JPH10221500A - 軟ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像の歪みを生じることなく、多層膜構造を有
する試料を、該試料が使用される軟Ｘ線領域の波長で非
破壊的に検査できる軟Ｘ線検査装置を提供する。 【解決手段】 基板上に２種類以上の物質を積層した多
層膜構造を有する試料４を、軟Ｘ線を用いて検査する軟
Ｘ線検査装置であって、軟Ｘ線を発生する軟Ｘ線源１
と、この軟Ｘ線源１からの軟Ｘ線を直入射領域の入射角
で試料４に入射させるコンデンサレンズ２と、試料４で
反射される軟Ｘ線を集光して拡大像を形成する対物レン
ズ６と、その拡大像を受ける軟Ｘ線検出器７とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板上に２種類
以上の物質を積層した多層膜構造を有する試料を軟Ｘ線
拡大光学系を用いて検査する軟Ｘ線検査装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスにおけるパターン
形式の微細化に伴い、リソグラフィー技術としてＸ線リ
ソグラフィー技術がもっとも有望視されている。このＸ
線リソグラフィーに用いられるマスクには、Ｘ線を透過
する膜の上にＸ線を通さない物質でパターンを形成する
透過型マスクや、基板上にＸ線を反射する多層膜構造で
パターンを形成する反射型マスクがあるが、耐久性など
の点で反射型マスクが実用的である。

【０００３】この反射型マスクに要求される重要な性能
としては、 １）表面が平滑で、傷やピンホールがないこと、 ２）使用するＸ線の波長において、十分な反射率を有す
ること、 ３）使用するＸ線の波長において、パターンの欠陥がな
いこと、 ４）使用するＸ線の波長において、面内の反射率が一様
であること、が挙げられる。 また、半導体デバイスだけでなく、最近注目を集めてい
るＸ線レーザに用いられる多層膜反射鏡においても、ミ
ラーの表面の反射率が一様であることが要求されてい
る。

【０００４】一方、微細構造を検査する検査装置とし
て、本出願人は、例えば、特開平３−２８２３００号公
報において、軟Ｘ線源からの軟Ｘ線をコンデンサレンズ
を経て試料に投射し、該試料を透過、回折した軟Ｘ線を
対物レンズにより集光結像させて拡大像を得るようにし
た軟Ｘ線検査装置を提案している。また、「First stag
e in development of a soft-x-ray reflection imagin
g microscope in the Schwarzschild configuration us
ing a soft-x-ray laser at 18.2nm」,D.S.DiCicco,D.K
im,R.Rosser,and S,Suckewer,OPTICS LETTERS,Vol.17,N
o.2,January 15,1992,pp.157-159には、軟Ｘ線源からの
軟Ｘ線をコンデンサレンズを経て２０°の斜入射角で試
料面に投射し、該試料面で反射した軟Ｘ線を対物レンズ
により集光結像させて拡大像を得るようにした軟Ｘ線検
査装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
本出願人の提案にかかる上記の軟Ｘ線検査装置にあって
は、軟Ｘ線を試料に投射して透過、回折させるため、試
料が厚い場合には、それをごく薄い切片にする必要があ
る。このため、試料の厚さによっては、非破壊検査がで
きない場合がある。また、後者の軟Ｘ線検査装置にあっ
ては、軟Ｘ線を２０°の斜入射角で試料面に投射するよ
うにしているため、像の歪みが大きくなるという問題が
あると共に、試料のごく表面しか観察できないため、多
層膜構造の評価を行うことができないという問題があ
る。

【０００６】なお、従来、基板上に２種類以上の物質を
積層してなる多層膜構造で形成された２次元パターンを
有する試料表面を非破壊で観察するものとして、電子線
を用いる走査型電子顕微鏡や、可視光を用いる顕微鏡が
知られているが、これらの顕微鏡では、試料が用いられ
る軟Ｘ線領域の波長で、試料を評価することはできな
い。

【０００７】この発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、像の歪みを生じることなく、多層膜構造を有する
試料を、該試料が使用される軟Ｘ線領域の波長で非破壊
的に検査できるよう適切に構成した軟Ｘ線検査装置を提
供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、基板上に２種類以上の物質を積層した
多層膜構造を有する試料を、軟Ｘ線を用いて検査する軟
Ｘ線検査装置であって、軟Ｘ線を発生する軟Ｘ線源と、
この軟Ｘ線源からの軟Ｘ線を直入射領域の入射角で前記
試料に入射させるコンデンサレンズと、前記試料で反射
される軟Ｘ線を集光して拡大像を形成する対物レンズ
と、前記拡大像を受ける軟Ｘ線検出器と、を有すること
を特徴とするものである。

【０００９】この発明の一実施形態では、前記コンデン
サレンズと前記試料との間に、軟Ｘ線を透過および反射
するハーフミラーを設ける。このように構成すれば、試
料を直入射で観察することが可能となるので、試料上で
フォーカスがあっている領域を広くできる。

【００１０】この発明の一実施形態では、前記コンデン
サレンズの光軸と前記試料の法線とがなす角度をθ、前
記対物レンズの光軸と前記試料の法線とがなす角度をφ
とするとき、 １４°≦θ＝φ≦６０° を満足するよう構成する。このように構成すれば、試料
に入射する軟Ｘ線と、試料で反射される軟Ｘ線とをハー
フミラーを用いることなく分離できるので、軟Ｘ線の利
用効率を高めることが可能となる。また、通常、対物レ
ンズは開口数が０．２５以下のものが用いられるので、
１４°≦θ＝φとすることにより、対物レンズやコンデ
ンサレンズ等の光学素子の干渉を避けることが可能にな
り、また、θ＝φ≦６０°とすることにより、試料表面
での散乱光の影響を避けることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１実施形態
を示すものである。この実施形態では、レーザプラズマ
Ｘ線源の実質的に点光源と見做せる軟Ｘ線源１からの軟
Ｘ線を、内面を回転楕円面形状に形成した無酸素銅製の
鏡よりなるコンデンサレンズ２、および透過率３０％、
反射率３０％のＭｏ／Ｓｉ多層膜からなる軟Ｘ線ハーフ
ミラー３を経て収束して試料４に直入射で投射する。試
料４は、コンデンサレンズ２の光軸方向および光軸に対
して垂直な面内で移動可能に３軸ステージ５に載置す
る。試料４で反射される軟Ｘ線は、軟Ｘ線ハーフミラー
３で反射させた後、シュヴァルツシルト型対物レンズ６
を経て、マイクロチャンネルプレート（以下、ＭＣＰと
略称する）の裏面に螢光面を取りつけた軟Ｘ線検出器７
に結像させて観察する。なお、装置全体は、図示しない
真空容器内に収容する。

【００１２】この実施形態では、試料４として、Ｍｏ／
Ｓｉを４１層積層してなる多層膜構造のパターンが０．
２μｍ間隔で形成されたものを観察する。この試料４
は、その直入射での分光反射率特性を図２に曲線ａで示
すように、１４．３ｎｍの波長領域で使用されるもので
ある。このため、この実施形態では、シュヴァルツシル
ト型対物レンズ６として、Ｍｏ／Ｂ４Ｃを４１層積層し
た多層膜構造を有し、図２に曲線ｂで示すように、波長
１４．３ｎｍで最大の反射率が得られる分光反射率特性
を有する拡大結像倍率が２００倍のものを用いる。

【００１３】このように構成して、試料４を観察すれ
ば、試料４の表面に形成された０．２μｍ間隔の多層膜
構造のパターンを、軟Ｘ線検出器７上で４０μｍのパタ
ーンとして結像することができる。ここで、軟Ｘ線検出
器７のＭＣＰで検出できる空間分解能は、通常、１０μ
ｍ〜２０μｍであるから、軟Ｘ線検出器７に結像された
像を観察することにより、試料４のパターンの欠陥の有
無を容易に検査することができる。

【００１４】この実施形態によれば、軟Ｘ線ハーフミラ
ー３を用いて試料４を直入射で観察するようにしたの
で、歪みのない像を得ることができると共に、試料４上
でフォーカスが合っている領域を広く取れる利点があ
る。また、シュヴァルツシルト型対物レンズ６の分光反
射率特性を、試料４が使用される波長で最大の反射率が
得られるようにしたので、試料４の表面の反射ムラやゴ
ミの付着状態も容易に観察することができる。

【００１５】図３は、この発明の第２実施形態を示すも
のである。この実施形態では、レーザプラズマＸ線源の
実質的に点光源と見做せる軟Ｘ線源１１からの軟Ｘ線
を、内面を回転楕円面形状に形成した無酸素銅製の鏡よ
りなるコンデンサレンズ１２を経て試料１３に収束して
投射する。試料１３は、その法線方向および該法線方向
に対して垂直な面内で移動可能な３軸ステージ１４に載
置し、この試料１３で反射される軟Ｘ線をシュヴァルツ
シルト型対物レンズ１５を経て、軟Ｘ線検出器としての
２次元積層型固体撮像素子１６上に結像させ、その出力
を図示しない信号処理回路で処理してモニタに表示して
観察する。

【００１６】軟Ｘ線源１１およびコンデンサレンズ１２
は光学基盤１７に支持し、シュヴァルツシルト型対物レ
ンズ１５および２次元積層型固体撮像素子１６は光学基
盤１８に保持する。これら光学基盤１７，１８は、図４
に示すように、軸１９を中心に回動可能に設ける。この
実施形態では、コンデンサレンズ１２の光軸と試料１３
の法線との成す角度をθ、シュヴァルツシルト型対物レ
ンズ１５と試料１３の法線との成す角度をφとすると
き、光学基盤１７，１８を、θ＝φの関係を保った状態
で、１４°≦θ＝φ≦６０°の範囲で回動可能に構成す
る。なお、装置全体は、図示しない真空容器内に収容す
る。

【００１７】この実施形態では、試料１３として、Ｍｏ
／Ｓｉを４１層積層してなる多層膜構造のパターンが
０．１μｍ間隔で形成されたものを観察する。また、シ
ュヴァルツシルト型対物レンズ１５は、Ｍｏ／Ｓｉを４
１層積層した多層膜構造を有する拡大結像倍率が１００
倍のものを用いる。このようにして、試料１３で反射さ
れる軟Ｘ線をシュヴァルツシルト型対物レンズ１５によ
って２次元積層型固体撮像素子１６上に結像させる。な
お、この実施形態の場合、２次元積層型固体撮像素子１
６上に結像される像は、視野中心を通りコンデンサレン
ズ１２の光軸とシュヴァルツシルト型対物レンズ１５の
光軸とを含む面に対して垂直な直線上（軸１９と平行な
直線上）で、コンデンサレンズ１２の開口数およびシュ
ヴァルツシルト型対物レンズ１５の軸外結像性能等によ
って決定される微小範囲で、歪みもなくフォーカスが合
った最良の像となる。そこで、この実施形態では、観察
領域を広くとるため、試料１３を試料面と平行な方向に
移動させて最良像が撮れる位置へ次々と走査するように
する。

【００１８】このように構成して、試料１３を観察すれ
ば、試料１３の表面に形成された０．１μｍ間隔の多層
膜構造のパターンを、２次元積層型固体撮像素子１６上
に１０μｍのパターンで結像することができる。ここ
で、２次元積層型固体撮像素子１６の空間分解能は、通
常、数μｍであるから、この２次元積層型固体撮像素子
１６の出力を処理してモニタで観察することにより、試
料１３のパターンの欠陥の有無を容易に検査することが
できる。

【００１９】この実施形態によれば、軟Ｘ線ハーフミラ
ーを用いることなく、直入射領域の入射角で試料１３を
観察するようにしたので、第１実施形態におけるより
も、軟Ｘ線の利用効率を高めることができる。また、上
記θおよびφを、１４°≦θ＝φ≦６０°としたので、
シュヴァルツシルト型対物レンズ１５やコンデンサレン
ズ１２等の光学素子の干渉を避けることができると共
に、試料１３の表面での散乱光の影響を避けることもで
きる。なお、この実施形態の場合、試料１３の多層膜の
反射率のピークの位置（波長）とシュヴァルツシルト型
対物レンズ１５の透過率のピークの位置（波長）とがず
れていると、その総合反射率特性は、図５に曲線ａで示
すようになって、軟Ｘ線の利用効率が低くなる。そこ
で、この実施形態では、検査に先立って、光学基盤１
７，１８を調整して、θおよびφを上記の範囲で変えて
両ピークの位置をほぼ一致させて、図５に曲線ｂで示す
総合反射率特性が得られるようにする。このようにすれ
ば、軟Ｘ線の利用効率をより有効に高めることができ
る。

【００２０】なお、この発明は、上述した実施形態にの
み限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可
能である。例えば、検査する試料は、上記のＭｏ／Ｓｉ
多層膜構造のものに限らず、Ｍｏ／Ｂ４Ｃ，Ｎｉ／Ｔ
ｉ，ＮｉＣｒ／Ｔｉ，ＮｉＣｒ／ＢＮ，Ｗ／Ｃ，Ｗ／Ｂ
４Ｃ等、種々の波長領域に対応する物質を積層したもの
も有効に検査することができる。また、試料の多層膜構
造とシュヴァルツシルト型対物レンズの多層膜構造との
組み合わせも、上記の実施形態以外にも、例えば、試料
がＮｉ／Ｔｉの多層膜構造の場合には、シュヴァルツシ
ルト型対物レンズをＮｉＣｒ／ＢＮの多層膜構造とする
ように、任意に選択することができる。

【００２１】さらに、コンデンサレンズは、上記の回転
楕円面形状の鏡に限らず、ウォルター鏡、ゾーンプレー
ト等の軟Ｘ線を集光できる任意のものを用いることがで
きると共に、対物レンズについても、シュヴァルツシル
ト型に限らず、ウォルター鏡やゾーンプレート等の軟Ｘ
線を集光結像できる任意のものを用いることができる。
また、第１実施形態では、軟Ｘ線検出器としてＭＣＰを
有するＸ線検出器を用いたが、例えば、半導体検出器を
用いることができる。さらに、第２実施形態では、２次
元積層型固体撮像素子に代えて、１次元検出器を用いる
こともできる。この場合は、１次元検出器を最良像が得
られる線上に配置し、上述した手法で試料を走査すれば
よい。また、第２実施形態では、シュヴァルツシルト型
対物レンズの多層膜構造を、試料の多層膜構造と同じＭ
ｏ／Ｓｉとしたが、これを例えばＮｉＣｒ／ＢＮとし、
θ＝φ＝約６０°として、７ｎｍ近辺の短波長で検査す
ることもできる。さらにまた、第１，第２実施形態では
軟Ｘ線源として、レーザプラズマＸ線源を用いたが、シ
ンクロトロン放射光を用いることもできる。

【００２２】付記項 １．基板上に２種類以上の物質を積層した多層膜構造を
有する試料を、軟Ｘ線を用いて検査する軟Ｘ線検査装置
であって、軟Ｘ線を発生する軟Ｘ線源と、この軟Ｘ線源
からの軟Ｘ線を直入射領域の入射角で前記試料に入射さ
せるコンデンサレンズと、前記試料の表面で反射される
軟Ｘ線を集光して拡大像を形成する対物レンズと、前記
拡大像を受ける軟Ｘ線検出器と、を有することを特徴と
する軟Ｘ線検査装置。 ２．付記項１記載の軟Ｘ線検査装置において、前記試料
として、表面に２次元パターンを有するものを観察し得
るよう構成したことを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 ３．付記項１または２記載の軟Ｘ線検査装置において、
前記コンデンサレンズと前記試料との間に、軟Ｘ線を透
過および反射するハーフミラーを設けたことを特徴とす
る軟Ｘ線検査装置。 ４．付記項３記載の軟Ｘ線検査装置において、前記コン
デンサレンズの光軸と、前記試料の法線とが一致するよ
う構成したことを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 ５．付記項１または２記載の軟Ｘ線検査装置において、
前記コンデンサレンズの光軸と前記試料の法線とがなす
角度をθ、前記対物レンズの光軸と前記試料の法線とが
なす角度をφとするとき、 １４°≦θ＝φ≦６０° を満足するよう構成したことを特徴とする軟Ｘ線検査装
置。 ６．付記項５記載の軟Ｘ線検査装置において、前記角度
θと前記角度φとを調節する機構を有することを特徴と
する軟Ｘ線検査装置。 ７．付記項１〜６のいずれか記載の軟Ｘ線検査装置にお
いて、前記対物レンズは、曲面基板上に２種類以上の物
質を積層した多層膜構造を有する複数の反射鏡からなる
ことを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 ８．付記項７記載の軟Ｘ線検査装置において、前記対物
レンズは、凸面鏡と中央に開口を有する凹面鏡とを、前
記凸面鏡が前記凹面鏡の開口に対向するように共軸に配
置したシュヴァルツシルト光学系からなることを特徴と
する軟Ｘ線検査装置。 ９．付記項１〜７のいずれか記載の軟Ｘ線検査装置にお
いて、前記対物レンズに積層した多層膜のうちの重元素
層に含まれる元素と、前記多層構造を有する試料のうち
の重元素層に含まれる元素とが同じであることを特徴と
する軟Ｘ線検査装置。 １０．付記項１〜９のいずれか記載の軟Ｘ線検査装置に
おいて、前記軟Ｘ線検出器は、外部光電効果を利用した
検出器であることを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 １１．付記項１〜９のいずれか記載の軟Ｘ線検査装置に
おいて、前記軟Ｘ線検出器は、光電変換層を有する半導
体検出器であることを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 １２．付記項１１記載の軟Ｘ線検査装置において、前記
軟Ｘ線検出器は、画素電極上に光電変換層を敷設し、該
光電変換層上に表面電極層を設けた積層型固体撮像素子
であることを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 １３．付記項１０〜１２のいずれか記載の軟Ｘ線検査装
置において、前記軟Ｘ線検出器は、２次元的に配列され
た画素を有することを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 １４．付記項１０〜１２のいずれか記載の軟Ｘ線検査装
置において、前記軟Ｘ線検出器は、１次元的に配列され
た画素を有することを特徴とする軟Ｘ線検査装置。 １５．付記項１０〜１４のいずれか記載の軟Ｘ線検査装
置において、前記試料が有する２次元パターンの最小線
幅がｄμｍのとき、前記対物レンズの拡大率Ｍが、１０
＜Ｍ×ｄ、を満足することを特徴とする軟Ｘ線検査装
置。 １６．付記項７〜９のいずれか記載の軟Ｘ線検査装置に
おいて、前記試料の多層膜および前記対物レンズの多層
膜が、Ｍｏ／Ｓｉ，Ｍｏ／Ｂ４Ｃ，Ｎｉ／Ｔｉ，ＮｉＣ
ｒ／Ｔｉ，ＮｉＣｒ／ＢＮ，Ｗ／Ｃ，Ｗ／Ｂ４Ｃのうち
のいずれかの物質をそれぞれ有することを特徴とする軟
Ｘ線検査装置。 １７．付記項１〜１６のいずれか記載の軟Ｘ線検査装置
において、前記コンデンサレンズは、回転楕円面鏡から
なることを特徴とする軟Ｘ線検査装置。

【００２３】上記付記項における主な作用効果は以下の
通りである。 １）付記項２によれば、多層膜構造の試料を反射型の顕
微鏡で観察するので、試料上のパターンの状態を、それ
が使用される波長で検査することが可能となる。 ２）付記項３，４によれば、直入射で観察できるので、
歪みがなく、試料上でフォーカスが合っている領域を広
く取ることが可能である。 ３）付記項６によれば、試料の分光反射特性のピーク
と、対物レンズの分光透過率特性のピークとの波長を容
易に一致させることが可能となる。 ４）付記項７，８によれば、対物レンズが直入射型であ
るので、結像性能が良くなる。 ５）付記項９によれば、試料が使用される波長領域で良
好な反射率を得ることが可能となる。 ６）付記項１０によれば、波長１０ｎｍから２０ｎｍの
領域で特に検出効率を高めることが可能となる。 ７）付記項１１によれば、軟Ｘ線検出器の空間分解能が
良く、またその取り扱いも容易にできる。 ８）付記項１２によれば、軟Ｘ線検出器での検出効率を
高くできる。 ９）付記項１５によれば、軟Ｘ線検出器の空間分解能
は、１０μｍが限界であることから、試料上のパターン
を効率的に検査することが可能となる。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、軟Ｘ線源からの軟Ｘ
線を直入射領域の入射角で試料に入射させ、該試料で反
射される軟Ｘ線を集光して軟Ｘ線検出器に拡大して結像
させるようにしたので、基板上に２種類以上の物質を積
層してなる２次元パターン等の多層膜構造を有する試料
を、像の歪みを生じることなく、該試料が使用される軟
Ｘ線領域の波長で非破壊的に検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態を示す図である。

【図２】図１に示す試料およびシュヴァルツシルト型対
物レンズの分光反射率特性を示す図である。

【図３】この発明の第２実施形態を示す図である。

【図４】その部分詳細図である。

【図５】第２実施形態における総合反射率特性を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１ 軟Ｘ線源 ２ コンデンサレンズ ３ 軟Ｘ線ハーフミラー ４ 試料 ５ ３軸ステージ ６ シュヴァルツシルト型対物レンズ ７ 軟Ｘ線検出器 １１ 軟Ｘ線源 １２ コンデンサレンズ １３ 試料 １４ ３軸ステージ １５ シュヴァルツシルト型対物レンズ １６ ２次元積層型固体撮像素子 １７，１８ 光学基盤 １９ 軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に２種類以上の物質を積層した多
   層膜構造を有する試料を、軟Ｘ線を用いて検査する軟Ｘ
   線検査装置であって、 軟Ｘ線を発生する軟Ｘ線源と、 この軟Ｘ線源からの軟Ｘ線を直入射領域の入射角で前記
   試料に入射させるコンデンサレンズと、 前記試料で反射される軟Ｘ線を集光して拡大像を形成す
   る対物レンズと、 前記拡大像を受ける軟Ｘ線検出器と、を有することを特
   徴とする軟Ｘ線検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の軟Ｘ線検査装置におい
   て、 前記コンデンサレンズと前記試料との間に、軟Ｘ線を透
   過および反射するハーフミラーを設けたことを特徴とす
   る軟Ｘ線検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の軟Ｘ線検査装置におい
   て、 前記コンデンサレンズの光軸と前記試料の法線とがなす
   角度をθ、前記対物レンズの光軸と前記試料の法線とが
   なす角度をφとするとき、 １４°≦θ＝φ≦６０° を満足するよう構成したことを特徴とする軟Ｘ線検査装
   置。