(57)【要約】到来する検査と定期かつ露出前の検査工具の為に、完全かつ手早い位相変位マスク用レチクルの為のレチクル検査システムおよび方法は、マスクショップの顧客にとって互換性のある検査工具としてマスクショップのような設備により使用可能である。本発明のシステムと方法は、露出条件（例えば、波長、開口数、シグマ、照度アパーチャーの型）と同一の光学的条件の下で、位相変位マスクの画像を得ることにより、架空の画像において、位相誤差を検出する。画像は、正の焦点外れ状態と負の焦点外れ状態で得られ、正の位相誤差を高める為に比較される。「位相誤差」とう用語は、ウエハ仕様要件を満足し、露光システムを使用してフォトレジスト上の画像を達成することにより、位相変位マスク上の、計画された１８０度からの位相バラツキの許容可能な範囲を指す。
2004533015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の露光条件の下で、光学露光システムを用いて使用される位相シフトマスクを検査する方法において：
伝送光を用いて前記位相シフトマスクの複数の架空画像を得るステップであって、前記複数の架空画像は、前記露光システムの処理ウインドウ内で、前記一連の露光条件を用いて得られ、前記複数の架空画像は、位相シフトマスクの第１架空画像と第２架空画像とを含み、前記位相シフトマスクの前記第１架空画像は、第１の焦点外れ状態にあり、前記位相シフトマスクの前記第２架空画像は第２の焦点外れ状態にある、前記ステップと；
前記第１架空画像と前記第２架空画像とを比較するステップであって、前記位相シフトマスクにおける位相欠陥と誤差を検出する前記ステップと；を備える、前記方法。
【請求項２】
前記第１の焦点外れ状態は、正の焦点外れ状態であり、前記第２の焦点外れ状態は、負の焦点外れ状態である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記比較ステップの前に、前記第１架空画像と前記第２架空画像は変形され、露光システムとフォトレジストの動作をシミュレーションする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
得られた前記位相シフトマスクの前記架空画像は、前記位相シフトマスクを用いて、前記光学露光システムにより作り出された対応画像に関して拡大される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記比較の結果を自動的に処理するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記比較の結果を使用し、前記位相シフトマスクの前記位相における前記バラツキのマップを作る、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記伝送された光は、パルス光源を用いて提供される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記パルス光源は、パルス・レーザである、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記複数の架空画像を得るステップは、前記伝送光と前記位相シフトマスクとの間に連続した相対運動を与える工程を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の架空画像を得るステップは、前記レーザと前記位相シフトマスクとの間に連続した相対運動を与える工程を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
一連の露光条件の下で、光学露光システムを用いて使用される位相シフトマスクを検査する装置において：
前記一連の露光条件の下で前記位相シフトマスクの複数の架空画像を得る為のスキャナであって、前記位相シフトマスクの前記複数の架空画像は前記位相シフトマスクの第１架空画像と第２架空画像とを備え、前記位相シフトマスクの前記第１架空画像は第１の焦点外れ状態にあり、前記位相シフトマスクの前記第２架空画像は第２の焦点外れ状態にある、前記スキャナと；
前記位相シフトマスクの前記第１架空画像と前記第２架空画像とを用いて、前記位相シフトマスクにおけるバラツキを検出する為の画像処理モジュールと；を備える、前記装置。
【請求項１２】
前記第１の焦点外れ状態は、正の焦点外れ状態であり、前記第２の焦点外れ状態は、負の焦点外れ状態である、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記スキャナは、前記位相シフトマスクの前記複数の架空画像を得る為に複数のカメラを備える、請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のカメラは、
前記位相シフトマスクの前記第１画像を得る為の第１カメラと；
前記位相シフトマスクの前記第２画像を得る為の第２カメラと；を備える、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記第１カメラは、正方向に焦点が外れており、前記第２カメラは、負の方向に焦点が外れている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記スキャナは、照明光で前記位相シフトマスクを照明する為の光源を更に備え；前記複数のカメラは、前記照明光を感知できる、請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
前記光源は、パルス光源である、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記パルス光源は、パルスレーザである、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記スキャナと前記位相シフトマスクとの間に連続した相対運動をもたらす手段を更に備える、請求項１１記載の装置。
【請求項２０】
前記レーザと前記位相シフトマスクとの間に連続した相対運動をもたらす手段を更に備える、請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
前記スキャナは：
前記位相シフトマスクを照明する為の伝送光照明システムと；
前記位相シフトマスクから放射された光を集め、前記位相シフトマスクの架空画像を前記第１カメラ及び前記第２カメラ内に作り出す為の光学システムと；を更に備える、請求項１４記載の装置。
【請求項２２】
前記スキャナの前記光学システムは、前記一連の露光条件を再生する為に開口数ダイヤフラムを更に備える、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
一連の露光条件の下で、光学露光システムを用いて使用される位相シフトマスクを検査する装置であって：
光源と；
前記位相シフトマスクを照明する為の伝送光照明手段と；
前記一連の露光条件の下で、前記位相シフトマスクの、複数の拡大された架空画像を作り出す光学手段であって、前記光学手段は、前記一連の露光条件を再生する為に開口数ダイヤフラムを有する、前記光学手段と；
前記位相シフトマスクの、複数の拡大された架空画像を得る為の撮像手段であって、前記位相シフトマスクの、前記複数の架空画像は、前記位相シフトマスクの第１架空画像と第２架空画像を備え、前記位相シフトマスクの前記第１架空画像は、第１の焦点外れ状態にあり、前記位相シフトマスクの前記第２架空画像は第２の焦点外れ状態にある、前記撮像手段と；
前記位相シフトマスクの前記複数の架空画像を用いて、前記位相シフトマスクの状態を分析する画像処理手段と；を備える前記装置。
【請求項２４】
前記第１の焦点外れ状態は、正の焦点外れ状態であり、前記第２の焦点外れ状態は、負の焦点外れ状態である、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記光源は、パルス光源である、請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
前記パルス光源は、パルス・レーザである、請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記スキャナと前記位相シフトマスクとの間に連続した相対運動をもたらす手段を更に備える、請求項２３記載の装置。
【請求項２８】
前記レーザと前記位相シフトマスクとの間に連続した相対運動をもたらす手段を更に備える、請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
前記撮像手段は、上記位相シフトマスクが前記伝送光照明手段により照明されるとき、前記位相シフトマスクの拡大された前記複数の架空画像を得る為の複数のカメラを更に備える、請求項２３記載の装置。
【請求項３０】
前記複数のカメラは：
前記位相シフトマスクの前記第１画像を得る為の第１カメラと；
前記位相シフトマスクの前記第２画像を得る為の第２カメラと；を更に備え、
前記位相シフトマスクの前記第１架空画像と前記第２架空画像は、上記位相シフトマスクが前記伝送光照明手段により照明されるとき、それぞれ、前記第１カメラと前記第２カメラにより得られる、請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記第１カメラは、正の方向で焦点が外れており、前記第２カメラは、負の方向で焦点が外れている、請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
グラフィック形式で前記位相シフトマスクの前記条件を表示する為に、後処理及びレビュー手段を更に備える、請求項２３記載の装置。
【請求項３３】
上記光源の波長は、上記露光システムの波長と同一であり；前記第１カメラ及び前記第２カメラは、前記レーザ光源の前記スペクトラムを感知できる、請求項３０記載の装置。
【請求項３４】
前記光源の使用により生じるスペックル（小斑点）を減らす為に、前記伝送光照明手段の近傍に配置されたホモジナイザーを更に備える、請求項２３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
1. 発明の分野
この発明は、マイクロ・フォトリソグラフィ処理を介してマイクロデバイスを製造するのに使用されるレチクルを検査する為の技術に関する。特に、本発明は、レチクルが使われることになっている特定のフォトリトグラフィー工具の動作をエミュレートすることによって、欠陥を検出する為の方法および装置に関する。そのような工具は、光学ステッパー、スキャナ、ステップ・スキャン露光システムを含む光学露光システムでもよい。工業環境でレチクルを検査する為に容易に使用可能な方法と装置において、本発明が具体化されている。
【０００２】
より詳しくは、本発明は、マイクロリソグラフィ処理で使用される位相シフトマスクを検査する為の方法および装置に関する。位相シフトマスク（PSM）は、製造処理中、ウエハを露光するコヒーレント光の強度を制御する為に有害な干渉を使用する。密接に間隔を開けて配置されたアパーチャーは、どんな特定アパーチャーを通過する全ての光も、隣接するアパーチャーを通過する光に対して１８０度の位相外れになるように構成されている。その結果、隣接のアパーチャー間で暗い領域に洩れる光は、打ち消し合うか、弱め合って干渉する。特定アパーチャーの中間で、隣接アパーチャーからの光は、強め合って干渉する。弱め合う干渉は、暗い領域の中間で、不要な露光を減らし、より小さな特徴部のエッチングを許容する。この効果は画像が集中しないときにも生じるので、焦点誤差の為の画像劣化は著しく減じられる。リソグラフィの用語において、これは、焦点深度（ＤＯＦ）まで及ぶ。ＰＳＭの物理学は、M.D. Levinson（N.S.）Viswanathan、R.A. Simpsonにより、ＰＳＭを用いたフォトリソグラフィにおける改善された解像度（ＩＥＥＥ発行、vol. ED-29, No. 12, １９８２年１２月）に記述されている。
【０００３】
焦点誤差と位相誤差の組み合わせられた効果は、以下の説明により単純化することができるが、図４に視覚的に示されている。焦点誤差は、全体的な位相誤差δφの一因となり、マスク位相誤差は、予定された１８０°位相領域にΔφをもたらす。強め合う干渉領域で、強度は、特定の特徴部と、位相と焦点寄与を持つ隣接特徴部との振幅合計の結果になる：A(180°+Δφ)+  A(0°+ 180°＋δφ)。位相マスク誤差δφは、正の焦点ズレの為に正符号になっており、全体的な位相誤差δφは、マスク位相誤差Δφに近似し、その干渉は、対応した位相間に存在することを仮定する。最良の焦点の為に、位相差はΔφ（より小さい強め合う干渉）になる。負の焦点ズレの為に、位相差は、２●Δφ（最低量の干渉）になる。負の位相ズレ画像に対する正の位相ズレ画像の比較は、正常な焦点で取られた画像の比較よりも、非常に大きな差を与える。
【０００４】
位相シフト光は、エッチング又は堆積技術で作り出される領域。ある技術によれば、そのマスク基板は、高精度な深さまでエッチングされ、その領域を通過する光は１８０°で位相がシフトされる。位相変更材料も同様に、基板上に堆積可能である。
【０００５】
2. 関連技術の説明
近代的なマイクロ・エレクトロニクス・デバイスは、フォトリソグラフィ処理を用いて一般的に生産されている。この方法において、半導体ウエハは最初にフォトレジスト層で被覆される。このフォトレジスト層は、その後、フォトマスク（平易にするため、本願ではフォトラスク、マスク、レチクルという用語は同じ意味で用いられる。）を用いて照明光に晒され、後に現像される。現像の後、露光されなかったフォトレジストが除去され、露光されたフォトレジストがウエハ上にマスクの画像を作り出す。その後、ウエハの一番上の層は、エッチングされる。その後、残っているフォトレジストがはぎ取られる。複数層のウエハの為には、後で上記手順が繰り返され、次のパターン化された層を生産する。
【０００６】
上記フォトリソグラフィ処理を用いて生産されたマイクロエレクトロニック回路内の構成要素を増やすには、フォトレジスト露光において非常に高解像度画像を使用しなければならない。フォトレジスト上に投射されてもよい画像の解像度の主な限界は、マスクの特徴部における照明光回折効果と、マスク自体の品質上の限界により作られる。フォトレジストの露光で使われる電磁放射の波長が、露光中に再生されるマスクの特徴部の大きさに対し有意になるとき、回折効果が重要になる。解像度を高め、投射された画像の再生可能な特徴部の大きさの減少は、フォトレジスト露光で使用される光の波長の減少により達成可能である。このために、より短波長に対応するスペクトルの紫外線領域で電磁放射を使うことが有利である。特に、紫外線ｉライン（３６５ｎｍ）、深紫外線（２４８ｎｍ）、１９３ｎｍや１５７ｎｍの波長が使用されてきた。極端な紫外線（１１−１３ｎｍ）波長は既知であり、このような波長も同様に使用可能であることは意図された範囲であることが予想される。
【０００７】
画像の解像度を高める為の他の方法は、ＲＥＴ（解像度強化技術）の使用であるが、これには、軸外れ照明、ＯＰＣ（光学近傍訂正）レチクル、ＰＳＭ（位相シフトマスク）レチクルを含まれる。
【０００８】
演算子超小形電子回路を生産する為に、マスクは可能な限り無欠陥であること、好ましくは完全に無欠陥であることは、当業者に理解されるはずである。そのため、マスク検査工具は、潜在的にマイクロ・エレクトロニクス回路製造の歩留まりを減らす可能性があるマスク内の様々な欠陥を検出する為に必要である。マイクロ・フォトリソグラフィ処理で使用されるマスクの、より小さな特徴部の大きさと、位相シフトマスクとＯＰＣマスクの使用は、より洗練された工具を必要とする。たとえば、位相シフトマスクの検査は、従来の欠陥（例えば、粒子）を見つけるだけでなく、当該マスクの様々な領域の厚さ誤差を検出することを必要とする。マスク検査の為の多数のシステムが、電子工業の増大する需要に応じて開発されてきた。
【０００９】
早期のマスク検査工具は、マスクの品質を調査するために実際のフォトレジスト露光を使った。この方法によれば、マスクは光学露光システムに置かれ、実際にフォトレジストを露出する為に使用した。このような方法で得られた画像は、その後、そのマスクが仕様書に至るまで性能を発揮するか決定する為に調査される。この方法は費用がかかり、時間が浪費され、しばしば、不正確であることから、不経済的であり、非効率的である。
【００１０】
特定種類のマスクの欠陥（「表面」欠陥（たとえばマスクの表面の粒子）と呼ばれる。）は、マスクを通して伝送された光と、マスクの一面により反射された光とにより作り出されるマスクの画像を用いて、当該マスクを検査することにより検出可能である。この方法を使用するマスク検査工具は、両方の画像を得て、これらを分析する。２つの画像の分析結果は、マスクの状態について情報を生み出す。他のシステムは、ダイ間の比較、ダイとデータベース間の比較、又は、反射画像と伝送画像間の比較を使用する。ダイ間の比較法において、得られたマスクのダイの画像は、同一マスクから得られた他のダイの画像と比較される。ダイとデータベース法において、得られた画像は設計仕様書を用いてシミュレーションされた画像と比較される。
【００１１】
そのような検査方法は、実際のフォトレジスト処理中、フォトレジスト上にプリントされるかもしれないが、プリントされないかもしれない欠陥を検出することができる。この方法の大きな欠点は、ウエハ上のマスクにより実際に作り出される光学的画像と無関係であるマスクの物理的構造を調査することである。たとえば、マスクが頻繁に作り出す画像のライン幅におけるバラツキは、マスク自体のライン幅における対応したバラツキより高い。この現象は、ＭＥＥＦ（マスク誤差強化要因）と呼ばれている。他の例は、ＰＳＭであり、ここでは、位相誤差とプリント画像との間に目に見える関係は存在しない。したがって、マスクがフォトレジスト上に作り出す実際の画像にマスクの物理的画像を関連付けること、更に、マスクが実際に生み出す画像を直接、調査することが望ましい。
【００１２】
マスク開発段階中、マスクの性能の評価を容易にするため、ＩＢＭ社は、マスク評価の為に架空撮像方法を使用する、架空画像測定システム（ＡＩＭＳ（商標））と呼ばれるマイクロスコープを開発した。
ＡＩＭＳ（商標）技術を組み込んだ、ツァイスＭＳＭ１００、マスク開発用工具は、カール・ツァイスGmbH（ドイツ社）から商業的に入手可能である。ＭＳＭ１００システムは、新たに開発されたマスクのプリント適正特性を評価する為に使用可能である。
【００１３】
架空撮像法は、欧州特許出願第０６２８８０６号に説明されている。この方法によれば、検査システムは、半導体デバイス製造中にフォトレジストを露光する為に使用される光学的露光システムをシミュレーションする。マスク検査装置の光学システムは、実際のマイクロ・フォトリソグラフィ処理で使用される一連の露光条件を使用し、実際のデバイス製造中にフォトレジスト上に生み出されるであろう画像を作り出す。特に、このシステムは、波長、露光の部分的コヒーレンス、照明用アパーチャー、光学露光システムの撮像用ニューメリカル・アパーチャーＮＡに合致する。作り出された架空画像は、紫外線放射を感知できるＣＣＤカメラを用いて拡大され、検出される。
【００１４】
マスク設計の評価に加えて、架空撮像方法は、実際のマイクロ・フォトリソグラフィ処理中にプリントされるであろうマスクの欠陥を検出できる。透過領域、ピンホール、ピンドット、エッジ・トランケーション等を含む、レチクル上のあらゆる種類の欠陥のほとんどは、プリントされた画像におけるライン幅のバラツキを引き起こす。ここで使われる用語「ライン幅」は、ワイヤ間の距離のように、レチクルが欠陥品として拒絶されるかを決定する、フォトレジスト上のレチクルにより生み出される画像の一連のパラメータを記述する。得られた架空画像は、同様にＩＢＭにより開発されたＡＩＭＳ（商標）ソフトウェアを用いて分析される。全ての上記利点にも拘わらず、ツァイス／ＩＢＭシステムは、他の検査システムにより検出された一連の欠陥の為のプリント適性・レビュー・ステーションとしての用途を制限してきた。
【００１５】
米国特許第５，４８１，６２４号は、位相シフトマスクのダイとデータベース検査の為に架空画像を使用するシステムを記載する。記載された検査方法によれば、位相シフトマスクにより生み出された架空画像は、マスクを製造する際に使われたオリジナル回路パターンに対し検証される。
【００１６】
米国特許第５，７９５，６８８号は、ダイとデータベース比較を用いた光学近接効果補正を有するマイクロリソグラフィックマスクの検査用架空画像方法を使用するシステムを開示する。このシステムにおいて、上記光学近接効果補正を使って製造されたマスクの架空画像は、シミュレーションにより得られた同一マスクの架空画像と比較される。クロムの欠如、汚染、ガラス損傷、位相欠陥、伝送誤差等のマスクにおける様々な欠陥は、２つの画像間の不一致として識別される。シミュレーション処理は、光学露光システムの限定された解像度による光学近接効果と、マスク製造処理中のフォトレジスト・エッチングによる近接効果を考慮に入れている。シミュレーションされた架空画像は、オリジナルマスク設計を使用し、或いは、光学近接効果の為に補正されたマスク設計を使用して得られる。
【００１７】
マスク検査技術における上記前進にも拘わらず、当該産業の需要を満たす検査工具は、現時点で存在しない。ＩＢＭシステムは、マスク開発ラボの為に設計され、生産段階のマスク検査の為ではないので、十分なオートメーションを持たない。
【００１８】
また、ダイとデータベース間の比較に基づき、既存の架空撮像システムにより使用される検査方法は、特に、かなり複雑なマスク設計に対して、常に効率的とは限らない。ダイとデータベース間の比較方法は、マスク検査で使用されるシミュレーション済みの画像を生み出す為にマスク製造処理で使用されたエッチングの影響と、光学露光システムの動作とを記述してモデルを使用する。しかし、実際のマスクは、マスク書き込み工具の制限の為、マスク設計と異なる。その結果、データベースから架空画像へのトランスフォーメーション精度において制限がある。不十分なシミュレーションは、著しい数の「不快」な欠陥を導く可能性がある−得られた架空画像とシミュレーションされた画像との不一致は、マスク内の、実際の欠陥の存在により生じるのではなく、シミュレーションされたモデル内の不十分さにより生じる。「不快」な欠陥は、大いにマスク検査を複雑にする可能性がある。前述した全ての理由のために、シミュレーションされた画像の品質上の制限は、ダイとデータベース間の比較を使用する架空撮像検査技術の性能を限定する。
【００１９】
したがって、当該マスクが実際にフォトレジスト上に生み出すであろうライン幅における欠陥の検出を可能にするであろうマスク検査システムが必要である。
【００２０】
システムも同様に、粒子、汚染、被覆欠陥などの表面欠陥の存在と位相欠陥とを検出できなければならない。
【００２１】
また、上記マスク欠陥について、迅速かつ信頼できる確認を提供することがマスク検査にとって望ましい。そのようなシステムは、fabsやマスクショップのようなクリーンな製造環境では、効率良く作業することができ、その生産性は向上する。
【発明の概要】
【００２２】
前述の観点から、本発明の一つの特徴は、フォトリソグラフィ用マスクの特性上で、より完全な情報を提供することである。特に、焦点が合っていない画像を用いて位相誤差を検出することができるマスク検査システムを提供することは、本発明の特徴である。
【００２３】
迅速かつ信頼できる、マスク欠陥の確認を提供するマスク検査システムを提供することは、本発明の更なる他の特徴である。
【００２４】
上記特徴を実行して本発明の利点を達する為に、一連の露光条件の下で、光学的露光システムと共に使用される複数のダイ・レチクルを検査する為の方法を提供する。本発明の方法に従って、表示された露光条件下で伝送された光を用いて、レチクルの複数の画像が得られる。複数のレチクル画像には、第１ダイの画像と、第２ダイの画像が含まれる。複数のレチクル画像の各々は、異なる焦点条件に対応する。第１ダイの画像と第２ダイの画像は、第１ダイのライン幅におけるバラツキを検出する為に使用される。
【００２５】
また、本発明に従って、本発明の方法を行うのに使用可能な装置が提供されている。一実施形態において、当該装置は、一連の露光条件下で、複数のダイ・レチクルの、複数の画像を得る為にスキャナを含む。複数の画像には、第１ダイの画像と、第２ダイの画像が含まれる。当該装置も、第１ダイの画像と第２ダイの画像とを比較することにより、第１ダイのライン幅におけるバラツキを検出する為の画像処理モジュールを含む。
【００２６】
本発明の更なる他の態様によると、丁度説明されたスキャナ・ユニットは、位相シフトマスクにおける欠陥特性を利用する為に、位相シフトマスクに対し、より具体的な方式で使用される。本発明の、また更なる他の態様によると、位相シフトマスク検査の為に簡略化された装置（単一の、複数ダイマスク）が提供されている。
【００２７】
また、本発明に従って、以下を含む装置が提供される：レーザ光源と；レチクルを照明する為の伝送光照明手段伝動およびホモジナイザーと；一連の露光条件下で、レチクルの複数の拡大画像を生み出す為の光学システムであって、表示された一連の露光条件を再生する為の様々な照明及び撮像アパーチャーを有する、上記光学システム。レチクルの得られた複数の画像は、第１ダイの画像と第２ダイの画像とを含む。本発明の装置も同様に、レチクルの拡大された複数の画像を得る為の画像取得モジュールと；第１ダイの画像と第２ダイの画像とを比較することにより、当該レチクルの状態を分析する為の画像処理モジュールと；を含む。当該装置も同様に、暗視野反射画像を得る為に光学システムを含んでもよいが、本発明の方法を成し遂げるという目的の為には、当該システムの暗視野部分は必要でない。その結果、１９９９年１０月１３日に提出され、共通に譲渡された係属中の米国特許出願第０９／４１７，５１８号に開示されたような装置であって、その開示内容が参考の為に本願に組み込まれる上記装置が使用されてもよい。
【００２８】
前述した、本発明の他の付随する利点は、添付図面を参照して、本願の実施形態の、以下の詳細な説明を検討すると、より明らかになるであろう。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００２９】
本発明に従う欠陥を検出するシステムは、以下の３つの主なモジュールから構成されている：（１）スキャナ・モジュール；（２）欠陥検出用画像処理ハードウェア・モジュール；（３）後処理及びレビュー・ステーション。スキャナ・モジュールは、レチクルを走査し、複数の焦点面（好ましくは一実施形態において３つの焦点面）で、伝送光における架空画像を得るが、一焦点面で反射光におけるレチクルの暗視野画像を得てもよい。分かるように、位相シフトマスクの為に、暗視野の撮像が省略されてもよい。さらに、焦点外れの画像が提供する情報に基づき、位相シフトマスクにおける欠陥認識を利用する為に、３つというより２つの焦点面における連続した画像が得られてもよい。
【００３０】
光学システムの照明および撮像部品のアパーチャーを適切に調整することにより、ＮＡとコヒーレンス度が調整される。スキャナ・モジュールの光学システムは、光学的露光システムの動作のシミュレーションを行い、その結果、得られた伝送光の架空画像は、光学的に、一連の露光条件の下でフォトレジスト上で生み出された画像と光学的に同等である。画像処理モジュールは、その後、レチクル内の欠陥を検出する為に、得られた画像を使用する。
【００３１】
ソフトウェアに基づく後処理及びレビュー・ステーションは、露光システムの焦点範囲を通じて、検出された欠陥の画像をレビューし、分析する。
【００３２】
以下、本発明のレチクル検査装置と、これらの操作方法の、３つのモジュールの詳細な説明が続く。
【００３３】
スキャナ・ユニット
好ましくは、スキャナ・ユニットは、レチクルの全体の能動領域をスキャンし、異なる焦点面で３つの架空画像を連続的に得る。スキャナ・ユニットは、オフライン・レビュー用走査中に得られた、検出欠陥の走査済み画像を提供する。スキャナ・ユニットは、また、レビューステージ中、追加の焦点面で検出された追加の架空画像を得ることができる。
【００３４】
図１は、スキャナ・ユニットの内部構成を図示する。スキャナ・ユニットは、光学顕微鏡カラムの多数の構成部品を含む。図１を参照すると、スキャナは、可動ステージ２上に固定されたレチクル１を走査する。ステージ２は可動として示されているが、ステージは固定されてスキャナが可動でもよい。また更なる代替え案としては、ステージ２とスキャナの両方が可動である。重要なことは、スキャナとレチクル間の相対運動である。光源３からのレーザ光は、レチクル１を照明する為に使用される。光源３は、パルスレーザ源であるのが好ましいが、光源３は連続して作動してもよい。光源３により与えられた放射は、露光システムの厳密な波長（たとえば深紫外線（２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又は、ＥＵＶ（１１−１３ｎｍ））を有するのが好ましいが、露光システムと共にレチクルは露光されるように設計されている。
【００３５】
スキャナ・モジュールがレチクルの架空画像を得るとき、レチクルの底面は、ホモジナイザーと照明用光学部品５、照明用アパーチャー７、集光レンズ６を含む伝送光照明システムを用いて、照明される。ホモジナイザーは、その中に、コヒーレント照明源の使用により生じる小斑点を減らす機能を有する。ホモジナイザーが適切に小斑点を減らす限り、ホモジナイザーの構造は、決定的ではない。スキャナ・モジュールによって得られるレチクル１の架空画像は、レチクル１が光学的露光システム上に置かれたときにフォトレジスト上のレチクル１により生み出されるであろう画像をシミュレーションする。このモードにおいて、照明光源３からの放射は、ホモジナイザー及び照明用光学部品５と集光レンズ６を通過する。集光レンズ６は、撮像システムの視野の大きさより少し大きい大きさまで、レチクル面における照明光線の径を減少させる。集光レンズ６とホモジナイザー及び照明用光学部品との間には、照明用ニューメリカル・アパーチャー７（NＡill）があり、その大きさと形状は、照明用アパーチャー・チェンジャー８により変更可能である。照明用アパーチャー７の大きさと形状の調整は、フォトレジスト露光用工具のコヒーレント状態と照明の再生を許容する。特に、アパーチャー７は、適切なコヒーレンス比σを設定する為に、かつ、軸上あるいは軸外れの間で、以下に説明するように、四倍モード又は環状モード照明を選ぶ為に選択される。
【００３６】
対物レンズ１０は、伝送光照明動作モードにおいてレチクル１により伝送された光を集める。上記係属中の出願で示されたように、対物レンズ１０も同様に、暗視野照明動作モードにおいて、レチクルにより反射された光を集めることができる。対物レンズ１０を通過した後、光は、調整可能な集中ニューメリカルアパーチャーダイヤフラム１２を通過するが、これは、光学的に設計されたアパーチャー絞り面または共役面に置かれている。集中ニューメリカルアパーチャーダイヤフラム１２の大きさは、マイクロリソグラフィ処理で使用される露光システムの動作条件を再生する為に選択される。したがって、本発明によるレチクル検査装置の光学システムにより作り出されるレチクル１の架空画像は、マイクロリソグラフィ処理中に光学露光システムによりフォトレジスト上に生み出される画像と同等である。
【００３７】
ニューメリカル・アパーチャー１２から放射する光は、その後、レチクル１の画像を生み出す為の管レンズ１３のようなレンズにより集束される。この画像は、その後、ズーム拡大レンズ１４により拡大される。ズーム拡大レンズ１４を通過した後、光線は、ビームスプリッタ１５により分岐され、レチクル検査装置の３つのＣＣＤカメラ（第１焦点カメラ１６、第２焦点カメラ１７、第３焦点カメラ１８）内でレチクルの３つの画像を生み出す。３つのCCDカメラの、現在の使用は一実施形態において好ましいが、本発明は、このＣＣＤカメラの数に限定されないことに留意されたい。レチクルの、３つの所望の画像を生み出す、あらゆるカメラ構成又は組合せが使用可能である。以下の説明で分かるように、特に位相シフトマスクを扱う点で、３つの画像というより、２つの焦点ズレ画像が使用可能である。
【００３８】
本発明の他の実施形態において、当該システムは、適した自動焦点システム（具体的に図示せず）が装備され、対物レンズ１０の焦点面でレチクルの検査面を維持することが意図されている。これは、ステージ２、又は対物レンズ１０、又は両方に運動を与えることにより、一般的に行われる。
【００３９】
レチクル１は、伝送光照明システム５により照明され、伝送された光でのレチクルの３つの画像は、第１焦点カメラ１６、第２焦点カメラ１７、第３焦点カメラ１８により同時に得られる。この動作モード中、第１焦点カメラ１６は、焦点が合っているが、第２焦点カメラ１７と第３焦点カメラ１８は焦点がずれている。第２焦点カメラ１７は正量焦点ズレ状態にあり、第３焦点カメラ１８は、負量焦点ズレ状態にある。カメラ１６〜１８内で作り出されたレチクルの架空画像は、著しく（通常、５０倍から２００倍に）拡大される点に留意する必要がある。このために、ぎりぎりの許容焦点面間の距離は、かなり拡大され、カメラの焦点面の位置における大きなバラツキを許容する。これらの焦点面の位置は、従来の機械的手段によって調整可能である。
【００４０】
以下、本発明のレチクル検査装置の操作方法を説明する。ある実施形態において、ステージ２は、スキャナ・ユニットがスライス単位で（slice-by-slice）蛇行方式でレチクルを走査する方法で、レチクル１を動かす。また、走査を可能にする既知の方式で、ステージ２とスキャナ・ユニット間に相対運動があってもよい。また、走査が完全である限り、蛇行走査は本発明にとって、決定的なものではない。スライスの幅は、当該システムの光学的視野の幅であるのが好ましい。ＣＣＤカメラ１６、１７、１８は、レチクル１の全部の、スライスの画像を同時に得ることができるラインＣＣＤ装置でもよい。代替え的に、ＣＣＤカメラ１６、１７、１８は、シフト遅れ型でもよい。好ましくは、カメラ１６〜１８は、紫外線範囲（特に深紫外線範囲）を感知できる。極端なＵＶ範囲における感度も同様に企図されている。
【００４１】
本発明の一実施形態において、可動ステージ２とレチクル１は、連続方式で移動する。ＣＣＤカメラ１６、１７、１８は、ステージ２により起動され、ステージが一つの視野を通過する度にレチクル１のスライス画像を得る。レチクルの画像は、当該システムの照明用光学部品５を通してレーザ源３からのレーザパルスを発射することにより得られるのが好ましい。パルスレーザ源がレチクルを照明する為に使用される場合、レチクルは画像捕獲時に静止している必要はなく、このため、レチクルは連続的に動かされてもよいことが理解されよう。同一の結果は、カメラ１６〜１８用の短い露光時間を用いることによって達成可能である。本発明の他の実施形態において、ステージ２とレチクル１は、段階的に移動する。更なる他の実施形態において、ステージ２とレチクル１は、静止し、光が当該レチクルを所望方式で走査する為に移動してもよい。ステージ２とスキャナ間の相対運動は、所望走査を達成する為に使用可能である。
【００４２】
理解し得るように、アパーチャー７、１２が伝送光照明モード中にビームの経路内に挿入されるとき、スキャナ・ユニットの光学部品は、露光工具の光学部品をエミュレートする。特に、照明アパーチャー７は、集光レンズ６の効果的照明ＮＡillを選択的に変更するが、アパーチャー１２は、対物レンズ１０の集中ニューメリカル・アパーチャーＮＡcollを変える。ＮＡcollに対するＮＡillの比は、対象物の瞳孔充填比（pupil filling ratio）と呼ばれ、レチクル照明のコヒーレンスの役割を果たす。瞳孔充填比が小さいほど、レチクル照明のコヒーレンスは高くなる。ニューメリカル・アパーチャー７は、より複雑な構成（例えば、ビームの軸に関して配置された４つの小さなアパーチャー）を有することができる点に注意されたい。他の照明アパーチャー構成は、異なる露光システムとレチクルとの相互作用をエミュレートするのに使用可能である。
【００４３】
照明光のコヒーレンスを決定することに加えて、照明用ニューメリカル・アパーチャー７は、より綿密に露光工具に似せるように光線を成形するのに使用可能である。そのために、照明用アパーチャー７は、入射ビームの成形に影響を及ぼす適切なアポダイゼイション・アパーチャー又は回析する光学素子であってもよい。アパーチャー７は、平らなトップビーム（すなわち、ビームの横断面にわたり均一強度分布を有するビーム）を提供することができる。したがって、ニューメリカル・アパーチャー７、１２の形と大きさを調整することにより、検査用工具は露光用工具の照明条件（有効ＮＡ、照明のコヒーレンス、照明用ビームの形を含む。）をエミュレートする。あらゆる視野に対し、異なる焦点面で３つの画像が得られる。ニューメリカル・アパーチャー７、１２の大きさを適切に調整することにより、当該システムは、光学的露光システムの動作をシミュレーションし、その結果、得られた架空画像は、与えられた一連の露光条件の下でフォトレジスト上に生み出された画像と光学的に同等である。
【００４４】
レチクル１の異なる焦点画像は、３つのＣＣＤカメラを用いて異なる焦点条件で得られる。好ましくは、各々のカメラからのディジタルデータは、歪み、登録誤差、照明の非均一性、カメラの画素の、非均一性のために補償される。訂正されたデータは、画像処理モジュールに同期信号で送られる。
【００４５】
メイン・コントローラ・コンピュータ（図示せず）は、スキャナを制御する。位相シフトマスクにおける欠陥を検出するのに特に有用な更なる他の実施形態において、第２焦点カメラ１７、第３焦点カメラ１８により捕捉された画像は、互いに比較される。位相シフト領域を通過する光は修正されるので、伝送光により作り出された画像だけが、ウエハ上に表示される画像を代表する。一つの焦点ズレ平面で取られた画像は、背景より明るく位相欠陥を示すが、他の焦点ズレ平面で取られた画像は、背景より暗く位相欠陥を示す。２つの位相ズレ平面で取られた画像を比較することにより、背景に対し２倍のコントラストで明らかにされる。他のダイやデータベースとの比較は、そのような欠陥を検出する為に必要ではない。
【００４６】
好ましくは、スキャナ・ユニットも同様に、当該システムと同期するハードウェア・同期モジュール（図示せず）を含み、システムに同期させて、診断目的の為にダミー信号を作り出す。当該システムの為にクロックを発生させるレーザ干渉計（図示せず）により、ステージ２の運動はモニタされている。同期モジュールは、このクロックを用いて、照明用レーザ源３とカメラ１６〜１８の露光からのレーザパルスに同期する。補償カード（図示せず）は、光学画像の歪み、登録誤差、カメラ画素感度のバラツキ、レーザパルス強度のバラツキを補償する。走査状態は、メイン・コントローラ・コンピュータ（図示せず）を介してオペレータにより、露光条件（ＮＡ、σ、アパーチャー型）と検出感度（拡大倍率）と合致するように設定される。
【００４７】
この実施形態は、図１に記述された装置により実施可能であるが、第１の焦点が合っているＣＣＤカメラ１６は必要ではない。図２は、図１の装置を示すが、第１の焦点カメラは存在しない。以前に注記したように、３つのカメラを有するばかりか暗視野撮像装置を持つ前述した係属出願で示され、この中で一つのカメラが暗視野撮像に係わる装置は、本発明の装置を実施する為に使用可能である。
【００４８】
スキャナは、画像処理モジュールにディジタル画像、同期及びクロック信号を伝送する。画像データ伝送ラインは、十分に長く作られるので、スキャナ・ユニットと画像処理モジュールを異なる場所に存在させることができる。好ましくは、スキャナは、様々な焦点位置で欠陥の画像を捉える為にメインコンピュータを介して、後処理及びレビュー・ステーションにより使用可能であるのが好ましい。
【００４９】
画像処理モジュール
好ましくは、画像処理モジュールは、スキャナ・ユニットを用いて発生された画像パターンにおける欠陥を見つけるリアルタイム画像プロセッサであることが好ましい。画像データの流れは、一実施形態において、焦点が合っている画像データと、異なる２種類の焦点外れの画像データを構成する。他の実施形態において、異なる２つの焦点外れの流れは、互いに比較され、位相シフトマスクにおける欠陥を識別することができる。
【００５０】
レチクルがスライス毎に走査される間、位相欠陥や位相バラツキの存在に関する情報がマスク座標により記録される。位相のバラツキは、定量値であり、後処理オプションを用いて、実際の位相誤差を評価する為に使用可能である。上記記録情報は、欠陥や位相バラツキマップを作る為に使用される。
【００５１】
後処理及びレビュー・ステーション
後処理及びレビュー・ステーションは、自動的に画像データを分析する為に使用される。それは、画像処理モジュールを用いて見つけられた疑わしき欠陥をユーザがレビューすることを可能ならしめる。後処理及びレビュー・ステーションは、ソフトウェアに基づいており、コンピュータ・ワークステーション上で動作することが好ましい。架空画像のダイ間比較を用いて検出されたレチクル欠陥は、更に調査され、シミュレーション用ソフトウェアを用いて得ることができるシミュレーションされた架空画像と実際の架空画像を比較することにより分類される。例えば、広く利用可能なシミュレーションソフトウェアパッケージ（ＡＩＭＳ（商標）、ＶＳＳ（商標）、Sigma C、Finley（商標））の一つが、この目的の為に適応可能である。ＡＩＭＳ（商標）ソフトウェアは、ＭＳＭ１００工具上で使用される為にＩＢＭ社により設計され、光学近接効果補正を持つマスクと同様に位相シフトマスクの架空画像をシミュレーションすることができる。ＶＳＳ（商標）及びFinley（商標）ソフトウェアパッケージは、汎用目的のコンピュータで実行可能である。これらのパッケージは、露光条件（例えば、露光システムのＮＡ）を入力し、レチクルの動作とフォトレジストの動作をエミュレートすることによりシミュレーションされた画像を生み出す。このシミュレーションされた画像が、追加の、より高精度の調査及び検出された欠陥の分類を管理する為に使われる。
【００５２】
好ましくは、後処理及びレビュー・ステーションは、ユーザーフレンドリーなグラフィカル・ユーザ・インタフェースを使用して操作される。後処理及びレビュー・ステーションは、幾つかの動作モードを有する。
【００５３】
後処理及びレビュー・ステーションは、ユーザ制御で検出された欠陥をレビューし分類する。本発明の実施形態によると、ユーザは、画像処理モジュールにより作られた欠陥リストから欠陥を選択することができる。応えて、当該システムは、モニタスクリーン上の走査の焦点位置で、検出された欠陥と、対応する良好なダイの架空画像を表示する。この実施形態において、欠点のある良好な（ウエハ面での）特徴部のライン幅測定値は、ユーザの要求に応じて計算可能である。当該システムは、また、欠陥のプリント適性の見込みで、計算を実行することができる。この実施形態によれば、多数の焦点位置での画像は、ユーザの要求で捕まえられ、より正確な重複処理ウインドウにより直ちに処理される。
【００５４】
他の実施形態において、より正確な分析は、欠陥のオンラインレビューを用いて達成される。この実施形態において、欠陥の高解像度画像、高いＮＡが得られる。これは、レチクル上の実際の欠陥、特に、ウエハ上でライン幅のバラツキを引き起こす欠陥を視覚化することができる。
【００５５】
本発明の他の実施形態において、当該システムは、レチクル１の個々のダイに対する位相誤差評価の結果を使用し、全体のレチクルに対する位相バラツキのマップを生成する。生成されたマップは、その後、グラフィック形式でユーザに表示される。たとえば、異なる数値の位相バラツキを有するレチクルの異なる領域は、異なる色で描くことが可能である。そのようなマップは、レチクル上のダイからダイの位相変化におけるバラツキ量が、どのように変化するのかを視覚化する為の非常に有用な方法を提供する。たとえば、中央のダイと比較して、位相のバラツキ量が周囲のダイでは、いかに異なるかを見ることは重要である。
【００５６】
図３は、本発明の実施形態によるレチクル検査システムの動作を図示するブロック・ダイアグラムを示す。図３に関して、スキャナ・ユニット１０１は、レチクルの画像を得て、当該画像データ１０４を処理の為に画像処理ユニット１０２に伝送する。画像処理ユニット１０２は、画像データの処理を実行し、レチクル内の欠陥を検出する。その後、画像処理ユニット１０２は、欠陥のある良好なダイの処理済み画像データ１０５を、後の分析及び表示の為に、後処理及びレビュー・ステーション１０３に伝送する。後処理及びレビュー・ステーションは、制御信号１０６、１０７を画像処理ユニットとスキャナ・ユニットに送ることができる。追加の画像（例えば、追加の焦点面からの画像）が、後処理及びレビュー・ステーションにおける画像分析処理において必要である場合、後処理及びレビュー・ステーションは、その追加の画像を捕らえる為にスキャナ・ユニット１０１に、更に、これらの追加画像を処理する為に画像処理ユニットに要求を送る。
【００５７】
本発明は、好適な実施形態を用いて本願で説明されてきたが、いろいろな形式及び細目上の変形は、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、本願においてなされることを当業者は容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるレチクル検査システムのスキャナ・ユニットの概略図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態による位相シフトマスク検査用スキャナ・ユニットの概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態によるレチクル検査システムのブロック図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態で使用される位相誤差インパクトの物理現象を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１…レチクル、２…ステージ、３…照明用光源、５…照明用光学部品、６…集光レンズ、７…照明用ニューメリカル・アパーチャー、８…照明用アパーチャー・チェンジャー、１０…対物レンズ、１２…集中ニューメリカル・アパーチャー用ダイヤフラム、１３…管レンズ、１４…ズーム拡大レンズ、１５…ビームスプリッタ、１６…ダイ１焦点カメラ、１７…第２焦点カメラ、１８…第３焦点カメラ。
【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004533015.tif 000035
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