(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理フォトマスクまたはウェーハにおける位相欠陥を検出する方法であって、
前記半導体処理フォトマスクまたはウェーハから反射される、またはそれを透過する光ビームを少なくとも４つの要素を備える検出器において集めること、
それぞれ第１信号および第２信号を発生するために、前記少なくとも４つの要素のうちの少なくとも第１要素および前記少なくとも４つの要素のうちの少なくとも第２要素を選択することであって、ここで前記第１要素および前記第２要素は、前記フォトマスク上の前記第１光ビーム位置の近傍における前記フォトマスク上の不透明パターンラインの向きに対応するよう選択される、こと、および
前記第１信号および前記第２信号間の差を得ることによって、位相欠陥が存在するかを示す欠陥信号を生成すること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記光ビームは前記フォトマスクまたはウェーハ上にフォーカスされる方法。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の方法であって、
前記検出器の４つの象限のそれぞれは、前記４つの要素の１つを少なくとも有しており、
前記検出器は、前記４つの象限のうちから選択された一つの象限から集められた光であって他の３象限から集められた光から隔離された光に対応する信号を与えるよう構成される方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の方法であって、前記少なくとも４つの要素は、デカルトグリッドパターンに構成される方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の方法であって、前記少なくとも４つの要素は、極グリッドパターンに構成される方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の方法であって、
前記第１信号は、前記少なくとも４つの要素のうちの前記第１要素及び第３要素の信号の和を取ることによって生成された和信号であり、
前記第２信号は、前記少なくとも４つの要素のうちの前記第２要素及び第４要素の信号の和を取ることによって生成された和信号である、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記検出器は、少なくとも４つの要素を有する中心領域を備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記中心領域は、前記検出器の中心についての円形領域を備える方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の方法であって、前記検出器は、前記中心領域を囲む検出器要素の第１バンドをさらに備える方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、検出器要素の前記第１バンドは、第１環状領域として構成される方法。
【請求項１１】
請求項９から１０のいずれかに記載の方法であって、前記検出器は、前記第１バンドを囲む検出器要素の第２バンドをさらに備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、検出器要素の前記第２バンドは、第２環状領域として構成される方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記中心領域、前記検出器要素の前記第１バンドおよび前記第２バンド内のそれぞれの検出器要素は、前記検出器の中心について半径方向に対称な構成に配置され、前記検出器中心における中心を有する角度を持った扇形によって規定される方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の方法であって、第１要素および第２要素を前記選択することは、プログラムされた論理を用いることを含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記プログラムされた論理は、前記検出器要素に結合された汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、およびＦＰＧＡのうちの一つの中に含まれる方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の方法であって、前記光ビームを前記フォトマスク上の第２位置に移動させること、および前記プログラムされた論理の状態にしたがって請求項１の前記ステップを繰り返すことをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の方法であって、前記フォトマスクまたはウェーハ上の複数の位置について請求項１の前記操作を繰り返すことによって、画像信号を生成すること、および欠陥を特定するために、前記画像信号を、前記フォトマスクまたはウェーハ上の同じダイ、前記フォトマスクまたはウェーハ上の他のダイ、またはデザインデータベースからのパターンのうちの一つの上にある同様のパターン位置と比較することをさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記第１および第２信号の和を得ることによって、パターン欠陥が存在するかを示す第２の欠陥信号を生成することを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記フォトマスクまたはウェーハ上の複数の位置について請求項１８の前記操作を繰り返すことによって、同時に差分画像信号および加算画像信号を発生することをさらに含む方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれかに記載の第１モードにおいて半導体処理フォトマスクまたはウェーハにおける位相欠陥を検出する方法であって、前記方法は第２モードにおいてさらに、
前記半導体処理フォトマスクまたはウェーハから反射される、またはそれを透過する光ビームを少なくとも４つの要素を備える検出器において集めること、および
前記少なくとも４つの要素のうちのそれぞれを選択すること、および前記信号を加算することによって、パターン欠陥が存在するかを示す第３の欠陥信号を発生すること
を含む方法。
【請求項２１】
半導体処理フォトマスクまたはウェーハにおける位相欠陥を検出するよう構成される走査光学顕微鏡システムであって、
前記半導体処理マスクまたはウェーハの表面に向けて光ビームを導く光ビーム発生器、
少なくとも４つの要素を備える検出器であって、前記少なくとも４つの要素のうちの少なくとも第１要素および第２要素は、それぞれ第１信号および第２信号を発生するために用いられ、前記第１要素および前記第２要素は、前記フォトマスクまたはウェーハ上の前記第１光ビーム位置の近傍にある前記フォトマスクまたはウェーハ上の不透明なパターンラインの向きに対応するよう選択される、検出器、および
前記第１信号および前記第２信号間の差を得ることによって位相欠陥が存在するかを示す欠陥信号を生成するよう構成される分析器
を備える走査光学顕微鏡システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記光ビームは、前記フォトマスクまたはウェーハ上にフォーカスされる走査光学顕微鏡システム。
【請求項２３】
請求項２１から２２のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、
前記検出器の４つの象限のそれぞれは、前記４つの要素の１つを少なくとも有しており、
前記検出器は、前記４つの象限のうちから選択された一つの象限から集められた光であって他の３象限から集められた光から隔離された光に対応する信号を与えるよう構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項２４】
請求項２１から２３のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記少なくとも４つの要素は、デカルトグリッドパターンに構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項２５】
請求項２１から２４のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記少なくとも４つの要素は、極グリッドパターンに構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項２６】
請求項２１から２５のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、
前記第１信号は、前記少なくとも４つの要素のうちの前記第１要素及び第３要素の信号の和を取ることによって生成された和信号であり、
前記第２信号は、前記少なくとも４つの要素のうちの前記第２要素及び第４要素の信号の和を取ることによって生成された和信号である、走査光学顕微鏡システム。
【請求項２７】
請求項２１から２６のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記検出器は、少なくとも４つの要素を有する中心領域を備える走査光学顕微鏡システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記中心領域は、前記検出器の中心についての円形領域を備える走査光学顕微鏡システム。
【請求項２９】
請求項２１から２８のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記検出器は、前記中心領域を囲む検出器要素の第１バンドをさらに備える走査光学顕微鏡システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の走査光学顕微鏡システムであって、検出器要素の前記第１バンドは、第１環状領域として構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項３１】
請求項２９から３０のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記検出器は、前記第１バンドを囲む検出器要素の第２バンドをさらに備える走査光学顕微鏡システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載の走査光学顕微鏡システムであって、検出器要素の前記第２バンドは、第２環状領域として構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項３３】
請求項３２に記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記中心領域、前記検出器要素の前記第１バンドおよび前記第２バンド内のそれぞれの検出器要素は、前記検出器の中心について半径方向に対称な構成に配置され、前記検出器中心における中心を有する角度を持った扇形によって規定される走査光学顕微鏡システム。
【請求項３４】
請求項２１から３３のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記分析器は、プログラムされた論理を用いることによって第１要素および第２要素選択するようさらに構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項３５】
請求項２１から３４のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記分析器は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、およびＦＰＧＡのうちの一つである走査光学顕微鏡システム。
【請求項３６】
請求項３４から３５のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記分析器は、前記光ビームを前記フォトマスク上の第２位置に移動させること、および前記プログラムされた論理の状態にしたがって請求項１の前記ステップを繰り返すようさらに構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項３７】
請求項２１から３６のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記分析器は、前記フォトマスクまたはウェーハ上の複数の位置について請求項１の前記操作を繰り返すことによって、画像信号を生成すること、および欠陥を特定するために、前記画像信号を、前記フォトマスクまたはウェーハ上の同じダイ、前記フォトマスクまたはウェーハ上の他のダイ、またはデザインデータベースからのパターンのうちの一つの上にある同様のパターン位置と比較するようさらに構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項３８】
請求項２１から３７のいずれかに記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記分析器は、さらに、前記第１および第２信号の和を取ることによって、パターン欠陥が存在するかを示す第２の欠陥信号を生成するように構成される、走査光学顕微鏡システム。
【請求項３９】
請求項３８に記載の走査光学顕微鏡システムであって、前記フォトマスクまたはウェーハ上のそれぞれの検査された位置について前記欠陥信号および前記第２の欠陥信号を得るようさらに構成される走査光学顕微鏡システム。
【請求項４０】
照射画像化システムを用いて半導体処理中に検査される物体中の位相欠陥を検出する方法であって、
少なくとも１つのソースから照射を生成して、少なくとも４つの異なる方向から前記検査物体を照射すること、
前記少なくとも４つの異なる方向のうちの少なくとも第１および第２方向に対応する前記照射を集めることであって、前記照射は前記検査物体から反射され、またはそれを通って透過され検出器に至るものである、こと、および
前記第１方向に対応する前記集められた照射、および前記第２方向に対応する前記集められた照射からの差分信号を与えること
を含む方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、前記照射は、前記検査される物体上にフォーカスされる方法。
【請求項４２】
請求項４０から４１のいずれかに記載の方法であって、前記照射は、４つの異なる位置にある４つの異なる開口によって提供される方法。
【請求項４３】
請求項４０から４２のいずれかに記載の方法であって、前記照射は、それぞれの開口から順次集められる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスにおいて用いられるマスク中の欠陥を検出する方法および装置に関する。より具体的には本発明は、位相シフトマスク中の欠陥を検出する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの製造は典型的には、ウェーハのレイヤ上に回路パターンを作るためにフォトリソグラフィに依存する。ウェーハは、「フォトレジスト」でコーティングされる。それから光がそのマスクを通して照射され、ウェーハ上に画像が形成される。フォトレジストは、感光性の材料である。ネガフォトレジストは、露光されると堅くなったり硬化し、露光されなかった領域が洗い流されえる。例えばあるシステムでは、紫外光がフォトレジストレイヤの一部を露光するために用いられる。ポジフォトレジストは、逆に反応し、露光された領域が洗い流される。残ったフォトレジストがマスクとして働き、材料がフォトレジストによって覆われない領域に堆積され、それよってウェーハ上にパターンが形成される。それからフォトレジストが除去される。
【０００３】
設計者および製造者は、より小さいフィーチャを持つ回路は一般により高速で歩留まり（標準的な半導体ウェーハから製造される使用可能なチップの個数）が高いということを認識した上で、ウェーハからより小さいデバイスを開発するために常に格闘してきた。フォトリソグラフィ装置の製造者は、一般に、より小さいフィーチャサイズを達成するために１９３ｎｍ未満の現在のサイズに至るまでより小さい波長を段階的に使用する装置を採用してきている。しかし回路フィーチャのサイズが小さくなるにつれ、フォトレジストマスクを作るために用いられる光の波長およびウェーハフィーチャサイズ間の収束のような物理的限界は、同じ半導体製造装置を用いてのフィーチャサイズのさらなる縮小に対して障壁になる。
【０００４】
このような装置の設計者は、位相シフトマスク（ＰＳＭ）がより小さいフィーチャのパターニングを可能にし、ＰＳＭからフォトレジストパターンを作るのに用いられる光の波長にフィーチャサイズが近づいてもそのようなパターニングが可能であることを発見した。ＰＳＭの使用は場合によっては、最小フィーチャサイズを半分に小さくしえる。ＰＳＭを用いると、マスクはもはや設計形状のようには見えない。その代わりにＰＳＭは、ＰＳＭを通過する光の干渉による強め合いおよび弱め合いの結果として設計形状を生むような形状を含む。交互の位相シフトマスクは、マスクに小さいくぼみをエッチングするためのエッチング手法を一般に用いる。くぼみを透過する光は、エッチングされていない領域に比べて位相シフトを受け、ウェーハにおいてよりシャープなイメージを形成する。全体のプロセスは最小フィーチャサイズについての特定のデザインルールを用いるが、ＰＳＭは、既存のリソグラフィツールを用いてより積極的なクリチカルディメンジョンを持つ回路が一貫して作られることを可能にする。
【０００５】
既存の装置を使いつつフィーチャサイズを小さくすることが重要であるために、半導体および半導体装置製造者は、ＰＳＭ欠陥を検出することを強く動機付けられている。フィーチャの小さいサイズおよびマスクから作られるべきウェーハの容積を考慮すれば、適切ならマスクをリペアするか、または修復不可能なマスクを製造前に廃棄するかのいずれかのためにマスク内で欠陥を検出することが重要である。
【０００６】
光学的方法のような従来の検出技術は、ガラスマスク上の典型的なクロムの欠陥を特定するにはうまく機能する。これら欠陥は、意図しない場所へのクロムの配置、および所望のクロム部分に存在しないことが含まれる。ガラスマスク上の従来のクロムは、図１Ａおよび１Ｂに示される。図１Ａは、透明レイヤ１０６上に堆積されたクロム部分１０２および１０４の断面図を示す。レイヤ１０６の典型的な材料は、その光の透過性のために石英である。図１Ｂは、典型的な欠陥１０８を示すフォトマスクの上面図である。従来の光学的検査法は、このような欠陥を特定するにはうまく機能するが、これは欠陥を透過する光の強度が直接に影響される、すなわち通常、不透明なクロム部が存在しないことで光が透過し、そのような検出が予期されない位置で検出されえるからである。グラス上の不純物は、透過光または反射光、またはそれら２つの組み合わせのいずれかを用いて特定されえる。欠陥は、マスクを透過し、それから反射する光の強度に直接に影響を与え、上述の従来の技術による測定を可能にする。
【０００７】
しかし位相シフト欠陥は、従来なかった問題を起こす。位相物体（phase object）の画像化および位相欠陥の検出は典型的には、位相情報を画像化検出器における強度差に変換するために特別な画像化方法を必要とする。これを達成するために多くの方法が提案されてきており、それにはゼルニケ位相コントラスト、差分干渉コントラスト（ＤＩＣ）、差分位相コントラスト（ＤＰＣ）、デフォーカストイメージング、および干渉法が含まれる。これら方法のほとんどは、イメージングシステムの瞳平面内での光波面の位相遅延を、与えられた位相欠陥または位相物体のために検出器において最大の強度効果を作りだすように変換することを伴う。最適化された方法は、物体内に存在する位相シフトに大きく依存する。生物サンプル中では弱い位相シフトが画像化されなければならない。フォトリソグラフィのための位相シフトマスク中では強い位相シフタが用いられる。その結果、位相シフトマスク上の位相欠陥のための高感度欠陥検出システムは、強い位相および振幅物体の存在中の弱い位相物体を検出しなければならない。設計で特に関心があるのは、位相エッジに対するシステムの応答である。自動化されたフォトマスク検査システムの他の重要な局面は、位相物体に対するシステム応答が物体の平面内で等方性であるかどうかである。ＤＩＣまたはノマルスキー法またはリニアＤＰＣ法によって得られる異方性応答は、視認検査では受け入れられるかもしれないが、自動検査においては複雑にさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の理由で、強い振幅および位相シフトの両方が存在する中で位相シフトマスク欠陥を検出できる改良された方法および装置の要求が存在する。特に、クロムエッジ（chrome edges）またはエッチングされたクオーツエッジ（etched quartz edges）の近傍の位相欠陥を検出する改良された方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述のことを達成するため、本発明は、位相欠陥を検出する装置および方法を提供する。
【００１０】
本発明は、一般にスキャナタイプ画像化システムに依り、フォトマスク上の位相欠陥をマスクを透過する光の変調によって検出する。本発明を実施するための多くの詳細は明細書中ではスキャナについて記載されている。本明細書に記載された詳細を吟味すれば当業者なら本発明はプロジェクタタイプの画像化システムでも実現されえることが理解されよう。
【００１１】
具体的にはあるグループの実施形態において、本発明は、検出器の選択された要素からの画像強度の差分検出と共に少なくとも４つの要素を有する複数の要素検出器を用いた光学画像化システムの瞳平面における波面の位相の変調に依る。一般に、複数の要素は、少なくとも１つの要素を検出器の象限のそれぞれに有する構成であり、要素の組み合わせは、少なくとも水平、垂直、および対角方向において選択的に差分信号を与えるよう構成される。フォトマスク上のようなパターンエッジ近傍に位置する位相欠陥から発生される信号を強調するために、選択された検出器要素からの差分信号が得られる。
【００１２】
ある実施形態において、半導体処理フォトマスクまたはウェーハにおける位相欠陥を検出する方法が開示される。前記半導体処理フォトマスクまたはウェーハから反射される、またはそれを透過する光ビームが少なくとも４つの要素を備える検出器において集められる。第１信号を発生するために少なくとも１つの要素が用いられ、第２信号を発生するために少なくとももう一つの要素が用いられる。第１および第２信号のための要素は、前記フォトマスク上の不透明パターンラインの向きに対応するよう選択され、よって欠陥信号の感度を高める。前記第１信号および前記第２信号は結合されることによって、欠陥が存在するかを示す差分信号を形成する。
【００１３】
他の実施形態において、第１および第２信号を形成するための検出器要素の選択は、検出器要素に結合された汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、およびＦＰＧＡの中に含まれるプログラムされた論理を用いて実行される。具体的な実施形態において、検出器要素の選択および第１および第２要素からの画像要素の生成は、フォトマスク上の複数の位置について繰り返されて、画像信号を生成する。画像信号は、前記フォトマスクまたはウェーハ上の同じダイ、前記フォトマスク上の他のダイ、またはデザインデータベースからのパターンのうちの一つの上にある同様のパターン位置からの画像信号と比較されることによって、欠陥を特定する。
【００１４】
本発明のこれらの、および他の特徴および優位性は、以下に図面を参照して記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付の図面とあわせれば本発明は以下の詳細な説明によって容易に理解されるだろう。添付の図面においては同様の参照番号は同様の構成要素を示す。
【００１６】
本発明の具体的な実施形態がこれから参照される。これら実施形態の例は、添付図面に示される。本発明はこれらの具体的な実施形態について説明されるが、これらの実施形態に本発明を限定されるよう意図されないことが理解されよう。むしろ添付の特許請求の範囲に規定されるように本発明の精神および範囲内に含まれるように、代替物、改変物、および等価物を含むように意図される。以下の説明において、多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明を完全に理解するために提供されるものである。本発明は、これら特定の詳細の一部または全てをなしに実施されえる。あるいはよく知られたプロセス操作は、本発明の趣旨を不必要にぼかさないために詳細には説明されない。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態は、欠陥によって生じる位相シフトに基づいて、位相シフトマスク中のそれらの存在を検出する。位相シフトマスクは、マスクを通って移動しフォトレジストレイヤを半導体ウェーハ上に露光する光波の位相を変化させる。位相シフト（例えば１８０度分の）は、マスクを通る特定の部分の光を打ち消し、それによってより小さいフィーチャを印刷できる。図２Ａは、交互の位相シフトマスク２００の断面図である。位相シフトは、石英マスク材料２０４のエッチングされた部分２０２から生じる。エッチングされた部分を透過した光は、エッチングされていないマスク材料２０４の部分を透過する光に比べて進み位相シフトになる。エッチング部分２０２の典型的なエッチング深さは、屈折率１．５を持つマスク内に１８０度の位相シフトを作るために約１波長、すなわち約２５０ｎｍである。欠陥例は、エッチングが１つ以上の領域において完全な深さまで行われなかったときのバンプ（例えば図２Ｂに示される２１０）、およびエッチングされた表面２１２およびエッチングされていない表面２１４の両方に位置しえるくぼみ（divot）（例えば２１１）を含みえる。本発明の検出手法は、バンプ２１０またはくぼみ２１１のような欠陥を透過するときの、入射界の回折を利用する。
【００１８】
本発明は、検出器をそれぞれが別個の信号群を提供できるセグメント群に分割することによって、高められた位相欠陥感度を一般に提供する。実施形態の第１グループにおいて、検出器は、環状領域に分割され、改良された位相コントラストは、デフォーカシングと併せて検出器セグメントからの差分信号を用いた検出から得られる。実施形態の第２グループにおいて、改良された位相コントラストは、検出器の４象限のうちのそれぞれのものを表す少なくとも１つのセグメントを持つセグメント群に分割された検出器と共に、欠陥のために検査されるべき領域を囲むパターンラインの構成に対応させるためにそれらセグメント群を選択的に選択することから得られる。本発明は、スキャナタイプのイメージングシステムに一般に依存し、そのマスクを通って透過する光の、それらによる変化によってフォトマスク上の位相欠陥を検出する。本発明を実施するために本明細書で提供される詳細の多くはスキャナについてのものである。本明細書で与えられた詳細を利用すれば当業者なら、本発明はプロジェクタタイプのシステムにおいても実施できることが理解されよう。
【００１９】
具体的には実施形態の第１グループにおいて、本発明は、検出平面中の検出器の異なる環状セグメントからのイメージ強度の差分検出と併せて、デフォーカスを用いる光学イメージングシステムの瞳平面における波面の位相変化に依る。
【００２０】
さらに、実施形態の第２グループにおいて、本発明は、検出器の選択された要素からのイメージ強度の差分検出と併せて、少なくとも４つの要素を有する複数要素検出器を用いる光学イメージングシステムの瞳平面における波面の位相変化に依る。一般に複数要素は、検出器の象限のそれぞれにおいて少なくとも１つの要素を有する構成にあり、要素の組み合わせは、少なくとも水平、垂直、および対角方向における差分信号を選択的に提供するよう構成される。フォトマスク上のようなパターンエッジ近傍に位置する位相欠陥から発生される信号を強めるために、選択された検出器要素から差分信号が得られる。
【００２１】
従来のイメージング顕微鏡において、セグメント化された検出器を用意することと等価のステップは、セグメント化された照射源（illumination source）を用意することであり、これは、異なる照射セクタから得られたイメージ群を分離できるようにするために例えば偏光（polarization）を利用した、異なる照射セクタを持つ複数のパスか、何らかの他の技術の使用かのいずれかを必要とする。本発明の範囲は、プロジェクタタイプのイメージングシステムと共に、ここで記載される原理を用いる走査イメージシステムをカバーするよう意図される。すなわち本発明は、プロジェクションイメージング検査システム（projection imaging inspection systems）に拡張されるよう意図され、ここで単一の照射源、および複数のセグメント化された検出器は、複数セグメント化された照射源と置き換えられ、例えばある例では、異なる時刻において順次アクティベートされる異なる照射位置に対応させるために、共通の検出器位置において信号をキャプチャする。
【００２２】
本発明の検出方法を採用する光学スキャニング顕微鏡システムの図が図３に示される。しかし本発明の手法は、任意の適切に構成された検出システムで実現されえ、図３のシステムは本発明の範囲を狭くするよう意図はされていない。これら手法は、全てのタイプの位相シフトマスクに応用されえる。例えば説明されるこの手法は、交互の位相シフトマスク、減衰（トライトーン）マスク、およびバイナリマスクに応用されえる。入射光検査ビーム３０２は、対物レンズ３０４を透過した後に焦点３０６へ収束する。焦点の位置は、コントローラ３０８の利用によって選択されえる。当業者なら、ここで開示された本発明の概念から逸脱することなく焦点の位置を制御するようにさまざまな手段が用いられえることが認識されよう。例えば、焦点３０６をマスク３１０に対して所望の位置に位置付けるために対物レンズ３０４を移動させるのにステッパモータが利用されえる。さらに本発明の原理は、焦点３０６を選択する手動のメカニズム（自動メカニズムとともに）を含むように拡張されえることが理解されよう。例えば焦点３０６の位置を制御するそのような手動メカニズムは、検査の前に、対物レンズをマスク３１０から所望の距離において強固に固定することを含む。以下の異なる実施形態についてさらに説明されるように、例えば図４Ａ〜Ｃに示されるような実施形態の第１グループは、デフォーカシングと共に、環状領域に分割された検出器上で検出された差分信号に一般に依る。この構成を用いることによって、検出器信号を用いて生成されるイメージは等方性である。すなわち、検出された信号感度は、全ての方向において等しく、高められた感度がデフォーカシングを用いて得られる。実施形態の第２グループによれば、検査ビーム３０２はデフォーカスされる必要はなく、好ましくはマスク３１０の表面上にフォーカスされる。
【００２３】
検査光ビーム３０２は、マスク３１０を透過してコレクタ３１２に達するように示されている。コレクタ３１２は、ある角度の範囲にわたって光を検出器３１４上に集める。従来のシステムにおいて、光検出器３１４は、検出器の全ての領域にわたって受け取られた光波の全ての強度の和をとる。対物レンズ角θおよび集光角φは、検出器において発生する信号を部分的に決定する。一般に集光角φおよび対物レンズ角θの関係は、σ（シグマ）によって表され、媒体が空気の場合は以下のように定義される。
【００２４】
σ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎθ
【００２５】
従来の光学検査システムは、比較的広い対物レンズ角および集光角を採用し、共に典型的にはほぼ４５°であり、シグマ値はほぼ１になる。しかし大きなシグマ値は、位相欠陥に関する信号をなくしてしまうことが示されてきた。本発明はいくつかの実施形態において、領域群またはゾーン群（例えば半径方向に対称な、つまり同心円状の領域群）に分けられた検出器３１４上に光波を集めることによって位相欠陥に関する信号への感度を高くする。実際に、シグマが低いときは、位相欠陥に関するより高い強度の信号が作られる。０．２から０．７の範囲のシグマ値が適切な結果を生む。
【００２６】
検出器３１４の異なるゾーンは、集光される回折された光の異なる角度または空間周波数要素に対応する。信号という語を用いることによってここで意図されることは、位相欠陥を有する物体および位相欠陥がなければ同一の物体の間で検出された信号の変化、すなわちパターン間の差分信号である。検出器の外側から取られた信号は、検出器の内側から取られた信号と比較するのに符号が逆にされる。本発明は、信号の逆にされた符号を利用することによって装置の感度を増す。実験結果および／またはシミュレーションは、異なるモードに結線された検出器は、従来のように結線された検出器よりも、位相欠陥を検出するとより大きな信号を作ることを示唆する。例えば、面積が等しい第１および第２検出器部分について、差分モードでとられた結果として生じる信号の強度は、２つの検出器部分から標準の、つまり加算モードでとられた信号の強度の４倍近くになることがわかっている。これは、出力イメージへ欠陥の効果が増すことになり、すなわちこの手法は欠陥に対してより感度が高い。
【００２７】
検出器３１４の別個の領域または部分によって発生された別個の信号の処理は分析器３１６によって扱われる。ある実施形態において分析器３１６は、検出器信号のうちの１つをその負の値に変換し、よって結果として差分信号を得る加算増幅器を備える。他の実施形態において、検出器の部分群からの別個の信号は、加算されることによって、従来のスキャニング光学顕微鏡システムを用いて図１Ｂの欠陥１０８によって示されるようなパターン欠陥のような欠陥を特定するフルの検出器から得られた信号と等価な結果の信号を作りだす。分析器３１６は、当業者にはよく知られる適切な接続回路を持つプロセッサを備え、または接続されたプロセッサなしの簡単な加算回路を含みえる。あるいは検出された信号を分析する分析器３１６および検出を始めるコントローラ３０８は、ソフトウェアおよびハードウェアの任意の適切な組み合わせを備える単一のデバイスの中に統合されえる。本発明は、その応用において、説明または図示された分析要素の構造または構成の詳細に限定されず、ここで記載されたように検出器信号が処理されるあらゆる構成に拡張されえることが理解されよう。
【００２８】
図４Ａおよび４Ｂは、第１グループの検出器実施形態による検出器３１４の第１および第２実施形態の上面図をそれぞれ示す。すなわち好ましくはデフォーカシングと共に用いられる例示的な検出器の構成が示される。図４Ａに示される第１実施形態において、検出器３１４’は、第１部分４０２および第２部分４０４に分割される。特定の実施形態において、第１部分４０２は円形領域を備え、第２部分４０４は連続する円環状部分を備える。第１および第２部分は同心円状であり、理想的にはコレクタ３１２によって集光される光波の中心線について同心円状である。具体的な実施形態において、第１部分４０２および第２部分４０４は面積が等しい。これは例えば、円形第１部分４０２の外側直径を、円環状第２部分４０４の外側直径の０．７倍に設定することによって規定される円形および円環部分を用いて実現されえる。それぞれの部分はよって、より小さい角度の範囲、すなわちより小さいシグマ値に対応する検出器の部分を表す。
【００２９】
本発明の実施形態は、少なくとも２つの領域に分割された検出器を用いることによって、かつ別個の領域群からのこれら信号群の差をとるように結合することによって改良された感度を達成する。分析器による信号の検出および後続の処理がデフォーカスされた光ビームに応用されるとき、適切な結果が得られている。何らかの理論に拘束されたくない一方で、より大きい信号をデフォーカスを用いて作ることに付随されるメカニズムは、光電界（optical field）の複素振幅に基づく。位相情報画像化は、「Fourier Imaging of Phase Information in Scanning and Conventional Optical Microscopes」C.J.R. Sheppard and T. Wilson, Philosophical Trans. of the Royal Society of London, Vol. 295, A1415, Feb., 1980, pp. 513-536により詳細に記載され、その全体が全ての目的のために参照によって援用される。
【００３０】
フォーカスされたイメージにおいては、検出器が光電界の複素振幅Ａを電気強度ＡＡに変換するとき、直接位相情報は失われる。フォーカスにおける光学的伝達関数は実数であり、全ての位相シフト物体について位相欠陥の部位におけるイメージ強度は、照射がオンアクシス（on axis）である限り、位相欠陥が存在しない場合とほぼ同じである。デフォーカスされたイメージにおいては伝達関数は虚数部を有する。この位相がずれているフォーカスされたビームの虚数部のために、位相欠陥のコントラストは、デフォーカスが低いシグマと結合されるときに大きく高くなる。あるいは第２グループの実施形態について以下に記載されるように、位相感度を高めるために、デフォーカスを用いる代わりにオフアクシス（off axis）照射が用いられえる。検出器の重心がオフアクシスであるような部分に分割された検出器群は、オフアクシスである従来の顕微鏡における照射システムと等価である。オフアクシス照射は、位相欠陥信号をシフトする信号成分において混合することによって、この信号の一部がバックグラウンド信号について同位相であるようにすることで、位相コントラストを高める別のやり方である。
【００３１】
ほとんどの小さい位相欠陥から散乱された光は、非散乱光に対して直角位相である。これは望ましくないが、それは非散乱光に対して直角位相の小信号は、検出された信号において２次のオーダーでしか現れないからである。すなわちもしイプシロンが非散乱平面波の振幅によって正規化された位相欠陥の振幅散乱の強度を表し、かつイプシロンの絶対値が１に比較して小さいなら、欠陥によるイメージ変調は（イプシロン）2に比例して応答する。ゼルニケ位相板（Zernike phase plates）およびデフォーカスは、欠陥信号を直角位相ではなく直線的に非散乱信号に加算することで欠陥変調がイプシロン2ではなくイプシロンに比例し、よってより高い振幅信号を作りだすようにすることによって位相欠陥の可視性（phase defect visibility）を改善するのによく用いられる。オフアクシス照射を用いることも、イメージをデフォーカスすることなく位相感度を得る他のやり方である。
【００３２】
図４Ｂに示される代替実施形態において検出器３１４’’は、第１部分４１２、第２部分４１４、および第１部分４１２を第２部分４１４から分ける第３部分４１６の３つのゾーンを持つように示される。この例では第３部分４１６は、「デッド」バンド、すなわち円環状分離領域を表す。この部分によって検出された光は、出力信号を生成するのには用いられない。第１、第２、および第３部分のさまざまな直径は、適切な結果を作りだす。例えば、第２部分４１４の外側直径の０．３倍である第１部分４１２の直径、および第２部分４１４の外側直径の０．８倍に等しい第３部分４１６の外側直径はうまく動作する。０．３から０．８の第１部分の外側直径、および内側半径０．３から０．９を有する第２部分はうまく動作する。
【００３３】
他の実施形態において、検出器は、例えば第３部分および第４部分のようなさらに多くの個数の部分を備えてもよい。図４Ｃは、４つの部分またはゾーンを有する分割検出器３１４’’’の上面図を示す。ある実施形態において、第１部分４２１および第３部分４２２から発生された信号は加算され、第２部分４２３および第４部分４２４から発生された信号も加算されえる。結果として生じる和信号群はそれから、分析のために差分信号を作るために差がとられる。他の実施形態においては２つの内側ゾーン（すなわち検出器部分の選択的組み合わせ）が、３以上の部分を有する検出器から選択されることによって、低いシグマ値を有する検査／集光レンズシステムに対応する検出器信号を選択的に作りえる。これは、複数の検出器部分群によって、シグマ値を変えることによって、異なるアプリケーションについて異なる感度を示す検出器の使用を可能にする。他の実施形態において、検出器の「アクティブ」部分、すなわちさらなる分析のために検出器信号を提供する部分は、分離領域（４２６、４２７）すなわち「デッド」ゾーンによって分離されることによって、検出器のアクティブ部分において信号中に生じる干渉を最小化する。場合によっては分離領域は、アクティブ領域とサイズがほぼ等しくなりえるが、本発明はそれだけに限定されない。分離領域のサイズは最小化されえ、ある実施形態において分離領域は取り除かれるが、それでも本発明の範囲内である。本発明は、信号を発生するために検出器内の利用可能なゾーンの全てを用いるようには限定されず、上に示されるように、加算信号を発生するために連続したゾーン群を選択することに限定されない。特定のゾーンまたは部分は、「デッド」ゾーンでありえ、加算のために選択されたゾーン群は連続でも不連続でもよく、所望の感度にしたがって選択されえる。
【００３４】
複数の円環状検出器セグメントを有することの他の利点は、異なるピクセルサイズで柔軟な動作が可能になることである。例えば、マスク検査ためにはときには大きなピクセルが用いられる。これは対物レンズのＮＡを小さくすることによって達成される。画像化システムのシグマは、ＮＡのサインに対する集光角のサインの比によって与えられるので、異なるピクセルサイズについてＮＡを変化させるためには、もしシグマが一定のままであるなら集光角のサインを変化させることが必要となる。ＮＡが小さくされ、検出器の構成に変化がない場合のように、もしシグマが大きくなってもよいなら、顕微鏡の位相感度は下がるだろう。これを行う１つの方法は、複数の円環状領域を持つ検出器を使って、ＮＡが小さくされるとき、中心に近い要素を用い、よってピクセルサイズが変化してもシグマが一定になるよう維持することである。
【００３５】
他の実施形態において、ゼルニケ位相シフト板または同様の位相板が瞳平面（pupil plane）に導入され、デフォーカスの代わりに位相感度を改善する。ゼルニケ法は、小さい位相ステップを強調するメカニズムを提供する。
【００３６】
図５の左には、低コントラスト位相欠陥５０３を有する物体５０２が照射され、右にはこの物体の位相コントラストイメージ５０４が作られる。位相コントラストイメージ５０４は、イメージの中間フーリエ平面５０６を形成し、この平面内でゼルニケ位相コントラストフィルタ５０８を挿入することによって作られる。このフィルタ５０８は、イメージ５０４のバックグランドを形成するイメージ５０４の低空間周波数要素の振幅を９０度だけシフトする。これはまた、イメージ５０４の低空間周波数要素を減衰させえ、これはイメージの全体的な明るさを抑える効果を有し、イメージ中の位相欠陥のコントラストを増しえ、これはときには望ましいことである。位相コントラストはこのフィルタ５０８によって増されるが、これは出力イメージがこのフィルタされたフーリエ平面５０６から形成されるとき、バックグランドは位相欠陥のためにイメージ要素と振幅が同一直線上にある（collinear）からである。したがって信号は、直交方向ではなく直線的に（linearly）加算する。例えば位相コントラスト法を用いて画像化されるバックグランドの振幅の０．１である小さい位相欠陥は、欠陥の点において画像の１０％の変調を与える。しかしもしこの振幅が同相ではなく直交相であったなら、イメージのほぼ１％の変調しか与えず、これは検出がより困難になるはずである。
【００３７】
デフォーカスされた画像化システムは、位相シフトが空間周波数とともに（すなわち瞳半径）直交相で増加する（ゼルニケ）位相板を持つフォーカスされたシステムとある程度似ている。ゼルニケ板（Zernike plate）または複素振幅板（complex amplitude plate）は、円環および中央領域のような検出器の領域群間で位相シフトを作るために用いられえる。ゼルニケ板は通常、９０度の位相シフトを特定し、通常、直接光（すなわちゼロ次）について減衰させる。当業者が本明細書を読めば、複素振幅板が、所望の感度を満たすために、位相および振幅の両方の変化を作るよう選択されえることがわかるだろう。
【００３８】
典型的には分析器から生成された信号は、検査されたマスクの表示を作るためにディスプレイ発生器３１８（図３を参照）に接続される。ディスプレイ発生器は、光ビームがマスクをスキャンするときに受け取られた、結果として生じた電圧信号を、ディスプレイ発生器３１８の表示スクリーン上のイメージに変換するための適切な処理回路と結合されたＣＲＴ、ＬＣＤスクリーン、または他の適切な表示デバイスを備えうる。一般に、検査されたマスクから導かれた位相欠陥イメージは、位相欠陥に加えてレイヤのエッジを示す。例えば、差分画像は、位相欠陥によって生成された画像群を分離するために、マスクの２つの同一のエリア群から得られる。もし差分イメージがあるスレッショルドより上のピクセル値を含むなら、欠陥だと認識される。このスレッショルドは、ある特定のサイズより大きい欠陥が信頼性高く見つけられ、一方で、疑似および／またはニュイサンス欠陥の個数が許容されえるくらい低く抑えられるように設定される。
【００３９】
ある実施形態においては、本発明の手法は、パターン欠陥検査および位相シフト検査が単一スキャニング光学顕微鏡システムを２パスで用いて行うことを可能にする。パスの回数はアルゴリズム、ノイズ、および所望の欠陥感度に依存する。デュアルパスシステムは、第１グループの実施形態、および第２グループの実施形態の両方と共に用いられえる。すなわち、デュアルパス検査は、フォーカスされた信号を有する第２パスとデフォーカスして結合された（defocus coupled）環状セグメント化検出器を用いて実行されえる。あるいは、パターン欠陥検査は、検査ビームのフォーカスのレベルを変更する必要なしに第２グループの実施形態で実現されえる。
【００４０】
図６は、本発明のある実施形態による位相シフト欠陥のための、およびパターン欠陥のための検査手法を示すフローチャートである。おおまかにはこのシステムは、パターンおよび位相欠陥検査を検査されるべきフォトマスク上の２パスで完了する。第１パスは、フォトマスク内の位相欠陥を探す検査で始まる（６０４）。いくつかの実施形態による位相欠陥検査は、デフォーカスされたイメージを必要とする。フォーカスは、フォトマスクの表面からある方向に所定の距離に設定される（６０６）。適切な距離は、入射光波の波長（ラムダ）および対物レンズの開口数（ＮＡ）の関数として変化し、特にラムダ／ＮＡ2に比例する。例えば、適切な範囲は、距離０．５から３×ラムダ／ＮＡ2にある。適切な結果は、約２００ｎｍから約５００ｎｍの範囲で得られているが、これらの値は上述のファクタによって変化しえる。スキャンは、フォトマスク上の点に向けられた入射光、および検出器の第１および第２部分から結果として生じる信号を集めることで始まる（６０８）。この第１モードにおいて、差分信号は検出器の分かれた部分群から発生される（６１０）。その後、結果として生じる信号は、欠陥を特定するためにマスクのイメージを生成するのに用いられる（６１２）。スキャンされた点に対応するように明るいまたは暗い画素が生成される。もしフォトマスクのスキャンが完了していなければ（６１４）、スキャンはフォトマスクの次の部分に続く（６１６）。当業者にわかるようなさまざまなメカニズムが用いられてスキャンは実行されえる。例えば、ある実施形態においては、光がある点にフォーカスされ、それに続いて検出器信号が発生される。２次元スキャンを実行するためには、フォトマスクがある方向に移動され、ビームがマスクの動きと垂直な方向に移動されえる。
【００４１】
いったん位相欠陥のためのフォトマスクのスキャンが完了すると、第２パスが始まる（６１８）。まずこの従来の検査モードにおいては、フォーカスがフォトマスクの表面上に設定される。この場所は実際に典型的には、フォトマスクの石英レイヤの上にパターンされたクロムレイヤの表面に設定される。このモードにおいて信号は、検出器の分離された部分群からの信号の和を生成することによって検出器全体から集められる（６２２および６２４）。位相欠陥検査の場合と同様、結果として生じる信号は、パターン欠陥を表示するイメージの画素を生成するために用いられる（６２６）。マスクのスキャンは、イメージが完了していなければ、パターン欠陥のために続けられる（６２８および６３０）。この実施形態は第１モードにおける位相欠陥のための検査から始まり、第２モードにおけるパターン欠陥の検査が後に続くように示されるが、当業者には検査の順番は、本発明の基本原理から逸脱することなく容易に交換されえることが理解されよう。
【００４２】
代替実施形態によれば、パターン欠陥検査は、例えば図７に示される検出器のようなオフアクシス検出のために構成された検出器を用いた位相欠陥検査と併せて行いえる。第２グループの実施形態について記載される検出器および方法（すなわちオフアクシス検出および／または照射）によれば、位相欠陥検出はデフォーカシングの必要なしで行われる。したがってデュアルパス検査は、ステップ６０６において説明されたデフォーカシングステップなしで行われえ、このステップはフォーカシングステップ、すなわち検査ビームを検査されるべき試料上にフォーカシングすることと置き換えられる。さらに、デュアルフォーカシングステップは必要とされないかもしれない。すなわち例えばフォトマスクの表面へのフォーカシングは、パスのうちの第１パスにおいてだけ必要とされる。この代替実施形態によって位相欠陥検査をパターン欠陥検査と結びつけることによって、検出器のセグメント群からの和がとられた信号群は、第２フォーカシングステップを必要とすることなく、インフォーカス（in focus）の従来のイメージを作る。以下に詳述されるようにさらに他の代替実施形態においては、和がとられ、かつ差分がとられるイメージ群が同時に（すなわち同じ走査パスにおいて）形成されえる。和がとられたイメージは、従来の検出器を用いた従来の欠陥検査に対応する。
【００４３】
図７は、本発明の第２グループの実施形態のうちの特定の実施形態による、パターンエッジ近傍において高められた位相感度信号を提供するのに適するセグメント化されたリング検出器７００を示す図である。示されるように、セグメント化されたリング検出器７００の内側円形領域は、象限７０１〜７０４にセグメント化される。内側円を囲む第１環状領域は、領域７０５〜７０８にセグメント化される。第１環状領域を囲む第２環状領域は、８つの領域７０９〜７１６にセグメント化される。セグメント群は、従来の検出器と比べ位相シフトマスク欠陥に対する高められた位相感度を提供するように選択されえる。差分信号は、検出器出力群から少なくとも２つのチャネルを提供することによって得られる。差分信号は、セグメント化されたリング検出器７００の複数の要素からそれぞれのチャネルに対応するように個別の要素を選択することによって得られる。内側円形領域、第１環状領域、および第２環状領域のうちのそれぞれについての検出器要素は好ましくは半径方向に対称に配置される。
【００４４】
検出器７００は、信号線７４１〜７５６を含み、示される実施形態においては好ましくは比較的等しい容量を有するよう構成される。示される構成においては、第１環状領域（すなわち７０５〜７０８）における検出器要素は、検出器の中心について半径方向に対称に、内側円形領域の四分円要素（７０１〜７０４）の間のギャップ７２０からオフセットされた、第１環状領域の要素間のギャップ７２２を持つような構成で配置される。同様に、第２環状領域（すなわち要素７０９〜７１６）の８つの要素間のギャップ７２４のうちの交互に並ぶものは、示されるように、伝導性トレース（conductive traces）が第２環状領域の検出器要素に接続することを可能にするよう、第１環状領域ギャップ７２０からオフセットされる。検出器要素間のギャップ（例えば７２０、７２２、７２４）は、検出器要素の面積、すなわち検出器の能動部分に大きな影響を与えない任意の適切なサイズでありえる。０．１ｍｍのギャップがうまく機能すると期待される。本発明は、どのように構成されようとも、検出器のさまざまなセグメントに接続された任意の適切な信号線で実現されえる。当業者に知られるように、検出器要素信号間で十分な分離を提供する、任意の検出器材料および絶縁材料が用いられえる。
【００４５】
本発明のある実施形態によれば、個別検出器要素からの信号トレース（signal traces）は、プリアンプに接続される。予備増幅された後、信号レベルは、マイクロプロセッサ、汎用コンピュータ、ＦＰＧＡ、または任意の他の適切なプログラム可能なデバイス内に含まれえるような、分析器内で実現されるプログラムされたロジックによって結合されえる。そのようなプログラミングは例えば、図３を参照して図示され説明された分析器３１６内で実行されえる。そのようなプログラミング制御の例示的実施形態は、図９Ａおよび９Ｂを参照して以下に詳述される。
【００４６】
複数要素検出器からの検出器要素群は、位相マスク欠陥、特に不透明な（クロム）パターンのエッジ近傍にあるエッチングされた部分内に位置する位相マスク欠陥に対する感度レベルを最適化するために結合されえる。分析器は、要素がプログラム可能に選択されるよう構成されえる。すなわち異なる要素からの信号は、遭遇されるものと期待される欠陥のタイプ、およびその欠陥の近傍のパターンの向きに対応するように選択され、結合される。上述のように、全ての検出器要素からの要素を結合することは、バイナリマスク検査システムにおける従来の検出器からの出力信号に等価な信号出力を提供する。
【００４７】
検出器要素は、マスク上のクロムパターンの構成に照らして、差分信号が十分な感度レベルを提供するように選択される。例えば検出器の上部および下部要素間の差分信号は、水平クロムエッジが存在するときに選択されえる。検出器の左および右の要素（検出器の左および右半球に表れるもの）の間の差分信号は、位相シフトマスク上に垂直クロムパターンが存在しているときに選択されえる。さらなる例として、対角構成の検出器要素群、すなわちパターン中の対角線にほぼ平行な対角線のいずれかの側の上に表れる要素群は、対角パターンライン近傍の位相欠陥を検出するのに用いられえる。
【００４８】
例えば、差分信号は、検出器要素７０１および７０２の和をとること、および検出器要素７０３および７０４の和を別個にとること、それから２つの和がとられたチャネル群を用いて、差分信号を提供することによって発生されえる。垂直パターンライン近傍のオンエッジ位相欠陥は、より簡単には、検出器の差分信号が左および右要素間で生成されるように検出器要素を選択すること、例えば要素７０１および７０４からの和がとられた信号を要素７０２および７０３からの和がとられた信号と比較することによっても検出されえる。いかなる理論にも拘束されることを望まないが、要素の適切な選択は、位相欠陥を通して透過される光が、周囲の非欠陥の石英領域の適切な部分からの光と混合されることを許すことによって、感度を増す（すなわち、より大きいコントラスト）と考えられている。任意の理論に限定されるよう意図はされないが、オフアクシスの重心（off axis centroid）を持つ検出器を用いることは、従来の画像化顕微鏡においてオフアクシスの照射を用いることと等価であるので、このオフアクシス照射は、その位相が視界にわたって直線的に変化するレファレンス信号を提供するよう働くと考えられる。このレファレンス位相は平坦ではないので、これは、位相欠陥からの信号が全ての点においてレファレンス信号について直交位相であるというケースではもはやない。オフアクシス照射で画像化された隔離された位相欠陥は、小さな双極性変調として表れる傾向がある。すなわち、隔離された位相欠陥は、検査イメージにおいて暗い点の隣にある明るい点として表れる。クロム−ガラスエッジの近傍の位相欠陥は、同様の性質を有するが、バックグラウンドを持つ位相欠陥信号の相互作用は、バックグラウンドノイズがエッジ近傍で均一ではないので、この場合、より複雑である。
【００４９】
全ての検出器要素は、結果として生じる差分信号を導出することを含めて、並列に処理されえるが、画像処理コンピュータおよびメモリリソースのかなりが、処理の前に検出器要素からの信号を結合することによって節約されえる。１６以上の異なるチャネルを処理するよりも、検出器要素は選択的に結合されて、２つのチャネル間で得られる差分信号を持つ最小の２チャネルを作るよう結合されえる。
【００５０】
ある実施形態において、和がとられた画像および差分がとられた画像であるイメージは、同時に形成される。検出器からの画像の和をとることは、従来のバイナリ欠陥を見つけるのに用いられえる画像を作り、一方、差分画像は位相欠陥を見つけるのにより適する。すなわち、この構成を用いて検出器の和をとることによって鋭く、従来の単一要素検出器を用いて得られる検出器画像に等価な、インフォーカスの画像が得られる。
【００５１】
これらの例は、例示的であって限定的ではないものとして意図される。本発明は、所望の感度を提供するために選択される要素の全ての組み合わせおよび順列をカバーするように意図される。例えば本発明は、例えば要素７０１、７０２、７０５、７０９、７１０、７１１、および７１６のような検出器の上側半分から信号の和についての要素群の全ての組み合わせをカバーするよう意図される。
【００５２】
セグメント化されたリング検出器または複数要素検出器は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの代替手法で構成されえる。さらなる例として、複数要素検出器は、図７に示されるような直径７３０内に形成される検出器要素７０１〜７０４を構成するような円形中心領域から形成されえる。本発明の実施形態で用いられる複数要素検出器は、第１環状領域（要素７０５〜７０８）または第２環状領域（要素７０９〜７１６）に示される検出器要素群と共に、またはそれらなしで形成されえる。さらに、特定の円形領域、環状領域、または帯状領域の内にある検出器要素の数は、本発明の範囲から逸脱することなく変わりえる。例えば第２環状領域は、８個の検出器要素を含むとして図７には示されるが、本発明は、第２環状領域を有しない構成、環状領域に２個の検出器要素しか有しない構成、または環状領域に任意の個数の検出器要素を有する構成をカバーするよう意図される。さらに検出器要素は、円形または環状領域内に構成される必要はない。検出器は、四角形、または任意の他の形状の要素またはセグメントを持つ四角形のような任意の一般的な２次元形状でありえる。また、特定の実施形態において検出器要素は半径方向に対称に構成されるが、本発明の範囲はそのように限定されない。例えば、検出器は、少なくとも４つの要素およびデカルトグリッドパターンを形成するよう構成された要素にセグメント化されるように構成されえる。さらなる例として、複数要素検出器は、上下方向により多くの要素を有することによって、優勢な水平パターンラインのわずかな角度変化についてもより大きな融通性を提供するような、フォトマスク上で優勢なパターン構成に向かってバイアスが付けられるように構成されえる。
【００５３】
図７に示されるセグメント化されたリング検出器７００は、例示目的であって原寸比で描かれていないことに注意されたい。検出器要素のサイズおよび構成は、さまざまなバリエーションを持つ寸法のうちの一つでありえる。図７に示される構成について、約４．５ｍｍ直径の領域を備える検査されるべき領域を持つ検出器上で形成される画像では、以下に限定されるよう意図されないが、検出器部分について以下の直径が適切であるとわかった。すなわち、直径７３０＝２．０ｍｍ、直径７３１＝２．２ｍｍ、直径７３２＝３．０ｍｍ、直径７３３＝３．２ｍｍ、および直径７３４＝４．５ｍｍである。
【００５４】
本発明の実施形態の技術およびシステムは、他の位相コントラスト技術と比較して、位相欠陥について、特にクロムエッジ近傍に位置する欠陥について高い画像コントラストを提供すると期待される。半導体産業は、より短い波長のリソグラフィ技術の開発が産業界の期待に遅れをとるときには特に、デバイスの将来の世代をプリントするために、交互位相シフトマスク（alternating phase shift mask）技術にますます依存するだろう。よって本発明のシステムおよび方法は、交互ＰＳＭフォトマスク中の欠陥に対する高められた感度の形で、重要な検査機能を提供する。
【００５５】
説明された検査システムおよび方法は、また、少なくとも４つのソース、または等価的に４つの異なる位置にある４つの異なる開口部からの照射を発生するよう適切に構成される任意の照射画像システムにおいて実現されえる。そのようなシステムにおいて開口は、物体を異なる向きから照射する照射パスにおいて構成される。ある実施形態において、４つの異なる位置にある少なくとも４つの異なる開口が用いられる。それぞれの開口から得られるイメージが順次得られる。
【００５６】
図８は、本発明のある実施形態によって位相シフトマスク欠陥を検査する技術を示すフローチャートである。この技術は一般に、第２グループの実施形態、すなわちオフアクシス差分検査技術を用いる、例えば図７に示されるタイプのようなセグメント化された検出器群を持つ検出器に適用可能である。まずプロセスは、第１の選択された走査位置および適切なフォーカス設定で操作８０２で始まる。適切なフォーカス設定は、マスク表面上にフォーカスされているか、またはデフォーカスされたレベルであるかが期待される。一般に＋または−２内の焦点深度のフォーカス設定は、適切な結果を生む。好ましくはフォーカス設定は、＋または−λ／ＮＡ2内にあり、ここでλは、検査源照明の波長である。例えばＩラインレーザのλは３６４ｎｍであり、ここでＮＡはそのようなシステムにおいては典型的には０．６から０．８５の範囲内にある。本発明の複数要素またはセグメント化されたリング検出器を用いた欠陥信号計測は、デフォーカスがゆっくり変化すると期待される。対照的に、他の位相コントラスト技術は、デフォーカスの量の関数としての大きな感度を示すと期待される。
【００５７】
次に操作８０４で、検出器のプログラミングが実行される。ある実施形態において、検出器要素は、エッジ検出のような画像処理技術によって決定される欠陥のタイプにしたがってそれぞれのチャネルについて選択される。本発明のある実施形態において、２つの検出器チャネルが選択される。説明されたように、検出器の上部および下部からの要素群は、別個に和がとられて差分信号を提供しえる。あるいは、検出器の一部からの要素の他の構成が別個に和をとられて差分信号を生成しえる。実施形態の技術は、２つのチャネルに限定されるかに関わらず、複数検出器要素を用いる全ての組み合わせおよび順列をカバーするように意図され、あるいは追加のチャネルおよびそれぞれのチャネルについて一つより多いチャネルを含むように拡張される。信号線は、個別検出器要素の選択および加算、および後続の画像処理を可能にするために、検出器要素から任意の適切な形態のハードウェアおよび／またはソフトウェアに接続されえる。
【００５８】
プログラミング操作の後、信号は、選択された検出器部分から集められて、操作８０６においてそれぞれの信号チャネルを形成する。差分信号を生成するためには最小で２つのチャネルが必要とされるが、追加の信号チャネルが分析器処理入力に提供されえる。２以上のチャネルを用いて、結果として生じる差分信号が操作８０８で生成されえる。前述のように、４以上の要素を有する複数要素検出器からの差分信号は、位相欠陥の特定のタイプおよび位置に対して、他の位相コントラスト技術よりもより高い感度を示す。操作８１０において、位相欠陥の画像要素が生成される。
【００５９】
次の操作８１２において、操作が完了したかどうかについて決定がなされる。もし操作が完了していないなら、操作８０４から８１２を繰り返して操作は続く（８１４）。よって、画像または画像信号は、それぞれの走査位置において生成された個別の画像要素群を記憶および結合することによって生成されえる。典型的には位相コントラスト画像化は、マスク部分からの信号を、同じマスク上の同様のパターンからのような、または記憶された画像またはデザインデータベースからレンダリングされた画像からのような、他の同一のマスク部分からの信号と比較することによって欠陥を検出する。一般に欠陥は、２つのパターンからの差分画像を用いて検出可能である。欠陥決定は、典型的にはテストされた領域を、レチクル（フォトマスク）の、またはデザインデータベースからレンダリングされた同様の部分と比較することを伴う。例えばダイ・トゥ・ダイ（die-to-die）またはセル・トゥ・セル（cell-to-cell）比較がなされえる。セル・トゥ・セル比較において、特定のダイ上の同じパターンの繰り返し部分がテスト領域と比較される。ダイ・トゥ・ダイ比較においては、より大きな走査移動が必要とされ、テスト領域およびレファレンス領域間の差分検査イメージを生成するために、より大きな画像記憶が必要とされ、後者は典型的にはフォトマスクまたはウェーハ上の第２ダイ位置に位置する。例えばダイ・トゥ・ダイ比較において用いられるダイは、レチクル上で６０ｍｍ離れているかもしれない。
【００６０】
好ましい実施形態において、複数要素検出器からの画像上で実行される画像処理または他の信号処理操作は、走査スポットの近傍において不透明なパターンの構成に基づいて差分信号を生成するのに最終的に用いられえる要素を選択するようプログラミングされえる。すなわち、検出器要素の選択は、特定の走査位置または位置群においてパターンラインエッジ効果に、より敏感ではないようにプログラミングされえる。走査操作から導かれた信号または画像要素が処理されるとき（例えば複合画像上で実行される画像処理技術によって）、検出器要素の選択は、複合画像中の位置の変化に応答しえる。この技術で知られるエッジ検出技術は、分析のために選択されるべき検出器要素の組み合わせを決定するのを補助する技術の一つの例である。エッジ検出技術が説明されてきたが、本発明はそのような技術に限定されるよう意図されない。クロムパターン近傍に現れるＰＳＭ欠陥のような特定の欠陥に対する感度を最適化または高めるよう、複数の検出器要素の選択を決定するのを補助するために、本発明の範囲から逸脱することなく任意の適切な技術が複合信号または画像を処理するのに用いられえる。
【００６１】
複数検出器要素を画像プロセッサに接続するためには任意の適切な方法が用いられえる。例えば図７に示されるセグメント化されたリング検出器構成は、信号線が複数の要素のそれぞれに接続されることを可能にし、一方、それぞれの線についての等しい容量値を維持する。
【００６２】
当業者に知られるように、走査を実行するためにはさまざまなメカニズムが用いられえる。例えばある実施形態においては、光はスポット上にフォーカスされ、その後、検出器信号が発生される。２次元走査を実行するためには、フォトマスクまたは他の試料を保持するステージがある方向に移動され、光学検査ビームが図３に示されるコントローラ３０８のようなコントローラによってマスク移動と直角をなす方向に移動されえる。
【００６３】
本発明の実施形態は、半導体フォトマスクのコンテキストにおいて例を挙げて記載されたが、本発明はそのように限定はされない。本発明の範囲は、半導体ウェーハ上に現れる欠陥およびダイ間の比較を含むような半導体処理におけるあらゆる形態の欠陥検査を包含するよう意図される。したがって、ここで与えられた記載および図示は例示的であって限定的ではないと意図される。
【００６４】
ここで記載されたようにオフアクシス信号を提供する検出器を構成することによって、検査表面のイメージは、好ましい方向を有するように、すなわち異方性イメージとして形成されえる。よって記載された方法によれば、感度はある向きに高められえる。これは、パターンラインに近接して現れる位相シフト欠陥のような小さな欠陥を検査するには有利である。記載されるように検出器をセグメント化することによって、改良された位相欠陥感度が得られる。さらにオフアクシス検出がフォーカスした状態で、またはフォーカスした状態に近い状態で行われえるので、別個の検出器要素からの信号を加算することは、従来の検出器イメージと等価なものを与える。
【００６５】
図９Ａおよび９Ｂは、本発明の実施形態を実現するのに適したコンピュータシステム９００を示す。例えばコンピュータシステム９００は、ステージの動きまたは走査の動きを含むような走査光学顕微鏡システムのさまざまな動作パラメータを制御するよう構成またはプログラミングされえる。コンピュータシステム９００は、図３を参照して前述したような制御および分析器機能の両方を実行するよう構成されえる。加えて、ソフトウェアは、イメージ信号が位相欠陥を特定するかを決定するのに関わる画像処理と同様に、イメージ信号の生成のための検出器要素の選択を実行するよう構成されえる。コンピュータシステム９００はまた、複数の要素検出器の全ての要素を用いる標準走査を実行することを含む、他の計測および検査プロシージャを命令しえる。
【００６６】
図９Ａは、コンピュータの一つの可能な物理的形態を示す。もちろんコンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および小型携帯機器から、大型のスーパーコンピュータに至るまで多くの物理的形態をとりえる。コンピュータシステム９００は、モニタ９０２、ディスプレイ９０４、筐体９０６、ディスクドライブ９０８、キーボード９１０、およびマウス９１２を含む。ディスク９１４は、データをコンピュータシステム９００に転送し、かつデータをコンピュータシステム９００から転送するために用いられるコンピュータで読み取り可能な媒体である。
【００６７】
図９Ｂは、コンピュータ９００のブロック図の例である。システムバス９２０に接続されているのは、さまざまなサブシステムである。単一または複数のプロセッサ９２２（中央処理装置群、すなわちＣＰＵ群）は、メモリ９２４を含む記憶装置に結合されている。メモリ９２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。この技術ではよく知られるようにＲＯＭは、データおよび命令を単一方向にＣＰＵおよびＲＡＭに転送するようにはたらき、ＲＡＭは、典型的にはデータおよび命令を双方向に転送するのに用いられる。メモリのこれら両方のタイプは、以下に述べるコンピュータ読み出し可能な適当な媒体を含みえる。固定ディスク９２６はまた、双方向でＣＰＵ９２２に結合され、追加のデータ記憶容量を提供し、また以下に述べるコンピュータ読み出し可能な適当な媒体を含みえる。固定ディスク９２６は、プログラム、データなどを記憶するのに用いられえて、典型的には一次記憶よりも低速な二次記憶媒体（ハードディスクのような）である。固定ディスク９２６内に保持された情報は、適切な場合においては、メモリ９２４の仮想メモリとして標準的なかたちで統合されえることが理解されよう。取り外し可能なディスク９１４は、以下に説明するコンピュータ読み出し可能な媒体のいかなる形態をも取りえる。
【００６８】
ＣＰＵ９２２はまた、ディスプレイ９０４、キーボード９１０、マウス９１２およびスピーカ９３０のようなさまざまな入力／出力装置に結合される。一般に入力／出力装置は、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイク、タッチパネルディスプレイ、トランスデューサカードリーダ、磁気または紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声または手書き認識機、生体情報読み取り機、または他のコンピュータのいずれでもよい。ＣＰＵ９２２は追加で、ネットワークインタフェース９４０を用いて他のコンピュータまたは通信ネットワークに結合されてもよい。そのようなネットワークインタフェースによりＣＰＵは、上述の方法ステップを実行する過程で、ネットワークから情報を受け取り、または情報をネットワークに出力してもよい。さらに本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ９２２上だけで実行されてもよく、またはインターネットのようなネットワーク上で、処理の一部を担当する遠隔地にあるＣＰＵと協働して実行されてもよい。
【００６９】
さらに本発明の実施形態は、コンピュータによって実現できるさまざまな操作を実行するコンピュータコードを格納した、コンピュータによって読み出し可能な媒体を持つコンピュータ記憶製品に関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計され構築されたものでもよく、またはコンピュータソフトウェア技術の当業者に既知の利用可能なものであってもよい。コンピュータ読み出し可能な媒体の例としては、これらに限定はされないが、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭおよびホログラフィックデバイスのような光媒体、フロプティカルディスクのような光磁気媒体、特定アプリケーション向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）、およびＲＯＭおよびＲＡＭデバイスのように、プログラムコードを記憶し実行するために特別に構成されたハードウェアデバイスが挙げられる。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成される機械語、およびインタープリタを用いてコンピュータによって実行可能なより高いレベルのコードを含むファイルが挙げられる。上述の本発明は、明瞭な理解の目的にためにある程度詳細に説明されてきたが、ある種の変更および改変が添付の特許請求の範囲内で実施されえることは明らかだろう。本発明の装置および方法を実現する多くの手法が存在することに注意されたい。よって説明された実施形態は、例示的であって限定的ではないと解釈されなければならず、本発明はここに挙げられた詳細に限定されるべきではなく、特許請求の範囲およびその等価物の全ての範囲によって定義されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１Ａ】ガラスフォトマスク上の従来のクロムを示す図である。
【図１Ｂ】ガラスフォトマスク上の従来のクロムを示す図である。
【図２Ａ】エッチングされた位相シフト部のフォトマスクの断面図である。
【図２Ｂ】エッチングされた位相シフト部のフォトマスクの断面図である。
【図３】本発明のある実施形態によるスキャニング光学顕微鏡システムの図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によるスプリット検出器の上面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態によるスプリット検出器の上面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態によるスプリット検出器の上面図である。
【図５】ゼルニケ板を利用する従来の光学顕微鏡システムの概略図である。
【図６】本発明のある実施形態による位相シフト欠陥およびパターン欠陥を検査するプロシージャを示すフローチャートである。
【図７】本発明のある実施形態によるセグメント化されたリング検出器７００を示す図である。
【図８】本発明のある実施形態による位相シフトマスク欠陥を検査する技術を示すフローチャートである。
【図９Ａ】本発明のある実施形態を実現するのに適するコンピュータシステム９００を示す図である。
【図９Ｂ】本発明のある実施形態を実現するのに適するコンピュータシステム９００を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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