JP6215009B2

JP6215009B2 - 撮像装置及び撮像方法

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Publication number: JP6215009B2
Application number: JP2013236685A
Authority: JP
Inventors: 山根　武; 武山根; 恒男寺澤
Original assignee: Toshiba Corp; Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: US20150138344A1; JP2015096822A; US9958399B2

Description

本発明の実施形態は、撮像装置及び撮像方法に関する。

半導体装置の微細化に伴い、マスク検査を高精度且つ短時間で行うことが難しくなってきている。特に、極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultraviolet）の照明光を用いた反射型マスクの検査では、マスク検査を高精度且つ短時間で行うことが非常に困難である。

短時間でマスク検査を行う方法としては、２次元検出器を用いたＴＤＩ（time delay integration）手法が有効である。しかしながら、２次元検出器では、配線領域を確保する必要があるために、高密度化が困難である。

一方、１次元検出器は、高密度化が可能であるが、ＴＤＩ手法を用いることができない。そのため、一定以上の露光量を確保するために露光時間を増加させる必要があり、短時間で高精度の検査を行うことが困難である。

このように、従来は、高精度且つ短時間で欠陥画像を検出することが可能な撮像装置を得ることが困難であった。したがって、高精度且つ短時間で撮像を行うことが可能な撮像装置及び撮像方法が望まれている。

特許第３７２８４９５号公報

高精度且つ短時間で撮像を行うことが可能な撮像装置及び撮像方法を提供する。

実施形態に係る撮像装置は、照明用の光源と、前記光源からの照明光によって照明される撮像対象が載置されるステージと、前記ステージ上に載置された撮像対象に前記光源からの照明光を供給するために設けられ、第１の軸の方向の倍率が第１の軸の方向に垂直な第２の軸の方向の倍率よりも大きくなるように構成された臨界照明光学系と、前記ステージ上に載置され且つ前記臨界照明光学系を用いて照明された前記撮像対象の像を結像させるために設けられた結像光学系と、前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出するものであって、前記第１の軸の方向における検出領域の長さが前記第２の軸の方向における検出領域の長さよりも長くなるように構成された検出器と、を備える。

第１の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。第１の実施形態に係り、２つのシリンドリカルミラーの位置関係を模式的に示した図である。第１の実施形態に係り、検出器と照明領域との関係を示した図である。第１の実施形態に係る撮像方法及び欠陥検査方法を示したフローチャートである。第２の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。本実施形態に係る撮像装置は、半導体装置（半導体集積回路装置）のリソグラフィプロセスで用いられる露光マスクの欠陥検査に用いられる。より具体的には、本実施形態の撮像装置は、極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultraviolet）の照明光を用いたリソグラフィプロセスで用いられる反射型マスクの欠陥検査に適用される。

照明用の光源１１からは、検査用のＥＵＶ照明光が生じる。光源１１からの照明光によって照明される露光マスク（撮像対象）１２は、ステージ１３上に載置される。

光源１１からの照明光は、臨界（critical）照明光学系を介して、ステージ１３上に載置された露光マスク１２の表面に供給される。臨界照明光学系は、Ｘ軸（第１の軸）の方向の倍率がＸ軸の方向に垂直なＹ軸（第２の軸）の方向の倍率よりも大きくなるように構成されている。ここで、Ｘ軸は紙面の水平方向に平行な方向であり、Ｙ軸は紙面に垂直な方向である。なお、臨界照明光学系とは、光源の像が測定対象（ここでは、露光マスク）の表面に結像されるように構成された照明光学系である。すなわち、臨界照明光学系は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向いずれにおいても、光源の像が測定対象（露光マスク）の表面に結像されるように構成された照明光学系である。

臨界照明光学系は、シリンドリカルミラー１４及びシリンドリカルミラー１５によって構成されている。光源１１からの照明光は、シリンドリカルミラー１４及び１５で反射し、光軸１６に対して垂直に配置された露光マスク１２に照射される。

図２は、シリンドリカルミラー１４とシリンドリカルミラー１５との位置関係を模式的に示した図である。図１及び図２からわかるように、シリンドリカルミラー１４のＸ軸方向に平行な断面は、楕円の一部を構成する曲線である。また、シリンドリカルミラー１４のＹ軸方向に平行な断面は直線である。図１では、シリンドリカルミラー１４のＹ軸方向に平行な断面を、断面１４ａとして示している。シリンドリカルミラー１５のＸ軸方向に平行な断面は直線である。また、シリンドリカルミラー１５のＹ軸方向に平行な断面は、楕円の一部を構成する曲線である。図１では、シリンドリカルミラー１５のＹ軸方向に平行な断面を、断面１５ａとして示している。

シリンドリカルミラー１４及びシリンドリカルミラー１５の曲率及び位置は、光源の像が露光マスク１２の表面に結像されるように決定される。すなわち、シリンドリカルミラー１４及びシリンドリカルミラー１５の曲率及び位置は、臨界照明が形成されるように決定される。

上述したことからわかるように、Ｘ軸方向については、光源１１、楕円弧状のミラー１４及び直線状のミラー１５の順に並んでいることになり、Ｙ軸方向については、光源１１、直線状のミラー１４（１４ａ）及び楕円弧状のミラー１５（１５ａ）の順に並んでいることになる。すなわち、Ｘ軸方向の方がＹ軸方向に比べて、楕円弧状のミラーが光源１１に近い位置に配置されていることになる。そのため、Ｘ軸方向の倍率がＹ軸方向の倍率よりも大きくなる。したがって、光源の発光形状が円であると、図２に示されるように、Ｘ軸方向が長軸で、Ｙ軸方向が短軸である楕円状の照明領域２０が、露光マスク１２の表面に形成される。

以上のようにして、Ｘ軸の方向の倍率がＹ軸の方向の倍率よりも大きくなるように構成された臨界照明光学系（シリンドリカルミラー１４及び１５）を用いて、ステージ１３上に載置された露光マスク１２に光源１１からの照明光が供給され、露光マスク１２の表面に照明領域２０が形成される。

ステージ１３上に載置された露光マスク１２の像は、結像光学系によって結像される。結像光学系は、凹面鏡１７及び凸面鏡１８によって構成されている。露光マスク１２の像は、凹面鏡１７及び凸面鏡１８で反射する。

結像光学系（凹面鏡１７及び凸面鏡１８）によって結像された露光マスク１２の像は、１次元検出器１９によって検出される。１次元検出器１９では、Ｘ軸（第１の軸）の方向における検出領域の長さが、Ｙ軸（第２の軸）の方向における検出領域の長さよりも長くなるように構成されている。具体的には、１次元検出器１９は、Ｘ軸方向に１次元的に配列された複数の画素を含む。例えば、１次元検出器１９には、１次元的に画素が配列されたＣＣＤを用いることができる。

図３は、１次元検出器１９と照明領域２０との関係を示した図である。図３に示すように、１次元検出器１９の長軸（長辺）の方向と照明領域２０の長軸の方向は、いずれもＸ軸方向である。すなわち、１次元検出器１９の長軸（長辺）の方向と照明領域２０の長軸の方向とは一致している。また、臨界照明光学系におけるＹ軸方向の倍率に対するＸ軸方向の倍率の比は、Ｙ軸方向（短軸方向、短辺方向）における検出領域の長さに対するＸ軸方向（長軸方向、長辺方法）における検出領域の長さの比に等しくなっている。

露光マスク１２の像を１次元検出器１９で検出する際には、ステージ１３及び検出器１９をＹ軸方向に相対的に走査する。具体的には、露光マスク１２が載置されたステージ１３をＹ軸方向に走査させながら、１次元検出器１９で像強度を取得する。１次元検出器１９の各画素によって検出される像の露光マスク１２表面の位置座標を（ｘ，ｙ）として、位置座標（ｘ，ｙ）での像強度を求める。像強度を位置座標（ｘ，ｙ）の関数としてプロットすることにより、露光マスク１２の暗視野像が得られる。露光マスク１２全体をスキャンすることで、露光マスク１２全体の暗視野像を取得することができる。

図４は、上述した撮像装置を用いた撮像方法及び欠陥検査方法を示したフローチャートである。

まず、図１に示した撮像装置を用意し、ステージ１３上に露光マスク１２を載置する（Ｓ１１）。

次に、臨界照明光学系（シリンドリカルミラー１４及び１５）を用いて、ステージ１３上に載置された露光マスク１２に光源１１から照明光を供給する（Ｓ１２）。露光マスク１２の表面には、Ｘ軸方向が長軸でＹ軸方向が短軸である楕円状の照射領域が形成される。

次に、結像光学系（凹面鏡１７及び凸面鏡１８）によって結像された露光マスク１２の像を、１次元検出器１９によって検出する（Ｓ１３）。１次元検出器１９の検出領域の長軸（長辺）及び短軸（短辺）は、それぞれ照明領域の長軸及び短軸に対応している。

上述したＳ１２のステップ及びＳ１３のステップを、ステージ１３をＹ軸方向に移動させながら繰り返し実行することで、露光マスク１２の表面全体の像（暗視野像）が取得される（Ｓ１４）。

上述したようにして取得された露光マスク１２の像に基づき、露光マスク１２表面の欠陥を検出する（Ｓ１５）。

このようにして、撮像及び欠陥検査が行われた露光マスク１２を用いてフォトリソグラフィが行われ、半導体装置が作製される。

以上のように、本実施形態では、Ｘ軸（第１の軸）の方向の倍率がＸ軸の方向に垂直なＹ軸（第２の軸）の方向の倍率よりも大きくなるように構成された臨界照明光学系を用い、Ｘ軸の方向における検出領域の長さがＹ軸の方向における検出領域の長さよりも長くなるように構成された検出器によって露光マスク（測定対象）の像を検出する。そのため、照明領域の長軸の方向が検出器の長軸（長辺）の方向に対応している。したがって、光源から生じた照明光を、検査に必要な照明領域に効率的に供給することができる。すなわち、光源から生じた照明光を、検出器の検出領域に対応した照明領域に効率的に供給することができる。その結果、検査に不要な照明領域の割合を少なくすることができ、照明時間（露光時間）を短くしても、一定以上の照明強度（露光強度）を確保することができる。したがって、本実施形態では、短時間で高精度の撮像を行うことができ、効率的に高精度の検査を行うことが可能である。

また、照明光を照明領域に効率的に供給することができるため、検出器の長軸方向の長さを長くすることが可能である。その結果、１回の走査で広い領域を撮像することができ、短時間で高精度の検査を行うことが可能である。

また、本実施形態では、照明光学系のＸ軸方向の倍率とＹ軸方向の倍率との比が、１次元検出器の長軸（長辺）の長さ（Ｘ軸方向の長さ）と短軸（短辺）の長さ（Ｙ軸方向の長さ）との比に等しい。そのため、より効率的に照明光を供給することができ、上述した効果をより的確に奏することができる。

また、高密度化が可能な１次元検出器を用いることで、高精度の撮像を行うことができ、上述した効果をより的確に奏することができる。

なお、上述した実施形態では、検出器に１次元検出器を用いたが、２次元的に配列された複数の画素を含む２次元検出器を用いることも可能である。この場合にも、照明領域の長軸の方向が２次元検出器の長軸（長辺）の方向に対応するように構成することで、光源から生じた照明光を、検査に必要な照明領域に効率的に供給することができ、上述した効果と同様の効果を得ることができる。

２次元検出器を用いた場合にも、上述した実施形態と同様に、照明光学系のＸ軸方向の倍率とＹ軸方向の倍率との比が、２次元検出器の長軸（長辺）の長さ（Ｘ軸方向の長さ）と短軸（短辺）の長さ（Ｙ軸方向の長さ）との比に等しいことが好ましい。このように構成することで、より効率的に照明光を供給することができ、上述した効果をより的確に奏することができる。

また、上述した実施形態において、像強度を出力する際に、１画素毎に像強度を出力してもよいが、複数の画素で画素ブロックを構成し、画素ブロック内の各画素で得られた像強度の総和を画素ブロック毎に出力してもよい。このように複数の画素で画素ブロックを構成することで、検出ばらつきを低減することが可能である。

（実施形態２）
図５は、第２の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。

本実施形態の撮像装置も、第１の実施形態と同様、半導体装置（半導体集積回路装置）のリソグラフィプロセスで用いられる露光マスクの検査に用いられる。より具体的には、本実施形態の撮像装置は、ＥＵＶ照明光を用いたリソグラフィプロセスで用いられる反射型マスクの検査に適用される。

光源１１、露光マスク（撮像対象）１２、ステージ１３、結像光学系（凹面鏡１７及び凸面鏡１８）及び１次元検出器１９についての基本的な事項は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、照明光学系として、第１の実施形態のシリンドリカルミラー１４及び１５の代わりに、トロイダルミラー３０を用いている。

光源１１からの照明光は、トロイダルミラー３０で反射し、ステージ１３上に載置された露光マスク１２の表面に供給される。トロイダルミラー３０は、Ｘ軸（第１の軸）の方向（紙面の水平方向に平行な方向）の曲率とＸ軸の方向に垂直なＹ軸（第２の軸）の方向（紙面に垂直な方向）の曲率とが互いに異なるミラーである。本実施形態では、光源１１からの照明光をトロイダルミラー３０を介してステージ１３上に載置された露光マスク１２に供給したとき、Ｘ軸方向では光源の像が露光マスク１２の表面に結像されず、Ｙ軸方向では光源の像が露光マスク１２の表面に結像されるように、トロイダルミラー３０の曲率及び位置が決定されている。

上述したようなトロイダルミラーを用いることにより、光源の像には非点収差が生じ、Ｘ軸方向が長軸で、Ｙ軸方向が短軸である楕円状の照明領域が、露光マスク１２の表面に形成される。

ステージ１３上に載置され且つ照明光学系（トロイダルミラー３０）を用いて照明された露光マスク１２表面の像は、結像光学系（凹面鏡１７及び凸面鏡１８）によって結像される。

結像光学系（凹面鏡１７及び凸面鏡１８）によって結像された露光マスク１２の像は、１次元検出器１９によって検出される。１次元検出器１９では、Ｘ軸（第１の軸）の方向における検出領域の長さが、Ｙ軸（第２の軸）の方向における検出領域の長さよりも長くなるように構成されている。１次元検出器１９の具体的な構成は、第１の実施形態と同様である。

１次元検出器１９と照明領域２０との関係は、第１の実施形態と同様に、図３に示すような関係である。すなわち、１次元検出器１９の長軸（長辺）の方向と照明領域２０の長軸の方向とは一致している。

露光マスク１２の像を１次元検出器１９で検出する際には、第１の実施形態と同様に、露光マスク１２が載置されたステージ１３をＹ軸方向に走査させながら、１次元検出器１９で像強度を取得する。その結果、第１の実施形態と同様に、露光マスク１２全体の暗視野像が取得される。

以上のように、本実施形態でも、照明光学系（トロイダルミラー）によって形成される照明領域と１次元検出器との関係は、第１の実施形態と同様である。したがって、本実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

なお、上述した撮像装置を用いた基本的な撮像方法及び欠陥検出方法は、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

また、本実施形態においても、第１の実施形態で述べたのと同様の種々の変更が可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…光源１２…露光マスク１３…ステージ
１４…シリンドリカルミラー１５…シリンドリカルミラー１６…光軸
１７…凹面鏡１８…凸面鏡１９…１次元検出器
２０…照明領域３０…トロイダルミラー

Claims

照明用の光源と、
前記光源からの照明光によって照明される撮像対象が載置されるステージと、
前記ステージ上に載置された撮像対象に前記光源からの照明光を供給するために設けられ、第１の軸の方向の倍率が第１の軸の方向に垂直な第２の軸の方向の倍率よりも大きくなるように構成された臨界照明光学系と、
前記ステージ上に載置され且つ前記臨界照明光学系を用いて照明された前記撮像対象の像を結像させるために設けられた結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出するものであって、前記第１の軸の方向における検出領域の長さが前記第２の軸の方向における検出領域の長さよりも長くなるように構成された検出器と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記臨界照明光学系の前記第２の軸の方向の倍率に対する前記第１の軸の方向の倍率の比は、前記第２の軸の方向における前記検出領域の長さに対する前記第１の軸の方向における前記検出領域の長さの比に対応している
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記検出器は、１次元的に配列された複数の画素を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
第１の軸の方向の倍率が第１の軸の方向に垂直な第２の軸の方向の倍率よりも大きくなるように構成された臨界照明光学系を用いて、ステージ上に載置された撮像対象に光源からの照明光を供給する工程と、
結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を、前記第１の軸の方向における検出領域の長さが前記第２の軸の方向における検出領域の長さよりも長くなるように構成された検出器によって検出する工程と、
を備えたことを特徴とする撮像方法。