JP2016526702A

JP2016526702A - Ｅｕｖリソグラフィのアクティニックマスク検査用の走査型コヒーレント回折イメージング方法およびシステム

Info

Publication number: JP2016526702A
Application number: JP2016520344A
Authority: JP
Inventors: エキンジヤシン
Original assignee: Scherrer Paul Institut
Current assignee: Scherrer Paul Institut
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2016-09-05
Also published as: EP3011389A1; US20160154301A1; WO2014202341A1; KR20160021223A

Abstract

本発明は、マスクブランクスの欠陥およびマスクパターンのエラーを判別するために反射走査型ＣＤＩを行う方法およびシステムを開示するものであり、当該方法およびシステムは、ａ）低ＮＡおよび／または高ＮＡを用いて反射モードでマスクを走査するための設備を準備するステップと、ｂ）２°から３５°までの角度でＥＵＶ光ビームを前記マスクのパターンに照射するステップと、ｃ）位置検知器を用いて回折光ビームを検出するステップと、ｄ）タイコグラフィアルゴリズムを用いて、検出された強度を解析することにより、任意のパターンの試料の高解像度の像を得るステップと、ｅ）前記マスクの欠陥を検出するため、前記検出された強度を、当該マスクの周期的なパターンにより引き起こされる通常の強度分布から偏差する強度ばらつきについて解析するステップとを有する。よって本発明は、「差分ＣＤＩ」と称し得る新規の技術を提供するものである。周期構造マスクの場合、同一の回折パターンを生じさせる複数周期のステップ幅で高速の検査を実現することができる。本発明の対象は、通常の回折パターンからの偏差のみについて調べることにより、周期的マスクパターンの欠陥を迅速に判別できる、ということである。他のＣＤＩ法とは対照的に、照明情報が既知である必要はない。光学系ベースのイメージングは、位相を再構成するためにスルーフォーカスイメージングを要するが、本発明では振幅および位相の双方を抽出することができる。

Description

本発明は、ＥＵＶリソグラフィのアクティニックマスク検査用の走査型コヒーレント回折イメージング方法およびシステムに関する。

ＥＵＶリソグラフィは、２２ｎｍ以下のテクノロジノードで大規模製造を行うという半導体産業の挑戦に成功し得る見込みが最も高い手法である。ＥＵＶリソグラフィについて主に困難な点の１つは、マスクの欠陥密度を低くすることである。よって、マスクブランクスとパターニング後のマスクとにおける欠陥を高感度かつ迅速に識別およびキャラクタリゼーションできる装置が非常に重要となる。たとえばＳＥＭ、ＡＦＭおよびＤＵＶ顕微鏡等の種々の測定装置によっても何らかの情報が得られるが、ＥＵＶ光を用いた検査であるアクティニック検査により、上述の欠陥の真のキャラクタリゼーションが可能となる。現在、このような装置が緊急的に望まれており、その要望は強い。ＥＵＶマスクの欠陥には、振幅欠陥および位相欠陥という２種類の欠陥が存在する。積層体の表面における欠陥は主に振幅欠陥であるのに対し、積層体中の欠陥は位相欠陥だけである。積層体内に欠陥が存在すると、位相変調および振幅変調の双方が生じることとなる。

ここで、試料については２種類存在する。

ｉ）１つはマスクブランクス、すなわち、積層体を被膜した基板であり、その表面上に存在する欠陥は非常に低密度（理想的には、１ｃｍ^２あたり数個未満）である。この検査作業の目的は、マスクブランクスの欠陥密度の測定、欠陥の判別（位相、振幅、サイズ、欠陥の種類）、それぞれ異なる処理工程または洗浄工程に通された複数のブランクスの欠陥密度の比較、判別された欠陥の除去が成功したか否かの、特定の洗浄工程の評価等、様々であり得る。
ii）もう１つは、マスクブランクス上に所要パターンが吸収構造として書き込まれたパターン形成後のマスクである。パターンの幾何要素サイズは、ウェハ上における所望パターンの４倍である。具体的にはたとえば、１１ｎｍのテクノロジノードの場合、最小幾何要素サイズは４４ｎｍとなる。

「検査」とは、リソグラフィに用いられるマスクの確認／検査／キャラクタリゼーション／評価のための測定手法を意味することとする。その目的には、マスクの空間像の取得、欠陥の判別およびそのキャラクタリゼーションが含まれるが、これらは限定列挙ではない。「アクティニック検査」とは、光の波長と、これに関連する入射角とで行われる検査をいう。ＥＵＶマスクの場合、これは反射型であり、かつ、１３．５ｎｍの波長で６°の入射角で行わなければならない。これは、実際の実施においてマスクを使用するための標準的な条件、すなわち、半導体デバイスのリソグラフィ製造を行うための標準的な条件である。

検査装置については、以下の特徴または観点が重要である：
１）リソグラフィ工程におけるパターン形成に影響を及ぼし製造工程における歩留まりを低下させる全ての欠陥を解明するためには、分解能が重要である。逆に実用レベルでは、上述のような高い分解能を必要としない欠陥を特定するだけで十分であることがある。一部の用途については、更に高い分解能が必要となる場合もある。たとえば、ラインエッジラフネスおよび微小な欠陥の影響を検査するためには、更に高い分解能が必要となる。
２）実用上において最も重要なパラメータは、スループットである。マスクサイズは比較的大きいので（＞１００ｍｍ^２）、実際にナノメータ分解能で欠陥を判別することは非常に困難である。この検出はＣＣＤを用いて行われるのが一般的であるから、規定できるスループットは検出器により制限される。すなわち、スポットサイズ（分解能×画素数）からの収集時間は、読出時間より短い。
３）欠陥のキャラクタリゼーション。考慮すべき項目の中には、特定の種類の欠陥に対する感度、信号雑音比、および、振幅欠陥と位相欠陥との依存しないキャラクタリゼーションが含まれる。
４）ナビゲーションおよびフレキシビリティ。迅速なナビゲーション、アライメントマーカに対する欠陥の位置検出の正確さ、異なるスループットおよび分解能の複数の選択肢間の切替が容易であることも、他のパラメータと同様に重要である。
５）さらに、所有コスト、メンテナンスコスト、信頼性、使用可能時間も重要な点である。

全世界でみて、ＥＵＶアクティニックマスク検査装置またはＥＵＶアクティニックマスク検査プロジェクトは１０個存在する。その一部の概観を図１に示す。かかる装置の最新レビューについては、文献［１］に記載がある。各ツールの相違点は、原理、目的、光源、検出部および光学系である。同文献には、バークリー型装置、ツァイス型装置およびコヒーレントイメージング装置のみが記載されている。よって、本発明の有効性および影響力をより良好に理解すべく、同文献に記載の装置を比較対象として本発明と対比する。

バークレー型装置は第一線の学術用装置である。現在の装置はＡＩＴと称され（文献［２］）、翌年以内に設置される将来の装置はＡＩＴ５と称される（文献［３］）。この装置は、最大０．５のＮＡのオフアクシス型ＦＺＰを使用する。これは、２６ｎｍの最終分解能でＮＡおよび倍率を切り替えることができるものである。しかしこの値は、当該手法やＦＺＰ製造が容易でないことに鑑みると、過度に楽観的な値であるように思われる。

現在建造中であるツァイス型装置（ＡＩＭＳ）は、商業用に意図されたものであり、その詳細内容の大部分は未だ開示されていない。当該装置は、ＮＡ０．３５の反射光学系を用いる。この装置の光学系は非常に複雑かつ非常に精密である。

ニュースバルに取り組んでいる木下グループは、ＣＤＩ（コヒーレント回折イメージング）方式のＥＵＶマスク検査における指折りのグループである。当該グループは、ＥＵＶ顕微鏡（文献［４］）の他に更に、ＣＤＩ法にも取り組んでいる（文献［５］）。この取り組みにおいては、当該グループは既に、ＣＤＩ法を用いた低ＮＡの簡単なグレーティングのＣＤ解析を発表している。当該グループは、高ＮＡ設備にも取り組んでいる。その困難性については、上記にて説明した通りである。当該グループは将来の計画について刊行物を発表していないが、本年中に最小１６ｎｍの点欠陥（ウェハ上）を解析できるＣＤＩ装置が発表されることを示唆する一部情報がある。漢陽大学の Ahn 氏のグループも、ＣＤＩ装置を開発中である（文献［６］）。日本および韓国の上記両グループのＥＵＶプログラムは広範に及ぶものであり、ＣＤＩイメージングはそのＥＵＶイメージングプロジェクトの一部に過ぎない。

従って本発明の課題は、比較的簡素な設備を用いて、かつ、十分なスループットを実現しながら、周期マスクの構造を解析してマスクエラーを発見できる方法およびシステムを実現することである。

前記課題は本発明では、マスクブランクスの欠陥およびマスクパターンのエラーを判別するための反射型走査型ＣＤＩ方法であって、以下のステップを有する方法によって解決される：
ａ）低ＮＡと高ＮＡとを用いて反射モードでマスクを走査するための設備を準備するステップ
ｂ）２°から３５°までの角度でＥＵＶ光ビームを前記マスクのパターンに照射するステップ
ｃ）位置検知器を用いて回折光ビームを検出するステップ
ｄ）タイコグラフィアルゴリズムを用いて、検出された強度を解析することにより、任意のパターンの試料の高解像度の像を得るステップ
ｅ）前記マスクの欠陥を検出するため、前記検出された強度を、マスクの周期的なパターンにより引き起こされる通常の強度分布から偏差する強度ばらつきについて解析するステップ。

システムに関しては、前記課題は本発明では、周期的なマスクパターンのエラーを判別するための差分ＣＤＩシステムであって、以下の構成を有する差分ＣＤＩシステムにより解決される：
ａ）前記マスクパターンを走査するためのタイコグラフィ設備
ｂ）２°から３５°までの角度で前記マスクパターンに照射するためのＥＵＶ光ビーム
ｃ）回折光ビームを検出するための位置検知器
ｄ）検出された強度を、前記周期的なマスクパターンにより引き起こされる通常の強度分布から偏差する強度ばらつきについて解析するための手段。

よって本発明は、走査型ＣＤＩを用いて試料の高解像度のレンズレス方式の反射イメージングを実現し、かつ、検出された強度と予測される強度との差を見ることにより当該検出された強度を解析して欠陥を検出するための、新規の技術を提供するものである。かかる技術は、差分ＣＤＩとも称し得る。

他のレンズレスイメージング法とは対照的に、本方法では照明情報が既知である必要はなく、試料面積が限定されることがなく、参照ビームまたは参照構造を要しない。光学系を用いたイメージング法と比較すると、２Ｄ走査によって振幅および位相の双方を同時に抽出することができるのに対し、光学系ベースのイメージングは、位相を再構成するためにスルーフォーカスすなわち３Ｄ走査をしなければならない。その上、光学系を用いたイメージングと比較して、焦点深度が重大な影響を及ぼすことはない。

周期構造マスクの場合、同一の回折パターンを生じさせる複数周期のステップ幅で高速の検査を実現することができる。本発明の対象は、通常の回折パターンからの偏差のみについて調べることにより、周期的マスクパターンの欠陥を迅速に判別できる、ということである。我々は、かかる方法を「差分ＣＤＩ」と称する。

以下、添付図面を参照して、本発明と、その有利な実施形態とを詳細に説明する。

従来技術の多数のＥＵＶアクティニックマスク検査装置を示す図である。反射型走査ＣＤＩすなわちタイコグラフィイメージングの装置構成を示す図である。反射型走査ＣＤＩすなわちタイコグラフィイメージングの別の装置構成を示す図である。反射型走査ＣＤＩすなわちタイコグラフィイメージングの別の装置構成を示す図である。反射型走査ＣＤＩすなわちタイコグラフィイメージングの別の装置構成を示す図である。反射型走査ＣＤＩすなわちタイコグラフィイメージングの別の装置構成を示す図である。

タイコグラフィは、隣接するブラッグ反射をコヒーレント干渉させることによって回折パターン位相問題の解を求め、これにより、各ブラッグ反射の相対位相を求めることを目的とした技術である。当初の定式化は、試料平面内に非常に狭い開口を配置することにより上述の干渉が発生し、これにより、各逆格子点が広がって互いに重畳する、という認識に立ったものである。「タイコグラフィ」との呼称は、「重なり」を意味するギリシャ語に由来しているが、各逆格子点を何らかの関数によってコンボリューションし、各逆格子点に隣接する格子点と干渉させるという光学的構成から派生したものである。実際には、互いに干渉し合う隣接する回折ビームの強度のみを測定するだけでは、基となる各１つの回折複素振幅について２つの可能性のある複素共役が存在するという曖昧性が生じることとなる。タイコグラフィの当初の定式化は、有限の試料の場合（狭い開口によって線描されたものであり、時折、「有限台」との呼称で知られている）、１次元の位相問題を２Ｎ個の曖昧性以内で解くことができるという周知の理論と等価である。ここでＮは、当該試料を構成するフーリエ成分の数である。しかしかかる曖昧性は、照射ビームの位相、形状または位置を何らかの態様で変化させることにより解くことができる。実際には、回折ビームの強度だけでなく、コンボリューションされたブラッグビームが干渉し合う、当該回折ビーム間の中ほどに位置する強度も、回折強度の成分についてのナイキスト‐シャノン標本化定理のもう１つの択一的な記述となる。これらの成分の周波数は一般的には、その基である複素振幅（逆格子空間）の周波数の２倍である。

検出器および計算の点で進歩しているタイコグラフィイメージングにより、レンズを必要とすることなく空間分解能が上昇したＸ線顕微鏡、光学顕微鏡および電子顕微鏡を実現することができる。

以上のことから、タイコグラフィはオーバーサンプリングによる走査型ＣＤＩ法である。このような手法により、光学系を用いずに高解像度イメージングを実現することができる。当該手法は、試料の振幅情報および位相情報の双方を得ることができる。当該手法はコヒーレントイメージング法なので、空間的コヒーレンスおよび時間的コヒーレンスに厳しい要求を課す。分解能を制限する要素は、検出器のＮＡと、ステージの精度である。高ＮＡフーリエ変換イメージングを用いると、波長２９ｎｍで分解能が９０ｎｍになることが判明した（文献［７］）。この分解能は、最小５０ｎｍまでの反復位相回復法を用いることにより向上した。

本発明は、タイコグラフィ法によってＥＵＶ領域および軟Ｘ線領域において高解像度イメージングを実現できることを示すものである。

原則的には、タイコグラフィはＥＵＶマスク検査に使用することができる。利点としては以下のものが挙げられる：
１．分解能が光学系によって制限されないこと。スポットサイズについて検出器により制限される分解能が可能となる。高ＮＡのＥＵＶ光学系は非常に高価であり、これにより、高分解能の検査装置が高コストとなってしまう。
２．スループット（スポットサイズ）が光学系（スイートスポット、非プレーナ性）により制限されないこと。原則として、検出器により制限されるスループットが可能となる。すなわち、所要時間の大部分が検出器の読出時間によって占められ、収集時間は問題にならない程度になる。
３．焦点深度が重大な影響を及ぼさなくなる。
４．振幅情報および位相情報の双方が得られる。このことはＥＵＶマスクにとって特に重要である。というのも、位相欠陥を求めるのは困難だからである。位相情報は、光学系と、スルーフォーカス走査とを用いることによって得ることができるが、このことによって、ＥＵＶマスク計測にとって非常に重要なイメージングのスループットが低減してしまう。
５．タイコグラフィは他のホログラフィ手法よりも有利である。タイコグラフィは像を再構成するために、照明情報が既知であること、または、参照フレーム／パターンを要しないからである。よって、タイコグラフィのフレキシビリティはより高く、また、その撮像領域は制限されない。

本発明は、差分ＣＤＩ（コヒーレント回折イメージング）と称し得る新規の技術を提供するものでもある。周期構造マスクの場合、同一の回折パターンを生じさせる複数周期のステップ幅で高速の検査を実現することができる。本発明の対象は、通常の回折パターンからの偏差のみについて調べることにより、周期的マスクパターンの欠陥を迅速に判別できる、ということである。欠陥が判別されると、この関心領域を詳細に分析して、タイコグラフィを用いて像を再構成することができる。

ＥＵＶ用のタイコグラフィイメージング部を備えた可能な装置構成は、複数存在する。図２から６までに、かかる可能な装置構成を示しているが、他の構成も可能である。

図２に、走査型ＣＤＩを用いた最も簡単な反射イメージング構成を示す。しかし、その入射角は面法線に近いので、検出器の一部が遮蔽されていると、当該検出器により収集される角度は小さくなる。よって、図２にて提示している我々の装置構成の分解能は制限されている。この検出器により制限される分解能は、分解能＝λ／（２×ｓｉｎ（入射角））として得られる。アクティニックＥＵＶマスク検査については、入射角は６°であり、よって、当該装置構成により達成できる最良の分解能は約７０ｎｍとなる。

上述の問題は、図３〜６に示された装置構成で解決される。図３により、６°の照射角度で高角度の散乱光の半分を収集することができる。

図４では、反射された光が蛍光板によって検出される。これは、ＥＵＶ光を可視光に変換するものである。ＥＵＶ光は当該蛍光板のピンホールを通過して試料に達する。蛍光板における回折強度が、可視光を感知する画素検出器によって検出される。

図５に、ビームスプリッタを用いた複数の異なる装置構成を示す。最初の構成は、光に対して部分透過性かつ部分反射性であるビームスプリッタを用いる。ビームスプリッタは、入射した光を試料へ向けて反射し、かつ、当該試料からの光を透過させるのに用いられるか、または、入射した光を試料へ向けて透過し、かつ、試料からの出射光を検出器へ向けて反射させるのに用いられる。同図の他の部分は、反射ミラーと、当該反射ミラーに設けられた光透過用の透過ピンホールとを用いたビームスプリッタ原理、または、透過フィルムに反射ピンホールを設けたものを用いたビームスプリッタ原理を実現するものである。

図５には更に、レンズを用いてイメージングを行うオプションも導入している。このレンズは、挿入および後退させることが可能である。このレンズを用いて低解像度の像を得ることができ、この像は、先行して得られた当該低解像度像とタイコグラフィ法とを併用して高解像度の像をより高速で再構成するため、またはナビゲーション目的で用いることができるものである。

図６に、走査型ＣＤＩを用いた２つの高ＮＡ反射イメージング装置構成を示す。最初の構成では、高解像度の像を再構成できるようにすべく、高角度での散乱強度を取得するために２つの検出器が用いられる。しかし、この構成では低角度の散乱情報が失われ、これにより、再構成像の忠実度が低減してしまう。この問題は、低角度反射の取得部に第３の検出器を設ける構成で解決することができる。当該構成では、ナビゲーション用または再構成用の低解像度像を得るためにレンズを使用することもできる。

全図において「ＣＣＤ」とは、全ての種類の画素方式の検出器を指しており、軟Ｘ線ＣＣＤに限定されないことに留意されたい。

また、本発明にて開示した方法および装置構成は、たとえばＢＥＵＶや軟Ｘ線等の他の波長でも有効である点にも留意されたい。よって本発明は、非常に一般化して「差分ＣＤＩ」と称し得る新規の技術を提供するものである。周期構造マスクの場合、同一の回折パターンを生じさせる複数周期のステップ幅で高速の検査を実現することができる。本発明の対象は、通常の回折パターンからの偏差のみについて調べることにより、周期的マスクパターンの欠陥を迅速に判別できる、ということである。他のＣＤＩ法とは対照的に、照明情報が既知である必要はない。光学系ベースのイメージングは、位相を再構成するためにスルーフォーカスイメージングを要するが、本発明では振幅および位相の双方を抽出することができる。

参考文献：
[1] K. A. Goldberg and I. Mochi, JVST B, C6E1 (2010)
[2] K. A. Goldberg et al, JVST B 27, 2916 (2009)
[3] K. A. Goldberg et al, Proc. SPIE 7969, 796910 (2011)
[4] Jap. J. Appl. Phys. 49 06GD07-1 (2010)
[5] T. Harada et al, JVST B 27, 3203 (2009)
[6] J. Doh et al, J. Korean Physical Soc. 57, 1486 (2010)
[7] Sandberg et al. Optics Letters 34, 1618 (2009)
[8] S. Roy et al. Nature Photonics 5, 243 (2011)

Claims

マスクのブランクスの欠陥およびマスクのパターンのエラーを判別するために反射走査型ＣＤＩを行う方法であって、
ａ）低ＮＡと高ＮＡとを用いて反射モードで前記マスクを走査するための設備を準備するステップと、
ｂ）２°から３５°までの角度でＥＵＶ光ビームを前記マスクのパターンに照射するステップと、
ｃ）位置検知器を用いて、回折した前記光ビームを検出するステップと、
ｄ）タイコグラフィアルゴリズムを用いて、検出された強度を解析することにより、任意のパターンの試料の高解像度の像を得るステップと、
ｅ）前記マスクの欠陥を検出するため、前記検出された強度を、当該マスクの周期的なパターンにより引き起こされる通常の強度分布から偏差する強度ばらつきについて解析するステップと
を有することを特徴とする方法。
マスクの周期的なパターンのエラーを判別するための差分ＣＤＩシステムであって、
ａ）低ＮＡおよび／または高ＮＡを用いて反射モードで前記マスクを走査するためのタイコグラフィ設備と、
ｂ）２°から３５°までの角度で前記マスクのパターンに照射するためのＥＵＶ光ビームと、
ｃ）回折した前記光ビームを検出するための位置検知器と、
ｄ）タイコグラフィアルゴリズムを用いて、検出された強度を解析することにより、任意のパターンの試料の高解像度の像を得るための手段と、
ｅ）前記マスクの欠陥を検出するため、前記検出された強度を、当該マスクの周期的なパターンにより引き起こされる通常の強度分布から偏差する強度ばらつきについて解析するための手段と
を有することを特徴とする差分ＣＤＩシステム。