JP2004063545A

JP2004063545A - マスク検査方法、マスク検査装置、荷電粒子線露光方法及び荷電粒子線露光装置

Info

Publication number: JP2004063545A
Application number: JP2002216359A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Kawada; 河田　真太郎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】ステンシルマスクのパターン部（開口）に付着したゴミを、高いスループットで精度よく検査する方法及び装置を提供する。
【解決手段】マスク検査装置１は、マスク１０にプローブ光を当てるレーザ光源３と、パターン開口１１を透過・散乱したプローブ光の分布を観察するフォトダイオードアレイ５とを備える。パターン開口１１を透過した透過光の分布は、マスク上のパターンの分布と同じとなるが、パターン内部（開口内部）にゴミ３が付着していると、ゴミで透過光が異常散乱して分布形状が変化し、ゴミが付着していることを判定できる。この際、散乱光を観察するだけであるので、画像処理の必要がなくマスク検査のスループットを上げることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いられる荷電粒子線露光装置用のマスクを検査する方法及び装置に関する。特には、ステンシルタイプのマスクに付着したゴミを検査する方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置に使用されるマスクには、パターンの形成形態として、メンブレン（例えば厚さが数μｍのＳｉ薄膜）に開口を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレン上に設ける散乱メンブレンタイプとがある。以下、ステンシルタイプのマスクについて説明する。
【０００３】
セルプロジェクション、キャラクタープロジェクション、あるいはブロック露光と呼ばれる図形部分一括転写方式の電子ビーム露光装置には、繰り返し性のある回路小パターンを、同様の小パターンが複数種形成されたステンシルマスクが使用される。そしてこのステンシルマスクを用いて繰り返し転写露光を行う。この方式に使用されるステンシルマスクに形成されるパターン数は少なく、さらに、複数の同一のパターンを持つため、マスクのパターン検査は行われていない。
【０００４】
一方、図形部分一括転写方式よりスループットの高い一括転写露光方式による露光装置では、１ダイ（チップ）又は複数ダイを一度に露光する。この方式に使用されるステンシルマスクは、形成されるパターン数が多く、代用できる同一パターンもない。このため、パターン部が開口として形成されているステンシルマスクの場合、この開口にゴミが付着すると、パターンに欠陥が生じ、設計パターンを忠実に感応基板上に転写できなくなる。
【０００５】
これに対して、光を用いた露光装置においては、透明な樹脂やガラス等で作製される、厚さが数μｍ程度の薄いフィルム状のペリクルでマスクのパターン上面を覆って、パターン面へのゴミの付着を防止している。ゴミがペリクル上に付着しても、ゴミの物面位置がパターン面と異なるため、ゴミは感応基板のレジスト上へ結像されない。
【０００６】
電子線を用いた露光装置においては、マスクにこのようなペリクルを装着して露光すると、電子線がペリクルを通過しにくいため、レジスト上で十分な光強度が得られない。さらに、電子線の焦点深度が深いため、ペリクル上のゴミもレジスト上に結像してしまう。このように電子線露光装置においては、マスクを覆うペリクルを使用できないため、マスクへのゴミの付着の検査が重要となる。マスク検査の際は、パターン部である開口の中のゴミの有無を検査する。なお、メンブレン上のゴミはない方が好ましいが、あってもパターン転写には影響しない。
【０００７】
電子線一括転写露光装置の場合、縮小倍率は４〜５倍である。次世代の感応基板上のパターンサイズとして７０ｎｍを要求すると、マスク上でのパターンサイズは３００ｎｍ程度となる。ステンシルマスクの場合、このサイズ（３００ｎｍ）以下の孔がパターン部となり、この孔の中にゴミがないことが必要である。
【０００８】
マスクに付着したゴミは、電子顕微鏡を用いて検査することができる。しかしこの方法はスループットが低く現実的ではない。一方、ＤＵＶ（Ｄｅｅｐ　ＵＶ、波長２５０ｎｍ程度）顕微鏡は、１００ｎｍ以下の分解能を有し、ゴミの検査装置としては有力である。しかし、顕微鏡のような結像系によってゴミを画像化して、その有無を観察する方法は、画像処理が必要となりスループットに問題がある。また、検査装置単体としては有効であるが、露光装置と併用することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ステンシルマスクのパターン部（開口）に付着したゴミを、高いスループットで精度よく検査する方法及び装置を提供することを目的とする。さらには、ゴミの付着のないマスクを用いる荷電粒子線露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のマスク検査方法は、　パターン転写用の原版であるステンシルタイプのマスクのパターン開口内に付着しているゴミを検出する検査方法であって、　前記マスクにプローブ光を当て、　前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察し、　正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較し、　比較した結果に基づいて前記ゴミの有無を判定することを特徴とする。
本発明においては、　前記プローブ光の波長が３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
プローブ光の波長を２５０ｎｍ程度、パターン開口の幅を２５０ｎｍとすると、照明光のほとんどは、波動光学的にはマスクを透過できないが、一部がパターン開口を透過する。この透過光分布は、マスク上のパターンの分布と同じとなるが、パターン内部（開口内部）にゴミが付着していると、ゴミで透過光が異常散乱して分布形状が変化し、ゴミが付着していることを判定できる。この際、顕微鏡を用いた検査のようにゴミを画像化せず、散乱光を観察するだけであるので、画像処理の必要がなくマスク検査のスループットを上げることができる。
また、プローブ光の波長を３００ｎｍ以下とすることにより、７０ｎｍノードに対応するパターンサイズが３００ｎｍ程度のマスクに適用できる。
【００１２】
本発明のマスク検査装置は、　パターン転写用の原版であるステンシルタイプのマスクのパターン開口内に付着しているゴミを検出する検査装置であって、　前記マスクにプローブ光を当てるプローブ光照射手段と、　前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察する観察手段と、　正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の荷電粒子線露光方法は、　感応基板上に転写すべきデバイスパターンをステンシルタイプのマスク上に形成し、　該マスクを荷電粒子線照明し、　該マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影して前記パターンを転写する露光方法であって、　前記マスクにプローブ光を当て、　前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察し、　正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較し、　比較した結果に基づいて前記ゴミの有無を判定し、　前記マスクにゴミが付着していると判定された場合は、該マスクを露光装置に設置したままで洗浄することを特徴とする。
露光装置にマスクを設置した状態で、マスクのゴミの検査や、ゴミが付着していた場合はマスクの洗浄を行うことができるため、露光操作を効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明の荷電粒子線露光装置は、　感応基板上に転写すべきデバイスパターンが形成されたステンシルタイプのマスクを載置するステージと、　該マスクを荷電粒子線で照明する照明光学系と、　該マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影して前記パターンを転写する投影光学系と、を具備し、　前記感応基板上に荷電粒子線を選択的に照射して前記デバイスパターンを形成する荷電粒子線露光装置であって、　さらに、　前記マスクにプローブ光を当てるプローブ光照射手段と、　前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察する観察手段と、　正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較する比較手段と、　前記マスクを洗浄する洗浄手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、ステンシルマスクの構造を説明する。
図３は、電子線投影露光用のステンシルマスクの構成例を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は全体の平面図、図３（Ｂ）は一部斜視図、図３（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
このようなマスクは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
【００１６】
図３（Ａ）には、マスク１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図３（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターンは、メンブレンの開口として形成される。
【００１７】
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、マスク上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、マスクの機械強度を保つための、例えば厚さ０．７ｍｍ程度の梁である。マイナーストラット４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
【００１８】
図３（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
【００１９】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、マスク全体のたわみを小さく保つためのものである。メジャーストラット４７はマイナーストラット４５と一体である。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態に係るマスク検査装置について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るマスク検査装置の構成を模式的に説明する図である。
図２は、図１のマスク検査装置の検出結果を模式的に示す図である。
このマスク検査装置１は露光装置内に配置されており、下方に向けてレーザ光（プローブ光）を発する、走査型のレーザ光源３と、散乱光検出用のフォトダイオードアレイ５等を備える。レーザ光源３はＡｒイオンレーザで、波長は同レーザの２倍高調波の２５６ｎｍである。一例で、走査速度は０．５ｍ／ｓｅｃ、走査面積の幅は５０μｍ程度である。光源としては、他に水銀ランプ等を使用できる。フォトダイオードアレイ５は、検査されるマスク１０の裏側（光源の反対側）に配置されており、光源３と同期して移動する。フォトダイオードアレイ５の検出信号は、アンプを介して制御装置に送られる。
【００２１】
検査されるＳｉステンシルマスク１０のパターン開口１１にゴミ１３が付着している場合について説明する。Ｓｉステンシルマスク１０の厚さは２μｍである。ゴミ１３のサイズは、パターンサイズに比べて小さく、ゴミの材質によっては半透明物体であることもある。マスク検査は、露光装置内（真空雰囲気下）で行われる。
まず、Ｓｉステンシルマスク１０を、光源の光軸に直交するように配置されたマスクステージ（図示されず）上に載置し、光源３から光を照射する。そして、光源３を走査して、プローブ光でマスク１０の端から端までを照射する。同時にフォトダイオードアレイ５も走査される。
【００２２】
マスク１０の非開口部であるメンブレン部に光が照射されると、厚さが２μｍのＳｉは２５０ｎｍの光に対しては不透明であるため、光は同部を透過しない。しかし、光がパターン開口１１に照射されると、光の一部は同開口１１を透過する。このとき、光は、図２の左端及び中央に示すように、一次回折角度が１８０°以上の大きい広がり角の回折光１５となり、点光源からの光と同等の分布をもつ。この回折光１５の光強度はフォトダイオードアレイ５で受光される。この光強度は信号に変換され、アンプを介して、制御装置に送られる。プローブ光がマスク１０の端から端までを走査されたときにフォトダイオードアレイ５で検出される光強度はマスク１０の全体の透過光分布を表す。
【００２３】
そして、光がマスク１０のパターン開口１１に存在するゴミ１３に照射されると、透過光はゴミ１３で異常散乱して、図２の右端に示すように、パターン形状が異なる回折光１７となる。ここで、予め、ゴミの付着していないマスクを用いて、マスク全体の回折光の透過光分布を求めておき、この透過光分布形状と、検査されるマスク全体の回折光の透過光分布形状を比較する。そして、両者が異なる場合は、パターン開口１１にゴミが付着していると判定する。ゴミの付着が確認された場合、さらに高分解能のＳＥＭ等で最終確認を行う。
【００２４】
この例では、正常時（ゴミが付着していない状態）の透過光量の分布形状と検査時の透過光量の分布形状の比較したが、正常時の透過光量と検査時の透過光量を比較してもよい。
【００２５】
マスク１０のパターン開口１１にゴミが付着していた場合、同マスクを露光装置内で洗浄する。
図４は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の構成を模式的に説明する図である。なお、この例においては、荷電粒子線の一種である電子線を用いた露光装置について説明する。
この電子線露光装置１００は、下方に向けて電子線１０３を放射する電子銃１０１と、マスクステージ１０５上に載置されたマスク１０を電子線１０３で照明する照明光学系１０７と、マスク１０を通過した電子線を感応基板１０９上に投影してパターンを転写する投影光学系１１１とを備える。マスクステージ１０５、照明光学系１０７、感応基板１０９、投影光学系１１１は真空チャンバ１１３内に配置されている。
さらに、同装置１００は、マスク１０にプローブ光を当てる光源３（プローブ光照射手段）と、マスクのパターン開口を透過・散乱したプローブ光を受光するフォトダイオードアレイ５（観察手段）（図１参照、図４にはいずれも図示されず）と、マスクを洗浄する洗浄手段１２０（詳細後述）とを備える。
【００２６】
露光操作を行う前に、まずマスク１０のゴミ検査を行う。マスク１０のゴミ検査は、プローブ光光源３とフォトダイオードアレイ５を用いて上述の方法によって行う。マスク１０のゴミ検査の結果、マスク１０のパターン開口にゴミが付着していないと判定された場合は、続いて露光作業を行う。
【００２７】
露光作業を簡単に説明する。電子銃１０１から放射された電子線１０３は、照明光学系１０７でマスク１０に照射される。マスク１０のパターン開口を通過した電子線は投影光学系１１１で感応基板１０９上に投影され、マスク１０のパターンが感応基板１０９に転写される。
【００２８】
一方、マスク１０のゴミ検査でマスク１０のパターン開口にゴミが付着していると判定された場合は、続いてマスク洗浄手段１２０によってマスク１０の洗浄を行う。
マスク洗浄手段１２０は、洗浄物質等が貯蔵されている２つのボンベ１２１、１２３と、洗浄物質をマスクに向けて噴出するノズル１２５を有する。ボンベ１２１、１２３は開閉弁１２７、１２９、流量調節器１３１、１３３を介して冷却装置１３５に接続している。同冷却装置１３５はノズル１２５に接続している。ノズル１２５は、露光装置１００のチャンバ１１３内の、マスクステージ１０５の上方及び下方に配置されている。
【００２９】
一方のボンベ１２１には洗浄物質となる気体が貯蔵されており、他方のボンベ１２３にはこの気体を搬送するための別の気体が貯蔵されている。これらの気体は液化温度が異なり、洗浄物質となる気体の液化温度は、搬送用の気体の液化温度より低い。これらの気体を開閉弁１２７、１２９、流量調節器１３１、１３３で流量を調節した後、冷却装置１３５に導入する。冷却装置１３５の冷却温度は、洗浄物質となる気体の液化温度に設定されており、冷却装置１３５において、洗浄物質となる気体は液化するが、搬送用気体は液化しない。そして、液化した洗浄物質を、搬送用気体の圧力で、冷却装置１３５からノズル１２５に送る。洗浄物質となる気体としてはアルゴンや二酸化炭素、搬送用気体としては窒素を用いることができる。
【００３０】
液化した洗浄物質はノズル１２５から、マスクステージ１０５上のマスク１０の上面及び下面に噴射される。すると、同物質は断熱冷却されて微小な固体粒子を含むエアロゾル１３７になる。このエアロゾル１３７がマスク１０に噴出されると、マスク１０に付着していたゴミは固体粒子で吹き飛ばされてマスク１０から取り除かれる。エアロゾル１３７はゴミと衝突後再び気体となり、搬送用気体とともにポンプ１３９によってチャンバ１１３から排出される。ゴミもポンプ１３９によってチャンバ１１３から排出される。
なお、ノズル１２５を移動させて、又は、マスクステージ１０５を移動させて、マスク全面の洗浄を行う。
【００３１】
洗浄が終了後、再度マスク検査を行い、ゴミが除去されていることが判定されると、同マスクを用いて露光作業を行う。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、マスクを露光装置に設置した状態でマスクの透過光分布形状を観察することにより、ゴミが付着していることを判定できる。この際、散乱光を観察するだけであるので、画像処理の必要がなくマスク検査のスループットを上げることができる。また、マスクにゴミが付着していると判定された場合は、露光装置にマスクを設置した状態でマスクの洗浄を行うことができるため、露光操作を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るマスク検査装置の構成を模式的に説明する図である。
【図２】図２は、図１のマスク検査装置の検出結果を模式的に示す図である。
【図３】電子線投影露光用のステンシルマスクの構成例を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は全体の平面図、図３（Ｂ）は一部斜視図、図３（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の構成を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
１　マスク検査装置　　　　　　　　３　レーザ光源
５　フォトダイオードアレイ　　　１０　マスク
１１　パターン開口　　　　　　　　１３　ゴミ
１５、１７　回折光
４１　小メンブレン領域　　　　　　４２　サブフィールド
４３　スカート　　　　　　　　　　４４　エレクトリカルストライプ
４５　マイナーストラット　　　　　４７　メジャーストラット
４９　メカニカルストライプ
１００　電子線露光装置　　　　　　１０１　電子銃
１０３　電子線　　　　　　　　　　１０５　マスクステージ
１０７　照明光学系　　　　　　　　１０９　感応基板
１１１　投影光学系　　　　　　　　１１３　真空チャンバ
１２０　マスク洗浄手段　　　　　　１２１、１２３　ボンベ
１２５　ノズル　　　　　　　　　　１２７、１２９　開閉弁
１３１、１３３　流量調節器　　　　１３５　冷却装置
１３７　エアロゾル　　　　　　　　１３９　ポンプ

Claims

パターン転写用の原版であるステンシルタイプのマスクのパターン開口内に付着しているゴミを検出する検査方法であって、
前記マスクにプローブ光を当て、
前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察し、
正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較し、
比較した結果に基づいて前記ゴミの有無を判定することを特徴とするマスク検査方法。
前記プローブ光の波長が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のマスク検査方法。
パターン転写用の原版であるステンシルタイプのマスクのパターン開口内に付着しているゴミを検出する検査装置であって、
前記マスクにプローブ光を当てるプローブ光照射手段と、
前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察する観察手段と、
正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較する比較手段と、を備えることを特徴とするマスク検査装置。
感応基板上に転写すべきデバイスパターンをステンシルタイプのマスク上に形成し、
該マスクを荷電粒子線照明し、
該マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影して前記パターンを転写する露光方法であって、
前記マスクにプローブ光を当て、
前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察し、
正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較し、
比較した結果に基づいて前記ゴミの有無を判定し、
前記マスクにゴミが付着していると判定された場合は、該マスクを露光装置に設置したままで洗浄することを特徴とする荷電粒子線露光方法。
感応基板上に転写すべきデバイスパターンが形成されたステンシルタイプのマスクを荷電粒子線で照明する照明光学系と、
該マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影して前記パターンを転写する投影光学系と、を具備し、
前記感応基板上に荷電粒子線を選択的に照射して前記デバイスパターンを形成する荷電粒子線露光装置であって、
さらに、
前記マスクにプローブ光を当てるプローブ光照射手段と、
前記パターン開口を透過・散乱したプローブ光の分布又は光量を観察する観察手段と、
正常時（ゴミのない状態）の透過光分布と検査時の透過光分布、もしくは、正常時の透過光量と検査時の透過光量とを比較する比較手段と、
前記マスクを洗浄する洗浄手段と、を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。