点ずれシグニチャを検出するためには約５ないし１６の範囲であるが、パターンの詳細によっては、より多くの数が必要になる場合もある。正確な波長とスペクトル帯の数は、焦点露出マトリクスを用いる場合には、レシピ設定時間に決定可能である。実際のサンプルパターンからのスペクトルのライブラリすなわち参照データベースが、使用中のサンプルスペクトルとの比較のために生成されてもよいし、あるいは、数値シミュレートされたスペクトルのライブラリが生成されてもよい。
【００３１】
データ解析と、ライブラリのスペクトルの計算およびスペクトルとの比較は、一般に、波長の変化などの制御機能の実行も可能なコンピュータによって実行される。分光偏光解析および分光散乱光解析のためのデータ解析については、上述の米国特許Ｎｏ．６，４８３，５８０に記載されている。
【００３２】
本発明の別の実施形態では、フーリエ光学の原理を用いて、広域の焦点ずれ欠陥への感度の向上が実現される。以下、その技術を、「フーリエ空間解析」と呼ぶこととする。上述のような従来の画像化技術は、画像内に空間情報が保持されることで、広域の欠陥の位置決めが比較的不正確になっていることから、最適ではない。焦点ずれの影響は、拡散する傾向があるため、空間的な画素ごとの解析の効果は最適ではない。
【００３３】
フーリエ光学の基本原理は、物理的な空間において局在する影響がフーリエ領域において拡散することと、物理的な空間において拡散する影響がフーリエ領域において局在することである。この現象は、フーリエ空間への変換が、拡散した焦点ずれなどの拡散した影響の検出および位置決めを強化しうるという所見につながる。本発明の第２の実施形態は、光学フーリエ変換、すなわち、空間的な画像のフーリエ変換を提供して、転移を実現する。
【００３４】
対象物が平面波（すなわち、コヒーレントな（干渉性の）単色光）で照射されると、対象物に入射する光は、無限遠（遠視野）において、照射されている対象物の空間フーリエ変換である光のパターンが観察されるように、回折および散乱する。この影響が起きるためには、屈折光学系も反射光学系も必要ない。対象物の表面において、情報は純粋に空間的である。無限遠においては、純粋に周波数情報であり、それらの間においては、両者の混合である。対象物が、（集積回路ウエハなどの）周期的な構造を有する場合、形成される遠視野のパターンは、パターンの繰り返し周波数に対応するいくつかの非常に強い「点」を含む。特に、対象物の広い領域を覆う繰り返しパターンは、強く角度の鋭い光の「束」を引き起こし、空間領域における小さい分離した対象物は、かかる光束を形成することなく、多くの方向の角度にエネルギを分散させる。したがって、視野の焦点ずれなど、空間的に拡散する影響により、コントラストの高い光線束が生じる。対象物に出現する構造のいずれも分解することなしに、焦点ずれの影響を観察することができる。焦点ずれによって引き起こされるレジストのプロフィルの変化などの繰り返しの小さい変化は、フーリエパターンにおける大きな変化としてフーリエ空間内で観察できる。遠視野のパターンは、対象物におけるパターンの規模によっては、対象物の比較的近く（例えば、対象物から数インチ）に形成されうる。「無限」へのさらなる伝播によって、光線束は、より良好に分離する。
【００３５】
本発明は、無限遠におけるフーリエ変換の出現を引き起こすためにレーザからのコヒーレントな単色光でウエハの照射を行い、さらに、遠視野のパターンを無限から制御された有限の位置へと移動させるために屈折または反射光学部品を随意的に挿入する。
【００３６】
図３は、本発明のこのような実施形態を示す図である。ウエハ３００は、ｘ−ｙステージ３１０に取り付けられる。フーリエパターンは、位置決めの影響を受けにくいため、ステージの精度は、あまり高い必要はない。レーザ３２０は、ビーム拡大器３４０によって拡大されて、ある角度でウエハ３００に入射するレーザ光線３３０を出力する。なお、その角度は、図では垂直ではないが、法線入射に変更されてもよい。１または複数の開口３５０は、ウエハ上のサンプル視野の境界と一致するように光線を局在させる。遠視野のパターンは、Ａｃｒｙｌｉｔｅ  ＤＦなどの拡散材料からなるスクリーン３６０（図に示すように、湾曲すなわち半球形であってもよいし、平坦でもよい）上で観察される。
【００３７】
従来のカメラ３７０およびレンズ３８０は、スクリーンを画像化してデータを二値化する。用いられるカメラは、優れたダイナミックレンジを有することが好ましく、それは、段階的に露出時間を長くして複数の露出を実行することにより実現されてよい。この方法は、より長い露出で、明領域の飽和を引き起こすが、暗領域はより強くなる。これにより、カメラのダイナミックレンジは効果的に増大するが、アンチブルーミング手段が必要になる。コンピュータ３９０が、データ解析のために用いられ、さらに必要に応じて処理パラメータの制御のために用いられる。
【００３８】
スクリーンの代わりまたは追加として、他の光学部品を用いてもよい。例えば、出射する光束を直接的に捕らえて画像平面に中継するために、大口径のレンズを用いてもよい。かかるレンズは、大口径であり、製造コストが高いが、低品質のプラスチックレンズでも十分であり、高品質のレンズよりもコストがはるかに低い。第２の代替物としては、出射光を画像平面に中継するために、大型の折り曲げられた鏡を用いる方法がある。かかる鏡は、低コストだが、焦点距離が長く、システムのサイズが大きくなる。光学的に折り畳むことにより、この問題を軽減することができる。
【００３９】
各サンプル視野は、１つの画像を生成し、その画像は、その視野のシグニチャを含む。それらの画像を他の同様の画像と比較することにより、広域の欠陥が検出される。その画像は、画像の比較的小さい部分に欠陥に関連する情報が含まれており、大部分が暗くてよい。
【００４０】
上述のフーリエ空間解析から焦点ずれの情報を抽出するために、コンピュータによるデータ解析が用いられる。大規模な欠陥にフラグを立てるために用いられるアルゴリズムの詳細は、画像化される構造によって決まる。最初の近似の際には、パターンを単純に減算して、次に閾値化を行うことで十分である。さらに、取得された画像の特定の領域を無視することにより、空間フィルタリングを実行することができる。プロセス監視のために一般的に用いられる標準焦点露出マトリクスウエハを用いて、フーリエシグニチャのライブラリを収集することも可能である。本発明の本実施形態は、完全なフーリエスペクトルを用いると共に、完全な照射野からのデータを用いるため、焦点ずれなど、広域すなわち広範囲の欠陥に対する感度を（画素ベースの画像化方式に比べて）増大させる。
【００４１】
本発明の別の実施形態は、上述の実施形態の内の複数を組み合わせて、局所的および広域の焦点ずれ欠陥の両方に対する感度を改善する。図４は、画像化分光計を用いたハイパースペクトル解析と、広域の焦点ずれ欠陥のフーリエ画像化とを組み合わせる実施形態に対する構成の一例を示す。スクリーン３６０の開口４３０により、照明器４２０からの広帯域の照射がサンプル３００上に法線入射することが可能になっている。鏡４４０は、画像化分光計が、スクリーン３６０に対するカメラ３７０の視野を妨げないように、光を屈折させる。画像化分光計４１０は、サニャク干渉計の構成を有するよう図示されているが、他の種類の干渉計や他の画像化分光計を用いてもよい。可能な方法としては、全体的な欠陥検出のためのフーリエ空間解析の後に、点測定または画像化分光計を用いて、いくつかの選択されたスポットに焦点を合わせる方法がある。
【００４２】
本発明は、サンプル表面からの反射、回折、および散乱光に関する追加の情報を検出および解析することにより、局所的な欠陥と広域の欠陥の両方に対して、焦点ずれ検出の感度を改善するための方法および装置を提供する。この追加の情報は、スペクトル、偏光、または周波数のデータと、空間情報とを含んでよい。すべての実施形態を、このマクロ検査システムに統合することができる。
【００４３】
焦点ずれ検出を最適化するために、各ウエハ上のダイ間のストリートの中など、使用しない箇所に、特別なターゲットを印刷してもよい。ターゲットは、良好に制御された回折格子構造など、焦点ずれを示すよう設計される。
【００４４】
本発明は、本明細書に記載した正確な実施形態に限定されない。本発明の概念から逸脱することなく、変更や変形を実施できることは、当業者にとって明らかである。例えば、全視野の焦点ずれを判断する目的で画像化の代わりにスポットサンプリングを行うために、どの方法を用いてもよい。例えば、レーザ、アーク灯、蛍光源、発光源など、他の種類の様々な波長の照明源を用いることができる。他の種類の干渉計を用いてもよい。本発明の範囲は、特許請求の範囲に従って解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１ａ】複数の光学狭帯域フィルタを備えるフィルタホイールを用いた本発明の一実施形態を示す図。
【図１ｂ】液晶ファブリペロ・エタロン干渉計を用いた本発明の一実施形態を示す図。
【図１ｃ】サニャク干渉計を用いた本発明の一実施形態を示す図。
【図２】分光偏光解析器を用いた本発明の一実施形態を示す図。
【図３】フーリエ光学を用いて広域の焦点ずれ欠陥を検出する本発明の一実施形態を示す図。
【図４】ハイパースペクトル解析とフーリエ画像化とを組み合わせた本発明の一実施形態を示す図。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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