JP2008275612A - 半導体製造用のサブストレート上の構造体を測定する高解像度を備えた装置及び測定装置におけるアパーチャの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造用のサブストレート上の或る周期的な構造体を測定する高解像度を備えた測定装置を提供する。
【解決手段】半導体製造用のサブストレート上の周期的な構造体を測定する高解像度の測定装置を開示する。様々な幾何学形状のアパーチャ構造体が照明ビーム経路に設けられる。これらは、光の透過特性に関して異なり、光学装置のイメージング瞳の回折次数の強度分布を変える。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、半導体製造用のサブストレート上の構造体を測定する高解像度を備えた測定装置に関する。当該測定装置は、入射瞳を有するコンデンサを有する。

本発明はさらに、半導体製造用のサブストレート上の周期的な構造体を測定する測定装置の照明ビーム経路における様々なアパーチャ又はアパーチャ構造体の使用に関する。

特許文献１は、可変透過率を有するアパーチャを使用した集積回路の製造方法を開示する。ここでは、アパーチャは様々な透過率の領域を有する。ここで提案されたこの方法及びダイヤフラムは、サブストレート上の構造体の位置及び／又は寸法を測定する測定装置での使用に適さない。

ＥＰ０９３８０３１Ｂ１ ＤＥ１００４７２１１Ａ１

本発明の目的は、半導体製造用のサブストレート上のある周期的な構造体を測定するために高解像度を備えた測定装置を提供することである。

本発明の別な目的は、半導体製造用のサブストレート上の周期的な構造体の検査において高解像度が実現されるように、測定装置においてアパーチャ構造体を利用することである。

当該目的は、請求項１の構成を有する測定装置により達成される。

当該別な目的は請求項９の構成により達成される。

本発明は、半導体製造用のサブストレート上の周期的な構造体のために高解像度が得られる点で有利である。測定装置は、入射瞳を有するコンデンサを有する。測定光は、実際の測定レンズとして形成されるコンデンサを介して、コンデンサ及び照明源のアパーチャで決定される様々な角度で測定すべき構造体にフォーカスされる。周期的構造体における光の回折は、画像光学素子の瞳の回折次数の強度分布を生じさせる。この強度分布は、構造体と入射角度の両方に依存する。当業者にとっては言うまでもなく、強度はレンズのアパーチャに依存する。これは結局、回折光が画像ビーム経路（例えば、図４ａにおいて光の垂直入射のケースを簡単に示す）で捕えられる回折次数を画定する。不適切な解像度をもたらすのは、瞳の０次より大きい回折次数の光のこの不十分な供給である。

例えば、輪状アパーチャ構造体がコンデンサの入射瞳に配置される。当該輪状アパーチャ構造体は、光の透過特性の異なる円形内側領域と円形外側領域を有する。別な公知のアパーチャタイプが、輪状、双極子、クエイサー又は四極子アパーチャとして、他の様々な刊行物に記載されている。他の刊行物では、照明手段は光軸外照明としばしば言われる。全てに共通するのは、様々な回折次数の強度分布は画像瞳において変えられ、結局画像化された構造体の高解像度が達成される点である。顕微鏡検査法からよく知られているのは、コントラスト（険しいエッジ）の、開口絞りの直径への依存関係である。

イメージングプロセス（画像化プロセス）は、例として簡単に記載できる。回折ビームは透過照明された構造体のエッジに相互作用し、エッジのみならず構造体自体についての情報を運ぶ。画像創出（小さいアパーチャ）のために利用できる情報が少なく又はこの部分に重なる非回折光又は散乱光が多ければ、エッジは益々ぼやけ、解像度は落ちる。

１つの実施形態では、アパーチャの円形内側領域が不透明（オペーク）であるのに対し、円形外側領域は透明である。このようにして、０次及び±１次回折次数の強度比は±１次変えられ、従って解像度が増す。

別な実施形態では、円形内側領域の透過特性は１つの関数に従い中心に向かって減少する。輪状外側領域も同様に透明である。円形内側領域の中心に向かう透過率の傾きを記述する関数は、例えば、余弦関数である。

アパーチャ構造体の別な配置は、円形内側領域の直径及び輪状外側領域の幅の可変的な配置にある。例えば、ＬＣＤアレー構造は、輪状アパーチャ構造の可変配置のために使用でき、個々のアレーのための透過率が設定される。それに代えて、例えば、機械のスライド又はタレットにおいて様々な透過範囲を有する様々な固定された輪状若しくは円形アパーチャを回転させることもできる。従って、半導体製造用のサブストレート上の構造体の周期的配置に依存して、高解像度を実現するのに適したアパーチャセッティングを選定することができる。

本発明の例示の実施形態とそれらの利点を付属の図に則して以下に詳細に説明する。
図１に示されたタイプの座標測定装置は、従来技術から知られた装置であり、高い測定精度で構造体を測定するのにも使用される。当該座標測定装置は、サブストレート２上の構造体３を測定するのに使用される装置群の一例である。測定装置１の場合、実際の測定装置自体は振動減衰された花崗岩ブロック２０に設置される。マスク又はウエハーは、自動操縦装置によって測定ステージ１８上に配置される。この測定ステージ１８は空気軸受１９により花崗岩ブロック２０の表面で支持される。測定ステージ１８は電動式であり、２次元（Ｘ座標方向／Ｙ座標方向）に移動可能である。対応する駆動要素は示されていない。平面鏡が、測定ステージ１８の２つの相互に垂直な面に設置される。レーザー干渉計装置２２が、測定ステージ１８の位置を追跡するのに使用される。

測定すべき構造体の照明及びイメージングは、入射光及び／又は透過光を用いた高解像度顕微鏡光学素子を使用して実行される。ＣＣＤカメラが検出器として機能する。測定信号が、ＣＣＤ検出器アレーの、測定ウィンドウ内に位置したピクセルから得られる。測定された構造体の強度プロフィールは、例えば、構造体のエッジ位置及び幅又は互いに交差する２つの構造体の交差位置を決定するイメージ処理によってそれから得られる。通常このような構造要素の位置は、サブストレート（マスク又はウエハー）上の基準点に対して決定される。測定ステージ１８の干渉計により測定された位置と共に、構造体３の座標はここから得られる。ウエハーの露光のために使用されるウエハー又はマスク上の構造体は、極めて小さい公差しか許されない。従って、これらの構造体を検査するために、極めて高い測定精度（現在数ナノメートル）が必要になる。このような構造体の位置を決定するための方法及び測定装置は特許文献２から知られている。この位置決定の詳細は当該文献を参照されたい。

図１に示された測定装置１の例では、測定ステージ１８はフレームとして形成され、それでサンプル２が下から透過光によって照明される。サンプル２の上には、光軸１１の周りに配置された別な照明１３とイメージング装置（対物レンズ９、ミラー１２、結像レンズ１０）がある。Ｚ座標方向に移動可能な対物レンズは参照番号９で示されている。参照番号１４，１５は、例えば、１又は複数のアパーチャ又はアパーチャ構造体が配置される位置を示す。アパーチャの形状及び透過特性は自動的に構成され、セットできると有利である。電動スライド又はタレット１４ａ，１５ａにより、アパーチャは交換されると有利である。さらに、様々なアパーチャ形状で実行された測定の比較も有利である。

高さ調節可能なコンデンサ８及び光源６を有する透過光照明手段も花崗岩ブロック２０で使用される。

図２は、顕微鏡スタンドに使用される、入射光及び透過光装置を概略的に示す。当該装置は透過光ランプハウジング７１を有し、これは光をコレクタ７２を介してミラー７３に導く。次いでミラーは、光を、入射瞳７３ｂを有するコンデンサ７３ａを介して様々な構造体を担持するサブストレート７４に反射する。さらに、入射光コレクタ７９を介して入射光結合ミラー７８（図示せず）によって光を光軸５１又は光学装置の照明ビーム経路５１に結合させる入射光照明手段８０が設けられる。入射光照明手段８０の光をサブストレート上にイメージングするために、レンズ７５がサブストレート７４の上に設置され、サブストレート７４で放出される透過光照明手段７１及び／又は入射光照明手段の光を集め、最終的にこれを検出器８３にイメージする。検出器は、カメラ、スキャナー又はラインスキャナーのいずれかである。さらに、光学装置はフォーカス装置８７を具備し、その測定光も同様にビーム分割ミラー７６を介して光学装置の光軸５１に結合される。レンズ７５で集められた入射光及び透過光は照明ビーム経路の様々なビームスプリッタを通過し、結像レンズ光学素子８１及び必要ならば付加的な光学素子８２を介して検出器８３に導かれる。調節可能な電動アパーチャ７７は様々な実施形態でもよく、例えばスライド又はタレットである。

図３は、多数の構造体１０３が周期的に配置されたサブストレート１００の概略図を示す。サブストレート１００は、Ｘ／Ｙ座標方向に移動可能なステージ１８上に位置している。当業者であれば、図３における構造体１０３に限定されないことは明らかである。構造体の形状は細長い形状に限定されない。

図４Ａは、内側円形領域１１１及び外側輪状領域１１２を有する輪状アパーチャ構造体１１０の概略図を示す。図４Ａに描かれたアパーチャ構造体は、例えば、コンデンサの入射瞳に運ばれ、周期的構造体の解像度やコントラストが効果的に高められる。周期的構造体の焦点深度が同時に改良され、測定結果の再現性がさらに高められる。図４に示された実施形態では、内側円形領域１１１は不透明であるのに対し、外側輪状領域１１２はこの場合透明である。

本発明に従うアパーチャ構造体の別な実施形態が図４Ｂに示されている。外側輪状領域１１２はやはり完全に透明である。内側円形領域１１１は、透過率がアパーチャ構造体１１０の中心１１５に向かって減少するように形成されている。円形内側領域の透過率は余弦関数１１３に従い減少する。この場合も、解像度の高まりと焦点深度の増加が或る周期的構造体のために実現される。可能な適用分野は、特に、ウエハー及びレティクル構造体のクリティカルディメンションの測定及び最適な解像度に依存する全ての光学検査方法である。

図４Ｃは、アパーチャの様々な他の形状の概略図を示す。マークされた領域は透過率の異なる領域である。１つの可能性のあるアパーチャ構造体は輪状アパーチャ１３０である。さらに、アパーチャ構造体として双極子１４０を使用することもでき、双極子は様々な方向に配置される。さらに別なアパーチャ構造体は四極子１５０である。クエイサー１６０もアパーチャ構造体として考えられる。

輪状アパーチャ構造体１１０が駆動可能なＬＣＤとして形成されることも考えられる。これは、アパーチャ構造体が自由に調節できるという利点を有する。結局、円形内側領域１１１と輪状外側領域の直径は、検査すべき構造体とそれらの周期性に従い容易にいつでも調節することができる。

アパーチャ構造体１１０は可変なので、透明な外側領域１１２の幅は、照明モードに従い選択することができ、最適な解像度を実現できる。図５Ａは、コンデンサ１１７から直角にサブストレート１００に導かれる光ビーム１１８によるサブストレート１００の照明を示す理想的な図である。レンズ１２０のアパーチャが適切であれば、０次及び±１次がイメージに寄与することになる。次数の強度は変わる。構造体の距離の減少又は構造体自体のサイズの減少が、０次及び１次の間の角度の拡大を生じさせる。１次がレンズで捕えられない場合、解像度は減少し、イメージ内の構造体は共に合体する。

図５Ｂは、光軸１１，５１に対してある角度１２５でサブストレート１００に向けられた理想的な照明ビーム経路１１９によるサブストレート１００の照明を示す。

一般的に、照明は、ランプ、コレクタ及びコンデンサ（レンズ）で決定されるある範囲の角度を常に有する。この範囲の角度は、図５ａ，５ｂにおいて破線で示されている。従って、輪状アパーチャ構造体１１０は、様々な方向から光軸に対称に放射する斜め照明になる。輪状外側領域１１２のために適切な幅が選択されれば、０次の回折次数１２２_０と１次の回折次数１２２_＋１は光軸１１，５１に対称である。結局、イメージングに含まれる波面の位相関係は、従来の照明よりもデフォーカシングの場合により一定であり、焦点深度が高められる。前述のように、イメージングのために最適な条件を実現するには、輪状アパーチャ構造体１１０は、サブストレート１００上の測定すべき構造体１０３の格子定数又は周期性に従い調節されなければならない。

サブストレート上の構造体の位置及び／又は寸法を測定するための従来技術に従う座標測定装置を概略的に示す。 入射光及び透過光のための顕微鏡スタンドの概略的な配置を示す。 周期的構造が配置されたサブストレートの概略図を示す。 透過率の点で異なる内側領域と外側領域を有するアパーチャ構造物の概略図を示す。 透明な外側領域と内側領域を有するアパーチャ構造物の概略図であり、内側領域は透過率勾配を示す。 様々な他のアパーチャ形態の概略図であり、そのマーク領域は透過率が異なる。 サブストレート上に配置された周期的構造体を備えたサブストレートの照明を概略的に示す。照明はサブストレートに垂直である。 光軸に対して傾いたサブストレートの照明を概略的に示す。

符号の説明

１ 測定装置
２ サブストレート
３ 構造体
９ 対物レンズ
１０ 結像レンズ
１１，５１ 光軸
１２ ミラー
１３ 照明
１８ 測定ステージ

Claims (16)

1. 半導体製造用のサブストレート上の周期的な構造体を測定する高解像度を有する測定装置であって、入射瞳を備えたコンデンサを有し、当該コンデンサは測定のための対物レンズとして構成される測定装置において、
   イメージングビーム経路における回折次数の強度分布を変えるために、アパーチャ構造体が照明ビーム経路に設置されることを特徴とする測定装置。
2. アパーチャ構造体は調節可能及び／又は回転可能であり、異なるアパーチャによる測定の評価が可能であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. アパーチャ構造体は輪状であり、円形内側領域が不透明であり、輪状外側領域が透明であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 円形内側領域は、或る関数に従い中心に向かって減少する透過率を有し、輪状外側領域は透明であることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 透過率は、余弦関数に従い円形内側領域の中心に向かって減少することを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 円形内側領域の直径と輪状外側領域の幅が可変であることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
7. 輪状アパーチャ構造体はＬＣＤとして形成され、円形内側領域の直径、輪状外側領域の幅及び円形内側領域の透過率が調節でき、調節可能なアパーチャ構造体を用いて測定すべき構造体における回折光と非回折光の比が補償されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 構造体を照明するために、コヒーレント照明が適用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 半導体製造用のサブストレート上の周期的な構造体の測定装置であって、入射瞳を備えたコンデンサを有する測定装置におけるアパーチャ構造体の使用において、
   アパーチャ構造体はコンデンサの入射瞳に設けられることを特徴とする使用。
10. アパーチャ構造体は調節可能及び／又は回転可能であり、測定の評価が異なるアパーチャによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の使用。
11. アパーチャ構造体は輪状であり、円形内側領域が不透明であり、輪状外側領域が透明であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の使用。
12. 円形内側領域の透過率は或る関数に従い中心に向かって減少し、輪状外側領域は透明であることを特徴とする請求項１１に記載の使用。
13. 透過率は、余弦関数に従い円形内側領域の中心に向かって減少することを特徴とする請求項１２に記載の使用。
14. 円形内側領域の直径と輪状外側領域の幅が可変であることを特徴とする請求項１２に記載の使用。
15. 輪状アパーチャ構造体はＬＣＤとして形成され、円形内側領域の直径、輪状外側領域の幅及び円形内側領域の透過率が調節できることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の使用。
16. 構造体を照明するために、コヒーレント照明が適用されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか一項に記載の使用。