(57)【要約】【課題】被測定マスク基板に焼き付きを生じさせることなく、非破壊での測定を可能とするとともに、個々の露光条件を考慮して精度良く微細加工処理が施された基板上のパタン幅を露光機における実効的なパタン幅として測定することが可能なパタン幅測定装置を提供する。【解決手段】空間領域及び／又は時間領域でのコヒーレントな光を、被検パタンを微細加工した被検マスク基板２に照射する照射部１０と、照射部１０により照射された被検マスク基板２上の被検パタンからの回折光を受光する撮像素子１５と、撮像素子１５による受光結果である画像情報を記録する記録部１６ａと、記録部１６ａに記録された受光結果である画像情報を解析して、微細加工処理が施された被検マスク基板２上のパタン幅を測定する測定処理部１６とを備える。【選択図】  図１
2012047695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間領域及び／又は時間領域でのコヒーレントな光を、被検パタンが微細加工された被検基板に照射する照射手段と、
上記照射手段により照射された被検基板上の被検パタンからの回折光を受光する受光手段と、
上記受光手段による受光結果である画像情報を記録する記録手段と、
上記記録手段に記録された画像情報を解析して、微細加工処理が施された上記被検基板上のパタン幅を測定する測定処理手段とを備えるパタン幅測定装置。
【請求項２】
上記記録手段は、上記受光手段による受光結果である画像情報として、被検パタンからの回折光の強度を示す回折光強度情報を記録し、
上記測定処理手段は、上記記録手段に記録された回折光強度情報に計算処理を施すことで、微細加工処理が施された上記被検基板上のパタン幅を測定する請求項１記載のパタン幅測定装置。
【請求項３】
上記測定処理手段は、上記記録手段に記録された回折光強度情報のうち、０次の回折光強度Ｉ０と、±ｍ（ｍは自然数。）次の回折光強度Ｉｍとの比を用いて、微細加工処理が施された上記被検基板上のパタン幅を測定する請求項２記載のパタン幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工処理が施された基板上のパタン幅を測定するパタン幅測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造分野では、デザインルールの短縮に伴い、製造プロセスの複雑さや、欠陥サイズの縮小が進み、歩留まり向上が課題となっている。ＬＳＩなどの半導体において、配線やホールなどのパタン幅の不均一性は、デバイス特性に影響を与える。そのため半導体パタンの原盤であるマスク基板には、パタン幅の均一性が厳しく求められる。例えば、極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィが適用される２２ｎｍ世代の半導体では、許容される測定不確かさが、ライン系のパタンが３σで０．６５ｎｍ以下と非常に厳しくなる。
【０００３】
ここで、従来の半導体マスク基板のパタン幅計測には、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下、ＳＥＭという。）が用いられている。ＳＥＭは、高加速電子をパタンに照射し、生成する２次電子強度により像を得る。得られたパタン像の信号強度分布において、ある閾値となる幅をパタン幅として評価している（非特許文献１）。
【０００４】
また、パタン幅計測に求められるのは、個々のパタン幅ではなく平均的なパタン幅の変化である。そのため、ＳＥＭでは詳細に測定した個々のパタン幅を平均化して評価していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＳＥＭを利用した線幅測定方法、Atsuko Yamaguchi, Yoshinori Momonoi, Ken Murayama, Hiroki Kawada and Junichi Tanaka, ”Three-Dimensional Profile Extraction from CD-SEM Top-View”, Proc.of SPIE 7272, (2009) 7272G-1.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マスク基板のパタン幅評価では、例えば、１５０ｍｍ角のマスク基板面上の全てのパタン幅を小視野で詳細に測定する必要がある。そのため、上述したＳＥＭを用いた電子ビームによる評価では、測定時間が長くなりマスク基板の全面検査が困難であった。
【０００７】
また、ＳＥＭは高加速電子を利用しているため、測定に伴うマスク基板の焼き付きが生じてしまうという問題があった。さらに、形状を、パタンから放出される二次電子で評価するため、パタンの断面形状によって得られる強度分布が大きく変化してしまった。
【０００８】
具体例として、ＥＵＶ露光機における照明光の入射角が６度であるとき、パタンの高さによって影ができるため、実測されたパタン幅が変化してしまった。このため、ＳＥＭでは、このようなＥＵＶマスク特有の斜入射照明の影響など、入射角度などの個別の露光条件を考慮した実効的なパタン幅の測定ができなかった。
【０００９】
上述したように、ＳＥＭにおける電子ビームによるマスク検査の課題は、照射する領域が小さいため、検査に時間を要する。また、電子ビーム照射により、マスク基板にチャージアップがおこり、異物が付着する。したがって、ＥＵＶマスクでは、ガラス基板上に多層膜が形成されているため、膜構造も崩れてしまう。さらに実際の露光機におけるＥＵＶマスク基板への入射角は６度のため、正確な評価ができない。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、被測定マスク基板に焼き付きを生じさせることなく、非破壊での測定を可能とするとともに、個々の露光条件を考慮して精度良く微細加工処理が施されたマスク基板上の実効的なパタン幅を測定することが可能なパタン幅測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、空間領域及び／又は時間領域でのコヒーレントな光を、被検パタンが微細加工された被検マスク基板に照射する照射手段と、照射手段により照射された被検マスク基板上の被検パタンからの回折光を受光する受光手段と、受光手段による受光結果である画像情報を記録する記録手段と、記録手段に記録された画像情報を解析して、微細加工処理が施された被検マスク基板上のパタン幅を測定する測定処理手段とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、マスク基板上のパタンからの回折光を記録し、解析することで、微細加工処理が施されたマスク基板上のパタン幅を評価する。このようにして、本発明は、被測定マスク基板に焼き付きを生じさせることなく、非破壊での測定を可能とするとともに、個々の露光条件を考慮して精度良く微細加工処理が施されたマスク基板上の実効的なパタン幅を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用されたパタン幅測定装置の構成を示した図である。
【図２】測定結果の一例のＣＣＤカメラ画像を示した図である。
【図３】本発明が適用されたパタン幅測定装置での線幅測定結果と、従来の測定技術であるＳＥＭでの測定結果とを示す図である。
【図４】パタン領域が５０μｍ角であるライン アンド スペース（Ｌ／Ｓ）パタンのパタン幅分布を、パタン幅測定装置１で測定した具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明が適用されたパタン幅測定装置は、微細加工処理が施されたマスク基板上の実効的なパタン幅を測定するパタン幅測定装置である。以下では、図１に示すようなパタン幅測定装置を用いて本発明を実施するための形態について説明する。
【００１５】
パタン幅測定装置１は、図１に示すように、微細加工処理が施されたマスク基板上の実効的なパタン幅を測定するため、次のような構成を備えている。
【００１６】
すなわち、形状測定装置１は、空間領域及び／又は時間領域でのコヒーレントな波長が６［ｎｍ］乃至１５［ｎｍ］程度の極端紫外光を被検マスク基板２に照射するための照射部１０と、基板２を固定するステージ１４と、ステージ１４に固定されたマスク基板２の表面による回折光を受光して電気信号に変換する撮像素子１５と、撮像素子１５により電気信号に変換された受光結果である画像情報からマスク基板２の形状を測定する測定処理部１６と、測定処理部１６による測定結果をユーザに視認可能に表示する表示部１７とを備える。
【００１７】
被検マスク基板２は、上述した形状測定装置１による測定対象であって、例えば、所定の繰り返しパタンが微細加工された半導体マスク基板である。
【００１８】
照射部１０は、極端紫外光を発光する光源１１と、光源１１から発光された極端紫外光をコヒーレントな光にするための光学部１２とからなる。
【００１９】
光源１１は、波長が６［ｎｍ］乃至１５［ｎｍ］程度の極端紫外光を発光する光源である。具体的には、シンクロトロン放射光や高次高調波光源、レーザプラズマ光源、放電型のピンチプラズマ光源などであるが、極端紫外光を発光するものであれば、いかなる光源を用いるようにしてもよい。
【００２０】
光学部１２は、光源１１から発光された極端紫外光をコヒーレントな光にするためのピンホール１２ａと、照射領域を調整するためのアパーチャ１２ｂとからなる。
【００２１】
ピンホール１２ａは、光源１１とステージ１４との間に設けられており、光源１１が発光した極端紫外光を空間的に制限して通過させることにより、空間領域及び／又は時間領域でのコヒーレントな極端紫外光にしてステージ１４側に出射する。
【００２２】
アパーチャ１２ｂは、ピンホール１２ａとステージ１４との間に設けられており、ステージ１４上に照射される照射領域と、被検マスク基板２の観察面積（Ｆｉｅｌｄ  Ｏｆ  Ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）領域とが一致するように、ピンホール１２ａから照射されるコヒーレントな極端紫外光を空間的に制限して被検マスク基板２側に通過させる。
【００２３】
ステージ１４は、アパーチャ１２ｂから通過された極端紫外光が照射される位置に設けられている。ステージ１４に固定されたマスク基板２は、そのＦＯＶ領域に、上述した光源１１、ピンホール１２ａ、及びアパーチャ１２ｂからなる照射部１０によりコヒーレントな極端紫外光が照射される。このようにして、コヒーレントな極端紫外光が照射された被検マスク基板２のＦＯＶ領域は、微細加工された被検パタンに応じた回折光を放射する。
【００２４】
撮像素子１５は、例えばＸ線用のＣＣＤ検出素子であって、被検マスク基板２上の被検パタンからの反射される光を受光する。すなわち、撮像素子１５は、この回折光を０次回折光から数次回折光に亘って検出する。ＦＯＶ領域から放出される光が、このＦＯＶ領域の被検パタンに応じた回折の複素振幅を示すので、撮像素子１５は、ＦＯＶ領域に対応する回折像の強度分布が得られ、この受光結果である画像情報を測定処理部１６に供給する。
【００２５】
具体例として、測定結果の一例のＣＣＤカメラ画像を図２に示す。ここで、測定条件としては、ニュースバル放射光施設のＢＬ−３の放射光光源１１から波長が１３．５ｎｍのＥＵＶを含む白色光を放射するものとし、測定処理部１６にはニュースバル放射光施設のＢＬ−３に設置したパタン幅測定装置を用いた。また、白色の放射光をＭｏ／Ｓｉ多層膜とＺｒ薄膜により波長１３．５ｎｍへ単色化し、被検マスク基板２への照射領域をピンホール１２ａにより、φ５μｍに制限した。さらに、照射光のマスク基板への入射角は、ＥＵＶリソグラフィと同等な６°とした。測定サンプルであるマスク基板２上の被検パタンは、半導体３２ｎｍ世代用のハーフピッチ（ｈｐ）１３０ｎｍのＬ／Ｓパタンで、線幅を７０〜１３５ｎｍと変化させている。
【００２６】
図２中に５つ並んだ回折光において、中心の一番強い回折光が０次であり、横に±１次と±２次光とが順次現れる。
【００２７】
測定処理部１６は、撮像素子１５による受光結果である画像情報を記録する記録部１６ａを有し、記録部１６ａに記録された受光結果である画像情報を解析して、微細加工処理が施された上記被検基板２上のパタン幅を測定する。そして、測定処理部１６は、測定結果を表示部１７に出力する。
【００２８】
ここで、記録部１６ａは、撮像素子１５による受光結果である画像情報として、被検パタンからの回折光の強度を示す回折光強度情報を記録し、測定処理部１６は、記録部１６ａに記録された回折光強度情報に計算処理することで、微細加工処理が施された被検マスク基板２上のパタン幅を測定する。
【００２９】
測定処理部１６は、記録部１６ａに記録された回折光強度情報のうち、０次の回折光強度Ｉ０と、±ｍ（ｍは自然数。）次の回折光強度Ｉｍとの比を用いて、微細加工処理が施された被検マスク基板２上のパタン幅を測定する。具体的には、測定処理部１６は、記録部１６ａが記録する二次元の回折強度情報に対して周波数情報である各次数の回折強度を用い、画像形成を行うことでパタン幅を測定する。
【００３０】
表示部１７は、測定処理部１６による測定結果、すなわち、ＦＯＶ領域の形状やマスク基板上の被検パタンのパタン幅や欠陥の有無をユーザに視認可能に表示する。
【００３１】
ここで、半導体の製造工程において、評価対象となるパタン幅は、マスク基板上のパタン幅ではなく、露光結果であるウェハ上のパタン幅であるため、以上のような構成からなるパタン幅測定装置１は、マスクからの回折光を記録し、解析することで、微細加工処理が施された基板上のパタン幅を露光結果であるウェハ上のパタン幅と等価となる実効的なパタン幅として評価する。
【００３２】
よって、パタン幅測定装置１では、被検マスク基板２へのコヒーレント照射光を、例えば、ＥＵＶマスクの場合はＥＵＶと同一の波長とし、また、露光機における入射角とコヒーレント光の入射角を同一とする。
【００３３】
また、パタン幅測定装置１では、上述したように、測定処理部１６が、記録部１６ａに記録された回折光強度情報に計算処理を施し、微細加工処理が施された被検マスク基板２上のパタン幅を測定することによって、被検マスク基板２上の微細加工された被検パタンに焼き付きが生じることなく、非破壊での測定が可能となる。
【００３４】
これは、回折光強度が、照射領域内の情報を含むため、ＳＥＭのように領域内を平均化する必要はなく、さらに、上述したように、実際の露光機と同一の光を利用して測定するため、ＳＥＭに比べると低エネルギー粒子で測定が可能であるからである。
【００３５】
また、パタン幅測定装置１では、強度の強い０次光と１次光の回折強度比を解析して、パタン幅を測定することが好ましい。これは、露光機の解像限界に近いパタン幅では、０次光と１次光とのみが結像に寄与し、上述のように回折光の０次と１次強度を用いると、実際のウェハ上に焼き付けられるパタン幅と相関のある実効的なパタン幅が得られるからである。また、０次と１次光は強度が強いため、測定時間を短縮可能であり、マスク基板全面検査も実現できるからである。
【００３６】
さらに、パタン幅測定装置１では、測定処理部１６が、さらに、２次光などの高次回折光強度を解析に用いることで、パタン幅のみならずパタン断面形状測定も可能となる。
【００３７】
露光機による入射光強度が変化するとレジストへの入射光量が変化し転写されるパタン幅が変化するが、パタン幅測定装置１は、回折強度比を取って測定処理を行うために、入射光強度には影響されずにパタン幅評価が可能であり、安定な光源である放射光のみならず、たとえば実験室内で利用される比較的強度が不安定な光源にも適用して測定することができる。
【００３８】
次に、以上のような構成からなるパタン幅測定装置１での線幅測定結果を縦軸に表し、従来の測定技術であるＳＥＭでの測定結果を横軸に表した比較結果を図３に示す。
【００３９】
図３では、Ｌ／Ｓパタンのパタン方向を照射光の入射面と平行にした場合と垂直にした場合におけるパタン幅変化を測定したものである。この図３に示すように、パタン幅測定装置１での測定結果から得られるパタン線幅は、ＳＥＭの測定結果とのよい相関が得られた。
【００４０】
また、パタン幅測定装置１は、Ｌ／Ｓパタンのパタン方向を照射光の入射面と平行にした場合と垂直にした場合におけるパタン幅変化も精度良く測定できた。これは、一般にＳｈａｄｏｗｉｎｇ効果と呼ばれており、斜めから照明する場合にパタン方向によっては実効的なパタン幅が変化することである。
【００４１】
パタン幅測定装置１で同一点を連続測定した場合のパタン線幅測定再現性は、３σで０．２４ｎｍであり、例えば、２２ｎｍ世代の半導体技術で求められる０．６５ｎｍを十分に満たすことができる。なお、入射強度変動を補正する前の測定再現性が、３σで１．０５ｎｍであるため、パタン幅測定装置１では、４倍以上の精度向上が実現できる。
【００４２】
また、パタン領域が５０μｍ角であるＬ／Ｓパタンのパタン幅分布を、パタン幅測定装置１で測定した例を図４に示す。横軸は測定位置であり、周辺部のパタン線幅が小さくなっているのが測定できた。具体的には、中心部±１０μｍの均一性が±０．３ｎｍ以内となり、この精度でのパタン線幅均一性の評価を実現できた。
【００４３】
以上のように、パタン幅測定装置１は、マスク基板上の被検パタンからの回折光を記録し、解析することで、微細加工処理が施された基板上のパタン幅を露光機における実効的なパタン幅として評価する。
【００４４】
このようにして、パタン幅測定装置１は、被測定マスク基板に焼き付きを生じさせることなく、非破壊での測定を可能とするとともに、個々の露光条件を考慮して精度良く微細加工処理が施されたマスク基板上の実効的なパタン幅を測定することができる。
【００４５】
なお、本発明は、以上の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１  形状測定装置、２  マスク基板、１０  照射部、１１  光源、１２  光学部、１２ａ  ピンホール、１２ｂ  アパーチャ、１４  ステージ、１５  撮像素子、１６  測定処理部、１６ａ  記録部、１７  表示部
【図１】
2012047695.tif 000003
【図２】
2012047695.tif 000004
【図３】
2012047695.tif 000005
【図４】
2012047695.tif 000006