(57)【要約】レリーフ形状が提供された表面を調査する方法が提案される。そこでは、測定スペクトルが取り込まれ、次に段階的に調整される任意の構造を代表するテスト・スペクトルと比較される。本発明によれば、パラメータの階層化された調整による決定を最適化しながら、スペクトルの代表点上における相関関係が選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上に放射（２）を施すための段階と、前記表面上での放射の反射（６）の後に前記放射の測定スペクトルを集めてグラフィック媒体（９）上に前記スペクトルを表示する段階と、を有し、
さらに、スペクトル（１６、１７、１８、１９）の点を選択するための段階であって、前記点がスペクトルに接近する線によって連結できるようにする段階と、
選択された点を、テスト・スペクトルと同種の点をもつ測定スペクトルと比較することにより、前記表面のレリーフ形状（５）を求める段階であって、パラメータで表現されるようなレリーフのモデル化に由来するテスト面（５，２２）における放射の模擬反射から、前記テスト・スペクトルがもたらされるようにする段階と、を有する、反射率測定により表面を調査する方法であって、
パラメータの調整による比較及びテスト・スペクトルの調整を含み、前記パラメータは、前記パラメータに対するテスト・スペクトルの感度により決定された順序で引き続いて調整され、前記スペクトルにおける最も有力なパラメータが最初に、そして他がそれに続いて調整されるようにすることを特徴とする、反射率測定により表面を調査する方法。
【請求項２】
前記レリーフは、スタック内の薄片の数、並びに薄片における断面の高さ及び幅によって定義された薄片のスタック（積み重ね）によってモデル化され、前記高さ及び幅と同様に前記数は、総計の誤差及び放射の伝搬定数から決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各薄片に対する誤差は、レリーフの伝搬定数と薄片の伝搬定数の平均と間の差の絶対値を、薄片の高さに関して積分した値によって定義されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
全ての薄片の誤差の総和は最大の許容値に等しいことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記最も有力なパラメータはレリーフ形状の高さ及び幅を含み、前記高さ及び前記幅は最初の調整において変更されることを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の反射率測定により表面を調査する方法。
【請求項６】
前記パラメータはレリーフ形状の傾斜及び丸みを含み、その順で、前記高さ及び前記幅の後に、調整において変更されることを特徴とする、請求項５に記載の反射率測定により表面を調査する方法。
【請求項７】
テスト・スペクトルを得るために使用されるレリーフ形状の段階（２２）の数の調整を含むことを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか１項に記載の反射率測定により表面を調査する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレリーフ（浮き彫り）形状の寸法検査のための光学手段を介して構造を調査する方法に関する。このような方法によって、規則的に間隔をおいたパターンの幾何学的特性における応用が見出されるが、マイクロエレクトロニクスにおけるレリーフ(浮き彫り)ラインのような顕微鏡的寸法のため、それら（幾何学的特性）を直接的に測定する方法にまであまり到達できていない。
【背景技術】
【０００２】
スキャタロメトリー(scatterometry)という用語は、調査されるべき表面が放射を受け取る方法を示すのに当技術分野でしばしば使用され、レリーフ形状に依存する回折されたスペクトルを与えることによって反射が行われるものである。測定スペクトルはグラフィカルな媒体上に集められ、表示される。それは、レリーフ形状の特性を直接推論するのに使用できず、そしてこのことが、そのスペクトルと、既知のレリーフ形状をもった表面に対して得られた参照スペクトルとの比較を進める理由であり、測定スペクトルが参照スペクトルの１つに近いならば、そのレリーフはその参照スペクトルを生じさせるもの（レリーフ）に類似するだろうとする。参照スペクトルはライブラリから、または、表面のパラメータ化されたレリーフ形状をもつモデルの回折シミュレーションのテストから抽出できる。この第２の種類の方法は、解に向かって収束するようにパラメータを変えることによる、反復的なものである。特許文献１及び２は反射率測定により表面を調査する方法に対応している。他の文献も当技術分野において知られている。
【０００３】
この種の方法においては、ある困難に直面することを要求される。十分よく準備されたライブラリがレリーフ形状の正確な見積りを与えるために必要であるということは、明らかである。反復法は正しい解に向かって収束することにおいて、モデル化の不正確さ及び困難さを被りやすい。これから過度の計算時間がもたらされる。
【特許文献１】米国特許第５，７３９，９０９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８６７，２７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、反射率測定による表面のレリーフ形状の測定に対する強化、より詳しくは、レリーフとスペクトルのシミュレーションが実行される第２番目に言及される種類の方法に対する強化を提供する。それにより、測定スペクトルと連続したテスト・スペクトルの間により良好な相関関係を得ることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
反射率測定により表面を調査するための方法によって、より一般的な形態で本発明を定義できる。即ち、本発明は、表面上に放射を施す段階と、表面上での放射の反射の後に放射の測定スペクトルを集めてグラフィック媒体上にそのスペクトル表示する段階と、を有し、さらに、スペクトルの点を選択するための段階であって、それらの点がスペクトルに接近する線によって連結できるようにする段階と、選択された点を、テスト・スペクトルと同種の点をもつ測定スペクトルと比較することにより、表面のレリーフ形状を求めるために、パラメータで表現されるようなレリーフのモデル化に由来するテスト面における放射の模擬反射から、上記テスト・スペクトルがもたらされるようにする段階と、を有し、また、パラメータの調整による比較及びテスト・スペクトルの調整を含み、パラメータは、前記パラメータに対するテスト・スペクトルの感度により決定された順序で引き続いて調整され、前記スペクトルにおける最も有力なパラメータが最初に、そして他がそれに続いて調整されるようにする。好ましくは、そのレリーフは、スタック内の薄片(slice)の数、並びに薄片における断面の高さ及び幅を含むパラメータによって表現される薄片のスタックによりモデル化され、上記数並びに高さ及び幅は、全ての誤差及び放射の伝搬定数から決定される。各薄片に対する誤差は、レリーフの伝搬定数と薄片の伝搬定数の平均と間の差の絶対値を、薄片の高さに亘って積分した値によって定義される。全ての薄片の誤差の総和は、可能な判断基準に従って、許容値より小さいか、または許容値に等しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、図面に対応して、ここでさらに完全に説明される。
【０００７】
光ファイバにより延長されたレーザから成ることが可能な光源１は、筋を付けた基板４からなる試料３の方に向かって入射光線２を照射し、調査される上側の面の直線的なエッジ５が突き出たレリーフ形状を形成する。入射光線２は、試料３で反射されて反射光線６となり、その方向は照射点における基板４の垂線に対して相対的に対称であり、分光器７へと導かれる。実際には、数十個のエッジ５に光線が同時に到達していて、同時に測定に寄与する。この構成はさらに制御システム８を概略的に有し、その一機能は分光器７による測定値を収集し、またユーザによって閲覧されるグラフィックインターフェース９にそれらを再伝送もする。この構成の他の幾つかの可能性について要点のみ説明する。プレート１０のサポート軸１１の回転制御によって基板４が付着しているプレート１０を回転させることにより、それによって試料３を傾斜させることが可能である。測定の受け取りを継続するために倍の角度による分光器７の回転も、それが同軸または前方軸１３の周囲に取り付けられたベントアーム１２を動かして制御される。これらの移動は制御システム８により提供される。また、操作手段は、制御システム８を介してこの構成に作用するキーボードまたは同等の構成要素も有する。試料３上に入射する光線２の入射角度はθで、光の波長はλで、後者の偏光角度はｐで示されている。反射率測定による測定値は、単一の測定点のみならず、完全なスペクトルをも有するよう変化するパラメータに応じた様々な局面を仮定できる。さて、いわゆる分光測定は、より完全にここで説明され、それにおいては、十分大きな範囲で波長λを変えることによってスペクトルを得るが、入射角度θを変えるいわゆるゴニオメータ(goniometer)の測定値も、別のスペクトルを得るために非常に一般的である。本発明の適用はスペクトルの種類により影響を受けない。
【０００８】
さて、使用される方法を全般的に説明する図２を参照する。ステップＡは、先ほど示された方法における測定スペクトルを得る段階から成る。次のステップＢは、次のステップＣで前のスペクトルと比較するテスト・スペクトルを得る段階から成る。そして、試料３のパラメータは、比較結果が改善される期待をもって次のステップＤで調整され、ステップＢに戻って最適な比較結果に達するまで以下のステップを経ることになる。そして、ステップＣに、調整されるパラメータを追加するためのステップＥが続き、新たなパラメータ自体もまた最適化されるまで、一連のサイクルのステップＤ、Ｂ、及びＣが再び始動するようになる。同様に、全てのパラメータが考慮され、その後システムの解に到達し、パラメータの値がステップＦに従ってユーザに提供されるまで進行する。そして調整（Ｄ）の後に、その折々で、ステップＢに戻る前にステップＧにおいてモデルの新たな定義を指令することが可能となる。
【０００９】
さて、この方法のステップＡについて見ると、これは、連続した反復法によって相関関係に対して必要とされる計算時間の大幅な縮小を可能にするものとして、本質的な局面である。ここで示されたスペクトルは波長λに対する光強度である。このスペクトルのうち、スペクトルのピーク先端に位置し、１６として表される顕著なほんの数点、上記ピークの根元部分に位置し、１７として表される他の点、また必要に応じ、言明するならばスペクトルの「谷」部分に位置する点１８が考慮されることになるが、前記の各点の中間にある、１９として表される点をも選択できる。非常に良好な適合を得る段階は、実際の測定スペクトルと、連続した選択点を連結する線によって定義される仮想のスペクトルと、の間で求められる。図３の実例は、これが減少された数の点に到達することができることを示し、測定スペクトルと選択された点によって定義されたスペクトルとの間の全般的な偏差を計算することによって、検証を行うことができる。再分類を簡単にする他の可能性は、図３の例ではそれを行っていないのだが、興味があると見積もられるスペクトルのある部分だけを考慮することであり、相関関係における残りの部分を完全に無視することである。しかしながら、ピークの先端及び根元部分などの、種々の領域に属する点は、信頼できる比較の基準を提供するために保持されるべきである。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、波長範囲またはエネルギー範囲に亘るスペクトルを規則的に抽出することによって、異なってはいるが満足できる近似のスペクトルに到達させる。
【００１１】
さて、どのようにテスト・スペクトル及びそれらの調整を得るのかという説明に移る。
【００１２】
図４によれば、エッジ５は、入射角に応じて決定された伝搬モードによる光によって交わる様々な幅をもつ薄片２２のスタックに適合できる。薄片２２へのこの分解は、シミュレーションによるテスト・スペクトルを取得するためのモデルとしてで使用される。最も多くの一般的な方法では、薄片２２は一定の幅、従って矩形断面が仮定されており、それらの厚みは任意に選択される。そして、それぞれの薄片２２は、βｋとして表される一定の光の伝搬定数を有し、ここに、この指数におけるｋは薄片２２に関連したものである。この伝播は、優勢な伝搬モードによって薄片２２を通る光の伝搬速度を表す。しかしながら、レリーフが実際には薄片２２に可変の幅をもつのに伴って、系統誤差が生じてしまう。この誤差は以下の式で表すことができる。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
【数２】
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【００１５】
ここに、ｙｋ及びｙｋ＋１は薄片２２の最高の高さであり、β（ｙ）はエッジ５の両端間でのレリーフの局所的な幅ｘ（ｙ）から計算された高さｙにおける実際の光の伝搬定数、そしてバーを付したβｋは薄片２２における平均の実数定数である。従って、誤差はそれぞれの薄片の高さの積分により計算される。
【００１６】
Ｍｏｈａｒａｍらによる米国光学会ジャーナル第１２巻第５号（１９９５年５月）第１０６８〜１０７６頁で発表した、「２成分の格子の厳密な結合波解析の安定で効率的な実装のための定式化」という記事が、エッジ５における光の伝搬または他のレリーフ形状に関する詳細を与えている。
【００１７】
本発明によれば、薄片２２の厚さ（ｙｋ＋１−ｙｋ）は、もはや任意に選択されないが、モデル化されたレリーフ全体におけるテスト・スペクトルの算出された全ての誤差、Ｅ＝Σｅｋが、許容できる最大のＥｍａｘよりも小さいかこれに等しくなるような方法において選択される。従って、方法のステップＧは、エッジ５を構成する薄片２２の高さを調整し、Ｅ＝Ｅｍａｘとなるように前述の公式を適用する段階から成るであろう。そして、エッジ５は、減少した誤差と適度な数の薄片２２を調和させることによって、最も良い方法で切断され、それは計算時間を過度に増加させない利点を有するであろう。
【００１８】
我々は、図５によって、この調整について説明し、相関法の他の段階に移る。エッジ５は、多くの実用的な場合において、丸い上側の角を有する台形のような単純な形状を持ったレリーフ形状に適合できる。この形状は、４つのパラメータ、即ち高さｈ、両側の底角ｔ、上側の角の曲率ｒ、及び、例えば半分の高さ位置における幅ｆによって記述できる。他の形状も想定できる。
【００１９】
これらのパラメータは、図４によって説明された方法の役割と同様に、テスト・スペクトルを得ることのできるエッジ５の分解を支配する。それらの値は、初めはそれらが調査の対象である如き未知数であり、従って、相関関係の改善のためにそれらを反復的に変えることにより、測定スペクトルとテスト・スペクトルの間の相関関係から推論されるはずである。１つのテスト・スペクトルは、方法の進行においてパラメータが取る値のグループ単位に計算される。第１のステップは、それぞれのパラメータのセットに対して、またはそれらのいくつかのみに対して達成できるのだが、その第１のステップはステップＧであって、それは、現在の値に対する、またはあまり異なっていないパラメータの以前の値に対する、及び以前の評価基準に応じた、薄片２２の最適な数を与える。本発明の今１つの局面によれば、パラメータの種類が決定される。実際には、後者の無秩序な調整では、問題の厳密解を、局所解に向かって収束することのみによっては提供できない。これが、最も重要なもの、即ち、テスト・スペクトルに最も多くの影響を有しているものから始めることによって、調整を達成するために次から次へとパラメータを変えることに決められた理由である、
【００２０】
パラメータのそれぞれの種類は一つまたはそれ以上のパラメータを含むことができる。まず、第１の種類のパラメータを使用することのみによって調整がなされる。ここで、高さと幅が同程度の重要性を有し、従って第１の種類がそれらの両方を含むこととなる、と見積もることができる。そして、ｆとｈの値を調整することにより、測定スペクトルと最終的なテスト・スペクトルの間の差の最小値が得られるまで、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのステップのサイクルが、役割を果たす。そして、角度ｔを含む第２の種類のパラメータをも考慮することによって、Ｂ、Ｃ、及びＤのステップの新しいサイクルが役割を果たし、この時、パラメータｈ、ｆ及びｔは同時に変更される。最終的に、曲率ｒを含む第３の種類のパラメータを組み込み、これによって、全てのパラメータを同時に変更することにより、Ｂ、Ｃ、及びＤのステップの最後のサイクルが役割を果たす。測定スペクトルとテスト・スペクトルの間の最小の誤差が見出されたとき、エッジ５が見出されたと考えられる。
【００２１】
本発明が他の形状のエッジに適用できることは、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】調査装置を示す図である。
【図２】本発明の方法のフローチャートである。
【図３】測定スペクトルを示す図である。
【図４】一調査技法を示す図である。
【図５】一調査技法を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  光源
２  入射光線
３  試料
４  基板
５  エッジ
６  反射光線
７  分光器
８  制御システム
９  グラフィックインターフェース
１０  プレート
１１  サポート軸
１２  ベントアーム
１３  前方軸
２２  薄片
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【国際調査報告】
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