(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象に深紫外光を照射して観察データを取得する顕微鏡において、
該観察対象の所定の位置に設けられたパターンの線幅を測定し、該パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、該観察対象への深紫外光の照射を停止する制御部を有することを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部は、前記パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、前記観察データと前記パターンの線幅データとを表示し、オペレータに観察を継続するか否かを問い合わせることを特徴とする顕微鏡。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御部は、取得したデータを送信可能な外部装置に接続されており、前記パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、前記観察データと前記パターンの線幅データとを該外部装置に送信することを特徴とする顕微鏡。
【請求項４】
観察対象に深紫外光を照射して観察データを所得する顕微鏡において、
該観察対象に深紫外光を照射することにより発生する損傷の進行速度を、該観察対象の所定の位置に設けられたパターンの線幅を測定することによって求め、該損傷の進行速度が所定の進行速度になるように、該観察対象に照射する深紫外光の強度を調整する制御部を有することを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深紫外光を光源とする顕微鏡に関し、特に、深紫外光が試料に与える損傷を制限できる顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡により試料の微細構造を観察する場合、その解像力δは、
δ＝λ/2NA  …… (1)
で表わされる。ここに、λは顕微鏡の照明光の波長であり、NAは対物レンズの開口数である。(1)式に示されるように、顕微鏡の解像力δを上げるには、照明光の波長λを短くするか、対物レンズの開口数NAを大きくすればよい。
【０００３】
観察対象が細胞等の生体試料の場合は、照明光の波長λを紫外域以下にまで短くすると、光化学反応等により生体試料そのものが損傷してしまう。このため、照明光の波長λを短くすることはあまり得策ではなく、一般に、対物レンズの開口数NAを大きくして解像力δを上げることが行われる。
【０００４】
一方、観察対象が材料等の無機物で、大幅な解像力δの向上を図る必要がある場合は、対物レンズの開口数NAを大きくするとともに照明光の波長λを短くすることが行われる。
【０００５】
例えば、半導体ウエハ等を観察する分野では、集積回路に代表される微細構造のスケールは縮小の一途をたどっており、半導体プロセスにおいてライン＆スペースと呼称される微細構造の繰り返し周期構造は、0.25μm を下回るような領域に突入している。
【０００６】
このような微細構造を観察するために、近年、波長λが300nm 以下の深紫外光を照明光とした顕微鏡が使用され、例えば、光源としてNd-YAGレーザの４倍高調波であるλ＝266nm の深紫外光を連続発振させるレーザを使用し、かつNA＝0.9 程度の高開口数の対物レンズを使用して、0.10μm 程度の解像力δを得ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、照明光の波長λを深紫外化することにより解像力δは大幅に向上するが、同時に深紫外光による試料の損傷という問題も無視することができなくなる。すなわち、材料等の無機物は、生体試料に比べて深紫外光による損傷が少ないが、例えば、観察対象が半導体ウエハ上のレジストパターンであり、かつレジストの露光波長と顕微鏡の照明光の波長が接近している場合は、観察に費やされた照明光の光量が大きいと、観察期間中のレジストパターンの損傷を無視することができない。
【０００８】
特に、共焦点型レーザ走査顕微鏡の場合には、微小面積にレーザ光が収束されるために、試料に照射される単位面積当たりのエネルギーが大きくなり、試料が受ける損傷の度合いが大きくなる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、深紫外を光源とした顕微鏡において、深紫外光による試料の損傷を制限することができる顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、観察対象に深紫外光を照射して観察データを取得する顕微鏡において、該観察対象の所定の位置に設けられたパターンの線幅を測定し、該パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、該観察対象への深紫外光の照射を停止する制御部を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、観察対象の所定の位置に設けられたパターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、観察対象への深紫外光の照射を停止するので、観察対象が制限値以上に損傷を受けることを防止することができる。
【００１２】
また、上記の発明の好ましい態様として、前記制御部は、前記パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、前記観察データと前記パターンの線幅データとを表示し、オペレータに観察を継続するか否かを問い合わせることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、オペレータに観察を継続するか否かを問い合わせるので、観察中に誤って損傷が進行してしまうことを防止することができる。
【００１４】
また、上記の発明の好ましい態様として、前記制御部は、取得したデータを送信可能な外部装置に接続されており、前記パターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、前記観察データと前記パターンの線幅データとを該外部装置に送信することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、測定が完了していない試料に関する情報を、次の工程で活用することができるので、検査工程の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
更に、上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、観察対象に深紫外光を照射して観察データを取得する顕微鏡において、該観察対象に深紫外光を照射することにより発生する損傷の進行速度を、該観察対象の所定の位置に設けられたパターンの線幅を測定することによって求め、該損傷の進行速度が所定の進行速度になるように、該観察対象に照射する深紫外光の強度を調整する制御部を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、試料の損傷の進行速度をモニタしながら、照明光の光量を調整するので、観察範囲内に複数の測定個所があり、その測定にかなりの時間を必要とする場合に、損傷制限値を越さずにすべての測定個所を測定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による共焦点型レーザ走査顕微鏡の構成図である。共焦点型レーザ走査顕微鏡は、共焦点の位置に微小開口を置くことにより、凹凸のある試料のピントの合った面の画像だけを抜き出し、いわゆる光学的断層像を形成することができる。
【００２０】
図１の共焦点型レーザ走査顕微鏡において、深紫外レーザ101 から出射されたレーザ光102 は、シャッタ103 を通過し、減光フィルタ切換ユニット104 内の減光フィルタにて適正な光量に調整される。そして、ミラー121 、122 で反射され、ビームエキスパンダ105 にてビーム径が拡大されて、対物レンズ110 の瞳径を満たすビーム径の光束106 になる。
【００２１】
光束106 は、ビームスプリッタ107 を透過した後、可動ミラー123 、124 を有する２次元スキャナユニット108 にて互いに直角な方向に二次元的に走査される。そして、ミラー125 で反射され、リレーレンズ109 を経て対物レンズ110 で集光されて、試料111 上に微小スポット光112 として結像される。
【００２２】
微小スポット光112は、試料111 上を２次元的に走査され、試料111の表面で反射する。反射光は、対物レンズ110 、リレーレンズ109 、ミラー125 、２次元スキャナユニット108 を通過し、ビームスプリッタ107で反射されて静止光ビーム113 となる。
【００２３】
静止光ビーム113 は、集光レンズ114 によって集光され、ピンホール115 を通り抜けた光のみが検出器116 にて光電変換される。検出器116 の出力信号は、画像処理装置117 にて画像信号に変換され、試料111 の画像が画像ディスプレイ118 に映し出される。
【００２４】
共焦点型レーザ走査顕微鏡は、ピンホール115 によってピントはずれの光がほとんど排除されるので、試料111 に凹凸がある場合は、試料111 の所定の高さにピントの合った、いわゆる光学的断層像を鮮明に観察することができる。
【００２５】
制御部119 は、画像処理装置117の制御を行うと共に、深紫外光による試料111の損傷を制限するために、試料111 の損傷が所定の制限値に達した場合に、シャッタ103 を閉じて深紫外光の照射を停止し、試料111 が制限値以上に損傷されることを防止する。
【００２６】
また、減光フィルタ切換ユニット104 により深紫外光の光量を制御し、試料111 の損傷の進行速度を調整する。これにより、測定個所が多く測定に時間がかかる場合であっても、損傷が制限値に達する前にすべての測定個所の測定が完了できる測定時間を確保することができる。なお、共焦点型レーザ走査顕微鏡は、高画質を保証するために除振台120 の上に置かれる。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態における一括照明型顕微鏡の構成図である。一括照明型顕微鏡は、試料全体に均一な深紫外光を照射するので、スポット光を照射する共焦点型レーザ走査顕微鏡に比べ、深紫外光による試料の損傷を少なくすることができる。なお、一括照明型顕微鏡は、ケーラー照明型顕微鏡とも呼ばれる。
【００２８】
図２の一括照明型顕微鏡において、深紫外レーザ201 から出射されたレーザ光202 は、シャッタ203 を通過し、減光フィルタ切換ユニット204 内の減光フィルタにて適正な光量に調整される。そして、ミラー219 、220 で反射され、ビームエキスパンダ205 にてビーム径が拡大され、対物レンズ209 の瞳径を満たすビーム径の光束206 となる。
【００２９】
光束206 は、リレーレンズ207 を通過後、ビームスプリッタ208 にて反射され、対物レンズ209 により均一な照明光211 （実線）となって、試料210 上に照射される。試料210 からの反射光212 （破線）は、対物レンズ209及びビームスプリッタ208 を透過し、第２対物レンズ213 によってCCD（Charge Coupled Device） カメラ214 上に結像される。CCD カメラ214 上の像は、光電変換された後、画像処理装置215 にて画像信号に変換され、画像ディスプレイ216 に映し出される。
【００３０】
制御部217 は、共焦点型レーザ走査顕微鏡の場合と同様に、試料210の損傷が所定の制限値に達した場合に、シャッタ203 を閉じて試料210へ照射される深紫外光を遮断し、試料が制限値以上に損傷されることを防止する。また、減光フィルタ切換ユニット204 により深紫外光の光量を制御し、損傷が制限値に達するまでの時間を調整する。一括照明型顕微鏡も、高画質を保証するために除振台218 の上に置かれる。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態における第１の測定フローチャートを図３に従って説明する。本実施の形態の顕微鏡で試料を観察するには、まず、試料の特定の観察範囲を画像ディスプレイに表示する（ステップＳ1）。
【００３２】
図４は、顕微鏡で観察する試料および観察範囲の説明図である。ここでは、試料として半導体ウエハ301上のレジストパターンを観察する場合を示す。半導体ウエハ301には回路パターンに対応するレジストパターンが形成されるが、図４では説明のために、３種類の線幅を有するレジストパターン（黒線）を示す。
【００３３】
半導体ウエハ301には、生産工程においてレジストパターンが所定の線幅に形成されているかを検査するため、通常、複数の測定個所305,306,307,308,309が設定される。また、照明光によるレジストパターンの損傷をモニタするため、少なくとも一カ所、損傷モニタ個所303が設けられる。
【００３４】
従って、顕微鏡では、測定個所305,306,307,308,309及び損傷モニタ個所303を含む範囲を観察範囲302とし、この観察範囲302を画像ディスプレイに表示してレジストパターンの幅を測定する。なお、測定個所が観察範囲302以外の場所に設定されている場合は、顕微鏡の観察範囲302をその測定個所に移動して観察を行う。
【００３５】
このように観察範囲302には複数の測定個所があるが、それぞれの測定個所は、ナノメータ単位の超微細のパターン等である為に、微小な凹凸があっても対物レンズに対する焦点距離が異なってしまうことが多い。このため、測定する特定の測定個所毎に焦点を合わせ（ステップＳ2）、その測定個所のレジストパターンの幅を測定する（ステップＳ3）。
【００３６】
ここで、観察範囲302内 のレジストパターンの幅 を測定する方法の一例を示す。図５は、図４に示した観察範囲302内 の１本の水平走査線304 に沿った画像信号強度のグラフである。
【００３７】
即ち、縦軸は、画像信号強度をパーセント表示しており、例えば、画像信号強度を８ビットの256階調にデジタル変換した場合は、画像信号強度０を０％、画像信号強度２５５を１００％とする。また、横軸は、画像の水平走査線304に沿った座標、即ちサンプリング画素位置である。
【００３８】
図５において、画像信号強度が低い部分（約５％）が、レジストパターンの幅に対応する。従って、画像信号強度に所定のしきい値402 （図５では５０％）を設定し、画像信号強度のグラフ401 との交点403,404 を求めれば、その交点に対応する横軸の位置405,406 を読むことができる。この横軸の位置405,406の間隔407 がレジストパターンの幅303 に相当する。
【００３９】
このようにレジストパターンにフォーカス合せ動作等（測定前の準備動作）を行い、その幅を測定する場合、共焦点型レーザ走査顕微鏡では、観察範囲302を深紫外レーザのスポット光で走査し、一括照明型顕微鏡では、観察範囲302全体に一様な深紫外レーザ光を照射する。従って、観察範囲302内のレジストパターンは、フォーカス合せ動作及び測定動作において、観察時間の経過とともに深紫外レーザ光により損傷を受け、その幅が減少する。
【００４０】
そこで、測定個所のレジストパターンの幅を測定するごとに、損傷モニタ個所303のレジストパターンにフォーカスを合わせてその幅を測定し（ステップＳ4）、損傷モニタ個所303のレジストパターンの幅が予め設定された制限値に達したか否かを判断する（ステップＳ5）。
【００４１】
この場合、損傷モニタ個所303のレジストパターンの幅が制限値に達していない場合（No）は、すべての測定個所を測定したか否かを判断し（ステップＳ6）、すべての測定個所を測定していない場合（No）は、ステップＳ2に移行して新たな測定個所に焦点を合わせ、その観察範囲302における測定を継続する（ステップS3-S6）。
【００４２】
一方、ステップS6でその観察範囲302のすべての測定個所を測定したと判断した場合（Yes）は、半導体ウエハ301に設けられたすべての観察範囲を観察したか否かを判断する（ステップＳ7）。この場合に、すべての観察範囲を観察していない場合（No）は、ステップＳ1に移行して新たな観察範囲の観察を開始するが（ステップS2-S6）、すべての観察範囲を観察している場合（Yes）は、照明光を遮断し（ステップS8）、観察を終了する。
【００４３】
一方、ステップS5において、損傷モニタ個所303のレジストパターンの幅が損傷制限値に達していると判断した場合（Yes）は、測定が終了したレジストパターンの幅のデータと、損傷モニタ個所303の損傷度合を表示し（ステップＳ9）、オペレータに測定を継続するか否かの判断を求める（ステップＳ10）。
【００４４】
この場合、オペレータが測定を継続すると決定した場合（Yes）は、ステップS6に移行し、その観察範囲302での測定を継続するが、測定を継続しないと決定した場合（No）は、測定が終了したレジストパターンの幅のデータと損傷度合を示すデータを次の検査工程等に伝達し（ステップS11）、ステップS7に移行して他の観察範囲に移行する。なお、すべての測定個所の測定が完了していない半導体ウエハ301の処理は、次の検査工程のオペレータの判断に委ねられる。
【００４５】
このように本実施の形態の顕微鏡では、観察範囲のレジストパターンの幅を測定するたびに、損傷モニタ個所303のレジストパターンの幅を測定する。そして、損傷モニタ個所303のレジストパターンの幅が、あらかじめ制御部内に記憶された制限値、例えば、損傷前の値の９０％に達したときに、試料への深紫外レーザ光の照射を停止する。
【００４６】
従って、試料の観察中に損傷が進み、本来良品であるべき試料を不良品にしてしまうことを防止することができる。また、測定が完了していない試料に関する情報が次の工程に伝達されるので、検査工程の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
この場合、深紫外レーザ光を遮断する直前の画像は記憶されており、深紫外レーザ光を遮断した後は、記憶した画像を繰り返し表示する。このため試料の観察に支障をきたすことはない。
【００４８】
なお、上記の実施の形態例では、観察範囲302内の損傷モニタ個所303を１ケ所としたが、損傷モニタ個所を複数とし、その測定値の平均をとることにより測定精度を向上させてもよい。また、測定個所を１回測定するたびに損傷モニタ個所303の線幅を測定したが、所定の測定時間、例えば10秒ごとに損傷モニタ個所303の線幅を測定してもよい。
【００４９】
次に、本発明の実施の形態の第２の測定フローチャートを図６に従って説明する。本実施の形態では、試料の損傷の進行速度をモニタしながら、照明光の光量を調整する。本実施の形態によれば、観察範囲内に複数の測定個所があり、その測定にかなりの時間を必要とする場合に、損傷制限値を越さずにすべての測定個所を測定することができる。
【００５０】
本実施の形態では、測定に先立ち、観察範囲内の複数の測定個所を測定するのに要する測定時間と、予め設定した損傷制限値とから仮想損傷速度を求める（ステップS21）。
【００５１】
図７により仮想損傷速度について説明する。ここでは、第１の測定方法の場合と同様に、図４に示した観察範囲302内 の５個所の測定個所305,306,307,308,309を測定する場合について説明する。この場合、観察範囲302におけるすべての測定を完了するのに、例えば１分程度の測定時間が必要であり、また、試料の損傷が測定前の３０％まで許容されると仮定する。
【００５２】
図７の縦軸は、損傷前の値に対する百分率で表した試料の損傷度合であり、横軸は測定時間である。図７において、５個所の測定個所を測定するのに必要な測定時間503（例えば１分）と損傷制限値３０％から点509を求め、点509と原点を結ぶ。この点509と原点を結ぶ直線（図７では点線で示す。）が、仮想損傷直線501である。また、仮想損傷直線501の傾きが仮想損傷速度である。
【００５３】
次に、第１の測定方法の場合と同様に、観察範囲302を画像ディスプレイに表示し（ステップS22）、測定個所に焦点を合わせる（ステップS23）。また、測定個所の幅を測定し（ステップS24）、損傷モニタ個所303にフォーカスを合わせてその幅を測定する（ステップS25）。
【００５４】
次に、本実施の形態では、１個所の測定個所の測定にかかった時間と損傷モニタ個所303の幅から、実際に損傷が進行する速度である実測損傷速度を計算し（ステップS26）、実測損傷速度と仮想損傷速度を比較する（ステップS27）。
【００５５】
この場合、実測損傷速度が仮想損傷速度にほぼ等しい場合（Yes）は、照明光の強度は適切であり、試料の損傷が制限値に達する前に、すべての測定個所の測定が完了すると考えられる。従って、第１の測定方法の場合と同様に、すべての測定個所の幅を測定したか否かを判断し（ステップS29）、更に、すべての観察範囲を観察したか否かを判断して（ステップS30）測定を継続する。また、すべての観察範囲の観察を終了した場合は、照明光を遮断する（ステップS31）。
【００５６】
一方、ステップS27で実測損傷速度が仮想損傷速度と等しくないと判断された場合（No）は、減光フィルタにより照明光の強度を調整する（ステップS28）。即ち、実測損傷速度が仮想損傷速度より大きい場合は、照明光の強度が強すぎる場合であり、試料の損傷が損傷制限値に達するまでに、すべての測定個所の幅を測定することができない。従って、この場合は照明光の強度を低下させる。
【００５７】
一方、実測損傷速度が仮想損傷速度より小さい場合は、照明光の強度が弱すぎる場合であり、画像信号強度のＳＮ比が低下し、必要とする測定精度を確保することができない。従って、この場合は照明光の強度を強める。
【００５８】
この場合の試料における損傷度合の変化を図７により説明する。１回目の測定終了時刻505における損傷モニタ個所303の損傷度合を計算し、点510をプロットする。この場合、原点と点510を結ぶ直線の傾きが実測損傷速度である。１回目の測定では、実測損傷速度が仮想損傷速度より大きく、このままの照明光の強度では、損傷制限値に達する前にすべての測定個所の測定を完了することができない。従って、減光フィルタを調整して照明光の強度を低下させる。
【００５９】
次に、２回目の測定終了時刻506における損傷モニタ個所303の損傷度合を計算し、点511をプロットする。この場合は、点510と点511を結ぶ直線の傾きが実測損傷速度である。２回目の測定時の実測損傷速度は１回目より低下しており、点511は仮想損傷直線501に近づいている。
【００６０】
このように本実施の形態では、それぞれの測定個所を測定するごとに損傷モニタ個所303の幅を測定して損傷速度を計算し、実測損傷曲線504 をプロットする。そして、この実測損傷曲線504が仮想損傷直線501 に近づくように減光フィルタを調整するので、損傷制限値を超えずに、すべての測定個所の測定を完了させることができる。
【００６１】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００６２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、観察対象の所定の位置に設けられたパターンの線幅が所定の制限値に達した場合に、観察対象への深紫外光の照射を停止するので、観察対象が制限値以上に損傷を受けることを防止することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、試料の損傷の進行速度をモニタしながら、照明光の光量を調整するので、観察範囲内に複数の測定個所があり、その測定にかなりの時間を必要とする場合に、損傷制限値を越さずにすべての測定個所を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１  】本発明の実施の形態の共焦点型レーザ走査顕微鏡の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の一括照明型顕微鏡の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の第１の測定フローチャートである。
【図４】観察する試料および観察範囲の説明図である。
【図５】画像信号強度による幅測定の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の第２の測定フローチャートである。
【図７】試料の損傷度合の説明図である。
【符号の説明】
101 、201   深紫外レーザ
103 、203   シャッタ
104 、204   減光フィルタ切換ユニット
105 、205   ビームエキスパンダ
107 、208   ビームスプリッタ
108   ２次元スキャナユニット
109 、207   リレーレンズ
110 、209   対物レンズ
111 、210   試料
115   ピンホール
116 、214   検出器
117 、215   画像処理装置
118 、216   画像ディスプレイ
119 、217   制御部
120 、２18   除振台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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